Рекуператор теплоты сточных вод

Полезная модель относится к энергосберегающим технологиям в области горячего водоснабжения и может быть использована для утилизации сбросной теплоты «серых» сточных вод в бытовых системах горячего водоснабжения.
Известно теплообменное устройство, предназначенное для рекуперации теплоты сбросных сточных вод (см. патент CN №200962004, F28D 1/047, опуб. 17.10.2007), включающее теплообменную камеру и теплообменные трубки и имеет следующие конструктивные особенности: в верхней части теплообменной камеры находится входное отверстие для сточных вод от душевых кабин и ванн, в нижней части теплообменной камеры находится труба для отвода сточных вод, внутри теплообменной камеры расположена теплообменная трубка, имеющая патрубки подачи и отвода теплоносителя.
Известен сантехнический слив с теплообменником (см. патент EP №2453194, F28D 7/02, опуб. 16.05.2012), включающий сливной канал, снабженный теплообменником для рекуперации теплоты, содержащейся в использованной воде после душа, теплообменник включает в себя трубку, изготовленную предпочтительно из металла, размещаемую в сливном канале и соединяемую с каналом холодной воды, теплообменник имеет вытянутую форму, трубка сформирована таким образом, что состоит из множества частей, длина которых по меньшей мере соответствует длине сливного канала.
Также известна душевая установка с рекуперацией энергии стоков (см. патент FR №2868796, E03C 1/00, опуб. 14.10.2005), включающая средства для подачи горячей воды и средства для подачи холодной воды, средства для приема и отвода сточных вод, а также включающая устройство рекуперации энергии с теплообменником, расположенное на уровне средств для приема и отвода сточных вод, способное рекуперировать тепло последних для передачи его средствам для подачи холодной воды.
Известные устройства позиционируются как устройства для ванн и душевых кабин, их недостатками являются массогабаритные характеристики, которые не позволяют устанавливать данные устройства под раковинами. Отдельно для перечисленных устройств можно выделить специфический недостаток их конструктивной реализации. Конструкция устройств разработана в соответствии с особенностями зарубежных систем водоснабжения и водоотведения и не может быть применена в стандартных российских системах водоснабжения и водоотведения.
Технически близкими к заявленной полезной модели являются рекуператоры сточных вод компании Zypho (см. горизонтальные решения iZi 30 и iZi 40 на официальном сайте компании Zypho https://zypho.uk/zypho-products/), содержащие сливной канал для приема и отвода сточных вод, снабженный змеевиковым медным теплообменником для рекуперации теплоты стоков, при этом теплообменник снабжен входным и выходным патрубком для подвода и отвода холодной воды.
Рекуператоры Zypho могут быть адаптированы под любые системы водоснабжения и водоотведения, однако, также как и описанные выше устройства, рекуператоры Zypho позиционируются как устройства для ванн и душевых кабин, и не предназначены для установки в системах водоснабжения и водоотведения раковин. Попытка смонтировать рекуператор Zypho для раковины приведет к формированию громоздкой системы водоотведения, так как рекуператоры Zypho не заменяют элементы систем водоотведения, а только дополняют их.
Техническим результатом, достигаемым настоящей полезной моделью, является уменьшение массогабаритных размеров устройства для рекуперации теплоты «серых» сточных вод с сохранением его энергетической эффективности, и техническая адаптация устройства для использования в системах водоснабжения и водоотведения раковин.
Результат достигается тем, что рекуператор теплоты «серых» стоков, содержащий сливной канал для приема и отвода сточных вод, снабженный змеевиковым теплообменником для рекуперации теплоты стоков, который снабжен входным и выходным патрубком для подвода и отвода холодной воды, отличается тем, что сливной канал выполнен в виде сантехнического сифона, а змеевиковый теплообменник выполнен из гофрированный стальной трубки.
Целью данной полезной модели является создание рекуператора теплоты «серых» стоков, который будет совмещать в одном компактном устройстве функционал системы водоотведения раковины и функционал рекуператора теплоты сточных вод. Устройство адаптировано для работы в стандартных российских системах водоснабжения и водоотведения с энергетической эффективностью сопоставимой с эффективностью аналогов и прототипа.
На фиг. 1 изображен эскизный чертеж рекуператора теплоты «серых» стоков в разрезе (вид справа), где: 1 - корпус сифона, 2 - стакан сифона, 3 - патрубок подвода сточных вод, 4 - патрубок отвода сточных вод, 5 - змеевиковый теплообменник.
