EP1486727B1 - Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner - Google Patents

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EP1486727B1
EP1486727B1 EP20040013066 EP04013066A EP1486727B1 EP 1486727 B1 EP1486727 B1 EP 1486727B1 EP 20040013066 EP20040013066 EP 20040013066 EP 04013066 A EP04013066 A EP 04013066A EP 1486727 B1 EP1486727 B1 EP 1486727B1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
air
linearization
mixing chamber
ratio
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20040013066
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English (en)
French (fr)
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EP1486727A1 (de
Inventor
Bernulf Goesling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP1486727B1 publication Critical patent/EP1486727B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air

Definitions

  • the invention relates to a gas mixing device for a gas burner, comprising a gas fitting, which is connected via a gas supply line with a mixing chamber, which has at least one air inlet opening, and a fan, which communicates with the input side of the air inlet opening or which with the output side of the mixing chamber and a burner is connected.
  • the invention also relates to a method for operating a mixing device for a gas burner with a mixing chamber, which is connected via a blower to the burner.
  • Such gas mixing devices serve the preparation of the gas-air mixture, for example for condensing appliances.
  • the volume flows of fuel gas and combined combustion air in the mixing chamber and fed by means of the blower to the burner.
  • the burner output is determined by the amount of air delivered by the blower. This generated by a bottleneck at the air inlet opening in the mixing chamber, a negative pressure, which is used to regulate the volume flow of the fuel gas, that this is held by a pressure regulator in the gas valve to ambient pressure and then passes a suitably sized bottleneck.
  • the ratio of pressure difference and volume flow at a bottleneck has a parabolic course.
  • the pressure difference must be varied by a factor of 100. This places high demands on the gas mixing device, which result in high costs.
  • the DE 197 49 510 A1 discloses a mixing device for modulating gas burners for mixing fuel gas and air.
  • a mixing chamber of the mixing device is supplied on the one hand via an air supply passage in which a throttle is mounted, the air, and on the other hand, supplied via a gas supply passage in which a throttle is mounted, the gas.
  • the throttles are designed in such a way that a laminar flow of the air or of the gas occurs in them during the operation of the mixing device.
  • the DE 100 11 707 A1 discloses a gas heater in which fuel gas and air are drawn in and supplied as a mixture to a burner, the gas leaving a gas fitting and the air flowing in via an air supply via laminar flow elements (laminar flow element) are sucked. As a result, a linear relationship to the volume flow is achieved over a large range of the differential pressure.
  • One type of laminar flow element comprises a plurality of flow passages of small cross-section through which flow is parallel.
  • a disadvantage of this prior art is the susceptibility of the laminar flow elements to contamination from the ambient air.
  • the object is achieved in that a linearization element in the gas supply line and at least one further Linearmaschineslelement for the air supply to the mixing chamber is arranged, wherein the at least one further Linearization element is designed as an air inlet opening with behind attached control.
  • control element is designed as a permanently elastic tongue, which is arranged by means of a spacer in the mixing space in the direction of the air flow behind the air inlet opening.
  • a good resistance to changes in the gas-air mixture by aging of components of the gas mixing device is achieved by the control of thin sheet metal, preferably made of spring steel
  • a development of the embodiment according to the invention provides that the control is in operative connection with an active component. As a result, the mixing ratio of the gas-air mixture can be adjusted specifically.
  • control element is a permanent magnet is mounted, which is in operative connection with an electromagnet.
  • the object of the invention relating to the method is achieved by linearizing the ratio of pressure and volume flow in the gas feed line by a linearization element and linearizing the air flow in the mixing space by means of a further linearization element, wherein the linearization of the Ratio of pressure and flow on Linearleiterselement takes place by the control bends with increasing flow such that increases the cross-section of the air inlet opening.
  • a linearization element linearizing the ratio of pressure and volume flow in the gas feed line by a linearization element and linearizing the air flow in the mixing space by means of a further linearization element, wherein the linearization of the Ratio of pressure and flow on Linearmaschineselement takes place by the control bends with increasing flow such that increases the cross-section of the air inlet opening.
