EP3822539A1 - Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes heizgerät - Google Patents

Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes heizgerät Download PDF

Info

Publication number
EP3822539A1
EP3822539A1 EP20200059.2A EP20200059A EP3822539A1 EP 3822539 A1 EP3822539 A1 EP 3822539A1 EP 20200059 A EP20200059 A EP 20200059A EP 3822539 A1 EP3822539 A1 EP 3822539A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
mixing device
fuel nozzle
flow
tapering
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.)
Pending
Application number
EP20200059.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Wacker
Albrecht Schaefer
Patrick Glaser
Steffen Benz
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 EP3822539A1 publication Critical patent/EP3822539A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for a fan-operated heater with a burner, to which the mixing device provides a mixture of fuel and combustion air over a larger power range.
  • the mixing device according to the invention with an air path having a constriction through which combustion air can be sucked in, with a fuel nozzle through which fuel can be supplied, and with a body influencing a fluid flow in the flow path of the fuel, is characterized in that the body and / or the Fuel nozzle is equipped with means or are that generate a turbulent flow.
  • the fuel-air mixture can be adjusted through the geometric relationships in the area of the constriction in the airway and through the position of the body in the fuel opening.
  • the power of the heater is then modulated by modulating the speed of the fan that draws in the fuel-air mixture.
  • the mixing ratio of fuel to air remains constant over a modulation range of about 1:10.
  • the modulation range or the power modulation is to be understood as meaning that a heater with a power of a lower power level up to can be operated at an upper level of performance. With a modulation range of 1:10, this corresponds, for example, to a power modulation of 2 kW to 20 kW.
  • the invention is based on the knowledge that at low power the fuel volume flow decreases more sharply than the air volume flow due to boundary layer growth in the area of the fuel nozzle, which results in a fuel-air mixture that is set too lean.
  • the invention starts precisely in this area in which a turbulent fuel flow is created through targeted measures.
  • the modulation range can thus be extended to lower powers and leads to a total range of about 1:14.
  • the means can be implemented simply in that at least one step is formed on the body and / or on the fuel nozzle.
  • the body can preferably have a widening area which is adjoined by a tapering area in the direction of flow.
  • the widening area can be implemented in a simple configuration by means of the step.
  • the fuel nozzle can have a tapering region to which, viewed in the direction of flow, one or the step adjoins.
  • the tapering area of the body and the tapering area of the fuel nozzle are preferably located opposite one another, at least in some areas. In this way, the effects couple.
  • the degree of turbulence generation can be increased if the tapering area of the body has an apex angle enclosing the tapering which is smaller than an apex angle caused by the tapering area of the Fuel nozzle is formed. It is advantageous if the tip angle of the body is 1 ° to 10 ° smaller than the tip angle of the fuel nozzle. An acceleration of the fuel fluid occurs within this range of values, which means that a turbulent flow can be expected. If only a smaller range of values of 2 ° to 5 ° of the apex angles to one another is tolerated, it is ensured that the flow remains turbulent even at low fuel flow velocities.
  • the tip angle of the body is 3 ° smaller than the tip angle of the fuel nozzle.
  • the geometric and thus the hydraulic conditions are optimal and the flow speed of the fuel can be reduced to a minimum, at which turbulence nevertheless occurs in the flow.
  • Turbulence in the flow can be increased if the step formed on the body is arranged within or within a tapering region of the fuel nozzle.
  • the degree of turbulence in the flow can be increased further.
  • the invention also relates to a heater with at least one burner and a fan, the speed of which can be changed for the purpose of power modulation, and with a mixing device according to the invention.
  • a heater 10 is shown schematically, which has a fan 12, a burner 14 and a mixing device 16 for a fuel-air mixture.
  • the mixing device 16 is shown schematically in FIG Figure 2 in which it can be seen that air 20 (shown by an arrow) flowing in in the region of a constriction 18 is supplied with fuel 22 (also shown by an arrow) via an opening 24.
