熱交換器組立体及び熱エネルギー移送方法
本発明は、廃水管路内に導入できる熱交換器組立体（１）に関し、この熱交換器組立体（１）は、熱源（１３）及び廃水（３）と熱接触するように設計された少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）と、廃水及びヒートシンク（２３）と熱接触するように設計された少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）とを備え、１又は複数の第２の熱交換器（２１）は、廃水の流れ方向、すなわち下流に、１又は複数の第１の熱交換器（１１）から距離を置いて位置する。本発明は、熱エネルギー移送方法にも関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器組立体及び熱エネルギー移送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、下水管路内に後から設置した熱交換装置によって下水からエネルギーを回収することが知られており、回収できる熱エネルギー量は下水温に左右されるが、この温度はさらに逸脱する。例えば、家庭下水は雨水よりも温かく、これにより雨が降っているときには、通常、少量の家庭下水が大量の雨水と混ざり合うので、下水管路内の下水温は低下する。下水温の低下により、熱エネルギー抽出ポイントにおける下水からのエネルギー回収効率が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、製造が容易であるとともに熱エネルギー抽出ポイントにおける効率を改善した熱交換器組立体、及び実施が容易であるとともに熱エネルギー抽出ポイントにおいて下水から回収できる熱エネルギー量を増加させる熱エネルギー移送方法を提供することである。本発明の目的は、独立請求項の主題により達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
熱交換器組立体
本発明の態様は、下水管路内に導入するための熱交換器組立体に関し、この熱交換器組立体は、
熱源を下水に熱接触させるように構成された少なくとも１つの第１の熱交換器と、
下水をヒートシンクに熱接触させるように構成された少なくとも１つの第２の熱交換器と、
を備え、少なくとも１つの第２の熱交換器は、下水管路内の下水の流れ方向Ｆに沿って、すなわち下流に配置され、少なくとも１つの第１の熱交換器から離間される。
【０００５】
熱源は、ヒートシンクに熱的に接続されることが有利である。すなわち、熱源からの熱エネルギーは、下水管路内を流れる下水によりヒートシンクへ向けて移動する。下水という用語は、具体的には、雨水、汚水、及び混合水を含む。下水管路は、下水を含む全ての容積であると考えられ、詳細には下水管路自体を含むが、堰、絞り、集水槽、濾過器、汲み上げシステム、補助管路などの、下水管路に油圧接続された下水技術構造も含む。
【０００６】
熱エネルギーは、熱源を発端として、少なくとも１つの第１の熱交換器により、下水管路内に存在する下水へ移動する。換言すれば、適切な使用中、下水管路内に位置する少なくとも１つの第１の熱交換器が、下水管路内の下水を加熱するために下水に熱接触する。熱エネルギーをヒートシンクへ移動させるために、適切な使用中に下水管路内に位置する少なくとも１つの第２の熱交換器によって下水から熱エネルギーが少なくとも部分的に抽出される。熱源及びヒートシンクは、下水管路の外側に位置することが有利である。少なくとも１つの第１の熱交換器は、下水管路内の少なくとも１つの第２の熱交換器から離間して配置される。下水は、通常は下水管路の傾斜に従う下水の流れ方向Ｆに沿って、少なくとも１つの第１の熱交換器から少なくとも１つの第２の熱交換器へ流れる。換言すれば、少なくとも１つの第２の熱交換器は、海水面に対して少なくとも１つの第１の熱交換器よりも深い位置に配置され、又は第１の熱交換器の下流に位置する。例外的な場合、下水は、ポンプシステム又は少なくとも１つの堰により、重力及び下水管路の傾斜に逆らって搬送され、これにより下水の流れ方向Ｆ及び従って「下流」方向が、ポンプシステムの搬送方向によって決まるようになる。
【０００７】
本発明による熱交換装置により、熱エネルギーを熱源からヒートシンクへ単純かつ費用効果の高い方法で移送できるという利点がある。さらに、本発明による熱交換器組立体は、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間で既存の下水管路を通じて除去が行われるので、たとえ熱源とヒートシンクとの間、又は第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の距離が比較的大きいとしても、製造が容易であるという利点がある。従って、少なくとも１つの第１の熱交換器を設置するための熱源領域内、及び少なくとも１つの第２の熱交換器を設置するためのヒートシンク領域内でしか組立作業が必要にならない一方で、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の下水管路は影響を受けないままであるという利点がある。使用する下水管路に起因して、熱源とヒートシンクの間で熱交換媒体を移送するための別個の供給ライン又は移送ラインを敷設しなくてもよい。同時に、熱源とヒートシンクの間の最大距離は、既存の下水管路の長さ及び下水管路内で生じる熱損失にしか依存しない。従って、本発明による熱交換器組立体では、数メートル、又は約１００ｍから数キロメートルの距離にわたって熱エネルギーの移送を行うことができる。
【０００８】
少なくとも１つの第１の熱交換器及び／又は少なくとも１つの第２の熱交換器は、下水管路内の下水と接触するように、すなわち少なくとも熱接触するように構成される。熱接触とは、第１又は第２の熱交換器から下水中へ熱エネルギーが移行することを示し、逆もまた同様である。熱接触に加え、接触は、特に第１及び／又は第２の熱交換器が下水によって直接湿潤することを含むことができる。第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の下水と接触する領域又は部分は、熱伝導性の剛性材料、特に耐食性ステンレス鋼で形成することが好ましい。
【０００９】
第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の外部形状又は形式は、関連する下水管路のそれぞれの断面に適合するように設計されると理解される。第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器は、これらの熱交換器を、導管マンホールを通じて下水管路内に導入して角の位置に配置できるように形成されることが好ましい。換言すれば、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器は、特に約１００ｃｍ又は約６５ｃｍ未満のわずかな長手方向延長部を有する熱交換器要素を備え、この要素から第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器が組み立てられる。この場合、基礎溝を介して下水管路を露出し、この下水管路内に第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を取り付ける必要がないという利点がある。
【００１０】
或いは、下水管路区分の壁に第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を形成することもできる。例えば、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の下水管路内の下水との接触面が、下水管路の内壁の一部として形成されるようにして、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を下水管路の壁に埋め込むことができる。さらに、例えば、下水と第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器との間の熱交換が、下水管路の材料を介して間接的に行われるようにして、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を下水管路の壁に埋め込むこともできる。このような、熱交換器を埋め込んだ下水管路の区分を工業的に製造し、これらの区分を下水管路の構造で使用し、又は既存の下水管路の区分を、熱交換器を備えたこのようなセグメントに置き換えできることが好ましい。
【００１１】
熱交換器組立体は、温水送り込みライン（ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｆｏｒｗａｒｄ−ｒｕｎ ｌｉｎｅ）又は温水前進配管（ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ａｄｖａｎｃｅ ｐｉｐｉｎｇ）、及び冷水戻りライン（ｃｏｌｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｔｕｒｎ−ｒｕｎ ｌｉｎｅ）又は冷水戻り配管（ｃｏｌｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｔｕｒｎ ｐｉｐｉｎｇ）を備え、熱源により加熱された第１の熱交換媒体を、温水送り込みラインによって少なくとも１つの第１の熱交換器に供給することができ、少なくとも１つの第１の熱交換器により冷却された第１の熱交換媒体を、冷水戻りラインによって熱源に供給できることが好ましい。
【００１２】
熱源から下水中への熱エネルギーの移動は、加熱状態のときに温水送り込みライン又は温水前進配管を介して熱源から熱交換器へ移送される第１の熱交換媒体によって行われることが好ましい。第１の熱交換媒体の熱エネルギーを、第１の熱交換器と熱接触する下水中へ第１の熱交換器によって移動させるためには、第１の熱交換媒体と下水の間に熱勾配が存在する必要がある。換言すれば、これらの間に熱平衡が存在してはならず、下水は、熱交換媒体よりも低い温度を示す必要がある。熱交換器組立体の適切な動作中、熱源により加熱された第１の熱交換媒体が、温水送り込みラインによって第１の熱交換器に継続的に供給される。第１の熱交換器では、第１の熱交換媒体が、冷却された状態の冷水戻りラインを介して熱源に戻るために、第１の熱交換器と接触する下水の温度に応じて冷却される。このようにして、熱源からの熱エネルギーが下水へ移動する。第１の熱交換媒体が熱源から第１の熱交換器へ循環して戻る流れは、ポンプによって実現されることが好ましい。さらに、熱交換媒体は、実質的に水で構成されることが好ましい。或いは、油、又は熱容量が十分に大きな異なる流体を第１の熱交換媒体として使用することもできる。
【００１３】
熱交換器組立体は、冷水送り込みライン又は冷水前進配管、及び温水戻りライン又は温水戻り配管を備え、ヒートシンクにより冷却された第２の熱交換媒体を、冷水送り込みラインによって少なくとも１つの第２の熱交換器へ供給することができ、少なくとも１つの第２の熱交換器により加熱された第２の熱交換媒体を、温水戻りラインによってヒートシンクへ供給できることが好ましい。
【００１４】
熱エネルギーを少なくとも１つの第２の熱交換器からヒートシンクへ移動させるために、第２の熱交換媒体を第２の熱交換器内で加熱し、温水戻りライン又は温水戻り配管によってヒートシンクへ供給する。下水に含まれる熱エネルギーを利用するには、下水と第２の熱交換媒体の間に熱勾配が存在する必要がある。すなわち、下水は、第２の熱交換媒体よりも高い温度を示す必要がある。この理由で、熱交換器組立体の適切な動作中、第２の熱交換媒体は、ヒートシンクによって下水の温度よりも低い温度に冷却される。この冷却された第２の熱交換媒体が、冷水送り込みラインによって第２の熱交換器へ継続的に供給され、この第２の熱交換媒体が第２の熱交換器内で温まり、温水戻りラインを介してヒートシンクへ戻る。第２の熱交換媒体が熱源から第２の熱交換器へ継続的に循環して戻る流れは、ポンプによって実現されることが好ましい。第２の熱交換媒体は、実質的に水又は水溶液で構成される。或いは、油、又は熱容量が十分に大きな流体を使用することもできる。
【００１５】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器の下流かつ第２の熱交換器の上流に配置された第１の温度センサに、及び／又は第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサに接続された制御ユニットを備えることが好ましい。
【００１６】
この制御ユニットによって、下水管路内の下水の下水温を所定の範囲内に保持できるという利点がある。このようにして、過度に冷たい又は過度に熱い下水が、第２の熱交換器の下流から下水管路内へ移送されることが有利に防がれる。さらに、第１の温度センサに接続された制御ユニットにより、下水が第１の熱交換器によって所定の下水温を超えるのを阻止できるという利点がある。
【００１７】
熱交換器組立体は、下水管路に油圧接続可能な第２の下水管路と、下水を第２のヒートシンクと熱接触させるように構成された少なくとも１つの第３の熱交換器とを備え、下水管路及び第２の下水管路を通るそれぞれの下水流量を制御できることが好ましい。
【００１８】
熱交換器組立体は、第４の熱交換器を有する第３の下水管路、第５の熱交換器を有する第４の下水管路などを備えることもでき、この第３及び第４の下水管路は、各々が下水管路に接続可能であることが理解される。従って、少なくとも１つの関連するヒートシンクと熱接触するように構成された複数の熱交換器に下水を入れ込んで、これを少なくとも１つの第１の熱交換器を介して熱源によって加熱し、下水管路を介して供給できるという利点がある。
【００１９】
下水管路に油圧接続できる第２の下水管路は、油圧接続が少なくとも時々中断されることはあるが、必要に応じてこれを確立できることを意味する。詳細には、下水管路と第２の下水管路との間の油圧接続は、それぞれの下水管路内の下水量に依存することができる。
