EP2369231B1 - Mischvorrichtung für einen Gasbrenner - Google Patents

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EP2369231B1
EP2369231B1 EP11001358.8A EP11001358A EP2369231B1 EP 2369231 B1 EP2369231 B1 EP 2369231B1 EP 11001358 A EP11001358 A EP 11001358A EP 2369231 B1 EP2369231 B1 EP 2369231B1
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EP
European Patent Office
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section
mixing
combustion air
gas
diameter
Prior art date
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EP11001358.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2369231A1 (de
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Willem Super
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Garrett Motion SARL
Original Assignee
Honeywell Technologies SARL
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Publication date
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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
    • 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
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/007—Mixing tubes, air supply regulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for a gas burner according to the preamble of claim 1.
  • a mixing device for a gas burner with a housing and a Venturi device positioned in the housing is known.
  • the housing of the mixing device disclosed therein has a combustion air inlet, a gas inlet and an outlet for the mixture of gas and combustion air.
  • the Venturi device positioned in the housing is designed as a Venturi nozzle and serves to mix the combustion air and the gas.
  • a Venturi device for a mixing device of a gas burner, which is positioned in a housing of a mixing device and which is formed by an inlet funnel and an outlet funnel, wherein the Venturi device, namely the inlet funnel and the outlet funnel thereof, forming a contraction section, a mixing section and a diffuser section is contoured such that starting from the combustion air inlet to the mixing section via the contraction section narrowing in the direction of the mixing section, and that starting from the mixing section via the flared diffuser section to the outlet of the mixture Gas and combustion air can be supplied.
  • an input-side section of the outlet funnel covers an output-side section of the inlet funnel, forming an annular gap or an annular gap-like nozzle, via which or via which of the combustion air the gas can be admixed.
  • the WO 2009/133451 A2 discloses a mixing device for a gas burner with the features of the preamble of claim 1.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a known from the prior art mixing device 10 '.
  • the mixing device 10 'according to Fig. 1 comprises a housing 11 'within which a Venturi device 12' is positioned.
  • the housing 11 'of the mixing device 10' has a combustion air inlet 13 'for combustion air V, a gas inlet 14' for gas G and an outlet 15 'for the mixture M of gas and combustion air.
  • the Venturi device 12 'positioned in the housing 11' also has the combustion air inlet 13 'and the outlet 15' for the mixture M of gas and combustion air, the gas G entering the housing 11 'via the gas inlet 14', the Venturi device 12 'flows around radially on the outside and can be admixed or mixed with the combustion air V via an annular gap 16' which is formed between an inlet funnel 17 'and an outlet funnel' 18 'of the Venturi device 12'.
  • the annular gap 16 ' has a cross section which results from a difference in diameter between the outer diameter of an outlet-side end of the inlet funnel 17' and the inner diameter of an inlet-side end of the outlet funnel 18 'in the mixing area 20'.
  • the outer diameter of the annular gap 16 'thus corresponds to the inner diameter of the input-side end of the outlet hopper 18' and thus the diameter of the mixing region 20 '.
  • the outlet 15 'or the combustion air inlet 13' of such a mixing device of a gas burner, a fan or a fan associated with a speed of the fan or the blower determines the amount or volume flow of the gas burner supplied mixture of gas and combustion air.
  • the ratio of gas and combustion air in the combustion air / gas mixture is constant and is primarily by a cross-sectional ratio of the cross section of the inlet funnel 17 'in the mixing section 20' of the Venturi device 12 'and the cross section of the between the inlet funnel 17' and the outlet port 18 'of the Venturi device 12' formed annular gap 16 'determined.
  • the ratio of gas and combustion air in Verbrennungs KunststofflGas mixture should be constant, which form with increasing decreasing speed of the fan due to regulatory inaccuracies unwanted deviations in the ratio of gas and combustion air.
  • the speed of a fan cooperating with the mixing device can only be reduced to some extent while maintaining the desired ratio of gas and combustion air. This ultimately results in a feasible modulation range between 1 and 5, in which a high modulation quality, namely a desired ratio of gas and combustion air in the combustion air / gas mixture, can be provided.
  • a modulation of 1 corresponds to a full load speed of the fan and a modulation of 5 corresponds to 20% of the full load speed of the fan.
  • the rotational speed of the fan cooperating with the mixing device can be reduced while maintaining the desired ratio of gas and combustion air to only 20% of the full load rotational speed of the fan.
  • the invention is based on the object to provide a novel mixing device for a gas burner, on the one hand has a low flow resistance and on the other hand, while ensuring a high modulation quality allows a wide modulation range.
  • a combustion air guide means is positioned within the Venturi device which divides combustion air entering the mixing device into primary flow and secondary flow via the combustion air inlet, the combustion air from the combustion air inlet being deliverable to the mixing section via the contraction section from the combustion air inlet, and the combustion air the secondary flow is miscible with the mixture of the gas and the combustion air of the primary flow starting from the combustion air inlet downstream of the mixing section in the region of the diffuser section.
  • the rotational speed of a fan cooperating with the mixing device can be reduced to up to 10% of the full load rotational speed of the fan, while maintaining the desired ratio of gas and combustion air. Accordingly, in the apparatus according to the invention, the rotational speed of a fan interacting with the same can be reduced more than in mixing apparatuses known from the prior art, while maintaining a desired ratio of gas and combustion air. Furthermore, a low flow resistance is ensured.
