EP1657489B1 - Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner - Google Patents
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
Definitions
- the invention relates to a mixing device for a gas premix burner according to the preamble of claim 1.
- Generic gas premix burners have a fan for conveying a gas / air mixture to a burner surface. Upstream, the combustion air flow from a combustion air duct enters a mixing device. There, gas is added from a gas supply channel, which opens upstream of the fan in the combustion air duct and is connected to a gas valve. Important for good combustion results is generally a very homogeneous composition of the gas / air mixture. This can be achieved either by intensive mixing or long flow paths to homogenize the mixture, so that the known injection of gas upstream of the blower offers advantages.
- a fuel gas introduction device for a gas premix burner is injected in the fuel gas in the intake of a radial fan and offset by the influence of the impeller in a swirling motion.
- JP 08128609 A is known from the DE 197 33 768 C2 , which consists of a Venturi tube, which is traversed in the direction of the tube axis of air. In the narrowest area of the Venturi tube, an inflow pipe for fuel gas protrudes into the combustion air duct. This is arranged eccentrically and the inflow opening opens substantially parallel to the longitudinal axis of the Venturi tube.
- a mixing device for generating a gas / air mixture for a burner, which is also to be arranged upstream of a blower.
- a tubular venturi having a Venturi nozzle is provided, in the nozzle throat gas via an annular gap, from a part of the Venturi nozzle surrounding annular chamber, is sucked. This occurs approximately tangentially to the air flow within the Venturi nozzle.
- a throttle body is arranged in the outlet region of the Venturi nozzle.
- a mixing device for a gas premix burner consisting of a combustion air duct, which flows downstream into a fan for conveying the gas / air mixture to a burner surface, and connected to a gas fitting, annularly arranged around the combustion air duct gas supply channel, which upstream leading into the combustion air duct upstream of the blower, wherein a swirl body and downstream a separate nozzle-like displacement body are inserted into the combustion air duct. Downstream of the cross-sectional constriction, gas is added.
- the US Pat. No. 4,033,714 relates to a mixing device consisting of a combustion air duct, which flows downstream into a blower for conveying the gas / air mixture to a burner surface. It is a connected to a gas valve, annular, provided around the combustion staged duct gas supply channel, which opens upstream of the fan in the combustion air duct.
- a displacement body is used in the combustion air duct, which forms a cross-sectional constriction in the combustion air duct and with its outer shell a wall of the gas supply duct. Downstream of the cross-sectional constriction, at the mouth of the displacer, the gas is admixed. It is fed between the outer shell of the displacement body and an associated receptacle.
- the jacket of the displacement body and the associated receptacle are conical.
- Gas heaters require modulating the burner output over the widest possible range, in particular down to about 20 percent of the maximum burner output. It should thus be achieved a variable performance adjustment to the current heat demand and a good overall efficiency through optimal utilization of condensing. In addition, burner starts, which possibly lead to slightly more exhaust emissions for a short time, are avoided. Therefore, a mixing device for a generic gas premix burner must ensure an optimal, homogeneous gas / air mixture in all operating situations.
- the invention is therefore based on the object to produce a homogeneous gas / air mixture for a gas premix burner with a wide modulation range in order to achieve optimum combustion results.
- the mixing device is characterized in that a swirling and / or displacement body is inserted into the combustion air duct and forms a cross-sectional constriction in the combustion air duct and with its outer jacket a wall of the gas supply duct. Downstream of the cross-sectional constriction, at the mouth of the swirl and / or displacement body, the gas is admixed.
- the mantle of the swirling and / or displacement body bears against a surface serving as a depth stop in the axial direction in the combustion air duct or at elevations or projections on the receptacle. This results in a distance to the receptacle and thus an annular gap or more openings for the passage of gas, for example, if channels are incorporated into the surface of the receptacle. In the immediate vicinity of the annular gap or to the openings for the passage of gas, an edge pointing in the direction of flow is attached to the casing of the swirling and / or displacement body in the discharge area.
- a cylindrical, approximately concentric with the combustion air duct area may be provided on a portion of the shell.
- the swirl and / or displacement body has inside a tapered in the downstream direction free flow cross-section and a plurality of inclined employees, surface, rib-like guide elements. These extend with their outer edges to the inner wall of the shell and are fixed there.
- the guide elements are connected to each other and in the center of the swirling and / or displacement body, in the region in front of the mouth, they together form an upstream pointing, conical or pyramidal tip as a flow barrier.
