WO2012076009A2 - Hydraulische weiche - Google Patents

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WO2012076009A2
WO2012076009A2 PCT/DE2011/075293 DE2011075293W WO2012076009A2 WO 2012076009 A2 WO2012076009 A2 WO 2012076009A2 DE 2011075293 W DE2011075293 W DE 2011075293W WO 2012076009 A2 WO2012076009 A2 WO 2012076009A2
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Karin Sander
Thorsten Urbaneck
Bernd Platzer
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Technische Universität Chemnitz
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/10—Feed-line arrangements, e.g. providing for heat-accumulator tanks, expansion tanks ; Hydraulic components of a central heating system
    • F24D3/1091—Mixing cylinders

Definitions

  • a hydraulic diverter is a component used in hydraulic systems such as heat and cold supply systems
  • a temperature-carrying fluid flows through (usually water, aqueous mixtures, oil) in a flow and return at different temperatures, the switch, they are separated only because of their spatial position, so there are usually no partitions installed.
  • the hydraulic switch is designed in the form of a vertically extending hollow body and has in each case at the bottom and top of the connections to
  • a hydraulic switch which is used for a heating system with an elongate switch housing whose longitudinal axis in the installed state of the switch runs vertically and the interior of which forms a water space for the heating water of the heating system, each with a boiler supply connection and boiler return port, which are arranged at a vertical distance from each other on one longitudinal side of the switch housing and each with a consumer supply port and consumer return port, which are arranged at a vertical distance from each other on the other longitudinal side of the switch housing, wherein the boiler return port and the
  • Consumer return port in the lower part of the switch housing are and wherein the consumer supply port is located in the upper region of the switch housing and wherein the boiler supply connection is offset relative to the consumer supply port downwards and inside the switch housing a partition wall is provided which leads a leading from the boiler supply port in the upper region of the interior of the switch housing channel from the rest of the interior
  • Circulation pump provided between the heat source and the consumer circuits.
  • a container is provided in the manner of a hydraulic switch and the flow line and the return line of the heat source and the flow and the return lines of the consumer circuits are directly connected to this container and open into this.
  • a flowing through the medium mixing lattice or net-like guide member is provided in the container.
  • a mixture of the medium of flow and return is often not desired, since it leads to an undesirable effect on the temperature of the flow.
  • Heat source and mixed and / or unmixed heating circuits comprises in a hollow profile next to a flow chamber and a return chamber, another chamber as a hydraulic switch, in which the Kesselvor- and return lines open and which in turn is connected to the flow chamber and the return chamber.
  • a guide plate influencing the direction of the flow stream is arranged at least in the region of the mouth of the boiler flow, but the guide plate projects transversely into the flow path of the boiler flow line and thereby has a negative effect on the flow resistance.
  • Boilers of a utility cycle known to supply consumers together, with between the supply and return a hydraulic switch in the form of a long rectangular or round container with the two end portions
  • Guiding plates are arranged, which protrude with its tip to the center of the nozzle or far beyond and are formed reaching to the opposite wall of the nozzle. Furthermore, the guide plates with the tips towards each other.
  • the return of the flow without delivery to the heating circuit back to the boiler should be particularly advantageous without any problems, especially when the baffles are arranged with its tip to the center of the nozzle or far beyond.
  • the supply is uniformly diverted with the flowing water medium and returned through the long, slim housing of the container. If a correspondingly high decrease occurs on the heating circuit side, it is ensured by the correspondingly formed tip of the baffles that the flow takes place around the baffle in the opposite nozzle, whereby a flow resistance is formed by the baffles in this case.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic switch which is arranged between a generator circuit and a consumer circuit and which significantly improves the flow conditions using flow-conducting elements, wherein only a small pressure loss is recorded.