  • Fig. 2 shows a schematic cross section of a first embodiment of a mixing device 10 according to the invention of a gas burner, wherein the mixing device 10 comprises a housing 11, within which a Venturi device 12 is positioned.
  • the housing 11 of the mixing device 10 has a combustion air inlet 13 for combustion air V, a gas inlet 14 for gas G and an outlet 15 for the mixture M of gas and combustion air.
  • the Venturi device 12 positioned in the housing 11 also has the combustion air inlet 13 and the outlet 15 for the mixture of gas and combustion air, the gas G, which enters the housing 11 via the gas inlet 14, the in Fig. 2 Visible Venturi device 12 flows radially around the outside and can be admixed or mixed with the combustion air V via an annular gap 16 which is formed between an inlet funnel 17 and an outlet funnel 18 of the venturi device 12.
  • the venturi 12 composed of the inlet hopper 17 and the outlet hopper 18 is contoured to form a contraction portion 19, a mixing portion 20, and a diffuser portion 21.
  • a guide device 22 for the combustion air is positioned within the venturi device 12.
  • the guide device 22 divides the combustion air V entering the mixing device 10 or the venturi device 12 into a primary flow V 1 and a secondary flow V 2 via the combustion air inlet 13.
  • the combustion air of the primary flow V 1 which flows around the guide device 22, is supplied from the combustion air inlet 13 to the mixing section 20 via the contraction section 19, wherein the combustion air of the primary flow V 1 is mixed in the region of the mixing section 20 with the gas G, which via the gas inlet 14 enters the mixing device 10.
  • the combustion air of the secondary flow V 2 which flows through the guide device 22, starting from the combustion air inlet 13 downstream of the mixing section 20 in the region of the diffuser section 21 with the mixture of the combustion air of the primary flow V 1 and the gas miscible.
  • the guide device 22 in the Venturi device 12 centric, in particular concentric, positioned.
  • the guide device 22 is in in Fig. 2 shown embodiment like a tube, namely continuous cylindrical, contoured and has a defined diameter d 22 and a defined length I 22nd In the illustrated embodiment of the Fig. 2 the diameter d 22 of the tubular guide means 22 is constant over the entire length I 22 thereof.
  • the inlet 13 for the combustion air V has a diameter d 13 and the outlet 15 for the mixture M of gas and combustion air has a diameter d 15 .
  • the mixing section 20 has a diameter d 20 .
  • the ratio d 13 / d 15 between the diameter d 13 of the inlet 13 for the combustion air V and the diameter d 15 of the outlet 15 for the mixture M of gas and combustion air is between 0.75 and 1.25, in particular (100 ⁇ 25 %).
  • this ratio d 13 / d 15 is 1.0.
  • the ratio d 20 / d 15 between the diameter d 20 of the mixing section 20 and the diameter d 15 of the outlet 15 for the mixture M of gas and combustion air is between 0.25 and 0.75, in particular (50 ⁇ 25)%. This ratio is preferably d 20 / d 15 0.5.
  • the ratio l 19 / d 20 between the length l 19 of the contraction portion 19 and the diameter d 20 of the mixing section 20 is between 0.5 and 1.5, in particular 1 ⁇ 0.5. Preferably, this ratio is l 19 / d 20 1.
  • the ratio l 21 / d 20 between the length l 21 of the diffuser portion 21 and the diameter d 20 of the mixing section 20 is between 2 and 6, in particular 4 ⁇ 2. This ratio is preferably l 21 / d 20 4.
  • the guide device 22 positioned in the venturi device 12 has the diameter d 22 .
  • the ratio d 22 / d 20 between the diameter d 22 of the guide device 22 and the diameter d 20 of the mixing section 20 is between 0.05 and 0.55, in particular (30 ⁇ 25)%. This ratio is preferably d 22 / d 20 0.3.
  • the ratio l 22 / d 22 between the length l 22 of the guide device 22 and the diameter d 22 thereof is between 5 and 15, in particular 10 ⁇ 5.
  • this ratio is l 22 / d 22 10.
  • the distance x between the flow outlet end 24 of the guide device 22 and the outlet 15 for the mixture M of gas and combustion air is dimensioned such that the ratio x / d 20 between this distance x and the diameter d 20 of the mixing region 20 between 0 and 2 is, in particular 1 ⁇ 1.
  • the ratio x / d 20 1.
  • the flow inlet end 23 of the guide device 22 is in the illustrated embodiment of Fig. 2 downstream of the combustion air inlet 13.
  • the offset between the flow inlet-side end 23 of the guide device 22 and the combustion air inlet 13 preferably corresponds at most to the diameter d 22 of the guide device 22.
  • Venturi device 112 radially flows around the outside and via an annular gap 116 which is formed between an inlet funnel 117 and a discharge port 118 of the Venturi device 112, the combustion air V can be added or admixed.
  • the venturi 112 composed of the inlet hopper 117 and the outlet hopper 118 is contoured to form a contraction portion 119, a mixing portion 120, and a diffuser portion 121.
  • a guide means 122 for the combustion air is positioned within the venturi 112.
  • the guide device 122 divides the combustion air V entering the mixing device 10 or the Venturi device 112 into a primary flow V 1 and a secondary flow V 2 via the combustion air inlet 113.