- the length of the interconnected guide elements corresponds approximately to the total length of the swirl and / or displacement body. Particularly good mixing results are achieved if the twisting direction generated by the swirling and / or displacement body and the running direction of the blower match. In the reverse case, that is, when the twisting direction and the running direction of the blower are not the same, flow noise can be reduced particularly well.
- a very homogeneous gas / air mixture for a gas premix burner with a wide modulation range is generated, so that optimum combustion results are achieved.
- a very simple, flexible design is ensured, in which many parameters can be changed easily, for example, to create burners of different performance sizes and at the same time to retain as many components as possible.
- These are essentially the measure of the annular gap with respect to the associated, conical receiving by axial displacement or change of the swirl and / or displacement body, the twist angle, the twisting direction and the displacement ratio or the throttle resistance.
- the conversion to another type of gas is only by changing a throttle body in the gas supply duct.
- the mixing device consists of a substantially cylindrical combustion air duct 1, which opens downstream into a blower 2 for conveying the gas / air mixture, with a swirling and / or displacement body 3.
- Ring-shaped around the combustion air duct 1 is a gas supply duct 4 in the housing 5 arranged.
- the swirl and / or displacement body 3 forms a cross-sectional constriction in the combustion air duct 1 and with its outer shell 6 a wall of the gas supply channel 4. Downstream of the cross-sectional constriction, at the mouth of the swirl and / or displacement body 3, the gas is in the flow direction over a Ring gap 7 mixed. This results between the outer jacket 6 of the swirl and / or displacement body 3 and an associated receptacle 8.
- At least one embossed elevation 10 on the outside of the jacket 6 serves as a spacer to the associated surface of the receptacle 8.
- the swirl and / or displacement body 3 At its orifice, in the immediate vicinity of the annular gap 7 for the passage of gas, the swirl and / or displacement body 3 has an approximately pointing in the flow direction edge 11 for flow guidance.
- a connecting piece 14 is provided for an air supply line on the combustion air duct 1, upstream of the swirl and / or displacement body 3, wherein this is preferably formed directly on the wall.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Gattungsgemäße Gas-Vormischbrenner besitzen ein Gebläse zur Förderung eines Gas-/ Luft-Gemisches zu einer Brenneroberfläche. Stromaufwärts tritt der Verbrennungsluftstrom aus einem Verbrennungsluftkanal in eine Mischeinrichtung ein. Dort wird Gas aus einem Gaszuführungskanal zugemischt, welcher stromaufwärts vor dem Gebläse in den Verbrennungsluftkanal einmündet und an eine Gasarmatur angeschlossenen ist. Wichtig für gute Verbrennungsergebnisse ist generell eine möglichst homogene Zusammensetzung des Gas-/Luft-Gemisches. Diese erreicht man entweder durch eine intensive Vermischung oder lange Strömungswege zur Homogenisierung des Gemisches, so dass die bekannte Injektion von Gas stromaufwärts des Gebläses Vorteile bietet.
- So offenbart die
DE 197 33 769 C2 eine Brenngas-Einleitungsvorrichtung für einen Gas-Vormischbrenner, bei der Brenngas im Ansaugbereich eines Radialgebläses eingedüst und durch den Einfluss des Gebläserades in eine Drallbewegung versetzt wird. Eine ähnliche Anordnung wird aus der ersichtlich. Aus derJP 08128609 A DE 197 33 768 C2 ist eine Brenngas-Einleitungsvorrichtung für einen Gas-Vormischbrenner bekannt, welche aus einem Venturirohr besteht, das in Richtung der Rohrachse von Luft durchströmt wird. Im engsten Bereich des Venturirohres ragt ein Zuströmrohr für Brenngas in den Verbrennungsluftkanal. Dieses ist exzentrisch angeordnet und die