На фиг. 2 изображен эскизный чертеж рекуператора теплоты «серых» стоков в разрезе (вид спереди), где: 6 - входной патрубок для подвода холодной воды, 7 - выходной патрубок для отвода холодной воды.
На фиг. 3 и 4 изображены трехмерные визуализации эскиза рекуператора теплоты «серых» стоков изометрической проекции без разреза и в разрезе соответственно.
Рекуператор теплоты «серых» стоков монтируется под раковину вместо сантехнического сифона. Холодная вода, идущая к смесителю, подводится к входному патрубку для подвода холодной воды 6, выходной патрубок для отвода холодной воды 7 соединяется со смесителем. Подвод горячей воды осуществляется напрямую к смесителю.
Рекуператор работает следующим образом:
В часы водоразбора, когда потребитель пользуется раковиной для хозяйственно бытовых нужд, на входе в патрубок подвода сточных вод 3 формируется поток «серых» сточных вод. Через патрубок подвода сточных вод 3 «серые» стоки попадают в корпус сифона 1, который соединен со стаканом сифона 2. «Серые» стоки, попавшие в корпус сифона 1, создают объем жидкости, который выполняет функцию гидрозатвора и обеспечивает аккумуляцию теплоты. Из корпуса сифона 1 стоки, вытесняемые потоком, который поступает через патрубок подвода сточных вод 3, отводятся через патрубок отвода сточных вод 4 в канализационную систему.
Холодная вода через входной патрубок для подвода холодной воды 6 поступает в змеевиковый теплообменник 5, который располагается в корпусе сифона 1, и в процессе эксплуатации оказывается погруженным в объем «серых» сточных вод. Проходя змеевиковый теплообменник 5, холодная вода поглощает теплоту стоков, вследствие чего температура холодной воды повышается, а температура стоков уменьшается. Подогретая за счет сбросной теплоты холодная вода выводится из змеевикового теплообменника 5 через выходной патрубок для отвода холодной воды 7 и отправляется в смеситель.
Подача в смеситель подогретой холодной воды приводит к росту температуры смеси в смесителе, вынуждая потребителя сокращать расход горячей воды для сохранения комфортной температуры смеси.
Доступ к змеевиковому теплообменнику 5 для периодической чистки обеспечивается путем отсоединения стакана сифона 2 от корпуса сифона 1.
Таким образом, в рекуператоре теплоты «серых» стоков реализуется функция сантехнического сифона и обеспечивается возврат теплоты от стоков к холодной воде. Объединение в одной конструкции сантехнического сифона и рекуператора позволяет уменьшить занимаемый объем системы водоотведения по сравнению с аналогичными системами возврата теплоты. Возврат теплоты приводит к сокращению расхода горячей воды, и формированию энергосберегающего эффекта в системе горячего водоснабжения.
Экспериментальное исследование работы рекуператора теплоты «серых» стоков показало, что для достижения энергосберегающего эффекта, сопоставимого с эффектом аналогов и прототипа, при сохранении малых массогабаритных характеристик, необходимо изготавливать змеевиковый теплообменник 5 из гофрированной стали. Выбор гофрированной стали обусловлен необходимостью интенсификации теплоотдачи от поверхности теплообменника к «серым» стокам. Теплоотдача от поверхности теплообменника к «серым» стокам является определяющей в процессе теплопередачи от «серых» стоков к холодной воде. Поскольку теплоотдача в сторону стоков является определяющей, то разница в теплопроводности материалов, из которых изготовлен змеевиковый теплообменник, перестает оказывать существенное влияние на эффективность теплообмена. Согласно проведенным исследованиям, разница между эффективностью гладкотрубных стальных и медных змеевиковых теплообменников в рекуператоре предложенной конструкции меньше погрешности обработки экспериментальных данных и составляет 0,33%, в то время как гофрирование поверхности змеевикового теплообменника дает прирост эффективности по сравнению с гладкотрубной поверхностью на 10%.
В итоге предложенная конструкция, при расходе «серых» стоков равным 6 л/мин с температурой 40°С и при температуре холодной воды на входе в рекуператор равной 10°С, позволяет получить энергосберегающий эффект в размере 29±1,5% при массогабаритных характеристиках близких к массогабаритным характеристикам стандартной системы водоотведения для раковины с сантехническим сифоном. Эффективность аналогов и прототипа в схожих условиях (без учета недостатков) оценивается в 30±3%.