(57)【要約】  本発明は、廃水の熱エネルギーを回収するための容器（１）に関する。容器（１）は、シェル（１０）および垂直方向に容器を貫通して廃水を運搬する連続的なスパイラル管（２）を備える。伝熱液体用の第１の伝熱空間は、スパイラル管（２）の外殻と容器（１）のシェル（１０）との間に配設され、第２の伝熱空間は、スパイラル管（２）内側に配設される。シェル（１０）には、それに固定されたマニホールド（７）を有する少なくとも１つの開閉式点検ハッチ（６）だけでなく、該マニホールド（７）に結合されたその入口端および出口端を有するシェルアンドチューブ形熱交換器（３）が提供される。スパイラル管（２）は、耐酸鋼またはステンレス鋼から成り、その内面は、スパイラル管の壁の他の部分より多いクロム含有量を有するように適合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水の熱エネルギーを回収するための容器（１）であって、前記容器の外形を画定するシェル（１０）と、前記シェルに関連付けられた入口連結部（２；２１）によって容器外の廃水入口導管（９）と連通し、かつ前記シェルに関連付けられた出口連結部（２；２２）によって容器外の廃水出口導管（９；９２）と連通する垂直方向に前記容器を通して廃水を運ぶ連続的なスパイラル管（２）と、前記スパイラル管（２）のシェルを囲み、前記容器（１）の前記シェル（１０）に関連付けられた少なくとも１つの伝熱流体入口連結部（４；４１）によって伝熱流体入口導管と連通し、かつ前記容器（１）の前記シェル（１０）に関連付けられる、少なくとも１つの伝熱流体出口連結部（４；４２）によって伝熱流体出口導管と連通する前記スパイラル管（２）の外殻および前記容器（１）の前記シェル（１０）によって閉じ込められた第１の伝熱空間（４）と、それだけでなく前記スパイラル管（２）内側に残され、前記スパイラル管（２）の外殻によって閉じ込められた第２の伝熱空間（５）と、を備え、それにより少なくとも前記容器（１）の一部が、圧力容器として提供される、容器において、
前記容器（１）が、少なくとも１つの、好ましくは２つの開閉式点検ハッチ（６）を備えたシェル（１０）を有し、少なくとも１つの点検ハッチ（６）が、それに固定されたマニホールド（７）、ならびにシェルアンドチューブ形熱交換器への流体接続を開閉するための手段がさらに提供された前記マニホールドに結合されたその入口端（３１）および出口端（３２）を有する好ましくはスパイラル形のシェルアンドチューブ形熱交換器である、前記シェルアンドチューブ形熱交換器（３）を有することと、
その材料に関して、廃水管が、耐酸鋼またはステンレス鋼から成り、処理によって、前記スパイラル管が、前記スパイラル管の壁の他の部分の平均クロム含有量より多い前記平均クロム含有量を有するように適合された少なくともその内面を有するようなやり方で処理された少なくともその内面を有することを特徴とする、容器（１）。
【請求項２】
前記スパイラル管（２）が、その表面粗さを低減するために電解研磨で処理されたその内面を有し、かつその外面も有する可能性があることを特徴とする、請求項１に記載の容器。
【請求項３】
前記スパイラル管（２）が、電気化学方法でＲａ＝１２０未満の表面粗さまで処理されたその内面を有し、かつその外面も有してその両方が有する可能性があることを特徴とする、請求項１または２に記載の容器。
【請求項４】
前記点検ハッチ（６）が、ボルト継手（１６）などで前記容器のフランジに結合され、かつ前記点検ハッチに開閉式に、シェルアンドチューブ形熱交換器（３）ならびにマニホールド（７）が結合されることを特徴とする、請求項１に記載の容器。
【請求項５】
前記スパイラル管（２）の平均断面径に対する前記スパイラル管の材料厚さが、一方で、前記スパイラル管（２）が、第１の圧力抵抗レベルを有するような方法で選択され、かつ前記容器の内径に対する前記容器（１）のシェル（１０）の前記材料厚さが、他方で、前記容器が、第２の圧力抵抗レベルを有するような方法で選択され、それにより、前記スパイラル管（２）の前記圧力抵抗レベルが、前記容器（１）の前記圧力抵抗レベルとは異なることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１）。
【請求項６】
