DE3018752A1 - DEVICE FOR CONTROLLING THE COMBUSTION AIR AMOUNT IN GAS CONSUMPTION DEVICES WITH INJECTOR BURNERS - Google Patents
DEVICE FOR CONTROLLING THE COMBUSTION AIR AMOUNT IN GAS CONSUMPTION DEVICES WITH INJECTOR BURNERSInfo
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- DE3018752A1 DE3018752A1 DE19803018752 DE3018752A DE3018752A1 DE 3018752 A1 DE3018752 A1 DE 3018752A1 DE 19803018752 DE19803018752 DE 19803018752 DE 3018752 A DE3018752 A DE 3018752A DE 3018752 A1 DE3018752 A1 DE 3018752A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
- F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
Abstract
Description
Ruhrgas Aktiengesellschaft/ EssenRuhrgas Aktiengesellschaft / Essen
Vorrichtung zum Steuern der Verbrennungsluftmenge bei Gasverbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern Device for controlling the amount of combustion air in gas appliances with injector burners
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern der Verbrennungsluftmenge in Gasverbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern. The invention relates to a device for controlling the amount of combustion air in gas appliances with injector burners.
Der Verbrennungsluftdurchsatz bei GasVerbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern ergibt sich aus dem Zusammenwirken des Gasimpulses mit durch die Verbrennung erzeugten thermischen Auftriebskräften und den Strömungswiderständen auf den Wegen für die Luft, das Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch vor und im Brenner sowie das Abgas bis zur Strömungssicherung. The combustion air throughput in gas appliances with injector burners results from the interaction of the gas pulse with those generated by the combustion thermal lift forces and the flow resistances on the paths for the air, the mixture of fuel gas and combustion air in front of and in the burner as well as the exhaust gas up to the flow safety device.
Gasverbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern konnten bisher nur bei einer meist maximalen Wärmebelastung optimal betrieben werden, weil bei Belastungsänderung die Luftzahl nur dann konstant bleibt, wenn kein Auftriebseinfluß vorhanden ist und nur turbulente und keine laminaren Strömungswiderstände den Luftdurchsatz beeinflussen. Je nachdem, ob der Einfluß des Auftriebes oder der laminaren Strömungswiderstände überwiegt, vergrößert oder verkleinert sich die Luftzahl bei Wärmebelastungsänderungen. (Die Luftzahl ist definiert als Verhältnis von tatsächlicher Verbrennungsluftmenge zur theoretisch erforderlichen.) Die Folge ist, daß bei TeillastGas appliances with injector burners could so far can only be operated optimally with a mostly maximum heat load, because the air ratio is only then when the load changes remains constant if there is no influence of buoyancy and only turbulent and no laminar flow resistances affect the air flow. Depending on whether the influence of the buoyancy or the laminar flow resistance predominates, the air ratio increases or decreases with changes in the heat load. (The air ratio is defined as Ratio of the actual amount of combustion air to the theoretically required.) The consequence is that at part load
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die Verbrennung wegen sinkender Luftzahl unhygienisch sein kann oder der Teillast-Wirkungsgrad wegen ansteigender Luftzahl zum Teil erheblich geringer ist als der Vollast-Wirkungsgrad. the combustion can be unsanitary due to a falling air ratio or the partial load efficiency due to an increasing air ratio is sometimes considerably lower than the full-load efficiency.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Verbrennungsluftmenge in Gasverbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern so gesteuert werden kann, daß die Luftzahl bzw. das Brenngas-Verbrennungsluft-Verhältnis von den verschiedenen Betriebsbedingungen (Teillast, Vollast, Anfahrzustand und bei Einsatz verschiedener Brenngase) möglichst unabhängig ist, insbesondere dadurch, daß die Luftzahl bei gleichbleibender Gasqualität unabhängig von der Wärmebelastung der Gasverbrauchseinrichtung konstant gehalten wird.The object of the invention is to create a device with which the amount of combustion air in gas consumption devices with injector burners can be controlled can that the air ratio or the fuel gas / combustion air ratio of the various operating conditions (partial load, full load, start-up status and when using different Fuel gases) is as independent as possible, in particular in that the air ratio with constant gas quality is kept constant regardless of the heat load on the gas consumption device.
