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Die
Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für einen Gasbrenner
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 296 17 621
U1 ist eine Mischvorrichtung für einen Gasbrenner
mit einem Gehäuse und einer im Gehäuse positionierten
Venturi-Einrichtung bekannt. Das Gehäuse der dort offenbarten Mischvorrichtung
verfügt über einen Verbrennungslufteinlass, einen
Gaseinlass und einen Auslass für die Mischung aus Gas und
Verbrennungsluft. Die im Gehäuse positionierte Venturi-Einrichtung
ist als Venturi-Düse ausgeführt und dient dem
Mischen der Verbrennungsluft und des Gases.
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Aus
der
DE 197 43 464
C1 ist eine als Venturi-Düse ausgebildete Venturi-Einrichtung
für eine Mischvorrichtung eines Gasbrenners bekannt, die
in einem Gehäuse einer Mischvorrichtung positioniert wird
und die von einem Einlasstrichter und einem Auslasstrichter gebildet
ist, wobei die Venturi-Einrichtung, nämlich der Einlasstrichter
und der Auslasstrichter derselben, unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts,
eines Mischabschnitts und eines Diffusorabschnitts derart konturiert
ist, dass ausgehend vom Verbrennungslufteinlass dem Mischabschnitt über
den sich in Richtung auf den Mischabschnitt verengenden Kontraktionsabschnitt
die Verbrennungsluft zuführbar ist, und dass ausgehend
vom Mischabschnitt über den sich erweiternden Diffusorabschnitt dem
Auslass die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft zuführbar
ist. Im Mischabschnitt überdeckt ein eingangsseitiger Abschnitt
des Auslasstrichters einen ausgangsseitigen Abschnitt des Einlasstrichters
unter Ausbildung eines einzigen Ringspalts bzw. einer einzigen ringspaltartigen
Düse, über welchen bzw. über welche der
Verbrennungsluft das Gas zugemischt werden kann.
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Zur
weiteren Verdeutlichung der aus dem Stand der Technik bekannten
Mischvorrichtungen eines Gasbrenners sei auf 1 verwiesen,
die einen Querschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten
Mischvorrichtung 10' zeigt. Die Mischvorrichtung 10' gemäß 1 umfasst
ein Gehäuse 11', innerhalb dessen eine Venturi-Einrichtung 12' positioniert
ist. Das Gehäuse 11' der Mischvorrichtung 10' verfügt über
einen Verbrennungslufteinlass 13', einen Gaseinlass 14' sowie
einen Auslass 15' für die Mischung aus Gas und
Verbrennungsluft. Die im Gehäuse 11' positionierte
Venturi-Einrichtung 12' verfügt ebenfalls über
den Verbrennungslufteinlass 13' sowie den Auslass 15' für
das Gemisch aus Gas und Verbrennungsluft, wobei das Gas, welches
in das Gehäuse 11' über den Gaseinlass 14' eintritt,
die Venturi-Einrichtung 12' radial außen umströmt
und über einen Ringsspalt 16', der zwischen einem
Einlasstrichter 17' und einem Auslasstrichter 18' der Venturi-Einrichtung 12' ausgebildet
ist, der Verbrennungsluft zugemischt bzw. beigemischt werden kann. Die
aus dem Einlasstrichter 17' und dem Auslasstrichter 18' zusammengesetzte
Venturi-Einrichtung 12' ist unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts 19',
eines Mischabschnitts 20' und eines Diffusorabschnitts 21' derart
konturiert, dass ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 13' des
Gehäuses 10' bzw. der Venturi-Einrichtung 12' dem
Mischabschnitt 20' über den sich in Richtung auf
den Mischabschnitt 20' verengenden Kontraktionsabschnitt 19' die
Verbrennungsluft zuführbar ist. Ausgehend vom Mischabschnitt 20' ist über
den sich in Richtung auf den Auslass 15 erweiternden Diffusorabschnitt 21' die
Mischung aus Gas und Verbrennungsluft dem Auslass 15' zuführbar.
Der Ringspalt 16' befindet sich im Mischabschnitts 20'.
