СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА, СПОСОБ РЕКУПЕРАЦИИ ТЕПЛА, ПРИМЕНЕНИЕ ТАКОЙ СИСТЕМЫ И ТАКОГО СПОСОБА Российский патент 2016 года по МПК F28D7/02 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к системе рекуперации тепла, функционирующей как теплообменник, который производит рекуперацию той части энергии, которая расходуется в процессе образования сточной воды, в том числе сточной воды из ванных или кухонь, и обычно теряется при сливе воды в канализацию. Эта энергия может быть рекуперирована и повторно использована для нагрева воды для мытья, которая затем легко находит применение, например, в душе, или хранится в нагревателе.

Заявляемая система в сочетании с ванной или душевым поддоном образует систему рекуперации тепла ванны или систему рекуперации тепла душевого поддона. Основой системы рекуперации энергии является блок теплообменника, содержащий трубу, предпочтительно изготовленную из ПВХ, внутри которой установлен змеевик, предпочтительно изготовленный из меди. Причем указанная система имеет технические усовершенствования, которые позволяют повысить производительность такой системы по сравнению с известными системами, как описано ниже.

Первым усовершенствованием является наличие дроссельной заслонки, которая удерживает воду в сливной трубе, замедляя слив.

Вторым усовершенствованием является наличие фильтра для защиты системы от мусора, что предотвращает засорение системы.

Третьим усовершенствованием является модульная конструкция и наличие теплоизоляции. Заявляемая система имеет компактную конструкцию, что позволяет быстро адаптировать ее к любому душевому поддону или ванне, представленным на рынке.

Размеры и материалы различных компонентов системы могут быть адаптированы специалистом области техники к требованиям конкретного проекта без выхода за рамки объема и сущности заявляемого изобретения.

Уровень техники

Из уровня техники известны системы, использующие тепло от сточных вод, в том числе сточных вод из душевых.

Так, в патенте США №4599870, выданном на имя Т. Хеберта, описана система теплопотребления, содержащая стандартный блок и смеситель холодной и горячей воды. В целом, это достаточно традиционная и громоздкая система.

В немецком патенте №29806939 U1 описана система использования сточных вод применительно к душевой установке (включая коммунальные души), где также используется блок определенной, и тоже не очень компактной конструкции, рассчитанной на конкретное применение, и водонагреватель для горячей воды.

В канадском патенте №2038928 A1 описан тепловой насос для производства горячей воды с помощью испарительной компрессионной системы. Указанная система содержит испаритель, который может отбирать тепло из внешней среды, оставаясь при этом под воздействием указанной внешней среды. При этом змеевиковая система улавливает лучистое тепло от компрессора. Таким образом, принцип работы такого устройства в корне отличается от заявляемого изобретения.

В португальской патентной заявке №104608 с названием «Система рекуперации тепла и соответствующий сифон» описан ближайший аналог заявляемого изобретения. Заявляемая система отличается от указанного прототипа тем, что имеет другое конструктивное исполнение, более совершенное с точки зрения термодинамики и обеспечивающее повышенную энергоэффективность.

Кроме того, заявляемая система обладает функциональными преимуществами, в частности, за счет применения новых элементов с четко определенными функциями, которые обеспечивают лучшую приспособленность к реальным условиям эксплуатации, более эффективную теплоизоляцию и простоту сборки. Таким образом, тепловой баланс достигается быстрее и экономия энергии доходит приблизительно до 70%.

Заявляемую систему также можно использовать по обратному назначению, то есть для охлаждения водопроводной воды, которая требует охлаждения перед использованием в душе. В очень жарких странах водопроводная вода слишком горячая, поэтому более насущной является именно потребность охлаждения, а не нагрева воды.

