DE4407807A1 - Hydraulische Weiche für Heizanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizanlage mit ein oder mehr Heizkesseln, die gemeinsam Verbraucher versorgen, wobei zwi­ schen Vor- und Rücklauf eine hydraulische Weiche in Form ei­ nes langen rechteckigen oder runden Behälters mit den beiden Endbereichen zugeordneten Vor- bzw. Rücklaufstutzen geschal­ tet ist.

Derartige Heizanlagen werden heute sehr häufig im Ein- aber auch im Mehrkesselbetrieb mit einer hydraulischen Weiche betrieben. Diese hydraulischen Weichen weisen im Prinzip die Form einer großbemessenen Bypassleitung auf, die den Vor- und den Rücklauf miteinander verbindet und die sicherstellt, daß bei richtiger Ausbildung Druckverluste nicht auftreten kön­ nen. Bei diesen bekannten hydraulischen Weichen ist nachtei­ lig, daß im Bereich des Ein- und Auslaufes strömungstechni­ sche Probleme und damit Druckverluste auftreten. Insbesondere dann, wenn die Leistung und die Last nicht übereinstimmen, kommt es zu einem teilweisen Zurückführen des Vorlaufes, wo­ bei es dann wiederum zu Strömungsproblemen innerhalb des meist rechteckigen Gehäuses der hydraulischen Weiche kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizanlage mit einer strömungsgünstig ausbildeten und den verschiedenen Belastungsfällen anpaßbaren hydraulischen Wei­ che zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlüsse der Vorlaufstutzen und der Rücklaufstutzen im An­ schlußbereich mit der Behälterwand ausgehalst sind und daß in den Endbereichen jenseits der Stutzen dreieckige Leitbleche angeordnet sind.

Einer derartigen Heizanlage bzw. hydraulischen Weiche ist ein optimal fließender Übergang in den eckigen Behälter vom Vorlauf bzw. Rücklauf aus zu erreichen. Darüber hinaus sorgen die dreieckigen Leitbleche in den Ecken des Behälters dafür, daß es Verwirbelungen und damit Druckverluste hier nicht gibt. Druckabfälle treten vor allem vorteilhaft auch dann nicht auf, wenn aufgrund einer entsprechenden Abnahme ein teilweiser oder vollkommener Übergang in den Rücklauf erforderlich wird.

Das Zurückführen des Vorlaufes ohne Abgabe an den Heizkreis wieder zurück zum Kessel ist insbesondere dann vor­ teilhaft problemlos möglich, wenn die Leitbleche mit ihrer Spitze bis über Stutzenmitte oder weit darüber hinausragend angeordnet sind. Eine besonders zweckmäßige Ausbildung sieht vor, daß die Leitbleche bis an die gegenüberliegende Wandung der Stutzen reichend ausgebildet sind, wobei es sich ver­ steht, daß hiermit die Spitze des Leitbleches gemeint ist. Dadurch wird der Vorlauf dann, wenn eine Abnahme auf der Rücklaufseite gegeben und entsprechend auf der Heizkreisseite keine Abnahme vorhanden ist, mit dem strömenden Wasser Medium gleichförmig umgeleitet und durch das lange schlanke Gehäuse des Behälters wieder zurückgeführt wird. Damit ist aber ein durchgehender Vorlauf keineswegs unterbunden, wenn auf der Heizkreisseite eine entsprechend hohe Abnahme auftritt. Viel­ mehr wird durch die entsprechend ausgebildete Spitze der Lei­ tbleche sichergestellt, daß die Strömung um das Leitblech herum in den gegenüberliegenden Stutzen erfolgt.

Diese gleichmäßige Führung von einer Behälterseite zur gegenüberliegenden Behälterseite erfolgt insbesondere dann über die Leitbleche gleichförmig, wenn die Leitbleche, ins­ besondere bei drei oder mehr angeschlossenen Stutzen einen Kegel mit abgerundeter Spitze formend ausgebildet sind. Diese Ausbildung stellt sogar sicher, daß eine Strömung um 90° herum erfolgen kann, ohne daß die nachteiligen Verwirbelungen in den Eckbereichen auftreten können. Die Strömung wird quasi kontinuierlich und gleichförmig um die 90° herumgeführt und von einem Stutzen zum entsprechend um 90° versetzten Rohr­ stutzen hingeführt. Ist dann auf der Heizkreisseite eine ab­ weichende Abnahme vorhanden, so wird der Strom entweder ganz oder teilweise über die abgerundete Spitze des Kegels zum gegenüberliegenden Endbereich des Behälters hingeführt und damit zum Rücklauf.