Der Ringspalt 16' verfügt über einen
Querschnitt, der sich aus einer Durchmesserdifferenz Δd
zwischen dem Außendurchmesser eines ausgangsseitigen Endes
des Einlasstrichters 17' und dem Innendurchmesser eines
eingangsseitigen Endes des Auslasstrichters 18' im Mischbereich 20' ergibt.
Der Außendurchmesser des Ringspalts 16' entspricht
demnach dem Innendurchmesser des eingangsseitigen Endes des Auslasstrichters 18' und damit
dem Durchmesser des Mischbereichs 20'.
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Typischerweise
ist dem Auslass 15' oder dem Verbrennungslufteinlass 13' einer
solchen Mischvorrichtung eines Gasbrenners ein Lüfter zugeordnet,
wobei eine Drehzahl des Lüfters die Menge bzw. den Volumenstrom
der dem Gasbrenner zugeführten Mischung aus Gas und Verbrennungsluft
bestimmt. Das Verhältnis aus Gas und Verbrennungsluft im
Verbrennungsluft/Gas-Gemisch ist konstant und wird in erster Linie
durch ein Querschnittsverhältnis aus dem Querschnitt des
Einlasstrichters 17' im Mischabschnitt 20' der
Venturi-Einrichtung 12' und dem Querschnitt des zwischen
dem Einlasstrichter 17' und dem Auslasstrichter 18' der
Venturi-Einrichtung 12' ausgebildeten Ringspalts 16' bestimmt.
Unabhängig von der Drehzahl des Lüfters soll das
Verhältnis von Gas und Verbrennungsluft im Verbrennungsluft/Gas-Gemisch
konstant sein, wobei sich mit zunehmend verringernder Drehzahl des
Lüfters auf Grund regelungstechnischer Ungenauigkeiten
unerwünschte Abweichungen im Verhältnis aus Gas
und Verbrennungsluft ausbilden. Bei bekannten Mischvorrichtungen
kann die Drehzahl eines mit der Mischvorrichtung zusammenwirkenden
Lüfters nur in gewissem Umfang unter Beibehaltung des gewünschten
Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft reduziert werden.
Dies resultiert letztendlich in einem realisierbaren Modulationsbereich
zwischen 1 und 5, in welchem eine hohe Modulationsqualität,
nämlich ein gewünschtes Verhältnis aus
Gas und Verbrennungsluft im Verbrennungsluft/Gas-Gemisch, bereitgestellt
werden kann. Eine Modulation von 1 entspricht einer Volllastdrehzahl
des Lüfters und eine Modulation von 5 entspricht 20% der
Volllastdrehzahl des Lüfters. Mit aus dem Stand der Technik
bekannten Mischeinrichtungen kann demnach die Drehzahl des mit der
Mischvorrichtung zusammenwirkenden Lüfters unter Beibehaltung
des gewünschten Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft
nur auf 20% der Volllastdrehzahl des Lüfters reduziert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Mischvorrichtung
für einen Gasbrenner zu schaffen, die bei geringem Bauraumbedarf
unter Gewährleistung einer hohen Modulationsqualität einen
breiten Modulationsbereich ermöglicht. Diese Aufgabe wird
durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
der Mischabschnitt der Venturi-Einrichtung mehrere Düsenabschnitte auf,
die Teilmischabschnitte ausbilden, über die der Verbrennungsluft
das Gas zumischbar ist, wobei jeder der mehreren Teilmischabschnitte
jeweils einen kleineren Durchmesser bzw. Querschnitt aufweist als der
aus denselben zusammengesetzte Mischabschnitt der Venturi-Einrichtung.
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Mit
der hier vorliegenden Erfindung wird eine Mischvorrichtung für
einen Gasbrenner vorgeschlagen, wobei der Mischabschnitt der Venturi-Einrichtung
nicht, wie im Stand der Technik üblich, ausschließlich
eine einzige ringspaltartige Düse zur Zumischung des Gases
zur Verbrennungsluft aufweist, sondern mehrere vorzugsweise ringspaltartige
Düsenabschnitte, über die der Verbrennungsluft
das Gas zugemischt werden kann. Jeder einzelne, von den einzelnen,
mehreren Düsenabschnitten definierte Teilmischabschnitt
der Venturi-Einrichtung verfügt über einen kleineren
Durchmesser bzw. Querschnitt als der aus denselben zusammengesetzte
Mischabschnitt der Venturi-Einrichtung und damit als Ringspalte
von aus dem Stand der Technik bekannten Mischvorrichtungen. In der
Summe entspricht jedoch der Querschnitt der mehreren Düsenabschnitte
dem Querschnitt eines Ringspalts von aus dem Stand der Technik bekannten
Mischvorrichtungen.
