EP2863121B1 - Düse für einen Gasbrenner - Google Patents

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EP2863121B1
EP2863121B1 EP14185135.2A EP14185135A EP2863121B1 EP 2863121 B1 EP2863121 B1 EP 2863121B1 EP 14185135 A EP14185135 A EP 14185135A EP 2863121 B1 EP2863121 B1 EP 2863121B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlet opening
nozzle
diameter
channel
pin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP14185135.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2863121A2 (de
EP2863121A3 (de
Inventor
Ricardo Ferreira
Vasco Zeferina
Alexandre Afonso
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2863121A2 publication Critical patent/EP2863121A2/de
Publication of EP2863121A3 publication Critical patent/EP2863121A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2863121B1 publication Critical patent/EP2863121B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • 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
    • F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
    • 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
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11001—Impinging-jet injectors or jet impinging on a surface
    • 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
    • F23D2900/11401—Flame intercepting baffles forming part of burner head

Definitions

  • the invention relates to a nozzle for a gas burner according to claim 1.
  • a nozzle for a burner wherein the nozzle has a channel, wherein in the channel a pin is provided with a guide surface for guiding a fuel.
  • a burner for fossil fuels wherein the burner has a nozzle which emits fuel into a channel, wherein a flow-shaping element is arranged in the channel. After the flow-shaping element, the outlet opening of the channel is provided.
  • a nozzle for a gas burner according to the preamble of the first claim wherein the nozzle has a channel with an outlet opening, wherein a flow element is arranged outside the outlet opening, wherein the flow element is fastened via a sleeve in the channel.
  • a nozzle for a gas burner wherein a channel is provided, wherein the channel has an outlet opening, wherein outside of the outlet opening a flow element is provided, wherein the flow element has a gyro plate and a spaced apart in the flow direction mushroom head as another flow element.
  • the object of the invention is to provide an improved nozzle for a gas burner.
  • An advantage of the described nozzle is that the fuel is efficiently fluidized with air by the nozzle with little pressure loss. This is achieved in that the nozzle has a channel in which the fuel is conveyed, wherein a flow element is provided, which is arranged outside the outlet opening of the nozzle.
  • the flow element is designed in such a way that an optimal turbulence of the fuel with air, which is conveyed outside the nozzle along the nozzle, takes place.
  • due to the shape of the flow element a small pressure drop is achieved.
  • the flow element is arranged outside the outlet opening, and that the cross section of the flow element increases with increasing distance to the outlet opening.
  • a guide surface is provided, which leads away the fuel from a center axis of the nozzle and thus efficiently mixed with an air flow, which flows along an outer surface of the nozzle at the outlet opening.
  • the nozzle has a flow element in which the second portion is tapered to a tip. In this way, the turbulence of the fuel is improved with the air flow at low pressure drop.
  • the flow element in the first section has a first radius of curvature.
  • a symmetrical and targeted guidance of the fuel is achieved. Due to the first radius of curvature, the fuel is deflected radially outward with a relatively small pressure drop from its longitudinal flow parallel to the longitudinal axis of the channel of the nozzle. However, the deflection occurs in such a way that a small pressure drop occurs.
  • a transition region between the first and the second section of the end piece has a second radius of curvature. In this way, a defined, but in the flow direction continuously extending tear zone for the fuel flow. This feature also prevents the occurrence of a large pressure drop.
  • the second diameter has an order of magnitude which is in the range between 0.8 and 1.1 times the diameter of the outlet opening.
  • the second diameter is in the range between 0.9 and 0.98 times the diameter of the outlet opening.
  • the second diameter is at a distance from the plane of the exit opening ranging between 0.2 and 1.2 times the diameter of the outlet opening is located.
  • the distance of the second diameter from the plane of the outlet opening is in the range between 0.33 and 0.9 times the diameter of the outlet opening.
  • a flow molding has a pin, at the end of which the flow element is formed, the pin having a constant cylindrical cross section in the channel at least in one end region in front of the outlet opening.
  • the pin has a constant cylindrical cross section substantially in the channel.
  • the pin is fastened to the nozzle via a fastening part.
  • the pin may be formed as a separate component and be positively or non-positively attached to the nozzle. In this way it is possible to retrofit existing nozzles with the pen.