Zuströmöffnung öffnet sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Venturirohres. Weiterhin enthält dieDE 197 29 047 C1 eine Mischeinrichtung zur Erzeugung eines Gas-/ Luft-Gemisches für einen Brenner, welche ebenfalls stromaufwärts eines Gebläses anzuordnen ist. Dabei ist eine rohrförmige, einen Auslasstrichter aufweisende Venturidüse vorgesehen, in deren Düsenhals Gas über einen Ringspalt, aus einer Teile der Venturidüse umgebenden Ringkammer, eingesaugt wird. Dies erfolgt etwa tangential zum Luftstrom innerhalb der Venturidüse. Zusätzlich ist im Auslassbereich der Venturidüse ein Drosselkörper angeordnet. - Aus der
ist eine Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner bekannt, bestehend aus einem Verbrennungsluftkanal, welcher stromabwärts in ein Gebläse zur Förderung des Gas-/Luft-Gemisches zu einer Brenneroberfläche mündet, sowie einem an eine Gasarmatur angeschlossenen, ringförmig um den Verbrennungsluftkanal angeordneten Gaszuführungskanal, welcher stromaufwärts vor dem Gebläse in den Verbrennungsluftkanal einmündet, wobei ein Drallkörper und stromabwärts ein separater düsenartiger Verdrängungskörper in den Verbrennungsluftkanal eingesetzt sind. Stromabwärts nach der Querschnittsverengung wird Gas zugemischt.WO 02/29319 A1 - Die
US -A 4 033 714 betrifft eine Mischeinrichtung, bestehend aus einem Verbrennungsluftkanal, welcher stromabwärts in ein Gebläse zur Förderung des Gas-/Luft-Gemisches zu einer Brenneroberfläche mündet. Es ist ein an eine Gasarmatur angeschlossener, ringförmiger, um den Verbrennungstuftkanal angeordneter Gaszuführungskanal vorgeshen, welcher stromaufwärts vor dem Gebläse in den Verbrennungsluftkanal einmündet. Dabei ist ein Verdrängungskörper in den Verbrennungsluftkanal eingesetzt, der eine Querschnittsverengung im Verbrennungstuftkanal sowie mit seinem äußeren Mantel eine Wand des Gaszuführungskanals bildet. Stromabwärts nach der Querschnittsverengung, an der Ausmündung des Verdrängungskörpers, wird das Gas zugemischt. Es wird zwischen dem äußeren Mantel des Verdrängungskörpers sowie einer zugeordneten Aufnahme zugeführt. Der Mantel des Verdrängungskörpers sowie die zugeordnete Aufnahme sind konisch gestaltet. - Bei Gasheizgeräten wird ein Modulieren der Brennerleistung in einem möglichst weiten Bereich gefordert, insbesondere bis hinab auf etwa 20 Prozent der maximalen Brennerleistung. Es sollen damit eine variable Leistungsanpassung an die aktuell vorliegende Wärmeanforderung und ein guter Gesamtwirkungsgrad durch optimale Brennwertnutzung erreicht werden. Außerdem werden Brennerstarts, welche möglicherweise kurzzeitig zu etwas stärkeren Abgasemissionen führen, vermieden. Deshalb muss eine Mischeinrichtung für einen gattungsgemäßen Gas-Vormischbrenner ein optimales, homogenes Gas-/Luftgemisch in allen Betriebssituationen sicherstellen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein möglichst homogenes Gas-/LuftGemisch für einen Gas-Vormischbrenner mit einem weiten Modulationsbereich zu erzeugen, um optimale Verbrennungsergebnisse zu erzielen.
- Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
- Die Mischeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drall- und/oder Verdrängungskörper in den Verbrennungsluftkanal eingesetzt ist und eine Querschnittsverengung im Verbrennungsluftkanal sowie mit seinem äußeren Mantel eine Wand des Gaszuführungskanals bildet. Stromabwärts nach der Querschnittsverengung, an der Ausmündung des Drall- und/oder Verdrängungskörpers, wird das Gas zugemischt.
- Dies erfolgt im Detail gleichmäßig am Umfang, zwischen dem äußeren Mantel des Drall- und/oder Verdrängungskörpers sowie einer zugeordneten Aufnahme, wobei der Mantel des Drall- und/oder Verdrängungskörpers sowie die zugeordnete Aufnahme konisch gestaltet sind. Dadurch werden ein Ringspalt oder mehrere Öffnungen für den Gasdurchtritt auf einem Teilkreis zwischen dem Mantel des Drall- und/oder Verdrängungskörpers sowie der zugeordneten Aufnahme ausgebildet.