  • FIG. 1 further assemblies of the heater 10 according to the invention are shown.
  • the fuel 22 is fed to the mixing device 16 via a line 30 via a fuel line 26 and a fuel control valve 28.
  • the fuel regulating valve 28 is constructed in such a way that it regulates the fuel to a value that is proportional to the ambient pressure, to an equal value or to a substantially equal value, regardless of its inlet pressure.
  • the line 30 is shown here as a separate line. However, it can also, in particular when the fuel control valve 28 is connected directly to the mixing device 16, be designed like an internal passage.
  • the fuel 22 is mixed with the inflowing air 20 in an air path 31, sucked in by the fan 12 and fed to the burner 14 via a feed hood 32.
  • a heat exchanger 34 is arranged, to which a flow line 36 and a return line 38 for heating water are connected.
  • the heat exchanger 34 has the hot exhaust gas flowing through it, cools it down and feeds it to an exhaust gas line 40 which opens into an exhaust gas outlet 42.
  • a controller 44 and an expansion vessel 46 are also accommodated in the heater 10.
  • further assemblies such as an additional domestic water heat exchanger or various pumps and mixers, can also be provided.
  • FIG 2 the mode of operation of the heater 10 according to the invention is shown.
  • the fan 12 sucks in a fuel-air mixture via the mixing device 16 according to the invention and conveys it to the burner 14, on the underside of which a flame 50 monitored by a flame monitoring device 48 burns.
  • the mixing device 16 according to the invention has an air path in the form of a Venturi tube, at the inlet 52 of which ambient air is sucked in and accelerated up to the constriction 18.
  • the fuel 22 is provided under a defined pressure in order to then be sucked in through the opening 24 essentially in the direction of flow. This is where the Venturi effect helps, according to which the suction of the fuel is favored by the fast flowing air.
  • the pressure ratios are set so that the ambient pressure of the air 20 supplied and the pressure of the fuel 22 are almost the same and they are brought together in the constriction 18 in the correct mixing ratio.
  • the heating device 10 can be modulated over a power range from a small power to a high power.
  • the speed of the fan 12 is varied from low speeds to higher speeds. Due to the Venturi effect in the area of the constriction 18, the fuel 22 is sucked in directly.
  • the fuel 22 is fed through a fuel nozzle 54 ( Figure 3 ) supplied.
  • the fuel nozzle 54 forms an extension or a termination of the line 30.
  • the opening 24 forms the termination of the fuel nozzle 54.
  • a body 56 is located inside the fuel nozzle 54 in the flow path of the fuel 22 arranged, which influences the fluid flow of the fuel 22.
  • one end 58 of the body 56 protrudes through the opening 24 of the fuel nozzle 54.
  • the body 56 has a shaft 60, via which the body 56 can be fastened in the fuel nozzle 54.
  • the position of the body 56 can be varied and fixed in accordance with the double arrow 62.
  • the end 58 of the body 56 is conical, so that the opening 24 is more or less exposed when it is displaced along the double arrow 62. As a result, more or less fuel 22 can then be mixed into the combustion air 20. Once set, the position should no longer be changed. Changes are only necessary if, for example, the type of fuel is changed or an age-appropriate drift of the system is noticeable.
  • the heater is operated with a high output, a correspondingly high speed of the fan 12 ensures high flow speeds in the mixing device 16 and thus turbulent flow conditions.
  • the mixing device 16 is set to these turbulent flow conditions, and the correct mixing ratio between fuel and combustion air is provided. If a lower output is now demanded from the heater 10, the flow velocities of the combustion air 20 and of the fuel 22 in the area of the mixing device 16 decrease.
  • the invention is based on the knowledge that laminar flow components can develop due to the lower flow velocities. These influence and shift the mixing ratio. According to the invention, it is therefore proposed to equip the body 56 and / or the fuel nozzle 54 with means 64 which generate a turbulent flow. This turbulence should be maintained especially at low flow velocities.