  • the combustion air of the primary flow V 1 which flows around the guide device 122, is supplied from the combustion air inlet 113 to the mixing section 120 via the contraction section 119, wherein the combustion air of the primary flow V1 is mixed in the region of the mixing section 120 with the gas G, which via the gas inlet 114 enters the mixing device 110.
  • the combustion air of the secondary flow V 2 which flows through the guide device 122, is miscible from the combustion air inlet 113 downstream of the mixing section 120 in the area of the diffuser section 121 with the mixture of the combustion air of the primary flow V 1 and the gas.
  • a ratio d 103 / d 100 between the diameter d 103 of the combustion air inlet 114 and the diameter d 100 of the mixing area 120 is between 0.9 and 1.3, more preferably (110 ⁇ 20)%. This ratio is preferably d 103 / d 100 1.1.
  • the flow inlet end 123 of the guide device 122 is in the illustrated embodiment of Fig. 3 exactly on the inlet 113 of the combustion or flush with the combustion air inlet 13 flush. It is also possible for the flow inlet end 123 of the guide device 122 to lie downstream of the combustion air inlet 13.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für einen Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE 296 17 621 U1 ist eine Mischvorrichtung für einen Gasbrenner mit einem Gehäuse und einer im Gehäuse positionierten Venturi-Einrichtung bekannt. Das Gehäuse der dort offenbarten Mischvorrichtung verfügt über einen Verbrennungslufteinlass, einen Gaseinlass und einen Auslass für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft. Die im Gehäuse positionierte Venturi-Einrichtung ist als Venturi-Düse ausgeführt und dient dem Mischen der Verbrennungsluft und des Gases.
  • Aus der DE 197 43 464 C1 ist eine als Venturi-Düse ausgebildete Venturi-Einrichtung für eine Mischvorrichtung eines Gasbrenners bekannt, die in einem Gehäuse einer Mischvorrichtung positioniert wird und die von einem Einlasstrichter und einem Auslasstrichter gebildet ist, wobei die Venturi-Einrichtung, nämlich der Einlasstrichter und der Auslasstrichter derselben, unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts, eines Mischabschnitts und eines Diffusorabschnitts derart konturiert ist, dass ausgehend vom Verbrennungslufteinlass dem Mischabschnitt über den sich in Richtung auf den Mischabschnitt verengenden Kontraktionsabschnitt die Verbrennungsluft zuführbar ist, und dass ausgehend vom Mischabschnitt über den sich erweiternden Diffusorabschnitt dem Auslass die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft zuführbar ist. Im Mischabschnitt überdeckt ein eingangsseitiger Abschnitt des Auslasstrichters einen ausgangsseitigen Abschnitt des Einlasstrichters unter Ausbildung eines Ringspalts bzw. einer ringspaltartigen Düse, über welchen bzw. über welche der Verbrennungsluft das Gas zugemischt werden kann.
  • Die WO 2009/133451 A2 offenbart eine Mischvorrichtung für einen Gasbrenner mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • Zur weiteren Verdeutlichung der aus dem Stand der Technik bekannten Mischvorrichtungen eines Gasbrenners sei auf Fig. 1 verwiesen, die einen schematisierten Querschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten Mischvorrichtung 10' zeigt. Die Mischvorrichtung 10' gemäß Fig. 1 umfasst ein Gehäuse 11', innerhalb dessen eine Venturi-Einrichtung 12' positioniert ist. Das Gehäuse 11' der Mischvorrichtung 10' verfügt über einen Verbrennungslufteinlass 13' für Verbrennungsluft V, einen Gaseinlass 14' für Gas G sowie einen Auslass 15' für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft. Die im Gehäuse 11' positionierte Venturi-Einrichtung 12' verfügt ebenfalls über den Verbrennungslufteinlass 13' sowie den Auslass 15' für das Gemisch M aus Gas und Verbrennungsluft, wobei das Gas G, welches in das Gehäuse 11' über den Gaseinlass 14' eintritt, die Venturi-Einrichtung 12' radial außen umströmt und über einen Ringsspalt 16', der zwischen einem Einlasstrichter 17' und einem Auslasstrichter '18' der Venturi-Einrichtung 12' ausgebildet ist, der Verbrennungsluft V zugemischt bzw. beigemischt werden kann. Die aus dem Einlasstrichter 17' und dem Auslasstrichter 18' zusammengesetzte Venturi-Einrichtung 12' ist unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts 19', eines Mischabschnitts 20' und eines Diffusorabschnitts 21' derart konturiert, dass ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 13' des Gehäuses 10' bzw. der Venturi-Einrichtung 12' dem Mischabschnitt 20' über den sich in Richtung auf den Mischabschnitt 20' verengenden Kontraktionsabschnitt 19' die Verbrennungsluft V zuführbar ist. Ausgehend vom Mischabschnitt 20' ist über den sich in Richtung auf den Auslass 15 erweiternden Diffusorabschnitt 21' die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft dem Auslass 15' zuführbar. Der Ringspalt 16' befindet sich im Mischabschnitt 20'. Der Ring-spalt 16' verfügt über einen Querschnitt, der sich aus einer Durchmesserdifferenz zwischen dem Außendurchmesser eines ausgangsseitigen Endes des Einlasstrichters 17' und dem Innendurchmesser eines eingangsseitigen Endes des Auslasstrichters 18' im Mischbereich 20' ergibt. Der Außendurchmesser des Ringspalts 16' entspricht demnach dem Innendurchmesser des eingangsseitigen Endes des Auslasstrichters 18' und damit dem Durchmesser des Mischbereichs 20'.
