PL B1. POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA, Rzeszów, PL BUP 11/18

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 ( ) F28D 7/06 ( ) F24D 17/00 ( ) (54) Poziomy wymiennik ciepła (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 11/18 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/18 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA, Rzeszów, PL (72) Twórca(y) wynalazku: ALEKSANDRA MAZUR, Rzeszów, PL DANIEL SŁYŚ, Krosno, PL JÓZEF DZIOPAK, Rzeszów, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Henryk Pisiński PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest poziomy wymiennik ciepła, zwłaszcza do odbioru ciepła ze ścieków szarych powstających w instalacjach kanalizacyjnych w budynkach. Na przestrzeni ostatnich lat w wielu krajach nastąpił znaczny wzrost gospodarczy, który poza pozytywnymi zmianami jak przykładowo poprawa jakości życia, przyniósł także negatywne skutki, takie jak nadmierna eksploatacja zasobów naturalnych Ziemi oraz wzrost emisji zanieczyszczeń do środowiska. Nie bez znaczenia pozostaje również kwestia zmian klimatu, będąca efektem czynników zarówno naturalnych, jak i antropogenicznych. Mając na uwadze te wszystkie niekorzystne zjawiska, wprowadza się działania służące do ograniczenie nadmiernej eksploatacji zjawisk naturalnych, ze szczególnym naciskiem na ochronę złóż nieodnawialnych. Tym samym dąży się do implementacji alternatywnych rozwiązań oszczędzających wodę i energię. Popularne jest więc stosowanie urządzeń wykorzystujących odnawialne źródła energii przykładowo geotermalnej, słonecznej czy energii wiatru. Jednak rozwiązania te w znacznym stopniu są uzależnione od warunków pogodowych, a także od uwarunkowań lokalnych, co oznacza, że nie zawsze i nie wszędzie mogą być stosowane. Dlatego ważne jest zwrócenie uwagi na możliwość wykorzystania energii odpadowej ze ścieków, gdyż ciepła woda zużywana jest każdego dnia w znacznych ilościach w każdym budynku, a następnie odprowadzana do sieci kanalizacyjnej ze sporą ilością zdeponowanej w niej energii, którą można odzyskać i wykorzystać ponownie, zwłaszcza do wstępnego podgrzania wody użytkowej. Odzysk ciepła prowadzi się głównie ze ścieków szarych czyli tych, które pochodzą z pryszniców, wanien, umywalek, czy zlewozmywaków z uwagi na znacznie mniejszy ładunek zanieczyszczeń w porównaniu do ścieków czarnych oraz wyższą temperaturę, zazwyczaj przekraczającą 30 C. Zasadą działania wymienników od odzysku ciepła ze ścieków jest przeciwprądowy przepływ zimnej wody i ścieków szarych, przy czym ścieki odpływają grawitacyjnie z góry do dołu do sieci kanalizacyjnej, a zimna woda przepływa przez urządzenie pod ciśnieniem w kierunku odwrotnym, czyli z dołu do góry. Obecnie dostępnych jest coraz więcej rozwiązań technicznych wymienników służących do odzysku ciepła ze ścieków. Najczęściej stosowanymi urządzeniami są wymienniki pionowe instalowane bezpośrednio na pionie kanalizacyjnym. Jednym z takich wymienników jest znany z opisu patentowego nr US A pionowy wymiennik ciepła typu rura w rurze albo spiralny wymiennik ciepła ujawniony w opisie wynalazku nr US A1. Wymienniki te nie znajdują jednak zastosowania w budynkach parterowych i niepodpiwniczonych z uwagi na brak dostatecznie wysokiego fragmentu pionu kanalizacyjnego, na którym można zainstalować urządzenie. Wadą tych rozwiązań jest ich znaczna długość, przekraczająca w niektórych przypadkach dwa metry, oraz możliwość montażu jedynie na pionowych odcinkach kanalizacyjnych. Znane są również rozwiązania poziomych wymienników ciepła, jak urządzenie znane z opisu patentowego nr US A, charakteryzujące się tym, że pod specjalnym podestem w prysznicu lub wannie, umieszczono rury w kształcie spirali lub meandrów, w których znajduje się zimna woda. Dodatkowo zastosowano zdławiony odpływ piętrzący ścieki. Do uzyskania pełnej efektywności urządzenia konieczne jest zebranie pod podestem