EP0890787A2 - Mischvorrichtung für Gas- und Verbrennungsluft in einer Brenneranlage - Google Patents

Mischvorrichtung für Gas- und Verbrennungsluft in einer Brenneranlage Download PDF

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EP0890787A2
EP0890787A2 EP98112104A EP98112104A EP0890787A2 EP 0890787 A2 EP0890787 A2 EP 0890787A2 EP 98112104 A EP98112104 A EP 98112104A EP 98112104 A EP98112104 A EP 98112104A EP 0890787 A2 EP0890787 A2 EP 0890787A2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62Mixing devices; Mixing tubes

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for producing a mixture of gas and Combustion air for a burner according to the preamble of claim 1.
  • Such a mixing device is from EP 0 559 280 A1 and essentially also known from EP 0 702 194 A1.
  • it is a funnel-shaped widening Mixing chamber available, which on the side of the smaller diameter Combustion air is supplied and in which a control body without external drive is axially adjustable solely by the pressure difference generated fully by the flow.
  • a control body without external drive is axially adjustable solely by the pressure difference generated fully by the flow.
  • the Control body is in the case of EP 0 559 280 A1 in the flow path of the gas / air mixture and is equipped with an additional element that controls the gas flow.
  • EP 0 702 194 A1 it each has one in the flow path of the combustion air and the gas lying on the valve body. So in both cases it is as Double throttle body designed.
  • the object of the invention is to provide a generic mixing device which an extremely simple construction has a high efficiency.
  • the mixing device characterized in claim 1.
  • the flow resistance changes depending on the Throughput such that the throttle body is already a relative at low flows high flow resistance and a relatively low flow rate Has flow resistance.
  • the pressure difference generated by the fan is at low throughput high. This results in high stability with low throughput as well as a low likelihood of burner noise different environmental conditions.
  • the formation of the mixing device is from the arrangement of the fan largely independent. It can by airflow or the mixture flow or be arranged at the outlet of the combustion chamber.
  • the outlet funnel 2 of a Venturi nozzle is sealed, the is surrounded on the outside by an annular chamber 3.
  • This annular chamber 3 is formed between an essentially hollow cylindrical housing part 4 and the outer wall of the Exhaust funnel 2.
  • the housing part 4 is also attached sealed to the support plate 1 and at its opposite end 5 as an inflow funnel 6 of the Venturi nozzle designed.
  • the annular chamber 3 is above the interior 7 of the venturi nozzle circumferential annular gap 8 in connection.
  • a throttle body 9 is vertical in the standing and upwardly open outlet funnel 2 freely floating axially. The respective position of the throttle body 9 is determined by the balance of forces, which results from the differential pressure generated by the flow at the throttle body 9 on the one hand and the throttle body weight on the other.
  • the contiguous Parts of outlet funnel 2 and inflow funnel 6 together form the nozzle neck 10 of the Venturi nozzle.
  • Combustion air A is fed to the inflow funnel 6, while the gas G via a Pre-throttle 11 passes from the inlet 12 into the annular chamber 3 and from there through the Annular gap 8 is sucked through by the air stream A.
  • the gas G flows in the area of the Nozzle neck 10 approximately tangential to the air flow A in flowing through the Venturi nozzle the nozzle, which on the one hand leads to a good mixing of gas and air on the other hand, it does not adversely affect the reinforcing effect of the venturi nozzle.
  • the degree of gain of the Venturi nozzle is defined as the ratio of the pressure difference the Venturi nozzle, measured between the inlet on the inflow funnel 6 and the gas supply point at the annular gap 8, and the pressure drop which the Venturi nozzle in the main stream, that is in the air flow.
  • the mixture M of combustion air A and gas G leaves the venturi nozzle at its outlet 13.
  • the throttle body 9 is by the Mixture flow kept floating and centered because of any radial shifts of the throttle body 9 to different pressure drops in the annular gap 14 between Throttle body 9 and outlet funnel 2 lead and thereby a radial displacement in the central location.
  • the throttle body 9 by Guide means 15 can be guided displaceably in the axial direction.
  • limiting means 16 the axial stroke of the Limit throttle body 9 in one or both directions.
  • a blower which is either on the supply side A of the air or on the downstream side M of the mixture or downstream thereof at the outlet of the Combustion chamber can be arranged, a flow in the direction of arrows A and M. generated, which depends on the current blower output (speed).
  • speed the current blower output
  • the throttle body 9 for example in the extended shown position where the annular gap 14 between the throttle body 9 and the outlet funnel 2nd relatively low and consequently the flow resistance and thus also the pressure drop the throttle body 9 is relatively high.
  • Throttle body 9 When there is a high demand for heat, the moves Throttle body 9 in the direction of the dashed position 9 ', where the annular gap 14 is larger and thus the flow resistance is lower. This leads to the one described above Stabilization of the flow in the area of low throughput.
  • the gas supply With the pre-throttle 11 the gas supply is divided so that air and gas in a predetermined, optimal burning mixture ratio reach the burner. This gas / air ratio remains at all positions of the throttle body 9, i.e. same with changes in throughput.
  • the throttle body 9 must be axially through the Guide means 15 are guided and biased in the closing direction by means of a spring, because then its weight no longer counteracts the flow pressure.
  • the order and design of such guide means and a return spring is from EP 0702 194 A1 known.
  • the guide means 15 can for example consist of several evenly distributed over the circumference of the inner wall of the outlet funnel 2, axially extending ribs exist, which, as indicated by dashed lines, at their lower end at the same time form a stop as a stroke limiting means 16 for the throttle body 9 can.
  • Such guide means can also be full, as shown, with a vertical nozzle axis Be useful.