  • a particularly large modulation ratio with constant mixture preparation is achieved by adjusting the linearization of the ratio of pressure and volume flow on the linearization element to the linearization of the ratio of pressure and volume flow at the linearization element in the gas supply line in such a way that a constant ratio of gas quantity to air quantity in the Mixing room is achieved. If the force of the electromagnet is adjusted to the permanent magnet by means of a control current such that the ratio of gas quantity and air quantity is selectively changed by the change in cross section of the air inlet opening, the mixing ratio of the gas-air mixture can be adjusted within wide ranges.
  • An automatic control of the gas-air mixture is achieved by the gas mixing device is provided with a sensor for determining the air ratio (lambda), the output signal of the sensor fed to a control element and the output signal of the control element is supplied to the electromagnet.
  • Improved combustion with lower pollutant emissions and reduced noise is achieved by using the voltage induced by the induction effect of the permanent magnet in the solenoid of the solenoid to damp oscillations of the control, or to detect burner oscillations.
  • Fig. 1 shows a simplified embodiment of a gas mixing device 1 for a burner 50, as they are currently used for example for mixing gas and air for a condensing boiler.
  • Such a gas mixing device 1 consists of a gas fitting 30, which is connected to a gas line 40, which is connected to a mixing chamber 10, which in turn is connected via a blower 20 to a burner 50.
  • the gas fitting 30 consists of two safety valves 32, 33 and a pressure regulator 31.
  • the mixing chamber 10 has at least one air inlet opening 12, via which combustion air can flow into the mixing chamber 10.
  • the mixing chamber 10 is connected on one side to the blower 20, which has an impeller 21 and a motor 22. The gas-air mixture is sucked in by means of the blower 20 and fed to the burner 50 via a gas mixture line 23.
  • the adjustment of the correct amount of gas is carried out with the gas fitting 30, which contains a pressure regulator 31, which keeps the gas pressure in the gas fitting 30 at the value of the ambient pressure.
  • a pressure drop which is almost proportional to the square of the volume flow through this constriction 42 behaves.
  • the situation is similar with the Combustion air. Again, the function between pressure drop across the at least one air inlet opening 12 and volume flow to a nearly parabolic course. Since both the gas and the combustion air must pass through a cross-sectional constriction, the pressure drop in the gas flow is proportional to the pressure drop in the air flow, which sets a constant mixing ratio within the modulation range.
  • gas mixing device 1 consists of a gas fitting 30, which is connected to a gas line 40, which is connected to a mixing chamber 10, which in turn is connected to a burner 50.
  • the gas fitting 30 consists of two safety valves 32, 33 and a pressure regulator 31.
  • the gas inlet 40 which has a constriction 42 between the gas fitting 30 and mixing chamber 10
  • the fuel gas can flow into the mixing chamber 10, which may be embodied for example in the form of a mixing tube can.
  • the mixing chamber 10 has at least one air inlet opening 12, via which combustion air can flow into the mixing chamber 10.
  • the air inlet opening is connected to a blower 20, which has an impeller 21 and a motor 22.
  • the pressure regulator 31 is connected by means of a pressure line 34 with the air supply behind the blower 20 and in front of the air inlet opening 12.
  • a disadvantage of this prior art that with such a device only a small modulation range can be achieved.
  • a gas fitting 30 that can precisely control extreme pressure ranges, as they do with larger modulation ranges must be performed as a precision component and is therefore very expensive.
  • Fig. 3 a simplified gas mixing device 1 is shown in the inventive embodiment.
  • the gas supply line 40 has a linearization element 41, for example a laminar flow element.
  • This element consists of numerous channels with a small cross-section through which gas can flow. Characteristic of such laminar flow elements is that the ratio of volume flow and pressure drop up to a certain volume flow is almost linear.
  • the inventive embodiment of the gas mixing device 1 at the mixing chamber 10 at least one linearization element 11, which has a linear ratio of the volume flow and pressure drop of the air flowing through.
  • This linearization element 11 consists of an air inlet opening 12, a control element 13 and a spacer 14, wherein the control element 13 is arranged inside the mixing chamber 10 in the direction of the air flow behind the air inlet opening 12.
  • a gas mixing device 1 is shown in the inventive embodiment, wherein the pressure regulator 31 as in Fig. 2 is connected via the pressure line 34 to the air supply in front of the air inlet opening 12 and regulates the gas pressure to the value of the Lucasruckes existing there.