Eine besonders strömungsgünstige Ausbildung der ankom­ menden bzw. angesetzten Stutzen und des Gehäuseinneren ist gegeben, wenn die Aushalsungen der Stutzen bogenförmig in die Leitbleche übergehend ausgebildet sind, wobei hier schon eine abgerundete Ausbildung wesentliche Vorteile mit sich bringt. Denkbar ist es, daß hier eine Art Sinusbogen vorgegeben wird, um die vorteilhafte Führung des Heizmediums zu gewährleisten.

Weiter vorn ist bereits darauf hingewiesen worden, daß je nach Abnahme des Heizkreises eine teilweise oder vollstän­ dige Rückführung des Heizmediums vom Vor- in den Rücklauf, d. h. also vom Kessel kommend zum Kessel wieder zurück möglich sein muß, was gemäß der Erfindung dadurch im rechteckigen Behälter der hydraulischen Weiche erreicht wird, wenn die Leitbleche von Vor- und Rücklauf mit den Spitzen aufeinander­ zuweisend im Behälter angeordnet sind. Auf der gegenüberlie­ genden Seite wird dann nämlich der vom Vorlauf kommende Heiz­ mediumstrom aufgenommen und richtig in den zugeordneten Stut­ zen in Richtung Kessel hineingeführt. Die vorteilhafte Füh­ rung vermeidet Wirbel und damit Druckverluste.

Die Spitze der Leitbleche ragt weit in den Strom, d. h. in den Einflußbereich der Stutzen hinein. Um hier die Bildung von Wirbeln an der Spitze der Leitbleche zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn die Spitze der Leitbleche halbkugelförmig gebogen ausgebildet ist. Der ankommende Heizmediumstrom wird somit am Leitblech entlanggeführt, ohne daß es zu wesentli­ chen Beeinflussungen kommen kann.

Gleiches gilt auch für die Ausbildung des Kegels bei drei oder mehr angeschlossenen Stutzen, wenn die Spitze des Kegels eine Halbkugel bildet. Egal von welcher Seite das Heizmedium einströmt und auch wieder weggeleitet wird, immer ist eine gezielte Führung im Endbereich des Behälters er­ reicht und sichergestellt.

Soll ein Teil der überflüssigen Energie des Kesselkrei­ ses wieder in den Rücklauf gegeben werden, ist es vorteil­ haft, wenn Vor- und Rücklauf miteinander möglichst gleichmä­ ßig vermischt werden. Dies ist gemäß der Erfindung dadurch zu erreichen und zu gewährleisten, daß mittig des Behälters und zwischen Vor- und Rücklauf ein Lochblech angeordnet ist. Die­ ses in der Mitte eingesetzte Lochblech führt zu einer gezielt Turbulenzerzeugung, so daß Vor- und Rücklauf zwangsweise mit­ einander vermischt werden. Dies hat zur Folge, daß sich der Rücklauf erwärmt und nicht nur durch die Kesselleistung auf­ gewärmt werden muß. Die Heizkreise werden trotzdem gleichmä­ ßig versorgt. Statt des Lochbleches ist es auch möglich, eine Turbulenz dadurch zu erzeugen, daß man bei zwei Vorlaufkrei­ sen diese gegeneinander strömen läßt. Das Lochblech wirkt sich deshalb besonders dort aus, wo mit einem Vorlaufkreis gearbeitet wird. Das Lochblech ist mit Bohrungen üblicher Größe und Anzahl versehen. Je nach Ausbildung ist es dabei auch möglich, durch eine entsprechende Ausbildung des Loch­ bleches die Querschnitte der Bohrungen zu verändern, um so die Turbulenzerzeugung gezielt den jeweiligen Bedingungen anzupassen.

