PL B1. POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA, Rzeszów, PL BUP 10/18

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F28D 7/10 ( ) F28F 1/06 ( ) F24D 17/00 ( ) (54) Pionowy wymiennik ciepła (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/18 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/18 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA, Rzeszów, PL (72) Twórca(y) wynalazku: AGNIESZKA STEC, Grodzisko Dolne, PL ALEKSANDRA MAZUR, Rzeszów, PL DANIEL SŁYŚ, Krosno, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Henryk Pisiński PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest pionowy wymiennik ciepła do odbioru ciepła ze ścieków szarych powstających w instalacjach kanalizacyjnych w budynkach. Odzysk ciepła odpadowego ze ścieków może stanowić cenne źródło energii, która obecnie jest najczęściej bezproduktywnie odprowadzana do otoczenia. Szacuje się, że prawie 20% dostarczanej do budynku energii jest bezpowrotnie tracone poprzez odprowadzanie jej wraz ze ściekami do sieci kanalizacyjnej. Wykorzystanie tej formy energii może przyczynić się do poprawy efektywności energetycznej budynków i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. W dobie realnego deficytu energetycznego, związanego głównie z ograniczeniem zużycia paliw kopalnych, ważne jest podejmowanie działań i poszukiwanie nowych technologii, których celem będzie zrównoważona polityka energetyczna. Dotychczas najczęściej była ona realizowana poprzez wykorzystanie odnawialnych źródeł energii takich jak energia słońca, wiatru i gruntu. Wadą urządzeń, takich jak kolektory słoneczne, panele fotowoltaiczne lub turbiny wiatrowe, jest uzależnienie ich efektywności od zmiennych warunków klimatycznych. Tej wady nie posiadają urządzenia do odzysku ciepła odpadowego ze ścieków, powstających codziennie w budynkach mieszkalnych, usługowych czy przemysłowych. Odzysk ciepła odpadowego ze ścieków w wewnętrznych instalacjach kanalizacyjnych budynków wymaga wykonania dualnej instalacji, w której ścieki czarne odprowadzane będą bezpośrednio do sieci zewnętrznej, zaś ścieki szare, pochodzące głównie z prysznica, wanny, umywalki i zlewozmywaka, kierowane będą do systemu odzysku ciepła. Wynika to z tego, iż ścieki szare są znacznie mniej zanieczyszczone niż ścieki czarne oraz charakteryzują się stosunkowo wysoką temperaturą, rzędu 30 C 35 C. Pozwala to na ich wykorzystanie jako źródła energii. Odzyskana ze ścieków energia znajduje zastosowanie przede wszystkim do wstępnego podgrzewania wody. W tym celu wykorzystywane są odpowiednie urządzenia, takie jak wymienniki ciepła i pompy ciepła. Znane są rozwiązania poziomych i pionowych wymienników ciepła, które stosowane są do odbioru energii transportowanej wraz ze ściekami. Z opisu patentowego nr US A znane jest rozwiązanie pionowego wymiennika ciepła, które charakteryzuje się tym, że ma przewód kanalizacyjny umieszczony wewnątrz przewodu o większej średnicy, a przepływ ścieków i wody jest przeciwprądowy. Wadą tego wymiennika jest jego znaczna długość, która jest konieczna do uzyskania odpowiedniej wymiany ciepła. W opisie wynalazku nr US zostało ujawnione rozwiązanie konstrukcyjne pionowych wymienników ciepła w postaci urządzenia GFX, które zbudowane jest z przewodu kanalizacyjnego i owiniętej wokół niego miedzianej spirali, przez którą w przeciwnym kierunku przepływa zimna woda. W tym rozwiązaniu proces przepływu ciepła jest limitowany grubością ścianek obydwu przewodów, a uzyskanie odpowiedniej efektywności urządzenia wiąże się z koniecznością zastosowania znacznych jego długości. Ponadto w trakcie przepływu wody przez miedzianą spiralę powstają duże straty ciśnienia, które mogą powodować problemy eksploatacyjne w instalacji wodociągowej. Natomiast z opisu patentowego nr PL B1 znane jest urządzenie do odzysku ciepła, które wyposażone jest w zawór ciśnieniowo-temperaturowy. Stosowanie znanych systemów i układów odzysku ciepła bardzo często wiąże się ze zwiększonymi kosztami, jest skomplikowane i wymaga okresowego czyszczenia i konserwacji. W celu eliminacji istniejących wad dotychczasowych rozwiązań opracowano nową konstrukcję pionowego wymiennika ciepła. Pionowy wymiennik ciepła zawierający przewód zewnętrzny, wewnątrz którego usytuowany jest przewód kanalizacyjny, który w górnej części połączony jest z dolną częścią przewodu górnego, którym do wymiennika doprowadzane są ścieki szare, a ponadto pomiędzy przewodem zewnętrznym i przewodem kanalizacyjnym jest przestrzeń na wodę zimną, przy czym przestań jest połączona w dolnej części z przewodem doprowadzającym wodę zimną, a w górnej części z przewodem odprowadzającym wodę podgrzaną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na wlocie przewodu kanalizacyjnego zawiera deflektor, a przewód kanalizacyjny ma w przekroju poprzecznym kształt figury płaskiej ograniczonej linią o kształcie falistym lub łamanym. Zaletą zastosowania w pionowym wymienniku ciepła przewodu kanalizacyjnego o rozwiniętej powierzchni ścian jest spowolnienie przepływu ścieków i uzyskanie bardzo dużej powierzchni wymiany ciepła. Przekłada się to na znaczne skrócenie wymaganej długości wymiennika bez obniżenia efektywności jego działania, co umożliwia łatwiejsze jego sytuowanie, zarówno w obiektach już istniejących, jak i nowobudowanych. Ponadto, w wymienniku będącym przedmiotem wynalazku, dzięki zastosowaniu