  • a step 66 is formed on the body 56 as one possibility of such a means 64.
  • part of the flowing fuel 22 is blocked by this step 66, on the other hand, there is a tear-off edge 68 at the transition from the step 66 to the elongated shape of the body 56. In this way, nuclei for a turbulent flow are formed in the fuel nozzle 54.
  • the fuel nozzle 54 also has a step 70 in the region of its opening 24, which step is designed in the form of a collar that is smaller than the opening 24. On the one hand, this creates a further tear-off edge, and on the other hand, the narrowing in the area of the opening 24 forces a higher flow velocity. Both means that promote turbulence.
  • the air path 31, the fuel nozzle 24 and the body 56 are arranged rotationally symmetrical and concentric to one another. In other embodiments, however, this can also be deviated from. Structures with an oval or angular cross section are also conceivable.
  • the end 58 of the body 56 is conical.
  • This tapering area 72 of the body 56 directly adjoins the step 66 in the exemplary embodiment. This has the advantage that the tear-off edge 68 is more clearly formed.
  • FIG 4 are the geometric relationships of the first embodiment according to Figure 3 , which influence the path of the fuel 22, shown in more detail.
  • the fuel nozzle 54 with the internal body 56 can be seen in section. It can also be seen that the tapering area 72 of the body 56 lies opposite the tapering area 74 of the fuel nozzle 54 in some areas. This creates an imagination Truncated-cone-almond-shaped flow path 76 directed towards opening 24.
  • the outer boundary of this flow path 76 is formed by the apex angle ⁇ of the tapering region 74 of the fuel nozzle 54.
  • the inner limitation of the flow path 76 is formed by the apex angle ⁇ of the tapering region 72 of the body 56.
  • the tip angle ⁇ of the body 56 is smaller than the tip angle ⁇ of the fuel nozzle 54. This also results in a flow path 76 which becomes narrower in cross section and which further accelerates the flow of the fuel 22.
  • the angle ⁇ of the body 56 is selected to be 3 ° larger than the angle ⁇ of the fuel nozzle 54. This brings about an optimal acceleration of the fuel 22, which is positive over a larger speed range covered by the speed of the fan 12 affects the formation of turbulence.
  • step 20 at the opening 24 is reduced from an outer diameter 78 to an inner diameter 80.
  • the optimal reduction in diameter is 20-30%.
  • the step 66 on the body 56 is created by partially reducing the diameter of the shaft 60 by 40-50% of the shaft diameter 82 to a reduced diameter 84. As a result of this partial reduction in diameter, an enlargement of the cross section of the flow path 76 is achieved in this reduced area 85, which increases in size again with the beginning of the tapering area 74 of the fuel nozzle 54. The flow rate of the fuel 22 is therefore first reduced in this area and then increased again. Only then is the step 66 and the tear-off edge 68 of the body 56 reached. To achieve such a flow profile, the length 86 of the tapered area 72 of the body 56 corresponds to between 50% and 75% of the length 88 of the tapered area 74 of the fuel nozzle 54. Depending on the basic setting, however, the end 58 of the body protrudes from the opening 24 of the fuel nozzle 54 out.
  • the fuel nozzle 54 and the body 56 are made of the same material. They are manufactured with high precision as injection molded parts. However, it is also possible to manufacture these parts from other and also from different materials, for example ceramic and / or steel. It is important to ensure that the materials have the same coefficients of thermal expansion as possible. In this way it can be ensured that the flow conditions are not influenced by temperature fluctuations.
  • the body 56 after Figure 6 has an area 85 that is not excessively reduced and then merges into an enlarged area. As a result, level 66 is less pronounced. Furthermore, the tapering region 72 of the body 56 does not directly adjoin the step 66 of the body 50. In addition, the tapering region 85 is not implemented as a circumferential diameter reduction, but rather as two opposing flattened areas 90.