5 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 bis 6 genannten Maßnahmen .5 The object is achieved according to the invention by the im characterizing part of claims 1 to 6 mentioned measures.
Um bei einem bestimmten Brenngas ein konstantes Verhältnis von Verbrennungsluft und Brenngas, unabhängig von der Wärmebelastung zu erreichen, müssen die Einflüsse, die den Luftdurchsatz fördern, auf die Einflüsse, die den Luftdurchsatz hemmen, abgestimmt sein.In order to maintain a constant ratio of combustion air and combustion gas for a certain fuel gas, regardless of the heat load To achieve this, the influences that promote the air throughput must have on the influences that promote the air throughput inhibit, be attuned.
Einflüsse, die den Luftdurchsatz fördern, sind: Kräfte aus dem Gasimpuls, aus positivem Auftrieb und aus (turbulenten) Verzögerungswiderständen.Influences that promote the air throughput are: Forces from the gas pulse, from positive buoyancy and from (turbulent) deceleration resistances.
Einflüsse, die den Luftdurchsatz hemmen, sind: Kräfte aus negativem Auftrieb, aus turbulenten Strömungswiderständen (Beschleunigungs-, ümlenkungs-, Formänderungsund Reibungswiderständen) und aus laminaren Strömungswiderständen. Die Summe aller auf die Strömung einwirkenden Kräfte ist null. Die Abstimmung der Einflüsse aufeinander wird erfindungsgemäß erreicht durch ein gezielt eingestelltes Verhältnis zwischen Gasimpuls bzw. der resultierenden Kraft F-, und Gasmengenstrom und/oder durch Veränderung derInfluences that inhibit the air flow are: Forces from negative lift, from turbulent flow resistance (acceleration, deflection, deformation and Frictional resistances) and from laminar flow resistances. The sum of all forces acting on the flow is zero. The coordination of the influences will be achieved according to the invention by a specifically set ratio between the gas pulse and the resulting Force F, and gas flow and / or by changing the
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Strömungscharakteristik der Verbrennungsluft bzw. des Gas-Verbrennungsluft-Gemisches in der Gasverbrauchseinrichtung, so daß der Laminarwiderstandsanteil durch Einbau von zusätzlichen Strömungswiderständen oder Austausch von Strömungswiderständen mit turbulenter Strömungscharakteristik gegen solche mit laminarer erhöht wird.Flow characteristics of the combustion air or the gas-combustion air mixture in the gas consumption device, so that the laminar resistance component by installing additional Flow resistances or exchange of flow resistances with turbulent flow characteristics against those with laminar is increased.
Die Erfindung sieht mehrere konstruktive Maßnahmen zur Lösung der gestellten Aufgabe vor:The invention provides several design measures to solve the problem:
Einbau einer Doppeldüse in den Gasweg (gezielte Beeinflussung des Gasimpulses bzw. der resultierenden Kraft Fn) Installation of a double nozzle in the gas path (targeted influencing of the gas pulse or the resulting force F n )
tata
Einbau von konstanten laminaren Strömungswiderständen, z. B. Packungen von engen Röhrchen in den Luftweg (Erhöhung des Laminarwiderstandsanteils im Luftweg) - Verwendung von Strömungswiderständen im Gemischweg,Installation of constant laminar flow resistances, e.g. B. Packs of narrow tubes in the airway (Increase of the laminar resistance in the airway) - Use of flow resistances in the mixture path,
z. B. von Laminarinjektoren anstelle von Turbulenzinjektoren (Erhöhung des Laminarwiderstandsanteils im Gemischweg)z. B. Laminar injectors instead of turbulence injectors (Increase in the proportion of laminar resistance in the mixture path)
Die Maßnahmen können einzeln angewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden.The measures can be applied individually or combined with one another as required.