  • the pin is connected to one or two struts with an annular or partially annular fastening part. Due to the design of the struts only a small area of the channel is blocked by the struts, so that only a slight turbulence or a small pressure drop occurs in the region of the fastening part.
  • the nozzle has a surface which is rotationally symmetrical to the center axis of the nozzle in the region of the outlet opening and tapers in the direction of the outlet opening of the channel. In this way, an efficient guidance of the air flow is achieved.
  • the nozzle in the region of the outlet opening has a wall thickness which lies in the region of the diameter of the channel in the region of the outlet opening.
  • FIG. 1 shows a schematic partial sectional view of a cross section through a nozzle 1, which has a housing 3, which surrounds an inner space 2.
  • fuel is introduced, which is discharged via a channel 4 via an outlet opening 6.
  • the channel 4 opens via an inlet opening 5 in the interior 2.
  • the channel 4 is rotationally symmetrical to a central axis 7 is formed.
  • the cylindrical section 8 merges into a tapered section 9.
  • the conically tapering section 9 merges into a cylindrical further section 10.
  • the channel 4 tapers into a cylindrical outlet channel 11.
  • the outlet channel 11 merges into the outlet opening 6, which is arranged perpendicular to the center axis 7 at the tip of the nozzle 1.
  • a flow shaping part 12 is arranged, which has a cylindrical pin 13, wherein the pin 13 is fastened via a fastening part 14 on the cylindrical portion 8 of the channel 4 on the housing 3.
  • the fastening part is formed, for example, part-ring-shaped.
  • the fastening part 14 is formed in the form of a ring.
  • the fastening part 14 may be positively or non-positively connected to the housing 3.
  • the fastening part 14 is formed for example as a ring which is rectangular in cross-section.
  • the fastening part 14 may be fixed to the housing 3 by means of an interference fit.
  • the pin 13 is connected via struts 15 with the fastening part 14.
  • the struts 15 are preferably arranged in a plane perpendicular to the center axis 7.
  • the pin 13 is arranged with its center axis in the center axis 7 of the channel 4 and extends beyond the outlet opening 6 addition.
  • the channel 4 has a flow element 16 as an end piece.
  • the flow element 16 is rotationally symmetrical to the center axis 7 and formed to the center axis of the pin 13.
  • the housing 3 has, in the region of the channel 4, a rotationally symmetrical outer surface 33 with respect to the center axis 7. In the direction of the outlet opening 12, the surface 33 of the housing 3 is tapered.
  • the nozzle 1 in the region of the outlet opening 12 preferably has a wall thickness which lies in the region of the diameter of the outlet opening 12.
  • the housing of the nozzle may also have other shapes and / or dimensions.
  • the flow element 16 may also be connected directly to the nozzle 1 via at least one strut. It can be dispensed with the pin 13 and the fastening part 14.
  • FIG. 2 shows in a schematic representation of the flow element 16.
  • the pin 13 preferably has a cylindrical cross section with a first diameter.
  • the diameter of the flow element 16 expands continuously in a first section 18, starting from the diameter of the pin 13 to a second diameter.
  • the first section 18 is followed by a second section 19, along which the diameter of the flow element 16 tapers again.
  • the flow element 16 in the second section 19 tapers conically up to a tip 20.
  • the end of the flow element 16 may also have a third diameter that is smaller than the first diameter.
  • the flow element 16 is like the pin 13 rotationally symmetrical to the center axis 7 formed.
  • the diameter of the flow element 16 in the region of the first section 18 may widen conically or with a first radius of curvature.
  • the surface of the flow element 16 preferably merges with the second section 19 from the first section over a second radius of curvature.
  • the first portion 18 preferably presents a concave surface in cross-section.
  • the transition region between the first and second portions 18, 19 is a convex surface in cross-section.
  • the second portion 19 may also be used instead of the conical Form having a convex or concave surface in cross-section.
  • the flow element 16 in the first section may be formed in cross-section also in the form of a convex surface.
  • the diameter of the flow element reaches a maximum diameter h.
  • the transition region 21 is spaced a fixed distance d from the plane of the outlet opening 6.
  • the maximum diameter h is preferably in the range between 0.8 and 1.1 times the diameter of the outlet opening.
