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 21/00 ( ) E03C 1/12 ( ) F24D 17/00 ( ) E03C 1/00 ( ) E03F 5/04 ( ) (54) Odwodnienie liniowe z odzyskiem 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: ALEKSANDRA MAZUR, Rzeszów, PL AGNIESZKA STEC, Grodzisko Dolne, PL DANIEL SŁYŚ, Krosno, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Henryk Pisiński PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła, zwłaszcza do odbioru ciepła ze ścieków szarych w szczególności odprowadzanych z prysznica. Nowoczesne podejście do polityki energetycznej opiera się na racjonalnym użytkowaniu dostępnych zasobów paliw kopalnych oraz wykorzystaniu na jak największą skalę alternatywnych źródeł energii, w tym energii słońca, wiatru i ziemi oraz energii odpadowej. Zmniejszenie eksploatacji zasobów paliw kopalnych jest zasadne nie tylko ze względu na ich ograniczoną dostępność, ale także z uwagi na to, że powodują one stale rosnące zanieczyszczenie środowiska naturalnego. Ponadto, obecne tendencje i prognozy na przyszłość wskazują na znaczny wzrost kosztów energii wytwarzanej ze źródeł nieodnawialnych. W związku z tym, że jednym z największych konsumentów energii na świecie jest sektor budownictwa, istotne jest poszukiwanie efektywnych i tanich technologii pozwalających na redukcję zużycia energii przez tę część gospodarki. Obserwowany w ostatnich latach rozwój budownictwa energooszczędnego, w tym pasywnego i zero energetycznego wpłynął na zmianę udziału poszczególnych składników bilansu zużycia energii w budynkach, przyczyniając się do znacznego wzrostu zapotrzebowania na energię przeznaczoną do podgrzewania wody. Dlatego tak bardzo istotne jest stosowanie niekonwencjonalnych technologii wytwarzania energii na potrzeby przygotowania ciepłej wody użytkowej w budynku. Największe ilości ciepłej wody zużywane są w każdym gospodarstwie domowym do mycia ciała. Zrzut do kanalizacji tych wód zużytych wraz z traconym bezpowrotnie ciepłem jest obecnie zjawiskiem bardzo powszechnym. Ścieki jednak mogą stanowić cenne źródło energii cieplnej, którą można odzyskać i następnie ponownie wykorzystać do wstępnego podgrzania wody. Temperatura ścieków, zwłaszcza tych odprowadzanych z kąpieli powoduje, że odzysk z nich ciepła jest uzasadniony zarówno energetycznie, jak i ekonomicznie. Odzysk ciepła odpadowego ze ścieków w wewnętrznych instalacjach kanalizacyjnych budynków wymaga w większości przypadków wykonania dualnej instalacji, w której zimne ścieki czarne odprowadzane będą bezpośrednio do sieci zewnętrznej, zaś ścieki szare pochodzące z prysznica, wanny czy umywalki kierowane będą do systemu odzysku ciepła. Rozdział ścieków jest konieczny ze względu na to, że ścieki szare charakteryzują się znacznie niższym stopniem zanieczyszczenia niż ścieki czarne oraz posiadają stosunkowo wysoką temperaturę wynoszącą około 35 C, co pozwala na ich wykorzystanie jako źródła energii. Znanych jest wiele technologii odzyskiwania ciepła ze ścieków. Wybór odpowiedniej technologii uzależniony jest głównie od źródła powstawania ścieków szarych i lokalizacji systemu odzysku ciepła. Znane są i stosowane w tym celu takie urządzenia jak: wymienniki ciepła, pompy ciepła oraz rozbudowane i skomplikowane układy instalacji. Najbardziej uzasadniony ekonomicznie jest odbiór ciepła ze ścieków odprowadzanych w sposób ciągły i w znacznych ilościach, co wpływa na to, że najczęściej stosuje się wymienniki ciepła instalowane na odpływie ścieków z prysznica. Wyróżnić można pionowe i poziome wymienniki ciepła oraz wymienniki z retencją wody lub ścieków. Są to rozwiązania, których zasada działania opiera się na przeciwprądowym przepływie ścieków szarych i wody zimnej. Z opisu patentowego nr US A znany jest pionowy przeciwprądowy wymiennik ciepła, typu rura w rurze, który instalowany jest na pionie kanalizacyjnym. Wymiennik ten zbudowany jest z wewnętrznego przewodu, przez który przepływają grawitacyjnie ścieki szare i zewnętrznego przewodu o większej średnicy. Woda zimna przepływa w kierunku od dołu do góry przestrzenią wytworzoną pomiędzy jednym a drugim przewodem. W czasie jednoczesnego przepływu tych dwóch cieczy następuje wymiana ciepła. Wadą tego