【００２０】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器からの下水を第２の熱交換器及び第３の熱交換器に所定の割合で流すことができる少なくとも１つの遮断装置を備えることが好ましい。換言すれば、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路と第２の下水管路の間の油圧接続を制御することができる。ここで、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路内又はその上に形成してもよく、或いは第２の下水管路内又はその上に形成してもよい。具体的には、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路内を第２の熱交換器へ向けて流れる下水の量を制御するように構成された、堰又はスライダ、或いはスライドゲート又はゲート弁を備えることができる。下水管路と第２の下水管路の間の油圧接続を、少なくとも１つの遮断装置の上流に配置して、下水管路内の少なくとも１つの遮断装置が閉じているときに、下水管路からの下水が第２の下水管路内に流れ込むようにすることができる。具体的には、下水管路内の少なくとも１つの遮断装置を閉じることで、下水管路からの下水が、第２の下水管路の傾斜に逆らって第２の下水管路内を第３の熱交換器へ向かって上昇するようにすることができる。第１の熱交換器を第２の下水管路内の第３の熱交換器よりも高いレベルに配置して、第１の熱交換器からの下水が、下水管路内を下水の流れ方向Ｆに沿って少なくとも１つの遮断装置へ流れ、その後第２の下水管路の傾斜に逆らって第３の熱交換器へ流れることにより、熱エネルギーが第１の熱交換器から第２の熱交換器に移動できるようにすることが好ましい。
【００２１】
さらに、少なくとも１つの遮断装置を第２の下水管路内に配置して、少なくとも１つの遮断装置が閉じているとき又は部分的に閉じているときに、第１の熱交換器の方向からの下水量全体が下水管路内に残るようにすることが好ましい。
【００２２】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器の下流に配置された第１の流量制御装置を備えることが好ましい。この第１の流量制御装置を、堰、排砂弁、又はスロットルにすることができると好ましい。第１の流量制御装置は、下流へ流れる下水の量を制御するように構成される。具体的には、第１の流量制御装置は、この第１の流量制御装置の上流の下水管路内の貯留下水を堰き止めるように構成される。この目的のために、第１の流量制御装置は、下水管路の流れ断面に対して、好ましくは約０％〜約１００％の範囲で相対的流れ断面を変更することができる。具体的には、第１の流量制御装置の相対的流れ断面は、少なくともいくつかの部分で無限に調整可能である。
【００２３】
第１の流量制御装置は、下水管路内の第１の熱交換器の直ぐ下流に配置されることが好ましい。第１の流量制御装置は、第１の熱交換器から１００ｍ未満離れて配置されることが好ましく、この距離は５０ｍ未満であることがさらに好ましく、１０ｍ未満であることが特に好ましい。
【００２４】
この第１の流量制御装置によって、第１の熱交換器の領域内の下水管路内で貯留下水を堰き止めることができるという利点がある。第１の熱交換器によって熱源から下水へ移動できる熱エネルギー量は、第１の熱交換器と下水の接触時間、及び実質的に下水量に依存するので、下水管路内の下水を第１の熱交換器の領域内で堰き止めることにより、下水へ移動できる熱エネルギーを有利に増加させることができる。具体的には、熱源に蓄積する熱エネルギーを第１の熱交換器を介して下水に消散させるために、第１の流量制御装置によって第１の熱交換器の領域内に十分な量の下水を貯え、下水中に所定の畜熱容量が与えられるようにすることができる。詳細には、熱源が動作していないときに、冷たい下水が加熱されずに第１の熱交換器を過ぎて流れるのを防ぐことができる。第１の流量制御装置によって下水を堰き止めることにより、後で第１の熱交換器を介して熱源によって加熱するために、冷たい下水を貯えることができる。第１の流量制御装置は、堰き止められた下水が所定の量に達した場合、又は貯まった下水が第１の熱交換器によって所定の温度に加熱された場合、下水管路の流れ断面を少なくとも部分的に広げることが好ましい。このようにして、下水管路による排水が確実に行われること、及び見込まれる最大熱エネルギー量を下水によって移送できることを有利に保証することができる。
【００２５】
さらに、熱交換器組立体は、第２の熱交換器の下流に配置された第２の流量制御装置を備えることが好ましい。第２の流量制御装置の動作原理は、第１の流量制御装置の動作原理と類似する。しかしながら、第２の流量制御装置は、下水に含まれる熱エネルギーの第２の熱交換器による利用を改善することができる。第２の流量制御装置によって下水管路内の第２の熱交換器の下流に下水を堰き止めることにより、長い接触時間にわたって大量の下水を第２の熱交換器に提供することができる。このようにして、特に所定の下水温に到達するか又はこれを下回るまで、下水に含まれる熱エネルギーを下水から抽出することができる。第２の流量制御装置は、上流に堰き止められた下水が所定の量又は所定の温度に達した場合、下水管路の流れ断面を少なくとも部分的に広げることが好ましい。さらに、第２の流量制御装置は、下水管路内の第２の熱交換器の直ぐ下流に配置されることが好ましい。さらに、第２の流量制御装置は、下水管路内で第２の熱交換器から１００ｍ未満離れて配置できることが好ましく、この距離は５０ｍ未満であることがさらに好ましく、１０ｍ未満であることが特に好ましい。
【００２６】
熱交換器組立体は、第３の熱交換器の下流に配置された第３の流れ制御装置を備えることが好ましい。第３の流量制御装置の効果、好ましい実施形態、及び好ましい配置は、第２の流量制御装置のものに対応する。
【００２７】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器を上回るレベルＨ1及び／又は第１の熱交換器の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置を備えることが好ましい。ここで、レベルＨ1を検出するステップは、具体的には超音波又は水圧測定によって下水管路内の水レベル又は下水レベルを測定するステップを含むことができる。下水温ＴW1を検出するステップは、具体的には温度センサによって下水温を測定するステップを含む。
【００２８】
さらに、第１の測定装置を第１の流量制御装置に接続して、第１の測定装置によって得られたデータに基づいて第１の流量制御装置を制御できるようにすることが好ましい。
【００２９】
熱交換器組立体は、第２の熱交換器を上回るレベルＨ2及び／又は第２の熱交換器の領域内の下水温ＴW2を検出する第２の測定装置を備えることが好ましい。さらに、熱交換器組立体は、第３の熱交換器を上回るレベルＨ3及び／又は第３の熱交換器の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置を備えることが好ましい。
【００３０】
レベルＨ2及びＨ3を検出するステップは、具体的には超音波又は水圧測定によって下水管路内の水レベル又は下水レベルを測定するステップを含むことができる。それぞれの下水温ＴW2及びＴW3を検出するステップは、具体的には温度センサによって下水温を測定するステップを含むことができる。第２及び第３の測定装置を、関連する第２及び第３の流量制御装置にそれぞれ接続して、それぞれ関連する測定装置から得られたデータに基づいて第２及び第３の流量制御装置を制御できるようにすることが好ましい。
【００３１】
方法
本発明の態様は、熱エネルギー移送方法に関し、この方法は、
温かい第１の熱交換媒体を提供するステップと、
下水の流れ方向Ｆを有する下水管路に配置されて下水と熱接触する第１の熱交換器内に、又はこれを介して温かい第１の熱交換媒体を供給するステップと、
第１の熱交換器によって下水を加熱するステップと、
下水管路内に下水の流れ方向Ｆに沿って第１の熱交換器から離間して配置されて下水と熱接触する第２の熱交換器内で下水の熱エネルギーによって第２の熱交換媒体を加熱するステップと、
加熱した第２の熱交換媒体をヒートシンクに供給するステップと、
ヒートシンクによって第２の熱交換媒体を冷却するステップと、
を含む。
【００３２】
ヒートシンクから離れた熱源からの熱エネルギーを、単純にヒートシンクへ移送できるという利点がある。これにより、熱源からの熱エネルギーを利用して、これまで経済的に利用されていなかった既存のヒートシンクに熱エネルギーを提供できるという利点がある。例えば、印刷機、工作機械、冷却設備、又は化学反応器などの固定機械のような工業プラントの冷却中に上昇し、これまでに環境内に排気又は下水として放出されていなかった熱エネルギーを、ヒートシンク又は熱消費者、例えば住宅に熱エネルギーを提供する熱ポンプに移送することができる。廃熱を生み出す工業プラントと暖房に熱を必要とする住宅地域がいずれも下水システム又は下水管路に接続されるので、本発明による方法を利用して、下水管路内の下水を介して熱源からヒートシンクへ単純かつ経済的に熱エネルギーを移送することができる。上述したように、本発明による方法を実施するために必要な熱交換器組立体は製造も容易である。ここで、すでに貯まった下水は、熱エネルギー搬送媒体として有利に使用され、具体的には、熱源の熱エネルギーをヒートシンクへ移送するために、熱源により加熱された下水がさらに下水管路に導入されることはない。
【００３３】
温かい第１の熱交換媒体を提供するステップは、第１の熱交換媒体を熱源によって加熱するステップを含むことができ、この加熱された第１の熱交換媒体は、少なくとも部分的に第１の熱交換器に供給される。
【００３４】
この方法は、
下水管路内の第１の熱交換器の下流に配置された第１の温度センサによって下水温Ｔ1を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ1が、所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体を第１の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
下水温Ｔ1は、第１の熱交換器の下流の所定の最大値Ｔ1,maxを超えないことが有利であり、これにより下水温Ｔ1が過度に高いことによって下水の蒸発率が所定値を超えることが有利に防がれる。通常、下水管路に流入する家庭用及び工業用下水の下水温は約８℃〜約２０℃であり、通常、下水管路内への入口点における下水温は３５℃を超えることはない。第１の熱交換器の下流で下水温Ｔ1を制御することにより、下水を加熱することによって過度の臭気が生じることが有利に防がれる。さらに、熱源から下水に消散する熱エネルギーを、下水量に応じて制御することができる。第１の熱交換器による下水への熱エネルギー消散により、下流の下水温Ｔ1は約８℃〜約６０℃であることが好ましい。第１の熱交換器の下流の最大下水温Ｔ1,maxは、約２０℃〜約６０℃であることが好ましく、約２５℃〜約４０℃であることがさらに好ましく、約３０℃であることが特に好ましい。
【００３６】
この方法は、
下水管路内の第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサによって下水温Ｔ2を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ2が、所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体を第１の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３７】
下水温Ｔ2が、第２の熱交換器の下流の所定の最大値Ｔ2,maxを超えて、最終的に下水処理プラント又は生物生息空間に達することが有利に防がれる。これにより、過度に熱い下水が下水処理プラント又は生物生息空間に作用することによって下水処理プラント又は生物生息空間の微小動物相が悪影響を受ける可能性が有利に防がれる。第２の熱交換器の下流の最大下水温Ｔ2,maxは、３５℃未満であることが好ましく、２５℃未満であることがさらに好ましく、約１２℃であることが特に好ましい。
【００３８】
この方法は、
下水管路内の第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサによって下水温Ｔ2を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ2が、所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、冷たい第２の熱交換媒体を第２の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３９】
下水温Ｔ2が所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、下水からヒートシンクまでの熱エネルギーの移送を中断又は減少させ、これにより過度に冷たい下水が下水処理プラント又は生物生息空間に作用することが防がれるという利点がある。これにより、下水処理プラント又は生物生息空間内の微生物の生物活動が、低い下水温に合わせて減少することが有利に防がれる。最低下水温Ｔ2,minは、８℃よりも高いことが好ましく、約２５℃であることが好ましい。
【００４０】
この方法は、第１の熱交換器の下流に配置された第１の流量制御装置により、下水管路の第１の熱交換器の領域内を通る下水の流れを抑制し又は堰き止めるステップを含むことが好ましい。このステップにより、第１の熱交換器の領域内に所定量の冷却下水が提供されて、熱源が、第１の熱交換器によって所定の最低量の熱エネルギーを下水に消散できるようになるという利点がある。例えば、これにより、工業過程中に生じた熱エネルギーの消散を確実にして、工業過程を中断なく実施することが有利に保証されるようにすることができる。さらに、所定の下水温に達するまで下水を第１の熱交換器の領域内で有利に堰き止めて、第２の熱交換器におけるその後の熱交換効率が高まるようにすることが有利である。具体的には、必ずしも下水の流れを第１の流量制御装置によって完全に堰き止める必要はなく、下水の流れを第１の熱交換器の領域内の単位時間当たりの所定の下水流量に減少させれば十分と考えられる。さらに、下水管路内の第１の熱交換器の領域内の下水の流れを抑制し又は堰き止めるステップは、第１の流量制御装置によって一時的にその全体を中止できることが好ましい。具体的には、流量制御装置を突然開くことにより、第１の熱交換器の領域内で堰き止められた下水が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿って急激なフラッシングの形で流れ出て、第１の熱交換器の領域内に沈降した粒子が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿ってさらに移送されるようにすることができる。このようにして、同時に下水管路の洗浄を行えるという利点がある。
【００４１】