Сущность изобретения

Система рекуперации тепла с теплообменником для рекуперации тепла, содержащая входной коллектор для воды, поступающей от системы водоснабжения душевой установки и имеющей температуру t1, выход для указанной воды, выходящей с температурой t2 после прохождения через змеевик, установленный внутри пластмассовой трубы, внутри которой протекает сточная вода, поступающая из сливного устройства установки для мытья, причем указанная сточная вода сливается и входит в указанную трубу с температурой t3 и после теплообмена с водой, входящей во входной коллектор змеевика, поступает в канализацию при температуре t4, при этом указанная система рекуперации тепла содержит стандартное сливное устройство, содержащее опору клапана с крышкой, стакан-мусоросборник, резьбовое кольцо, верхнее уплотнение, нижнее уплотнение, для обеспечения герметичности с полом установки для мытья, отличающаяся тем, что теплообменная система представляет собой компактный корпус, внутри которого расположена система теплообменника, причем указанный корпус скрыт под полом установки для мытья, при этом указанная система рекуперации содержит дополнительный фильтр, расположенный на входе в трубчатый резервуар и защищающий указанную систему от засорения, причем предусмотрены средства создания турбулентного потока внутри указанного резервуара и средства предотвращения слишком быстрого слива путем установки на конце трубы круговой дроссельной заслонки с двумя вырезами: нижним вырезом меньшего размера, обеспечивающим проход мусора и верхним вырезом большего размера.

В одном из вариантов заявляемой системы рекуперации тепла, интервал между витками равен 1/3 диаметра трубы змеевика.

В другом варианте изобретения, система рекуперации тепла содержит ребра в форме полумесяца с периферийными полуцилиндрами, которые попеременно чередуются и с прессовой посадкой вставлены между каждой парой витков, причем указанные ребра имеют нижнюю ножку для опоры змеевика внутри трубы со сточной водой.

В одном из вариантов изобретения, система рекуперации тепла содержит систему фильтрации, которая содержит круговой пластмассовый фильтр, вставленный в пластмассовую опору клапана и содержащий узкие проходы в форме щелей, которые формируют один или более комплементарных наборов щелей.

В другом варианте изобретения, внутри внешнего корпуса системы рекуперации тепла имеется изоляционный материал.

В одном из вариантов изобретения, система рекуперации тепла содержит внешний корпус из пластмассы или из листового металла, причем различные его элементы соединены сваркой, болтами, заклепками, склеены или сцеплены.

В другом варианте изобретения, система рекуперации тепла имеет внешний жесткий корпус из полистирена, содержащий систему прессового крепления или крепежные элементы, и при наличии которого не требуется внешний металлический корпус и полиуретановая изоляция.

В одном из вариантов изобретения, система рекуперации тепла содержит дроссельную заслонку, расположенную в конце трубы.

В другом варианте изобретения, система рекуперации тепла содержит ребра треугольной формы с двумя полуцилиндрами в виде слабого рельефа.

В одном из вариантов изобретения, система рекуперации тепла содержит ребра с небольшим выступом.

В другом варианте изобретения, система рекуперации тепла содержит трубу из ПВХ с кольцевыми уплотнениями, причем указанный змеевик имеет диаметр 0,012 м и длину 6 м.

В одном из вариантов изобретения, в системе рекуперации тепла входной коллектор змеевика соединен с трубой холодной воды, а выходной коллектор соединен с краном-смесителем.

В другом варианте изобретения в системе рекуперации тепла предусмотрена промежуточная система хранения в нагревателе.

Кроме того, другим объектом настоящего изобретения является способ рекуперации тепла, отличающийся тем, что воду, поступающую в коллектор, выпускают из указанной системы при температуре t2, которая выше температуры t1 входящей воды, осуществляя тем самым нагрев воды, причем в таком случае температура t4 выходящей сточной воды ниже, чем температура t3 входящей сточной воды.

В одном из вариантов изобретения, способ рекуперации тепла отличается тем, что перед тем как выпустить из выходного коллектора воду, поступившую по сети водоснабжения, ее нагревают до температуры, которая может достигать до 28°C, посредством отбора тепла сточной воды, поступающей в указанную систему при температуре 31°C.

