W dobie ciągłych podwyżek cen gazu i energii elektrycznej, które stanowią źródła energii cieplnej w naszych domach, problem oszczędzania energii jest podstawową troską każdego obywatela. Wnioski z analizy strat energii w naszych domach jednoznacznie wskazują na straty ciepła które wynikają z odprowadzania ciepłej wody użytkowej bezpośrednio do kanalizacji . Według danych szacunkowych około 50% energii wykorzystywanej do podgrzania wody użytkowej jest tracona bezpowrotnie w postaci ciepłych ścieków kierowanych bezpośrednio do instalacji kanalizacyjnej. Mowa tu o zużytej ciepłej wodzie wypływającej ze zmywarki, pralki, prysznica lub wanny.

Tracona energia ciepłych ścieków, według danych literaturowych, wynosi szacunkowo 4 kWh na osobę na dobę. W skali roku dla 4 osobowej rodziny jest to około 5800 kWh, co w przeliczeniu na energie elektryczną po 0,6zł za 1 kWh daje około 3500zł strat w skali roku. Podstawowym problemem odzysku ciepła jest konieczność rozdziału ścieków bytowych na ścieki ciepłe oraz ścieki fekalne, które z zasady można traktować jako ścieki zimne. Problem odzysku ciepła od ścieków ciepłych jest szczególnie interesujący ze względu na jego efektywność, co znalazło swoje odbicie w szeregu rozwiązań technicznych dostępnych w ofertach handlowych. Gama oferowanych urządzeń wykorzystuje efekt wymiany ciepła pomiędzy strumieniem zużytej ciepłej wody przepływającej wewnątrz spirali zasilanej zimną wodą wlotową. Uproszczoną koncepcje działania instalacji odzysku ciepła przedstawia schemat funkcjonalny przykładowej domowej instalacji wodnej .

Odzysk ciepła ścieków zimnych jest teoretycznie również możliwy ale jest bardziej skomplikowany i wymaga zastosowania pompy cieplnej z kolektorem buforowym, umieszczonej na wylocie wewnętrznej sieci kanalizacyjnej. W tym przypadku kolektor buforowy stanowi źródło energii pierwotnej w obiegu pompy cieplnej . Polska technologia odzysku ciepła ze ścieków chroniona patentami PL196379, PL198134 opisana jest na stronie www.kramarz.pl.  Opracowana technologia odzysku ciepła ze ścieków odpadowych, może być stosowana z powodzeniem zarówno w obszarze micro jak i macro, albowiem urządzenia według wynalazków można zastosować tak w całym osiedlu, budynku jak i samym mieszkaniu.

Opatentowany absorber to urządzenie do odbioru liniowego ciepła przepływającego przezeń ścieku i jego zwrot bezpośredni do urządzenia wytwarzającego ciepłą wodę użytkową bądź zwrot wprost do instalacji wody ciepłej albo i zimnej. Absorber według wynalazku posiada jednolitą mono-strukturę wewnątrz której znajduje się przewód centralny ścieków ciepłych otoczony płaszczem przewodów przez który przepływa medium w postaci zimnej wody.

Budowa i zasada działania absorbera sprowadza się do małogabarytowego, prostego urządzania w postaci jednorodnego bloku z odpowiedniego stopu aluminium, który można umieścić w dowolnym miejscu ściany czy posadzki korzystnie za urządzeniem czy wieloma z których następuje zrzut ścieku tak, aby optymalnie blisko przepuścić przez niego instalację zrzutu ścieku oraz przewody instalacyjne zasilające urządzenia grzewcze lub doprowadzające wodę zimną do obiegu.