  • the hydraulic switch is used in particular in hydraulic systems, such as heat and cold supply systems for energy transport to decouple producer and consumer circuit pressure side from each other and is between at least one generator circuit and at least arranged a consumer circuit and has a switch housing, the longitudinal axis in the installed state of the switch is substantially vertical and wherein in the switch housing at least a first flow from a generator circuit and at least a first lead to the generator circuit, and at least a second flow and a second return, the lead from the switch housing to a consumer circuit, wherein between the first flow connection and the second flow connection extending in the flow direction first flow-conducting element and between the first return and second return a extending in the flow direction second flow-conducting element is arranged and these flow-conducting element each in the form of a
  • Element is preferably between 5 ° and 270 °.
  • the sides of the half-tubes that are open transversely to the flow direction are away from one another and their closed sides toward one another.
  • the flow-conducting element which is arranged in the direction of the underside of the switch housing, a peripheral downwardly directed opening and the flow-conducting element, which is arranged above it in the direction of the top of the switch housing, has an upwardly directed peripheral opening.
  • the flow-conducting element is in each case in the form of a bent tube open at both ends and peripherally, in particular in the form of a substantially half (semicircular in cross section) tube (half tube), and is thus referred to as "half tube chicane”.
  • Temperature carrier fluid and the volume flow, which flows through the flow-conducting elements is ensured, whereby on the one hand the flow behavior of the temperature carrier fluid is substantially improved and in addition pressure losses in
  • Flow-conducting element up to 270 ° still ensures a good separation between the flow rate of the flow and the flow rate of the return.
  • FIG. 1 shows the basic diagram of a hydraulic separator of a system for a system
  • FIG. 2 shows the section A-A according to FIG. 1,
  • the hydraulic separator 1 is arranged between a generator circuit K1 and a consumer circuit K2, wherein the refrigeration on the side of the generator circuit K1, for example, with a non-illustrated
  • the hydraulic switch 1 has a vertical extending turnout housing 2 with a vertical longitudinal axis A. Das
  • Switch housing 2 has a space 3 for a temperature carrier fluid.
  • the switch housing 2 is preferably designed in the form of a cylinder whose height is a multiple of the diameter of the cylinder. Preferably, the height of the switch housing 2 is more than twice the diameter of the cylinder.
  • the switch housing 2 has on its underside and on its upper side in particular a convexly curved shape, which also has a positive effect on the flow behavior of the temperature carrier fluid.
  • the first flow 4 is substantially opposite a second flow 6 and the first return 5 is substantially opposite a second return line 7 is connected to the switch housing 2 in the space 3 opening and coupled to the consumer circuit K2.
  • first and the second flow-conducting element 8, 9 are in the form of circumferentially open half-tubes.
  • the mutually facing portions of the flow-conducting elements 8, 9 are closed.
  • the temperature carrier fluid supplied below via the first feed 4 in the direction of the feed flow V passes through the switch housing 2 into the downwardly open first flow-conducting element 8 and via this with directed flow into the second feed 6 of the consumer circuit K2 and is fed to a consumer (not shown) by means of a or several corresponding pumps supplied. From this consumer, the heated temperature carrier fluid on the second Return 7 of the consumer circuit K2 introduced through the switch housing 2 in the space 3 and also passed over the upwardly open second flow-conducting element 9 with directed flow direction in return flow R in the first return 5 of the generator circuit and there not shown
  • the first and second flow-conducting elements are preferred as
  • Half pipe baffles formed and open at both ends and in the circumferential direction to one side.
  • the system is used for heating, for example, a boiler is arranged on the generator side.
  • the first and second flow 4, 6 at the top of the hydraulic switch 1 and the first and second return in the region of the underside of the hydraulic switch.
  • the peripheral openings of the flow-conducting elements 8, 9 also point away from each other.
  • the solution according to the invention can be operated with a heat transfer medium in the form of water or other heat or cooling agents in the form of liquids and can be used for heating and cooling small and large systems.