Der Gasimpulsfluß I des aus der Gasdüse mit der Geschwindigkeit v_, austretenden Gasmengenstromes q_, ist bekanntlich definiert alsThe gas pulse flow I des from the gas nozzle with the velocity v_, exiting gas flow q_, is known defined as
1G = qG * VG ' (1) 1 G = q G * V G ' (1)
Der Gasimpulsfluß bewirkt bei idealer Impulsübertragung die Luftansaugung über einen Injektor mit der Kraft PQ:With ideal pulse transmission, the gas pulse flow causes air to be drawn in via an injector with the force P Q :
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(2)(2)
1
X 2
1
X
folgt: (3) (k) follows: (3) (k)
In diesen Formeln bedeutenIn these formulas mean
Λρ = Druckabfall an der GasdüseΛρ = pressure drop across the gas nozzle
SG = Gasdichte A = Gasdüsenquerschnitt S G = gas density A = gas nozzle cross-section
Da man die Gasdichte Sq bei einem Gas als konstant annehmen kann, gilt angenähert:Since the gas density Sq can be assumed to be constant for a gas, the following applies approximately:
FG = k-M_ (6)F G = k-M_ (6)
wobei k eine Konstante ist.where k is a constant.
Bei bekannten Düsen ist auch der Düsenquerschnitt A konstant und es gilt;In known nozzles, the nozzle cross section A is also constant and the following applies;
FG ^ *G (7) F G ^ * G (7)
d.h., die Kraft F_ ändert sich mit dem Quadrat des Gas-i.e. the force F_ changes with the square of the gas
GjGj
mengenstromes, d. h. der Wärmebelastung.flow rate, d. H. the heat load.
Ist der Düsenquerschnitt eine Funktion des Gasmengenstromes, z. B. A λ/ q(2"x) so gilt:If the nozzle cross-section is a function of the gas flow rate, e.g. B. A λ / q (2 " x) then applies:
2 χ2 χ
F0- |e - 9g te)F 0 - | e - 9g te)
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Bei Änderung des Gasmengenstromes und damit der Wärmebelastung soll erfindungsgemäß der Wert von χ durch gleichzeitige Düsenquerschnittsänderung beliebig gewählt werden können/ derart, daß der Gasimpuls bzw. die resultierende Kraft FQ den Luftdurchsatz entsprechend der Belastungsänderung so beeinflußt, daß die Luftzahl trotz der im Gasgerät vorhandenen unterschiedlichen Strömungswiderstände und Auftriebskräfte konstant bleibt.If the gas flow rate and thus the heat load change, the value of χ should be able to be selected as desired by simultaneous change in the nozzle cross-section / in such a way that the gas pulse or the resulting force F Q influences the air throughput according to the load change in such a way that the air ratio is in spite of the existing in the gas device different flow resistances and buoyancy forces remains constant.
Mit der erfindungsgemäßen Doppeldüse wird diese Aufgabe konstruktiv gelöst.This object is achieved constructively with the double nozzle according to the invention.
Die neue Doppeldüse zur Steuerung der Verbrennungsluftmenge besteht aus einem Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung, einer Austrittsöffnung und einer im Gehäuseinneren befindlichen Durchströmöffnung sowie zwei miteinander verbundenen Dornen, von denen je einer konzentrisch in der Austritts- und der Durchströmöffnung derart angeordnet ist, daß sich bei Verschiebung der Dorne in Achsrichtung die freien Durchtrittsquer schnitte der öffnungen vergrößern oder verkleinern.The new double nozzle for controlling the amount of combustion air consists of a housing with an inlet opening, an outlet opening and one located inside the housing Through-flow opening and two interconnected thorns, one of which is concentric in the outlet and the Flow opening is arranged such that when the mandrels are displaced in the axial direction, the free passage transverse enlarge or reduce the cuts of the openings.
Je nach den vorgegebenen Querschnitten der Dorne und der öffnungen kann entweder der Dorn in der Austrittsöffnung oder der Dorn in der Durchströmöffnung auch als Absperrorgan dienen.Depending on the predetermined cross-sections of the mandrels and the openings, either the mandrel can be in the outlet opening or the mandrel in the flow opening can also serve as a shut-off device.
Die Form der Dorne ist abhängig von der gewünschten Änderungsfunktion der Kraft F_ mit der Wärmebelastung. Die Dorne können z. B. kegelförmig oder kugelförmig sein oder beliebig gekrümmte Mantellinien aufweisen.The shape of the mandrels depends on the desired change function of the force F_ with the heat load. the Arbors can e.g. B. be conical or spherical or have any curved surface lines.