Zaletą absorbera według wynalazku jest zapewnienie możliwość dowolnego konfigurowania oraz włączania i wyłączania z jego obiegu instalacji odbierającej ciepło zużytej wody co zapewnia wysoka sprawność energetyczna tego urządzenie. Sama struktura stopu aluminium użytego do jego produkcji oraz sposób łączenia dwóch podstawowych komponentów jest przedmiotem odrębnego opracowania przy udziale Grupy Kęty SA, które zawiera opis konstrukcji profilu aluminiowego o odpowiednim składzie i kształcie zapewniającą optymalną wymianę ciepła miedzy strumieniem zużytej wody ciepłej a wtórnym obwodem wody zimnej . Konstrukcja kolektora odbioru ciepła ścieków bytowych może stanowić przykład wynalazku, który jest przedmiotem ochrony udzielonej przez Urząd Patentowy RP, jako patent PL196379. Według art.24 Ustawy „Prawo własności przemysłowej” (Dz. U. z 2003r. Nr. 119 poz.1117 ze zmianami ) patenty są udzielane na wynalazki, które są nowe, posiadają poziom wynalazczy oraz nadają się do przemysłowego zastosowania.

Tak zdefiniowany wynalazek musi być jednocześnie rozwiązaniem technicznym, które może być produkowanym na skale przemysłową. Analizując powyższe wymogi stawiane wynalazkowi należy zauważyć, że :

– wynalazek uważa się za nowy, jeśli nie jest częścią stanu techniki;

– wynalazek charakteryzuje się poziomem wynalazczym, jeżeli zgłoszone rozwiązanie techniczne nie wynika dla znawcy w sposób oczywisty, ze stanu techniki;

– wynalazek nadaje się do przemysłowego stosowania, jeżeli uzyskany wyrób lub sposób produkcji według wynalazku może być zastosowany w działalności przemysłowej.

Opis patentu PL196379 może posłużyć jako wzorzec dokumentu opisującego zastrzeżone rozwiązanie techniczne kolektora wymiany ciepła, co może stanowić wprowadzenie do syntezy własnych nowych pomysłów technicznych z tej dziedziny. Do prawidłowej interpretacji danych technicznych zastrzeżonego rozwiązania kolektora pomocne może być określenie części składowych prawidłowego opisu patentowego. W tym celu opis patentowy PL 196379 został przedstawiony w formie dokumentu z podziałem na sekcje informacyjne ilustrujące istotę rozwiązania technicznego, na podstawie pozwolenia właściciela patentu PL196379 Pana Józefa Kramarza. Zgodnie z zasadami interpretacji informacji zawartych w opisie patentowym, każdy prawidłowo sporządzony opis patentowy powinien zawierać następujące sekcje:

A – tytuł wynalazku

B – określenie dziedziny techniki której dotyczy wynalazek;

C – opis dotychczasowego stanu techniki;

D- ujawnienie i opis istoty wynalazku;

E- wskazanie i omówienie korzystnych skutków wynalazku;

F- objaśnienie figur wynalazku;

G- przykłady wykonania wynalazku, oraz wariantów zastosowania wynalazku ;

I – rysunki.

J – zastrzeżenia patentowe;

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 196379

RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

(21) Numer zgłoszenia: 341715  (22) Data zgłoszenia: 25.07.2000

(51) Int. Cl. F28D 21/00 (2006.01) (54) (A) Ściekowy absorber ciepła

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 23.04.2001 BUP 09/01

(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:31.12.2007 WUP 12/07

(76) Uprawniony i twórca wynalazku: Kramarz Józef, Dębica, PL

Opis wynalazku

(B) Przedmiotem wynalazku jest ściekowy absorber ciepła przeznaczony do odbioru ciepła odpadowego, odprowadzanego w zużytej wodzie do kanalizacji dla powszechnego użytku domowego i przemysłowego – tj. urządzenie do recyklingu ciepła technologicznego. Zużycie ciepłej wody do mycia, kąpieli i utrzymania czystości w gospodarstwach domowych i jej zrzut do kanalizacji wraz z ciepłem straconym to zjawisko nam powszechne. Tradycyjne i stosowane dotychczas elementy kanalizacji wewnętrznej, ściekowej budynków nie posiadają możliwości odbioru ciepła zrzutowego, którego ogromne ilości są w tym przypadku tracone bezpowrotnie – oddawane tak do konstrukcji, gruntu i atmosfery.