rozwiązania jest znaczna długość wymiennika ciepła, która jest konieczna do uzyskania odpowiedniej powierzchni wymiany ciepła, co może stwarzać problemy przy wyborze lokalizacji urządzania, zwłaszcza w istniejących budynkach. W opisie wynalazku US A1 zostało ujawnione rozwiązanie pionowego wymiennika ciepła, w którym przewód kanalizacyjny owinięty jest miedzianą spiralą, przez którą przepływa woda zimna w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu ścieków. Taka konstrukcja wymiennika ogranicza przepływ ciepła przez ścianki przewodów oraz generuje duże straty ciśnienia w czasie przepływu wody, co jest bardzo niekorzystnym zjawiskiem w okresie eksploatacji urządzenia. Wad związanych z lokalizacją pionowych wymienników ciepła i koniecznością wykonania instalacji kanalizacyjnej dualnej pozbawione są rozwiązania wymienników ciepła wbudowane w brodzik prysznica. Z opisu wynalazku nr US A1 znany jest wymiennik ciepła zintegrowany z brodzikiem prysznica poprzez wbudowanie go w dno brodzika. W rozwiązaniu przewód przez który przepływa

3 PL B1 3 ogrzana woda umiejscowiony jest wewnątrz brodzika, przez co rozwiązanie charakteryzuje się znaczną wysokością, co może stwarzać problemy lokalizacyjne. Ponadto, wierzchnia płyta brodzika, stanowiąca w całości powierzchnię perforowaną, przez którą odpływają ścieki, obniża wytrzymałość i stabilność urządzenia i może ulegać odkształceniom pod wpływem ciężaru osób korzystających z prysznica. W opisie patentowym US A został ujawniony wynalazek stanowiący kabinę prysznicową zintegrowaną ze zbiornikiem na ścieki, którego płyta pokrywowa pełni rolę dna kabiny. W zbiorniku zlokalizowane są piętrowo ukośne płyty z przytwierdzonym do nich przewodem, przez który przepływa zimna woda. Wadą tego urządzenia jest jego bardzo mała uniwersalność, gdyż wymiennik połączony jest z określonym typem kabiny prysznicowej. Z publikacji opisu wynalazku EP A1 znane jest urządzenie do odprowadzania ścieków z prysznica z równoczesnym odzyskiem ciepła w którym wymiennik ciepła stanowi odwodnienie liniowe z umieszczonym w jego wnętrzu spiralnym przewodem miedzianym, przez który w kierunku przeciwnym, do kierunku przepływu ścieków, przepływa woda zimna. Wadami tego rozwiązania są jednak: mała powierzchnia wymiany ciepła, wynikająca z rozmiarów powierzchni miedzianego przewodu, wpływająca na niską efektywność odzysku ciepła ze ścieków; znaczna wysokość całego urządzenia ograniczająca jego montaż w każdym rodzaju brodzika oraz w prysznicach pozbawionych brodzika oraz zatrzymywanie się na spiralnym przewodzie zanieczyszczeń, na przykład włosów spływających wraz ze ściekami. Powoduje to konieczność jego częstego czyszczenia. W celu eliminacji istniejących wad dotychczasowych rozwiązań opracowano nową konstrukcję wymiennika ciepła w postaci odwodnienia liniowego. Odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła zawierające obudowę z pokrywą górną mającą co najmniej jeden otwór dopływowy i otwór odpływowy dla ścieków szarych oraz szczelny kanał na wodę zimną zakończony otworem wprowadzającym dla wody zimnej i otworem wyprowadzającym dla wody wstępnie ogrzanej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w komorze odwodnienia liniowego jest ściana środkowa stanowiąca ściany boczne i dno komory odwodnienia liniowego, przy czym w komorze przemieszczane są ścieki szare, a w szczelinie pomiędzy ścianą środkową a ścianą zewnętrzną odwodnienia liniowego prowadzona jest woda zimna. Korzystnie ściana środkowa ma kształt falisty lub łamany w przekroju poprzecznym, zaś otwór dopływowy ma formę kratki albo rusztu, a ściana środkowa jest z materiału dobrze przewodzącego ciepło. Odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła będące przedmiotem wynalazku charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami i kompaktową budową, co umożliwia jego montaż zarówno w obiektach nowobudowanych, jak i modernizowanych. Rozwiązanie poza odprowadzaniem ścieków szarych do instalacji kanalizacyjnej, odzyskuje z nich ciepło, które na co dzień jest bezpowrotnie tracone. Rozbudowana powierzchnia ściany wewnętrznej komory odwodnienia pozwala na przekazanie większej ilości ciepła ze