この方法は、下水が第１の熱交換器を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は下水が第１の熱交換器の領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に第１の流量制御装置を開くステップを含むことが好ましい。下水管路の主な目的は排水であるため、第１の熱交換器を上回る所定のレベルＨ1に達した場合、下水管路内の下水の堰き止めを第１の流量制御装置によって中止して、下水が下水管路内で過度に堰き止められることが有利に防がれるようにすることができる。これには、下水管路及び第１の流量制御装置による適切な排水を確実にすることができるという利点がある。この結果、一方では、第１の熱交換器による熱源から下水への熱エネルギーの消散効率が低下し、他方では、下水温の上昇によって不快な臭気が生じる可能性があるので、第１の熱交換器の領域内の下水は、所定の下水温ＴW1を超えるべきでないことが好ましい。従って、第１の熱交換器の領域内の所定の下水温ＴW1に達し又はこれを超えた場合、第１の流量制御装置が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿って下水を排水するようにすることができる。ここで、下水温ＴW1は、第１の熱交換器における熱交換効率、第１の熱交換器の下流に配置された第２の熱交換器における熱交換効率、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の距離、及び第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の途中における下水の熱損失、並びに局所的公式要件に応じて選択される。下水温ＴW1を適切に選択することにより、第１の熱交換器及び第２の熱交換器が、所与の条件にとって最適な範囲で動作し、熱源から第１の熱交換器、下水、第２の熱交換器を介してヒートシンクへ移送可能な熱エネルギー量が最大になるようにすることができる。
【００４２】
この方法は、
第２の熱交換器を介してヒートシンクにより抽出された熱エネルギーＥ1を検出するステップと、
第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクにより抽出された熱エネルギーＥ2を検出するステップと、
第２の熱交換器及び第３の熱交換器へ流れる下水の量を、第２の熱交換器を介してヒートシンクに所定量の熱エネルギーＷ1を提供でき、第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクに所定量の熱エネルギーＷ2を提供できるように制御するステップと、
を含むことが有利である。
【００４３】
関連するヒートシンクにおいて必要とされる熱エネルギーに応じて、第２の熱交換器及び第３の熱交換器に提供される下水量を制御できることが有利である。従って、関連するヒートシンクが増加した熱エネルギー量Ｅ1を抽出する場合、第２の熱交換器に増加した下水量を提供することができる。
【００４４】
具体的には、この方法は、第１の熱交換器を介して熱源により消散された熱エネルギーＥA1を検出するステップを含むことが好ましい。提供できる熱エネルギーＥA1を、必要なエネルギーＥ1＋Ｅ2の関係にすることができれば有利である。提供できる熱エネルギーＥA1が、必要なエネルギーＥ1＋Ｅ2よりも少ない場合、熱エネルギーＥA1を、所定の比率に基づいて第２の熱交換器と第３の熱交換器に分配し、この必要な熱エネルギーの割合をヒートシンクと第２の熱交換器にそれぞれ提供できるようにすることができる。提供される熱エネルギーの割合は、両ヒートシンクで同じであることが好ましい。依然として必要な熱エネルギーを、それぞれのヒートシンクの場所で他の手段により生成し、この場所に提供する必要がある。或いは、第２の熱交換器及び第３の熱交換器へ流れる下水の量の制御を、抽出した熱エネルギーＥ1が第２の熱交換器を介してヒートシンクに実質的に完全に提供され、又は抽出した熱エネルギーＥ2が第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクに実質的に完全に提供されるようなものにすることができる。この結果、残りのヒートシンクにほんのわずかの熱エネルギーを提供することができ、又は全く提供できないようになると考えられる。
【００４５】
関連する流量制御装置により、第２の熱交換器の領域内又は第３の熱交換器の領域内に特定量の温かい下水を堰き止め、この堰き止められた下水に含まれる熱エネルギーが、関連するヒートシンクに熱エネルギーを提供するのに十分なものであることが好ましいので、本方法は、第２の熱交換器の上方に位置する下水中に存在する熱エネルギーＥA2を測定するステップ、及び／又は第３の熱交換器の上方に位置する下水中に存在する熱エネルギーＥA3を測定するステップを含むことが好ましい。このようにして、ヒートシンク及び第２の熱交換器に提供できる熱エネルギーを、改善された方法で推定できるという利点が得られる。
【００４６】
前述の本発明の態様についての説明は、それぞれの態様に限定されるものではない。具体的には、熱交換器組立体に関する説明は、熱エネルギー移送方法にも当てはまり、逆もまた同様である。
【００４７】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】熱交換器組立体の実施形態の斜視図である。
【図２】熱交換器組立体の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、熱交換器組立体１の好ましい実施形態の斜視図である。熱交換器組立体１は、３つの第１の熱交換器１１を備え、これらの各々は、温水送り込みライン又は温水前進配管１５、及び冷水戻りライン又は冷水戻り配管１７を有する。熱交換器組立体１は、互いに隣接して又は互いに離間して１つ、２つ、４つ、５つ、又はそれよりも多くの第１の熱交換器１１を有することもできると理解される。第１の熱交換器１１、温水送り込みライン１５、及び冷水戻りライン１７は、第１の熱交換媒体１９で満たされる。第１の熱交換媒体１９は、熱源１３と直接的に又は間接的に熱接触する。このような熱源１３は、工作機械、印刷機、又は発電用プラントなどの、冷却された工業的に使用される機械とすることができる。さらに、例えば熱源は、発熱化学反応を冷却する装置などの化学反応器を含むこともできる。さらに、熱源は、冷却ユニット又は空調システムの冷却フィンなどの、熱力学サイクル又は熱交換器の一部であってもよい。
【００５０】
熱源１３が第１の熱交換媒体１９と熱接触することにより、熱エネルギーが熱源１３から第１の熱交換媒体１９へ移動し、すなわち第１の熱交換媒体１９が熱源１３によって加熱される。第１の熱交換媒体１９は、温水送り込みライン１５を介して、例えば循環ポンプ（図示せず）によって第１の熱交換器１１に供給される。第１の熱交換器１１は、下水管路５内を流れる下水３と熱接触するように下水管路５内に導入される。例えば、第１の熱交換器１１を、下水管路５の底部に載っただけのようにして、又はコンクリートに埋め込むことによって下水管路５に固定接続されるようにして既存の下水管路５内に導入することができる。或いは、下水管路５が、熱交換器として形成された壁を有することもできる。第１の熱交換媒体１９が第１の熱交換器１１を介して下水３と熱接触することにより、第１の熱交換媒体１９の熱エネルギーが部分的に下水３へ移動し、すなわち第１の熱交換器１１の領域内で、加熱された第１の熱交換媒体によって下水３が加熱される。同時に、下水３への熱エネルギーの消散により、第１の熱交換媒体１９は第１の熱交換器１１内で冷却される。冷却された熱交換媒体１９は、冷水戻りライン１７を介して熱源１３に戻される。
【００５１】
下水管路５の傾斜に応じて、加熱された下水３は、下水の流れ方向Ｆに沿って下水管路５内を流れる。数百メートルから数キロメートルの流路を移動すると、下水３は、少なくとも１つの第２の熱交換器２１に到達する。第２の熱交換器２１は、下水３と熱接触するようにして下水管路５内に導入される。第２の熱交換器２１内には第２の熱交換媒体２９が存在し、これが下水３によって加熱される。第２の熱交換器２１は、温水戻りライン又は温水戻り配管２７、及び冷水送り込みライン又は冷水前進配管２５によってヒートシンク２３に油圧接続される。下水３によって加熱された第２の熱交換媒体２９は、好ましくは循環ポンプ（図示せず）によって温水戻りライン２７を介してヒートシンク２３に供給される。ヒートシンク２３は、第２の熱交換媒体２９と熱接触して、第２の熱交換媒体２９内に貯えられた熱エネルギーが、ヒートシンク２３によって第２の熱交換媒体２９から部分的に抽出されるようになる。ヒートシンク２３は、アパートを暖房するための熱ポンプの一部であってもよい。温水戻りライン２７内の第２の熱交換媒体２９の温度によっては、ヒートシンク２３を、外気用ラジエータ又は床暖房システムとして形成することもできる。
【００５２】
第２の熱交換媒体２９は、ヒートシンク２３内でこの第２の熱交換媒体２９から熱エネルギーが抽出されることにより冷却される。冷却された第２の熱交換媒体２９は、第２の熱交換器２１内で下水３によって再び加熱されるために、冷水送り込みライン２５を介して第２の熱交換器２１に戻される。
【００５３】
熱交換器組立体１は、第１の熱交換器１１の下流に配置された第１の温度センサ３３を備えることが好ましい。第１の温度センサ３３は、第１の熱交換器１１により加熱された下水３の温度Ｔ1を検出する。下水３の蒸発率を制限し、又は不快な臭気を抑えるために、下水温Ｔ1は所定の最大値Ｔ1,maxを超えないことが好ましく、この温度は、約６０℃であることが好ましく、５０℃であることがさらに好ましく、４０℃であることが特に好ましい。下水温Ｔ1を所定の最大値Ｔ1,maxに制限するために、第１の温度センサ３３を制御ユニット３１に接続する。制御ユニット３１は、測定した下水温Ｔ1が所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体１９を第１の熱交換器１１に供給するのを中断又は低減する。
【００５４】
さらに、熱交換器組立体１は、第２の熱交換器２１の下流に配置された第２の温度センサ３５を備えることが好ましい。第２の温度センサ３５は、第２の熱交換器２１によって下水３から熱エネルギーが抽出された後の下水管路５内の下水３の温度Ｔ2を検出する。通常、下水３は、下水処理プラント（図示せず）の下水管路５によって供給されるので、下水管路５内の下水３の下水温Ｔ2は、下水処理プラント内の微生物によって下水３の生物学的浄化が行われるように、約８℃〜約３５℃の範囲とすべきことが好ましく、約１０℃〜約３０℃の範囲とすべきことがさらに好ましく、約２５℃とすべきことが特に好ましい。下水温Ｔ2が過度に低いと、微生物の活動が低下すると考えられるのに対し、下水温Ｔ2が過度に高いと、下水処理プラント内の微生物が死んでしまう。
【００５５】
第２の温度センサ３５は、測定した下水温Ｔ2が所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合に、加熱された第１の熱交換媒体１９を第１の熱交換器１１に供給するのを中断又は低減する制御ユニット３１に接続されることが好ましい。このようにして、過度に熱い下水３が下流の下水処理プラントに供給されることが有利に防がれる。さらに、測定した下水温Ｔ2が所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、例えば、冷たい第２の熱交換媒体２９を第２の熱交換器２１に供給するのを中断又は低減することにより、下水３からの熱抽出を第２の熱交換器２１によって中断又は減少することが好ましい。第２の熱交換器２１による下水３からの熱抽出の中断又は減少は、制御弁などの制御ユニット３１によって行うこともできる。或いは、第２の温度センサ３５に接続されて熱抽出の中断又は減少を制御する別の制御ユニットを設けてもよい。このようにして、過度に冷たい下水３が下水処理プラントに作用するのを有利に防ぐ。
【００５６】
下水管路５内に１又はそれ以上の第１の熱交換媒体１１を互いに離間して配置することができ、又は下水管路５内に１又はそれ以上の第１の熱交換器１１を互いに接続して配置することができ、この場合、耐引張接続構成及び圧密接続構成により、個々の熱交換器の端部領域において複数の第１の熱交換媒体１１の接続を確立できることが好ましいと理解される。同様に、下水管路５内に１又はそれよりも多くの第２の熱交換器２１を互いに離間して配置すること又は互いに接続することもできる。
【００５７】
図２は、熱交換器組立体１の好ましい実施形態の斜視図である。熱交換器組立体１は、２つの第１の熱交換器１１を備え、これらの各々は、温水送り込みライン又は温水前進配管１５、及び冷水戻りライン又は冷水戻り配管１７を有する。熱交換器組立体１は、互いに隣接して又は互いに離間して１つ、３つ、４つ、５つ、又はそれよりも多くの第１の熱交換器を有することもできると理解される。図１に示す実施形態に対応して、第１の熱交換器１１には、熱源１３によって加熱された暖かい熱交換媒体１９が温水送り込みライン１５を介して提供される。第１の熱交換器１１は、下水管路５内を流れる下水３と熱接触するようにして下水管路５に導入される。熱交換器１１は、図１で説明したような形で下水管路５内に導入することができる。熱交換器１１によって下水３が加熱され、冷却された熱交換媒体１９が、冷水戻りライン１７を介して熱源１３に戻される。
【００５８】
第１の熱交換器１１の下流には、下水管路５の下水の流れ方向Ｆに沿って流れる下水の量を制御できる第１の流量制御装置３７が配置される。具体的には、流量制御装置３７によって流量制御装置３７の上流に下水を堰き止めて、第１の熱交換器１１の領域内に増加した下水量を提供できるようにすることができる。或いは、これにより、下水３に消散できる熱エネルギー量ＥA1を増加させることができる。図示の熱交換器組立体１は、第１の熱交換器１１を上回るレベルＨ1及び／又は第１の熱交換器１１の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置３７ａをさらに備える。第１の測定装置３７ａを第１の流量制御装置３７に接続して、下水３が第１の熱交換器１１を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は下水３が第１の熱交換器１１の領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に第１の流量制御装置３７を開くことができるようにする。
【００５９】
