DE2801638A1

DE2801638A1 - Abwasserbehaelter mit einem verdampfer fuer eine waermepumpe zur waermerueckgewinnung

Info

Publication number: DE2801638A1
Application number: DE19782801638
Authority: DE
Inventors: Hermann Etscheid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-16
Filing date: 1978-01-16
Publication date: 1979-07-19

Description

Hermann Etscheid Industriegelände 5466 Neustadt-Wied-Fernthal

Abwasserbehälter mit einem Verdampfer für eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung

Die Erfindung betrifft einen Abwasserbehälter mit einem Verdampfer für eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung.

Ein derartiger Abwasserbehälter ist dazu bestimmt, Abwasser wie es z. B. bei Küchen, Wäschereien, Badeanstalten o. ä. Einrichtungen anfällt, zu sammeln, damit diesem mittels einer Wärmepumpe Wärme entzogen und an

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einer anderen Stelle wieder freigesetzt und nutzbar gemacht werden kann. Die Wärmepumpe besteht dabei, wie bekannt, grundsätzlich aus einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Verflüssiger und einer Drosselstelle, welche über Rohrleitungen zu einem geschlossenen Kreislaufsystem für ein Kältemittel verbunden sind. - Im Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme auf und gibt im Verflüssiger Wärme an ein anderes Medium, z. B. Brauchwasser, die als Wärmeträger eingesetzte Flüssigkeit einer Zentralheizung od. ä. ab.

Soll eine Verflüssigung des Kältemittels bei mäßigem Druck stattfinden, was aus verfahrenstechnischen Gründen anzustreben ist, so muß das Kältemittel stets entsprechend tief abgekühlt werden. Das aber hat andere Nachteile zur Folge.

Ist beispielsweise der Verflüssiger dazu bestimmt, einen Warmwasserspeicher aufzuheizen, so lassen sich zwar in einem Teil des Warmwasserspeichers, nämlich eingangs des Verflüssigers, durchaus Temperaturen von 60° - 80°Cerreichen, jedoch bleiben in dem anderen Teil des Warmwasserspeichers die Temperaturen verhältnismäßig niedrig, so daß im Durchschnitt nur mäßige Temperaturen zu verzeichnen sind und der Warmwasserspeicher nicht voll genutzt wird.

Eine solche Anordnung ist auch nur bedingt zum Betreiben einer Zentralheizung geeignet, da es durch die Umwälzpumpe einer Zentralheizung zu einer von oben bis unten mehr oder weniger gleichmäßigen Temperierung im Warmwasserspeicher kommen würde, welche keine gute Verflüssigung des Kältemittels mehr zuläßt.

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Für solche Fälle ist es allerdings bekannt, hinter den Warmwasserspeicher noch einen Verflüssiger mit einem Ventilator zu schalten, wobei der Ventilator in Betrieb geht, wenn das Kältemittel den Warmwasserspeicher zu warm verläßt.

Zwar läßt sich damit auf der einen Seite erreichen, daß der Verdichter nicht überlastet wird, auch wenn das Wasser im gesamten Speicher, also von oben bis unten, Temperaturen von z. B. 50 Cannimmt, jedoch wird auf der anderen Seite wertvolle Wärme an die Außenluft abgegeben und geht damit verloren.

Hier setzt nun die Erfindung an. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abwasserbehälter mit einem Verdampfer für eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung anzugeben, wodurch eine hohe Aufheizung bei möglichst geringen Wärmeverlusten erfolgen kann.

Nach den bisherigen Erkenntnissen enthält die Aufgabe zwei gegensätzliche Forderungen. Überraschenderweise können diese jedoch nach den Vorschlägen der Erfindung erfüllt werden.

Im einzelnen wird die Aufgabe mit einem Abwasserbehälter gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen insbesondere der Nachverflüssigung dienenden Verflüssiger, wobei der Austritt des Verflüssigers über eine Rohrleitung mit dem Eintritt des Verdampfers verbunden ist und die Rohrleitung eine Drosselstelle aufweist.

Bei dem Verflüssiger des Abwasserbehälters handelt es sich um einen zusätzlichen Verflüssiger, in dem insbesondere eine Nachverflüssigung oder Restverflüssigung,

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unter Umständen aber auch die Verflüssigung überhaupt stattfinden kann. Diesem Verflüssiger ist der eigentliche Verflüssiger der Wärmepumpe vorgeschaltet, an dem ein anderes Medium, z. B. Brauchwasser aufgeheizt wird.

Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß nunmehr ein Medium an dem Verflüssiger der Wärmepumpe ohne größeren Wärmeverlust höher aufgeheizt werden kann. Wenn nämlich das Kältemittel den Verflüssiger der Wärmepumpe mit höherer Temperatur verläßt, bewirkt der zusätzliche Verflüssiger erstens eine genügende Rückkühlung des Kältemittels, wie es zur Schonung, des Verdichters erwünscht ist, und zweitens eine Rückgabe der übrig gebliebenen Restwärme an das Abwasser. Im weiteren Kreislauf des Kältemittels kann dann diese im Abwasser gespeicherte Wärme wieder nutzbar gemacht werden.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der Verdampfer im oberen Bereich und der Verflüssiger im unteren Bereich des Abwasserbehälters angeordnet. - Diese Anordnung besitzt den besonderen Vorteil, daß innerhalb des Abwasserbehälters ein guter Temperaturausgleich erfolgt. So steigt nach Aufnahme der Restwärme aus der Verflüssigung aus dem unteren Bereich des Abwasserbehälters erwärmtes Abwasser auf, während nach Abgabe von Wärme an den Verdampfer aus dem oberen Bereich kälteres Abwasser absinkt. Dadurch ergibt sich eine natürliche Umwälzung von oben nach unten und umgekehrt .

Nach einem anderen Vorschlag ist der Verdampfer auf der Innenseite und der Verflüssiger auf der Außenseite des Abwasserbehälters angeordnet.

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Zweckmäßigerweise bilden der Verdampfer und/oder der Verflüssiger einen Teil der Gefäßwand des Abwasserbehälters.

Nach einem weiteren Vorschlag weist der Abwasserbehälter einen trichterförmigen Auslauf auf und ist für dessen Verschluß ein gleichzeitig als Oberlauf dienendes Rohr vorgesehen. - Der trichterförmige Auslauf besitzt den besonderen Vorteil, daß sich Schmutzteile im Abwasserbehälter nicht halten und ablagern können, sondern beim Entleeren des Abwasserbehälters regelmäßig mit ausgetragen werden.

Vorteilhaft ist das Rohr an einen mit einer Zeitsteuerung versehenen Hubmagneten angeschlossen und mittels desselben bewegbar.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist im Bereich des Verdampfers eine Elektrode angeordnet, die die Wärmepumpe, erst bei Erreichen eines Mindestwasserstandes einschaltet.

Vorteilhaft ist an dem Abwasserbehälter ein Thermostat angeordnet, der die Wärmepumpe bei Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes abschaltet und die Zeitsteuerung des Hubmagneten einschaltet.

Besonders funktionstüchtig ist ein Abwasserbehälter, wenn er mit einem Rührer mit wechselnder Bewegungsrichtung versehen ist. - Der Rührer sorgt grundsätzlich für eine Durchmischung und einen Temperaturausgleich. Der Wechsel der Bewegungsrichtung soll sich_erstellen, daß Schmußteile, welche sich ggf. am Rührer verfangen, bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung wieder frei-

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kommen und letztlich zum Auslauf absinken können.

Eine Turbulenz und damit ein guter Temperaturausgleich im Abwasser läßt sich auch dann erzielen, wenn der Abwasserbehälter ein in das Abwasser gerichtetes Rohr zum Einleiten von Luft besitzt, wobei das Rohr zweckmäßigerweise an seinem freien Ende glockenförmig erweitet ist.

Insbesondere um zu verhindern, daß nachströmendes Abwasser, welches in der Regel wärmer ist als bereits im Abwasserbehälter befindliches Abwasser, bei vollem Abwasserbehälter oberflächlich und vollkommen ungenutzt abfließt, weist der Abwasserbehälter einen bis in das Behälterinnere reichenden Zulauf mit einem nach unten abgewinkelten und in das Abwasser eintauchenden Ende auf. - Dadurch gelangt das wärmere Abwasser zwangsläufig in den Abwasserbehälter, während das kältere Abwasser herausgedrängt wird und überfließt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung für zwei Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Wärmepumpe mit einem erfindungsgemäßen Abwasserbehälter, schematisch im Schnittbild dargestellt, und

Figur 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abwasserbehälters, ebenfalls schematisch im Schnittbild dargestellt.

Nach Figur 1 weist ein Abwasserbehälter 1 einen Verdampfer 2 in seinem oberen Bereich sowie einen Verflüssiger 3 in seinem unteren Bereich auf. Der Ver-

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dämpfer 2 und der Verflüssiger 3 bilden gleichzeitig einen Teil der Gefäßwand des Abwasserbehälters 1. Der Austritt des Verflüssigers 3 ist über eine Rohrleitung 4 mit dem Eintritt des Verdampfers 2 verbunden. In der Rohrleitung 4 ist eine Drosselstelle 5 angeordnet, beispielsweise in Form eines thermostatgesteuerten Expansionsventils, was hier jedoch nicht näher dargestellt ist.