  • the maximum diameter h of the flow element 16 is in the range between 0.9 and 0.98 times the diameter of the outlet opening.
  • the distance d between the plane of the outlet opening and the plane of the maximum diameter is in the range between 0.2 and 1.1 times the diameter of the outlet opening.
  • the distance d is between 0.33 and 0.9 times the diameter of the outlet opening.
  • the conical surface 33 of the housing 3 has, for example, an angle 17 with respect to the center axis 7, which lies in the range between 5 and 30 °.
  • FIG. 3 shows in a perspective view of the flow molding part 12.
  • the attachment member 14 has two openings 22, 23 through which fuel flows into the channel 4.
  • the fastening part 14 may also be formed only partially annular and it may be provided only a single strut 15 to connect the pin 13 with the fastening part 14.
  • FIG. 4 shows in a front view of the flow molding part 12. The symmetrical arrangement of the struts 15 and the symmetrical arrangement of the openings 22, 23 are clearly visible.
  • the openings 22, 23 have a rounded cross-sectional shape.
  • the struts 15 are arranged on an axis.
  • the struts 15 are also arranged mirror-symmetrically to the plane through the center axis 7.
  • the openings 22, 23 are formed mirror-symmetrically to a plane in the center axis 7. In this way, the lowest possible turbulence or pressure change of the fuel flow is achieved when entering from the interior 2 into the channel 4.
  • FIG. 5 shows a cross section AA through the flow molding part 12 along the center axis 7 of FIG. 4 ,
  • FIG. 6 shows the arrangement of the nozzle 1 in a flow tube 24.
  • the nozzle 1 along a center axis of the flow tube 24 is arranged.
  • the flow tube 24 is traversed by an air flow 25 in the illustrated arrow direction.
  • the air flow 25 flows along the surface 33 of the nozzle 1 in the direction of the outlet opening 6.
  • the air flow 25 swirls with the fuel 26, which is discharged from the nozzle 1.
  • turbulences 27 are generated in the flow tube 24, which are shown schematically in the form of curved arrows. Due to the described embodiments of the nozzle 1 with the flow molding 12, an efficient turbulence of the fuel 26 is achieved with the air flow 25, wherein the lowest possible pressure drop is generated.
  • the air flow 25 is generated for example by means of a blower.
  • the described nozzle 1 can be used for example in gas heating systems, in particular in gas-water heaters.
  • the nozzle described can be used to produce a low NO x emissions, for example less than 40 ppm on combustion.
  • a low NO x emissions for example less than 40 ppm on combustion.
  • the nozzle described achieves rapid vertical mixing of the fuel with the air flow. In addition, a rapid distribution of the fuel and a molecular mixing of the fuel with the air flow possible. Furthermore, due to the proposed nozzle, only a small pressure drop of the fuel stream when leaving the nozzle is caused.
  • the nozzle can be used to mix methane as fuel with air. Experiments have shown that the proposed nozzle can increase the uniform mixing of methane with air by 25%.
  • the flow tube 24 may have further surfaces for swirling and guiding the air flow.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Düse für einen Gasbrenner gemäß Patentanspruch 1.
    • Stand der Technik
  • Aus US 43 42 426 ist eine Düse für einen Brenner bekannt, wobei die Düse einen Kanal aufweist, wobei im Kanal ein Stift mit einer Führungsfläche zum Führen eines Brennstoffs vorgesehen ist.
  • Aus WO 85/00051 ist ein Brenner für fossile Brennstoffe bekannt, wobei der Brenner eine Düse aufweist, die Kraftstoff in einen Kanal abgibt, wobei im Kanal ein Strömungsformungselement angeordnet ist. Nach dem Strömungsformungselement ist die Austrittsöffnung des Kanals vorgesehen.
  • Aus US 4,168,950 ist eine Düse für einen Gasbrenner gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruchs bekannt wobei die Düse einen Kanal mit einer Austrittsöffnung aufweist, wobei ein Strömungselement außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet ist, wobei das Strömungselement über eine Hülse im Kanal befestigt ist.