(C) Znane są i ujawnione rozwiązania z tej dziedziny jak np. znany z opisu patentowego US 5590708 blok cieplny charakteryzujący się tym, że wewnątrz monobloku skomponowanego z ceramicznego materiału znajdują się trzy równoległe do siebie przewody, kanały o kształcie podłużnej szczeliny mającej mnogość ścian o profilu łukowo zadanym oraz znana z opisu patentowego PL 178916 rura wymiennika ciepła do kotła grzejnego, która w swym wnętrzu mieści aluminiowy wkład profilowy powstały tak z dwóch złączonych ze sobą pół-skorup wewnętrznie użebrowanych a także znany z opisu patentowego PL 103528 wymiennik ciepła przeciwprądowy w którym ciepła i zimna woda płyną jednocześnie w odwrotnych do siebie kierunkach oraz wiele innych podobnej budowy i zadania. Żadne z nich nie służą jednak zamierzonemu celowi i nie nadają się do jego realizowania, żadne też z nich nie daje się wmontować w istniejące instalacje zrzutu ścieków tak z uwagi na niejednorodność struktury materiału, połączeń jak i ich celowe przeznaczenie. Celem wynalazku jest budowa takiego absorbera ciepła, który swą strukturą materiałową i zdolnościami adaptacji w czasie dowolnym zrzutu ścieku pozwoli odebrać nim bardzo dużą ilość ciepła ze środowiska ciepłego ścieku i zwrócić nim ciepło do użytku nowego, ponownie do instalacji w stworzonym tak obiegu zamkniętym ciepła technologicznego.

(D) Istota rozwiązania polega na tym, że ciepło odprowadzane w zużytej wodzie ciepłej trafia przed zrzutem do kanalizacji do absorbera i przewodu centralnego, środkowego na obwodzie, którego w jednolitej monostrukturze absorbera rozmieszczono dwa lub więcej kanałów tworzących tak dla tego przewodu płaszcz, którym lub którymi przepływa medium w postaci zimnej wody skierowanej do podgrzewacza wody ciepłej i/lub dalej instalacji wody zimnej co w sumie powoduje zwrot ciepła zrzutowego do instalacji wody ciepłej i tworzy tak nim obieg zamknięty ciepła budynku czy obiektu gdzie na potrzeby tego i efektywnego odbioru ciepła przewody i kanały użebrowano obwodowo, które to żebra i w rozmieszczeniu pierścieniowo-wewnętrznym hamują przepływ wszystkich cieczy co czyni absorber urządzeniem wykorzystującym energię odnawialną – a w tym wypadku, cieplną i spadającą grawitacyjnie w tym zrzucie a nadto działającym bez zużywania do tego celu żadnej czy jakiejkolwiek energii – powodując nim uzysk ciepła o rząd wielkości minimum 10-15 stopni Celsjusza w zależności od długości absorbera i jego żeber a także stopnia izolacji oraz kąta pochylenia i przepływu cieczy oraz jego posadowienia.

(E) Korzystnie dla urządzenia jest jeżeli absorber w swej całości wykonany jest z materiałów dobrze i szybko przewodzących ciepło co pozwala na krótkim odcinku absorbera odbiór dużej ilości ciepła ze zrzucanego ścieku i w efekcie zrównoważenie, zmieszanie temperatury obu środowisk do jednakowego poziomu na ich wylotach z absorbera. Korzystnie dla urządzenia jest jeżeli ciepło przekazywane jest metodą kontaktową ze środowiska ciepłego ścieku do środowiska zimnej wody, podnosząc tak jej temperaturę wyjściową o rząd wielkości od 10 do 15 stopni Celsjusza – wartość odzysku, recyklingu. Korzystnie dla urządzenia jest jeżeli absorber wykonany w postaci listwy lub przewodu o przekroju poprzecznym prostokąta, kwadratu, koła lub owalu ma użebrowanie rozmieszczone po obwodzie wewnętrznym przewodu i kanałów w sposób pierścieniowo-dośrodkowy-centralny przebiegający tak przez całą długość i monostrukturę urządzenia w celu hamowania przepływu cieczy a jego skończona całość izolowana jest termicznie. Korzystnie dla urządzenia jest jeżeli zespolona konstrukcja absorbera ma regulowaną cięciem i spawaniem długość i kształt dla jego montażu i posadowień go w budynku lub gruncie i dalszego działania w pionie, poziomie lub pod innym dowolnym kątem. Korzystnie dla urządzenia jest jeżeli tworzy i wchodzi w skład nowych technologii w sposobach i metodach odzyskiwania ciepła technologicznego odpadowego ścieków.