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Abstract

Eine Mischvorrichtung zur Erzeugung eines Gemisches aus Gas und Verbrennungsluft für einen Brenner benutzt als Mischraum eine Venturi-Düse, in deren Düsenhals (10) das Gas (G) über einen Ringspalt (8) etwa tangential in den Luftstrom (A) eingesaugt wird. Ein einziger Drosselkörper (9) ist in der Düse axial frei beweglich und wird durch den Gemischstrom in eine Gleichgewichtsposition verschoben, in welcher entweder das Gewicht des Drosselkörpers (9) oder die Kraft einer diesen in Schließrichtung vorspannenden Feder dem Differenzdruck am Drosselkörper (9) das Gleichgewicht hält. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Erzeugung eines Gemisches aus Gas und Verbrennungsluft für einen Brenner gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Mischvorrichtung ist aus der EP 0 559 280 A1 sowie im wesentlichen auch aus der EP 0 702 194 A1 bekannt. In beiden Fällen ist eine sich trichterförmig erweiternde Mischkammer vorhanden, welcher auf der Seite geringeren Durchmessers die Verbrennungsluft zugeführt wird und in welcher ein Steuerkörper ohne äußeren Antrieb allein durch die voll der Strömung erzeugte Druckdifferenz axial verstellbar ist. Der Steuerkörper liegt in, Falle der EP 0 559 280 A1 im Strömungsweg des Gas/Luft-Gemischs und ist mit einen, zusätzlichen, den Gasstrom steuernden Element ausgestattet. Im Falle der EP 0 702 194 A1 weist er je einen im Strömungsweg der Verbrennungsluft und des Gases liegenden Ventilkörper auf. In beiden Fällen ist er also als Doppeldrosselkörper ausgebildet.
Alls der DE-OS 19 06 652 ist ein Gasbrenner mit beliebiger Flammenrichtung bekannt. Dieser weist ein sich stromab konisch erweiterndes Mischrohr auf, in welchem von über eine Ringkammer mit Ringspalt zuströmendem Gas Luft ansaugbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gattungsgemäßen Mischvorrichtung, die bei einem äußerst einfachen konstruktiven Aufbau einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Dies gelingt durch die in, Anspruch 1 gekennzeichnete Mischvorrichtung. Durch die Verwendung einer Venturi-Düse wird der Modulationsbereich für die Zufuhr des Gas/Luft-Gemischs in Abhängigkeit vom Wärmebedarf. d.h. die Differenz zwischen minimalem und maximalem Gemischdurchsatz verbreitert, weil die Venturi-Düse in der vom Gebläse erzeugten Strömung die Druckdifferenz über Venturi-Düse und Drosselkörper verstärkt. Damit ändert sich der Strömungswiderstand abhängig vom Durchsatz derart, daß der Drosselkörper bei geringen Strömungen bereits einen relativ hohen Strömungswiderstand und bei hohem Durchsatz einen relativ geringen Strömungswiderstand hat. Folglich ist die vom Gebläse erzeugte Druckdifferenz bei niedrigem Durchsatz hoch. Daraus folgt eine hohe Stabilität bei niedrigem Durchsatz sowie eine geringe Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Brennergeräuschen bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Die Ausbildung der Mischvorrichtung ist von der Anordnung des Gebläses weitgehend unabhängig. Es kann im Wege des Luftstroms oder des Gemischstroms oder am Ausgang der Brennkammer angeordnet sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sieh aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels erläutert.
An einer Tragplatte 1 ist abgedichtet der Auslaßtrichter 2 einer Venturi-Düse befestigt, der außen von einer Ringkammer 3 umgeben ist. Diese Ringkammer 3 wird gebildet zwischen einem im wesentlichen hohlzylindrischen Gehäuseteil 4 und der Außenwand des Auslaßtrichters 2. Der Gehäuseteil 4 ist ebenfalls an der Tragplatte 1 abgedichtet befestigt und an seinem gegenüberliegenden Ende 5 als Einströmtrichter 6 der Venturi-Düse ausgestaltet. Die Ringkammer 3 steht mit dem Innenraum 7 der Venturi-Düse über einen umlaufenden Ringspalt 8 in Verbindung. Ein Drosselkörper 9 ist in dem senkrecht stehenden und nach oben geöffneten Auslaßtrichter 2 freischwebend axial verschiebbar. Die jeweilige Position des Drosselkörpers 9 wird durch das Kräftegleichgewicht bestimmt, welches sich aus dem von der Strömung erzeugten Differenzdruck am Drosselkörper 9 einerseits und dem Drosselkörpergewicht andererseits ergibt. Die aneinander grenzenden Teile von Auslaßtrichter 2 und Einströmtrichter 6 bilden zusammen den Düsenhals 10 der Venturi-Düse.
