DE102017216261A1

DE102017216261A1 - Heizkesselvorrichtung

Info

Publication number: DE102017216261A1
Application number: DE102017216261.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Heizkesselvorrichtung (10) mit zumindest einer Rücklaufeinheit (12), welche zumindest ein Rücklaufelement (14) aufweist und zu einer Rückführung wenigstens eines Rücklauffluids, insbesondere von Rücklaufwasser, in Richtung zumindest eines Rücklaufdurchtrittselements (16) vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Rücklaufeinheit (12) zumindest ein Düsenelement (18) aufweist, welches in Strömungsrichtung (20) an einem Ende des Rücklaufelements (14) angeordnet ist und welches dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid wenigstens teilweise zu beschleunigen.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits eine Heizkesselvorrichtung vorgeschlagen worden, welche eine Rücklaufeinheit aufweist, die in einem Betriebszustand ein Rücklauffluid in Richtung eines Rücklaufdurchtrittselements transportiert. Die Rücklaufeinheit weist ein Rücklaufelement auf, welches sich zu einem Großteil durch eine Vorlaufkammer einer Heizeinheit der Heizkesselvorrichtung hindurch erstreckt. In einem montierten Zustand mündet das Rücklaufelement in das Rücklaufdurchtrittselement. Ein innerhalb der Heizkesselvorrichtung angeordneter Teilbereich der Rücklaufeinheit ist durch das Rücklaufelement gebildet. Das Rücklaufelement weist eine im Wesentlichen rohrförmige Gestalt und in Strömungsrichtung einen im Wesentlichen unveränderten Querschnitt auf. In einem Betriebszustand transportiert das Rücklaufelement das Rücklauffluid mit einer Geschwindigkeit von im Wesentlichen 2 m/s.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Heizkesselvorrichtung mit zumindest einer Rücklaufeinheit, welche zumindest ein Rücklaufelement aufweist und zu einer Rückführung wenigstens eines Rücklauffluids, insbesondere von Rücklaufwasser, in Richtung zumindest eines Rücklaufdurchtrittselements vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Rücklaufeinheit zumindest ein Düsenelement aufweist, welches in Strömungsrichtung an einem Ende des Rücklaufelements angeordnet ist und welches dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid wenigstens teilweise zu beschleunigen.
Unter einer „Heizkesselvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Heizkessels verstanden werden. Ein die Heizkesselvorrichtung aufweisender Heizkessel könnte beispielsweise als ein Hausgeräteheizkessel ausgebildet sein, welcher insbesondere für Wohngebäude und/oder Privatgebäude vorgesehen sein könnte. Insbesondere ist ein die Heizkesselvorrichtung aufweisender Heizkessel als ein Industrieheizkessel und vorteilhaft als ein Großwasserraumkessel ausgebildet. Ein die Heizkesselvorrichtung aufweisender Heizkessel könnte beispielsweise zumindest ein Flammrohr aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnte ein die Heizkesselvorrichtung aufweisender Heizkessel insbesondere zumindest zwei Flammrohre aufweisen und vorteilhaft in einer Dreizug-Flammrohr-Rauchrohr-Bauweise gefertigt sein.
Unter einer „Rücklaufeinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche in wenigstens einem Betriebszustand insbesondere das Rücklauffluid transportiert, und zwar insbesondere in Richtung des Rücklaufdurchtrittselements. Insbesondere stellt die Rücklaufeinheit zumindest eine Führungsstrecke zu einer Führung des Rücklauffluids bereit, entlang welcher das Rücklauffluid in wenigstens einem Betriebszustand insbesondere in Strömungsrichtung fließt. Das Rücklaufelement begrenzt die Führungsstrecke insbesondere wenigstens abschnittsweise.
Unter einem „Rücklaufelement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches in wenigstens einem Betriebszustand das Rücklauffluid transportiert und/oder in welchem in wenigstens einem Betriebszustand das Rücklauffluid fließt und welches insbesondere zumindest einen Teil der Führungsstrecke der Rücklaufeinheit ausbildet. Insbesondere weist die Rücklaufeinheit und/oder das Rücklaufelement in wenigstens einer Querschnittsebene, welche insbesondere senkrecht zu der Strömungsrichtung ausgerichtet ist, eine wenigstens im Wesentlichen ringförmige Gestalt auf. Das Rücklaufelement ist insbesondere wenigstens im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet.
Das Rücklauffluid könnte beispielsweise gasförmig sein und zumindest ein Gas aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnte das Rücklauffluid ein Gemisch aus zumindest einem Gas und zumindest einer Flüssigkeit sein, wie insbesondere Wasser. Insbesondere könnte das Rücklauffluid flüssig sein und zumindest eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, aufweisen. Insbesondere ist das Rücklauffluid ein Rücklaufwasser.
