Wärmerückgewinnungseinheit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung einer zur Wärmeübertragung vorgesehenen Trennwand in einer Wärmerückgewinnungseinheit für Abwasser, sowie eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Restwärme aus Abwasser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3.

In Küchen wird eine große Menge an Abwärme in Form von heißem Abwasser produziert, beispielsweise durch Reinigung von verschmutztem Geschirr. Wird dieses Abwasser direkt in den Abwasserkanal geleitet, geht eine große Menge an nutzbarer Energie verloren. Es ist daher erstrebenswert, diese Energie mittels Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser nutzbar zu machen.

Zur Wärmerückgewinnung aus dem Abwasser werden Wärmetauscher verwendet. Diese umfassen einen Abwasserraum, in dem sich Abwasser befindet, dessen Wärme rückgewonnen werden soll, sowie einen Nutzwasserraum, in dem sich Nutzwasser befindet, das die Wärme des Abwassers aufnimmt. Beide Räume sind durch eine zur Wärmeübertragung vorgesehenen Trennwand getrennt. Die DE 10 2006 050 922 AI zeigt beispielsweise eine solche

Wärmerückgewinnungseinheit, in der der Abwasserraum durch einen Behälter gebildet wird und die im Abwasser vorhandene Wärme auf eine Flüssigkeit übertragen wird, die durch einen im Behälter befindlichen Wärmetauscher fließt, dessen Wände die Trennwand zwischen Abwasserraum und Nutzwasserraum darstellen.

Da Abwasser stets Verunreinigungen aufweist, besteht in derartigen

Wärmerückgewinnungseinheiten das Problem, dass sich Verunreinigungen an den die Wärme übertragenden Trennwänden ansammeln und die Effizienz der

Wärmerückgewinnung beeinträchtigen. Daher besteht die Notwendigkeit, diese Trennwände zu reinigen. In der zitierten DE 10 2006 050 922 AI beispielsweise erfolgt die Reinigung der Trennwand durch die konvektive Strömung des Abwassers durch den Behälter, was bei stark verschmutztem Abwasser nicht ausreichend ist.

Die DE 3400759 AI schlägt eine Wärmerückgewinnungseinheit zur

Rückgewinnung der Wärme aus Abwasser vor, in der das Abwasser von einem Behälter aufgenommen wird, in dem sich eine per Handkurbel betätigbare

Reinigungsvorrichtung zur Reinigung des Behälterbodens befindet. Weitere, automatisch betätigte oder permanent aktive mechanische

Reinigungsvorrichtungen zur mechanischen Reinigung finden sich in der

DE 10 2007 006 787 AI, der DE 3907852 AI, oder der DE 20 2007 006 465 Ul.

Das Abwasser, das in Küchen produziert wird, weist häufig eine derart hohe Schmutzbeladung auf und ist dabei derart stark fett- und ölbelastet, dass die bekannten mechanischen Reinigungsvorrichtungen nicht ausreichend sind, dauerhaft eine ausreichende Reinigung des Wärmetauschers und eine damit verbundene erwünschte hohe Effizienz desselben zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung einer zur Wärmeübertragung vorgesehenen Trennwand in einer

Wärmerückgewinnungseinheit, sowie eine Wärmerückgewinnungseinheit bereitzustellen, die in der Lage ist, Verschmutzungen der zwischen Abwasserraum und Nutzwasserraum angeordneten Trennwand dauerhaft zu unterdrücken und so die Effizienz der Wärmerückgewinnungseinheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1, bzw. durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 3 gelöst.

Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Reinigung einer zur Wärmeübertragung vorgesehenen Trennwand gelöst, die in einem Wärmetauscher einen Abwasserraum, durch den Abwasser vor Ableitung in einen Abwasserkanal geleitet wird, von einem Nutzwasserraum, durch den zu erwärmendes Wasser fließt, trennt, wobei eine kontinuierliche Reinigung der Trennwand durch einen Abstreifer in vorbestimmten Zeitabständen unterbrochen und eine alternative Reinigung durch einen Hochdruckreiniger durchgeführt wird, wobei der

Abwasserraum vor Reinigung der Trennwand durch den Hochdruckreiniger entleert wird. Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass die Reinigung durch Verwendung zweier verschiedener Selbstreinigungseinheiten geschieht. Die kontinuierliche, mechanische Reinigung allein kann nicht dauerhaft verhindern, dass sich Verschmutzungen an der wärmeübertragenden Trennwand anlagern. Diese werden dann durch zeitweise Verwendung des Hochdruckreinigers beseitigt. Durch dieses zweiteilige Reinigungsverfahren wird sichergestellt, dass sich selbst bei Betrieb mit stark verschmutztem Wasser keine harten

Verkrustungen an der Trennwand anlagern, wodurch die Effizienz der

Wärmerückgewinnungseinheit erhöht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor Eintritt des Abwassers in die Wärmerückgewinnungseinheit eine Vorreinigung mittels eines Fettabscheiders, der in Strömungsrichtung des

Abwassers vor der Wärmerückgewinnungseinheit bereitgestellt ist. Dadurch kann die Schmutzbelastung der Wärmeübertragungseinheit verringert werden.

Die erfindungsgemäße Wärmerückgewinnungseinheit umfasst einen

Wärmetauscher mit einem Abwasserraum, durch den Abwasser vor Ableitung in einen Abwasserkanal geleitet wird, und einem Nutzwasserraum, durch den zu erwärmendes Wasser fließt, die durch eine Trennwand zur Wärmeübertragung getrennt sind, wobei der Wärmetauscher mindestens eine Selbstreinigungseinheit zur Reinigung der Trennwand auf Seite des Abwasserraums aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstreinigungseinheit einen Abstreifer zum Abstreifen von Belägen von der Trennwand während eines Wärmetauscherbetriebs, und einen Hochdruckreiniger zum alternativen Reinigen der Trennwand umfasst, wobei eine Entleerungsvorrichtung vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass der Abwasserraum mindestens vor Reinigung der Trennwand durch den

Hochdruckreiniger entleerbar ist.

Die Wärmerückgewinnungseinheit umfasst vorzugsweise weiterhin einen

Fettabscheider, der in Strömungsrichtung des Abwassers vor dem Wärmetauscher angeordnet ist und fett- und ölhaltige Verunreinigungen zumindest teilweise aus dem Abwasser entfernt, was die Verschmutzung des Abwasserraums des

Wärmetauschers verringert.

Vorzugsweise umfasst die Entleerungsvorrichtung zum Entleeren des

Abwasserraums eine Leitung zum Ableiten, vorzugsweise zum Abpumpen des Abwassers aus dem Abwasserraum in den Abwasserkanal. Dadurch kann die Entleerung des Abwasserraums möglichst schnell und gründlich erfolgen.

Der Hochdruckreiniger umfasst vorzugsweise eine Wasservorlage zur Trennung der Systeme, eine Hochdruckpumpe zum Erzeugen des Hochdruckwassers und einen Kopf zur Ausgabe des Hochdruckwassers. Diese Bauweise des

Hochdruckreinigers stellt sicher, dass der Hochdruckreiniger effizient und zuverlässig arbeitet.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein Pufferspeicher für das Nutzwasser und eine Zirkulationspumpe zum Pumpen des Nutzwassers durch den Wärmetauscher vorgesehen sind . Das im Wärmetauscher zu erwärmende Nutzwasser kann mit der Zirkulationspumpe durch den Wärmetauscher gepumpt werden und im

Pufferspeicher gespeichert werden, was das Betriebsverhalten und den

Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnungseinheit verbessert. Vorzugsweise ist der Pufferspeicher mit einer Wasserleitung für die Zuführung von zu erwärmendem Wasser verbunden und einer Ausgangsleitung, die das erwärmte Wasser einem Benutzer zur Verfügung stellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umschließt der Nutzwasserraum den Abwasserraum. Dies stellt sicher, dass bei vergleichsweise einfacher Konstruktion des Wärmetauschers eine möglichst große Oberfläche des Abwasserraums als Trennwand und damit als wärmeübertragendes Element fungiert. Dies erhöht die Wärmeübertragung des Wärmetauschers und vereinfacht die Herstellung desselben.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Trennwand eine rotationssymmetrische Mantelfläche aufweist. Dies ermöglicht eine konzeptionell einfache Konstruktion des mechanischen Abstreifers und vereinfacht weiter die Herstellung des

Wärmetauschers.