  • the tapering area 72 of the body 56 is profiled by a helical surface structure 92.
  • the fuel 22 receives a swirl when it emerges from the fuel nozzle 54, which it also transfers into the air path 31 and generates turbulence or keeps it stable.
  • the body 56 after Figure 7 has a helical profile 94 on its surface in the area of the shaft 60. A reduced area 85 is dispensed with here.
  • Figure 8 is a body 56 analogous to body 56 according to Figure 5 shown, wherein the tapered region 72 of the body 56 is provided with spaced apart circular rings 96.
  • the step 70 is attached to the fuel nozzle 54 at a distance from the opening 24 in the tapered region 74 of the fuel nozzle 54.
  • the step 70 can consist of a simple circular ring. However, it can also have further openings in its circular ring structure.
  • the fuel nozzle 54 after Figure 11 corresponds to the fuel nozzle 54 of the exemplary embodiment according to FIGS Figures 3 and 4 . It is shown here again individually so that the step 70 of the fuel nozzle 54 can be seen better.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung (16) für ein gebläsebetriebenes Heizgerät (10), mit einem, eine Engstelle (18) aufweisenden Luftweg (31), durch den Verbrennungsluft (20) ansaugbar ist, mit einer Brennstoffdüse (54), durch die Brennstoff (22) zuführbar ist, und mit einem eine Fluidströmung beeinflussenden Körper (56) im Strömungsweg (76) des Brennstoffs (22). Es wird vorgeschlagen, dass der Körper (56) und/oder die Brennstoffdüse (54) mit Mitteln (64) ausgestattet ist, die eine turbulente Strömung erzeugen. Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät (10) mit einer solchen Mischeinrichtung (16).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes Heizgerät mit einem Brenner, dem die Mischeinrichtung ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft über einen größeren Leistungsbereich bereitstellt.
  • Mit der EP 3203151A1 ist eine Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung für ein Heizgerät bekannt geworden, bei der Brennstoff im Bereich einer Engstelle in der Luftzuführung über eine Brennstofföffnung zugeführt wird, wobei die Brennstofföffnung eine verstellbare Nadel aufweist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Mischeinrichtung mit einem eine Engstelle aufweisenden Luftweg, durch den Verbrennungsluft ansaugbar ist, mit einer Brennstoffdüse, durch die Brennstoff zuführbar ist, und mit einem eine Fluidströmung beeinflussenden Körper im Strömungsweg des Brennstoffs, zeichnet sich dadurch aus, dass der Körper und/oder die Brennstoffdüse mit Mitteln ausgestattet ist beziehungsweise sind, die eine turbulente Strömung erzeugen.
  • Mit solchen Mischeinrichtung ist das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die geometrischen Verhältnisse im Bereich der Engstelle im Luftweg und durch die Position des Körpers in der Brennstofföffnung einstellbar. Die Leistungsmodulation des Heizgerätes erfolgt dann über eine Drehzahlmodulation des das Brennstoff-Luft-Gemisch ansaugenden Gebläses. Das Mischungsverhältnis von Brennstoff zu Luft bleibt dabei über einen Modulationsbereich von etwa 1:10 konstant.
  • Unter dem Modulationsbereich bzw. der Leistungsmodulation ist zu verstehen, dass ein Heizgerät mit einer Leistung von einem unteren Leistungsniveau bis zu einem oberen Leistungsniveau betrieben werden kann. Bei einem Modulationsbereich von 1:10 entspricht das beispielsweise einer Leistungsmodulation von 2 kW bis 20 kW.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei kleiner Leistung der Brennstoffvolumenstrom durch Grenzschichtwachstum im Bereich der Brennstoffdüse stärker abnimmt als der Luftvolumenstrom, wodurch ein zu mager eingestelltes Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht. Durch die Erfindung wird genau in diesem Bereich angesetzt, in dem durch gezielte Maßnahmen eine turbulente Brennstoffströmung entsteht. Der Modulationsbereich lässt sich dadurch zu kleineren Leistungen hin erweitern und führt zu einem gesamten Bereich von etwa 1:14.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Mischeinrichtung möglich. So können die Mittel einfach dadurch realisiert werden, dass am Körper und/oder an der Brennstoffdüse mindestens eine Stufe gebildet ist.