  • Aus US 4,780,077 ist eine Düse für einen Gasbrenner bekannt, wobei ein Kanal vorgesehen ist, wobei der Kanal eine Austrittsöffnung aufweist, wobei außerhalb der Austrittsöffnung ein Strömungselement vorgesehen ist, wobei das Strömungselement eine Kreiselplatte und einen davon in Strömungsrichtung beabstandeten Pilzkopf als weiteres Strömungselement aufweist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Düse für einen Gasbrenner bereitzustellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Düse gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Düse sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Vorteil der beschriebenen Düse besteht darin, dass der Brennstoff mithilfe der Düse bei geringem Druckverlust effizient mit Luft verwirbelt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Düse einen Kanal aufweist, in dem der Brennstoff gefördert wird, wobei ein Strömungselement vorgesehen ist, das außerhalb der Austrittsöffnung der Düse angeordnet ist. Das Strömungselement ist in der Weise ausgebildet, dass eine optimale Verwirbelung des Brennstoffes mit Luft, die außerhalb der Düse an der Düse entlang gefördert wird, erfolgt. Zudem wird aufgrund der Form des Strömungselements ein geringer Druckabfall erreicht.
  • Dies wird zum einen dadurch erreicht, dass das Strömungselement außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet ist, und dass der Querschnitt des Strömungselements mit zunehmendem Abstand zur Austrittsöffnung zunimmt. Auf diese Weise ist eine Führungsfläche vorgesehen, die den Brennstoff von einer Mittenachse der Düse wegführt und somit effizient mit einer Luftströmung vermischt, die entlang einer Außenfläche der Düse an der Austrittsöffnung vorbeiströmt.
  • In einer Ausführungsform weist die Düse ein Strömungselement auf, bei dem der zweite Abschnitt konisch zulaufend zu einer Spitze ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Verwirbelung des Brennstoffes mit dem Luftstrom bei geringem Druckabfall verbessert.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Strömungselement im ersten Abschnitt einen ersten Krümmungsradius auf. Durch die Ausbildung des Strömungselements mit einem ersten Krümmungsradius wird eine symmetrische und gezielte Führung des Brennstoffes erreicht. Aufgrund des ersten Krümmungsradius wird der Kraftstoff mit relativ geringem Druckabfall aus seiner Längsströmung parallel zur Längsachse des Kanals der Düse radial nach außen abgelenkt. Die Ablenkung erfolgt jedoch in der Weise, dass ein geringer Druckabfall auftritt.
  • In einer weiteren Ausbildungsform weist ein Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Endstückes einen zweiten Krümmungsradius auf. Auf diese Weise erfolgt ein definierter, aber in Strömungsrichtung kontinuierlich verlaufender Abrissbereich für den Brennstoffstrom. Auch dieses Merkmal verhindert das Auftreten eines großen Druckabfalles.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Durchmesser eine Größenordnung auf, die im Bereich zwischen 0,8 und 1,1 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung liegt. Vorzugsweise liegt der zweite Durchmesser im Bereich zwischen 0,9 und 0,98 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung. Versuche haben gezeigt, dass mit diesen Dimensionen eine effiziente Verwirbelung des Brennstoffes mit der umströmenden Luft erreicht wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der zweite Durchmesser einen Abstand von der Ebene der Austrittsöffnung auf, der im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung liegt. Vorzugsweise liegt der Abstand des zweiten Durchmessers von der Ebene der Austrittsöffnung im Bereich zwischen 0,33 und 0,9 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung. Versuche haben gezeigt, dass diese Dimensionen eine effiziente Verwirbelung des Brennstoffes mit Luft ermöglichen.
  • Für eine möglichst geringe Beeinflussung des Brennstoffflusses weist ein Strömungsformteil einen Stift auf, an dessen Ende das Strömungselement ausgebildet ist, wobei der Stift im Kanal wenigstens in einem Endbereich vor der Austrittsöffnung einen konstanten zylindrischen Querschnitt aufweist. Vorzugsweise weist der Stift im Wesentlichen im Kanal einen konstanten zylindrischen Querschnitt auf. Dadurch wird der Strömungsfluss des Brennstoffes möglichst wenig innerhalb des Kanals verwirbelt.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Stift über ein Befestigungsteil an der Düse befestigt. Beispielsweise kann der Stift als separates Bauteil ausgeformt sein und kraft- oder formschlüssig an der Düse befestigt sein. Auf diese Weise ist es möglich, bereits existierende Düsen mit dem Stift nachzurüsten.