  • a 20 °
  • a 180 °
  • a 270 °

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Weiche für Systeme zur Heizung und/oder Kühlung, die zwischen wenigstens einem Erzeugerkreislauf (K1) und wenigstens einem Verbraucherkreislauf (K2) angeordnet ist und ein Weichengehäuse (2) aufweist, dessen Längsachse (A) im Einbauzustand der Weiche (1) im Wesentlichen vertikal verläuft und dessen Inneres einen Raum (3) für ein Temperaturträgerfluid aufweist, wobei an dem Weichengehäuse (2) wenigstens ein erster Vorlauf (4) zum Erzeugerkreislauf und wenigstens ein erster Rücklauf (5) zum Erzeugerkreislauf (K1) führt sowie wenigstens ein zweiter Vorlaufs (6) und ein zweiter Rücklauf (7) mit dem Verbraucherkreislauf (K2) verbindbar sind, wobei sich zwischen dem ersten Vorlauf (4) und dem zweiten Vorlauf (6) ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes erstes strömungsleitendes Element (8) und zwischen dem ersten Rücklauf (5) und zweiten Rücklauf (7) ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes zweites strömungsleitendes Element (9) angeordnet ist, wobei das erste und das zweite strömungsleitende Element (8, 9) jeweils in Form eines umfangsseitig offenen gebogenen Rohres mit einem denAusgleich eines großen Volumenstromes gewährleistenden Öffnungswinkel (a) ausgebildet sind.

Description

Hydraulische Weiche
Bei einer hydraulischen Weiche handelt es sich um ein Bauteil, das in hydraulischen Systemen, wie beispielsweise Wärme- und Kälteversorgungssystemen zum
Energietransport eingesetzt wird, um Erzeuger- und Verbraucherkreislauf druckseitig voneinander zu entkoppeln. Dabei durchströmt ein Temperaturträgerfluid (meist Wasser, wässrige Gemische, Öl) in einem Vor- und Rücklauf mit unterschiedlichen Temperaturen die Weiche, wobei sie nur aufgrund ihrer räumlichen Lage voneinander getrennt sind, es sind also normalerweise keine Trennwände eingebaut. Die hydraulische Weiche ist dabei in Form eines sich vertikal erstreckenden Hohlkörpers ausgebildet und weist jeweils am unteren und oberen Bereich Anschlüsse zum
Erzeugerkreislauf sowie dazu im Wesentlichen gegenüberliegend Anschlüsse zu einem Verbraucherkreislauf auf. Dies führt dazu, dass es in der Vielzahl der Fälle eine hydraulische bzw. thermische Beeinflussung zwischen den Volumenströmen des Vor- und Rücklaufes gibt, da es in den hydraulischen Weichen zu unerwünschten
Mischungserscheinungen kommt. Bei der Kältetechnik ist die Spreizung mit 6 bis 10K sehr gering, weshalb die Beeinflussung der Temperaturen im Vergleich zur Heiztechnik kritisch zu betrachten ist, da sie unter Umständen einen unwirtschaftlichen Betrieb nach sich ziehen kann. Diese wirken sich auf die Temperaturen in den Kreisläufen (z. B. Abweichung von der Planungsvorgabe) negativ aus. Damit wird die
Systemfunktionsweise beeinträchtigt und somit der Wirkungsgrad reduziert. Bei großen Versorgungssystemen mit großen Rohrnennweiten kann man die hydraulische Weiche durch die baulichen Gegebenheiten oft nicht mit der Höhe entsprechend des VDMA Einheitsblattes 24770 [1 ] errichten. Dann nimmt die Mischungsproblematik signifikant zu.