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Hierdurch
ist es letztendlich möglich, einen größeren
Modulationsbereich zwischen 1 und 10 bei guter Modulationsqualität
zu gewährleisten. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Mischvorrichtung kann demnach die Drehzahl eines mit der Mischvorrichtung
zusammenwirkenden Lüfters unter Beibehaltung des gewünschten
Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft auf bis zu 10%
der Volllastdrehzahl des Lüfters reduziert werden. Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann demnach
die Drehzahl eines mit derselben zusammenwirkenden Lüfters
stärker reduziert werden als bei aus dem Stand der Technik
bekannten Mischvorrichtungen, und zwar unter Aufrechterhaltung eines
gewünschten Verhältnisses von Gas und Verbrennungsluft.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand
der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt:
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1:
einen Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte
Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und Verbrennungsluft für
einen Gasbrenner;
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2:
eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und Verbrennungsluft für
einen Gasbrenner;
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3:
eine perspektivische Darstellung einer Venturi-Einrichtung der Mischvorrichtung
gemäß 2;
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4:
einen Querschnitt durch die Mischvorrichtung gemäß 2;
und
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5:
das Detail V der 4 in vergrößerter Darstellung.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 10 eines
Gasbrenners, wobei die Mischvorrichtung 10 ein Gehäuse 11 umfasst,
innerhalb dessen die in 3 in Alleindarstellung gezeigte Venturi-Einrichtung 12 positioniert
ist. Das Gehäuse 11 der Mischvorrichtung 10 verfügt über
einen Verbrennungslufteinlass 13, einen Gaseinlass 14 sowie einen
Auslass 15 für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft.
Die im Gehäuse 11 positionierte Venturi-Einrichtung 12 verfügt
ebenfalls über den Verbrennungslufteinlass 13 sowie
den Auslass 15 für das Gemisch aus Gas und Verbrennungsluft,
wobei das Gas, welches in das Gehäuse 11 über
den Gaseinlass 14 eintritt, die in 2 sichtbare
Venturi-Einrichtung 12 radial außen umströmt
und über mehrere Spalte 16, die zwischen einem
Einlasstrichter 17 und einem Auslasstrichter 18 der
Venturi-Einrichtung 12 ausgebildet sind, der Verbrennungsluft
zugemischt bzw. beigemischt werden kann. Die aus dem Einlasstrichter 17 und
dem Auslasstrichter 18 zusammengesetzte Venturi-Einrichtung 12 ist
unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts 19, eines
Mischabschnitts 20 und eines Diffusorabschnitts 21 konturiert.
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Ausgehend
vom Verbrennungslufteinlass 13 des Gehäuses 10 bzw.
der Venturi-Einrichtung 12 ist dem Mischabschnitt 20 über
den sich in Richtung auf den Mischabschnitt 20 verengenden
Kontraktionsabschnitt 19 die Verbrennungsluft zuführbar.
Ausgehend vom Mischabschnitt 20 ist über den sich
in Richtung auf den Auslass 15 erweiternden Diffusorabschnitt 21 die
Mischung aus Gas und Verbrennungsluft dem Auslass 15 zuführbar.
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Bei
der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 10 bildet
der Mischabschnitt 20, in dem die Spalte 16 zwischen
dem Einlasstrichter 17 und dem Auslasstrichter 18 der
Venturi-Einrichtung 12 ausgebildet sind, mehrere insbesondere
ringspaltartige Düsenabschnitte 22 und damit mehrere
Teilmischabschnitte 23 aus. Über diese ringspaltartigen
Düsenabschnitte 22 bzw. Teilmischabschnitte 23 ist
das Gas der Verbrennungsluft, die über den Einlasstrichter 17 dem Mischabschnitt 20 zugeführt
wird, im Mischabschnitt 20 zumischbar.