- Der Mantel des Drall- und/oder Verdrängungskörpers liegt an einer als Tiefenanschlag in axialer Richtung dienenden Fläche im Verbrennungsluftkanal oder an Erhöhungen oder Vorsprüngen an der Aufnahme an. Dadurch ergibt sich eine Distanz zur Aufnahme und somit ein Ringspalt oder mehrere Öffnungen für den Gasdurchtritt, wenn zum Beispiel Kanäle in die Oberfläche der Aufnahme eingearbeitet sind. In unmittelbarer Nähe zum Ringspalt oder zu den Öffnungen für den Gasdurchtritt, ist am Mantel des Drall- und/oder Verdrängungskörpers im Ausmündungsbereich eine in Strömungsrichtung zeigende Kante angebracht. Alternativ dazu kann auch auf einem Teilstück des Mantels ein zylindrischer, etwa mit dem Verbrennungsluftkanal konzentrischer Bereich vorgesehen sein.
- Der Drall- und/oder Verdrängungskörper besitzt innen einen sich in stromabwärtiger Richtung verjüngenden freien Strömungsquerschnitt sowie mehrere schräg angestellte, flächige, rippenartige Leitelemente. Diese reichen mit ihren Außenkanten bis an die Innenwand des Mantels und sind dort fixiert. Vorzugsweise sind die Leitelemente miteinander verbunden und im Zentrum des Drall- und/oder Verdrängungskörpers, im Bereich vor dessen Ausmündung, bilden sie gemeinsam eine stromaufwärts zeigende, kegel- oder pyramidenförmige Spitze als Strömungsbarriere. Die Länge der miteinander verbundenen Leitelemente entspricht etwa der Gesamtlänge des Drall- und/oder Verdrängungskörpers. Besonders gute Mischergebnisse werden erzielt, wenn die mit dem Drall- und/oder Verdrängungskörper erzeugte Drallrichtung und die Laufrichtung des Gebläses übereinstimmen. Im Umkehrfall, also wenn die Drallrichtung und die Laufrichtung des Gebläses nicht gleich sind, können Strömungsgeräusche besonders gut vermindert werden.
- Mit der erfindungsgemäß aufgebauten Mischeinrichtung wird ein sehr homogenes Gas-/ Luft-Gemisch für einen Gas-Vormischbrenner mit einem weiten Modulationsbereich erzeugt, so dass sich optimale Verbrennungsergebnisse erreicht werden. Gleichzeitig ist ein sehr einfacher, flexibler Aufbau gewährleistet, bei dem sich viele Parameter leicht verändern lassen, um zum Beispiel Brenner in unterschiedlichen Leistungsgrößen daraus zu schaffen und gleichzeitig möglichst viele Komponenten beizubehalten. Dies sind im Wesentlichen das Maß für den Ringspalt gegenüber der zugeordneten, konischen Aufnahme durch axiale Verschiebung oder Wechseln des Drall- und/oder Verdrängungskörpers, der Drallwinkel, die Drallrichtung sowie das Verdrängungsverhältnis bzw. der Drosselwiderstand. Auch die Umstellung auf eine andere Gasart erfolgt lediglich durch den Wechsel eines Drosselkörpers im Gaszuführungskanal.
-
- Fig. 1:
- einen Längsschnitt durch eine Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner,
- Fig. 2:
- den Bereich zur Gaszumischung in einer vergrößerten Detaildarstellung und
- Fig. 3:
- eine Drall- und/oder Verdrängungskörper, in Strömungsrichtung betrachtet.
- Die Mischeinrichtung besteht aus einem im Wesentlichen zylindrischen Verbrennungsluftkanal 1, welcher stromabwärts in ein Gebläse 2 zur Förderung des Gas-/Luft-Gemisches mündet, mit einem Drall- und/oder Verdrängungskörper 3. Ringförmig um den Verbrennungsluftkanal 1 ist ein Gaszuführungskanal 4 im Gehäuse 5 angeordnet.
Der Drall- und/oder Verdrängungskörper 3 bildet eine Querschnittsverengung im Verbrennungsluftkanal 1 sowie mit seinem äußeren Mantel 6 eine Wand des Gaszuführungskanals 4. Stromabwärts nach der Querschnittsverengung, an der Ausmündung des Drall- und/oder Verdrängungskörpers 3, wird das Gas in Strömungsrichtung über einen Ringspalt 7 zugemischt. Dieser ergibt sich zwischen dem äußeren Mantel 6 des Drall- und/oder Verdrängungskörpers 3 sowie einer zugeordneten Aufnahme 8. Mit einer Schraube 9 wird der Drall- und/oder Verdrängungskörper 3 in axialer Richtung eingestellt und fixiert. Mindestens eine eingeprägte Erhöhung 10 auf der Außenseite des Mantels 6 dient als Abstandshalter zur zugeordneten Fläche der Aufnahme 8.