Der Gasanschlußdruck verteilt sich entsprechend den freien Querschnitten auf die beiden Dorne. Hierbei wird vorausgesetzt, daß das Gehäuse so geformt ist, daß es praktisch keinen Druckverlust, aber auch keinen Rückgewinn von Druck aus der Bewegungsenergie nach dem im Strömungsweg des Gases ersten Dorn bringt.The gas connection pressure is distributed over the two mandrels according to the free cross-sections. It is assumed that that the housing is shaped so that there is practically no pressure loss, but also no recovery of pressure from the kinetic energy to the first mandrel in the flow path of the gas.
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Durch die gleichzeitige Verschiebung der Dorne wird der freie Durchtrittsquerschnitt der Austritts- und der Durchströmöffnung und damit die Wärmebelastung und der Gasimpuls bzw. die resultierende Kraft F„ verändert.As a result of the simultaneous displacement of the mandrels, the free passage cross-section of the outlet and the throughflow opening and thus the heat load and the gas pulse or the resulting force F ″ are changed.
Das Verschieben der Dorne kann z. B. von Hand oder durch ein Signal eines Wärmebelastungsreglers erfolgen.Moving the mandrels can, for. B. by hand or by a signal from a heat load controller.
Die gewünschte Funktion zwischen der Kraft F-, bzw. der Größe der Luftansaugung und der Wärmebelastung wird durch Kombination von verschiedenen Dom-Formen erreicht.The desired function between the force F- or the The size of the air intake and the heat load is achieved by combining different dome shapes.
Nachstehend ist jeweils zuerst die gewünschte Änderung der Kraft F_ mit der Wärmebelastung, dann die Art der notwendigen Änderung der freien Durchtrittsquerschnitte und danach die· konstruktive Ausführungsform der Dorne genannt, mit der die Änderung erreicht werden kann.Below is the desired change in the force F_ with the thermal load, then the type of necessary change Change of the free passage cross-sections and then called the structural design of the mandrels, with which the change can be achieved.
1. F6^V (9)1. F 6 ^ V (9)
Bei Verringerung der Wärmebelastung muß der freie Durchtrittsquerschnitt der Durchströmöffnung verkleinert und der freie Durchtrittsquerschnitt der Austrittsöffnung vergrößert werden.When reducing the heat load, the free passage cross-section must the through-flow opening is reduced and the free passage cross-section of the outlet opening be enlarged.
Der erste Dorn (in Strömungsrichtung des Gases) zur Veränderung des freien Durchtrittsquerschnittes der Durchströmöffnung muß konisch verjüngt und der zweite Dorn zur Änderung des freien Durchtrittsquerschnittes der Austrittsöffnung muß konisch erweitert sein.The first mandrel (in the direction of flow of the gas) to change the free passage cross-section of the The flow opening must taper conically and the second mandrel to change the free passage cross-section the outlet opening must be widened conically.
2. P6^V (10)2. P 6 ^ V (10)
Bei Verringerung der Wärmebelastung muß der freie Durchtrittsquerschnitt der Durchströmöffnung in einem anderen Verhältnis verkleinert werden als der der Austrittsöffnung. When reducing the heat load, the free passage cross-section must the throughflow opening can be reduced in a different ratio than that of the outlet opening.
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Beide Dorne verjüngen sich in Strömungsrichtung des Gases. Haben die Austritts- und die Durchströmöffnung gleichen Durchmesser, muß der Steigungswinkel des Dorns für die Austrittsöffnung sich von dem des Dorns für die Durchströmöffnung unterscheiden.Both mandrels taper in the direction of flow of the Gas. If the outlet and the throughflow opening have the same diameter, the angle of inclination of the The mandrel for the outlet opening differs from that of the mandrel for the throughflow opening.
In manchen Fällen kann es schon genügen, nur den Dorn für die Austrittsöffnung sich verjüngend und den Dorn der Durchströmöffnung zylindrisch auszuführen.In some cases it may be sufficient to just taper the mandrel for the outlet opening and the mandrel the flow opening to be cylindrical.
3. FG ^ q° (11)3. F G ^ q ° (11)
Bei Verringerung der Wärmebelastung muß der freie Durchtrittsquerschnitt der Durchströmöffnung größer und der freie Durchtrittsquerschnitt der Austrittsöffnung kleiner werden.When reducing the heat load, the free passage cross-section must the throughflow opening is larger and the free passage cross section of the outlet opening is smaller will.
Der erste Dorn in Strömungsrichtung des Gases wird konisch erweitert und der zweite konisch verjüngt ausgeführt.The first mandrel in the flow direction of the gas is widened conically and the second is conically tapered executed.