В другом варианте изобретения, способ рекуперации тепла отличается тем, что воду, входящую в коллектор, поступающую от сети водоснабжения, выпускают из указанной системы при температуре t2, которая ниже входной температуры t1, осуществляя охлаждение воды, при этом температура t4 выходящей сточной воды выше, чем температура t3 входящей сточной воды.

Кроме того, еще одним объектом настоящего изобретения является применение системы рекуперации тепла и способа рекуперации тепла от душа или ванны или рекуперации тепла сточных вод от душевых или от кухонь.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан общий вид системы теплообменника.

На фиг.2 в разобранном виде показан участок входа сточной воды (сливное устройство) и элементы клапана: резьбовая опора клапана душевого поддона, крышка и стакан-мусоросборник.

На фиг.3 показан блок теплообменника, установленный в душевом поддоне.

На фиг.4 показан блок теплообменника, установленный в душевом поддоне установки для мытья.

На фиг.5 показан вариант душевой установки.

На фиг.6 показан альтернативный вариант душевой установки с использованием нагревателя.

На фиг.7 показано турбулентное ребро в форме полумесяца и двух полуцилиндров для вставки между витками змеевика.

На фиг.8 показана дроссельная заслонка.

На фиг.9 показаны ребра, с прессовой посадкой вставленные между витками змеевика.

Общее описание изобретения

Система рекуперации энергии предпочтительно содержит змеевик (обычно медный), установленный внутри ПВХ-трубы, на конце которой предусмотрена дроссельная заслонка 1 также из ПВХ, фильтрационную систему 3 защиты от засоров, турбулентные ребра 2 и внешний корпус. В заявляемой системе рекуперации тепла интервал между витками равен 1/3 диаметра трубы змеевика.

Теплоизоляция предпочтительно осуществляется за счет наличия внутри корпуса теплоизоляционного материала, например полиуретана, или за счет использования корпуса, изготовленного из теплоизоляционного материала, например, из полистирена. Кроме того, внешний корпус должен быть изготовлен из материала, который обеспечивает механическую прочность указанного узла, например, внешний корпус может быть выполнен из металла, и различные его элементы соединены сваркой, болтами, заклепками, склеены или сцеплены. Внешний корпус может быть изготовлен из жесткого полистирена, содержащего систему прессового крепления или зажимов, в результате чего не требуется использование упомянутого выше внешнего металлического корпуса и изоляции.

Указанный корпус, внутри которого находится система теплообменника, скрыт под полом, например, под установкой для мытья.

Заявляемая система может быть оснащена круговым фильтром, задерживающим мусор и установленным во входной конец трубы из ПВХ, в опору клапана, чтобы избежать засорения трубы в случае, если стакан-мусоросборник в результате недосмотра или по любой другой причине отсутствует. Это позволяет гарантировать, что мусор (песок, волосы и подобные элементы) не попадет в трубу. Указанный задерживающий фильтр имеет узкие проходы в форме щелей, которые формируют один или более комплементарных наборов щелей.

Наличие дросселя на конце системы гарантирует постоянную наполненность трубы при эксплуатации указанной системы, то есть во время эксплуатации внутри системы все время находится вода. Таким образом гарантируется, что система удерживает воду достаточно долго для обеспечения теплопередачи и повышения рекуперации до максимума. Отверстия в нижней и верхней частях дроссельной заслонки 1 пропускают песок и другой мусор, который прошел через первый фильтр и может, в противном случае, вызвать проблемы или засорение сливной системы.

Кроме того, в заявляемой системе для создания турбулентного режима течения внутри трубы из ПВХ предусмотрены ребра 2 малого размера, установленные в промежутках между витками змеевика. Создание турбулентного режима течения увеличивает количество рекуперируемого тепла. Указанные ребра 2 выполнены в форме полумесяца и периферийных полуцилиндров, которые попеременно чередуются и с прессовой посадкой вставлены между каждой парой витков для облегчения вставки таких же ребер в змеевик. Указанные ребра 2 могут также содержать небольшой выступ, который служит для фиксации их положения в трубе, в частности для сохранения постоянного зазора, и нижнюю ножку для опоры змеевика в трубе сточной воды. Кроме того, указанные ребра 2 могут иметь треугольную форму и два полуцилиндра в виде слабого рельефа.