Insbesondere weist die Heizkesselvorrichtung zumindest ein Rücklaufdurchtrittselement und insbesondere das Rücklaufdurchtrittselement auf. Die Heizkesselvorrichtung weist insbesondere zumindest eine Heizkesseleinheit auf, welche insbesondere zumindest einen Hohlraum begrenzt, in welchem in wenigstens einem Betriebszustand insbesondere zumindest ein Fluid, insbesondere das Rücklauffluid und/oder zumindest ein Vorlauffluid, angeordnet ist. Insbesondere weist die Heizkesseleinheit zumindest eine Vorlaufkammer auf, in welcher insbesondere in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Vorlauffluid angeordnet ist. Insbesondere weist die Heizkesseleinheit zumindest eine Rücklaufkammer auf, in welcher insbesondere in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Rücklauffluid, insbesondere zumindest das Rücklauffluid, angeordnet ist. Die Heizkesseleinheit weist insbesondere zumindest eine Wendekammer auf, welche in wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere bezüglich einer Vertikalrichtung, insbesondere wenigstens zu einem Großteil und vorteilhaft vollständig zwischen der Vorlaufkammer und der Rücklaufkammer angeordnet ist. Unter „wenigstens zu einem Großteil“ soll insbesondere zu einem Anteil, insbesondere einem Massenanteil und/oder Volumenanteil, von mindestens 70 %, insbesondere von mindestens 80 %, vorteilhaft von mindestens 90 % und vorzugsweise von mindestens 95 % verstanden werden.
Insbesondere sind die Vorlaufkammer und/oder die Rücklaufkammer und/oder die Wendekammer fluidtechnisch miteinander verbunden. Die Wendekammer verbindet insbesondere die Vorlaufkammer und die Rücklaufkammer fluidtechnisch miteinander. Die Vorlaufkammer ist insbesondere bezüglich einer Vertikalrichtung oberhalb der Rücklaufkammer und/oder oberhalb der Wendekammer angeordnet. Insbesondere ist die Rücklaufkammer bezüglich einer Vertikalrichtung unterhalb der Vorlaufkammer und/oder unterhalb der Wendekammer angeordnet.
Die Vertikalrichtung ist insbesondere senkrecht zu einer Aufstellfläche ausgerichtet, auf welcher ein die Heizkesselvorrichtung aufweisender Heizkessel in einer Einbaulage insbesondere aufgestellt ist. Insbesondere ist die Vertikalrichtung in einer Einbaulage wenigstens im Wesentlichen senkrecht zu einer Bodenfläche der Heizkesseleinheit und/oder wenigstens im Wesentlichen parallel zu einer Schwerkraftrichtung ausgerichtet. Der Ausdruck „im Wesentlichen senkrecht“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung definieren, wobei die Richtung und die Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene betrachtet, einen Winkel von 90° einschließen und der Winkel eine maximale Abweichung von insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Unter „im Wesentlichen parallel“ soll hier insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist.
Unter einem „Rücklaufdurchtrittselement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches in wenigstens einem Betriebszustand das Rücklauffluid insbesondere von der Rücklaufeinheit aufnimmt und insbesondere von der Rücklaufeinheit durch die Wendekammer hindurch und insbesondere in die Rücklaufkammer transportiert. Das Rücklaufdurchtrittselement ist insbesondere wenigstens im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Insbesondere weist das Rücklaufdurchtrittselement in der Vertikalrichtung eine Erstreckung auf, welche mindestens so groß ist wie eine Erstreckung der Wendekammer in der Vertikalrichtung.
Unter einem „Düsenelement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, welches das Rücklauffluid in wenigstens einem Betriebszustand insbesondere in Richtung des Rücklaufdurchtrittselements beschleunigt. Insbesondere ist das Düsenelement an einem dem Rücklaufdurchtrittselement zugewandten Ende des Rücklaufelements angeordnet. Das Düsenelement ist in wenigstens einem Betriebszustand wenigstens zu einem Großteil innerhalb der Heizkesseleinheit, und zwar insbesondere innerhalb der Vorlaufkammer, angeordnet.
Das Rücklaufelement ist insbesondere wenigstens teilweise innerhalb der Heizkesseleinheit, insbesondere der Vorlaufkammer, angeordnet. Insbesondere ist das Rücklaufelement zu einem Massenanteil und/oder Volumenanteil von mindestens 30 %, insbesondere von mindestens 40 %, vorteilhaft von mindestens 50 %, besonders vorteilhaft von mindestens 60 % und vorzugsweise von mindestens 70 % innerhalb der Heizkesseleinheit, insbesondere der Vorlaufkammer, angeordnet. Das Rücklaufelement ist insbesondere wenigstens teilweise außerhalb der Heizkesseleinheit, insbesondere der Vorlaufkammer, angeordnet. Insbesondere ist das Rücklaufelement zu einem Massenanteil und/oder Volumenanteil von mindestens 5 %, insbesondere von mindestens 10 %, vorteilhaft von mindestens 15 %, besonders vorteilhaft von mindestens 20 % und vorzugsweise von mindestens 25 % außerhalb der Heizkesseleinheit, insbesondere der Vorlaufkammer, angeordnet.