前記スパイラル管（２）の平均断面径が、前記スパイラル管（２）が、一方で、圧力分類１０〜１６と一致する圧力抵抗を有するような方法で選択され、かつ前記容器（１）のシェル（１０）の材料厚さが、他方で、圧力分類−０．５〜６と一致するその圧力抵抗を有するように選択されることを特徴とする、請求項３に記載の容器（１）。
【請求項７】
前記スパイラル管（２）の内側に残された前記第２の伝熱空間（５）が、その中に、圧力分類１０〜１６と一致する第３の圧力抵抗を有するような前記スパイラル管の材料厚さに対するその断面径の比を、それぞれが有する、１つ以上のシェルアンドチューブ形熱交換器（３）を配置していることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１）。
【請求項８】
前記第２の伝熱空間（５）内に位置する前記シェルアンドチューブ形熱交換器（３）が、前記容器（１）のチューブ側の上への、すなわち前記スパイラル管（２）の中への、または前記容器（１）のシェル側の上へのいかなる物質移動も生じない独立した圧力容器として作られることを特徴とする、請求項１に記載の容器（１）。
【請求項９】
前記容器（１）が、その耐腐食性および耐摩耗性を向上させる処理で仕上げられたそのシェル（１０）の内壁および外壁を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の容器（１）。
【請求項１０】
前記容器（１）が、前記伝熱空間（４、５、１１）に存在する伝熱流体への、または伝熱流体からのエネルギーを伝達するために熱交換器用の１つ以上の追加の連結部、好ましくはフランジ連結部（８）が提供されるシェル（１０）および／またはカバーおよび／または底部を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の容器（１）。
【請求項１１】
前記スパイラル管（２）が、前記スパイラル管（２）内で液体が障害なしに移動するように適合するための連続的な内部を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の容器（１）。
【請求項１２】
前記スパイラル管（２）が、水平角（ｔ）を有するように設計されたその螺旋（２１〜２８）を有し、かつ／または前記螺旋（２１〜２８）が、前記スパイラル管（２）の内側を流れる液体の流量を変化させるための前記スパイラル管の垂直中心線（Ｈ）からの変動する半径（Ｒ１）を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の容器（１）。
【請求項１３】
前記スパイラル管（２）内側に存在する液体または気体の流量が、前記容器（１）の外部の配設を流れる廃水で調節されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の容器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の熱エネルギーを回収するための請求項１のプリアンブルによる容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市廃水、特に住宅の廃水から熱エネルギーを回収することを考慮すると、以前から公知の回収システムがあり、その回収システムは、チューブ側（一次側）およびチューブ側を囲むシェル側（二次側）からなるシェルアンドチューブ形熱交換器を備え、該シェル側は伝熱流体を担持する。一部のシェルアンドチューブ形熱交換器モデルのシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側には、良好な伝熱面積およびそれにより熱伝達率を確保するスパイラルの設計が与えられる。それにもかかわらず、スパイラルチューブ側を備えるこれらのシェルアンドチューブ形熱交換器は、汚れた家庭廃水（いわゆる、ブラックウォーター）および汚染都市廃水からの熱エネルギーの回収に使用されることが意図される場合、いくつかの問題を含む。
【０００３】
通常、廃水の熱エネルギーが上述の種類のシェルアンドチューブ形熱交換器で伝熱流体の中へと回収されるこうした廃水熱エネルギー回収システムは、はっきり言えば、ただ１種類の廃水、すなわち、圧倒的に住宅の生活廃水のみに含まれる熱エネルギーの回収に制限されてきたが、一方で、回収された熱エネルギーは、最も一般的には家庭用温水の加熱用にのみ使用されてきた。
【０００４】