  • Typischerweise ist dem Auslass 15' oder dem Verbrennungslufteinlass 13' einer solchen Mischvorrichtung eines Gasbrenners ein Lüfter bzw. ein Gebläse zugeordnet, wobei eine Drehzahl des Lüfters bzw. des Gebläses die Menge bzw. den Volumenstrom der dem Gasbrenner zugeführten Mischung aus Gas und Verbrennungsluft bestimmt. Das Verhältnis aus Gas.und Verbrennungsluft im Verbrennungsluft/Gas-Gemisch ist konstant und wird in erster Linie durch ein Querschnittsverhältnis aus dem Querschnitt des Einlasstrichters 17' im Mischabschnitt 20' der Venturi-Einrichtung 12' und dem Querschnitt des zwischen dem Einlasstrichter 17' und dem Auslasstrichter 18' der Venturi-Einrichtung 12' ausgebildeten Ringspalts 16' bestimmt. Unabhängig von der Drehzahl des Lüfters soll das Verhältnis von Gas und Verbrennungsluft im VerbrennungsluftlGas-Gemisch konstant sein, wobei sich mit zunehmend verringernder Drehzahl des Lüfters auf Grund regelungstechnischer Ungenauigkeiten unerwünschte Abweichungen im Verhältnis aus Gas und Verbrennungsluft ausbilden. Bei bekannten Mischvorrichtungen kann die Drehzahl eines mit der Mischvorrichtung zusammenwirkenden Lüfters nur in gewissem Umfang unter Beibehaltung des gewünschten Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft reduziert werden. Dies resultiert letztendlich in einem realisierbaren Modulationsbereich zwischen 1 und 5, in welchem eine hohe Modulationsqualität, nämlich ein gewünschtes Verhältnis aus Gas und Verbrennungsluft im Verbrennungsluft/GasGemisch, bereitgestellt werden kann. Eine Modulation von 1 entspricht einer Volllastdrehzahl des Lüfters und eine Modulation von 5 entspricht 20% der Volllastdrehzahl des Lüfters. Mit aus dem Stand der Technik bekannten Mischeinrichtungen kann demnach die Drehzahl des mit der Mischvorrichtung zusammenwirkenden Lüfters unter Beibehaltung des gewünschten Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft nur auf 20% der Volllastdrehzahl des Lüfters reduziert werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Mischvorrichtung für einen Gasbrenner zu schaffen, die einerseits einen geringen Strömungswiderstand aufweist und andererseits unter Gewährleistung einer hohen Modulationsqualität einen breiten Modulationsbereich ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist innerhalb der Venturi-Einrichtung eine Führungseinrichtung für Verbrennungsluft positioniert, die über den Verbrennungslufteinlass in die Mischvorrichtung eintretende Verbrennungsluft in eine Primärströmung und eine Sekundärströmung aufteilt, wobei die Verbrennungsluft der Primärströmung ausgehend vom Verbrennungslufteinlass dem Mischabschnitt über den Kontraktionsabschnitt zuführbar ist, und wobei die Verbrennungsluft der Sekundärströmung ausgehend vom Verbrennungslufteinlass stromabwärts des Mischabschnitts im Bereich des Diffusorabschnitts mit der Mischung aus dem Gas und der Verbrennungsluft der Primärströmung mischbar ist.
  • Mit der Erfindung ist es letztendlich möglich, einen größeren Modulationsbereich für einen mit der Mischeinrichtung zusammenwirkenden Lüfter zwischen 1 und 10 bei guter Modulationsqualität zu gewährleisten. Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung kann demnach die Drehzahl eines mit der Mischvorrichtung zusammenwirkenden Lüfters unter Beibehaltung des gewünschten Verhältnisses aus Gas und Verbrennungsluft auf bis zu 10% der Volllastdrehzahl des Lüfters reduziert werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann demnach die Drehzahl eines mit derselben zusammenwirkenden Lüfters stärker reduziert werden als bei aus dem Stand der Technik bekannten Mischvorrichtungen, und zwar unter Aufrechterhaltung eines gewünschten Verhältnisses von Gas und Verbrennungsluft. Weiterhin wird ein geringer Strömungswiderstand gewährleistet.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne hierauf beschränkt zu sein, anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1:
    einen schematisierten Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und Verbrennungsluft für einen Gasbrenner;
    Fig. 2:
    einen schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und Verbrennungsluft für einen Gasbrenner nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    Fig. 3
    einen schematisierten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung zum Mischen von Gas und Verbrennungsluft für einen Gasbrenner nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt einen schematisierten Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 10 eines Gasbrenners, wobei die Mischvorrichtung 10 ein Gehäuse 11 umfasst, innerhalb dessen eine Venturi-Einrichtung 12 positioniert ist. Das Gehäuse 11 der Mischvorrichtung 10 verfügt über einen Verbrennungslufteinlass 13 für Verbrennungsluft V, einen Gaseinlass 14 für Gas G sowie einen Auslass 15 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft.