Die Doppeldüse kann allein oder in Verbindung mit zusätzlichen laminaren Strömungswiderständen bei Gasverbrauchseinrichtungen mit mäßig oder schwach positiven sowie neu- tralen Auftriebseinflüssen verwendet werden, z. B. in Gaswasserheizern, Gasraumheizern, Gasspezialheizkesseln, bei Kochstellen-und Backofenbrennern und bei Gasverbrauchseinrichtungen mit negativem, also der Flammenrichtung entgegengesetztem Auftriebseinfluß, z. B. bei abwärts gerichteten Infrarotstrahlern oder Grillbrennern.The double nozzle can be used alone or in connection with additional laminar flow resistances in gas consumption devices with moderately or weakly positive as well as new central buoyancy influences are used, z. B. in gas water heaters, Gas space heaters, gas special boilers, for hob and oven burners and for gas appliances with negative buoyancy influence, i.e. opposite to the direction of the flame, e.g. B. with downward facing Infrared radiators or grill burners.
Zur Kompensation von schwach positiven Auftriebseinflüssen, ζ. B. in Gaswasserheizern mit überstöchiometrischer Luftvormischung und demgemäß sehr kurzen Flammen^ bei denen aufgrund einer niedrigen Brennkammer die thermischen Auftriebskräfte gering sind, werden erfindungsgemäß laminareTo compensate for weakly positive buoyancy influences, ζ. B. in gas water heaters with overstoichiometric Air premixing and, accordingly, very short flames ^ in those the thermal lift forces due to a low combustion chamber are low, are laminar according to the invention
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Strömungswiderstände allein benutzt. Diese können in den Luftweg, in dem konstante Temperatur herrscht, eingebaut sein und z. B. aus Packungen enger Röhrchen bestehen, die nur einen geringen Beschleunigungswiderstand besitzen. Eine erfindungsgemäß wirksame laminare Strömung im Gemischweg kann erzwungen werden durch Verwendung eines sogenannten Laminarinjektors, - anstelle eines Turbulenzinjektors -, dessen Durchmesser so gewählt werden, daß in ihm eine laminare Strömung herrscht und daß der im engsten Injektorquerschnitt entstehende Beschleunigungswiderstand weitgehend im Diffusor zurückgewonnen wird.Flow resistances used alone. These can be built into the airway, where the temperature is constant and Z. B. consist of packs of narrow tubes that have only a low acceleration resistance. One according to the invention effective laminar flow in the mixture path can be forced by using a so-called laminar injector, - Instead of a turbulence injector - whose diameter can be chosen so that in it a laminar There is a current and that in the narrowest injector cross-section resulting acceleration resistance largely in the Diffuser is recovered.
Der Diffusor muß sich daher erfindungsgemäß auf mindestens das zweifache, vorzugsweise das vierfache, des engsten Querschnittes erweitern. Der öffnungswinkel beträgt hierbei weniger als 8 °, vorzugsweise weniger als 4 °.According to the invention, the diffuser must therefore be at least expand twice, preferably four times, the narrowest cross-section. The opening angle is here less than 8 °, preferably less than 4 °.
Die Erfindung kann angewandt werden unabhängig davon, ob die Injektoren dem Brenner mit Hilfe des Gasimpulses einen Teil der für die Verbrennung benötigten Luft (Primärluftvormischung) die gesamte benötigte Luft (stöchiometrische Luftvormischung) oder sogar einen Luftüberschuß (überstöchiometrische Luftvormischung) direkt zuführen.The invention can be applied regardless of whether the Injectors the burner with the help of the gas pulse a part of the air required for the combustion (primary air premix) all the air required (stoichiometric air premix) or even an excess of air (overstoichiometric Air premix) directly.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Beispiele weiter erläutert.The invention is illustrated in FIGS. 1 to 4 Examples further explained.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Außenwandraumheizer mit Laminarinjektor und Doppeldüse.Fig. 1 shows schematically an outer wall space heater with laminar injector and double nozzle.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Doppeldüse für den in Fig. 1 dargestellten Außenwandraumheizer.FIG. 2 shows an embodiment of a double nozzle for the outer wall space heater shown in FIG. 1.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Infrarotstrahler mit Doppeldüse. Fig. 3 shows schematically an infrared heater with a double nozzle.