現在のところ、廃水の加熱エネルギーまたは冷却エネルギーを、こうしたシェルアンドチューブ形熱交換器のシェル側に流れる非加圧または加圧伝熱流体に任意選択的に伝導することもできるようなやり方で熱エネルギーを回収するための、汚れた都市廃水または家庭廃水、特にブラックウォーターに対して好ましくはスパイラルチューブ側（スパイラル管）を備える単一のシェルアンドチューブ形熱交換器を使用できるであろう市販の熱交換器組立品はない。
【０００５】
これは第１に、例えば、シェルアンドチューブ形熱交換器のスパイラル管内部を流れる汚れたブラックウォーターからのエネルギーの回収は、熱交換器のチューブが詰まった結果、問題を引き起こす場合があるという事実による。シェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側のスパイラル管を直管と交換することによってスパイラル管が詰まるのを防ぐ１つの試みがなされた場合、一方でこれは、伝熱面積が縮小し、熱交換器内の滞留時間がより短くなるので、シェルアンドチューブ形熱交換器に対する著しく劣った熱伝達率をもたらす。
【０００６】
したがって、シェルアンドチューブ形熱交換器の汚染の予防および汚染されたシェルアンドチューブ形熱交換器の保守における便利さは、中でも、スパイラル配管を装備したシェルアンドチューブ形熱交換器を用いた汚れた廃水（特にブラックウォーター）の処理において、およびシェル側にも様々な伝熱流体を供給する試みにおいて、最も重要な態様である。先行技術は、満足のいく解決策をこの特定の問題に提供できなかった。
【０００７】
さらに、こうしたスパイラル管を備えるシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側にかなりの量の様々な化学物質（とりわけ、屋内水泳プールからの廃水）を含む可能性がある廃水が供給される場合、塩素などの水性化学物質により熱交換器のチューブ側の寿命を著しく減らす腐食の問題を容易にもたらす。
【０００８】
他方で、シェル側へと供給される様々な伝熱流体が、シェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側に流れる廃水の加熱効果または冷却効果が伝達可能である伝達流体へと拡張する場合、熱交換器組立品のシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側およびシェル側の寸法設定に関して、問題が起こり得る。エネルギー回収システムが集合住宅に設置されるときに、特に高圧および／または圧力変動に耐えるように寸法設定される必要があるこうしたシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側にこの原因はある。
【０００９】
この寸法設定の問題は、シェルアンドチューブ形熱交換器をスパイラル熱交換器に交換することによって少なくとも部分的に解決することができ、伝熱流体は、その指定されたスパイラル管内にスパイラル廃水管に沿って運ばれる。しかし、この場合、廃水がその内部を流れるスパイラル管をシェル側の伝熱流体が直接囲むことになるシェルアンドチューブ形熱交換器の使用と比較すると、全体の熱伝達率は著しく減少する。
【００１０】
加圧された廃水によって引き起こされる問題は、熱交換器のチューブ側が耐えるように設計される最大圧力に基づいてシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側およびシェル側を寸法設定することによって解決され得る。しかし、これは、特にシェルアンドチューブ形熱交換器のシェル側に過度に厚い壁構造をもたらし、そしてそれにより熱伝達率を低減され得る。
【００１１】
シェルアンドチューブ形熱交換器を備え、かつ都市廃水および住宅廃水のエネルギーを回収するために設計された熱交換器組立品一般に関するさらに別の問題は、回収システムへの廃水の流れおよびそれによるシェルアンドチューブ形熱交換器の一次側への廃水の流れは、かなり脈動する可能性があるという事実である。したがって、廃水エネルギーの回収を意図された熱交換器組立品内で、特に冬季に熱交換器の一次側の廃水の流れを均一にするため、技術的に複雑な流れおよび揚水の配設を有する熱交換器を付随する必要があった。
【００１２】
廃水熱エネルギーを回収するための本発明の容器は、前述の先行技術に現れる問題を解決することが意図される。