  • the fan 20 is arranged in the gas flow direction in front of the mixing chamber 10.
  • Fig. 5 shows the linearization element 11 in an enlarged view.
  • the control element 13 is mounted within the mixing chamber 10 via an air inlet opening 12 by means of a spacer 14 such that forms a minimum cross-sectional area for the incoming air at rest or with minimal flow, which can be adjusted in particular by the height of the spacer 14.
  • the control element 13 almost closes off the air inlet opening 12. With increasing volume flow, the control element 13 bends in the flow direction, thus increasing the cross-sectional area of the incoming air and reduces the pressure drop. With this control element 13 it is achieved that the pressure drop is almost linearized as a function of the volume flow through the air inlet opening 12.
  • the control element 13 may be formed in the simplest case as a permanently elastic tongue, and for example consist of a spring formed from thin sheet metal.
  • the tongue may be made of spring steel or plastic.
  • a laminar flow element can also be used in the region of the at least one air inlet opening 12, but this would have the disadvantage that it is added comparatively quickly to dust from the ambient air.
  • control element 13 may be provided in the form of an exhaust flap. In this embodiment can be dispensed with the spacer.
  • the gas mixing device 1 two different methods for linearization of the profiles of the pressure drop of the air and used the gas flow.
  • the ratio of pressure and flow rate in the gas supply line 40 by a linearization element 41 for example by a laminar flow element, and the ratio of pressure and flow rate of the combustion air by means of a second linearization element 11 is set.
  • the linearization element 11 consists of the air inlet opening 12, the control element 13 and the spacer 14. With optimal setting, both linearization methods are coordinated such that a constant ratio of gas quantity to air quantity over a relatively large modulation range in the mixing chamber 10 is achieved.
  • a simple and inexpensive gas mixing device 1 can be provided.
  • the characteristic of the linearization element 11 can be adjusted by the geometry of the tongue, its rigidity, influenced by material and thickness, as well as by the height of the spacer 14.
  • the gas mixing device 1 can also be designed as an adjustable device.
  • the control element 13 is in operative connection with active components.
  • Fig. 6 shows an embodiment in which a permanent magnet 16 is attached to the formed as a spring metal strip of the control element 13.
  • a permanent magnet 16 In the immediate vicinity of an electromagnet 15 is arranged, which is traversed by a control current.
  • a different force can be exerted on the permanent magnet 16. This force affects the position of the control element 13, whereby the cross-sectional area at the air inlet opening 12 can be changed. As a result, the mixing ratio of gas and air can be adjusted in a targeted manner.
  • the active component for example the electromagnet 15 may also be fixedly connected to the control element 13 and be in operative connection with a passive element, for example the permanent magnet 16.
  • an air ratio control can be constructed by the output signal of the sensor is supplied to a control element and the output signal of the control element of the active components, for example, the electromagnet 15 is supplied.
  • vibrations of the control element 13 can be damped or burner vibrations are detected.
  • this method and the exemplary embodiments make it possible to provide cost-effective and contamination-insensitive gas mixing devices which have a large modulation range and / or permit air-flow control.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner, bestehend aus einer Gasarmatur, die über eine Gaszuleitung mit einem Mischraum verbunden ist, welcher mindestens eine Lufteintrittsöffnung aufweist, und ein Gebläse, welches mit der Eingangsseite der Lufteintrittsöffnung in Verbindung steht oder welches mit der Ausgangsseite des Mischraumes und einem Brenner verbunden ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Mischvorrichtung für einen Gasbrenner mit einem Mischraum, die über ein Gebläse mit dem Brenner verbunden.
    • Stand der Technik
  • Solche Gasmischvorrichtungen dienen der Aufbereitung des Gas-Luft-Gemisches beispielsweise für Brennwertgeräte. Dabei werden die Volumenströme von Brenngas und Verbrennungsluft in dem Mischraum zusammengeführt und mittels des Gebläses dem Brenner zugeführt. Die Brennerleistung wird durch die vom Gebläse geförderte Luftmenge bestimmt. Diese erzeugt durch eine Engstelle an der Lufteintrittsöffnung in dem Mischraum einen Unterdruck, der dazu ausgenutzt wird, den Volumenstrom des Brenngases dadurch zu regeln, dass dieses mittels eines Druckreglers in der Gasarmatur auf Umgebungsdruck gehalten wird und danach eine geeignet dimensionierte Engstelle passiert.