下水管路５の傾斜に応じて、加熱された下水３が、下水の流れ方向Ｆに沿って下水管路５内を流れる。第１の熱交換器１１の下流には、少なくとも１つの第２の熱交換器２１が配置される。この第２の熱交換器２１は、下水３と熱接触するようにして下水管路５に導入される。この第２の熱交換器２１に、冷水送り込みライン又は冷水前進配管２５を介して冷たい熱交換媒体２９を供給する。熱交換媒体２９は、下水３によって加熱され、温水戻りライン２７を介してヒートシンク２３に供給され、このヒートシンクが、貯えられた熱エネルギーを第２の熱交換媒体２９から少なくとも部分的に抽出する。その後、冷却された熱交換媒体２９が、冷水送り込みライン２５を介して第２の熱交換器２１に供給される。
【００６０】
図２に示す熱交換器組立体１は、下水管路５に油圧接続された第２の下水管路３９をさらに備える。下水管路５と第２の下水管路３９の油圧接続は、下水管路５内の第１の熱交換器１１と第２の熱交換器２１の間に配置された接続シャフト５３によって確立される。第２の下水管路３９内には、第２の下水管路３９内を流れる下水３と熱接触するようにされた第３の熱交換器４１が配置される。第２の熱交換器２１に対応して、第３の熱交換器４１には、冷水送り込みライン又は冷水前進配管４５を介して冷たい熱交換媒体４１、具体的には冷水４９が提供され、この冷たい熱交換媒体４９が、第３の熱交換器４１を介して下水３により加熱される。この加熱された第３の熱交換媒体４９は、温水戻りライン又は温水戻り配管４７を介して、好ましくは循環ポンプ（図示せず）によって第２のヒートシンク４３に供給される。第２のヒートシンク４３は、第３の熱交換媒体４９と熱接触し、この第３の熱交換媒体４９に貯えられた熱エネルギーが、第２のヒートシンク４３によって第３の熱交換媒体４９から部分的に抽出されるようになる。この結果、冷却された第３の熱交換媒体４９が、下水３によって再び第３の熱交換器４１で加熱されるために、冷水送り込みライン４５を介して第３の熱交換器４１に戻される。
【００６１】
図２に示す第２の下水管路３９は、第２の下水管路３９内の下水の流れ方向が第３の熱交換器４１から下水管路５に向かうような傾斜を有する。第１の熱交換器１１によって加熱された下水３を第３の熱交換器４１に供給するために、下水管路５内のシャフト５３の下流に遮断装置５５が配置される。遮断装置５５を少なくとも部分的に閉じることにより、第１の熱交換器１１の方向からの所定の割合の下水３を堰き止めて、この下水がシャフト５３を介して第２の下水管路４１の傾斜に反して上昇し、第３の熱交換器４１へ流れるようにすることができる。第１の熱交換器１１は、第３の熱交換器４１よりも高い海水面レベルに存在して、下水３が、重力のみによって第１の熱交換器１１から第３の熱交換器４１に流れるようになることが好ましい。或いは、下水をより高いレベルに汲み上げるために、下水管路５に下水汲み上げシステムを接続して、下水が第２の下水管路５の傾斜に反して第３の熱交換器４１へ向けて流れるようにすることもできる。
【００６２】
第３の熱交換器４１へ流れた下水３を第３の熱交換器４１の領域内に保持するために、熱交換器組立体１は、第２の下水管路３９の第３の熱交換器４１の領域内を通る下水の流れを抑制し又は堰き止める第３の流量制御装置５１を備え、ここで再び下水３によって加熱することができる。これにより、下水３が第３の熱交換器４１と接触する時間が有利に延び、下水３から増加した熱エネルギー量を抽出できるようになるという利点が得られる。熱交換器組立体１は、第３の熱交換器４１を上回るレベルＨ3、及び／又は第３の熱交換器４１の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置５１ａを備えることが好ましい。さらに、第３の測定装置５１ａを第３の流量制御装置５１に接続して、下水３が第３の熱交換器４１を上回る所定のレベルＨ3を有する場合、及び／又は下水３が第３の熱交換器４１の領域内の所定の下水温ＴW3に達した場合に、第３の流量制御装置５１が少なくとも部分的に開くようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 熱交換器組立体
３ 下水
５ 下水管路
１１ 第１の熱交換器
１３ 熱源
１５ 温水送り込みライン又は温水前進配管
１７ 冷水戻りライン又は冷水戻り配管
１９ 第１の熱交換媒体
２１ 第２の熱交換器
２３ ヒートシンク
２５ 冷水戻りライン又は冷水前進配管
２７ 温水戻りライン又は温水戻り配管
２９ 第２の熱交換媒体
３１ 制御ユニット
３３ 第１の温度センサ
３５ 第２の温度センサ
３７ 第１の流量制御装置
３９ 第２の下水管路
４１ 第３の熱交換器
４３ 第２のヒートシンク
４５ 冷水送り込みライン又は冷水前進配管
４７ 温水戻りライン又は温水戻り配管
４９ 第３の熱交換媒体
５１ 第３の流量制御装置
３７ａ 第１のレベルの測定装置
５１ａ 第３のレベルの測定装置
５３ 接続シャフト
５５ 遮断装置
Ｆ 下水の流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器組立体及び熱エネルギー移送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、下水管路内に後から設置した熱交換装置によって下水からエネルギーを回収することが知られており、回収できる熱エネルギー量は下水温に左右されるが、この温度はさらに逸脱する。例えば、家庭下水は雨水よりも温かく、これにより雨が降っているときには、通常、少量の家庭下水が大量の雨水と混ざり合うので、下水管路内の下水温は低下する。下水温の低下により、熱エネルギー抽出ポイントにおける下水からのエネルギー回収効率が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、製造が容易であるとともに熱エネルギー抽出ポイントにおける効率を改善した熱交換器組立体、及び実施が容易であるとともに熱エネルギー抽出ポイントにおいて下水から回収できる熱エネルギー量を増加させる熱エネルギー移送方法を提供することである。本発明の目的は、独立請求項の主題により達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
熱交換器組立体
本発明の態様は、下水管路内に導入するための熱交換器組立体に関し、この熱交換器組立体は、
熱源を下水に熱接触させるように構成された少なくとも１つの第１の熱交換器と、
下水をヒートシンクに熱接触させるように構成された少なくとも１つの第２の熱交換器と、
を備え、少なくとも１つの第２の熱交換器は、下水管路内の下水の流れ方向Ｆに沿って、すなわち下流に配置され、少なくとも１つの第１の熱交換器から離間される。
【０００５】
熱源は、ヒートシンクに熱的に接続されることが有利である。すなわち、熱源からの熱エネルギーは、下水管路内を流れる下水によりヒートシンクへ向けて移動する。下水という用語は、具体的には、雨水、汚水、及び混合水を含む。下水管路は、下水を含む全ての容積であると考えられ、詳細には下水管路自体を含むが、堰、絞り、集水槽、濾過器、汲み上げシステム、補助管路などの、下水管路に油圧接続された下水技術構造も含む。
【０００６】
熱エネルギーは、熱源を発端として、少なくとも１つの第１の熱交換器により、下水管路内に存在する下水へ移動する。換言すれば、適切な使用中、下水管路内に位置する少なくとも１つの第１の熱交換器が、下水管路内の下水を加熱するために下水に熱接触する。熱エネルギーをヒートシンクへ移動させるために、適切な使用中に下水管路内に位置する少なくとも１つの第２の熱交換器によって下水から熱エネルギーが少なくとも部分的に抽出される。熱源及びヒートシンクは、下水管路の外側に位置することが有利である。少なくとも１つの第１の熱交換器は、下水管路内の少なくとも１つの第２の熱交換器から離間して配置される。下水は、通常は下水管路の傾斜に従う下水の流れ方向Ｆに沿って、少なくとも１つの第１の熱交換器から少なくとも１つの第２の熱交換器へ流れる。換言すれば、少なくとも１つの第２の熱交換器は、海水面に対して少なくとも１つの第１の熱交換器よりも深い位置に配置され、又は第１の熱交換器の下流に位置する。例外的な場合、下水は、ポンプシステム又は少なくとも１つの堰により、重力及び下水管路の傾斜に逆らって搬送され、これにより下水の流れ方向Ｆ及び従って「下流」方向が、ポンプシステムの搬送方向によって決まるようになる。
【０００７】
本発明による熱交換装置により、熱エネルギーを熱源からヒートシンクへ単純かつ費用効果の高い方法で移送できるという利点がある。さらに、本発明による熱交換器組立体は、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間で既存の下水管路を通じて除去が行われるので、たとえ熱源とヒートシンクとの間、又は第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の距離が比較的大きいとしても、製造が容易であるという利点がある。従って、少なくとも１つの第１の熱交換器を設置するための熱源領域内、及び少なくとも１つの第２の熱交換器を設置するためのヒートシンク領域内でしか組立作業が必要にならない一方で、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の下水管路は影響を受けないままであるという利点がある。使用する下水管路に起因して、熱源とヒートシンクの間で熱交換媒体を移送するための別個の供給ライン又は移送ラインを敷設しなくてもよい。同時に、熱源とヒートシンクの間の最大距離は、既存の下水管路の長さ及び下水管路内で生じる熱損失にしか依存しない。従って、本発明による熱交換器組立体では、数メートル、又は約１００ｍから数キロメートルの距離にわたって熱エネルギーの移送を行うことができる。
【０００８】
少なくとも１つの第１の熱交換器及び／又は少なくとも１つの第２の熱交換器は、下水管路内の下水と接触するように、すなわち少なくとも熱接触するように構成される。熱接触とは、第１又は第２の熱交換器から下水中へ熱エネルギーが移行することを示し、逆もまた同様である。熱接触に加え、接触は、特に第１及び／又は第２の熱交換器が下水によって直接湿潤することを含むことができる。第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の下水と接触する領域又は部分は、熱伝導性の剛性材料、特に耐食性ステンレス鋼で形成することが好ましい。
【０００９】
第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の外部形状又は形式は、関連する下水管路のそれぞれの断面に適合するように設計されると理解される。第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器は、これらの熱交換器を、導管マンホールを通じて下水管路内に導入して角の位置に配置できるように形成されることが好ましい。換言すれば、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器は、特に約１００ｃｍ又は約６５ｃｍ未満のわずかな長手方向延長部を有する熱交換器要素を備え、この要素から第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器が組み立てられる。この場合、基礎溝を介して下水管路を露出し、この下水管路内に第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を取り付ける必要がないという利点がある。
【００１０】
或いは、下水管路区分の壁に第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を形成することもできる。例えば、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器の下水管路内の下水との接触面が、下水管路の内壁の一部として形成されるようにして、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を下水管路の壁に埋め込むことができる。さらに、例えば、下水と第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器との間の熱交換が、下水管路の材料を介して間接的に行われるようにして、第１の熱交換器及び／又は第２の熱交換器を下水管路の壁に埋め込むこともできる。このような、熱交換器を埋め込んだ下水管路の区分を工業的に製造し、これらの区分を下水管路の構造で使用し、又は既存の下水管路の区分を、熱交換器を備えたこのようなセグメントに置き換えできることが好ましい。
【００１１】
熱交換器組立体は、温水送り込みライン（ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ｆｏｒｗａｒｄ−ｒｕｎ ｌｉｎｅ）又は温水前進配管（ｈｏｔ ｗａｔｅｒ ａｄｖａｎｃｅ ｐｉｐｉｎｇ）、及び冷水戻りライン（ｃｏｌｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｔｕｒｎ−ｒｕｎ ｌｉｎｅ）又は冷水戻り配管（ｃｏｌｄ ｗａｔｅｒ ｒｅｔｕｒｎ ｐｉｐｉｎｇ）を備え、熱源により加熱された第１の熱交換媒体を、温水送り込みラインによって少なくとも１つの第１の熱交換器に供給することができ、少なくとも１つの第１の熱交換器により冷却された第１の熱交換媒体を、冷水戻りラインによって熱源に供給できることが好ましい。
【００１２】
熱源から下水中への熱エネルギーの移動は、加熱状態のときに温水送り込みライン又は温水前進配管を介して熱源から熱交換器へ移送される第１の熱交換媒体によって行われることが好ましい。第１の熱交換媒体の熱エネルギーを、第１の熱交換器と熱接触する下水中へ第１の熱交換器によって移動させるためには、第１の熱交換媒体と下水の間に熱勾配が存在する必要がある。換言すれば、これらの間に熱平衡が存在してはならず、下水は、熱交換媒体よりも低い温度を示す必要がある。熱交換器組立体の適切な動作中、熱源により加熱された第１の熱交換媒体が、温水送り込みラインによって第１の熱交換器に継続的に供給される。第１の熱交換器では、第１の熱交換媒体が、冷却された状態の冷水戻りラインを介して熱源に戻るために、第１の熱交換器と接触する下水の温度に応じて冷却される。このようにして、熱源からの熱エネルギーが下水へ移動する。第１の熱交換媒体が熱源から第１の熱交換器へ循環して戻る流れは、ポンプによって実現されることが好ましい。さらに、熱交換媒体は、実質的に水で構成されることが好ましい。或いは、油、又は熱容量が十分に大きな異なる流体を第１の熱交換媒体として使用することもできる。
【００１３】
