CN105509058B - 高调制范围的混合器以及包括它的预混系统 - Google Patents

Abstract

一种包括外体(1)和与所述外体(1)连接的内体(2)的预混系统的混合器，其特征在于所述内体(2)包括位于所述内体(2)的圆周中的气体注入孔(22)，通过所述气体注入孔，气体(G)进入所述内体(2)的内部，且所述混合器还包括与所述内体(2)连接的电机总成(3)，其中，所述电机总成(3)具有用于同时调节气体(G)和空气(A)路径的控制手段。

Description

高调制范围的混合器以及包括它的预混系统

技术领域

本发明涉及一种用于加热器具，特别是壁挂式锅炉的预混系统。

本发明尤其涉及一种空气-气体混合器设计，其将允许1：1的气动系统以较小的变化实现1：10或更大的调制范围。该系统使用不具有电调制的气动气阀以及具有经小步骤而实现的渐进调制。这些步骤是通过同时控制气体和空气路径的电机总成所提供的。

背景技术

壁挂式锅炉的市场不断地需要从竞争进行特性的差异化。现今，主要的发展趋势与降低器具的最小热输入有关。为了实现该目的，需要高的调制范围。

标准的组合锅炉通常具有使用标准1：1的预混技术的1：5阶次的调制范围以及被连接至使用混合器的风扇的气动气阀。该1：1的调制系统非常稳定和可靠，但其却仅限于1：5的调制范围。使用定制设计的混合器，如文丘里管，可实现高达1：6的调制范围。

在欧洲专利申请EP1356234中，一种用于向燃烧器供给强制通风的空气-气体混合器装置包括通过第一导管和第二导管供给的空气-气体室。第一导管具有沿空气和气体混合物的流动方向减小的横截面且与第二导管共轴。该装置还包括管状体且第一导管被布置在管状体的内部。第二导管是通过管状体和第一导管限定的。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合器设计，其将允许1：1的气动系统以较小的变化实现1：10或更大的调制范围。该系统具有经电机总成所提供的小步骤而实现的渐进调制。电机总成同时控制气体和空气路径。

本文的主要构思为通过逐步打开/闭合空气通路以及额外的气体注入孔而保持空气/气体的混合物成比例。

本说明书中建议的实施例提供了具有最小热输入的更高的调制范围，其允许在水加热器具中实现长寿命组件、更高的效率以及性能。

本发明涉及一种包括外体和与外体连接的内体的预混系统的混合器，其特征在于内体包括位于内体的圆周中的气体注入孔，通过该气体注入孔，气体进入内体的内部，且混合器还包括与内体连接的电机总成，其中电机总成具有用于同时调节气体和空气路径的控制手段。

在本发明的一个实施例中，内体具有文丘里管形状且气体注入孔位于文丘里喉部内。

在进一步的实施例中，电机总成包括位于内体的轴线中的电机轴，以及被安装在轴的在内体外的一端上的电机。优选地，电机总成包括步进电机。

电机总成还包括以中空盘的形式被安装在轴上以面对气体注入孔并与内体组成同心形式的气体限流器。

电机总成还包括被安装在电机和气体限流器之间的空气板限流器。且优选地，空气板限流器被安装在轴上，从而位于内体的空气入口中或与气体限流器相集成。

在本发明的替代实施例中，空气板限流器包括至少两个扇形板，其中的一个为固定板且另一个为移动板。

所提及的移动板可绕着轴旋转且具有止动器，该止动器用于限制旋转直到止动器击中下一个板的止动器为止。

在本发明的进一步的实施例中，气体限流器包括：限流器表面，其覆盖气体限流器的中空盘形状的横向侧的一部分以闭合气体注入孔；敞开区域，其覆盖气体限流器的中空盘形状的横向侧的剩余部分以允许空气流入；以及连接杆，其用于将气体限流器附接至电机轴。

在本发明的另一个实施例中，内体包括以角α等距间隔开的永久敞开的气体注入孔以及以角β等距间隔开的暂时敞开的气体注入孔。优选地，β的值大于α的值。

本发明还涉及一种用于加热器具的加热系统，其包括前述实施例所述的混合器。

本发明涉及一种用于在上面所限定的混合器中调节空气和气体比例的方法，该方法包括下列步骤：

在关闭或最小工作模式中，空气入口部分地用空气板限流器进行闭合且暂时敞开的气体注入孔使用气体限流器的限流器表面进行闭合。

在需要更多动力的情况下，电机旋转以通过逐个地打开移动板而打开空气入口，且气体入口通过以如下方式打开暂时敞开的气体注入孔而打开：对于每个被打开的注入孔而言，移动板也是打开的。