Aus der Druckschrift DE 20 2004 009 356 U1 ist eine hydraulische Weiche bekannt, welche für eine Heizungsanlage mit einem länglichen Weichengehäuse eingesetzt wird, dessen Längsachse im Einbauzustand der Weiche vertikal verläuft und dessen Inneres einen Wasserraum für das Heizwasser der Heizungsanlage bildet, mit je einem Kesselvorlaufanschluss und Kesselrücklaufanschluss, die im vertikalen Abstand zueinander an der einen Längsseite des Weichengehäuses angeordnet sind und mit je einem Verbrauchervorlaufanschluss und Verbraucherrücklaufanschluss, die im vertikalen Abstand zueinander an der anderen Längsseite des Weichengehäuses angeordnet sind, wobei der Kesselrücklaufanschluss und der
Verbraucherrücklaufanschluss im unteren Bereich des Weichengehäuses liegen und wobei der Verbrauchervorlaufanschluss im oberen Bereich des Weichengehäuses liegt und wobei der Kesselvorlaufanschluss relativ zum Verbrauchervorlaufanschluss nach unten hin versetzt liegt und im Inneren des Weichengehäuses eine Trennwand vorgesehen ist, die einen vom Kesselvorlaufanschluss in den oberen Bereich des Inneren des Weichengehäuses führenden Kanal vom übrigen Inneren des
Weichengehäuses abgrenzt. Nachteilig dabei ist, dass die Trennwand vertikal und damit quer zur Strömungsrichtung verläuft, wodurch der Strömungswiderstand negativ beeinflusst wird. Eine weitere Einrichtung in Form eines Verteilers für Heizungsanlagen ist aus EP 0 312 903 A1 bekannt. Diese besitzt eine Wärmequelle, in welcher ein als Wärmeträger dienendes Medium aufgeheizt wird. Die Wärmequelle ist mit einer Vorlaufleitung und einer Rücklaufleitung verbunden. In einer dieser Leitungen ist eine Umlaufpumpe vorgesehen. Zueinander parallel geschaltete Verbraucherkreise besitzen je eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung und in jeweils einer dieser Leitungen ist eine
Umlaufpumpe vorgesehen. Zwischen der Wärmequelle und den Verbraucherkreisen ist ein Behälter in der Art einer hydraulischen Weiche vorgesehen und die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung der Wärmequelle und die Vorlauf- und die Rücklaufleitungen der Verbraucherkreise sind direkt mit diesem Behälter verbunden und münden in diesen. Im Behälter ist ein das durchströmende Medium mischendes gitter- oder netzartiges Leitorgan vorgesehen. In herkömmlichen hydraulischen Weichen ist jedoch eine Mischung des Mediums von Vor- und Rücklauf häufig nicht gewünscht, da es dadurch zu einer unerwünschten Temperaturbeeinflussung des Vorlaufes kommt. Eine in der Druckschrift EP 1 672 286 A1 beschriebene Verteilervorrichtung für einen mit einem flüssigen Medium betriebenen Kreislauf einer Wärmeversorgungsanlage, insbesondere einer Warmwasserheizungsanlage mit einem Wandkessel als
Wärmequelle und mit gemischten und/oder ungemischten Heizkreisen, umfasst in einem Hohlprofil neben einer Vorlaufkammer und einer Rücklaufkammer eine weitere Kammer als hydraulische Weiche, in welche die Kesselvor- und Rücklaufleitungen münden und die ihrerseits mit der Vorlaufkammer und mit der Rücklaufkammer verbunden ist. In der Weichenkammer ist dabei zumindest im Bereich der Einmündung des Kesselvorlaufs ein die Richtung des Vorlaufstroms beeinflussendes Leitblech angeordnet, wobei das Leitblech jedoch quer in den Strömungsverlauf der Kessel- Vorlaufleitung hineinragt und sich dadurch negativ auf den Strömungswiderstand auswirkt. Aus der Druckschrift DE 44 07 807 A1 ist eine Heizanlage mit ein oder mehr
Heizkesseln eines Versorgerkreislaufes bekannt, die gemeinsam Verbraucher versorgen, wobei zwischen Vor- und Rücklauf eine hydraulische Weiche in Form eines langen rechteckigen oder runden Behälters mit den beiden Endbereichen