熱交換器組立体は、冷水送り込みライン又は冷水前進配管、及び温水戻りライン又は温水戻り配管を備え、ヒートシンクにより冷却された第２の熱交換媒体を、冷水送り込みラインによって少なくとも１つの第２の熱交換器へ供給することができ、少なくとも１つの第２の熱交換器により加熱された第２の熱交換媒体を、温水戻りラインによってヒートシンクへ供給できることが好ましい。
【００１４】
熱エネルギーを少なくとも１つの第２の熱交換器からヒートシンクへ移動させるために、第２の熱交換媒体を第２の熱交換器内で加熱し、温水戻りライン又は温水戻り配管によってヒートシンクへ供給する。下水に含まれる熱エネルギーを利用するには、下水と第２の熱交換媒体の間に熱勾配が存在する必要がある。すなわち、下水は、第２の熱交換媒体よりも高い温度を示す必要がある。この理由で、熱交換器組立体の適切な動作中、第２の熱交換媒体は、ヒートシンクによって下水の温度よりも低い温度に冷却される。この冷却された第２の熱交換媒体が、冷水送り込みラインによって第２の熱交換器へ継続的に供給され、この第２の熱交換媒体が第２の熱交換器内で温まり、温水戻りラインを介してヒートシンクへ戻る。第２の熱交換媒体が熱源から第２の熱交換器へ継続的に循環して戻る流れは、ポンプによって実現されることが好ましい。第２の熱交換媒体は、実質的に水又は水溶液で構成される。或いは、油、又は熱容量が十分に大きな流体を使用することもできる。
【００１５】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器の下流かつ第２の熱交換器の上流に配置された第１の温度センサに、及び／又は第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサに接続された制御ユニットを備えることが好ましい。
【００１６】
この制御ユニットによって、下水管路内の下水の下水温を所定の範囲内に保持できるという利点がある。このようにして、過度に冷たい又は過度に熱い下水が、第２の熱交換器の下流から下水管路内へ移送されることが有利に防がれる。さらに、第１の温度センサに接続された制御ユニットにより、下水が第１の熱交換器によって所定の下水温を超えるのを阻止できるという利点がある。
【００１７】
熱交換器組立体は、下水管路に油圧接続可能な第２の下水管路と、下水を第２のヒートシンクと熱接触させるように構成された少なくとも１つの第３の熱交換器とを備え、下水管路及び第２の下水管路を通るそれぞれの下水流量を制御できることが好ましい。
【００１８】
熱交換器組立体は、第４の熱交換器を有する第３の下水管路、第５の熱交換器を有する第４の下水管路などを備えることもでき、この第３及び第４の下水管路は、各々が下水管路に接続可能であることが理解される。従って、少なくとも１つの関連するヒートシンクと熱接触するように構成された複数の熱交換器に下水を入れ込んで、これを少なくとも１つの第１の熱交換器を介して熱源によって加熱し、下水管路を介して供給できるという利点がある。
【００１９】
下水管路に油圧接続できる第２の下水管路は、油圧接続が少なくとも時々中断されることはあるが、必要に応じてこれを確立できることを意味する。詳細には、下水管路と第２の下水管路との間の油圧接続は、それぞれの下水管路内の下水量に依存することができる。
【００２０】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器からの下水を第２の熱交換器及び第３の熱交換器に所定の割合で流すことができる少なくとも１つの遮断装置を備えることが好ましい。換言すれば、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路と第２の下水管路の間の油圧接続を制御することができる。ここで、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路内又はその上に形成してもよく、或いは第２の下水管路内又はその上に形成してもよい。具体的には、この少なくとも１つの遮断装置は、下水管路内を第２の熱交換器へ向けて流れる下水の量を制御するように構成された、堰又はスライダ、或いはスライドゲート又はゲート弁を備えることができる。下水管路と第２の下水管路の間の油圧接続を、少なくとも１つの遮断装置の上流に配置して、下水管路内の少なくとも１つの遮断装置が閉じているときに、下水管路からの下水が第２の下水管路内に流れ込むようにすることができる。具体的には、下水管路内の少なくとも１つの遮断装置を閉じることで、下水管路からの下水が、第２の下水管路の傾斜に逆らって第２の下水管路内を第３の熱交換器へ向かって上昇するようにすることができる。第１の熱交換器を第２の下水管路内の第３の熱交換器よりも高いレベルに配置して、第１の熱交換器からの下水が、下水管路内を下水の流れ方向Ｆに沿って少なくとも１つの遮断装置へ流れ、その後第２の下水管路の傾斜に逆らって第３の熱交換器へ流れることにより、熱エネルギーが第１の熱交換器から第２の熱交換器に移動できるようにすることが好ましい。
【００２１】
さらに、少なくとも１つの遮断装置を第２の下水管路内に配置して、少なくとも１つの遮断装置が閉じているとき又は部分的に閉じているときに、第１の熱交換器の方向からの下水量全体が下水管路内に残るようにすることが好ましい。
【００２２】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器の下流に配置された第１の流量制御装置を備えることが好ましい。この第１の流量制御装置を、堰、排砂弁、又はスロットルにすることができると好ましい。第１の流量制御装置は、下流へ流れる下水の量を制御するように構成される。具体的には、第１の流量制御装置は、この第１の流量制御装置の上流の下水管路内の貯留下水を堰き止めるように構成される。この目的のために、第１の流量制御装置は、下水管路の流れ断面に対して、好ましくは約０％〜約１００％の範囲で相対的流れ断面を変更することができる。具体的には、第１の流量制御装置の相対的流れ断面は、少なくともいくつかの部分で無限に調整可能である。
【００２３】
第１の流量制御装置は、下水管路内の第１の熱交換器の直ぐ下流に配置されることが好ましい。第１の流量制御装置は、第１の熱交換器から１００ｍ未満離れて配置されることが好ましく、この距離は５０ｍ未満であることがさらに好ましく、１０ｍ未満であることが特に好ましい。
【００２４】
この第１の流量制御装置によって、第１の熱交換器の領域内の下水管路内で貯留下水を堰き止めることができるという利点がある。第１の熱交換器によって熱源から下水へ移動できる熱エネルギー量は、第１の熱交換器と下水の接触時間、及び実質的に下水量に依存するので、下水管路内の下水を第１の熱交換器の領域内で堰き止めることにより、下水へ移動できる熱エネルギーを有利に増加させることができる。具体的には、熱源に蓄積する熱エネルギーを第１の熱交換器を介して下水に消散させるために、第１の流量制御装置によって第１の熱交換器の領域内に十分な量の下水を貯え、下水中に所定の畜熱容量が与えられるようにすることができる。詳細には、熱源が動作していないときに、冷たい下水が加熱されずに第１の熱交換器を過ぎて流れるのを防ぐことができる。第１の流量制御装置によって下水を堰き止めることにより、後で第１の熱交換器を介して熱源によって加熱するために、冷たい下水を貯えることができる。第１の流量制御装置は、堰き止められた下水が所定の量に達した場合、又は貯まった下水が第１の熱交換器によって所定の温度に加熱された場合、下水管路の流れ断面を少なくとも部分的に広げることが好ましい。このようにして、下水管路による排水が確実に行われること、及び見込まれる最大熱エネルギー量を下水によって移送できることを有利に保証することができる。
【００２５】
さらに、熱交換器組立体は、第２の熱交換器の下流に配置された第２の流量制御装置を備えることが好ましい。第２の流量制御装置の動作原理は、第１の流量制御装置の動作原理と類似する。しかしながら、第２の流量制御装置は、下水に含まれる熱エネルギーの第２の熱交換器による利用を改善することができる。第２の流量制御装置によって下水管路内の第２の熱交換器の下流に下水を堰き止めることにより、長い接触時間にわたって大量の下水を第２の熱交換器に提供することができる。このようにして、特に所定の下水温に到達するか又はこれを下回るまで、下水に含まれる熱エネルギーを下水から抽出することができる。第２の流量制御装置は、上流に堰き止められた下水が所定の量又は所定の温度に達した場合、下水管路の流れ断面を少なくとも部分的に広げることが好ましい。さらに、第２の流量制御装置は、下水管路内の第２の熱交換器の直ぐ下流に配置されることが好ましい。さらに、第２の流量制御装置は、下水管路内で第２の熱交換器から１００ｍ未満離れて配置できることが好ましく、この距離は５０ｍ未満であることがさらに好ましく、１０ｍ未満であることが特に好ましい。
【００２６】
熱交換器組立体は、第３の熱交換器の下流に配置された第３の流れ制御装置を備えることが好ましい。第３の流量制御装置の効果、好ましい実施形態、及び好ましい配置は、第２の流量制御装置のものに対応する。
【００２７】
熱交換器組立体は、第１の熱交換器を上回るレベルＨ1及び／又は第１の熱交換器の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置を備えることが好ましい。ここで、レベルＨ1を検出するステップは、具体的には超音波又は水圧測定によって下水管路内の水レベル又は下水レベルを測定するステップを含むことができる。下水温ＴW1を検出するステップは、具体的には温度センサによって下水温を測定するステップを含む。
【００２８】
さらに、第１の測定装置を第１の流量制御装置に接続して、第１の測定装置によって得られたデータに基づいて第１の流量制御装置を制御できるようにすることが好ましい。
【００２９】
熱交換器組立体は、第２の熱交換器を上回るレベルＨ2及び／又は第２の熱交換器の領域内の下水温ＴW2を検出する第２の測定装置を備えることが好ましい。さらに、熱交換器組立体は、第３の熱交換器を上回るレベルＨ3及び／又は第３の熱交換器の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置を備えることが好ましい。
【００３０】
レベルＨ2及びＨ3を検出するステップは、具体的には超音波又は水圧測定によって下水管路内の水レベル又は下水レベルを測定するステップを含むことができる。それぞれの下水温ＴW2及びＴW3を検出するステップは、具体的には温度センサによって下水温を測定するステップを含むことができる。第２及び第３の測定装置を、関連する第２及び第３の流量制御装置にそれぞれ接続して、それぞれ関連する測定装置から得られたデータに基づいて第２及び第３の流量制御装置を制御できるようにすることが好ましい。
【００３１】
方法
本発明の態様は、熱エネルギー移送方法に関し、この方法は、
温かい第１の熱交換媒体を提供するステップと、
下水の流れ方向Ｆを有する下水管路に配置されて下水と熱接触する第１の熱交換器内に、又はこれを介して温かい第１の熱交換媒体を供給するステップと、
第１の熱交換器によって下水を加熱するステップと、
下水管路内に下水の流れ方向Ｆに沿って第１の熱交換器から離間して配置されて下水と熱接触する第２の熱交換器内で下水の熱エネルギーによって第２の熱交換媒体を加熱するステップと、
加熱した第２の熱交換媒体をヒートシンクに供給するステップと、
ヒートシンクによって第２の熱交換媒体を冷却するステップと、
を含む。
【００３２】
ヒートシンクから離れた熱源からの熱エネルギーを、単純にヒートシンクへ移送できるという利点がある。これにより、熱源からの熱エネルギーを利用して、これまで経済的に利用されていなかった既存のヒートシンクに熱エネルギーを提供できるという利点がある。例えば、印刷機、工作機械、冷却設備、又は化学反応器などの固定機械のような工業プラントの冷却中に上昇し、これまでに環境内に排気又は下水として放出されていなかった熱エネルギーを、ヒートシンク又は熱消費者、例えば住宅に熱エネルギーを提供する熱ポンプに移送することができる。廃熱を生み出す工業プラントと暖房に熱を必要とする住宅地域がいずれも下水システム又は下水管路に接続されるので、本発明による方法を利用して、下水管路内の下水を介して熱源からヒートシンクへ単純かつ経済的に熱エネルギーを移送することができる。上述したように、本発明による方法を実施するために必要な熱交換器組立体は製造も容易である。ここで、すでに貯まった下水は、熱エネルギー搬送媒体として有利に使用され、具体的には、熱源の熱エネルギーをヒートシンクへ移送するために、熱源により加熱された下水がさらに下水管路に導入されることはない。
【００３３】
温かい第１の熱交換媒体を提供するステップは、第１の熱交換媒体を熱源によって加熱するステップを含むことができ、この加熱された第１の熱交換媒体は、少なくとも部分的に第１の熱交換器に供給される。
【００３４】
この方法は、
下水管路内の第１の熱交換器の下流に配置された第１の温度センサによって下水温Ｔ1を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ1が、所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体を第１の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３５】
下水温Ｔ1は、第１の熱交換器の下流の所定の最大値Ｔ1,maxを超えないことが有利であり、これにより下水温Ｔ1が過度に高いことによって下水の蒸発率が所定値を超えることが有利に防がれる。通常、下水管路に流入する家庭用及び工業用下水の下水温は約８℃〜約２０℃であり、通常、下水管路内への入口点における下水温は３５℃を超えることはない。第１の熱交換器の下流で下水温Ｔ1を制御することにより、下水を加熱することによって過度の臭気が生じることが有利に防がれる。さらに、熱源から下水に消散する熱エネルギーを、下水量に応じて制御することができる。第１の熱交換器による下水への熱エネルギー消散により、下流の下水温Ｔ1は約８℃〜約６０℃であることが好ましい。第１の熱交換器の下流の最大下水温Ｔ1,maxは、約２０℃〜約６０℃であることが好ましく、約２５℃〜約４０℃であることがさらに好ましく、約３０℃であることが特に好ましい。
【００３６】
この方法は、
下水管路内の第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサによって下水温Ｔ2を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ2が、所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体を第１の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３７】