Verbrennungsluft A wird dem Einströmtrichter 6 zugeführt, während das Gas G über eine Vordrossel 11 vom Einlaß 12 in die Ringkammer 3 gelangt und von dort durch den Ringspalt 8 hindurch vom Luftstrom A angesaugt wird. Das Gas G strömt im Bereich des Düsenhalses 10 etwa tangential zu dem die Venturi-Düse durchströmenden Luftstrom A in die Düse ein, was einerseits zu einer guten Durchmischung von Gas und Luft führt andererseits aber den Verstärkungseffekt der Venturi-Düse nicht nachteilig beeinflußt. Der Verstärkungsgrad der Venturi-Düse ist definiert als das Verhältnis der Druckdifferenz an der Venturi-Düse, gemessen zwischen Einlaß am Einströmtrichter 6 und Gaszufuhrstelle am Ringspalt 8, und dem Druckabfall, welchen die Venturi-Düse im Hauptstrom, also in der Luftströmung, verursacht. Das Gemisch M aus Verbrennungsluft A und Gas G verläßt die Venturi-Düse an deren Auslaß 13.
Im gezeigten einfachsten Ausführungsbeispiel wird der Drosselkörper 9 durch den Gemischstrom freischwebend und zentriert gehalten, weil etwaige radiale Verschiebungen des Drosselkörpers 9 zu unterschiedlichen Druckabfällen im Ringspalt 14 zwischen Drosselkörper 9 und Auslaßtrichter 2 führen und hierdurch eine radiale Rückverschiebung in die Zentrallage bewirken würde. Zusätzlich kann der Drosselkörper 9 durch Führungsmittel 15 in Achsrichtung verschiebbar geführt sein. Ferner können in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Begrenzungsmittel 16 den axialen Hub des Drosselkörpers 9 in einer oder in beiden Richtungen begrenzen.
Im Betrieb wird durch ein Gebläse, welches entweder auf der Zufuhrseite A der Luft oder auf der Abströmseite M des Gemisches oder stromabwärts hiervon am Ausgang der Brennkammer angeordnet sein kann, eine Strömung in Richtung der Pfeile A und M erzeugt, welche von der augenblicklichen Gebläseleistung (Drehzahl) abhängt. Diese wiederum richtet sieh in bekannter Weise nach dem Wärmebedarf, den der mit dem Gemisch M versorgte Brenner befriedigen soll. Bei geringem Wärmebedarf und folglich geringer Strömung befindet sich der Drosselkörper 9, beispielsweise in der ausgezogen dargestellten Lage, wo der Ringspalt 14 zwischen Drosselkörper 9 und Auslaßtrichter 2 relativ gering und folglich der Strömungswiderstand und damit auch der Druckabfall über dem Drosselkörper 9 relativ hoch ist. Bei starkem Wärmebedarf bewegt sich der Drosselkörper 9 in Richtung der gestrichelten Position 9', wo der Ringspalt 14 größer und somit der Strömungswiderstand geringer ist. Dies führt zu der oben geschilderten Stabilisierung der Strömung im Bereich geringen Durchsatzes. Mit der Vordrossel 11 wird die Gaszufuhr so eingeteilt, daß Luft und Gas in einem vorgegebenen, optimal verbrennenden Mischungsverhältnis zum Brenner gelangen. Dieses Gas/Luft-Verhältnis bleibt bei allen Positionen des Drosselkörpers 9, d.h. auch bei Durchsatzänderungen gleich.
Wird die Venturi-Düse nicht wie dargestellt mit vertikaler Achse, sondern mit horizontaler oder geneigter Achse betrieben, so muß der Drosselkörper 9 axial durch die Führungsmittel 15 geführt und mittels einer Feder in Schließrichtung vorgespannt werden, weil dann sein Gewicht nicht mehr dem Strömungsdruck entgegenwirkt. Die Anordnung und Ausgestaltung solcher Führungsmittel und einer Rückstellfeder ist aus EP 0702 194 A1 bekannt. Die Führungsmittel 15 können beispielsweise aus mehreren, gleichmäßig über den Umfang der Innenwand des Auslaßtrichters 2 verteilten, sich axial erstreckenden Rippen bestehen, die, wie gestrichelt angedeutet, an ihrem unteren Ende zugleich einen Anschlag als Hubbegrenzungsmittel 16 für den Drosselkörper 9 bilden können. Solche Führungsmittel können auch bei, wie gezeigt, vertikaler Düsenachse voll Nutzen sein.