  • Für eine möglichst geringe Beeinflussung des Brennstoffstromes ist der Stift mit ein oder zwei Streben mit einem ringförmigen bzw. teilringförmigen Befestigungsteil verbunden. Durch die Ausbildung der Streben wird nur eine geringe Fläche des Kanales durch die Streben versperrt, sodass nur eine geringe Verwirbelung bzw. ein geringer Druckabfall im Bereich des Befestigungsteiles auftritt.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Düse eine Oberfläche auf, die rotationssymmetrisch zur Mittenachse der Düse im Bereich der Austrittsöffnung ausgebildet ist und in Richtung der Austrittsöffnung des Kanals konisch zuläuft. Auf diese Weise wird eine effiziente Führung des Luftstromes erreicht.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die Düse im Bereich der Austrittsöffnung eine Wandstärke auf, die im Bereich des Durchmessers des Kanals im Bereich der Austrittsöffnung liegt. Versuche haben gezeigt, dass mit diesen Parametern eine effiziente Verwirbelung bei geringem Druckabfall erreicht wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch ein Endstück einer Düse,
    • Figur 2 eine schematische Teildarstellung der Austrittsöffnung der Düse und des Strömungselements,
    • Figur 3 eine isometrische Darstellung des Strömungsformteils,
    • Figur 4 eine Frontansicht des Strömungsformteils,
    • Figur 5 einen Querschnitt durch das Strömungsformteil, und
    • Figur 6 eine schematische Darstellung der Düse in einem Brenner einer Heizanlage.
  • Figur 1 zeigt in einer schematischen Teilschnittdarstellung einen Querschnitt durch eine Düse 1, die ein Gehäuse 3 aufweist, das einen Innenraum 2 umgibt. In den Innenraum 2 wird Brennstoff eingeführt, der über einen Kanal 4 über eine Austrittsöffnung 6 abgegeben wird. Der Kanal 4 mündet über eine Eintrittsöffnung 5 in den Innenraum 2. Der Kanal 4 ist rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse 7 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kanal 4 im Bereich der Eintrittsöffnung 5 einen zylinderförmigen Abschnitt 8 auf. Der zylinderförmige Abschnitt 8 geht in einen konisch zulaufenden Abschnitt 9 über. Der konisch zulaufende Abschnitt 9 geht in einen zylinderförmigen weiteren Abschnitt 10 über. Im Bereich der Austrittsöffnung 6 verjüngt sich der Kanal 4 in einen zylinderförmigen Austrittskanal 11. Der Austrittskanal 11 geht in die Austrittsöffnung 6 über, die senkrecht zur Mittenachse 7 an der Spitze der Düse 1 angeordnet ist. Im Kanal 4 ist ein Strömungsformungsteil 12 angeordnet, das einen zylindrischen Stift 13 aufweist, wobei der Stift 13 über ein Befestigungsteil 14 am zylinderförmigen Abschnitt 8 des Kanals 4 am Gehäuse 3 befestigt ist. Das Befestigungsteil ist beispielsweise teilringförmig ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Befestigungsteil 14 in Form eines Ringes ausgebildet. Das Befestigungsteil 14 kann form- oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse 3 verbunden sein. Das Befestigungsteil 14 ist beispielsweise als Ring ausgebildet, der im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Befestigungsteil 14 mithilfe eines Presssitzes am Gehäuse 3 befestigt sein. Der Stift 13 ist über Streben 15 mit dem Befestigungsteil 14 verbunden. Die Streben 15 sind vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Mittenachse 7 angeordnet. Der Stift 13 ist mit seiner Mittenachse in der Mittenachse 7 des Kanals 4 angeordnet und erstreckt sich bis über die Austrittsöffnung 6 hinaus. Außerhalb der Austrittsöffnung 6 weist der Kanal 4 als Endstück ein Strömungselement 16 auf. Das Strömungselement 16 ist rotationssymmetrisch zur Mittenachse 7 und zur Mittenachse des Stiftes 13 ausgebildet. Das Gehäuse 3 weist im Bereich des Kanals 4 eine in Bezug auf die Mittenachse 7 rotationssymmetrische äußere Oberfläche 33 auf. In Richtung auf die Austrittsöffnung 12 ist die Oberfläche 33 des Gehäuses 3 konisch zulaufend ausgebildet. Zudem weist die Düse 1 im Bereich der Austrittsöffnung 12 vorzugsweise eine Wandstärke auf, die im Bereich des Durchmessers der Austrittsöffnung 12 liegt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Gehäuse der Düse auch andere Formen und/oder Dimensionen aufweisen.