Der Abstreifer ist vorzugsweise um eine Achse derart rotierbar ausgebildet, dass Beläge von der Trennwand durch den Abstreifer abstreifbar sind . Dies

gewährleistet bei kontinuierlichem Betrieb des Abstreifers eine gleichmäßige und effektive Reinigung der gesamten Trennwand . In einer möglichen Ausführungsform ist der Nutzwasserraum als Wärmetauscher- Wendel ausgeführt. Diese gewährleistet gerade bei hoher Pumpleistung der Zirkulationspumpe eine hohe Wärmeübertragung

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den

Unteransprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer

schematischen Darstellung näher erläutert.

Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen

Wärmerückgewinnungseinheit. Die Wärmerückgewinnung erfolgt in einem

Wärmetauscher 21. Das zu entsorgende warme Abwasser wird über eine Leitung 1 in einen Abwasserraum 2 des Wärmetauschers 21 geleitet, der durch eine Trennwand 17, die als Wärmeübertragungselement fungiert, von einem

Nutzwasserraum 6 getrennt ist, durch den im Wärmerückgewinnungsbetrieb zu erwärmendes Wasser fließt.

Im Strömungsweg des Abwassers befindet sich ein Fettabscheider 16, der über die Leitung 1 mit dem Abwasserraum 2 verbunden ist und vor Eintreten in den Wärmetauscher 21 vom Abwasser durchflössen, oder teilweise durchflössen wird. Die Leitung 1 ist dazu, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einer Fettabscheiderableitung 22 verbunden, die näher an der Einlauföffnung des Fettabscheiders 16 liegt, so dass der Fettabscheider 16 nur teilweise durchflössen wird. In diesem Bereich ist die Abwassertemperatur noch höher und das in diesem Bereich entnommene

Abwasser kann dann mit erhöhter Temperatur dem Abscheider entnommen werden und somit vorteilhafterweise die Effizienz des Wärmetauschers 21 steigern. Im Fettabscheider 16 werden Fette und Öle aus dem Abwasser abgeschieden. Soll der Wärmetauscher 21 mit Abwasser betrieben werden, das einen geringeren Fett- und Ölgehalt aufweist, kann die Leitung 1 auch an den Fettabscheiderausgang 23 angeschlossen werden, der weiter entfernt von der Einlauföffnung des Fettabscheiders 16 angeordnet ist. In diesem Falle hat das in den Wärmetauscher 21 geleitete Abwasser zwar eine geringere Temperatur, weist dafür aber auch eine geringere Verschmutzung auf, was die Schmutzlast des Wärmetauschers 21 verringert. Der Abwasserraum 2 verfügt über eine Entleerungsvorrichtung 20. Der

Abwasserraum 2 ist über eine Leitung 10 mit einem Abwasserkanal 19 verbunden und kann über diese entleert werden. Hierfür ist eine Pumpe 9 vorgesehen, um den Abwasserraum 2 effizienter und schnell zu entleeren.

Der Wärmetauscher 21 umfasst einen Hochdruckreiniger 11, 12, 13, der über eine Leitung 14 an eine Wasserzuleitung angeschlossen ist. In der gezeigten

Ausführungsform umfasst der Hochdruckreiniger 11, 12, 13 eine Wasservorlage 13 zur Trennung der Systeme, eine Hochdruckpumpe 12, die das

Hochdruckwasser erzeugt, sowie einen Kopf 11, über den das Hochdruckwasser in den Abwasserraum 2 des Wärmetauschers 21 ausgegeben wird.