【発明の概要】
【００１３】
したがって、シェルアンドチューブ形熱交換器のシェル側の上へのスパイラル管を囲む伝熱流体の中へのスパイラル管から成るシェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側を流れる家庭のブラックウォーターおよび汚れた都市水から廃水熱エネルギーを回収するためのシェルアンドチューブ形熱交換器からなる容器を提供することが、本発明の主目的である。
【００１４】
前述の主目的は、シェルアンドチューブ形熱交換器の汚染を予防し、かつ汚染されたシェルアンドチューブ形熱交換器を洗浄するための適切な構成要素で容器を構築することによって得られる。
【００１５】
本発明の別の目的は、熱交換器のチューブ側ならびにシェル側上にできるだけ軽い構造を達成し、それでも熱交換器の全体的な圧力抵抗を危険にさらすという妥協をなくすことである。
【００１６】
廃水は、いわゆるブラックウォーターからなるので、スパイラル管を流れる廃水の熱エネルギーを、家庭用水と廃水を互いに混合するいかなる可能性もなく容器内部を流れる家庭用水の中へと回収することができる、シェルアンドチューブ形熱交換器を提供することがさらなる目的である。
【００１７】
本発明では、シェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側およびシェル側を構造上できるだけ単純に維持することがさらに意図される。特に熱交換器のチューブ側の流れを調整するために使用される電気的な流れおよび揚水配設を含まない熱交換器のこうした構造を維持することが特に目的とされる。
【００１８】
設計の第２の開始点は、シェルアンドチューブ形熱交換器から構成される容器内のスパイラル管の内側を流れる廃水の加熱エネルギーまたは冷却エネルギーを、熱交換器のシェル側を流れる加圧される可能性がある伝熱流体に伝達することができるような能力である。伝熱流体は、一次側の地熱伝熱流体および換気伝熱流体などのような、加熱または冷却される能力を有する様々な伝熱流体の中から選択可能であるべきである。
【００１９】
本開示では、シェルアンドチューブ形熱交換器のシェル側（すなわち、二次側）は、第１の伝熱空間と呼ばれ、容器のシェルとスパイラル管の外殻との間に画定され、そしてその中を伝熱流体が流れる。シェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側すなわち一次側に存在するスパイラル管内を流れる廃水のエネルギーは、シェル側を流れる伝熱流体の中へと回収される。
【００２０】
この文脈では、廃水熱エネルギーの回収とは、熱交換器のチューブ側を流れる廃水の温度が、シェル側の伝熱流体より高いか低いかに応じて、廃水の加熱エネルギーおよび冷却エネルギーの両方を回収することを指す。
【００２１】
本開示では、廃水とは、都市または住宅向け施設に使用された廃棄することができる水ベースの液体を指す。シェルアンドチューブ形熱交換器で扱われる廃水は、具体的にはブラックウォーターを含む。
【００２２】
前述の目的が得られた、請求項１の容器を有する。
【００２３】
より具体的には、本発明は、廃水の熱エネルギーを回収するための請求項１に記載の容器に関する。その容器は、容器外形を画定するシェル、垂直方向に容器を通して廃水を運ぶ連続的なスパイラル管を備える。スパイラル管は、容器シェルに関連付けられた入口連結部によって容器外の廃水入口導管および容器シェルに関連付けられた出口連結部によって容器外の廃水出口導管と連通する。容器は、スパイラル管を包囲し、該スパイラル管の外殻および容器のシェルによって閉じ込められ、かつ容器のシェルに関連付けられた少なくとも１つの伝熱流体入口連結部によって伝熱流体入口導管、および容器のシェルに関連付けられた少なくとも１つの伝熱流体出口連結部によって伝熱流体出口導管と連通する第１の伝熱空間と、スパイラル管の内側に残され、かつ該スパイラル管の外殻によって閉じ込められる第２の伝熱空間と、をさらに備え、それにより少なくとも容器の一部は、圧力容器として提供される。本発明において、
−容器は、少なくとも１つの、好ましくは２つの開閉式点検ハッチが提供されたシェルを有し、少なくとも１つの点検ハッチはそれに固定されたマニホールド、ならびに好ましくはスパイラル形のシェルアンドチューブ形熱交換器であるシェルアンドチューブ形熱交換器を有し、該シェルアンドチューブ形熱交換器は、該シェルアンドチューブ形熱交換器への流体接続を開閉するための手段をさらに備える該マニホールドに結合された入口端および出口端を有し、