Unter der Wendung, dass das Düsenelement dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid „wenigstens teilweise“ zu beschleunigen, soll insbesondere verstanden werden, dass das Düsenelement das Rücklauffluid in wenigstens einem Betriebszustand alleine oder gemeinsam mit zumindest einer weiteren Einheit, wie beispielsweise mit einer Rücklaufpumpe, beschleunigt. Insbesondere weist die Heizkesselvorrichtung zumindest eine Rücklaufpumpe auf, welche das Rücklauffluid insbesondere aus zumindest einem Heizkreislauf heraus in Richtung der Heizkesseleinheit und insbesondere zumindest ein Vorlauffluid von der Heizkesseleinheit in Richtung zumindest eines Heizkreislaufs pumpt. Insbesondere weist das Rücklauffluid vor einem Eintritt in das Düsenelement eine Geschwindigkeit von wenigstens im Wesentlichen 2 m/s auf. Das Rücklauffluid weist insbesondere bei einem Austritt aus dem Düsenelement eine Geschwindigkeit von mindestens 4,5 m/s, insbesondere von mindestens 5 m/s und vorteilhaft von mindestens 5,5 m/s auf.
Unter einer „Strömungsrichtung“ soll insbesondere eine Richtung verstanden werden, in welche in wenigstens einem Betriebszustand zumindest ein Fluid, insbesondere das Rücklauffluid und/oder zumindest ein Vorlauffluid, fließt.
Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Heizkesselvorrichtung kann insbesondere eine preisgünstige Ausgestaltung erreicht werden. Insbesondere kann eine geringe zulässige Mindesttemperatur des Rücklauffluids erzielt werden, und zwar insbesondere bei gleichzeitig geringer Wahrscheinlichkeit einer Taupunktsunterschreitung. Hierdurch können insbesondere geringe Kosten erzielt werden, da insbesondere geringe Anforderungen an die Rücklaufpumpe gestellt werden können und/oder vorteilhaft gänzlich auf eine Anhebung einer Temperatur des Rücklauffluids verzichtet werden können. Insbesondere kann eine hohe zulässige Spreizung, welche insbesondere als eine Differenz zwischen einer Temperatur des Vorlauffluids und einer Temperatur des Rücklauffluids ausgebildet ist, ermöglicht werden, wodurch insbesondere eine hohe Lebensdauer erreicht werden kann. Hierdurch kann insbesondere bei gleicher Wärmeleistung ein geringerer Massenstrom erzielt werden, wodurch insbesondere Baueinheiten, wie beispielsweise Armaturen und/oder Leitungen kleiner ausgelegt werden können, und/oder eine geringe Pumpleistung erzielt werden kann.
Beispielsweise könnte das Düsenelement zumindest eine Pumpe aufweisen und das Rücklauffluid insbesondere mittels der Pumpe beschleunigen. Vorteilhaft beschleunigt das Düsenelement das Rücklauffluid mittels einer Veränderung, insbesondere mittels einer Verkleinerung, eines Querschnitts, insbesondere einer Querschnittsfläche, welcher/welche insbesondere senkrecht zu der Strömungsrichtung ausgerichtet ist, einer von dem Düsenelement ausgebildeten Führungsstrecke für das Rücklauffluid. Vorzugsweise verjüngt sich das Düsenelement in Strömungsrichtung und weist insbesondere einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Querschnitt, insbesondere eine sich in Strömungsrichtung verjüngende Querschnittsfläche, auf. Insbesondere weist das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement zugewandten Ende einen größeren Querschnitt, insbesondere eine größere Querschnittsfläche, auf als an einem dem Rücklaufelement abgewandten Ende. Dadurch kann insbesondere eine besonders preiswerte Ausgestaltung erzielt und/oder das Rücklauffluid auf einfache Art und Weise beschleunigt werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement abgewandten Endbereich einen Durchmesser von maximal 85 %, insbesondere von maximal 80 %, vorteilhaft von maximal 75 %, besonders vorteilhaft von maximal 70 % und vorzugsweise von maximal 66 % eines Durchmessers des Rücklaufelements aufweist. Insbesondere weist das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement abgewandten Endbereich einen Durchmesser von mindestens 10 %, insbesondere von mindestens 20 %, vorteilhaft von mindestens 30 %, besonders vorteilhaft von mindestens 40 %und vorzugsweise von mindestens 50 % eines Durchmessers des Rücklaufelements auf. Das Düsenelement weist insbesondere an einem dem Rücklaufelement abgewandten Endbereich einen Durchmesser von maximal 280 mm, insbesondere von maximal 260 mm, vorteilhaft von maximal 240 mm, besonders vorteilhaft von maximal 220 mm und vorzugsweise von maximal 210 mm aufweist. Insbesondere weist das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement abgewandten Endbereich einen Durchmesser von mindestens 100 mm, insbesondere von mindestens 120 mm, vorteilhaft von mindestens 140 mm, besonders vorteilhaft von mindestens 160 mm und vorzugsweise von mindestens 180 mm auf. Der Durchmesser des Düsenelements ist insbesondere wenigstens im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung ausgerichtet. Dadurch kann insbesondere eine hohe Beschleunigung des Rücklauffluids ermöglicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement zugewandten Endbereich einen Durchmesser von mindestens 90 %, insbesondere von mindestens 92 %, vorteilhaft von mindestens 95 %, besonders vorteilhaft von mindestens 97 %und vorzugsweise von mindestens 99 % eines Durchmessers des Rücklaufelements aufweist. Insbesondere weist das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement abgewandten Endbereich einen Durchmesser von maximal 130 %, insbesondere von maximal 120 %, vorteilhaft von maximal 110 %, besonders vorteilhaft von maximal 105 % und vorzugsweise von maximal 102 % eines Durchmessers des Rücklaufelements auf. Das Düsenelement weist an einem dem Rücklaufelement zugewandten Endbereich insbesondere einen Durchmesser von mindestens 290 mm, insbesondere von mindestens 295 mm, vorteilhaft von mindestens 300 mm, besonders vorteilhaft von mindestens 305 mm und vorzugsweise von mindestens 310 mm auf. Insbesondere weist das Düsenelement an einem dem Rücklaufelement zugewandten Endbereich einen Durchmesser von maximal 360 mm, insbesondere von maximal 350 mm, vorteilhaft von maximal 340 mm, besonders vorteilhaft von maximal 330 mm und vorzugsweise von maximal 320 mm auf. Dadurch kann insbesondere eine große Menge an Rücklauffluid transportiert und/oder ein hoher Massenstrom ermöglicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Düsenelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von mindestens 70 %, insbesondere von mindestens 80 %, vorteilhaft von mindestens 90 %, besonders vorteilhaft von mindestens 95 %und vorzugsweise von mindestens 100 % eines Durchmessers des Rücklaufelements aufweist. Insbesondere weist das Düsenelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von maximal 140 %, insbesondere von maximal 130 %, vorteilhaft von maximal 120 %, besonders vorteilhaft von maximal 110 % und vorzugsweise von maximal 105 % eines Durchmessers des Rücklaufelements auf. Das Düsenelement weist in Strömungsrichtung insbesondere eine Erstreckung von mindestens 240 mm, insbesondere von mindestens 260 mm, vorteilhaft von mindestens 280 mm, besonders vorteilhaft von mindestens 300 mm und vorzugsweise von mindestens 320 mm auf. Insbesondere weist das Düsenelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von maximal 420 mm, insbesondere von maximal 400 mm, vorteilhaft von maximal 380 mm, besonders vorteilhaft von maximal 360 mm und vorzugsweise von maximal 340 mm auf. Dadurch kann das Rücklauffluid insbesondere über eine große Distanz beschleunigt werden, wodurch insbesondere eine im Wesentlichen gleichmäßige Beschleunigung ermöglicht werden kann und/oder Verwirbelungen vermieden werden können.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Rücklaufelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von maximal 200 %, insbesondere von maximal 180 %, vorteilhaft von maximal 170 %, besonders vorteilhaft von maximal 150 % und vorzugsweise von maximal 140 % eines Durchmessers des Rücklaufelements aufweist. Insbesondere weist das Rücklaufelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von mindestens 90 %, insbesondere von mindestens 100 %, vorteilhaft von mindestens 110 %, besonders vorteilhaft von mindestens 120 %und vorzugsweise von mindestens 130 % eines Durchmessers des Rücklaufelements auf. Das Rücklaufelement weist in Strömungsrichtung insbesondere eine Erstreckung von maximal 700 mm, insbesondere von maximal 650 mm, vorteilhaft von maximal 600 mm, besonders vorteilhaft von maximal 580 mm und vorzugsweise von maximal 560 mm auf. Insbesondere weist das Rücklaufelement in Strömungsrichtung eine Erstreckung von mindestens 400 mm, insbesondere von mindestens 450 mm, vorteilhaft von mindestens 500 mm, besonders vorteilhaft von mindestens 520 mm und vorzugsweise von mindestens 540 mm auf. Dadurch kann insbesondere eine materialsparende und/oder preiswerte Ausgestaltung erzielt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Heizkesselvorrichtung das Rücklaufdurchtrittselement aufweist, zu welchem das Düsenelement, insbesondere ein in Strömungsrichtung angeordnetes Ende des Düsenelements, in wenigstens einem montierten Zustand einen Abstand von mindestens 20 %, insbesondere von mindestens 40 %, vorteilhaft von mindestens 60 %, besonders vorteilhaft von mindestens 70 %und vorzugsweise von mindestens 75 % eines Durchmessers des Rücklaufelements aufweist. Insbesondere weist das Rücklaufdurchtrittselement zu dem Düsenelement, insbesondere zu einem in Strömungsrichtung angeordneten Ende des Düsenelements, in wenigstens einem montierten Zustand einen Abstand von maximal 130 %, vorteilhaft von maximal 120 %, besonders vorteilhaft von maximal 110 % und vorzugsweise von maximal 85 % eines Durchmessers des Rücklaufelements auf. Das Rücklaufdurchtrittselement weist zu dem Düsenelement, insbesondere zu einem in Strömungsrichtung angeordneten Ende des Düsenelements, in wenigstens einem montierten Zustand insbesondere einen Abstand