  • Die im Gehäuse 11 positionierte Venturi-Einrichtung 12 verfügt ebenfalls über den Verbrennungslufteinlass 13 sowie den Auslass 15 für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft, wobei das Gas G, welches in das Gehäuse 11 über den Gaseinlass 14 eintritt, die in Fig. 2 sichtbare Venturi-Einrichtung 12 radial außen umströmt und über einen Ringsspalt 16, der zwischen einem Einlasstrichter 17 und einem Auslasstrichter 18 der Venturi-Einrichtung 12 ausgebildet ist, der Verbrennungsluft V zugemischt bzw. beigemischt werden kann.
  • Die aus dem Einlasstrichter 17 und dem Auslasstrichter 18 zusammengesetzte Venturi-Einrichtung 12 ist unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts 19, eines Mischabschnitts 20 und eines Diffusorabschnitts 21 konturiert.
  • Erfindungsgemäß ist innerhalb der Venturi-Einrichtung 12 eine Führungseinrichtung 22 für die Verbrennungsluft positioniert.
  • Die Führungseinrichtung 22 teilt die über den Verbrennungslufteinlass 13 in die Mischvorrichtung 10 bzw. die Venturi-Einrichtung 12 eintretende Verbrennungsiuft V in eine Primärströmung V1 und eine Sekundärströmung V2 auf. Die Verbrennungsluft der Primärströmung V1, welche die Führungseinrichtung 22 umströmt, ist ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 13 dem Mischabschnitt 20 über den Kontraktionsabschnitt 19 zuführbar, wobei die Verbrennungsluft der Primärströmung V1 im Bereich des Mischabschnitts 20 mit dem Gas G gemischt wird, welches über den Gaseinlass 14 in die Mischeinrichtung 10 eintritt. Die Verbrennungsluft der Sekundärströmung V2, welche die Führungseinrichtung 22 durchströmt, ist ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 13 stromabwärts des Mischabschnitts 20 im Bereich des Diffusorabschnitts 21 mit der Mischung aus der Verbrennungsluft der Primärströmung V1 und dem Gas mischbar.
  • Durch die Etablierung der Sekundärströmung V2 der Verbrennungsluft, welche die Führungseinrichtung 22 durchströmt und stromabwärts des Mischabschnitts 20 mit dem Gas und der Verbrennungsluft der Primärströmung V1 gemischt wird, kann ein größerer Modulationsbereich realisiert werden, und zwar unter Aufrechterhaltung einer hohen Modulationsqualität.
  • Im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung 10 ist die Führungseinrichtung 22 in der Venturi-Einrichtung 12 zentrisch, insbesondere konzentrisch, positioniert. Die Führungseinrichtung 22 ist im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel rohrartig, nämlich durchgehend zylindrisch, konturiert und verfügt über einen definierten Durchmesser d22 und eine definierte Länge I22. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Durchmesser d22 der rohrartigen Führungseinrichtung 22 über die gesamte Länge I22 derselben konstant.
  • Der Einlass 13 für die Verbrennungsluft V verfügt über einen Durchmesser d13 und der Auslass 15 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft verfügt über einen Durchmesser d15. Der Mischabschnitt 20 verfügt über einen Durchmesser d20.
  • Das Verhältnis d13/d15 zwischen dem Durchmesser d13 des Einlasses 13 für die Verbrennungsluft V und dem Durchmesser d15 des Auslasses 15 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft beträgt zwischen 0,75 und 1,25, insbesondere (100±25)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d13/d15 1,0.
  • Das Verhältnis d20/d15 zwischen dem Durchmesser d20 des Mischabschnitts 20 und dem Durchmesser d15 des Auslasses 15 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft beträgt zwischen 0,25 und 0,75, insbesondere (50±25)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d20/d15 0,5.
  • Das Verhältnis l19/d20 zwischen der Länge l19 des Kontraktionsabschnitts 19 und dem Durchmesser d20 des Mischabschnitts 20 beträgt zwischen 0,5 und 1,5, insbesondere 1±0,5. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis l19/d20 1.
  • Das Verhältnis l21/d20 zwischen der Länge l21 des Diffusorabschnitts 21 und dem Durchmesser d20 des Mischabschnitts 20 beträgt zwischen 2 und 6, insbesondere 4±2. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis l21/d20 4.
  • Wie bereits erwähnt, verfügt die in der Venturi-Einrichtung 12 positionierte Führungseinrichtung 22 über den Durchmesser d22. Das Verhältnis d22/d20 zwischen dem Durchmesser d22 der Führungseinrichtung 22 und dem Durchmesser d20 des Mischabschnitts 20 beträgt zwischen 0,05 und 0,55, insbesondere (30±25)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d22/d20 0,3.
  • Das Verhältnis l22/d22 zwischen der Länge l22 der Führungseinrichtung 22 und dem Durchmesser d22 derselben beträgt zwischen 5 und 15, insbesondere 10±5. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis l22/d22 10.
  • Der Abstand x zwischen dem strömungsaustrittsseitigen Ende 24 der Führungseinrichtung 22 und dem Auslass 15 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft ist derart dimensioniert, dass das Verhältnis x/d20 zwischen diesem Abstand x und dem Durchmesser d20 des Mischbereichs 20 zwischen 0 und 2 beträgt, insbesondere 1±1. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis x/d20 1.
  • Wie bereits ausgeführt, liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 das strömungsaustrittsseitige Ende 24 der Führungseinrichtung 22 stromaufwärts des Auslasses 15 für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft.