(F) Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w rysunku na którym fig. 1 przedstawia absorber w przekroju pionowym a fig. 2, 3 i 4 przekrój poprzeczny jego odmian natomiast fig. 5 schemat instalacji z umieszczonym w niej absorberem w wariancie dwóch przewodów zimnej wody doprowadzonej do podgrzewacza wody ciepłej i dalej już do instalacji wody ciepłej, podczas gdy fig. 6 schemat instalacji w której jeden z przewodów absorbera doprowadza wodę zimną do podgrzewacza wody ciepłej i dalej do instalacji wody ciepłej a drugi wodę zimną bezpośrednio do instalacji wody zimnej – tworząc obieg zamknięty.

(G) Absorber, którym w przewodzie 1, przepływa ściekowa woda ciepła, zrzucana z urządzeń 7, 8 i 9 odprowadzana do pionu kanalizacyjnego 12 poprzez ścianki przewodu 1 dodatkowo użebrowanego 4 lub nie, odbiera ciepło przekazując go do kanałów 2 i 3, którymi w odwrotnym kierunku lub nie do ścieku zużytej wody, płynie medium w postaci zimnej wody kierowanej do podgrzewacza ciepłej wody 6 i dalej do instalacji ciepłej wody 10 lub w zależności od wariantu podłączeń do podgrzewacza 6 i instalacji ciepłej wody 10 oraz dalej do instalacji zimnej wody 11 dla stworzenia obiegu zamkniętego ciepła a tak zamknięta i posadowiona w instalacji całość absorbera na zewnątrz i po swym obwodzie dla eliminacji strat cieplnych izolowana jest termicznie izolacją 5. Absorber może być montowany w instalacje istniejące i nowe budynków oraz poza nim w gruncie dla celu zastosowań powszechnych w gospodarstwach domowych i przemyśle dla potrzeb oszczędności energii oraz ochrony środowiska a także recyklingu ciepła w tym tworzenia nowych sposobów i metod pozyskania ciepła technologicznego oraz jego odzyskiwania z ciepła odpadowego ścieków domowych i przemysłowych.

(I) Rysunki

(J) Zastrzeżenia patentowe

1. Ściekowy absorber ciepła w którym znajdują się równolegle do siebie przewody jako kanały dodatkowo użebrowane wewnętrznie w których ciepła i zimna woda płyną jednocześnie w odwrotnych do siebie kierunkach, znamienny tym, że przewód centralny, środkowy (1) przenoszący ściek i ciepło odprowadzane grawitacyjnie w zużytej wodzie z urządzeń (7), (8) i (9) do kanalizacji (12) ma na swym obwodzie rozmieszczone dwa lub więcej kanałów (2) i (3) z medium absorbującym ciepło transportowane i jego zwrot poprzez podgrzewacz (6) i lub instalację (11) do instalacji ciepłej wody (10) tworząc tak obiegzamknięty ciepła technologicznego budynku czy obiektu.
2. 2. Ściekowy absorber ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że użebrowanie (4) jest w przewodzie(1) oraz kanałach (2) i (3) rozmieszczone po obwodzie wewnętrznym w sposób pierścieniowo–dośrodkowocentralny i przebiega przez całą długości absorbera.
3. Ściekowy absorber ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że wykonany jest w całości monostruktury z materiału wysoce przewodzącego ciepło w postaci listwy lub przewodu izolowanego ermicznie (5) o przekroju poprzecznym prostokąta, kwadratu, koła i owalu.

4. Ściekowy absorber ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że zespolona konstrukcja absorbera ma regulowaną długość i kształt dla montażu i posadowień go w budynku lub gruncie oraz działania w pionie, poziomie lub pod innym dowolnym kątem.

   SUPLEMENT

   Decyzja przyznania ochrony na terenie Polski na patent PL196379 Ściekowy absorber ciepła przez UPRP, dla twórcy Pana Józefa Kramarza posiada format dokumentu według zamieszczonego wzoru, który pochodzi ze strony www.kramarz.pl.

   Kompletny opis patentowy   Ściekowy absorber ciepła dołączony jest w postaci załącznika PL196379B1.