von 150 mm, insbesondere von mindestens 175 mm, vorteilhaft von mindestens 200 mm, besonders vorteilhaft von mindestens 220 mm und vorzugsweise von mindestens 240 mm auf. Insbesondere weist das Rücklaufdurchtrittselement Düsenelement, insbesondere ein in Strömungsrichtung angeordnetes Ende des Düsenelements, zu dem Düsenelement, insbesondere zu einem in Strömungsrichtung angeordneten Ende des Düsenelements, Rücklaufdurchtrittselement in wenigstens einem montierten Zustand einen Abstand von maximal 350 mm, insbesondere von maximal 325 mm, vorteilhaft von maximal 300 mm, besonders vorteilhaft von maximal 280 mm und vorzugsweise von maximal 260 mm auf. Dadurch kann insbesondere eine Vermischung des Rücklauffluids mit einem in der Heizkesseleinheit, insbesondere in der Vorlaufkammer der Heizkesseleinheit, befindlichen Fluid, welches insbesondere eine höhere Temperatur als das Rücklauffluid aufweist, und/oder eine interne Rücklauftemperaturerhöhung, welche insbesondere innerhalb der Heizkesseleinheit erfolgt, ermöglicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Heizkesselvorrichtung zumindest eine Vorlaufkammer aufweist, welche zu einer Lagerung von Vorlaufwasser vorgesehen ist und in welcher das Düsenelement in wenigstens einem montierten Zustand wenigstens zu einem Großteil angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere eine interne Rücklauftemperaturerhöhung, welche insbesondere innerhalb der Heizkesseleinheit erfolgt, ermöglicht werden, und zwar insbesondere durch Vermischung des Rücklauffluids mit einem in der Vorlaufkammer befindlichen Fluid, welches insbesondere eine höhere Temperatur als das Rücklauffluid aufweist.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Düsenelement dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid auf eine Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s, insbesondere von mindestens 3,5 m/s, vorteilhaft von mindestens 4 m/s, besonders vorteilhaft von mindestens 4,5 m/s und vorzugsweise von mindestens 5 m/s zu beschleunigen und insbesondere in die Vorlaufkammer einzubringen. Insbesondere ist das Düsenelement dazu vorgesehen, das Rücklauffluid auf eine Geschwindigkeit von maximal 8 m/s, insbesondere von maximal 7,5 m/s, vorteilhaft von maximal 7 m/s, besonders vorteilhaft von maximal 6,5 m/s und vorzugsweise von maximal 6 m/s zu beschleunigen und insbesondere in die Vorlaufkammer einzubringen. Dadurch kann dem Rücklauffluid insbesondere ein hoher Impuls zugefügt werden, wodurch insbesondere ein hoher Mitriss von in der Vorlaufkammer befindlichem Fluid, welches insbesondere eine höhere Temperatur als das Rücklauffluid aufweist, erzielt werden kann.
Beispielsweise könnte das Düsenelement an dem Rücklaufdurchtrittselement befestigt sein, wie beispielsweise mittels einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung. Vorteilhaft sind das Düsenelement und das Rücklaufdurchtrittselement stoffschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise sind das Düsenelement und das Rücklaufelement einstückig miteinander verbunden und insbesondere in einem Stück hergestellt. Unter „einstückig“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling. Dadurch kann insbesondere eine stabile Ausgestaltung und/oder eine geringe Lagerhaltung erreicht werden.
Eine besonders preisgünstige Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden durch einen Heizkessel mit zumindest einer Heizkesselvorrichtung.
Die erfindungsgemäße Heizkesselvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Heizkesselvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 einen Heizkessel mit einer Heizkesselvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 den Heizkessel mit der Heizkesselvorrichtung aus 1 in einer schematischen Schnittdarstellung senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Heizkessels,
3 den Heizkessel mit der Heizkesselvorrichtung aus 1 in einer schematischen teilweisen Schnittdarstellung parallel zu einer Längserstreckungsrichtung des Heizkessels,
4 einen Ausschnitt des Heizkessels mit der Heizkesselvorrichtung aus 1 in einer schematischen Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt einen Heizkessel 34, der in einer Dreizug-Flammrohr-Rauchrohr-Bauweise gefertigt ist, mit einer Heizkesselvorrichtung 10. Der Heizkessel 34 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Flammrohre 36 auf (vgl. 2 und 3). Von mehrfach vorhandenen Objekten ist in den Figuren jeweils lediglich eines mit einem Bezugszeichen versehen. Die Flammrohre 36 sind zu einer Führung eines Flammfluids vorgesehen.
Die Heizkesselvorrichtung 10 weist eine Heizkesseleinheit 38 auf. Die Heizkesseleinheit 38 begrenzt einen Hohlraum 40. In dem Hohlraum 40 ist in einem Betriebszustand ein Fluid angeordnet. Das Fluid weist ein Rücklauffluid auf. Das Fluid weist ein Vorlauffluid auf. In einem montierten Zustand sind die Flammrohre 36 zu einem Großteil innerhalb des Hohlraums 40 angeordnet.