下水温Ｔ2が、第２の熱交換器の下流の所定の最大値Ｔ2,maxを超えて、最終的に下水処理プラント又は生物生息空間に達することが有利に防がれる。これにより、過度に熱い下水が下水処理プラント又は生物生息空間に作用することによって下水処理プラント又は生物生息空間の微小動物相が悪影響を受ける可能性が有利に防がれる。第２の熱交換器の下流の最大下水温Ｔ2,maxは、３５℃未満であることが好ましく、２５℃未満であることがさらに好ましく、約１２℃であることが特に好ましい。
【００３８】
この方法は、
下水管路内の第２の熱交換器の下流に配置された第２の温度センサによって下水温Ｔ2を測定するステップと、
測定した下水温Ｔ2が、所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、冷たい第２の熱交換媒体を第２の熱交換器に供給するのを中断又は低減するステップと、
をさらに含むことが好ましい。
【００３９】
下水温Ｔ2が所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、下水からヒートシンクまでの熱エネルギーの移送を中断又は減少させ、これにより過度に冷たい下水が下水処理プラント又は生物生息空間に作用することが防がれるという利点がある。これにより、下水処理プラント又は生物生息空間内の微生物の生物活動が、低い下水温に合わせて減少することが有利に防がれる。最低下水温Ｔ2,minは、８℃よりも高いことが好ましく、約２５℃であることが好ましい。
【００４０】
この方法は、第１の熱交換器の下流に配置された第１の流量制御装置により、下水管路の第１の熱交換器の領域内を通る下水の流れを抑制し又は堰き止めるステップを含むことが好ましい。このステップにより、第１の熱交換器の領域内に所定量の冷却下水が提供されて、熱源が、第１の熱交換器によって所定の最低量の熱エネルギーを下水に消散できるようになるという利点がある。例えば、これにより、工業過程中に生じた熱エネルギーの消散を確実にして、工業過程を中断なく実施することが有利に保証されるようにすることができる。さらに、所定の下水温に達するまで下水を第１の熱交換器の領域内で有利に堰き止めて、第２の熱交換器におけるその後の熱交換効率が高まるようにすることが有利である。具体的には、必ずしも下水の流れを第１の流量制御装置によって完全に堰き止める必要はなく、下水の流れを第１の熱交換器の領域内の単位時間当たりの所定の下水流量に減少させれば十分と考えられる。さらに、下水管路内の第１の熱交換器の領域内の下水の流れを抑制し又は堰き止めるステップは、第１の流量制御装置によって一時的にその全体を中止できることが好ましい。具体的には、流量制御装置を突然開くことにより、第１の熱交換器の領域内で堰き止められた下水が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿って急激なフラッシングの形で流れ出て、第１の熱交換器の領域内に沈降した粒子が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿ってさらに移送されるようにすることができる。このようにして、同時に下水管路の洗浄を行えるという利点がある。
【００４１】
この方法は、下水が第１の熱交換器を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は下水が第１の熱交換器の領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に第１の流量制御装置を開くステップを含むことが好ましい。下水管路の主な目的は排水であるため、第１の熱交換器を上回る所定のレベルＨ1に達した場合、下水管路内の下水の堰き止めを第１の流量制御装置によって中止して、下水が下水管路内で過度に堰き止められることが有利に防がれるようにすることができる。これには、下水管路及び第１の流量制御装置による適切な排水を確実にすることができるという利点がある。この結果、一方では、第１の熱交換器による熱源から下水への熱エネルギーの消散効率が低下し、他方では、下水温の上昇によって不快な臭気が生じる可能性があるので、第１の熱交換器の領域内の下水は、所定の下水温ＴW1を超えるべきでないことが好ましい。従って、第１の熱交換器の領域内の所定の下水温ＴW1に達し又はこれを超えた場合、第１の流量制御装置が、下水管路の下水の流れ方向Ｆに沿って下水を排水するようにすることができる。ここで、下水温ＴW1は、第１の熱交換器における熱交換効率、第１の熱交換器の下流に配置された第２の熱交換器における熱交換効率、第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の距離、及び第１の熱交換器と第２の熱交換器の間の途中における下水の熱損失、並びに局所的公式要件に応じて選択される。下水温ＴW1を適切に選択することにより、第１の熱交換器及び第２の熱交換器が、所与の条件にとって最適な範囲で動作し、熱源から第１の熱交換器、下水、第２の熱交換器を介してヒートシンクへ移送可能な熱エネルギー量が最大になるようにすることができる。
【００４２】
この方法は、
第２の熱交換器を介してヒートシンクにより抽出された熱エネルギーＥ1を検出するステップと、
第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクにより抽出された熱エネルギーＥ2を検出するステップと、
第２の熱交換器及び第３の熱交換器へ流れる下水の量を、第２の熱交換器を介してヒートシンクに所定量の熱エネルギーＷ1を提供でき、第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクに所定量の熱エネルギーＷ2を提供できるように制御するステップと、
を含むことが有利である。
【００４３】
関連するヒートシンクにおいて必要とされる熱エネルギーに応じて、第２の熱交換器及び第３の熱交換器に提供される下水量を制御できることが有利である。従って、関連するヒートシンクが増加した熱エネルギー量Ｅ1を抽出する場合、第２の熱交換器に増加した下水量を提供することができる。
【００４４】
具体的には、この方法は、第１の熱交換器を介して熱源により消散された熱エネルギーＥA1を検出するステップを含むことが好ましい。提供できる熱エネルギーＥA1を、必要なエネルギーＥ1＋Ｅ2の関係にすることができれば有利である。提供できる熱エネルギーＥA1が、必要なエネルギーＥ1＋Ｅ2よりも少ない場合、熱エネルギーＥA1を、所定の比率に基づいて第２の熱交換器と第３の熱交換器に分配し、この必要な熱エネルギーの割合をヒートシンクと第２の熱交換器にそれぞれ提供できるようにすることができる。提供される熱エネルギーの割合は、両ヒートシンクで同じであることが好ましい。依然として必要な熱エネルギーを、それぞれのヒートシンクの場所で他の手段により生成し、この場所に提供する必要がある。或いは、第２の熱交換器及び第３の熱交換器へ流れる下水の量の制御を、抽出した熱エネルギーＥ1が第２の熱交換器を介してヒートシンクに実質的に完全に提供され、又は抽出した熱エネルギーＥ2が第３の熱交換器を介して第２のヒートシンクに実質的に完全に提供されるようなものにすることができる。この結果、残りのヒートシンクにほんのわずかの熱エネルギーを提供することができ、又は全く提供できないようになると考えられる。
【００４５】
関連する流量制御装置により、第２の熱交換器の領域内又は第３の熱交換器の領域内に特定量の温かい下水を堰き止め、この堰き止められた下水に含まれる熱エネルギーが、関連するヒートシンクに熱エネルギーを提供するのに十分なものであることが好ましいので、本方法は、第２の熱交換器の上方に位置する下水中に存在する熱エネルギーＥA2を測定するステップ、及び／又は第３の熱交換器の上方に位置する下水中に存在する熱エネルギーＥA3を測定するステップを含むことが好ましい。このようにして、ヒートシンク及び第２の熱交換器に提供できる熱エネルギーを、改善された方法で推定できるという利点が得られる。
【００４６】
前述の本発明の態様についての説明は、それぞれの態様に限定されるものではない。具体的には、熱交換器組立体に関する説明は、熱エネルギー移送方法にも当てはまり、逆もまた同様である。
【００４７】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】熱交換器組立体の実施形態の斜視図である。
【図２】熱交換器組立体の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１は、熱交換器組立体１の好ましい実施形態の斜視図である。熱交換器組立体１は、３つの第１の熱交換器１１を備え、これらの各々は、温水送り込みライン又は温水前進配管１５、及び冷水戻りライン又は冷水戻り配管１７を有する。熱交換器組立体１は、互いに隣接して又は互いに離間して１つ、２つ、４つ、５つ、又はそれよりも多くの第１の熱交換器１１を有することもできると理解される。第１の熱交換器１１、温水送り込みライン１５、及び冷水戻りライン１７は、第１の熱交換媒体１９で満たされる。第１の熱交換媒体１９は、熱源１３と直接的に又は間接的に熱接触する。このような熱源１３は、工作機械、印刷機、又は発電用プラントなどの、冷却された工業的に使用される機械とすることができる。さらに、例えば熱源は、発熱化学反応を冷却する装置などの化学反応器を含むこともできる。さらに、熱源は、冷却ユニット又は空調システムの冷却フィンなどの、熱力学サイクル又は熱交換器の一部であってもよい。
【００５０】
熱源１３が第１の熱交換媒体１９と熱接触することにより、熱エネルギーが熱源１３から第１の熱交換媒体１９へ移動し、すなわち第１の熱交換媒体１９が熱源１３によって加熱される。第１の熱交換媒体１９は、温水送り込みライン１５を介して、例えば循環ポンプ（図示せず）によって第１の熱交換器１１に供給される。第１の熱交換器１１は、下水管路５内を流れる下水３と熱接触するように下水管路５内に導入される。例えば、第１の熱交換器１１を、下水管路５の底部に載っただけのようにして、又はコンクリートに埋め込むことによって下水管路５に固定接続されるようにして既存の下水管路５内に導入することができる。或いは、下水管路５が、熱交換器として形成された壁を有することもできる。第１の熱交換媒体１９が第１の熱交換器１１を介して下水３と熱接触することにより、第１の熱交換媒体１９の熱エネルギーが部分的に下水３へ移動し、すなわち第１の熱交換器１１の領域内で、加熱された第１の熱交換媒体によって下水３が加熱される。同時に、下水３への熱エネルギーの消散により、第１の熱交換媒体１９は第１の熱交換器１１内で冷却される。冷却された熱交換媒体１９は、冷水戻りライン１７を介して熱源１３に戻される。
【００５１】
下水管路５の傾斜に応じて、加熱された下水３は、下水の流れ方向Ｆに沿って下水管路５内を流れる。数百メートルから数キロメートルの流路を移動すると、下水３は、少なくとも１つの第２の熱交換器２１に到達する。第２の熱交換器２１は、下水３と熱接触するようにして下水管路５内に導入される。第２の熱交換器２１内には第２の熱交換媒体２９が存在し、これが下水３によって加熱される。第２の熱交換器２１は、温水戻りライン又は温水戻り配管２７、及び冷水送り込みライン又は冷水前進配管２５によってヒートシンク２３に油圧接続される。下水３によって加熱された第２の熱交換媒体２９は、好ましくは循環ポンプ（図示せず）によって温水戻りライン２７を介してヒートシンク２３に供給される。ヒートシンク２３は、第２の熱交換媒体２９と熱接触して、第２の熱交換媒体２９内に貯えられた熱エネルギーが、ヒートシンク２３によって第２の熱交換媒体２９から部分的に抽出されるようになる。ヒートシンク２３は、アパートを暖房するための熱ポンプの一部であってもよい。温水戻りライン２７内の第２の熱交換媒体２９の温度によっては、ヒートシンク２３を、外気用ラジエータ又は床暖房システムとして形成することもできる。
【００５２】
第２の熱交換媒体２９は、ヒートシンク２３内でこの第２の熱交換媒体２９から熱エネルギーが抽出されることにより冷却される。冷却された第２の熱交換媒体２９は、第２の熱交換器２１内で下水３によって再び加熱されるために、冷水送り込みライン２５を介して第２の熱交換器２１に戻される。
【００５３】
熱交換器組立体１は、第１の熱交換器１１の下流に配置された第１の温度センサ３３を備えることが好ましい。第１の温度センサ３３は、第１の熱交換器１１により加熱された下水３の温度Ｔ1を検出する。下水３の蒸発率を制限し、又は不快な臭気を抑えるために、下水温Ｔ1は所定の最大値Ｔ1,maxを超えないことが好ましく、この温度は、約６０℃であることが好ましく、５０℃であることがさらに好ましく、４０℃であることが特に好ましい。下水温Ｔ1を所定の最大値Ｔ1,maxに制限するために、第１の温度センサ３３を制御ユニット３１に接続する。制御ユニット３１は、測定した下水温Ｔ1が所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、加熱された第１の熱交換媒体１９を第１の熱交換器１１に供給するのを中断又は低減する。
【００５４】
さらに、熱交換器組立体１は、第２の熱交換器２１の下流に配置された第２の温度センサ３５を備えることが好ましい。第２の温度センサ３５は、第２の熱交換器２１によって下水３から熱エネルギーが抽出された後の下水管路５内の下水３の温度Ｔ2を検出する。通常、下水３は、下水処理プラント（図示せず）の下水管路５によって供給されるので、下水管路５内の下水３の下水温Ｔ2は、下水処理プラント内の微生物によって下水３の生物学的浄化が行われるように、約８℃〜約３５℃の範囲とすべきことが好ましく、約１０℃〜約３０℃の範囲とすべきことがさらに好ましく、約２５℃とすべきことが特に好ましい。下水温Ｔ2が過度に低いと、微生物の活動が低下すると考えられるのに対し、下水温Ｔ2が過度に高いと、下水処理プラント内の微生物が死んでしまう。
【００５５】
第２の温度センサ３５は、測定した下水温Ｔ2が所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合に、加熱された第１の熱交換媒体１９を第１の熱交換器１１に供給するのを中断又は低減する制御ユニット３１に接続されることが好ましい。このようにして、過度に熱い下水３が下流の下水処理プラントに供給されることが有利に防がれる。さらに、測定した下水温Ｔ2が所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、例えば、冷たい第２の熱交換媒体２９を第２の熱交換器２１に供給するのを中断又は低減することにより、下水３からの熱抽出を第２の熱交換器２１によって中断又は減少することが好ましい。第２の熱交換器２１による下水３からの熱抽出の中断又は減少は、制御弁などの制御ユニット３１によって行うこともできる。或いは、第２の温度センサ３５に接続されて熱抽出の中断又は減少を制御する別の制御ユニットを設けてもよい。このようにして、過度に冷たい下水３が下水処理プラントに作用するのを有利に防ぐ。