−材料については、廃水管は、耐酸鋼またはステンレス鋼から成り、かつ該処理の手段によって、スパイラル管が、スパイラル管の壁の他の部分の平均クロム含有量より多い平均クロム含有量を有するように少なくともその内面を適合させるようなやり方で処理されたその内面を有する。
【００２４】
該表面処理は、電解研磨によって実施されるのが好ましく、表面粗さをＲａ＝１２０未満にすることが好ましい。
【００２５】
スパイラル管はまた、内面と同じやり方でその外面も処理し、すなわち、スパイラル管の外面の平均クロム含有量が、スパイラル管の壁の残り（内面を除く）の平均クロム含有量より高くなるように適合されていることが好ましい。したがって、スパイラル管の内面、および多くの場合スパイラル管の外面も、そのクロム含有量が、スパイラル管の壁のコア部分のクロム含有量を超える鋼材から製造される。実際、スパイラル管の外壁の内面からスパイラル管の外壁のコア部分に進むと、クロム含有量がより低くなると言うことができる。
【００２６】
本発明は、まず第１に低い表面粗さに仕上げられたスパイラル管の少なくとも内面を有することに基づき、さらに、電解研磨などでスパイラル管の壁の他の部分（コア部分）より高い平均クロム含有量を有するように適合されたスパイラル管の内面を有することに基づく。それにより、スパイラル管の内面は、腐食性下水に耐えることができるようにされ、さらに、管の壁は、汚れを寄せ付けないようにできるようにされ、すなわち、自浄式となるように対処された。本発明では第３に、容器のシェルには、さらに１つまたは２つの開閉式点検ハッチが提供されている。
【００２７】
他方では、本発明は、マニホールドに一体的に取り付けられた少なくとも１つの点検ハッチを有することに基づき、点検ハッチは、例えば、家庭用水または建物の冷却に使用される液体を運ぶために使用される、少なくとも１つの小型スパイラル、一般にはいくつかの小型スパイラルがマニホールドに結合される。それにより、マニホールド／点検ハッチ／小型スパイラルの組み合わせは、単一の小さい実体を構成するので、点検ハッチおよびそれに一体的に結合されるマニホールド、ならびに小型スパイラルは、保守をかなり容易にし、整備の信頼性を改善するという意味で注目に値する利点が得られる。
【００２８】
スパイラル管の内側に残された管内の家庭用水とスパイラル管を流れるブラックウォーターとの間の混合は、ここで互いに絶対的に分離されたそれ自体の配管内での家庭用水および廃水の移動と、常にそれらの間に容器の空の流体空間内に流れる伝熱流体を有することとによってさらに防がれる。
【００２９】
マニホールド／点検ハッチ／小型スパイラル組立品は、容器にこの組立品を設置する前に圧力を証明され試験されていることが好ましい。
【００３０】
容器は、シェルアンドチューブ形熱交換器として構築されることが好ましく、それにより、その中にチューブ側を画定するスパイラル管およびシェル側を画定する容器シェルが、両方とも特有の基準で寸法設定される独立した圧力容器として構築される。チューブ側へと供給される廃水は、しばしばシェル側を流れる伝熱流体よりかなり高圧であるので、それにより、不必要にシェル側の壁の厚さを増大する必要はなく、シェルアンドチューブ形熱交換器のチューブ側に対して十分な圧力抵抗を確保することが可能である。
【００３１】
本発明の第３の重要な態様は、シェルアンドチューブ形熱交換器内ではブラックウォーターなどの汚れた住宅水および都市水の処理を意図する、スパイラル管内部に閉じ込められた伝熱空間に関連し、スパイラル管の内側に残されたこの伝熱空間は、好ましくはスパイラルチューブ形熱交換器である少なくとも１つのチューブ形熱交換器を、その中に適合する。チューブ形熱交換器は、マニホールドに連結された入口端および出口端を有し、マニホールドは、容器の上部に存在する点検ハッチと一体化され、そして同一の伝熱流体または異なる伝熱流体を、容器の外側からの２つの異なる方向からマニホールドへともたらすことができる。それにより、例えば、建物の冷房からの凝縮液または太陽放射エネルギーによって加熱された液体を供給することができる別個の熱交換器を用いて、シェルアンドチューブ形熱交換器のシェル部内を流れる伝熱流体を加熱／冷却する能力がもたらされる。