在该方法的替代实施例中，电机总成的每50°的旋转打开一个气体注入孔以使气体进入，且同时打开相应的移动板以使空气进入。

在本发明的进一步的实施例中，移动板的数量与暂时敞开的气体注入孔的数量相同。

附图说明

通过下面所给出的附图和参照附图所进行的详细描述将更明晰地理解本发明的结构和特征的特性。因此，应考虑所述附图和详细描述进行评估。

图1为混合器的侧截面图。

图2为空气板限流器和气体限流器的立体图。

图3为气体限流器的立体图。

图4为完整的混合器的侧截面图。

图5为具有气孔位的混合器的横截面视图。

图6为空气板限流器的设计。

图7为示出本发明的可能的调制的图表1。

具体实施方式

本发明涉及一种用于调制被传送至由组装的外体1和内体2所构成的加热器具的空气/气体混合物M的混合器(图1)。两本体1，2均为具有同轴的中空圆筒形。在这两个组件之间具有内体密封部4。

根据图1，混合器具有由外体1和内体2所限定的气体室5。内体2包括：在该体2的一个开口中用于引入空气A的空气入口21；在该体2的横向区域中用于将气体室5连接至内体2内部的气体注入孔22；以及在该体2的另一个开口中用于将空气A气体G混合物M从该体2转移至风扇叶轮的混合物出口23。

在本发明的优选实施例中，内体2具有文丘里管形状且气体注入孔22位于文丘里管内体2的喉部24中。空气A通过空气入口21进入，气体G则通过气体注入孔22注入，且它们形成通过混合物出口23进入风扇叶轮的空气/气体混合物M。在文丘里喉部24中，气体G在直径为d4的N个孔中被注入。空气入口直径d1、喉部直径d2)和注入孔直径d4的尺寸是根据所需的最小和最大热输入而决定的。混合物出口直径d3取决于风扇壳入口的尺寸。

如在图4中所示，在内体2的空气入口21中，组装有同时控制气体G和空气A路径的电机总成3。电机总成3包括具有电机轴33的电机34在图2中以箭头表示。轴33从电机34延伸至文丘里喉部24中。在轴33的一侧，安装有盘形空气板限流器31。安装该限流器31，从而使其能部分地与后面更详细解释的轴33一起旋转。此外，采用圆筒形式的气体限流器32位于在电机34和空气板限流器31之间的轴33上。

优选地，空气板限流器31位于内体2的空气入口21上见图4。然而，也可将空气板限流器31安装在轴33上，从而使其与气体限流器32相集成。换句话说，空气板限流器31和气体限流器32可具有相同的直径并在内体2的相同区段中像一体一样地一起旋转。

该电机34可以是任何类型，但优选为步进电机，这是因为步进电机能按离散的步骤旋转至特定的角度，且需要精确的旋转以控制用于这个实施例的空气A和气体G的量。

在图4中，气体限流器32的位置是从横向侧示出的。气体限流器32位于轴33的一端上，从而使气体限流器32面对气体注入孔22且与内体2构成同心形式。

在图3中也示出了气体限流器32的详细示图。限流器32具有限流器表面32.1，该限流器表面32.1覆盖气体限流器32的中空盘形状的横向侧的一部分，从而在气体限流器32旋转的同时可闭合内体2的气体注入孔22。气体限流器32的中空盘形状的横向侧的剩余部分被设计为敞开区域32.2以打开气体注入孔22。气体限流器32还包括连接杆32.3，其用于连接图2中所示的电机轴33。

图2和图6中给出了空气板限流器31的细节。空气板限流器31包括两个类型的扇形板：固定板31.2和所需数量的移动板31.1。移动板31.1可绕着轴33旋转，且移动板31.1中的每一个均具有被置于板31.1的一个边缘上的止动器31.3。