Труба 8 холодной воды из сети водоснабжения может быть соединена с входным коллектором змеевика, и выходной коллектор змеевика может быть соединен с краном-смесителем или, опционально, может быть использована система хранения в нагревателе 12.

Способ рекуперации тепла, осуществляемый в заявляемой системе заключается в том, что воду, поступающую в коллектор, выпускают из указанной системы при температуре t2, отличной от окружающей температуры t1 теплообменника, при этом выходная температура t4 сточной воды ниже, чем входная температура t3.

Перед тем как выпустить из выходного коллектора воду, поступившую по сети водоснабжения, ее нагревают до температуры, которая может достигать до 28°C, посредством отбора тепла сточной воды, поступающей в указанную систему при температуре 31°C.

Если поступающая в коллектор водопроводная вода выходит из системы с более низкой температурой t2, чем температура t1 входящей водопроводной воды, то есть происходит охлаждение водопроводной воды, то в этом случае температура t4 выходящей сточной воды выше, чем температура t3 входящей сточной воды.

Результаты показывают, что температурный выигрыш, получаемый при использовании данной системы, примерно на 30% выше, чем у системы, описанной в португальской патентной заявке №104608, для сопоставимых размеров водопроводных труб.

Однако имеется возможность получения большего или меньшего температурного выигрыша в зависимости от исполнения используемой системы, в частности, в зависимости от длины трубы и/или наличия теплоизоляции.

Таким образом, обеспечивается значительная экономия бытового энергопотребления. С другой стороны, благодаря тому, что указанный блок встроен в систему, облегчается установка системы рекуперации тепла в душе или ванне, поскольку гарантируется правильное расположение собираемых компонентов.

Предпочтительные варианты изобретения

В предпочтительном варианте изобретения система установлена в душевом поддоне или на дне ванны.

Вода для мытья поступает в сливное устройство 11 через донный клапан душевого поддона, при этом большая часть мусора задерживается стаканом-мусоросборником или, при его отсутствии, фильтром, установленным во входном конце.

Сточная вода затем проходит в трубу, где происходит передача тепла (от горячей воды из ванны) к змеевику. В предпочтительном варианте изобретения используется труба из ПВХ с кольцевыми уплотнениями и змеевик диаметром 0,012 м и длиной 6 м. На конце трубы установлена дроссельная заслонка 1 для того, чтобы вода находилась в системе достаточно долго для повышения теплообмена. Затем сточная вода течет в канализацию.

Заявляемая система содержит змеевик, соединенный с входным коллектором, через который проходит поток жидкости, отбирающий тепло от сточной воды в трубе. Указанный змеевик собран внутри трубы в форме спирали. Вдоль змеевика установлено несколько ребер 2 в промежутках между витками для создания турбулентного режима течения в трубе и обеспечения максимальной рекуперации тепла. Затем вода внутри змеевика проходит через выходной коллектор системы для дальнейшего использования или хранения в нагревателе 12.