【００３２】
本発明の１つの好ましい実施形態では、容器は、伝熱空間内に存在する伝熱流体へと、または伝熱流体から熱を伝達するため熱交換器用の１つ以上のフランジ連結部が提供されたシェルおよび／またはカバーを有する。フランジ連結部を通して、建物の冷房の凝縮液または太陽放射エネルギー収集器などの１つ以上の熱交換器を延ばすことができ、これは容器の伝熱空間内を流れる伝熱流体の中へと延びる。
【００３３】
本発明の１つの好ましい実施形態では、スパイラル管は、該パイラル管の内側の液体用に閉塞されない流路を提供する観点から連続する内部を有する。液体または気体は、スパイラル管内部を障害なしに移動するので、容器に電気調整要素または液体または流体の流路を制御する弁を備える必要はなく、容器は、チューブ側では構造上非常に単純に作ることができる。
【００３４】
本発明の１つの好ましい実施形態では、スパイラル管は、螺旋毎に０〜１０度のピッチ角を有する。
【００３５】
ここで、螺旋のピッチ角とは、スパイラル管の縦の中心線に対して横方向であるスパイラル管の水平面に対する、廃水管の単一の螺旋、すなわち、スパイラル管の上向きに方向付けられた螺旋の中心線の入射角を指す。
【００３６】
本発明の別の好ましい実施形態では、スパイラル管の伝熱面積のスパイラル管の螺旋によって画定される垂直空間の高さに対する比を変化させることが可能である。
【００３７】
螺旋によって画定される垂直空間の高さとは、スパイラル管の螺旋の最も高いところと最も低いところとの間の最大距離を指す。他方で、スパイラル管の伝熱面積とは、スパイラル管の螺旋の合計表面積を指す。
【００３８】
本発明のさらに別の好ましい実施形態では、スパイラル管によって送達される熱伝達比は、スパイラル管の螺旋に存在する水平角度の数および該角度の大きさによって調整することができる。
【００３９】
螺旋の水平角、すなわちスレッドとは、螺旋の湾曲または角度を指し、その角度のところに存在する管の中心線から測定された螺旋の半径は、同じ螺旋の平均半径とは異なる、またはスパイラル管の長軸方向、すなわち、垂直の中心線から測定されたとき、螺旋の平均半径とは異なる。
【００４０】
本発明の別の好ましい実施形態では、熱伝達率は、スパイラル管の垂直中心線に対するスパイラル管の螺旋半径によって調整することができる。
【００４１】
本発明に最も類似の先行技術は、特許書類、独国特許第１０２０１０００６８８２号に提示されているが、それでも点検ハッチに取り付けられたマニホールドについての記述がなく、またスパイラル管の壁の他の部分のクロム含有量より高くなるようにはスパイラル管の内面の平均クロム含有量をあげていない。
【００４２】
ここで、本発明およびそれにより達成できる利点が、添付図面を参照してより詳細に記しする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】廃水の熱エネルギーを回収するのに適切な容器の垂直断面図を示す。
【図２】外側から見たものとして、図１の容器をわずかに異なる視野角から示す。
【図３】同上。
【図４】マニホールド７と連結しており、かつ点検ハッチに結合されるチューブ形熱交換器３を示す。このマニホールド／チューブ形熱交換器／点検ハッチ組立品は、図１でも見ることができる。
【図５】チューブ形熱交換器３のシェルの低部で図３に見ることができるフランジ８に連結可能である熱交換器８１を示し、またここでこれはスパイラル形太陽熱交換器である。太陽熱交換器８１の入口連結部および出口連結部８２ａ、８２ｂは、チューブ形熱交換器３のシェルの低部または伝熱空間１１にフランジ継手で連結され、フランジ継手はチューブ形熱交換器３の内部であり、したがって、これらの小型スパイラル３の内部１１にある。
【図６】真上からの視点でのスパイラル管の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１〜３は、住宅および都市廃水のエネルギーを回収するように適合された容器に関する本発明の容器１の第１の実施形態を示す。
【００４５】
図１は、本発明の第１の実施形態による容器１を示す縦断面図であり、容器１は、特にブラックウォーターからの熱エネルギーの回収用のシェルアンドチューブ形熱交換器として機能する。図２および３は、廃水および伝熱液が、容器の中へと供給される方法または容器から排出される方法を図示する。