zugeordneten Vor- bzw. Rücklaufstutzen geschaltet ist, wobei die Anschlüsse der Vorlaufstutzen und der Rücklaufstutzen im Anschlussbereich mit der Behälterwand ausgehalst sind und dass in den Endbereichen jenseits der Stutzen dreieckige
Leitbleche angeordnet sind, die mit ihrer Spitze bis über Stutzenmitte oder weit darüber hinaus ragen und bis an die gegenüberliegende Wandung der Stutzen reichend ausgebildet sind. Weiterhin weisen die Leitbleche mit den Spitzen aufeinander zu. Das Zurückführen des Vorlaufes ohne Abgabe an den Heizkreis wieder zurück zum Kessel soll insbesondere dann vorteilhaft problemlos möglich sein, wenn die Leitbleche mit ihrer Spitze bis über Stutzenmitte oder weit darüber hinausragend angeordnet sind. Dadurch wird der Vorlauf dann, wenn eine Abnahme auf der Rücklaufseite gegeben und entsprechend auf der Heizkreisseite keine Abnahme vorhanden ist, mit dem strömenden Wassermedium gleichförmig umgeleitet und durch das lange schlanke Gehäuse des Behälters wieder zurückgeführt. Wenn auf der Heizkreisseite eine entsprechend hohe Abnahme auftritt, wird durch die entsprechend ausgebildete Spitze der Leitbleche sichergestellt, dass die Strömung um das Leitblech herum in den gegenüberliegenden Stutzen erfolgt, wodurch auch in diesem Fall durch die Leitbleche ein Strömungswiderstand gebildet wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Weiche bereitzustellen, die zwischen einem Erzeugerkreislauf und einem Verbraucherkreislauf angeordnet ist und die unter Verwendung von strömungsleitenden Elementen die Strömungsverhältnisse deutlich Verbessert, wobei nur ein geringer Druckverlust zu verzeichnen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die hydraulische Weiche wird insbesondere in hydraulischen Systemen, wie beispielsweise Wärme- und Kälteversorgungssystemen zum Energietransport eingesetzt , um Erzeuger- und Verbraucherkreislauf druckseitig voneinander zu entkoppeln und ist zwischen wenigstens einem Erzeugerkreislauf und wenigstens einem Verbraucherkreislauf angeordnet und weist ein Weichengehäuse auf, dessen Längsachse im Einbauzustand der Weiche im Wesentlichen vertikal verläuft und wobei in das Weichengehäuse wenigstens ein erster Vorlauf von einem Erzeugerkreislauf und wenigstens ein erster zum Erzeugerkreislauf führen, sowie wenigstens einem zweiten Vorlauf und einem zweiten Rücklauf, die vom Weichengehäuse zu einem Verbraucherkreislaufführen, wobei sich zwischen dem ersten Vorlaufanschluss und dem zweiten Vorlaufanschluss ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes erstes strömungsleitendes Element und zwischen erstem Rücklauf und zweitem Rücklauf ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes zweites strömungsleitendes Element angeordnet ist und diese strömungsleitenden Element jeweils in Form eines
umfangsseitig offenen Rohres mit einem den Ausgleich eines Volumenstromes gewährleistenden Öffnungswinkel (a) ausgebildet sind.
Der Öffnungswinkel des gebogenen umfangsseitig offenen strömungsleitenden
Elementes liegt dabei bevorzugt zwischen 5° und 270°.
Insbesondere weisen die quer zur Strömungsrichtung offenen Seiten der Halbrohre voneinander weg und deren geschlossenen Seiten aufeinander zu. Bevorzugt weist das strömungsleitende Element, welches in Richtung zur Unterseite des Weichengehäuses angeordnet ist, eine umfangsseitige nach unten gerichtete Öffnung auf und das strömungsleitende Element, welches darüber in Richtung zur Oberseite des Weichengehäuses angeordnet ist, besitzt eine nach oben gerichtete umfangsseitige Öffnung.
Vorteilhafter Weise ist das strömungsleitende Element jeweils in Form eines an beiden Enden und umfangsseitig offenen gebogenen Rohres, insbesondere in Form eines im Wesentlichen halben (im Querschnitt halbkreisförmigen) Rohres (Halbrohres), ausgebildet und wird somit als„Halbrohrschikane" bezeichnet.