  • Das Verhältnis von Druckdifferenz und Volumenstrom an einer Engstelle hat einen parabelförmigen Verlauf. Zur Erzielung eines Modulationsverhältnisses von 10 zwischen kleinster und größer bereitgestellter Brennerleistung muss daher die Druckdifferenz um den Faktor 100 variiert werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die Gasmischvorrichtung, die hohe Kosten zur Folge haben.
  • Die DE 197 49 510 A1 offenbart eine Mischeinrichtung für modulierende Gasbrenner zum Mischen von Brenngas und Luft. Einer Mischkammer der Mischeinrichtung wird einerseits über einen Luftzufuhrkanal, in dem eine Drossel angebracht ist, die Luft zugeführt, und andererseits über einen Gaszufuhrkanal, in dem eine Drossel angebracht ist, das Gas zugeführt. Die Drosseln sind derart ausgeführt, dass in ihnen während des Betriebs der Mischeinrichtung eine laminare Strömung der Luft bzw. des Gases auftritt.
  • Dadurch wird erreicht, dass das Verhältnis von Druckdifferenz und Volumenstrom linear ist und daher die auftretenden Druckdifferenzen weit weniger variieren als bei Verwendung von Engstellen zur Bestimmung der Volumenströme. Die Komponenten der Gasmischvorrichtung müssen somit geringere Anforderungen erfüllen und können kostengünstig ausgeführt werden.
    Die DE 100 11 707 A1 offenbart ein Gasheizgerät, bei dem Brenngas und Luft angesaugt und als Gemisch einem Brenner zugeführt werden, wobei das aus einer Gasarmatur austretende Gas und die über eine Luftzufuhr einströmende Luft über Laminar-Durchfluss-Elemente (laminares Flow-Element) ansaugbar sind. Dadurch wird über einen großen Bereich des Differenzdruckes ein linearer Zusammenhang zum Volumenstrom erreicht.
  • Eine Bauart der laminaren Flow-Elemente umfasst eine Vielzahl parallel durchströmter Durchflusskanäle kleinen Querschnitts. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die Anfälligkeit der laminaren Flow-Elemente gegenüber Verschmutzungen aus der Umgebungsluft.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verschmutzungsunanfällige Gasmischvorrichtung zu schaffen, mit der ein hohes Modulationsverhältnis bei niedrigen Kosten erreicht werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Linearisierungselement in der Gaszuleitung und mindestens ein weiteres Linearisierungslelement für die Luftzufuhr an dem Mischraum angeordnet ist, wobei das mindestens eine weitere Linearisierungselement als Lufteintrittsöffnung mit dahinter angebrachtem Steuerelement ausgebildet ist. Dadurch wird eine geringe Anfälligkeit gegenüber Verschmutzungen aus der Umgebungsluft erreicht.
  • In einer bevorzugten Ausführung wird das Steuerelement als dauerelastische Zunge ausgebildet, die mittels eines Abstandhalters in dem Mischraum in Richtung der Luftströmung hinter der Lufteintrittsöffnung angeordnet ist. Diese Ausführung ist besonders einfach im Aufbau, unempfindlich gegen Verschmutzung und kostengünstig in der Erstellung.
  • Eine gute Beständigkeit gegen Veränderungen des Gas-Luftgemisches durch Alterung von Komponenten der Gasmischvorrichtung wird erreicht indem das Steuerelement aus dünnem Blech, vorzugsweise aus Federstahl ausgebildet ist
  • Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausführungsform sieht vor, dass das Steuerelement mit einer aktiven Komponente in Wirkverbindung steht. Hierdurch kann das Mischungsverhältnis des Gas-Luft-Gemisches gezielt angepasst werden.
  • Eine besonders einfach anzusteuernde Ausführungsform der variablen Gasmischvorrichtung wird dadurch bereitgestellt dass an das Steuerelement ein Dauermagnet angebracht ist, der in Wirkverbindung mit einem Elektromagneten steht.