ścieków do przepływającej przeciwprądowo zimnej wody, co bezpośrednio przekłada się na wyższą efektywność działania wymiennika. Taka konstrukcja wymiennika umożliwia dostosowanie jej rozmiarów do każdych warunków montażowych. Ponadto odwodnienie liniowe według wynalazku charakteryzuje się uniwersalnością, kompaktową budową, łatwością montażu i wysoką skutecznością urządzenia. Przedmiot wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładach wykonania odwodnienia liniowego z odzyskiem ciepła na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia odwodnienie liniowe w przekroju poprzecznym wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 3; fig. 2a, fig. 2b, fig. 2c przedstawiają odwodnienie liniowe o różnych kształtach przekroju poprzecznego, fig. 3 przedstawia odwodnienie liniowe, w widoku z góry, z jednym otworem dopływowym w górnej pokrywie, fig. 4 odwodnienie liniowe, w widoku z góry, z wieloma otworami dopływowymi umieszczonymi na całej długości pokrywy górnej, fig. 5 odwodnienie liniowe w przekroju wzdłużnym wzdłuż linii B-B pokazanej na fig. 1, fig. 6 odwodnienie liniowe umiejscowione wzdłuż jednej z krawędzi brodzika prysznica w widoku z góry, fig. 7 odwodnienie liniowe umiejscowione na dwóch prostopadłych krawędziach brodzika w widoku z góry, fig. 8 odwodnienie liniowe z otworem dopływowym, w przekroju poprzecznym wzdłuż linii C-C pokazanej na fig. 3, natomiast fig. 9 przedstawia odwodnienie liniowe z wieloma otworami dopływowych, w przekroju poprzecznym wzdłuż linii D-D pokazanej na fig. 4. Odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła według wynalazku w przykładzie wykonania na fig. 8, posiada obudowę ze zdejmowaną pokrywą górną 1 zawierającą otwory dopływowe 2 dla ścieków szarych na całej długości pokrywy górnej 1. We wnętrzu odwodnienia liniowego znajduje się ściana środkowa 3 o kształcie łamanym w przekroju poprzecznym i rozwiniętej powierzchni stanowiąca ściany

4 4 PL B1 boczne i dno komory odwodnienia liniowego. Pomiędzy ścianą środkową 3 a ścianą zewnętrzną 4 odwodnienia liniowego utworzona jest wąska szczelina 5 którą prowadzona jest woda wprowadzana do układu otworem wprowadzającym 6. Do odwodnienia liniowego otworem dopływowym 2 wprowadzane są ścieki szare, które poprzez układ odwodnienia liniowego, prowadzone są do otworu odpływowego 7. Ścieki szare przepływają przeciwprądowo do wody, która prowadzona jest pod ciśnieniem. Wstępnie podgrzana woda odprowadzana jest z układu otworem wyprowadzającym 8 i kierowania do dalszego ogrzewania lub do bezpośredniego użycia. Odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła przeznaczone jest do montażu zarówno w prysznicach z brodzikiem jak i bez niego. W przypadku braku brodzika odwodnienie liniowe instalowane jest w podłodze w obszarze kabiny prysznicowej. 1 pokrywa górna 2 otwór dopływowy 3 ściana środkowa 4 ściana zewnętrzna 5 szczelina 6 otwór wprowadzający 7 otwór odpływowy 8 otwór wyprowadzający Wykaz oznaczeń Zastrzeżenia patentowe 1. Odwodnienie liniowe z odzyskiem ciepła zawierające obudowę z pokrywą górną mającą co najmniej jeden otwór dopływowy i otwór odpływowy dla ścieków szarych oraz szczelny kanał na wodę zimną zakończony otworem wprowadzającym dla wody zimnej i otworem wyprowadzającym dla wody wstępnie ogrzanej, znamienne tym, że w komorze odwodnienia liniowego jest ściana środkowa (3) stanowiąca ściany boczne i dno komory odwodnienia liniowego, przy czym w komorze przemieszczane są ścieki szare, a w szczelinie (5) pomiędzy ścianą środkową (3) a ścianą zewnętrzną (4) odwodnienia liniowego prowadzona jest woda zimna. 2. Odwodnienie liniowe według zastrz. 1, znamienne tym, że ściana środkowa (3) ma kształt falisty lub łamany w przekroju poprzecznym. 3. Odwodnienie liniowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że otwór dopływowy (2) ma formę kratki. 4. Odwodnienie liniowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że otwór dopływowy (2) ma formę rusztu. 5. Odwodnienie liniowe według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że ściana środkowa (3) jest z materiału dobrze przewodzącego ciepło.

5 PL B1 5 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)