Es ist möglich ein Rohr längs in etwa mittig zu trennen und die beiden Hälften als halbrohrförmige strömungsleitende Elemente einzusetzen. Alternativ können auch zwei plattenförmige Elemente entsprechend der geforderten Form des strömungsleitenden Elementes umfangsseitig offen mit einem entsprechenden Öffnungswinkel gebogen werden. Alternativ ist es auch möglich, ein umfangsseitig geschlossenes Rohr zu verwenden und dies auf einer umfangsseitigen Hälfte mit einer sich längs erstreckenden Öffnung (entsprechend des erforderlichen Öffnungswinkels) zu versehen.
Überraschender Weise wurde festgestellt, dass durch die zwischen ersten und zweiten Vorlauf und zwischen ersten und zweiten Rücklauf angeordneten strömungsleitenden Elemente durch die relativ großen Öffnungen, die den Austausch eines großen Volumenstroms zwischen dem sich im Weichengehäuse befindlichen
Temperaturträgerfluid und dem Volumenstroms, der durch die strömungsleitenden Elemente fließt gewährleistet wird, wodurch einerseits das Strömungsverhalten des Temperaturträgerfluids wesentlich verbessert wird und zusätzlich Druckverluste im
Vergleich zu herkömmlichen hydraulischen Weichen ohne strömungsleitende Elemente reduziert werden.
Weiterhin kann mit dem erfindungsgemäßen System auch eine Erhöhung des
Wirkungsgrades gewährleistet werden.
Überraschender weise wird auch bei einem großen Öffnungswinkel des
Strömungsleitenden Elementes bis 270° noch eine gute Trennung zwischen dem Volumenstrom des Vorlaufes und dem Volumenstrom des Rücklaufes gewährleistet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Prinzipdarstellung einer hydraulischen Weiche eines Systems für eine
Kühlung im Längsschnitt,
Figur 2 den Schnitt A-A gemäß Figur 1 ,
Figur 3 strömungsleitendes Element mit einem Öffnungswinkel von a=20°, Figur 4 strömungsleitendes Element mit einem Öffnungswinkel von a=180° und Figur 5 strömungsleitendes Element mit einem Öffnungswinkel von a=270°.
Die hydraulische Weiche 1 ist gemäß Figur 1 zwischen einem Erzeugerkreislauf K1 und einem Verbraucherkreislauf K2 angeordnet, wobei die Kälteerzeugung auf der Seite des Erzeugerkreislaufes K1 beispielsweise mit einer nicht dargestellten
Kältemaschine erfolgt. Die hydraulische Weiche 1 besitzt ein sich vertikal erstreckendes Weichengehäuse 2 mit einer vertikalen Längsachse A. Das
Weichengehäuse 2 weist einen Raum 3 für ein Temperaturträgerfluid auf.
Dabei ist das Weichengehäuse 2 bevorzugt in Form eines Zylinders ausgebildet, dessen Höhe ein Vielfaches des Durchmessers des Zylinders beträgt. Bevorzugt beträgt die Höhe des Weichengehäuses 2 mehr als das 2-fache des Durchmessers des Zylinders. Selbstverständlich kann anstelle eines Zylinders auch eine andere Form für das Weichengehäuse gewählt werden. Das Weichengehäuse 2 weist an seiner Unterseite und an seiner Oberseite insbesondere eine konvex gebogene Form auf, die sich ebenfalls positiv auf das Strömungsverhalten des Temperaturträgerfluids auswirkt.
Von dem Erzeugerkreislauf K1 führt ein erster Vorlauf 4 zum Weichengehäuse 2 und in dessen Raum 3. Der erste Vorlauf 4 mündet am unteren Bereich der Weiche in deren Raum 3. Im Wesentlichen fluchtend darüberliegend ist ein erster Rücklauf 5
vorgesehen, der ebenfalls durch das Weichengehäuse 2 mit dessen Raum 3 in Verbindung steht. Dem ersten Vorlauf 4 im Wesentlichen gegenüberliegend ist ein zweiter Vorlauf 6 und dem ersten Rücklauf 5 im Wesentlichen gegenüberliegend ist ein zweiter Rücklauf 7 am Weichengehäuse 2 in dessen Raum 3 mündend angebunden und mit dem Verbraucherkreislauf K2 gekoppelt.