Die Heizkesseleinheit 38 weist eine Vorlaufkammer 32 auf (vgl. 2 bis 4). In einem Betriebszustand ist in der Vorlaufkammer 32 ein Vorlauffluid angeordnet. Die Vorlaufkammer 32 ist zu einer Lagerung eines Vorlauffluids vorgesehen.
Die Heizkesseleinheit 38 weist eine Rücklaufkammer 42 auf. In einem Betriebszustand ist in der Rücklaufkammer 42 ein Rücklauffluid angeordnet. Die Rücklaufkammer 42 ist zu einer Lagerung eines Rücklauffluids vorgesehen.
Die Heizkesseleinheit 38 weist eine Wendekammer 44 auf. In einem montierten Zustand ist die Wendekammer 44 bezüglich einer Vertikalrichtung 46 zu einem Großteil zwischen der Vorlaufkammer 32 und der Rücklaufkammer 42 angeordnet.
Die Vorlaufkammer 32 ist Teil des Hohlraums 40. Die Rücklaufkammer 42 ist Teil des Hohlraums 40. Die Wendekammer 44 ist Teil des Hohlraums 40. In einem montierten Zustand sind die Flammrohre 36 zu einem Großteil innerhalb der Rücklaufkammer 42 angeordnet.
Die Heizkesselvorrichtung 10 weist mehrere erste Rauchrohre 48 auf. Die ersten Rauchrohre 48 sind fluidtechnisch mit den Flammrohren 36 verbunden. Die ersten Rauchrohe 48 sind zu einer Führung eines Flammfluids vorgesehen.
Die Heizkesselvorrichtung 10 weist mehrere zweite Rauchrohre 50 auf. Die zweiten Rauchrohre 50 sind fluidtechnisch mit den ersten Rauchrohren 48 verbunden. Die zweiten Rauchrohe 50 sind zu einer Führung eines Flammfluids vorgesehen.
In einem Betriebszustand wird ein Flammfluid in die Flammrohre 36 eingebracht, und zwar insbesondere auf einer Seite einer Längserstreckung der Heizkesseleinheit 38. Das Flammfluid durchströmt die Flammrohre 36 in einer ersten Flammströmungsrichtung 54.
Nach Durchströmen der Flammrohre 36 tritt das Flammfluid in die ersten Rauchrohre 48 ein. Das Flammfluid durchströmt die ersten Rauchrohre 48 in einer zweiten Flammströmungsrichtung 56. Die erste Flammströmungsrichtung 54 und die zweite Flammströmungsrichtung 56 sind antiparallel zueinander ausgerichtet.
Nach Durchströmen der ersten Rauchrohre 48 tritt das Flammfluid in die zweiten Rauchrohre 50 ein. Das Flammfluid durchströmt die zweiten Rauchrohre 50 in einer dritten Flammströmungsrichtung 58. Die erste Flammströmungsrichtung 54 und die dritte Flammströmungsrichtung 58 sind parallel zueinander ausgerichtet. Die zweite Flammströmungsrichtung 56 und die dritte Flammströmungsrichtung 58 sind antiparallel zueinander ausgerichtet.
Die ersten Rauchrohre 48 sind zu einem Großteil in der Wendekammer 44 angeordnet. In einem montierten Zustand sind die ersten Rauchrohre 48 bei Betrachtung in einer Blickrichtung parallel zu einer Längserstreckung der Heizkesseleinheit 38 im Wesentlichen mittig in der Wendekammer 44 angeordnet.
Die zweiten Rauchrohre 50 sind zu einem Großteil in der Wendekammer 44 angeordnet. In einem montierten Zustand sind die zweiten Rauchrohre 50 bei Betrachtung in einer Blickrichtung parallel zu einer Längserstreckung der Heizkesseleinheit 38 im Wesentlichen randseitig in der Wendekammer 44 angeordnet.
In einem Betriebszustand erhitzen die Flammrohre 36, die ersten Rauchrohre 48 und die zweiten Rauchrohre 50 in der Heizkesseleinheit 38 angeordnetes Fluid. Das erhitzte Fluid wird mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) in einen Heizkreislauf gepumpt. Die Heizkesselvorrichtung 10 weist eine Vorlaufeinheit 60 auf (vgl. 3), welche die Vorlaufkammer 32 mit dem Heizkreislauf verbindet. Das Fluid wird als erhitztes Vorlauffluid über die Vorlaufeinheit 60 in den Heizkreislauf gepumpt.
Die Heizkesselvorrichtung 10 weist eine Rücklaufeinheit 12 auf (vgl. 3 und 4). Die Rücklaufeinheit 12 ist zu einer Rückführung eines Rücklauffluids aus dem Heizkreislauf in die Heizkesseleinheit 38, und zwar insbesondere in die Rücklaufkammer 42 der Heizkesseleinheit 38, vorgesehen.
Die Rücklaufeinheit 12 weist ein Rücklaufelement 14 auf (vgl. 4). Das Rücklaufelement 14 durchdringt die Heizkesseleinheit 38 teilweise. In einem montierten Zustand ist das Rücklaufelement 14 teilweise innerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordnet. Das Rücklaufelement 14 ist in einem montierten Zustand im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu im Wesentlichen 68 % innerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordnet.