【００４６】
図１に示される容器１の縦断面図に見られるように、シェルアンドチューブ形熱交換器として機能する容器は、シェル１０ならびに容器１の垂直方向に容器を通して廃水を運ぶための連続的なスパイラル管２を有する。一般に、ブラックウォーターは、容器を上下方向に貫通して重力により移動する。容器は、スタンド１２を装備する。
【００４７】
スパイラル管２は、熱交換器のチューブ部を構成し、容器シェルに関連付けられた入口連結部２；２１により容器外部の廃水入口導管と連通し（図３を参照）、また容器シェルに関連付けられた出口連結部２；２２により容器外部の廃水出口導管と連通する（図２を参照）。
【００４８】
スパイラル管２は、第１の伝熱空間４により直接包囲され、同時にシェルアンドチューブ形熱交換器のシェル部を構成するそのシェル、すなわち、スパイラル管の外壁を有する。第１の伝熱空間４は、スパイラル管２の外壁および容器１の外殻（二重シェル）によって画定される。この第１の伝熱空間４は、容器１のシェル１０に関連付けられた少なくとも１つの伝熱流体入口連結部４；４１によって伝熱流体入口導管（図示せず）と連通し、かつ容器１のシェル１０に関連付けられた少なくとも１つの伝熱流体出口連結部４；４２によって伝熱流体出口導管（図示せず）と連通する。スパイラル管２の内側には、第２の伝熱空間５が残され、したがって、伝熱空間５は、スパイラル管２の螺旋２；２１〜２８によって閉じ込められた垂直空間に位置する。容器１は、圧力容器として提供される。
【００４９】
図２および３から、とりわけ、容器１のシェル１０および容器の上部の点検ハッチ６（マンホール）に連結されたマニホールド７の構造をより詳細に見ることができる。図２および３で見ることができる容器１のシェル１０の上部には、容器の上部を囲むカラーにボルト１６で固定される開閉式点検ハッチ６が提供される。
【００５０】
点検ハッチ６の頂部は、マニホールド７と一体化するか、またはマニホールド７にしっかりと固定され、このマニホールドは、これも図４に分離して示されるように、シェルアンドチューブ形熱交換器に結合される。マニホールド７は、第１のバルブシステムなどを含み、それにより、家庭用水用または伝熱流体用の入口経路を容器外部の２つの異なる方向からマニホールド７に開口することができる。マニホールド７は、該マニホールド７から容器１の第２の伝熱空間５に位置するスパイラル形のシェルアンドチューブ形熱交換器３へと流体接続を開閉するための第２のバルブシステムなどの手段をさらに備える。シェルアンドチューブ形熱交換器は、該マニホールド７に連結された入口端３１および出口端３２を有する。よって、シェルアンドチューブ形熱交換器／マニホールド／点検ハッチ組立品は、それ自体の中に容器の保守を容易にする取り外し可能な実体を構成する。スパイラル形熱交換器内側には、追加の伝熱空間１１が残され、別個のスパイラル形熱交換器８１をその中に導入することができ、太陽放射エネルギーの回収または建物の冷房システムの凝縮液循環と連通する伝熱流体を循環する。図３から、水などの伝熱流体の流れＶ１が、どのようにマニホールド７に、かつさらに容器内部に届くかを見ることができる。伝熱流体は、スパイラル管２の内側に存在するスパイラル形のシェルアンドチューブ形熱交換器によって通り、同時に熱エネルギーを伝熱空間５の中へと送達する。その後、水の流れＶ２などの加熱された液体または冷却された液体の流れは、シェルアンドチューブ形熱交換器３のマニホールド７からおよび容器１の外へと出される。
【００５１】
図３からは、第１の伝熱空間４、すなわち、熱交換器のシェル部が、どのように伝熱流体入口連結部４；４１を通って伝熱流体入口導管と連通するか、およびどのように伝熱流体出口連結部４；４２を通って容器外の伝熱流体出口導管と連通するかも見られる。
【００５２】
他方で、廃水の流れは、容器の内側の入口連結部２；２１によって容器の上部に到達する（図１を参照）。容器の内側では、廃水の流れは、スパイラル管２に沿って重力により下向きに進み、同時に熱エネルギーをシェル部４内に存在する伝熱流体に送達する。その後、廃水は、廃水出口連結部２；２２によって容器から排出される。
【００５３】