określonej objętości ścieków szarych tak, aby rury z zimną wodą w całości były otoczone ściekami. W rozwiązaniu tym należy spełnić wymóg uzyskania napełnienia ścieków w ilości kilku centymetrów na całej powierzchni wymiennika, co jest trudne do uzyskania, zwłaszcza podczas krótkiej kąpieli. W przypadku nie spełnienia tego wymogu powierzchnia kontaktu jest niewielka, a co za tym idzie niewielka jest też skuteczność działania wymiennika. Zdławienie odpływu powoduje, że z przetrzymywanej jeszcze przed jakiś czas po zakończeniu kąpieli zużytej wody, mogą się wytrącać osady i inkrustować na rurach z wodą oraz innych elementach wymiennika, co powoduje zmniejszenie skuteczności procesu wymiany ciepła. Z opisu wynalazku nr US A1 znany jest wymiennik ciepła, którego działanie oparte jest na wymianie ciepła w rurkach cieplnych. Wadą tego rozwiązania, poza skomplikowaną budową, jest również piętrzenie się ścieków szarych na zastawkach, co utrudnia odpływ ścieków i może powodować zatykanie urządzenia. Bardziej złożone systemy i układy do odzysku ciepła ze ścieków znane są między innymi z opisów patentowych PL B1 oraz US A. Mogą być one jednak kosztowne w wykonaniu, a z uwagi na dużą ilość elementów są narażone na wyższą awaryjność w stosunku do innych rozwiązań. Z opisu wynalazku KR A znany jest wymiennik ciepła posiadający wiele kanałów na wodę zimną mających postać rur kwadratowych ułożonych w formie poziomów. Na każdym poziomie

3 PL B1 3 umieszczony jest element o kształcie rury z otworem poprzez który przepływają odprowadzane ścieki. W rozwiązaniu będącym przedmiotem tego znanego wynalazku elementy z otworami poprzez które przepływają ścieki nie biorą udziału w wymianie ciepła pomiędzy ściekami a wodą zimną. Rozwiązanie ma postać dużego urządzenia, przeznaczonego do przemysłowego wykorzystania i nie znajduje zastosowania w gospodarstwach domowych. W celu eliminacji istniejących wad dotychczasowych rozwiązań opracowano nową konstrukcję poziomego wymiennika ciepła. Poziomy wymiennik ciepła z przeciwprądowym przepływem ścieków i wody zimnej, zawierający obudowę, króciec wpustowy z otworem wpustowym dla ścieków w górnej części obudowy i króciec wylotowy z otworem wylotowym dla ścieków w dolnej części obudowy oraz wewnątrz obudowy szczelny kanał wewnętrzny na wodę zimną, zakończony w jego dolnej części króćcem wprowadzającym z otworem wprowadzającym dla wody zimnej i w jego górnej części króćcem wyprowadzającym z otworem wyprowadzającym dla wody wstępnie ogrzanej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wewnątrz obudowy są co najmniej dwie przegrody, przy czym każda przegroda złożona jest z płaskich ścianek ułożonych równolegle, lekko nachylonych do poziomu i uszczelnionych po bokach obudową, a kanał wewnętrzny na wodę zimną złożony jest z co najmniej dwóch poziomych odcinków, które połączone są co najmniej jednym odcinkiem pionowym, zaś poziomy odcinek kanału wewnętrznego na wodę zimną przypisany danej przegrodzie jest utworzony pomiędzy płaskimi ściankami tej przegrody uszczelnionych po bokach obudową, a kolejno ułożone przegrody są połączone odcinkiem pionowym kanału wewnętrznego, przy czym w niżej położonej części przegrody jest co najmniej jeden otwór przelotowy na ścieki. Korzystnie otwory przelotowe mają postać co najmniej dwóch prostokątnych wycięć ułożonych obok siebie na drodze przepływu ścieków, zaś w górnej części obudowy jest pokrywa inspekcyjna albo ruszt wpustowy dla ścieków szarych. Poziomy wymiennik ciepła według wynalazku można wbudować w podłogę pomieszczenia łazienki lub w brodzik prysznica. Rozwiązanie może zostać również zamontowane w innym miejscu w budynku na przykład w pomieszczeniu technicznym na odprowadzeniu ścieków szarych do kanalizacji. Dzięki zastosowaniu wielu przegród, nawet kilkukrotnie w stosunku do standardowych rozwiązań wydłuża się czas przepływu ścieków szarych i ogrzewanej wody oraz zwiększa się