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Jeder
der mehreren ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 definiert
einen Teilmischabschnitt 23, der einen Durchmesser d23 aufweist, der kleiner als der Durchmesser
d20 des Mischbereichs 20 der Venturi-Einrichtung 12 und
damit kleiner als der Durchmesser eines ausgangsseitigen Endes des
Einlasstrichters 17 bzw. eines eingangsseitigen Endes des Auslasstrichters 18 im
Mischbereich 20 ist.
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Die
mehreren ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 des
Mischabschnitts 20 der Venturi-Einrichtung 12,
welche die Teilmischabschnitte 23 des Mischabschnitts 20 bilden,
sind insbesondere jeweils parallel zueinander ausgerichtet. Dieselben
können aber auch mit einem Winkel zueinander und damit nicht
parallel ausgerichtet sein. Die von den ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 definierten
Teilmischabschnitte 23 verfügen insbesondere über
gleiche Durchmesser d23 und damit gleiche
Querschnitte. Die Durchmesser d23 und damit
Querschnitte der von den ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 definierten
Teilmischabschnitte 23 können aber auch voneinander abweichen.
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Jedem
der Teilmischabschnitte 23 des Mischabschnitts 20,
die von den ringspaltartigen Düsenabschnitten 22 definiert
werden, ist unter Ausbildung einer Vielzahl von Teilventuri-Einrichtungen
jeweils ein Teilkontraktionsabschnitt 24 des Kontraktionsabschnitts 19 vorgelagert
und jeweils ein Teildiffusorabschnitt 25 des Diffusorabschnitts 21 nachgelagert.
Die Teilkontraktionsabschnitte 24 der Teilventuri-Einrichtungen
verjüngen bzw. verengen sich in Richtung die jeweiligen
Teilmischabschnitte 23. Die Teildiffusorabschnitte 25 des
Diffusorabschnitts 21 erweitern sich in Richtung auf den
Auslass 15.
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Jeder
Teilkontraktionsabschnitt 24 des Kontraktionsabschnitts 19 verfügt über
einen kleineren Durchmesser als der aus denselben zusammengesetzte
Kontraktionsabschnitt 19, insbesondere als ein ausgangsseitiges
Ende des Einlasstrichters 17 im Mischabschnitt 20.
Jeder Teildiffusorabschnitt 25 des Diffusorabschnitts 21 verfügt über
einen kleineren Durchmesser als der aus denselben zusammengesetzte
Diffusorabschnitt 21, insbesondere als ein eingangsseitiges
Ende des Auslasstrichters 18 im Mischabschnitt 20.
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Die
so ausgebildeten Teilventuri-Einrichtung verfügen insbesondere
nicht nur über ringspaltartige Düsenabschnitte 22 mit
gleichen Durchmesser und damit gleichen Querschnitten, sondern vielmehr
insbesondere auch über gleichkonturierte Teilkontraktionsabschnitte 24 und
Teildiffusorabschnitte 25. Die Teilkontraktionsabschnitte 24 und
Teildiffusorabschnitte 25 der einzelnen Teilventuri-Einrichtungen können
aber auch unterschiedlich konturiert sein.
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Die
Teilkontraktionsabschnitte 24 des Kontraktionsabschnitts 19 weisen
jeweils einen Kontraktionswinkel α zwischen 5° und
50°, insbesondere einen Kontraktionswinkel α zwischen
10° und 30°, auf. Der Kontraktionswinkel α der
Teilkontraktionsabschnitte 24 des Kontraktionsabschnitts 17 ist
in 5 eingezeichnet und bestimmt das Maß,
mit dem sich die Teilkontraktionsabschnitte 24 in Strömungsrichtung
der Verbrennungsluft gesehen in Richtung auf die Teilmischabschnitte 23 verjüngen
bzw. verengen.
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Die
Teildiffusorabschnitte 25 des Diffusorabschnitts 18 sind
jeweils durch einen Diffusorwinkel β von maximal 10°,
insbesondere von maximal 5° gekennzeichnet. Der Diffusorwinkel β bestimmt
das Maß, mit welchem sich die Teildiffusorabschnitte 25 in
Strömungsrichtung des Gas/Verbrennungsluft-Gemischs gesehen
ausgehend von den Teilmischabschnitten 23 in Richtung auf
den Auslass 15 der Venturi-Einrichtung 12 und
damit des Gehäuses 11 der Mischeinrichtung 10 erweitern.