In einem montierten Zustand ist das Rücklaufelement 14 teilweise außerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordnet. Das Rücklaufelement 14 ist in einem montierten Zustand im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu im Wesentlichen 32 % außerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Rücklaufelement 14 in Strömungsrichtung 20 eine Erstreckung 28 von im Wesentlichen 550 mm auf. Das Rücklaufelement 14 weist einen Durchmesser 52, welcher insbesondere senkrecht zu der Strömungsrichtung 20 ausgerichtet ist, von im Wesentlichen 315,6 mm auf._Das Rücklaufelement 14 weist in Strömungsrichtung 20 eine Erstreckung 28 von im Wesentlichen 136 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf.
Mittels des Rücklaufelements 14 führt die Rücklaufeinheit 12 in einem Betriebszustand das Rücklauffluid, insbesondere aus dem Heizkreislauf, in die Heizkesseleinheit 38 zurück. Die Rücklaufeinheit 12 ist zu einer Rückführung des Rücklauffluids in Richtung eines Rücklaufdurchtrittselements 16 vorgesehen. Das Rücklauffluid ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Rücklaufwasser ausgebildet.
Die Heizkesselvorrichtung 10 weist das Rücklaufdurchtrittselement 16 auf (vgl. 4). Das Rücklaufdurchtrittselement 16 ist zu einem Großteil innerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordnet. In einem montierten Zustand ist das Rücklaufdurchtrittselement 16 zu einem Großteil in der Wendekammer 44 angeordnet. Das Rücklaufdurchtrittselement 16 weist eine Längserstreckung 62 auf, welche parallel zu der Vertikalrichtung 46 ausgerichtet ist.
Die Längserstreckung 62 des Rücklaufdurchtrittselements 16 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Wesentlichen 1360 mm. Die Längserstreckung 62 des Rücklaufdurchtrittselements 16 beträgt im Wesentlichen 136 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14. Das Rücklaufdurchtrittselement 16 weist einen Durchmesser 64 von im Wesentlichen 386,4 mm auf. Das Rücklaufdurchtrittselement 16 weist einen Durchmesser 64 von im Wesentlichen 122 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf.
Das Rücklaufdurchtrittselement 16 erstreckt sich in einer parallel zu der Vertikalrichtung 46 ausgerichteten Richtung im Wesentlichen durch die gesamte Wendekammer 44. In einem montierten Zustand mündet das Rücklaufdurchtrittselement 16 in die Rücklaufkammer 42.
Das Rücklaufdurchtrittselement 16 ist Teil einer Rücklaufdurchtrittseinheit 66 (vgl. 3 und 4). Die Rücklaufdurchtrittseinheit 66 verbindet in einem montierten Zustand die Vorlaufkammer 32 und die Rücklaufkammer 42 fluidtechnisch miteinander. In einem montierten Zustand überbrückt die Rücklaufdurchtrittseinheit 66 die Wendekammer 44 im Wesentlichen.
In einem montierten Zustand ist die Rücklaufeinheit 12 zu dem Rücklaufdurchtrittselement 16 beabstandet angeordnet. Ein dem Rücklaufdurchtrittselement 16 zugewandtes Ende der Rücklaufeinheit 12 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu dem Rücklaufdurchtrittselement 16 einen Abstand 30 von im Wesentlichen 250 mm auf. Das dem Rücklaufdurchtrittselement 16 zugewandte Ende der Rücklaufeinheit 12 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zu dem Rücklaufdurchtrittselement 16 einen Abstand 30 von im Wesentlichen 79 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf.
Die Rücklaufeinheit 12 weist ein Düsenelement 18 auf (vgl. 4). Das Düsenelement 18 ist in Strömungsrichtung 20 an einem Ende des Rücklaufelements 14 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Düsenelement 18 und das Rücklaufelement 14 einstückig miteinander verbunden.
In einem montierten Zustand weist das Düsenelement 18, und zwar insbesondere ein in Strömungsrichtung 20 angeordnetes Ende des Düsenelements 18, zu dem Rücklaufdurchtrittselement 16 einen Abstand 30 von im Wesentlichen 250 mm auf. Das Rücklaufdurchtrittselement 16 weist in einem montierten Zustand zu dem Düsenelement 18, und zwar insbesondere zu einem in Strömungsrichtung 20 angeordneten Ende des Düsenelements 18, einen Abstand 30 von im Wesentlichen 79 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf. Das Düsenelement 18 ist in einem montierten Zustand zu einem Großteil innerhalb der Vorlaufkammer 32 angeordnet.
In einem Betriebszustand beschleunigt das Düsenelement 18 das Rücklauffluid teilweise, und zwar insbesondere gemeinsam mit einer Rücklaufpumpe (nicht dargestellt). Das Düsenelement 18 beschleunigt das Rücklauffluid im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Geschwindigkeit von im Wesentlichen 5,5 m/s.