混合器的样本实施例：

混合器的内体2被设计有六个孔22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6以用于气体G注入。孔22.1、22.2、22.3、22.4、22.5、22.6在内体2的整个圆周上的分布在图5中进行了描述。永久敞开的气体注入孔22.1、22.2、22.3以α等距间隔开且剩余的暂时敞开的孔22.4、22.5、22.6则以β等距间隔开。在本发明的优选实施例中，β的值大于α的值。

对于该配置而言，图6示出空气板限流器31的优选配置的前视图。其具有三个移动板31.1和一个固定板31.2。每个移动板31.1具有止动器31.3，从而使其能旋转直到止动器31.3碰到下一板31.1的止动器31.3为止。在每个移动板31.1中，止动器31.3将位于与前一个止动器31.3相比距离电机轴33或空气板限流器31的中心更远的位置上，从而使止动器31.3不会在器具的最大工作模式中相重合。

在这个实施例中，电机总成3的每50°的旋转将打开一个气体注入孔22以及相应的使空气A进入的区域，如在图5中所示。在这个实例上，这个角度是根据移动板31.1的数量进行调整的，这意味着每个移动板31.1的旋转对应于电机总成3的50°的旋转。该配置使我们能够计算β的值，其为150°。该角度还与对应于限流器表面32.1的圆周的角度相同。随着沿顺时针方向逐步地旋转电机34，气体注入孔22.4、22.5、22.6则被分别打开。

工作原理：

当器具关闭或在最小模式中工作时，空气入口21部分地用空气板限流器31进行闭合，且暂时敞开的气体注入孔22.4、22.5、22.6也使用所述气体限流器32的限流器表面32.1进行闭合。通过致动电机34，逐步地打开了暂时敞开的气体注入孔22.4、22.5、22.6，从而可通过相同的总成3同时调制气体G和空气A路径。

当需要更多的动力时，步骤电机34旋转以一个个地打开空气入口21和所有的气体注入孔22。对于打开的每个气体注入孔22.4、22.5、22.6而言，移动板31.1也是打开的。通过这种方式，在混合物M中的气体/空气比例被保持恒定。

气体流的计算：

通过注入孔22.1、22.2、22.3的气体G流通常如下：

其中，A为每个孔22.1、22.2、22.3的面积，p为气体室中的压力，d为气体的相对密度且C_D为排放系数。

通过打开剩余的3个注入孔22.4、22.5、22.6，新的气体Q流将加倍：

对于空气A流，将会发生相同的情况。通过旋转打开板31.1、31.2、31.3，压降减小且对于相同的风扇速度而言，空气A流增加。

使用上述配置，可通过3个小步骤每个移动板31.1为一个步骤实现1：10的调制。

图表1：

选择具有图7中上述配置的每个调制频带具有1kW的重叠部分。

过渡步骤不需要如在现有应用中一样的从最大到最小的调制。可增加注入孔22和板31.1的数量，从而减少在每个过渡中的步长。

调制范围可通过一起改变注入孔22的位置以及文丘里管2的大小和板31.1的尺寸而增加。注入孔22.1、22.2、22.3的直径不一定要等于剩余的3个注入孔22.4、22.5、22.6的直径。具有更多移动板31.1的更多的注入孔22提供了更加小的步骤。

替代实施例：

·相同的原理可用轴向位移代替旋转而进行应用。在这个实施例中，将有两个盘形的板：板I位于注入孔22上且板II被安装在内体2的空气入口21上。板I应具有新的设计且气体注入孔22的位置应该不同。板II可在电机轴33上从空气入口21沿轴向移至板I的方向。通过该板II的前后移动，系统的空气入口21可根据所需的动力而变成受限制的或延伸的。

·相同的原理可用在标准的混合器(非文丘里管形状)中。尽管由于文丘里管的自然的形状可更容易地将这个概念应用至文丘里管，但如果提供了正确的修改则还可以用标准的混合器应用这个概念。

·可用两种空气和气体入口应用相同的原理：一个是固定的用于空气和气体的，且第二个具有用于空气的可变面积以及可变数量的注入孔(仍使用一个电机)。这将大大地提高调制范围。