Eine andere Möglichkeit, die hydraulische Weiche für verschiedene Einsatzzwecke benutzbar zu machen, ist die, bei der das Lochblech um 90° schwenkbar im Behälter angebracht ist. Dadurch kann dann, wenn mit mehreren Vorlaufkreisen ge­ arbeitet wird, auf die Wirkung des Lochbleches verzichtet werden, indem man dieses um 90° verschwenkt, so daß es quasi ohne die Strömung zu beeinflussen im Behälter angeordnet ist. Denkbar ist es auch, durch ein teilweises Verschwenken des Lochbleches dessen Wirksamkeit zu verändern und gezielte Wir­ belbildungen vorzugeben. Berücksichtigt man, daß ja während des Betriebes einer derartigen Heizanlage unterschiedliche Bedingungen auftreten, ist es zweckmäßig, daß Lochblech wie bereits erwähnt unterschiedlich wirksam bzw. veränderbar in seiner Wirksamkeit auszubilden.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eine Heizanlage geschaffen ist, die einen besonders gün­ stigen Strömungsfluß durch die hydraulische Weiche garan­ tiert, weil mit Eintritt in die hydraulische Weiche und bei der Führung durch die hydraulische Weiche jeweils eventuell Wirbel bildende Kanten und Ecken vollständig vermieden sind. Vielmehr sind Aushalsung und Leitblech voll wirksam in das Innere des Behälters integriert, so daß das Heizmedium prak­ tisch "beruhigt" durch den Behälter der hydraulischen Weiche hindurchgeführt werden kann. Das Leitblech wirkt sich dabei sowohl bei voller Abnahme wie auch bei Teilabnahme des Heiz­ medium optimal aus und sorgt dafür, daß je nach Vorgabe eine volle Wirksamkeit der hydraulischen Weiche gegeben ist, ohne daß nachteilige Druckverluste oder sonstige Beeinflussungen auftreten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbei­ spiele mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der hydraulischen Wei­ che, die im Schnitt wiedergeben ist,

Fig. 2 den Einführungsbereich eines Stutzens mit im Behälter angeordneten Leitblech,

Fig. 3 eine besondere Ausbildung des Leitbleches in vereinfachter Darstellung,

Fig. 4 eine Heizanlage mit mehreren Heizkesseln und einer zwischengeschalteten hydrauli­ schen Weiche und

Fig. 5 eine hydraulische Weiche mit mehreren im Bereich des Vor- und des Rücklaufes ange­ schlossenen Stutzen.

Fig. 1 zeigt einen wesentlichen Teil der Heizanlage 1, nämlich die hydraulische Weiche 2 im Schnitt, so daß auch der Innenraum des Behälters 3 der hydraulischen Weiche 2 sichtbar ist. Im oberen Endbereich sind die Vorlaufstutzen 4, 5 und im unteren Endbereich die Rücklaufstutzen 7, 8 an den Behälter 3 angeschlossen. Dabei sind diese Anschlüsse 6, 9 wie deutlich erkennbar ist, ausgehalst, so daß sich strömungsgünstige An­ schlüsse damit im Bereich der Behälterwand 10 ergeben. Dieses verdeutlicht insbesondere die Darstellung nach Fig. 2 mit unterschiedlich stark ausgebildeten Aushalsungen 11, 11′.

Das über den Vorlauf 12 und den hier nicht dargestellten Heizkessel oder die Heizkessel kommende Heizmedium wird über den Vorlaufstutzen 4 in den Behälter 4 der hydraulischen Wei­ che 2 eingeleitet und um das hier im oberen Endbereich 14 angeordnete Leitblech 15 stromungsgünstig herumgeführt. Dabei macht sich die Aushalsung 11 ebenso positiv bemerkbar wie insbesondere die strömungsgünstige Ausbildung des Leitbleches 15. Das Heizmedium wird bei entsprechender Belastung vom Vor­ laufstutzen 5 um das Leitblech 15 herum in den Vorlaufstutzen 4 geleitet.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters 3, d. h. im unteren Endbereich 16 ist für den Rücklauf 13 ebenfalls im Behälter 3 ein Leitblech 17 angeordnet, das im Prinzip die gleiche Form aufweist wie das Leitblech 15. Auch hier wird das Heizmedium, das über den Rücklaufstutzen 7 in den Behäl­ ter 3 strömt, um das Leitblech 17 herum zum Rücklaufstutzen 8 geführt.

Fig. 1 verdeutlicht, daß die Spitze 18 der Leitbleche 15, 17 strömungsgünstig abgerundet ist. Sie reicht über die Stutzenmitte 19 hinweg praktisch bis an die Wandung 20 heran, um bei notwendig werdender Umleitung vom Vorlauf 12 in den Rücklauf 13 auch hier wiederum strömungsgünstig wirken zu können.