  • Das strömungsaustrittsseitige Ende 24 der Führungseinrichtung 22, die im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 vorzugsweise zylindrisch konturiert ist, kann trichterartig aufgeweitet sein.
  • Das strömungseintrittsseitige Ende 23 der Führungseinrichtung 22 liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 stromabwärts des Verbrennungslufteinlasses 13. Der Versatz zwischen dem strömungseintrittsseitigen Ende 23 der Führungseinrichtung 22 und dem Verbrennungslufteinlass 13 entspricht vorzugsweise maximal dem Durchmesser d22 der Führungseinrichtung 22.
  • Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass das strömungseintrittsseitige Ende 23 der Führungseinrichtung 22 mit dem Verbrennungslufteinlass 13 bündig abschließt.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist die rohrartige Führungseinrichtung 22 zylindrisch konturiert und verfügt demnach Ober einen Durchmesser d22, der über die gesamte Länge l22 der Führungseinrichtung 22 konstant ist.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 verfügt die Führungseinrichtung 22 im Querschnitt über eine kreisrunde Kontur.
  • Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass die Führungseinrichtung 22 im Querschnitt oval oder ellipsenartig konturiert ist, wobei sich dann beim Durchmesser d22 um die sogenannte große Achse der jeweiligen Ellipse handelt.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 110 eines Gasbrenners zeigt Fig. 3, wobei die Mischvorrichtung 110 wiederum ein Gehäuse 111 umfasst, innerhalb dessen eine Venturi-Einrichtung 112 positioniert ist. Das Gehäuse 111 der Mischvorrichtung 110 verfügt über einen Verbrennungslufteinlass 113 für Verbrennungsluft V, einen Gaseinlass 114 für Gas G sowie einen Auslass 115 für die Mischung M aus Gas und Verbrennungsluft. Die im Gehäuse 111 positionierte Venturi-Einrichtung 112 verfügt ebenfalls über den Verbrennungslufteinlass 113 sowie den Auslass 115 für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft, wobei das Gas G, welches in das Gehäuse 111 über den Gaseinlass 114 eintritt, die in Fig. 2 sichtbare Venturi-Einrichtung 112 radial außen umströmt und über einen Ringspalt 116, der zwischen einem Einlasstrichter 117 und einem Auslasstrichter 118 der Venturi-Einrichtung 112 ausgebildet ist, der Verbrennungsluft V zugemischt bzw. beigemischt werden kann. Die aus dem Einlasstrichter 117 und dem Auslasstrichter 118 zusammengesetzte Venturi-Einrichtung 112 ist unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts 119, eines Mischabschnitts 120 und eines Diffusorabschnitts 121 konturiert.
  • Erfindungsgemäß ist innerhalb der Venturi-Einrichtung 112 eine Führungseinrichtung 122 für die Verbrennungsluft positioniert. Die Führungseinrichtung 122 teilt die über den Verbrennungslufteinlass 113 in die Mischvorrichtung 10 bzw. die Venturi-Einrichtung 112 eintretende Verbrennungsluft V in eine Primärströmung V1 und eine Sekundärströmung V2 auf. Die Verbrennungsluft der Primärströmung V1, welche die Führungseinrichtung 122 umströmt, ist ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 113 dem Mischabschnitt 120 über den Kontraktionsabschnitt 119 zuführbar, wobei die Verbrennungsluft der Primärströmung V1 im Bereich des Mischabschnitts 120 mit dem Gas G gemischt wird, welches über den Gaseinlass 114 in die Mischeinrichtung 110 eintritt.
  • Die Verbrennungsluft der Sekundärströmung V2, welche die Führungseinrichtung 122 durchströmt, ist ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 113 stromabwärts des Mischabschnitts 120 im Bereich des Diffusorabschnitts 121 mit der Mischung aus der Verbrennungsluft der Primärströmung V1 und dem Gas mischbar. Durch die Etablierung der Sekundärströmung V2 der Verbrennungsluft, welche die Führungseinrichtung 122 durchströmt und stromabwärts des Mischabschnitts 120 mit dem Gas und der Verbrennungsluft der Primärströmung V, gemischt wird, kann wiederum ein größerer Modulationsbereich realisiert werden, und zwar unter Aufrechterhaltung einer hohen Modulationsqualität.
  • Im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Mischvorrichtung 110 ist die Führungseinrichtung 122 rohrartig konturiert und verfügt über zwei Abschnitte, nämlich einen kegelstumpfartigen, sich in Strömungsrichtung aufweitenden Abschnitt 104 und einen sich an den kegelstumpfartigen Abschnitt 104 stromabwärts anschließenden zylindrischen Abschnitt 105. Der kegelstumpfartige Abschnitt 104 verfügt über eine Länge l104, einen strömungseintrittsseitigen bzw. strömaufwärtigen Durchmesser d102 und einen strömungsaustrittsseitigen bzw. strömabwärtigen Durchmesser d101. Der zylindrische Abschnitt 105 verfügt über eine Länge l105 und einen Durchmesser, der dem strömungsaustrittsseitigen bzw. strömabwärtigen Durchmesser d101 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 entspricht. Der Einlass 113 für die Verbrennungsluft V verfügt über einen Durchmesser d103 und der Mischabschnitt 120 verfügt über einen Durchmesser d100.