附图标记列表

1 外体

2 内体

21 空气入口

22 气体注入孔

22.1 气体注入孔

22.2 气体注入孔

22.3 气体注入孔

22.4 气体注入孔

22.5 气体注入孔

22.6 气体注入孔

23 混合物出口

24 喉部

3 电机总成

31 空气板限流器

31.1 移动板

31.2 固定板

31.3 止动器

32 气体限流器

32.1 限流器表面

32.2 敞开区域

32.3 连接杆

33 电机轴

34 电机

4 内体密封部

5 气体室

A 空气

G 气体

M 混合物

d1 空气入口直径

d2 喉部直径

d3 混合物出口直径

d4 注入孔直径

Claims (14)

1.一种预混系统的混合器，包括外体(1)和与所述外体(1)连接的内体(2)，其特征在于，

所述内体(2)包括位于所述内体(2)的圆周中的气体注入孔(22)，通过所述气体注入孔(22)，气体(G)进入所述内体(2)的内部，且

所述混合器还包括与所述内体(2)连接的电机总成(3)，其中，所述电机总成(3)具有用于同时调节气体(G)和空气(A)路径的控制手段，

所述电机总成(3)包括：

-位于所述内体(2)的轴线上的电机轴(33)，以及

-被安装在所述电机轴(33)的在所述内体(2)外的一端上的电机(34)；

并且，所述控制手段包括安装在所述电机轴(33)上以面对所述气体注入孔(22)的气体限流器(32)、和安装在所述电机(34)和所述气体限流器(32)之间的空气板限流器(31)。

2.根据权利要求1所述的混合器，其中，所述内体(2)具有文丘里管形状，且所述气体注入孔(22)位于文丘里喉部(24)内。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的混合器，其中，所述电机总成(3)包括步进电机。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的混合器，其中，所述气体限流器(32)呈中空盘的形式并被安装成与所述内体(2)组成同心形式。

5.根据权利要求1或2所述的混合器，其中，所述空气板限流器(31)被安装在所述电机轴(33)上，从而位于空气入口(21)中或与所述气体限流器(32)相集成。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的混合器，其中，所述空气板限流器(31)包括至少两个扇形板，其中的一个扇形板为固定板(31.2)且另一个扇形板为移动板(31.1)。

7.根据权利要求6所述的混合器，其中，所述移动板(31.1)能够绕着所述电机轴(33)旋转且具有止动器(31.3)，所述止动器(31.3)用于限制旋转直到所述止动器(31.3)碰到下一个板的止动器为止。

8.根据权利要求1至2、7中任一项所述的混合器，其中，所述气体限流器(32)包括：

限流器表面(32.1)，其覆盖所述气体限流器(32)的中空盘形状的横向侧的一部分以闭合所述气体注入孔(22)，

敞开区域(32.2)，其覆盖所述气体限流器(32)的中空盘形状的横向侧的剩余部分以允许所述空气(A)流入，以及

连接杆(32.3)，其用于将所述气体限流器(32)附接至所述电机轴(33)。

9.根据权利要求1至2、7中任一项所述的混合器，其中，所述内体(2)包括以角α等距间隔开的永久敞开的气体注入孔(22.1、22.2、22.3)以及以角β等距间隔开的暂时敞开的气体注入孔(22.4、22.5、22.6)。

10.根据权利要求9所述的混合器，其中，β的值大于α的值。

11.一种用于加热器具的加热系统，其包括根据权利要求1至10中任一所述的混合器。

12.一种用于在根据权利要求1至10中任一所述的混合器中调节混合物(M)的空气(A)和气体(G)比例的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

在关闭或最小工作模式中，空气入口(21)部分地用空气板限流器(31)进行闭合，且暂时敞开的气体注入孔(22.4、22.5、22.6)使用气体限流器(32)的限流器表面(32.1)进行闭合，

在需要更多动力的情况下，电机(34)旋转以通过逐个地打开空气板限流器(31)的移动板(31.1)而打开空气入口(21)，且通过打开暂时敞开的气体注入孔(22.4、22.5、22.6)而打开气体(G)的入口，以使得对于打开每个气体注入孔(22.4、22.5、22.6)而言，相应的一个移动板(31.1)也被打开。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电机总成(3)的每50°的旋转打开一个气体注入孔(22)以使气体(G)进入，且同时打开相应的移动板(31.1)以使空气(A)进入。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述移动板(31.1)的数量与暂时敞开的气体注入孔(22.4、22.5、22.6)的数量相同。