Das zu erwärmende Nutzwasser wird in einem Pufferspeicher 8

zwischengespeichert, der über eine Zuleitung 5 und eine Ableitung 7 des

Nutzwasserraums 6 mit selbigem verbunden ist. Eine Zirkulationspumpe 4 pumpt das Nutzwasser vom Pufferspeicher 8 über die Zuleitung 5 in den

Nutzwasserraum 6, wo es erwärmt wird und über die Ableitung 7 zurück in den Pufferspeicher 8. Der Pufferspeicher 8 dient zur Speicherung des erwärmten Nutzwassers und erhöht die Effizienz der Wärmerückgewinnungseinheit. Das Nutzwasser kann im Pufferspeicher 8 gehalten werden, bis es von einem Benutzer benötigt wird. Der Pufferspeicher 8 ist mit einer Ausgangsleitung verbunden, über die ein Benutzer erwärmtes Nutzwasser entnehmen kann, sowie mit einer

Zuführungsleitung, um frisches Nutzwasser zur Erwärmung aufzunehmen.

In der gezeigten Ausführungsform umschließt der Nutzwasserraum 6 den

Abwasserraum 2. Die Trennwand 17 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Trennwand 17 ist im Wesentlichen die Mantelfläche eines Zylinders, der vom Abwasserraum 2 gebildet ist. Vorstellbar ist aber auch, dass der Abwasserraum 2 kegelstumpfförmig ist oder eine andere rotationssymmetrische Form aufweist.

Entsprechend der rotationssymmetrischen Form der Trennwand 17 ist ein

Abstreifer 15 rotierbar um eine Achse 18 ausgebildet, die auf der

Rotationssymmetrieachse des Abwasserraums 2 liegt. Rotiert der Abstreifer 15 um die Achse 18, werden Beläge kontinuierlich von der Trennwand 17 abgestreift.

Im Betrieb der Wärmerückgewinnungseinheit rotiert der Abstreifer 15 um seine Achse 18 und reinigt die Trennwand 17 kontinuierlich, indem er Beläge von ihr abstreift. Diese Reinigung wird in variablen Zeitabständen unterbrochen. Es wird zunächst der Abwasserraum 2 mit Hilfe der Pumpe 9 über die Leitung 10 entleert. Im Anschluss wird eine Reinigung der Trennwand 17 mit dem Hochdruckreiniger 11, 12, 13 durchgeführt, der mit Hochdruckfluid hartnäckige Verunreinigungen von der Trennwand 17 abspritzt. Vorteilhafterweise wird das vom

Hochdruckreiniger 11, 12, 13 ausgestoßene Wasser mittels der Pumpe 9 über die Leitung 10 in den Abwasserkanal 19 geleitet. Nach der temporären Reinigung der Trennwand 17 durch den Hochdruckreiniger 11, 12, 13 wird wieder warmes Abwasser in den Abwasserraum 2 geleitet, der Wärmerückgewinnungsbetrieb wiederaufgenommen und der Abstreifer 15 zur Reinigung der Trennwand 17 aktiviert.

Die zeitlichen Abstände, in denen die temporäre Reinigung durch den

Hochdruckreiniger 11, 12, 13 erfolgt, können als feste Zeitintervalle festgelegt werden. Vorstellbar ist auch, dass ein Benutzer durch eine Steuervorrichtung nicht gezeigt den temporären Reinigungsvorgang manuell auslösen kann.

Vorstellbar ist weiterhin, die temporäre Reinigung durch eine Messung des Schmutzfilms auf der Trennwand 17 zu steuern.

In der obigen Beschreibung wurde angenommen, dass das Abwasser in einer Küche produziert wird. Das Abwasser kann jedoch auch anderes häusliches, kommunales, gewerbliches oder industrielles Abwasser sein.

Bezugszeichenliste

1 Leitung

2 Abwasserraum

3 Leitung

4 Zirkulationspumpe

5 Zuleitung

6 Nutzwasserraum

7 Ableitung

8 Pufferspeicher

9 Pumpe

10: Leitung

11 : Hochdruckreiniger

12: Hochdruckpumpe Wasservorlage

Leitung

Abstreifer

Fettabscheider

Trennwand

Achse

Abwasserkanal

Entleerungsvorrichtung

Wärmetauscher

Fettabscheiderableitung

Fettabscheiderausgang