Durch die hohe Geschwindigkeit des Rücklauffluids wird in der Vorlaufkammer 32 befindliches, erhitztes Vorlauffluid mitgerissen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt ein Mitriss im Wesentlichen 102 %. Hierdurch ist das Rücklaufwasser bereits vorerhitzt, wodurch insbesondere eine interne Rücklauftemperaturanhebung erzielt werden kann. Das Rücklauffluid weist durch die hohe Geschwindigkeit einen hohen Impuls auf, welcher sich in der ganzen Heizkesseleinheit 38 fortpflanzt, wodurch alle Baueinheiten, wie beispielsweise die Flammrohre 36 und/oder die ersten Rauchrohre 48 und/oder die zweiten Rauchrohre 50, besser umströmt werden.
Bei der internen Rücklauftemperaturerhöhung ist eine Temperatur von in der Heizkesseleinheit 38 befindlichem Fluid um die ersten Rauchrohre 48 und/oder um die zweiten Rauchrohre 50 herum größer, wodurch insbesondere eine niedrigere Rücklauftemperatur zugelassen werden kann, und zwar insbesondere ohne in den ersten Rauchrohren 48 und/oder in den zweiten Rauchrohren 50 eine Taupunktsunterschreitung zu riskieren.
Durch die Vormischung des Rücklauffluids und durch den größeren Strömungsimpuls, welcher in das in der Heizkesseleinheit 38 befindliche Fluid eingebracht wird, werden alle innerhalb der Heizkesseleinheit 38 angeordneten Baueinheiten gleichmäßiger gekühlt, wodurch insbesondere eine homogenere Temperaturbeanspruchung der Baueinheiten erzielt werden kann. Dadurch kann insbesondere eine hohe Lebensdauer des Heizkessels 34 erzielt werden.
Das Düsenelement 18 beschleunigt das Rücklauffluid durch eine Veränderung eines Querschnitts des Düsenelements 18. Das Düsenelement 18 verjüngt sich in Strömungsrichtung 20. An einem dem Rücklaufelement 14 abgewandten Endbereich weist das Düsenelement 18 einen Durchmesser 22 von im Wesentlichen 206,5 mm auf. An dem dem Rücklaufelement 14 abgewandten Endbereich weist das Düsenelement 18 einen Durchmesser 22 von im Wesentlichen 66 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf. Das Düsenelement 18 weist an einem dem Rücklaufelement 14 zugewandten Endbereich einen Durchmesser 24 von im Wesentlichen 315,6 mm auf. Das Düsenelement 18 weist an einem dem Rücklaufelement 14 zugewandten Endbereich einen Durchmesser 24 von im Wesentlichen 100 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Düsenelement 18 in Strömungsrichtung 20 eine Erstreckung 26 von im Wesentlichen 330 mm auf. In Strömungsrichtung 20 weist das Düsenelement 18 eine Erstreckung 26 von im Wesentlichen 104 % des Durchmessers 52 des Rücklaufelements 14 auf. In Strömungsrichtung 20 ist das Düsenelement 18 kürzer als das Rücklaufelement 14.

Claims

Heizkesselvorrichtung mit zumindest einer Rücklaufeinheit (12), welche zumindest ein Rücklaufelement (14) aufweist und zu einer Rückführung wenigstens eines Rücklauffluids, insbesondere von Rücklaufwasser, in Richtung zumindest eines Rücklaufdurchtrittselements (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufeinheit (12) zumindest ein Düsenelement (18) aufweist, welches in Strömungsrichtung (20) an einem Ende des Rücklaufelements (14) angeordnet ist und welches dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid wenigstens teilweise zu beschleunigen.
Heizkesselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Düsenelement (18) in Strömungsrichtung (20) verjüngt.
Heizkesselvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (18) an einem dem Rücklaufelement (14) abgewandten Endbereich einen Durchmesser (22) von maximal 85 % eines Durchmessers (52) des Rücklaufelements (14) aufweist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (18) an einem dem Rücklaufelement (14) zugewandten Endbereich einen Durchmesser (24) von mindestens 90 % eines Durchmessers (52) des Rücklaufelements (14) aufweist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (18) in Strömungsrichtung (20) eine Erstreckung (26) von mindestens 70 % eines Durchmessers (52) des Rücklaufelements (14) aufweist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufelement (14) in Strömungsrichtung (20) eine Erstreckung (28) von maximal 200 % eines Durchmessers (52) des Rücklaufelements (14) aufweist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Rücklaufdurchtrittselement (16), zu welchem das Düsenelement (18), in wenigstens einem montierten Zustand einen Abstand (30) von mindestens 20 % eines Durchmessers (52) des Rücklaufelements (14) aufweist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Vorlaufkammer (32), welche zu einer Lagerung von Vorlaufwasser vorgesehen ist und in welcher das Düsenelement (18) in wenigstens einem montierten Zustand wenigstens zu einem Großteil angeordnet ist.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (18) dazu vorgesehen ist, das Rücklauffluid auf eine Geschwindigkeit von mindestens 3 m/s zu beschleunigen.
Heizkesselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsenelement (18) und das Rücklaufelement (14) einstückig miteinander verbunden sind.
Heizkessel mit zumindest einer Heizkesselvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.