In dem Gehäuse 2 der hydraulischen Weiche 1 erstreckt sich zwischen dem ersten Vorlauf 4 und dem zweiten Vorlauf 6 ein in Strömungsrichtung der Vorlaufströmung V erstes strömungsleitendes Element 8 und zwischen erstem Rücklauf 5 und zweitem Rücklauf 7 ein sich in Strömungsrichtung der Rücklaufströmung R erstreckendes zweites strömungsleitendes Element 9. Das erste und das zweite strömungsleitende Element 8, 9 sind in Form von umfangsseitig offenen Halbrohren ausgebildet. Dabei weist die umfangsseitig offene Seite 8.1 des ersten strömungsleitenden Elementes nach unten und die umfangsseitig offene Seite 9.1 des zweiten strömungsleitenden Elementes 9 nach oben und der Öffnungswinkel α des Umfangs beträgt 180° (s. auch Figur 2). Die aufeinander zu gerichteten Bereiche der strömungsleitenden Elemente 8, 9 sind dabei geschlossen.
Das unten über den ersten Vorlauf 4 in Richtung der Vorlaufströmung V zugeführte Temperaturträgerfluid gelangt durch das Weichengehäuse 2 in das nach unten offene erste strömungsleitende Element 8 und über dieses mit gerichteter Strömung in den zweiten Vorlauf 6 des Verbraucherkreislaufes K2 und wird einem nicht dargestellten Verbraucher mittels einer oder mehrerer entsprechender Pumpen zugeführt. Von diesem Verbraucher wird das erwärmte Temperaturträgerfluid über den zweiten Rücklauf 7 des Verbraucherkreislaufes K2 durch das Weichengehäuse 2 in dessen Raum 3 eingebracht und über das nach oben offene zweite strömungsleitende Element 9 ebenfalls mit gerichteter Strömungsrichtung in Rücklaufströmung R in den ersten Rücklauf 5 des Erzeugerkreislaufes geleitet und dort der nicht dargestellten
Kältemaschine zugeführt. Auch im Erzeugerkreislauf sind ein oder mehrere nicht dargestellte Pumpe vorgesehen.
Das erste und das zweite strömungsleitende Element sind bevorzugt als
Halbrohrschikanen ausgebildet und an beiden Enden sowie in Umfangsrichtung nach einer Seite offen.
Wird das System zur Heizung eingesetzt, ist auf der Erzeugerseite beispielsweise ein Heizkessel angeordnet. In diesem Fall befinden sich der erste und zweite Vorlauf 4, 6 an der Oberseite der hydraulischen Weiche 1 und der erste und zweite Rücklauf im Bereich der Unterseite der hydraulischen Weiche. Die umfangsseitigen Öffnungen der strömungsleitenden Elemente 8, 9 weisen ebenfalls voneinander weg.
Die erfindungsgemäße Lösung ist mit einem Wärmeträgermedium in Form von Wasser oder anderen Wärme- oder Kälteträgern in Form von Flüssigkeiten betreibbar und kann zur Heizung und Kühlung kleiner und großer Systeme eingesetzt werden.
In Figur 3, 4 und 5 sind Varianten der strömungsleitenden Elemente 8, 9 mit einem Öffnungswinkel von a=20° (Figur 3), von a=180° (Figur 4) und a=270° (Figur 5) dargestellt. Bei der Figur 4 mit einem Öffnungswinkel von 180° wird somit ein halbes Rohr und bei Figur 5 mit einem Öffnungswinkel von 270° nur ein viertel der
Umfangswand eines Rohres als strömungsleitendes Element 8, 9 verwendet.