Claims (6)

  1. Mischvorrichtung zur Erzeugung eines Gemisches aus Gas und Verbrennungsluft für einen Brenner, dein das Gemisch über ein Gebläse aus einem Auslaßtrichter der Mischvorrichtung zuführbar ist, in welchem ein axial frei verschiebbarer Steuerkörper angeordnet ist, dessen axiale Lage durch die vom Gebläse erzeugte Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß des Auslaßtrichters beeinflußt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) zur Gemischbildung eine den Auslaßtrichter (2) aufweisende Venturi-Düse vorgesehen ist, in deren Düsenhals (10) das Gas (G) aus einer Teile der Venturi-Düse umgebenden Ringkammer (3) etwa tangential zum die Venturi-Düse durchfließenden Luftstrom (A) einsaugbar ist; und
    b) im Auslaßtrichter (2) der Venturi-Düse als Steuerkörper ein einziger Drosselkörper (9) angeordnet ist.
  2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, mit senkrecht stehender, sich nach oben erweiternder Venturi-Düse, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (9) axial freischwebend im Auslaßtrichter (2) der Venturi-Düse angeordnet ist.
  3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine den Drosselkörper (9) in Schließrichtung vorspannende Feder.
  4. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch radiale Führungsmittel (15) zum konzentrischen Führen des Drosselkörpers (9) in Achsrichtung.
  5. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Hubbegrenzungsmittel (16) für den Drosselkörper (9).
  6. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (3) über einen, den Düsenhals(10) umgebenden Ringspalt (8) in den Düsenhals mündet.
EP98112104A 1997-07-08 1998-07-01 Mischvorrichtung für Gas- und Verbrennungsluft in einer Brenneranlage Expired - Lifetime EP0890787B1 (de)

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