  • Abhängig von der Ausbildungsform kann das Strömungselement 16 auch direkt über wenigstens eine Strebe mit der Düse 1 verbunden sein. Dabei kann auf den Stift 13 und das Befestigungsteil 14 verzichtet werden.
  • Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung das Strömungselement 16. Der Stift 13 weist vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt mit einem ersten Durchmesser auf. Im Bereich der Austrittsöffnung 6, vorzugsweise außerhalb der Austrittsöffnung 6 erweitert sich der Durchmesser des Strömungselements 16 kontinuierlich in einem ersten Abschnitt 18 ausgehend vom Durchmesser der Stifts 13 bis zu einem zweiten Durchmesser. An den ersten Abschnitt 18 schließt sich ein zweiter Abschnitt 19 an, entlang dem sich der Durchmesser des Strömungselements 16 wieder verjüngt. In der dargestellten Ausführungsform verjüngt sich das Strömungselement 16 im zweiten Abschnitt 19 konisch bis zu einer Spitze 20. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Ende des Strömungselements 16 auch einen dritten Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als der erste Durchmesser.
  • Das Strömungselement 16 ist wie der Stift 13 rotationssymmetrisch zur Mittenachse 7 ausgebildet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der Durchmesser des Strömungselements 16 im Bereich des ersten Abschnittes 18 konisch oder mit einem ersten Krümmungsradius verbreitern. Weiterhin geht vorzugsweise die Oberfläche des Strömungselements 16 vom ersten Abschnitt über einen zweiten Krümmungsradius in den zweiten Abschnitt 19 über.
  • Somit stellt der erste Abschnitt 18 vorzugsweise im Querschnitt eine konkave Oberfläche dar. Weiterhin stellt vorzugsweise der Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 18, 19 im Querschnitt eine konvexe Oberfläche dar. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann der zweite Abschnitt 19 auch anstelle der konischen Form eine im Querschnitt konvexe oder konkave Oberfläche aufweisen. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform das Strömungselement 16 im ersten Abschnitt im Querschnitt auch in Form einer konvexen Oberfläche ausgebildet sein.
  • Im Übergangsbereich 21 erreicht der Durchmesser des Strömungselements einen maximalen Durchmesser h. Zudem ist der Übergangsbereich 21 einen festgelegten Abstand d von der Ebene der Austrittsöffnung 6 beabstandet. Versuche haben gezeigt, dass der maximale Durchmesser h vorzugsweise im Bereich zwischen 0,8 und 1,1 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung liegt. Vorzugsweise liegt der maximale Durchmesser h des Strömungselements 16 im Bereich zwischen 0,9 und 0,98 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung. Weiterhin haben Versuche gezeigt, dass vorzugsweise der Abstand d zwischen der Ebene der Austrittsöffnung und der Ebene des maximalen Durchmessers im Bereich zwischen 0,2 und 1,1 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung liegt. Vorzugsweise liegt der Abstand d zwischen 0,33 und 0,9 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung.
  • Mit diesen Werten bzw. Wertebereichen wird eine effiziente Verwirbelung des Brennstoffstromes mit dem Luftstrom erreicht, der entlang der Oberfläche 33 des Gehäuses 3 in Richtung der Austrittsöffnung 6 strömt.
  • Die konische Oberfläche 33 des Gehäuses 3 weist beispielsweise einen Winkel 17 in Bezug auf die Mittenachse 7 auf, der im Bereich zwischen 5 und 30° liegt.