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Verhältnis von Druck und Volumenstrom in der Gaszuleitung durch ein Linearisierungselement linearisiert wird und der Luftstrom in dem Mischraum durch ein weiteres Linearisierungselement linearisiert wird, wobei die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement erfolgt, indem sich das Steuerelement bei zunehmender Strömung derart biegt, dass sich der Querschnitt der Lufteintrittsöffnung vergrößert. Hierdurch wird erreicht, dass in bei einem vergrößerten Modulationsbereich des Volumenstromes die Druckdifferenzen in einem technisch leichter realisierbaren Bereich bleiben.
  • Ein besonders großes Modulationsverhältnis bei konstanter Gemischaufbereitung wird dadurch erreicht, dass die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement auf die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement in der Gaszuleitung derart abgestimmt wird, dass ein konstantes Verhältnis von Gasmenge zu Luftmenge in dem Mischraum erreicht wird.
    Wird mittels eines Steuerstromes die Kraft des Elektromagneten auf den Dauermagneten derart eingestellt, dass durch die Querschnittsänderung der Lufteintrittsöffnung das Verhältnis von Gasmenge und Luftmenge gezielt verändert wird, kann das Mischungsverhältnis des Gas-Luftgemisches in weiten Bereichen eingestellt werden.
  • Eine automatische Regelung des Gas-Luftgemisches wird erreicht indem die Gasmischvorrichtung mit einem Sensor zur Bestimmung der Luftzahl (Lambda) versehen wird, das Ausgangssignal des Sensors einem Regelelement zugeführt und das Ausgangssignal des Regelelementes dem Elektromagneten zugeführt wird.
  • Eine verbesserte Verbrennung mit geringerem Schadstoffausstoß und verringerter Geräuschentwicklung wird erreicht, indem die durch die Induktionswirkung des Dauermagneten in der Magnetspule des Elektromagneten induzierte Spannung zur Dämpfung von Schwingungen des Steuerelementes benutzt wird oder Brennerschwingungen detektiert werden.
    • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine vereinfachte Ausführung der Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner gemäß dem Stand der Technik
    Fig. 2
    eine Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner gemäß dem Stand der Technik
    Fig. 3
    eine vereinfachte Ausführung der Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner gemäß der Erfindung
    Fig. 4
    eine Gasmischvorrichtung für einen Gasbrenner gemäß der Erfindung
    Fig. 5
    in schematischer Darstellung ein Linearisierungselement
    Fig. 6
    in schematischer Darstellung das Linearisierungselement in einer verstellbaren Ausführungsvariante
    Ausführungsbeispiel
  • Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Ausführung einer Gasmischvorrichtung 1 für einen Brenner 50, wie sie derzeit beispielsweise zur Mischung von Gas und Luft für einen Brennwertkessel zum Einsatz kommen.
  • Eine derartige Gasmischvorrichtung 1 besteht aus einer Gasarmatur 30, die mit einer Gasleitung 40 verbunden ist, die mit einem Mischraum 10 verbunden ist, welcher wiederum über ein Gebläse 20 mit einem Brenner 50 verbunden ist. Die Gasarmatur 30 besteht aus zwei Sicherheitsventilen 32, 33 und einem Druckregler 31. Der Mischraum 10 weist mindestens eine Lufteintrittsöffnung 12 auf, über die Verbrennungsluft in den Mischraum 10 einströmen kann. Durch die Gaszuleitung 40, die eine Engstelle 42 zwischen Gasarmatur 30 und Mischraum 10 aufweist, kann das Brenngas in den Mischraum 10 einströmen. Der Mischraum 10 ist einseitig mit dem Gebläse 20 verbunden, welches ein Gebläserad 21 und einen Motor 22 aufweist. Das Gas-Luft-Gemisch wird mittels des Gebläses 20 angesaugt und über eine Gasgemisch-Leitung 23 dem Brenner 50 zugeführt.
  • Die Einstellung der richtigen Gasmenge erfolgt mit der Gasarmatur 30, die einen Druckregler 31 enthält, der den Gasdruck in der Gasarmatur 30 auf dem Wert des Umgebungsdruckes hält.