Durch die großen unfangsseitigen Öffnungen der strömungsleitenden Elemente 8, 9 werden große Volumenströme mit nur geringen Druckverlusten zwischen
Erzeugerkreislauf und Verbraucherkreislauf ausgeglichen. Es ist ein nur minimaler Strömungswiderstand beim Ansaugen bzw. Abgeben von Wärmeträgermedium für den Ausgleich des Volumenstroms zu verzeichnen, wobei gleichzeitig eine gute Trennung zwischen dem Volumenstrom des Vorlaufes und dem Volumenstrom des Rücklaufes gewährleistet ist, selbst wenn nur ein Viertelrohr in Form eines gebogenen Bleches verwendet wird. Somit werden unerwünschte zusätzliche Mischvorgänge des Temperaturträgerfluids (Wärme- bzw. Kälteträger) zwischen Vor- und Rücklauf und dem im Weichengehäuse befindlichen Temperaturträgerfluid auf ein mögliches Minimum reduziert. Die Berechnung der hydraulischen Weichen erfolgt anhand der Volumenströme und Temperaturen bevorzugt mit Mitteln der Strömungssimulation.
Bezuqszeichenliste
1 hydraulische Weiche
2 Weichengehäuse
3 Raum 3
4 erster Vorlauf
5 erster Rücklauf
6 zweiter Vorlauf
7 zweiter Rücklauf
8 erstes strömungsleitendes Element
8.1 umfangsseitig offene Seite von 8
9 zweites strömungsleitendes Element 9
9.1 umfangsseitig offene Seite von 9 A Längsachse A
K1 Erzeugerkreislauf
K2 Verbraucherkreislauf
R Rücklaufströmung
V Vorlaufströmung
α Öffnungswinkel

Claims

Patentansprüche
1 . Hydraulische Weiche für hydraulische Systeme, insbesondere Wärme- und Kälteversorgungssysteme, die ein Weichengehäuse (2) aufweist, dessen Längsachse (A) im Einbauzustand der Weiche (1 ) im Wesentlichen vertikal verläuft , wobei in das Weichengehäuse (2) wenigstens ein erster Vorlauf (4) von einem Erzeugerkreislauf (K1 ) und wenigstens ein erster Rücklaufanschluss (5) zum Erzeugerkreislauf (K1 ) führen,
sowie wenigstens einem zweiten Vorlauf (6) und einem zweiten Rücklauf (7), die von dem Weichengehäuse (2) zu einem Verbraucherkreislauf (K2) führen und wobei zwischen dem ersten Vorlaufanschluss und dem zweiten
Vorlaufanschluss ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes erstes strömungsleitendes Element (8) und zwischen dem ersten Rücklaufanschluss und dem zweiten Rücklaufanschluss ein sich in Strömungsrichtung
erstreckendes zweites strömungsleitendes Element (9) angeordnet ist und diese strömungsleitenden Elemente (8, 9) jeweils in Form eines umfangsseitig offenen Rohres mit einem den Ausgleich eines Volumenstromes
gewährleistenden Öffnungswinkel (a) ausgebildet sind.
2. Hydraulische Weiche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (a) zwischen 5° und 270° ausgebildet ist.
3. Hydraulische Weiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsleitenden Elemente (8, 9) mit ihren offenen Seiten (8.1 , 9.1 ) voneinander weggerichtet sind und mit ihren geschlossenen Seiten aufeinander zu weisen.
4. Hydraulische Weiche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das strömungsleitende Element (8, 9), welches in Richtung zur Unterseite des Weichengehäuses (2) angeordnet ist, eine durch den Öffnungswinkel (a) gebildete nach unten gerichtete Öffnung aufweist und dass das strömungsleitende Element, welches darüber in Richtung zur Oberseite des Weichengehäuses (2) angeordnet ist, eine durch den
Öffnungswinkel (a) gebildete nach oben gerichtete Öffnung aufweist.
Hydraulische Weiche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das strömungsleitende Element (8, 9) in Form eines im Wesentlichen halben (im Querschnitt halbkreisförmigen) Rohres in der Art eines Halbrohres ausgebildet ist.
Hydraulische Weiche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Radius der beiden rohrformigen strömungsleitenden Elemente (8, 9) im Wesentlichen dem Radius des ersten und zweiten Vorlaufes (4, 6) und dem Radius des ersten und zweiten Rücklaufess (5, 7) entspricht.
PCT/DE2011/075293 2010-12-10 2011-12-01 Hydraulische weiche WO2012076009A2 (de)

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