  • Figur 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Strömungsformteil 12. Dabei ist deutlich die Ringform des Befestigungsteils 14 und die Anordnung der Streben 15 erkennbar. Somit weist das Befestigungsteil 14 in der dargestellten Ausführungsform zwei Öffnungen 22, 23 auf, über die Brennstoff in den Kanal 4 fließt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Befestigungsteil 14 auch nur teilringförmig ausgebildet sein und es kann nur eine einzelne Strebe 15 vorgesehen sein, um den Stift 13 mit dem Befestigungsteil 14 zu verbinden. Figur 4 zeigt in einer Frontansicht das Strömungsformteil 12. Dabei sind die symmetrische Anordnung der Streben 15 und die symmetrische Anordnung der Öffnungen 22, 23 deutlich zu erkennen. Die Öffnungen 22, 23 weisen eine abgerundete Querschnittsform auf. Die Streben 15 sind auf einer Achse angeordnet. Die Streben 15 sind zudem spiegelsymmetrisch zur Ebene durch die Mittenachse 7 angeordnet. Ebenso sind die Öffnungen 22, 23 spiegelsymmetrisch zu einer Ebene in der Mittenachse 7 ausgebildet. Auf diese Weise wird eine möglichst geringe Verwirbelung bzw. Druckänderung des Brennstoffstromes beim Eintritt von dem Innenraum 2 in den Kanal 4 erreicht.
  • Figur 5 zeigt einen Querschnitt A-A durch das Strömungsformteil 12 entlang der Mittenachse 7 der Figur 4.
  • Figur 6 zeigt die Anordnung der Düse 1 in einem Strömungsrohr 24. Im Strömungsrohr 24 ist die Düse 1 entlang einer Mittenachse des Strömungsrohres 24 angeordnet. Zudem wird das Strömungsrohr 24 mit einem Luftstrom 25 in der dargestellten Pfeilrichtung durchströmt. Damit strömt der Luftstrom 25 entlang der Oberfläche 33 der Düse 1 in Richtung der Austrittsöffnung 6. Im Bereich der Austrittsöffnung 6 verwirbelt der Luftstrom 25 mit dem Brennstoff 26, der von der Düse 1 abgegeben wird. Dabei werden Verwirbelungen 27 im Strömungsrohr 24 erzeugt, die schematisch in Form von gekrümmten Pfeilen dargestellt sind. Durch die beschriebenen Ausbildungsformen der Düse 1 mit dem Strömungsformteil 12 wird eine effiziente Verwirbelung des Brennstoffes 26 mit dem Luftstrom 25 erreicht, wobei ein möglichst geringer Druckabfall erzeugt wird. Der Luftstrom 25 wird beispielsweise mithilfe eines Gebläses erzeugt.
  • Die beschriebene Düse 1 kann beispielsweise in Gasheizanlagen, insbesondere in Gas-Wasser-Heizungen eingesetzt werden. Zudem kann die beschriebene Düse eingesetzt werden, um eine geringe NOx-Emission, beispielsweise kleiner als 40 ppm bei einer Verbrennung zu erzeugen. Mithilfe der beschriebenen Düse kann vor der Verbrennung eine effiziente Mischung des Brennstoffes mit einem Luftstrom erreicht werden, wobei eine gleichmäßige Mischung des Brennstoffes mit dem Luftstrom erreicht wird. Dadurch können die NOx-Abgaswerte gesenkt werden.
  • Mithilfe der beschriebenen Düse wird eine schnelle vertikale Durchmischung des Brennstoffes mit dem Luftstrom erreicht. Zudem werden eine schnelle Verteilung des Brennstoffes und eine molekulare Durchmischung des Brennstoffes mit dem Luftstrom ermöglicht. Weiterhin wird aufgrund der vorgeschlagenen Düse nur ein geringer Druckabfall des Brennstoffstromes beim Verlassen der Düse verursacht. Beispielsweise kann die Düse eingesetzt werden, um Methan als Brennstoff mit Luft zu mischen. Versuche haben gezeigt, dass mithilfe der vorgeschlagenen Düse eine Steigerung der gleichmäßigen Mischung von Methan mit Luft um 25% erreicht werden kann. In einer weiteren Ausführungsform kann das Strömungsrohr 24 weitere Flächen zur Verwirbelung und Führung des Luftstromes aufweisen.