  • Die Luft strömt durch die Lufteintrittsöffnung 12, die häufig aus vielen Öffnungen mit geringem Querschnitt ausgebildet ist. Dadurch entsteht ein Unterdruck in dem Mischraum 10, der dafür sorgt, dass eine bestimmte Gasmenge aus der Gasarmatur 30 in den Mischraum 10 einströmt. Infolge der Gasströmung kommt es an der Engstelle 42 zu einem Druckabfall, der sich nahezu proportional zum Quadrat des Volumenstromes durch diese Engstelle 42 verhält. Ähnlich verhält es sich bei der Verbrennungsluft. Auch hier weist die Funktion zwischen Druckabfall über die mindestens eine Lufteintrittsöffnung 12 und Volumenstrom einen nahezu parabelförmigen Verlauf auf. Da sowohl das Gas als auch die Verbrennungsluft eine Querschnittsverengung passieren müssen, ist der Druckabfall in der Gasströmung proportional zum Druckabfall in der Luftströmung, wodurch sich innerhalb des Modulationsbereichs ein konstantes Mischungsverhältnis einstellt.
  • Eine weitere Ausfühungsform der Gasmischvorrichtung 1 besteht aus einer Gasarmatur 30, die mit einer Gasleitung 40 verbunden ist, die mit einem Mischraum 10 verbunden ist, welcher wiederum mit einem Brenner 50 verbunden ist. Die Gasarmatur 30 besteht aus zwei Sicherheitsventilen 32, 33 und einem Druckregler 31. Durch die Gaszuleitung 40, die eine Engstelle 42 zwischen Gasarmatur 30 und Mischraum 10 aufweist, kann das Brenngas in den Mischraum 10 einströmen, der beispielsweise in der Form eines Mischrohres ausgeführt sein kann. Der Mischraum 10 weist mindestens eine Lufteintrittsöffnung 12 auf, über die Verbrennungsluft in den Mischraum 10 einströmen kann. Die Lufteintrittsöffnung ist mit einem Gebläse 20 verbunden, welches ein Gebläserad 21 und einen Motor 22 aufweist. Der Druckregler 31 ist mittels einer Druckleitung 34 mit der Luftzuführung hinter dem Gebläse 20 und vor der Lufteintrittsöffnung 12 verbunden.
  • Die Einstellung der richtigen Gasmenge erfolgt mittels des Druckreglers 31, der den Gasdruck in der Gasarmatur 30 auf dem Wert des Druckes vor der Lufteintrittsöffnung 12 hält.
  • Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik, dass mit einer derartigen Vorrichtung nur ein kleiner Modulationsbereich erzielt werden kann. Eine Gasarmatur 30, die extreme Druckbereiche exakt regeln kann, wie sie bei größeren Modulationsbereichen auftreten, muss als Präzisionsbauteil ausgeführt werden und ist damit sehr teuer.
  • In Fig. 3 ist eine vereinfachte Gasmischvorrichtung 1 in der erfinderischen Ausführung dargestellt.
  • Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist die Gaszuleitung 40 statt der Engstelle 42 ein Linearisierungselement 41, beispielsweise ein laminares Flow-Element auf. Dieses Element besteht aus zahlreichen Kanälen mit geringem Querschnitt, durch die Gas strömen kann. Kennzeichnend für derartige laminare Flow-Elemente ist, dass das Verhältnis von Volumenstrom und Druckabfall bis zu einem bestimmten Volumenstrom nahezu linear verläuft.
  • Weiterhin weist die erfinderische Ausgestaltung der Gasmischvorrichtung 1 an dem Mischraum 10 mindestens ein Linearisierungselement 11 auf, das ein lineares Verhältnis von Volumenstrom und Druckabfall der durchströmenden Luft aufweist. Dieses Linearisierungselement 11 besteht aus einer Lufteintrittsöffnung 12, einem Steuerelement 13 und einem Abstandshalter 14, wobei das Steuerelement 13 innerhalb des Mischraumes 10 in Richtung der Luftströmung hinter der Lufteintrittsöffnung 12 angeordnet ist.