  • Ein Verhältnis l104/d1032 zwischen der Länge l104 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 122 und dem strömungseintrittsseitigen bzw. strömaufwärtigen Durchmesser d102 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 22 beträgt zwischen 2 und 6, insbesondere 4±2. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis l104/d102 4.
  • Ein Verhältnis l105/d102 zwischen der Länge l105 des zylindrischen Abschnitts 105 der Führungseinrichtung 122 und dem strömungseintrittsseitigen bzw. strömaufwärtigen Durchmesser d102 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 22 beträgt zwischen 1 und 3, insbesondere 2±1. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis l105/d102 2.
  • Ein Verhältnis d102/d101 zwischen dem strömungseintrittsseitigen bzw. strömaufwärtigen Durchmesser d102 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 122 und strömungsaustrittsseitigen bzw. dem strömabwärtigen Durchmesser d101 des kegelstumpfartigen Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 122 beträgt zwischen 0,25 und 0,75, insbesondere (50±25)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d102/d101 0,5.
  • Ein Verhältnis d101/d100 zwischen dem strömungsaustrittsseitigen bzw. strömabwärtigen Durchmesser d101 des Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 22, welcher dem Durchmesser des Abschnitts 105 entspricht, und dem Durchmesser d100 des Mischbereichs 120 beträgt zwischen 0,81 und 0,99, insbesondere (90±9)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d101/d100 0,9.
  • Ein Verhältnis d103/d100 zwischen dem Durchmesser d103 des Einlasses 113 für die Verbrennungsluft V und dem Durchmesser d100 des Mischbereichs 120 beträgt zwischen 0,9 und 1,3, insbesondere (110±20)%. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis d103/d100 1,1.
  • Ein Verhältnis y/d100 des Abstands y zwischen einem strömungsaustrittseitigen Ende 124 der Führungseinrichtung 122 und dem Auslass 115 für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft und dem Durchmesser d100 des Mischbereichs 120 zwischen 0,5 und 2,5 beträgt.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 liegt das strömungsaustrittsseitige Ende 124 der Führungseinrichtung 122 stromaufwärts des Auslasses 15 für die Mischung M, nämlich gemäß Fig. 3 exakt auf dem Ende des Mischabschnitts 120.
  • Das strömungsaustrittsseitige Ende 124 der Führungseinrichtung 122 schließt demnach gemäß Fig. 3 bündig mit dem Ende des Mischabschnitts 120 ab. Das strömungsaustrittsseitige Ende 124 der Führungseinrichtung 122 kann auch stromabwärts des Endes des Mischabschnitts 120 liegen.
  • In jedem Fall wird die Verbrennungsluft der Sekundärströmung V2 ausgehend vom Verbrennungslufteinlass 113 stromabwärts des Mischabschnitts 120 im Bereich des Diffusorabschnitts 121 mit der Mischung aus dem Gas G und der Verbrennungsluft der Primärströmung V1 gemischt.
  • Das strömungseintrittsseitige Ende 123 der Führungseinrichtung 122 liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 exakt auf dem Einlass 113 der Verbrennung bzw. schließt bündig mit dem Verbrennungslufteinlass 13 bündig ab. Es ist auch möglich, dass das strömungseintrittsseitige Ende 123 der Führungseinrichtung 122 stromabwärts des Verbrennungslufteinlasses 13 liegt.
  • Das strömungsaustrittsseitige Ende des Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 122 und damit das strömungseintrittsseitige Ende des Abschnitts 105 der Führungseinrichtung 122 schließt gemäß Fig. 3 bündig mit dem Anfang des Mischabschnitts 120 ab.
  • Das strömungsaustrittsseitige Ende des Abschnitts 104 der Führungseinrichtung 122 und damit das strömungseintrittsseitige Ende des Abschnitts 105 der Führungseinrichtung 122 kann auch stromabwärts oder stromaufwärts des Anfangs des Mischabschnitts 120 liegen.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 3 verfügt die Führungseinrichtung 122 im Querschnitt über eine kreisrunde Kontur. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass die Führungseinrichtung 122 im Querschnitt oval oder ellipsenartig konturiert ist.
  • Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 stellt die Führungseinrichtung 22 einen Art Bypass zum Kontraktionsabschnitt 19 bereit, in welchem die Sekundärströmung V2 weder kontrahiert noch expandiert wird. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 hingegen wird im Abschnitt 104 der Führungseinrichtung 122 die Sekundärströmung V2 expandiert, während parallel hierzu die Primärströmung V1 im Kontraktionsabschnitt 119 kontrahiert wird. Mit beiden Ausführungsbeispielen kann ein größerer Modulationsbereich realisiert werden, und zwar unter Aufrechterhaltung einer hohen Modulationsqualität. Gleichzeitig wird ein geringer Strömungswiderstand bzw. Durchflusswiderstand gewährleistet.