  • Bevorzugt kann der Körper einen sich erweiternden Bereich aufweisen, an den sich in Strömungsrichtung ein sich verjüngender Bereich anschließt. Der sich erweiternde Bereich kann in einfacher Ausgestaltung durch die Stufe realisiert sein.
  • In einfacher Ausgestaltung kann die Brennstoffdüse einen sich verjüngenden Bereich aufweisen, an der in Strömungsrichtung gesehen eine beziehungsweise die Stufe anschließt.
  • Bevorzugt liegen sich der verjüngende Bereich des Körpers und der sich verjüngende Bereich der Brennstoffdüse zumindest bereichsweise gegenüber. Auf diese Weise koppeln sich die Effekte.
  • Der Grad der Turbulenzerzeugung lässt sich steigern, wenn der sich verjüngende Bereich des Körpers einen die Verjüngung einfassenden Spitzenwinkel aufweist, der kleiner ist als ein Spitzenwinkel der durch den sich verjüngenden Bereich der Brennstoffdüse gebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Spitzenwinkel des Körpers um 1° bis 10° kleiner ist als der Spitzenwinkel der Brennstoffdüse. Innerhalb dieses Wertebereiches stellt sich eine Beschleunigung des Brennstofffluides ein, die eine turbulente Strömung erwarten lässt. Wird nur ein kleinerer Wertebereich von 2° bis 5° der Spitzenwinkel zueinander toleriert, wird sichergestellt, dass die Strömung auch bei kleinen Brennstoff-Fließ-Geschwindigkeiten turbulent bleibt. Als ein optimaler Wert hat es sich herausgestellt, wenn der Spitzenwinkel des Körpers um 3° kleiner ist als der Spitzenwinkel der Brennstoffdüse. Die geometrischen und damit die hydraulischen Verhältnisse sind dabei optimal getroffen und die Fließgeschwindigkeit des Brennstoffs kann auf ein Minimum gesenkt werden, bei der dennoch Turbulenzen in der Strömung auftreten.
  • Turbulenzen in der Strömung können verstärkt werden, wenn die am Körper gebildete Stufe innerhalb einem beziehungsweise dem verjüngenden Bereich der Brennstoffdüse angeordnet ist.
  • Eine einfache Herstellbarkeit ist gegeben, wenn der Köper einen Schaft aufweist, der einen reduzierten Bereich aufweist.
  • Sind der Körper und/oder die Brennstoffdüse profiliert, kann der Grad der Turbulenzen in der Strömung weiter erhöht werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Heizgerät mit mindestens einem Brenner und einem Gebläse, dessen Drehzahl zum Zwecke einer Leistungsmodulation veränderbar ist, und mit einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung.
    • Zeichnungen
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizgerätes und der erfindungsgemäßen Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 eine schematische Darstellung der Komponenten eines Heizgerätes,
    • Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgerätes,
    • Figur 3 einen Schnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Mischeinrichtung,
    • Figur 4 einen Ausschnitt einer Brennstoffdüse im Schnitt und die
    • Figuren 5 bis 12 erfindungsgemäße Körper- und Brennstoffdüsengeometrien.
    Beschreibung
  • In Figur 1 ist schematisch ein Heizgerät 10 dargestellt, das ein Gebläse 12, einen Brenner 14 sowie eine Mischeinrichtung 16 für ein Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist. Die Mischeinrichtung 16 ist schematisch in Figur 2 dargestellt, in der zu erkennen ist, dass im Bereich einer Engstelle 18 einströmende Luft 20 (dargestellt durch einen Pfeil) Brennstoff 22 (ebenfalls dargestellt durch einen Pfeil) über eine Öffnung 24 zugeführt wird.