【００５６】
下水管路５内に１又はそれ以上の第１の熱交換媒体１１を互いに離間して配置することができ、又は下水管路５内に１又はそれ以上の第１の熱交換器１１を互いに接続して配置することができ、この場合、耐引張接続構成及び圧密接続構成により、個々の熱交換器の端部領域において複数の第１の熱交換媒体１１の接続を確立できることが好ましいと理解される。同様に、下水管路５内に１又はそれよりも多くの第２の熱交換器２１を互いに離間して配置すること又は互いに接続することもできる。
【００５７】
図２は、熱交換器組立体１の好ましい実施形態の斜視図である。熱交換器組立体１は、２つの第１の熱交換器１１を備え、これらの各々は、温水送り込みライン又は温水前進配管１５、及び冷水戻りライン又は冷水戻り配管１７を有する。熱交換器組立体１は、互いに隣接して又は互いに離間して１つ、３つ、４つ、５つ、又はそれよりも多くの第１の熱交換器を有することもできると理解される。図１に示す実施形態に対応して、第１の熱交換器１１には、熱源１３によって加熱された暖かい熱交換媒体１９が温水送り込みライン１５を介して提供される。第１の熱交換器１１は、下水管路５内を流れる下水３と熱接触するようにして下水管路５に導入される。熱交換器１１は、図１で説明したような形で下水管路５内に導入することができる。熱交換器１１によって下水３が加熱され、冷却された熱交換媒体１９が、冷水戻りライン１７を介して熱源１３に戻される。
【００５８】
第１の熱交換器１１の下流には、下水管路５の下水の流れ方向Ｆに沿って流れる下水の量を制御できる第１の流量制御装置３７が配置される。具体的には、流量制御装置３７によって流量制御装置３７の上流に下水を堰き止めて、第１の熱交換器１１の領域内に増加した下水量を提供できるようにすることができる。或いは、これにより、下水３に消散できる熱エネルギー量ＥA1を増加させることができる。図示の熱交換器組立体１は、第１の熱交換器１１を上回るレベルＨ1及び／又は第１の熱交換器１１の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置３７ａをさらに備える。第１の測定装置３７ａを第１の流量制御装置３７に接続して、下水３が第１の熱交換器１１を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は下水３が第１の熱交換器１１の領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に第１の流量制御装置３７を開くことができるようにする。
【００５９】
下水管路５の傾斜に応じて、加熱された下水３が、下水の流れ方向Ｆに沿って下水管路５内を流れる。第１の熱交換器１１の下流には、少なくとも１つの第２の熱交換器２１が配置される。この第２の熱交換器２１は、下水３と熱接触するようにして下水管路５に導入される。この第２の熱交換器２１に、冷水送り込みライン又は冷水前進配管２５を介して冷たい熱交換媒体２９を供給する。熱交換媒体２９は、下水３によって加熱され、温水戻りライン２７を介してヒートシンク２３に供給され、このヒートシンクが、貯えられた熱エネルギーを第２の熱交換媒体２９から少なくとも部分的に抽出する。その後、冷却された熱交換媒体２９が、冷水送り込みライン２５を介して第２の熱交換器２１に供給される。
【００６０】
図２に示す熱交換器組立体１は、下水管路５に油圧接続された第２の下水管路３９をさらに備える。下水管路５と第２の下水管路３９の油圧接続は、下水管路５内の第１の熱交換器１１と第２の熱交換器２１の間に配置された接続シャフト５３によって確立される。第２の下水管路３９内には、第２の下水管路３９内を流れる下水３と熱接触するようにされた第３の熱交換器４１が配置される。第２の熱交換器２１に対応して、第３の熱交換器４１には、冷水送り込みライン又は冷水前進配管４５を介して冷たい熱交換媒体４１、具体的には冷水４９が提供され、この冷たい熱交換媒体４９が、第３の熱交換器４１を介して下水３により加熱される。この加熱された第３の熱交換媒体４９は、温水戻りライン又は温水戻り配管４７を介して、好ましくは循環ポンプ（図示せず）によって第２のヒートシンク４３に供給される。第２のヒートシンク４３は、第３の熱交換媒体４９と熱接触し、この第３の熱交換媒体４９に貯えられた熱エネルギーが、第２のヒートシンク４３によって第３の熱交換媒体４９から部分的に抽出されるようになる。この結果、冷却された第３の熱交換媒体４９が、下水３によって再び第３の熱交換器４１で加熱されるために、冷水送り込みライン４５を介して第３の熱交換器４１に戻される。
【００６１】
図２に示す第２の下水管路３９は、第２の下水管路３９内の下水の流れ方向が第３の熱交換器４１から下水管路５に向かうような傾斜を有する。第１の熱交換器１１によって加熱された下水３を第３の熱交換器４１に供給するために、下水管路５内のシャフト５３の下流に遮断装置５５が配置される。遮断装置５５を少なくとも部分的に閉じることにより、第１の熱交換器１１の方向からの所定の割合の下水３を堰き止めて、この下水がシャフト５３を介して第２の下水管路４１の傾斜に反して上昇し、第３の熱交換器４１へ流れるようにすることができる。第１の熱交換器１１は、第３の熱交換器４１よりも高い海水面レベルに存在して、下水３が、重力のみによって第１の熱交換器１１から第３の熱交換器４１に流れるようになることが好ましい。或いは、下水をより高いレベルに汲み上げるために、下水管路５に下水汲み上げシステムを接続して、下水が第２の下水管路５の傾斜に反して第３の熱交換器４１へ向けて流れるようにすることもできる。
【００６２】
第３の熱交換器４１へ流れた下水３を第３の熱交換器４１の領域内に保持するために、熱交換器組立体１は、第２の下水管路３９の第３の熱交換器４１の領域内を通る下水の流れを抑制し又は堰き止める第３の流量制御装置５１を備え、ここで再び下水３によって加熱することができる。これにより、下水３が第３の熱交換器４１と接触する時間が有利に延び、下水３から増加した熱エネルギー量を抽出できるようになるという利点が得られる。熱交換器組立体１は、第３の熱交換器４１を上回るレベルＨ3、及び／又は第３の熱交換器４１の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置５１ａを備えることが好ましい。さらに、第３の測定装置５１ａを第３の流量制御装置５１に接続して、下水３が第３の熱交換器４１を上回る所定のレベルＨ3を有する場合、及び／又は下水３が第３の熱交換器４１の領域内の所定の下水温ＴW3に達した場合に、第３の流量制御装置５１が少なくとも部分的に開くようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【００６３】
１ 熱交換器組立体
３ 下水
５ 下水管路
１１ 第１の熱交換器
１３ 熱源
１５ 温水送り込みライン又は温水前進配管
１７ 冷水戻りライン又は冷水戻り配管
１９ 第１の熱交換媒体
２１ 第２の熱交換器
２３ ヒートシンク
２５ 冷水戻りライン又は冷水前進配管
２７ 温水戻りライン又は温水戻り配管
２９ 第２の熱交換媒体
３１ 制御ユニット
３３ 第１の温度センサ
３５ 第２の温度センサ
３７ 第１の流量制御装置
３９ 第２の下水管路
４１ 第３の熱交換器
４３ 第２のヒートシンク
４５ 冷水送り込みライン又は冷水前進配管
４７ 温水戻りライン又は温水戻り配管
４９ 第３の熱交換媒体
５１ 第３の流量制御装置
３７ａ 第１のレベルの測定装置
５１ａ 第３のレベルの測定装置
５３ 接続シャフト
５５ 遮断装置
Ｆ 下水の流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水管路（５）内に導入するための熱交換器組立体（１）であって、
熱源（１３）を下水（３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）と、
前記下水（３）をヒートシンク（２３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）と、を備え、
前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）が、前記下水管路（５）内の下水の流れ方向Ｆに沿って下流に配置され、前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）から離間されていることを特徴とする熱交換器組立体（１）。
【請求項２】
温水送り込みライン（１５）及び冷水戻りライン（１７）を備え、前記熱源（１３）により加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記温水送り込みライン（１５）によって前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）に供給することができ、前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）により冷却された前記第１の熱交換媒体（１９）を前記冷水戻りライン（１７）によって前記熱源（１３）に供給することができる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項３】
冷水送り込みライン（２５）及び温水戻りライン（２７）を備え、前記ヒートシンク（２３）により冷却された第２の熱交換媒体（２９）を前記冷水送り込みライン（２５）によって前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）に供給することができ、前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）により加熱された前記第２の熱交換媒体（２９）を前記温水戻りライン（２７）によって前記ヒートシンク（２３）に供給することができる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項４】
前記第１の熱交換器（１１）の下流かつ前記第２の熱交換器（２１）の上流に配置された第１の温度センサ（３３）及び／又は前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）に接続された制御ユニット（３１）を備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項５】
前記下水管路（５）に油圧接続可能な第２の下水管路（３９）と、
前記下水（３）を第２のヒートシンク（４３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第３の熱交換器（４１）と、を備え、
前記下水管路（５）及び前記第２の下水管路（３９）内のそれぞれの下水流量が制御可能である、ことを特徴とする請求項１から請求項４の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項６】
前記第１の熱交換器（１１）の方向からの下水が、前記第２の熱交換器（２１）及び前記第３の熱交換器（４１）へ所定の比率で流れるようにすることができる少なくとも１つの遮断装置を（５５）さらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項７】
前記第１の熱交換器（１１）の下流に配置された第１の流量制御装置（３７）、及び／又は
前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の流量制御装置、及び／又は
前記第３の熱交換器（４１）の下流に配置された第３の流量制御装置（５１）、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項８】
前記第１の熱交換器（１１）を上回るレベルＨ1及び／又は前記第１の熱交換器（１１）の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置（３７ａ）、及び／又は
前記第２の熱交換器（２１）を上回るレベルＨ2及び／又は前記第２の熱交換器（２１）の領域内の下水温ＴW2を検出する第２の測定装置、及び／又は
前記第３の熱交換器（４１）を上回るレベルＨ3及び／又は前記第３の熱交換器（４１）の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置（５１ａ）、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項９】
熱エネルギー移送方法であって、
温かい第１の熱交換媒体（１９）を提供するステップと、
前記温かい第１の熱交換媒体（１９）を、下水の流れ方向Ｆを有する下水管路（５）内に配置されて前記下水（３）と熱接触する第１の熱交換器（１１）内に又はこれを介して供給するステップと、
前記第１の熱交換器によって前記下水（３）を加熱するステップと、
前記下水管路（５）内に前記下水の流れ方向Ｆに沿って前記第１の熱交換器（１１）から離間して配置されて前記下水（３）と熱接触する前記第２の熱交換器（２１）内で又はこれを介して、前記下水（３）の前記熱エネルギーによって第２の熱交換媒体（２９）を加熱するステップと、
前記加熱した第２の熱交換媒体（２９）をヒートシンク（２３）に供給するステップと、