  • In Fig. 4 ist eine Gasmischvorrichtung 1 in der erfinderischen Ausgestaltung dargestellt, bei der der Druckregler 31 wie in Fig. 2 über die Druckleitung 34 mit der Luftzuführung vor der Lufteintrittsöffnung 12 verbunden ist und den Gasdruck auf den dort vorhandenen Wert des Luftruckes regelt. Im Unterschied zu Fig. 3 ist hier das Gebläse 20 in Gasflussrichtung vor dem Mischraum 10 angeordnet.
  • Fig. 5 zeigt das Linearisierungselement 11 in einer vergrößerten Darstellung.
  • Das Steuerelement 13 ist innerhalb des Mischraumes 10 über einer Lufteintrittsöffnung 12 mittels eines Abstandshalters 14 derart angebracht, dass sich im Ruhezustand bzw. bei minimalem Volumenstrom eine minimale Querschnittsfläche für die einströmende Luft ausbildet, was insbesondere durch die Höhe des Abstandhalters 14 eingestellt werden kann. Das Steuerelement 13 schließt die Lufteintrittsöffnung 12 nahezu ab. Bei steigendem Volumenstrom biegt sich das Steuerelement 13 in Strömungsrichtung und vergrößert so die Querschnittsfläche für die einströmende Luft und vermindert den Druckabfall. Mit diesem Steuerelement 13 wird erreicht, dass der Druckabfall in Abhängigkeit vom Volumenstrom über die Lufteintrittsöffnung 12 nahezu linearisiert wird.
  • Das Steuerelement 13 kann im einfachsten Fall als dauerelastische Zunge ausgebildet sein, und beispielsweise aus einer aus dünnem Blech ausgebildeten Feder bestehen. Vorzugsweise kann die Zunge aus Federstahl oder Kunststoff bestehen.
  • Grundsätzlich kann im Bereich der mindestens einen Lufteintrittsöffnung 12 auch ein laminares Flow-Element eingesetzt werden, was aber den Nachteil hätte, dass dieses vergleichsweise schnell mit Staub aus der Umgebungsluft zugesetzt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform des Steuerelementes 13 kann in Form einer Abgasklappe vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform kann auf den Abstandshalter verzichtet werden.
  • In bevorzugter Ausführungsform werden in der Gasmischvorrichtung 1 zwei unterschiedliche Verfahren zur Linearisierung der Verläufe des Druckabfalls der Luftund der Gas-Strömung eingesetzt. Dabei ist das Verhältnis von Druck und Volumenstrom in der Gaszuleitung 40 durch ein Linearisierungselement 41, beispielsweise durch ein laminares Flow-Element, und das Verhältnis von Druck und Volumenstrom der Verbrennungsluft mittels eines zweiten Linearisierungselementes 11 eingestellt. Das Linearisierungselement 11 besteht dabei aus der Lufteintrittsöffnung 12, dem Steuerelement 13 und dem Abstandhalter 14. Bei optimaler Einstellung sind beide Linearisierungsverfahren derart aufeinander abgestimmt, dass ein konstantes Verhältnis von Gasmenge zu Luftmenge über einen relativ großen Modulationsbereich in dem Mischraum 10 erreicht wird. Damit kann eine einfache und kostengünstige Gasmischvorrichtung 1 bereitgestellt werden.
  • Die Kennlinie des Linearisierungselementes 11 kann durch die Geometrie der Zunge, ihre Steifigkeit, beeinflusst durch Material und Dicke, sowie durch die Höhe des Abstandhalters 14 angepasst werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Gasmischvorrichtung 1 auch als verstellbare Vorrichtung ausgeführt sein. Dabei steht das Steuerelement 13 mit aktiven Komponenten in Wirkverbindung.
  • Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem an dem als Feder ausgebildeten Blechstreifen des Steuerelementes 13 ein Dauermagnet 16 angebracht ist. In unmittelbarer Nähe ist ein Elektromagnet 15 angeordnet, der von einem Steuerstrom durchflossen wird. Je nach der Höhe des Steuerstroms kann eine unterschiedliche Kraft auf den Dauermagneten 16 ausgeübt werden. Diese Kraft beeinflusst die Stellung des Steuerelementes 13, wodurch die Querschnittsfläche an der Lufteintrittsöffnung 12 verändert werden kann. Dadurch kann gezielt das Mischungsverhältnis von Gas und Luft eingestellt werden.