Fig. 4 zeigt die Ausführungsform einer Doppeldüse für den in Fig. 3 dargestellten Infrarotstrahler.Fig. 4 shows the embodiment of a double nozzle for the in Fig. 3 shown infrared radiator.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Außenwandraumheizer mit überstöchiometrischer Luftvormischung herrscht ein mäßig positiver Auftrieb, der allein mit der erfindungsgemäßen Doppeldüse nicht kompensiert werden kann. Deshalb werden zusätzlich Laminarinjektoren verwendet. Die gesamte Verbrennungsluft wird durch den Impuls bzw. die resultierende Kraft F_ des an Doppeldüse 1 austretenden Gases aus dem luftführenden Teil des Außenwandanschlusses 6 entnommen und über den Laminarinjektor 2 dem Brennerrohr 3 zugeführt, das eine nicht dargestellte Brenneraustrittsfläche besitzt. Die Anzahl der erforderlichen Doppeldüsen und Injektoren hängt von der Leistung des Raumheizers ab. In Fig. 1 ist der Deutlichkeit halber nur eine Doppeldüse und ein Injektor dargestellt. Das Abgas strömt nach Abgabe von Wärme an das Wärmetauschergehäuse 5 über das Abgasrohr 4 des Außenwandanschlusses 6 ab.In the outer wall space heater shown in Fig. 1 with a stoichiometric Air premixing there is a moderately positive buoyancy that can only be achieved with the double nozzle according to the invention cannot be compensated. Therefore, laminar injectors are also used. All of the combustion air is caused by the impulse or the resulting force F_ of the gas exiting at double nozzle 1 from the air-carrying part taken from the outer wall connection 6 and fed via the laminar injector 2 to the burner tube 3, the one not shown Has burner exit surface. The number of double nozzles and injectors required depends on the Power of the space heater. In Fig. 1, for the sake of clarity, only one double nozzle and one injector is shown. After giving off heat to the heat exchanger housing 5, the exhaust gas flows off via the exhaust pipe 4 of the outer wall connection 6.
Die im Außenwandraumheizer verwendete Doppeldüse 1/ die in Fig 2 dargestellt ist, besteht aus einem Gehäuse 7 mit einem Gaseintritt 8 und einer Austrittsöffnung 12, deren freier Durchtrittsquerschnitt 14 mit Hilfe des verschiebbaren kegelförmigen Dornes 9 veränderbar ist. Im Gehäuse 7 befindet sich ein weiterer verschiebbarer Dorn 10, der den freien Durchtrittsquerschnitt 15 der Durchströmöffnung 13 und damit den Düsendruck an der Austrittsöffnung 12 vergrößern oder verkleinern kann. Während sich der Dorn 9 in Strömungsrichtung des Gases konisch erweitert, ist Dorn 10 konisch verjüngt. Der Dorn 9 ist zur Verbesserung der Strömung vorne abgerundet. Die beiden Dorne sind mittels Verstellspindel 11 fest miteinander verbunden. Diese ist im Bereich der Durchführung aus dem Gehäuse 7The double nozzle 1 / the in Fig. 2 is shown, consists of a housing 7 with a gas inlet 8 and an outlet opening 12, the free Passage cross section 14 with the help of the displaceable conical Mandrel 9 is changeable. In the housing 7 there is another displaceable mandrel 10, which the free passage cross-section 15 or increase the flow opening 13 and thus the nozzle pressure at the outlet opening 12 can shrink. While the mandrel 9 widens conically in the flow direction of the gas, the mandrel 10 is conical rejuvenates. The mandrel 9 is rounded at the front to improve the flow. The two mandrels are by means of an adjusting spindle 11 firmly connected to each other. This is in the area of the feed-through from the housing 7
JO mit einem Außengewinde versehen, so daß sich bei Ausführung einer Drehbewegung die beiden Dorne 9 und 10 in Achsrichtung verschieben, wobei sich die freien Durchtrittsquerschnitte 14 und 15 vergrößern bzw. verkleinern.JO provided with an external thread so that when executing a rotary movement, move the two mandrels 9 and 10 in the axial direction, the free passage cross-sections 14 and 15 zoom in and out, respectively.