Изобретение относится к системе рекуперации тепла, в частности той части энергии, которая расходуется при образовании сточной воды, например воды из ванных или кухонь, и обычно теряется при сливе воды в канализацию. Указанная энергия может быть рекуперирована и использована повторно для нагрева воды, которая затем легко находит применение в душе или хранится в нагревателе. Заявленная система в сочетании, например, с ванной или душевым поддоном образует систему рекуперации тепла ванны или душевого поддона. Заявляемая система рекуперации тепла предпочтительно содержит змеевик, обычно изготовленный из меди и расположенный внутри трубы из ПВХ, на конце которой установлена дроссельная заслонка из ПВХ; фильтр для защиты системы от мусора; турбулентные ребра; внешний корпус. Кроме того, заявляемая система имеет компактную конструкцию, что способствует быстрой адаптации системы. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система рекуперации тепла с теплообменником для рекуперации тепла, содержащая входной коллектор для воды, поступающей от системы водоснабжения душевой установки и имеющей температуру t1, выход для указанной воды, выходящей с температурой t2 после прохождения через змеевик, установленный внутри пластмассовой трубы, по которой протекает сточная вода, поступающая из сливного устройства установки для мытья, причем указанная сточная вода сливается и входит в указанную трубу с температурой t3 и после теплообмена с водой, входящей во входной коллектор змеевика, поступает в канализацию при температуре t4, при этом указанная система рекуперации тепла содержит стандартное сливное устройство, содержащее опору клапана с крышкой, стакан-мусоросборник, резьбовое кольцо, верхнее уплотнение, нижнее уплотнение, для обеспечения герметичности с полом установки для мытья, отличающаяся тем, что
теплообменная система содержит компактный корпус, внутри которого расположена система теплообменника, причем указанный корпус скрыт под полом установки для мытья, при этом указанная система рекуперации содержит дополнительный фильтр, расположенный на входе в трубчатый резервуар и защищающий указанную систему от засорения, причем предусмотрены средства создания турбулентного потока внутри указанного резервуара и средства предотвращения слишком быстрого слива путем установки на конце трубы круговой дроссельной заслонки с двумя вырезами:
нижним вырезом меньшего размера, обеспечивающим проход мусора и верхним вырезом большего размера.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что интервал между витками равен 1/3 диаметра трубы змеевика.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что предусмотрены ребра, имеющие форму полумесяца с периферическими полуцилиндрами, которые попеременно чередуются и с прессовой посадкой вставлены между каждой парой витков, причем указанные ребра имеют нижнюю ножку для опоры змеевика внутри трубы со сточной водой.

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что фильтрующая система представляет собой круговой пластмассовый фильтр, вставленный в пластмассовую опору клапана и содержащий узкие проходы в форме щелей, которые формируют один или более комплементарных наборов щелей.

5. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что внутри внешнего корпуса имеется изоляционный материал.

6. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что внешний корпус изготовлен из пластмассы или из листового металла, и его различные элементы соединены сваркой, болтами, заклепками, склеены или сцеплены.

7. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанный корпус изготовлен из жесткого полистирена, содержит систему прессового крепления или зажимы и не требует использования внешнего металлического корпуса и полиуретановой изоляции.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит дроссельную заслонку, установленную в конце трубы.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что в ней предусмотрены ребра, имеющие треугольную форму и два полуцилиндра в виде слабого рельефа.

10. Система по п.3, отличающаяся тем, что указанные ребра содержат выступ малого размера.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит трубу из ПВХ с кольцевыми уплотнениями, причем указанный змеевик имеет диаметр 0,012 м и длину 6 м.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что входной коллектор змеевика соединен с трубой холодной воды указанной системы водоснабжения, а выходной коллектор соединен с краном-смесителем.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что предусмотрена промежуточная система хранения воды в нагревателе.

14. Способ рекуперации тепла в системе по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что воду, входящую в коллектор, выпускают из указанной системы при температуре t2, которая выше температуры t1 входящей воды, тем самым осуществляя нагрев воды, при этом температура t4 выходящей сточной воды ниже температуры t3 выходящей сточной воды; или воду, входящую в коллектор, поступающую от сети водоснабжения, выпускают из указанной системы при температуре t2, которая ниже температуры t1, тем самым осуществляя охлаждение воды, при этом температура t4 выходящей сточной воды выше температуры t3 выходящей сточной воды.

15. Способ рекуперации тепла по п.14, отличающийся тем, что перед тем как выпустить из выходного коллектора воду, поступившую по сети водоснабжения, ее нагревают до температуры, которая может достигать до 28°C, посредством отбора тепла сточной воды, поступающей в указанную систему при температуре 31°C.

16. Применение системы рекуперации тепла по любому из пп.1-13 для рекуперации тепла из кухонной или душевой сточной воды, в частности воды из душевого поддона или из ванны.