スパイラル管の平均断面径に対して図１で見ることができるスパイラル管２の壁の材料厚さは、スパイラル管２が、１０〜１６バールの最大圧力抵抗レベルを有するようなやり方で選択される。次に容器の内径に対する容器１のシェル１０の材料厚さが、容器が、４〜１０バールの最大圧力抵抗レベルを有するようなやり方で選択される。したがって、容器１のチューブ部内のスパイラル管は、容器のシェル部の考えられる最も高い圧力抵抗レベルよりわずかに高い最大圧力抵抗レベルを有する。
【００５４】
他方で、スパイラル管の平均断面径に対して図１で見ることができるスパイラルコイル３の壁の材料厚さは、スパイラルコイル３が、１０〜１６バールの最大圧力抵抗レベルを有するようなやり方で選択される。スパイラルコイル３の内側は、容器１の空の内部、すなわち、第１の伝熱空間４内を移動する伝熱流体により加熱される家庭用水を運ぶことができる。容器１の内部に延びるその部分に関して、スパイラルコイル３は、第２の伝熱空間５内全体の中にあり、容器１の空の内部に流れる／存在する該伝熱流体によってあらゆる方向から囲まれる。その結果、スパイラルコイル内を移動する家庭用水は、いかなる点でも汚れたブラックウォーターがその中を流れるスパイラル管２に接触しない。
【００５５】
その材料に関して、廃水用に意図され、図１で見ることができるスパイラル管２は、耐酸鋼またはステンレス鋼で作られ、その内面を、好ましくは電解研磨により低い表面粗さ（例えば、表面粗さＲａ＝１２０未満）に処理される。さらに、スパイラル管２の内面の処理は、該処理によって、スパイラル管２の内面が、スパイラル管の他の壁の部分（特に壁のコア部分）の平均クロム含有量より高くなるように適合された平均クロム含有量を有するようなやり方で選択される。スパイラル管２も、内面と同じように処理された外面を有し、その平均クロム含有量も、スパイラル管（スパイラル管の内面を除く）の他の壁の部分の平均クロム含有量より高い。
【００５６】
電解研磨は、スパイラル管２の内面上の微視的な小さい凹凸を電気化学的に平らにし、熱エネルギーが、例えば、ブラックウォーターから回収されるとき、汚れがスパイラル管の内面に付着しない。他方で、内面上のクロム含有量を増加すると、内面の腐食耐性が向上する。スパイラル管の外面上のクロム含有量を増やすと、スパイラル管の石灰性物質の沈着を阻止し、スパイラル管の熱伝導率（熱浸透）を高いレベルにｃ維持する。
【００５７】
上述の通り、マニホールド７／点検ハッチ６／チューブ形熱交換器３は、単一の実体を構成し、同時にすべてを持ち上げて外すことが簡単であり、したがって、容器１の内部の保守をかなり容易にする。
【００５８】
こうしたマニホールド７／点検ハッチ６／チューブ形熱交換器３の実体は、図４に提示されるが、図１でも見ることができる。
【００５９】
スパイラル管２の螺旋の水平角が図６の断面図で図示される。スパイラル管２の螺旋２１、すなわち、スパイラル管のスレッドは、曲げｔの外側の螺旋の半径Ｒ１を有する。半径は、スパイラル管の垂直中心線Ｈから螺旋の中心線までの距離として測定される。それと対照的に、各水平角で、すなわち、曲がりｔにおいて、スパイラル管２垂直中心線Ｈから螺旋の中心線までの距離としてここでも測定されるものとして、距離または曲率半径はＲ１’である。螺旋角ｔは、螺旋２１〜２８におけるの廃水Ｊの移動速度および乱流に、したがって、螺旋２を囲むスパイラル管２の内部を流れる液体から伝熱流体Ｌへの熱の伝達に影響を与える。
【００６０】
上述の実施形態では、特許請求の範囲に定義される本発明に対してわずかにいくつかの実装形態が提示され、本発明に対する多くの他の可能な実装形態があることは当業者には明らかであろう。
【００６１】
符号の説明（主要構成部品）
１  容器
２  スパイラル管
２１、２２  入口連結部および出口連結部（スパイラル管用）
３  シェルアンドチューブ形熱交換器
３１、３２  入口端および出口端（シェルアンドチューブ形熱交換器用）
４  第１の伝熱空間
４；４１  伝熱流体入口連結部
４；４２  伝熱流体出口連結部
５  第２の伝熱空間
６  点検ハッチ
６１  頂部点検ハッチ（カバー）
７  マニホールド
８  フランジ連結部
８１  スパイラル形熱交換器
９  廃水入口導管
９；９２  廃水出口導管
１０  （容器の）シェル
１１  小型スパイラル内側の追加の伝熱空間
１２  （容器の）スタンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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