Mittig des Behälters 3 ist ein Lochblech 21 vorgesehen, das dann, wenn eine Vermischung von Vorlauf und Rücklauf 12, 13 gewünscht ist, für eine starke Turbulenzerzeugung und da­ mit für die Vermischung Sorge trägt.

Fig. 2 zeigt noch einmal in vergrößerter Ausbildung die besondere Form der Aushalsung 11 und des Leitbleches 15. Ge­ strichelt wiedergegeben ist eine besondere Ausführung inso­ fern, als hier die Aushalsung 11′ direkt in das entsprechend ausgebildete und angesetzte Leitblech 15′ übergeht, ohne daß es hier zu Sammelräumen oder Wirbelbildungen kommen kann. Deutlich erkennbar ist auch hier die abgerundete Ausführung des Spitze 18 der Leitbleche 15, 17. Diese Spitze 18 ist praktisch halbkugelförmig gebogen, wodurch dann, wenn das Heizmedium praktisch unbeeinflußt die hydraulische Weiche 2 durchströmt, einen möglichst geringen Widerstand vorgibt. Das Heizmedium wird gezielt um diese Spitze 18 herumgeführt oder aber zum unteren Endbereich 16 abgelenkt, wenn es an der not­ wendigen Abnahme der Leistung fehlt.

Fig. 3 zeigt eine besondere Ausbildung des Leitbleches 15, 17 beispielsweise für die aus Fig. 5 hervorgehende Aus­ führungsform, wo mehrere Stutzen im oberen und unteren Endbe­ reich 14, 16 angeordnet sind. Für das Leitblech 15, 17 ist die Form eines Kegels 22 vorgegeben, wobei die Spitze 23 die­ ses Kegels 22 praktisch eine Halbkugel bildet und damit eben­ so oder noch strömungsgünstiger ist, als die Spitze 18 des Leitbleches 15, 17 nach Fig. 2.

Bei Fig. 2 ist der besonders strömungsgünstige Übergang von der Aushalsung 11 auf das Leitblech 15, 17 mit dem Be­ zugszeichen 24 versehen. Denkbar ist es hier auch noch, dem Übergang 24 praktisch eine Form zu geben, bei der der gemäß Fig. 2 höchste Punkt genau in der Behälterwand 10 liegt.

Fig. 4 zeigt eine schematisch Wiedergabe einer Heizanla­ ge 1, wobei hier zwei Heizkessel 27, 28 vorgesehen sind, um die Verbraucher 29, 30 gleichmäßig mit der benötigten Heiz­ energie zu versorgen. In den Kreislauf sind Pumpen 31, 33 geschaltet, um für die notwendige Bewegung des Heizmediums zu sorgen. Über den Heizungsverteiler 32 werden alle Verbraucher 29, 30 gleichmäßig mit Heizenergie versorgt, wobei dieser Heizungsverteiler nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Die aus Fig. 4 erkennbare hydraulische Weiche 2 wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn zwei oder mehr Heizungs­ kessel 27, 28 zusammenarbeiten müssen, um in den unterschied­ lichen Last- und Leistungsbereichen eine Entkopplung von Heiz- und Kesselkreis zu erreichen. Hierbei sind verschiedene Fälle denkbar, wobei zunächst einmal davon ausgegangen wird, daß die Leistung des Kessels und die Last am Heizkreis 100% betragen. Hierbei soll der Vorlauf 12 möglichst ohne Störung die hydraulische Weiche 2 durchströmen, um dem Heizkreis zur Verfügung zu stehen. Insbesondere in diesem Fall sollen die Druckabfälle und die Vermischung mit dem Rücklauf gering ge­ halten werden. Durch das Anbringen der dreieckigen Leitbleche 15, 17 in den Ecken des Behälters 3 der hydraulischen Weiche 2 und durch die Aushalsungen 11 an den Stutzen 4, 5, 7, 8, wird ein strömungstechnisch besonders guter Übergang gewähr­ leistet.