powierzchnia ich kontaktu, przez co do przepływającej wody przekazywana jest większa ilość ciepła. Ilość przegród oraz wymiary wymiennika mogą być dobierane do warunków eksploatacyjnych, specyfiki umiejscowienia urządzenia oraz oczekiwanego efektu odzysku ciepła. Zaletami wynalazku jest jego prosta budowa, łatwość oczyszczania, brak konieczności dostarczania energii z zewnątrz, wyższa efektywność działania wynikająca ze zwiększonej powierzchni kontaktu pomiędzy mediami przy zachowaniu stosunkowo niewielkich rozmiarów oraz możliwość zastosowania w różnych miejscach w budynku. Urządzenie może być wykorzystywane zarówno w obiektach nowobudowanych, jak również w rozbudowywanych i modernizowanych. Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku z góry poziomy wymiennik ciepła z pojedynczym otworem wpustowym dla ścieków, fig. 2 poziomy wymiennik ciepła z otworem wpustowym dla ścieków w postaci rusztu wpustowego, fig. 3 poziomy wymiennik ciepła w widoku z dołu, fig. 4 poziomy wymiennika ciepła z pojedynczym otworem wpustowym dla ścieków w przekroju podłużnym, fig. 5 poziomy wymiennika ciepła z otworem wpustowym dla ścieków w postaci rusztu wpustowego w przekroju podłużnym, fig. 6 przegrodę z otworem przelotowym w widoku z góry, fig. 7 fig. 8 przedstawiają przegrodę z ułożonymi obok siebie dwoma otworami przelotowymi w widoku z góry, fig 9 przedstawia, umieszczony w instalacji, poziomy wymiennika ciepła z pojedynczym otworem wpustowym dla ścieków, w przekroju podłużnym, zaś fig. 10 umieszczony pod prysznicem, poziomy wymiennika ciepła z otworem wpustowym dla ścieków w postaci rusztu wpustowego, w przekroju podłużnym. Poziomy wymiennik ciepła w pierwszym przykładzie wykonania, pokazany na fig. 4, posiada obudowę 1 z pokrywą inspekcyjną 2. W górnej części obudowy jest króciec wpustowy 3' z otworem wpustowym 3, którym ścieki szare wprowadzane są do wnętrza poziomego wymiennika ciepła. Wewnątrz obudowy 1 wymiennika znajdują się dwie przegrody 4 złożone z dwóch płaskich ścianek 5 ułożonych równolegle, lekko nachylonych do poziomu i uszczelnionych po bokach obudową 1. Z płaskich ścianek 5 przegrody 4 uszczelnionych po bokach obudową 1 utworzony jest kanał wewnętrzny 6 na wodę zimną przypisany tej przegrodzie 4. Kanał wewnętrzny 6 złożony jest z dwóch poziomych odcinków, które połączone są jednym odcinkiem pionowym 6'. Przegrody 4 są połączone odcinkiem 6' kanału wewnętrznego 6. W niższej części przegrody 4 są dwa otwory przelotowe 7 na ścieki szare mające postać dwóch

4 4 PL B1 prostokątnych wycięć ułożonych obok siebie. Kanałem wewnętrznym 6, korzystnie możliwie najmniejszym, prowadzona jest ogrzewana zimna woda, która do poziomego wymiennika ciepła wprowadzana jest znajdującym się w dolnej części kanału wewnętrznego 6 króćcem wprowadzającym 8' z otworem wprowadzającym 8. Przegrodami 4, posiadającymi spadek, ścieki szare prowadzone są grawitacyjnie. Otworami przelotowymi 7 w ściankach 5 ścieki prowadzone są pomiędzy przegrodami 4. Przepływ ogrzewanej wody i ścieków szarych jest przeciwprądowy. Ścieki szare odpływają grawitacyjnie z góry do dołu poprzez kolejne przegrody 4, a woda w kanale wewnętrznym 6 przepływa pod ciśnieniem w kierunku odwrotnym. Ochłodzone ścieki szare odprowadzane są do kanalizacji znajdującym się w dolnej części obudowy 1 króćcem wylotowym 9' z otworem wylotowym 9, a woda po wstępnym ogrzaniu wyprowadzana jest z wymiennika znajdującym się w górnej części kanału wewnętrznego 6 króćcem wyprowadzającym 10' z otworem wyprowadzającym 10. Poziomy wymiennik ciepła w drugim przykładzie wykonania, pokazany na fig. 5 posiada obudowę 1. W górnej części obudowy jest zdejmowany ruszt wpustowy 11, którym ścieki szare wprowadzane są do wnętrza poziomego wymiennika ciepła. Wewnątrz obudowy 1 wymiennika znajdują się dwie przegrody 4 złożone z dwóch płaskich ścianek 5 ułożonych równolegle, lekko nachylonych do poziomu i uszczelnionych po bokach