An seiner Ausmündung, in unmittelbarer Nähe zum Ringspalt 7 für den Gasdurchtritt, besitzt der Drall- und/oder Verdrängungskörper 3 eine etwa in Strömungsrichtung zeigende Kante 11 zur Strömungslenkung. Im Inneren befinden sich mehrere schräg angestellte, flächige, rippenartige Leitelemente 12, welche mit ihren Außenkanten bis an die Innenwand des Mantels 6 reichen. Alle Leitelemente 12 sind miteinander verbunden und bilden im Zentrum des Drall- und/oder Verdrängungskörpers 3, im Bereich vor dessen Ausmündung, eine stromaufwärts zeigende, kegel- oder pyramidenförmige Spitze 13 als Strömungsbarriere. Dadurch verringert sich der freie Strömungsquerschnitt im Inneren des Drall- und/oder Verdrängungskörpers 3 in stromabwärtiger Richtung genauso wie durch die konische Form des Mantels 6.
Weiterhin ist am Verbrennungsluftkanal 1, stromaufwärts des Drall- und/oder Verdrängungskörpers 3, einen Anschlussstutzen 14 für eine Zuluftleitung vorgesehen, wobei dieser vorzugsweise direkt an die Wand angeformt ist.
Claims (6)
- Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner, bestehend aus einem Verbrennungsluftkanal (1), welcher stromabwärts in ein Gebläse (2) zur Förderung des Gas-/Luft-Gemisches zu einer Brenneroberfläche mündet, sowie einem an eine Gasarmatur angeschlossenen, ringförmig um den Verbrennungsluftkanal angeordneten Gaszuführungskanal (4), welcher stromaufwärts vor dem Gebläse (2) in den Verbrennungsluftkanal (1) einmündet, wobei ein Drall- und/oder Verdrängungskörper (3) in den Verbrennungsluftkanal (1) eingesetzt ist, eine Querschnittsverengung im Verbrennungsluftkanal (1) sowie mit seinem äußeren Mantel (6) eine Wand des Gaszuführungskanals (4) bildet, wobei stromabwärts nach der Querschnittsverengung, an der Ausmündung des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3), das Gas zugemischt wird, wobei das Gas zwischen dem äußeren Mantel (6) des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3) sowie einer zugeordneten Aufnahme (8) zugeführt wird und wobei der Mantel (6) des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3) sowie die zugeordnete Aufnahme (8) konisch gestaltet sind,
wobei der Mantel (6) des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3) an einer als Tiefenanschlag in axialer Richtung dienenden Fläche im Verbrennungsluftkanal (1) oder an Erhöhungen (10) oder Vorsprüngen an der Aufnahme (8) anliegt, dadurch auf Distanz zur Aufnahme (8) bleibt und einen Ringspalt (7) oder mehrere Öffnungen für den Gasdurchtritt freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (6) des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3) an seiner Ausmündung, in unmittelbarer Nähe zum Ringspalt (7) oder zu den Öffnungen für den Gasdurchtritt, eine etwa in Strömungsrichtung zeigende Kante (11) oder auf einem Teilstück einen zylindrischen, etwa mit dem Verbrennungsluftkanal (1) konzentrischen Bereich besitzt. - Mischeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Drall- und/oder Verdrängungskörper (3) innen einen sich in stromabwärtiger Richtung verjüngenden freien Strömungsquerschnitt sowie mehrere schräg angestellte, flächige, rippenartige Leitelemente (12) besitzt, welche mit ihren Außenkanten bis an die Innenwand des Mantels (6) reichen und dort fixiert sind. - Mischeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (12) miteinander verbunden sind und im Zentrum des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3), im Bereich vor dessen Ausmündung eine stromaufwärts zeigende, kegel- oder pyramidenförmige Spitze (13) als Strömungsbarriere bilden. - Mischeinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der miteinander verbundenen Leitelemente (12) etwa der Gesamtlänge des Drall- und/oder Verdrängungskörpers (3) entspricht. - Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Drall- und/oder Verdrängungskörper (3) erzeugte Drallrichtung und die Laufrichtung des Gebläses (2) gleich sind. - Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsluftkanal (1) stromaufwärts einen Anschlussstutzen (14) für eine Zuluftleitung aufweist.
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