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Bei Verringerung der Wärmebelastung, bei der gleichzeitig die Dorne 9 und 10 in Strömungsrichtung des Gases verschoben werden, verringert sich der Gasimpuls bzw. die Kraft F^, nach der Punktion;When reducing the heat load, at the same time the mandrels 9 and 10 shifted in the direction of flow of the gas the gas impulse or the force F ^ decreases, after the puncture;
(12)(12)
Dadurch wird der Luftdurchsatz bei sinkender Wärmebelastung im Vergleich zum Luftbedarf verringert und damit wird der Auftriebseinfluß teilweise kompensiert. Mit Hilfe der LaminarInjektoren werden die noch verbleibenden, den Luftdurchsatz steigernden, Einflüsse kompensiert und das Verhältnis von Brenngas und Verbrennungsluft bzw. die Luftzahl bleibt im ganzen Wärmebelastungsbereich des Gerätes nahezu konstant.As a result, the air throughput is reduced with decreasing heat load compared to the air requirement and thus the Influence of lift partially compensated. With the help of the laminar injectors, the remaining air flow increasing, influences compensated and the ratio of fuel gas and combustion air or the air ratio remains almost constant over the entire heat load range of the device.
Den Auftriebseinfluß bei bisher benutzten Geräten veranschaulichen die folgenden Zahlen:Illustrate the effect of buoyancy on devices used so far the following numbers:
Bei Verwendung herkömmlicher Düsen und Turbulenz-Injektoren stieg dagegen bei Versuchen die Luftzahl bei Absenkung der Wärmebelastung auf 30 % der Nennwärmebelastung von 1,1 auf etwa 1,65 an.When using conventional nozzles and turbulence injectors, on the other hand, the air ratio increased in tests when the Heat load to 30% of the nominal heat load of 1.1 about 1.65 at.
Figur 3 zeigt einen Gasinfrarotstrahler mit einer Doppeldüse 1, die in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist.FIG. 3 shows a gas infrared radiator with a double nozzle 1, which is shown enlarged in FIG.
Der Impuls des aus der verstellbaren Doppeldüse 1 austretenden Gases führt die gesamte Verbrennungsluft aus der Umgebung durch den Turbulenz-Injektor 16 von oben zum keramischen Lochplattenbrenner 17. Das Gas verbrennt an der unteren Oberfläche der Brennerplatte im Verbrennungsraum 18 und die Abgase geben den größten Teil ihres Wärmeinhaltes an die untere Oberfläche des Lochplattenbrenners ab, von wo aus die Wärme nach unten abgestrahlt wird. Danach strömt das Abgas in die Umgebung ab.The impulse of the emerging from the adjustable double nozzle 1 Gas takes all of the combustion air out of the environment through the turbulence injector 16 from above to the ceramic Perforated plate burner 17. The gas burns on the lower surface of the burner plate in the combustion chamber 18 and the Exhaust gases give off most of their heat content to the lower surface of the perforated plate burner, from where the heat is radiated downwards. The exhaust gas then flows into the environment.
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Die in Fig. 4 dargestellte einstellbare Doppeldüse 1 besteht aus den gleichen Elementen, wie die in Fig. 2 dargestellte Doppeldüse. Unterschiedlich zu dieser ist nur die Form der Dorne. Dorn 9 und Dorn 10 sind beide in Strömungsrichtung des Gases konisch verjüngt, wobei die Steigungswinkel unterschiedlich sind. Bei Absenkung der Wärmebelastung wird durch gleichzeitiges Verschieben der Dorne in Strömungsrichtung des Gases der Impuls entsprechend der BeziehungThe adjustable double nozzle 1 shown in FIG. 4 consists of the same elements as those in FIG. 2 shown double nozzle. The only difference is the shape of the mandrels. Mandrel 9 and mandrel 10 are both in Direction of flow of the gas tapers conically, the angles of inclination being different. When lowering the The impulse is correspondingly increased by the simultaneous displacement of the mandrels in the direction of flow of the gas the relationship
Fv qG'2 (13)Fv q G ' 2 (13)
verändert. Das wird dadurch erreicht, daß sich der freie Durchtrittsquerschnitt 14 der Austrittsöffnung 12 bei Verringerung der Wärmebelastung (Verschieben der Dorne in Strömungsrichtung) langsamer verkleinert als der freie Durchtrittsquerschnitt 15 der Durchströmöffnung 13.changes. This is achieved in that the free passage cross section 14 of the outlet opening 12 is reduced when it is reduced the heat load (displacement of the mandrels in the direction of flow) is reduced more slowly than the free Passage cross section 15 of the throughflow opening 13.