前記ヒートシンク（２３）によって前記第２の熱交換媒体（２９）を冷却するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記下水管路（５）内の前記第１の熱交換器（１１）の下流に配置された第１の温度センサ（３３）によって前記下水温Ｔ1を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ1が所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、前記加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記第１の熱交換器（１１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）によって前記下水温Ｔ2を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ2が所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合、前記加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記第１の熱交換器（１１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）によって前記下水温Ｔ2を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ2が、所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、冷たい第２の熱交換媒体（２９）を前記第２の熱交換器（２１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１１の１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記下水管路（５）内の前記第１の熱交換器（１１）の領域内を通る前記下水の流れを前記第１の流量制御装置（３７）によって抑制し又は堰き止めるステップ、及び／又は
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の前記領域内を通る前記下水の流れを前記第２の流量制御装置によって抑制し又は堰き止めるステップ、及び／又は
前記第２の下水管路（３９）内の前記第３の熱交換器（４１）の前記領域内を通る前記下水の流れを前記第３の流量制御装置（５１）によって抑制し又は堰き止めるステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１１の１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記下水が、前記第１の熱交換器（１１）を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第１の熱交換器（１１）の前記領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に、前記第１の流量制御装置（３７）を開くステップ、及び／又は
前記下水が、前記第２の熱交換器（２１）を上回る所定のレベルＨ2を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第２の熱交換器（２１）の前記領域内で所定の下水温ＴW2を有する場合に、前記第２の流量制御装置を開くステップ、及び／又は
前記下水が、前記第３の熱交換器（４１）を上回る所定のレベルＨ3を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第３の熱交換器（４１）の前記領域内で所定の下水温ＴW3を有する場合に、前記第３の流量制御装置（５１）を開くステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の熱交換器（２１）を介して前記ヒートシンク（２３）により抽出された熱エネルギーＥ1を検出するステップと、
前記第３の熱交換器（４１）を介して前記第２のヒートシンク（４３）により抽出された前記熱エネルギーＥ2を検出するステップと、
前記第２の熱交換器（２１）及び前記第３の熱交換器（４１）へ流れる前記下水量を、前記第２の熱交換器（２１）を介して所定の熱エネルギー量Ｗ1を前記ヒートシンク（２３）に提供でき、前記第３の熱交換器（４１）を介して所定の熱エネルギー量Ｗ2を前記第２のヒートシンク（４３）に提供できるように制御するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１４の１項に記載の方法。
【請求項１】
下水管路（５）内に導入するための熱交換器組立体（１）であって、
熱源（１３）を下水（３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）と、
前記下水（３）をヒートシンク（２３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）と、を備え、
前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）が、前記下水管路（５）内の下水の流れ方向Ｆに沿って下流に配置され、前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）から離間されていることを特徴とする熱交換器組立体（１）。
【請求項２】
温水送り込みライン（１５）及び冷水戻りライン（１７）を備え、前記熱源（１３）により加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記温水送り込みライン（１５）によって前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）に供給することができ、前記少なくとも１つの第１の熱交換器（１１）により冷却された前記第１の熱交換媒体（１９）を前記冷水戻りライン（１７）によって前記熱源（１３）に供給することができる、ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項３】
冷水送り込みライン（２５）及び温水戻りライン（２７）を備え、前記ヒートシンク（２３）により冷却された第２の熱交換媒体（２９）を前記冷水送り込みライン（２５）によって前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）に供給することができ、前記少なくとも１つの第２の熱交換器（２１）により加熱された前記第２の熱交換媒体（２９）を前記温水戻りライン（２７）によって前記ヒートシンク（２３）に供給することができる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項４】
前記第１の熱交換器（１１）の下流かつ前記第２の熱交換器（２１）の上流に配置された第１の温度センサ（３３）及び／又は前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）に接続された制御ユニット（３１）を備える、ことを特徴とする請求項１から請求項３の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項５】
前記下水管路（５）に油圧接続可能な第２の下水管路（３９）と、
前記下水（３）を第２のヒートシンク（４３）と熱接触させるように構成された少なくとも１つの第３の熱交換器（４１）と、を備え、
前記下水管路（５）及び前記第２の下水管路（３９）内のそれぞれの下水流量が制御可能である、ことを特徴とする請求項１から請求項４の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項６】
前記第１の熱交換器（１１）の方向からの下水が、前記第２の熱交換器（２１）及び前記第３の熱交換器（４１）へ所定の比率で流れるようにすることができる少なくとも１つの遮断装置を（５５）さらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項７】
前記第１の熱交換器（１１）の下流に配置された第１の流量制御装置（３７）、及び／又は
前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の流量制御装置、及び／又は
前記第３の熱交換器（４１）の下流に配置された第３の流量制御装置（５１）、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項８】
前記第１の熱交換器（１１）を上回るレベルＨ1及び／又は前記第１の熱交換器（１１）の領域内の下水温ＴW1を検出する第１の測定装置（３７ａ）、及び／又は
前記第２の熱交換器（２１）を上回るレベルＨ2及び／又は前記第２の熱交換器（２１）の領域内の下水温ＴW2を検出する第２の測定装置、及び／又は
前記第３の熱交換器（４１）を上回るレベルＨ3及び／又は前記第３の熱交換器（４１）の領域内の下水温ＴW3を検出する第３の測定装置（５１ａ）、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の１項に記載の熱交換器組立体（１）。
【請求項９】
熱エネルギー移送方法であって、
温かい第１の熱交換媒体（１９）を提供するステップと、
前記温かい第１の熱交換媒体（１９）を、下水の流れ方向Ｆを有する下水管路（５）内に配置されて前記下水（３）と熱接触する第１の熱交換器（１１）内に又はこれを介して供給するステップと、
前記第１の熱交換器によって前記下水（３）を加熱するステップと、
前記下水管路（５）内に前記下水の流れ方向Ｆに沿って前記第１の熱交換器（１１）から離間して配置されて前記下水（３）と熱接触する前記第２の熱交換器（２１）内で又はこれを介して、前記下水（３）の前記熱エネルギーによって第２の熱交換媒体（２９）を加熱するステップと、
前記加熱した第２の熱交換媒体（２９）をヒートシンク（２３）に供給するステップと、
前記ヒートシンク（２３）によって前記第２の熱交換媒体（２９）を冷却するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記下水管路（５）内の前記第１の熱交換器（１１）の下流に配置された第１の温度センサ（３３）によって前記下水温Ｔ1を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ1が所定の最大値Ｔ1,maxを超えた場合、前記加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記第１の熱交換器（１１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）によって前記下水温Ｔ2を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ2が所定の最大値Ｔ2,maxを超えた場合、前記加熱された第１の熱交換媒体（１９）を前記第１の熱交換器（１１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の下流に配置された第２の温度センサ（３５）によって前記下水温Ｔ2を測定するステップと、
前記測定した下水温Ｔ2が、所定の最低値Ｔ2,minを下回った場合、冷たい第２の熱交換媒体（２９）を前記第２の熱交換器（２１）に供給するのを中断又は低減するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１１の１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記下水管路（５）内の前記第１の熱交換器（１１）の領域内を通る前記下水の流れを前記第１の流量制御装置（３７）によって抑制し又は堰き止めるステップ、及び／又は
前記下水管路（５）内の前記第２の熱交換器（２１）の前記領域内を通る前記下水の流れを前記第２の流量制御装置によって抑制し又は堰き止めるステップ、及び／又は
前記第２の下水管路（３９）内の前記第３の熱交換器（４１）の前記領域内を通る前記下水の流れを前記第３の流量制御装置（５１）によって抑制し又は堰き止めるステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１１の１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記下水が、前記第１の熱交換器（１１）を上回る所定のレベルＨ1を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第１の熱交換器（１１）の前記領域内で所定の下水温ＴW1を有する場合に、前記第１の流量制御装置（３７）を開くステップ、及び／又は
前記下水が、前記第２の熱交換器（２１）を上回る所定のレベルＨ2を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第２の熱交換器（２１）の前記領域内で所定の下水温ＴW2を有する場合に、前記第２の流量制御装置を開くステップ、及び／又は
前記下水が、前記第３の熱交換器（４１）を上回る所定のレベルＨ3を有する場合、及び／又は前記下水が、前記第３の熱交換器（４１）の前記領域内で所定の下水温ＴW3を有する場合に、前記第３の流量制御装置（５１）を開くステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の熱交換器（２１）を介して前記ヒートシンク（２３）により抽出された熱エネルギーＥ1を検出するステップと、
前記第３の熱交換器（４１）を介して前記第２のヒートシンク（４３）により抽出された前記熱エネルギーＥ2を検出するステップと、
前記第２の熱交換器（２１）及び前記第３の熱交換器（４１）へ流れる前記下水量を、前記第２の熱交換器（２１）を介して所定の熱エネルギー量Ｗ1を前記ヒートシンク（２３）に提供でき、前記第３の熱交換器（４１）を介して所定の熱エネルギー量Ｗ2を前記第２のヒートシンク（４３）に提供できるように制御するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項９から請求項１４の１項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１３−５０４７４１（Ｐ２０１３−５０４７４１Ａ）
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９１３８（Ｐ２０１２−５２９１３８）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５３９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３２６４５
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１２０２２９２９）ウーリヒ カナルテクニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５３９３
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３２６４５
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５１２０２２９２９）ウーリヒ カナルテクニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (3)
【Ｆターム（参考）】
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