3 PL B1 3 deflektora możliwy jest równomierny rozdział dopływających ścieków i ich rozprowadzenie w kierunku ścianek przewodu, dzięki czemu ścianki są efektywniej obmywane przez przepływające ścieki. Powoduje to intensyfikację procesu przenikania ciepła ze ścieków do wody. Zaletą wymiennika ciepła jest jego prosta budowa oraz efektywny odbiór ciepła ze ścieków bez konieczności dostarczania do urządzenia energii z zewnątrz. Ilość odzyskiwanej energii ze ścieków uzależniona jest między innymi od zużycia wody, co przekłada się na efektywność finansową zastosowania systemu odzysku ciepła. Korzystne jest zastosowanie pionowego wymiennika ciepła, będącego przedmiotem wynalazku, w miejscach, w których ścieki przepływają w sposób ciągły w dużych ilościach, w szczególności na odpływie ścieków z prysznica. Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pionowy wymiennik ciepła w przekroju wzdłużnym, fig. 2 pionowy wymiennik ciepła w przekroju poprzecznym, z przewodem kanalizacyjnym o przekroju poprzecznym w kształcie figury płaskiej ograniczonej linią falistą, a fig. 3 pionowy wymiennik ciepła w przekroju poprzecznym, z przewodem kanalizacyjnym o przekroju poprzecznym w kształcie figury płaskiej ograniczonej linią łamaną. Pionowy wymiennik ciepła, według wynalazku, pokazany na fig. 1 i fig. 2, usytuowany jest na odpływie ścieków z prysznica i posiada przewód zewnętrzny 1 z centralnie usytuowanym wewnątrz przewodem kanalizacyjnym 2 wykonanym z materiału dobrze przewodzącego ciepło, który w przekroju poprzecznym ma kształt figury płaskiej ograniczonej linią falistą. Przez przewód górny 3 do wymiennika doprowadzane są ciepłe ścieki szare, które prowadzone są grawitacyjnie przewodem kanalizacyjnym 2. Na wlocie do przewodu kanalizacyjnego 2 umiejscowiony jest deflektor 4 do równomiernego rozprowadzania ścieków po wewnętrznej powierzchni przewodu kanalizacyjnego 2. Pomiędzy przewodem zewnętrznym 1 a przewodem kanalizacyjnym 2 jest przestrzeń 5 w której przepływa zimna woda doprowadzana do wymiennika ciepła przewodem doprowadzającym 6. W trakcie jednoczesnego przeciwprądowego przepływu obydwu cieczy, przez ściany przewodu kanalizacyjnego 2, zachodzi proces wymiany ciepła, w wyniku którego ciepło ze ścieków przenika do wody i powoduje wzrost jej temperatury o co najmniej 10 C. Następnie wstępnie podgrzana woda kierowana jest z wymiennika ciepła poprzez przewód odprowadzający 7 do podgrzewacza ciepłej wody lub bezpośrednio do instalacji wodociągowej, zaś ścieki szare o niższej temperaturze odprowadzane są przewodem dolnym 8 do kanalizacji. Wykaz oznaczeń rysunkowych 1. przewód zewnętrzny 2. przewód kanalizacyjny 3. przewód górny 4. deflektor 5. przestrzeń 6. przewód doprowadzający 7. przewód odprowadzający 8. przewód dolny Zastrzeżenie patentowe 1. Pionowy wymiennik ciepła zawierający przewód zewnętrzny, wewnątrz którego usytuowany jest przewód kanalizacyjny, który w górnej części połączony jest z dolną częścią przewodu górnego, którym do wymiennika doprowadzane są ścieki szare, a ponadto pomiędzy przewodem zewnętrznym i przewodem kanalizacyjnym jest przestrzeń na wodę zimną, przy czym przestań jest połączona w dolnej części z przewodem doprowadzającym wodę zimną, a w górnej części z przewodem odprowadzającym wodę podgrzaną, znamienny tym, że na wlocie przewodu kanalizacyjnego (2) zawiera deflektor (4), a przewód kanalizacyjny (2) ma w przekroju poprzecznym kształt figury płaskiej ograniczonej linią o kształcie falistym lub łamanym.

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)