Der Strahler arbeitet mit Hilfe der Doppeldüse in einem Belastungsbereich von 100 % bis 25 % der Nennwärmebelastung mit konstanter Luftzahl von 1,08 hygienisch einwandfrei. The heater works in one with the help of the double nozzle Load range from 100% to 25% of the nominal heat load with a constant air ratio of 1.08, perfectly hygienic.
Bei Verwendung herkömmlicher Düsen muß dagegen wegen des negativen Auftriebseinflusses bei Vollast die Luftzahl ca. 1,5 betragen - was einen geringeren Wirkungsgrad bedeutet - um wenigstens 50 % der Nennbelastung als kleinste Wärmebelastung erreichen zu können, bei der die Verbrennung noch gerade hygienisch einwandfrei ist.When using conventional nozzles, on the other hand, the air ratio must be due to the negative influence of buoyancy at full load 1.5 - which means a lower degree of efficiency - by at least 50% of the nominal load than To be able to achieve the smallest heat load, at which the combustion is still just hygienically perfect.
Bei einem nicht dargestellten Gaswasserheizer, mit niedriger Brennraumhöhe, der mit überstöchiometrischer Luftvormischung betrieben wird, wurden anstelle der Injektoren mit turbulenter Strömung erfindungsgemäße Laminarinjektoren JO eingebaut. Während ursprünglich bei Absenkung der Wärmebelastung von 100 % auf ca. 40 % die Luftzahl von 1,15 auf 1,45 anstieg, blieb sie nach Umrüstung des Gerätes mitIn the case of a gas water heater, not shown, with a low combustion chamber height, the one with over-stoichiometric air premixing is operated, laminar injectors according to the invention were used instead of the injectors with turbulent flow JO built in. While originally when the heat load was reduced from 100% to approx. 40%, the air ratio increased from 1.15 1.45 rose, it stayed with after the device was upgraded
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Laminarinjektoren konstant. Die Vorschaltung eines
laminaren StrömungswiderStandes, z. B. einer Packung
enger Röhrchen in den Luftweg vor den Turbulenz-Injektoren hat etwa die gleiche Wirkung.Laminar injectors constant. The upstream of a
laminar flow resistance, e.g. B. a pack of narrow tubes in the airway in front of the turbulence injectors has about the same effect.
Es ist auch möglich, durch entsprechend ausgebildete Öffnungen in der Brennerplatte der Strömung des Gas-Verbrennungsluft-Gemisches
einen weitgehend laminaren Charakter mit geringem Beschleunigungswiderstand zu
geben, und so den Auftrieb zu kompensieren.It is also possible, through appropriately designed openings in the burner plate, to give the flow of the gas-combustion air mixture a largely laminar character with low acceleration resistance
give, and so to compensate for the lift.
Durch geeignete Wahl der erfindungsgemäßen Maßnahmen bzw. durch deren Kombination kann bei allen Gasverbrauchseinrichtungen mit Injektorbrennern das Brennverhalten bei Änderung der Wärmebelastung verbessert werden, weil das Verhältnis von Brenngas und Verbrennungsluft bzw. .-«.ie Luftzahl über den gesamten Regelbereich des Brenners konstant bleibt.Through a suitable choice of the measures according to the invention or through their combination, it is possible for all gas consumption devices Injector burners improve the combustion behavior when the heat load changes because the ratio of fuel gas and combustion air or - «the air ratio over the entire control range of the Burner remains constant.
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Claims (6)
dadurch gekennzeichnet,2. Device according to claim 1
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Apparatus according to claim 1
characterized,
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| DE3113416A1 (en) * | 1981-04-03 | 1982-10-21 | Ruhrgas Ag, 4300 Essen | METHOD FOR OPERATING A GAS BURNER SUBJECT TO AIRFLOW AND BURNER FOR CARRYING OUT THE METHOD |
Families Citing this family (1)
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- 1981-05-13 AT AT81103668T patent/ATE8932T1/en not_active IP Right Cessation
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| EP0040393B1 (en) | 1984-08-08 |
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