Der Austritt des Verdampfers 2 ist über eine Rohrleitung 6 mit einem Verdichter 7 und dieser über eine Rohrleitung 8 mit einem Verflüssiger 9 verbunden. Vom Austritt des Verflüssigers 9 führt eine Rohrleitung 10 zum Eintritt des Verflüssigers 3. Dazwischen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch ein weiterer Verflüssiger 11 angeordnet.

Der Verflüssiger 9 ist zur Aufheizung eines Warmwasserspeichers 9a vorgesehen, mit dem heißes Brauchwasser bereitgestellt werden soll. Am Kaltanschluß des Warmwasserspeichers 9a ist ein Thermostat vorgesehen, welcher die Wärmepumpe abschaltet, sobald das Brauchwasser bis zum Kaltanschluß voll aufgeheizt ist. Der Verflüssiger 11 dient zur Aufheizung eines weiteren Warmwasserspeichers 11a, welcher als zusätzliche Wärmequelle an eine Zentralheizungsanlage angeschlossen ist.

Der Abwasserbehälter 1 ist ein Standgefäß und besitzt in der Nähe seines oberen Endes einen Zulauf 12 für das aufzunehmende Abwasser sowie an seinem Boden einen trichterförmigen Auslauf 13. In den Auslauf 13 ist als Verschluß ein Rohr 14 eingesetzt. Das Rohr 14 reicht in seiner Höhe bis dicht unter den Zulauf 12 und bildet für den Abwasserbehälter 1 einen Oberlauf. Der Zulauf 12

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weist ein nach unten abgewinkeltes und bis in das Abwasser reichendes Ende auf.

Oberhalb des Rohres 14 ist ein Elektro-Hubmagnet 15 mit einer Zeitsteuerung angeordnet, an den das Rohr 14 angeschlossen ist. Mittels des Hubmagneten 15 läßt sich das Rohr 14 bewegen, das heißt zur Freigabe des Auslaufs 13 anheben. Eingeschaltet wird die Zeitsteuerung des Hubmagneten 15 über einen Thermostaten 16, der hier am Obergang vom Verdampfer 2 zum Verflüssiger am Abwasserbehälter 1 angebracht ist. Der Thermostat steuert gleichzeitig die Wärmepumpe.

Im Abwasserbehälter 1, und zwar im Bereich des Verdampfers 2 ist noch eine Elektrode 17 angeordnet, welche die Wärmpumpe erst einschalten soll, wenn ein Mindestwasserstand im Abwasserbehälter 1 erreicht ist. Schließlich ist der Abwasserbehälter 1 mit einem Rührer 18 versehen. Dieser wechselt ständig seine Bewegungsrichtung. Anstelle des Rührers 18 kann auch ein in das Abwasser gerichtetes Rohr zum Einleiten von Luft vorgesehen werden, wobei das Rohr zweckmäßigerweise an seinem freien Ende glockenförmig erweitert ist.

Sowohl für die Warmwasserspeicher 9a und 11a als auch für den Abwasserbehälter 1 ist eine wärmeisolierende Verkleidung vorgesehen.

Nach Figur 2 ist der Verdampfer 2 auf der Innenseite und der Verflüssiger 3 auf der Außenseite des Abwasserbehälters 1 angeordnet. Der Verdampfer 2 und der Verflüssiger 3 liegen sich unmittelbar gegenüber und erstrecken sich fast über die gesamte Höhe des Abwasserbehälters 1, wobei sie den wesentlichen Teil seiner Gefäßwand bilden.

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Der Austritt des Verflüssigers 3 ist wieder über die Rohrleitung 4 mit dem Eintritt des Verdampfers 2 verbunden. Auch die übrigen Teile sind in prinzipiell gleicher Weise wie bei dem Abwasserbehälter 1 nach Figur 1 angeordnet.

Die vorgenannte Wärmepumpe arbeitet in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Abwasserbehälter 1 wie folgt.

Wenn das Rohr 14 in den Auslauf 13 abgesenkt ist und diesen verschlossen hält, läuft zunächst Abwasser über den Zulauf 12 in den Abwasserbehälter 1 ein. Sobald das Abwasser in dem Abwasserbehälter 1 bis zur Elektrode 17 gestiegen ist, schaltet diese die Wärmepumpe ein. Daraufhin beginnt der Kreislauf des Kältemittels.