  • Die aktive Komponente, beispielsweise der Elektromagnet 15 kann auch mit dem Steuerelement 13 fest verbunden sein und mit einem passiven Element, beispielsweise dem Dauermagneten 16 in Wirkverbindung stehen.
  • Im Zusammenspiel mit einem Sensor zur Messung der Luftzahl (Lambda) kann eine Luftzahlregelung aufgebaut werden, indem das Ausgangssignal des Sensors einem Regelelement zugeführt wird und das Ausgangssignal des Regelelementes der aktiven Komponenten, beispielsweise dem Elektromagneten 15 zugeführt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform können aufgrund der Induktionswirkung des Dauermagneten 16 auf die Magnetspule des Elektromagneten 15 Schwingungen des Steuerelementes 13 gedämpft werden oder Brennerschwingungen detektiert werden.
  • Insgesamt lassen sich mit diesem Verfahren und mit den Ausführungsbeispielen kostengünstige und verschmutzungsunempfindliche Gasmischvorrichtungen bereitstellen, die einen großen Modulationsbereich aufweisen und/oder eine Luftzahlregelung erlauben.

Claims (10)

  1. Gasmischvorrichtung (1) für einen Gasbrenner (50), bestehend aus einer Gasarmatur (30), die über eine Gaszuleitung (40) mit einem Mischraum (10) verbunden ist, welcher mindestens eine Lufteintrittsöffnung (12) aufweist, und ein Gebläse (20), welches mit der Eingangsseite der Lufteintrittsöffnung (12) in Verbindung steht oder welches mit der Ausgangsseite des Mischraumes (10) und einem Brenner (50) verbunden ist, wobei
    in der Gaszuleitung (40) ein Linearisierungselement (41) angeordnet ist und an dem Mischraum (10) ein mindestens weiteres Linearisierungselement (11) für die Luftzufuhr angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Linearisierungselement (11) als Lufteintrittsöffnung (12) mit dahinter angebrachtem Steuerelement (13) ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Steuerelement (13) als dauerelastische Zunge ausgebildet ist, die mittels eines Abstandhalters (14) in dem Mischraum (10) in Richtung der Luftströmung hinter der Lufteintrittsöffnung (12) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Steuerelement (13) aus dünnem Blech, vorzugsweise aus Federstahl ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Steuerelement (13) mit einer aktiven Komponente in Wirkverbindung steht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an das Steuerelement (13) ein Dauermagnet (16) angebracht ist, der in Wirkverbindung mit einem Elektromagneten (15) steht.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Mischvorrichtung für einen Gasbrenner mit einem Mischraum (10), die über ein Gebläse (20) mit dem Brenner (50) verbunden ist, wobei
    das Verhältnis von Druck und Volumenstrom in der Gaszuleitung (40) durch ein Linearisierungselement (41) linearisiert wird und der Luftstrom in den Mischraum (10) durch mindestens ein Linearisierungselement (11) linearisiert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement (11) erfolgt, indem sich das Steuerelement (13) bei zunehmender Strömung derart biegt, dass sich der Querschnitt der Lufteintrittsöffnung (12) vergrößert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement (11) auf die Linearisierung des Verhältnisses von Druck und Volumenstrom am Linearisierungselement (41) in der Gaszuleitung (40) derart abgestimmt wird, dass ein konstantes Verhältnis von Gasmenge zu Luftmenge in dem Mischraum (10) erreicht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mittels eines Steuerstromes die Kraft des Elektromagneten (15) auf den Dauermagneten (16) derart eingestellt wird, dass durch die Querschnittsänderung der Lufteintrittsöffnung (12) das Verhältnis von Gasmenge und Luftmenge gezielt verändert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gasmischvorrichtung (1) einen Sensor zur Bestimmung der Luftzahl (Lambda) aufweist und das Ausgangssignal des Sensors einem Regelelement zugeführt und das Ausgangssignal des Regelelementes dem Elektromagneten (15) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die durch die Induktionswirkung des Dauermagneten (16) in der Magnetspule des Elektromagneten (15) induzierte Spannung zur Dämpfung von Schwingungen des Steuerelementes (13) benutzt wird oder Brennerschwingungen detektiert werden.
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