obudową 1. Kanał wewnętrzny 6 na wodę zimną złożony jest z dwóch poziomych odcinków, które połączone są odcinkiem pionowym 6', Poziomy odcinek kanału wewnętrznego 6 na wodę zimną, przypisany danej przegrodzie 4 utworzony jest z płaskich ścianek 5 tej przegrody 4 uszczelnionych po bokach obudową 1. Kolejno ułożone przegrody 4 są połączone odcinkiem pionowym 6' kanału wewnętrznego 6. W niżej położonej części przegrody 4 jest jeden otwór przelotowy 7 na ścieki szare. Kanałem wewnętrznym 6, korzystnie możliwie najmniejszym, prowadzona jest ogrzewana zimna woda, która do poziomego wymiennika ciepła wprowadzana jest w dolnej części kanału wewnętrznego 6 króćcem wprowadzającym 8' z otworem wprowadzającym 8. Przegrodami 4, posiadającymi spadek, ścieki szare prowadzone są grawitacyjnie. Otworem przelotowym 7 w ściankach 5 ścieki prowadzone są pomiędzy przegrodami 4. Przepływ wody i ścieków szarych jest przeciwprądowy. Ścieki szare odpływają grawitacyjnie z góry do dołu poprzez kolejne przegrody 4, a woda w kanale wewnętrznym 6 przepływa pod ciśnieniem w kierunku odwrotnym. Ochłodzone ścieki szare odprowadzane są do kanalizacji znajdującym się w dolnej części obudowy 1 króćcem wylotowym 9' z otworem wylotowym 9, a woda po wstępnym ogrzaniu wyprowadzana jest z wymiennika w górnej części kanału wewnętrznego 6 króćcem wyprowadzającym 10' z otworem wyprowadzającym 10. Jak pokazano na fig. 9 poziomy wymiennik ciepła według wynalazku może być zainstalowany w pionie kanalizacyjnym 12, lub, jak pokazano na fig. 10, może być zainstalowany pod prysznicem 13. Poziomy wymiennik ciepła będący przedmiotem wynalazku wykorzystywany jest zwłaszcza do odzysku ciepła odpadowego ze ścieków szarych. Wykaz oznaczeń rysunkowych 1 obudowa 8 otwór wprowadzający 2 pokrywa inspekcyjna 8' króciec wprowadzający 3 otwór wpustowy 9 otwór wylotowy 3' króciec wpustowy 9' króciec wylotowy 4 przegroda 10 otwór wyprowadzający 5 ścianka 10' króciec wyprowadzający 6 kanał wewnętrzny 11 ruszt wpustowy 6' odcinek pionowy kanału wewnętrznego 12 pion kanalizacyjny 7 otwór przelotowy 13 prysznic Zastrzeżenia patentowe 1. Poziomy wymiennik ciepła z przeciwprądowym przepływem ścieków i wody zimnej, zawierający obudowę, króciec wpustowy z otworem wpustowym dla ścieków w górnej części obudowy i króciec wylotowy z otworem wylotowym dla ścieków w dolnej części obudowy oraz wewnątrz obudowy szczelny kanał wewnętrzny na wodę zimną, zakończony w jego dolnej części króćcem wprowadzającym z otworem wprowadzającym dla wody zimnej i w jego górnej części

5 PL B1 5 króćcem wyprowadzającym z otworem wyprowadzającym dla wody wstępnie ogrzanej, znamienny tym, że wewnątrz obudowy (1) są co najmniej dwie przegrody (4), przy czym każda przegroda (4) złożona jest z płaskich ścianek (5) ułożonych równolegle, lekko nachylonych do poziomu i uszczelnionych po bokach obudową (1), a kanał wewnętrzny (6) na wodę zimną złożony jest z co najmniej dwóch poziomych odcinków, które połączone są co najmniej jednym odcinkiem pionowym (6'), zaś poziomy odcinek kanału wewnętrznego (6) na wodę zimną przypisany danej przegrodzie (4) jest utworzony pomiędzy płaskimi ściankami (5) tej przegrody (4) uszczelnionych po bokach obudową (1), a kolejno ułożone przegrody (4) są połączone odcinkiem pionowym (6') kanału wewnętrznego (6), przy czym w niżej położonej części przegrody (4) jest co najmniej jeden otwór przelotowy (7) na ścieki. 2. Poziomy wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że otwory przelotowe (7) mają postać co najmniej dwóch prostokątnych wycięć ułożonych obok siebie na drodze przepływu ścieków. 3. Poziomy wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w górnej części obudowy (1) jest pokrywa inspekcyjna (2). 4. Poziomy wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w górnej części obudowy (1) jest ruszt wpustowy (11) dla ścieków szarych. Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)