    • Bezugszeichenliste
    • 10, 110, 10'
    Mischvorrichtung
    11, 111, 11'
    Gehäuse
    12, 112, 12'
    Venturi-Einrichtung
    13, 113, 13'
    Verbrennungslufteinlass
    14, 114, 14'
    Gaseinlass
    15, 115, 15'
    Auslass
    16, 116, 16'
    Ringsspalt
    17, 117, 17'
    Einlasstrichter
    18, 118, 18'
    Auslasstrichter
    19, 119, 19'
    Kontraktionsabschnitt
    20, 120, 20'
    Mischabschnitt
    21, 121, 21'
    Diffusorabschnitt
    22, 122
    Führungseinrichtung
    23, 123
    strömungseintrittseitiges Ende
    24, 124
    strömungsaustrittseitiges Ende
      104
    Abschnitt
      105
    Abschnitt
    V
    Verbrennungsluft
    V1
    Primärströmung
    V2
    Sekundärströmung
    G
    Gas
    M
    Mischung aus Gas und Verbrennungsluft

Claims (14)

  1. Mischvorrichtung für einen Gasbrenner, mit einem einen Verbrennungslufteinlass (13, 113), einen Gaseinlass (14, 114) und einen Auslass (15, 115) für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft aufweisenden Gehäuse, und mit einer im Gehäuse (11, 111) positionierten Venturi-Einrichtung (12, 112), die dem Mischen der Verbrennungsluft und des Gases dient, wobei die Venturi-Einrichtung (12, 112) unter Ausbildung eines Kontraktionsabschnitts, eines Mischabschnitts und eines Diffusorabschnitts konturiert ist, wobei Gas (G), welches in das Gehäuse (11, 111) über den Gaseinlass (14, 114) eintritt, über einen zwischen einem Einlasstrichter (17, 117) und einem Auslastrichter (18, 118) der Venturi-Einrichtung (12, 112) ausgebildeten Ringspalt (16, 116) der Verbrennungsluft zumischbar ist, und wobei innerhalb der Venturi-Einrichtung (12, 112) eine Führungseinrichtung (22, 122) für Verbrennungsluft positioniert ist, die über den Verbrennungslufteinlass (13, 113) in die Mischvorrichtung eintretende Verbrennungsluft (V) in eine Primärströmung (V1) und eine Sekundärströmung (V2) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Venturi-Einrichtung (12, 112) positionierte Führungseinrichtung (22, 122) rohrartig ausgebildet ist, so dass die Verbrennungsluft der Primärströmung (V1) ausgehend vom Verbrennungslufteinlass (13, 113) dem Mischabschnitt (20, 120) über den Kontraktionsabschnitt (19, 119) zuführbar und die Verbrennungsluft der Sekundärströmung (V2) ausgehend vom Verbrennungslufteinlass (13, 113) stromabwärts des Mischabschnitts (20, 120) im Bereich des Diffusorabschnitts (21, 121) mit der Mischung (M) aus dem Gas (G) und der Verbrennungsluft der Primärströmung (V1) mischbar ist.
  2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (22, 122) in der Venturi-Einrichtung (12, 112) zentrisch, vorzugsweise konzentrisch, positioniert ist.
  3. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (22) durchgehend zylindrisch, ausgebildet ist.
  4. Mischvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (d22/d20) zwischen dem Durchmesser (d22) der Führungseinrichtung (22) und einem Durchmesser (d20) des Mischbereichs (20) zwischen 0,05 und 0,55 beträgt.
  5. Mischvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (l22/d22) zwischen Länge (l22) der Führungseinrichtung (22) und dem Durchmesser (d22) der Führungseinrichtung (22) zwischen 5 und 15 beträgt.
  6. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (l19/d20) zwischen Länge (l19) des Kontraktionsabschnitts (19) und dem Durchmesser (d20) des Mischbereichs (20) zwischen 0,5 und 1,5 beträgt.
  7. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (l21/d20) zwischen Länge (l21) des Diffusorabschnitts (21) und dem Durchmesser (d20) des Mischbereichs (20) zwischen 2 und 6 beträgt.
  8. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (x/d20) des Abstand (x) zwischen einem strömungsaustrittseitigen Ende (24) der Führungseinrichtung und dem Auslass (15) für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft und dem Durchmesser (d20) des Mischbereichs (20) zwischen 0 und 2 beträgt.
  9. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (122) einen kegelstumpfartigen, sich in Strömungsrichtung aufweitenden Abschnitt (104) und einen sich an den kegelstumpfartigen Abschnitt (104) stromabwärts anschließenden zylindrischen Abschnitt (105) aufweist.
  10. Mischvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (l104/d102) zwischen der Länge (l104) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) und dem strömaufwärtigen Durchmesser (d102) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) zwischen 2 und 6 beträgt.
  11. Mischvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (l105/d102) zwischen der Länge (l105) des zylindrischen Abschnitts (105) der Führungseinrichtung (122) und dem strömaufwärtigen Durchmesser (d102) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) zwischen 1 und 3 beträgt.
  12. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (d102/d101) zwischen dem strömaufwärtigen Durchmesser (d102) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) und dem strömabwärtigen Durchmesser (d101) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) zwischen 0,25 und 0,75 beträgt.
  13. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (d101/d100) zwischen dem strömabwärtigen Durchmesser (d101) des kegelstumpfartigen Abschnitts (104) der Führungseinrichtung (122) und dem strömabwärtigen Durchmesser (d100) des Mischbereichs (120) zwischen 0,81 und 0,99 beträgt.
  14. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (y/d100) des Abstand (y) zwischen einem strömungsaustrittseitigen Ende (124) der Führungseinrichtung (122) und dem Auslass (115) für die Mischung aus Gas und Verbrennungsluft und dem Durchmesser (d100) des Mischbereichs (120) zwischen 0,5 und 2,5 beträgt.
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