Das Kältemittel verdampft zunächst im Verdampfer 2 unter Abkühlung des Abwassers in diesem Bereich. Vom Verdampfer 2 gelangt das Kältemittel über die Rohrleitung C=Saugleitung) in den Verdichter 7, wo es auf höheren Druck und höhere Temperatur gebracht wird.

In diesem Zustand, d. h. als Heißgas, tritt das Kälter mittel dann über die Rohrleitung 8 ("Druckleitung) in den Verflüssiger 9 ein. Dort gibt es einen Teil seiner Wärme an das Wasser des Warmwasserspeichers 9a ab, wobei es sich bis zum Austritt aus dem Verflüssiger 9 bereits teilweise verflüssigen kann. Mit noch verhältnismäßig hoher Temperatur gelangt das Kältemittel dann über die Rohrleitung 10 in den Verflüssiger 11 und nachfolgend in den Verflüssiger 3. Dort findet die restliche Verflüssigung statt, wobei die Wärme an das Abwasser gelangt und weiter genutzt werden kann.

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Vom Austritt des Verflüssigers 3 strömt dann das Kältemittel über die Rohrleitung 4 erneut in den Verdampfer 2 ein,nachdem es an der dazwischenliegenden Drosselstelle zur Entspannung gebracht worden ist. Vom Verdampfer 2 aus wiederholt sich der Kreislauf in der beschriebenen Weise,

Beendet wird der Kreislauf erst, wenn die Temperatur des Abwassers einen vorgegebenen Wert unterschreitet und der Thermostat 16 den Verdichter 7 abschaltet. Gleichzeitig bewirkt der Thermostat 16 in Verbindung mit der Zeitsteuerung, daß der Hubmagnet 15 für einige Sekunden von Strom durchflossen wird und das Rohr 14 anhebt, worauf der Auslauf 13 frei wird und das Abwasser abfließen kann. Sobald der Hubmagnet 15 wieder stromlos wird, senkt sich das Rohr 14 ab und verschließt den Auslauf Das Rohr 14 dient gleichzeitig als Oberlauf, was nicht zuletzt dann von Bedeutung ist, wenn an der Wärmepumpe einmal eine Störung auftritt, insbesondere einmal der Strom ausfällt. - Beendet bzw. unterbrochen wird der Kreislauf des Kältemittels auch dann, wenn das Brauchwasser bis zum Kaltanschluß des Warmwasserspeichers 9a voll aufgeheizt ist.

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Claims

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Hermann Etseheid
Industriegelände
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Abwasserbehälter mit einem Verdampfer für eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung

Ansprüche

Abwasserbehälter mit einem Verdampfer für eine Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung, gekennzeichnet durch einen insbesondere der Nachverflüssigung dienenden Verflüssiger ( 3 ), wobei der Austritt des Verflüssigers C 3 ) über eine Rohrleitung ( 4 ) mit dem Eintritt des Verdampfers ( 2 ) verbunden ist und die Rohrleitung ( 4 ] eine Drosselstelle ( 5 ) aufweist.
2. Abwasserbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer ( 2 ) im oberen Bereich und der Verflüssiger C 3 ) im unteren Bereich des Abwasserbehälters C 1 ) angeordnet ist.
3. Abwasserbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer ( 2 ) auf der Innenseite und der Verflüssiger ( 3 ) auf der Außenseite des Abwasserbehälters C 1 ) angeordnet ist.
4. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer ( 2 ) und/ oder der Verflüssiger ( 3 ) einen Teil der Gefäßwand des Abwasserbehälters ( 1 ) bilden.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen trichterförmigen Auslauf C 13 ) aufweist und daß für dessen Verschluß ein gleichzeitig als Oberlauf dienendes Rohr ( 14 ) vorgesehen ist.
6. Abwasserbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr ( 14 ) an einen mit einer Zeitsteuerung versehenen Hubmagneten C 15 ) angeschlossen und mittels desselben bewegbar ist.
7. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Verdampfers C 2 ) eine Elektrode C 17 ) angeordnet ist, die die Wärmepumpe erst bei Erreichen eines Mindestwasserstandes einschaltet.
8. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an ihm ein Thermostat C 16 ) angeordnet ist, der die Wärmepumpe bei Unterschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes abschaltet und die Zeitsteuerung des Hubmagneten ( 15 ) einschaltet.
9. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Rührer ( 18 ) mit wechselnder Bewegungsrichtung versehen ist.
10. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein in das Abwasser gerichtetes Rohr zum Einleiten von Luft besitzt, wobei das Rohr an seinem freien Ende glockenförmig erweitert ist.

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11. Abwasserbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er einen bis in das Behälterinnere reichenden Zulauf (12) mit einem nach unten abgewinkelten und in das Abwasser eintauchenden Ende aufweist.

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