Claims (12)

  1. Düse (1) für einen Gasbrenner, wobei die Düse (1) einen Kanal (4) aufweist, der zum Abgeben von Gas vorgesehen ist, wobei der Kanal (4) an einer Austrittsöffnung (6) endet, wobei ein Strömungselement (16) außerhalb der Austrittsöffnung (6) angeordnet ist, wobei das Strömungselement (16) einen ersten Abschnitt (18) aufweist, der ausgehend von einem ersten Durchmesser in Richtung weg von der Austrittsöffnung (6) bis zu einem zweiten Durchmesser zunimmt, wobei das Strömungselement (16) ausgehend vom zweiten Durchmesser in einem zweiten Abschnitt mit zunehmendem Abstand von der Austrittsöffnung im Durchmesser wieder bis zu einem dritten Durchmesser abnimmt, wobei das Strömungselement (16) rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse (7) des Kanals (4) ausgebildet und angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Strömungselement (16) mit einem Stift (13) verbunden ist, wobei der Stift (13) im Kanal (4) angeordnet ist, wobei der Stift durch die Austrittsöffnung (6) geführt ist, wobei der Stift (13) rotationssymmetrisch zu der Mittenachse (7) des Kanals (4) angeordnet ist, wobei das Strömungselement (16) an einem Ende des Stiftes (13) ausgebildet ist, wobei der Stift (13) an einem zweiten Ende mit einem Befestigungsteil (14) verbunden ist, wobei das Befestigungsteil (14) an der Düse, insbesondere an einer Innenwand des Kanals (4) befestigt ist.
  2. Düse nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt (19) konisch zulaufend zu einer Spitze (20) ausgebildet ist.
  3. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im ersten Abschnitt (18) eine Oberfläche des Strömungselements (16) einen ersten Krümmungsradius aufweist.
  4. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Übergangsbereich (21) zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (18, 19) die Oberfläche des Strömungselementes (16) einen zweiten Krümmungsradius aufweist.
  5. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Durchmesser im Bereich zwischen 0,8 und 1,1 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung (6) liegt, insbesondere im Bereich zwischen 0,9 und 0,98 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung (6) liegt.
  6. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Durchmesser einen Abstand von der Ebene der Austrittsöffnung (6) aufweist, der im Bereich zwischen 0,2 und 1,1 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung liegt, wobei vorzugsweise der zweite Durchmesser einen Abstand von der Ebene der Austrittsöffnung (6) aufweist, der im Bereich zwischen 0,33 und 0,9 mal dem Durchmesser der Austrittsöffnung (6) liegt.
  7. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stift (13) im Kanal (4) wenigstens in einem Bereich vor der Austrittsöffnung (6) einen konstanten zylindrischen Querschnitt aufweist.
  8. Düse nacht Anspruch 1, wobei der Stift (13) mit dem Befestigungsteil (14) und dem Strömungsformelement (16) als separates Bauteil ausgebildet ist, das kraft- oder formschlüssig an der Düse befestigt ist.
  9. Düse nach einem der ansprüche, 1 oder 8 wobei das Befestigungsteil (14) wenigstens einen Teilring aufweist, wobei der Teilring an der Düse (1) befestigt ist und wenigstens teilweise den Kanal (4) umgibt, und wobei der Stift (13) über wenigstens eine Strebe (15) mit dem Teilring verbunden ist.
  10. Düse nach Anspruch 9, wobei das Befestigungsteil einen Ring aufweist, wobei der Ring über zwei Streben (15) mit dem Stift (13) verbunden ist, wobei die Streben (15) vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind.
  11. Düse nach Anspruch 10, wobei die Streben (15) auf einer Achse angeordnet sind, die in einer Ebene des Ringes (14) angeordnet ist, wobei die Streben (15) zwei im Querschnitt der Ebene des Ringes abgerundete Öffnungen (22, 23) begrenzen.
  12. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düse (1) eine Oberfläche (33) aufweist, die rotationssymmetrisch zur Mittenachse (7) der Düse (1) ausgebildet ist und in Richtung auf die Austrittsöffnung (6) des Kanals (4) konisch zuläuft und/oder, wobei die Düse im Bereich der Austrittsöffnung (6) eine Wandstärke aufweist, die im Bereich des Durchmessers der Austrittsöffnung (6) liegt.
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