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Neben
diesen Kontraktionswinkeln α sowie Diffusorwinkeln β der
Teilventuri-Einrichtungen ist die erfindungsgemäße
Mischvorrichtung 10 weiterhin durch ein definiertes Querschnittsverhältnis
aus einem Endquerschnitt des Diffusorabschnitts 21 und dem
Gesamtquerschnitt aller ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 des
Mischabschnitts 20 gekennzeichnet. Dieses Querschnittsverhältnis
beträgt mindestens 4, vorzugsweise mindestens 5.
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Der
Endquerschnitt des Diffusorabschnitts 21 wird durch einen
endseitigen bzw. ausgangsseitigen Durchmesser d18 des
Auslasstrichters 18 (siehe 4) bestimmt.
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Der
Gesamtquerschnitt aller ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 des
Mischabschnitts 20 bestimmt sich aus den Durchmesserdifferenzen
zwischen den Durchmessern der ausgangseitigen Teilkontraktionsabschnitte 24 und
der eingangsseitigen Teildiffusorabschnitte 25 in den Teilmischabschnitten 23 des
Mischabschnitts 20.
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Die
Venturi-Einrichtung 12 der erfindungsgemäßen
Mischvorrichtung 10 umfasst demnach eine Vielzahl von Teilventuri-Einrichtungen,
die jeweils einen Teilmischabschnitt 23, einen Teilkontraktionsabschnitt 24 und
einen Teildiffusorabschnitt 25 umfassen. Die Teilmischabschnitte 23 der
Teilventuri-Einrichtungen werden jeweils durch einen ringspaltartigen
Düsenabschnitt 22 mit einem relativ kleinen Durchmesser
und damit Querschnitt definiert.
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Für
die vor den Teilmischabschnitten 23 positionierten Teilkontraktionsabschnitte 24 und
die nach den Teilmischabschnitten 23 positionierten Teildiffusorabschnitte 25 werden
relativ flache Kontraktionswinkel α und die Diffusorwinkel β gewählt
werden.
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Darüber
hinaus wird ein relativ großes Verhältnis aus
dem Endquerschnitt des Diffusorabschnitts 21 und dem Gesamtquerschnitt
aller ringspaltartigen Düsenabschnitte 22 des
Mischabschnitts 20 gewählt.
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Hierdurch
ist es möglich, unter Gewährleistung einer geringen
Baulänge und damit kompakten Bauform für die Mischeinrichtung 10 einen
großen Modulationsbereich eines mit der Mischeinrichtung 10 zusammenwirkenden
Lüfters bei gleichzeitiger Gewährleistung einer
hohen Modulationsqualität bereitzustellen.
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Der
mit der Mischeinrichtung zusammenwirkende Lüfter ist vorzugsweise
dem Auslass 15 der Mischeinrichtung 10 zugeordnet.
Der Lüfter kann jedoch auch dem Lufteinlass 13 der
Mischeinrichtung 10 zugeordnet sein. Am Gaseinlass 14 greift
ein Gasregelventil an. Die Einheit aus Gasregelventil, Mischeinrichtung
und Lüfter stellt ein Gasregelgerät für
einen Gasbrenner bereit.
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Obwohl
ringspaltartig konturierte Düsenabschnitte 22 bevorzugt
sind, können auch anders konturierte Düsenabschnitte 22,
z. B. ellipsoidspaltartig konturierte Düsenabschnitte 22,
zum Einsatz kommen.
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- 10,
10'
- Mischvorrichtung
- 11,
11'
- Gehäuse
- 12,
12'
- Venturi-Einrichtung
- 13,
13'
- Verbrennungslufteinlass
- 14,
14'
- Gaseinlass
- 15,
15'
- Auslass
- 16,
16'
- Spalt
- 17,
17'
- Einlasstrichter
- 18,
18'
- Auslasstrichter
- 19,
19'
- Kontraktionsabschnitt
- 20,
20'
- Mischabschnitt
- 21,
21'
- Diffusorabschnitt
- 22
- Düsenabschnitt
- 23
- Teilmischabschnitt
- 24
- Teilkontraktionsabschnitt
- 25
- Teildiffusorabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29617621
U1 [0002]
- - DE 19743464 C1 [0003]