Der Fall zwei geht von einer extremen Situation insofern aus, als bei 100% Leistung der Heizkessel 27, 28 null Pro­ zent Last am Heizkreis vorausgesetzt werden. Dabei wird der Vorlauf 12 praktisch ohne Abgabe an den Heizkreis wieder zu den Heizkesseln 27, 28 und damit zum Rücklauf 13 zurückge­ führt. Auch hier können bei der erfindungsgemäßen Ausbildung gemäß Fig. 1 bis Fig. 5 nachteilige Druckverluste gering ge­ halten werden, da in diesem Fall die gesamte Pumpenleistung des Kesselkreises nicht benötigt wird und weil der Vorlauf kontinuierlich durch die Leitbleche 15, 17 durch die hydrau­ lische Weiche 2 hindurchgeführt wird.

Bei einem dritten Fall, nämlich einer 100%igen Leistung der Heizkessel 27, 28 und nur 50% Last am Heizkreis kann durch die erfindungsgemäße Ausführung der hydraulischen Wei­ che 2 die überflüssige Energie des Kesselkreises gezielt dem Rücklauf 13 wieder zugeführt werden. Hier wirkt sich das Lochblech 21 gemäß Fig. 1 vorteilhaft aus, weil gezielt Tur­ bulenzen erzeugt werden, durch die Vor- und Rücklauf 12, 13 miteinander vermischt werden. Dies hat zur Folge, daß der Rücklauf 13 erwärmt und nicht durch die Kesselleistung allei­ ne aufgewärmt werden muß. Die Heizkreise werden gleichmäßig versorgt. Dort, wo die Turbulenzerzeugung durch zwei Vorlauf­ kreise, die man gegeneinander strömen läßt, gezielt erzeugt werden kann, kann auf dieses Lochblech 21 verzichtet werden. Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß das Loch­ blech um 90° verschwenkt wird.

Ein vierter Fall ist der, bei der bei nur 50% Leistung der Heizkessel 27, 28 100% Last am Heizkreis zu verzeichnen ist. Hier wird dem Vorlauf mit Hilfe des Lochbleches 21 das kühlere Wasser des Rücklaufes 13 zugeführt und beigemischt, so daß zwar die Temperatur des Heizkreises etwas sinkt, die Drücke aber vorteilhaft ausgeglichen werden. Damit ergibt sich auch bei dieser extremen Situation eine Entkopplung von Heiz- und Kesselkreis und eine Vermeidung von irgendwelchen Problemen.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (10)

1. Heizanlage mit ein oder mehr Heizkesseln, die ge­ meinsam Verbraucher versorgen, wobei zwischen Vor- und Rück­ lauf eine hydraulische Weiche in Form eines langen rechtecki­ gen oder runden Behälters mit den beiden Endbereichen zuge­ ordneten Vor- bzw. Rücklaufstutzen geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlüsse (6, 9) der Vorlaufstutzen (4, 5) und der Rück­ laufstutzen (7, 8) im Anschlußbereich mit der Behälterwand (10) ausgehalst sind und daß in den Endbereichen (14, 16) jenseits der Stutzen (4, 5, 7, 8) dreieckige Leitbleche (15, 17) angeordnet sind.

2. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (15, 17) mit ihrer Spitze (18) bis über Stutzenmitte (19) oder weit darüber hinausragend angeordnet sind.

3. Heizanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (15, 17) bis an die gegenüberliegende Wan­ dung (20) der Stutzen (4, 5, 7, 8) reichend ausgebildet sind.

4. Heizanlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (15, 17) insbesondere bei drei oder mehr angeschlossenen Stutzen (4, 5, 7, 8) einen Kegel (22) mit abgerundeter Spitze (23) formend ausgebildet sind.

5. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushalsungen (11) der Stutzen (4, 5, 7, 8) bogenför­ mig in die Leitbleche (15, 17) übergehend ausgebildet sind.

6. Heizanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (15, 17) von Vor- und Rücklauf (12, 13) mit den Spitzen (18) aufeinander zuweisend im Behälter (3) angeordnet sind.

7. Heizanlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (18) der Leitbleche (15, 17) halbkugelförmig gebogen ausgebildet ist.

8. Heizanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (23) des Kegels (22) eine Halbkugel bildet.

9. Heizanlage nach Anspruch 1 bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittig des Behälters (3) und zwischen Vor- und Rücklauf (12, 13) ein Lochblech (21) angeordnet ist.

10. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lochblech (21) um 90° schwenkbar im Behälter (3) an­ gebracht ist.