  • In Figur 1 sind weitere Baugruppen des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 dargestellt. So wird über eine Brennstoffleitung 26 und ein Brennstoffregelventil 28 der Brennstoff 22 über eine Leitung 30 der Mischeinrichtung 16 zugeführt. Das Brennstoffregelventil 28 ist so aufgebaut, dass es den Brennstoff unabhängig von seinem Eingangsdruck auf einen dem Umgebungsdruck proportionalen, einen gleichen oder einen im Wesentlichen gleichen Wert regelt. Die Leitung 30 ist hier als separate Leitung dargestellt. Sie kann aber auch, insbesondere wenn das Brennstoffregelventil 28 direkt mit der Mischeinrichtung 16 verbunden ist, wie ein interner Durchlass ausgestaltet sein.
  • In der Mischeinrichtung 16 wird in einem Luftweg 31 der Brennstoff 22 mit der einströmenden Luft 20 vermischt, vom Gebläse 12 angesaugt und über eine Zuführhaube 32 dem Brenner 14 zugeführt. Unterhalb des als Fallstrom-Brenners ausgeführten Brenners 14 ist ein Wärmetauscher 34 angeordnet, an den eine Vorlaufleitung 36 und eine Rücklaufleitung 38 für Heizwasser angeschlossen sind. Der Wärmetauscher 34 wird vom heißen Abgas durchströmt, kühlt dieses ab und führt es einer Abgasleitung 40 zu, die in einen Abgasauslass 42 mündet.
  • Im Heizgerät 10 sind ferner eine Steuerung 44 sowie ein Ausdehnungsgefäß 46 untergebracht. Je nach Ausstattung des Heizgerätes 10 können darüber hinaus noch weitere Baugruppen, wie beispielsweise ein zusätzlicher Brauchwasserwärmetauscher oder diverse Pumpen und Mischer, vorgesehen sein.
  • In Figur 2 ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Heizgerätes 10 dargestellt. Das Gebläse 12 saugt über die erfindungsgemäße Mischeinrichtung 16 ein Brennstoff-Luft-Gemisch an und fördert dieses zum Brenner 14, an dessen Unterseite eine, von einer Flammenüberwachungseinrichtung 48 überwachte Flamme 50 brennt. Die erfindungsgemäße Mischeinrichtung 16 weist einen Luftweg in der Form eines Venturi-Rohres auf, an dessen Einlass 52 Umgebungsluft angesaugt und bis zur Engstelle 18 beschleunigt wird. Im Bereich der Engstelle 18 wird der Brennstoff 22 unter definierten Druck bereitgestellt, um dann durch die Öffnung 24 im Wesentlichen in Strömungsrichtung angesaugt zu werden. Hier hilft der Venturi-Effekt, gemäß dem das Ansaugen des Brennstoffes durch die schnell fließende Luft begünstigt wird.
  • Die Druckverhältnisse sind so eingestellt, dass der Umgebungsdruck der zugeführten Luft 20 und der Druck des Brennstoffs 22 nahezu gleich sind und ein Zusammenführen in der Engstelle 18 im richtigen Mischungsverhältnis erfolgt.
  • Das einmal eingestellte Mischungsverhältnis ist über einen weiten Modulationsbereich konstant. Das heißt, dass das Heizgerät 10 über einen Leistungsbereich von einer kleinen Leistung hin zu einer großen Leistung modulierbar ist. Dazu wird die Drehzahl des Gebläses 12 von niedrigen Drehzahlen zu höheren Drehzahlen variiert. Durch den Venturi-Effekt im Bereich der Engstelle 18 wird der Brennstoff 22 direkt angesaugt.
  • Um die Strömung- und Druckverhältnisse richtig einstellen zu können, wird der Brennstoff 22 über eine Brennstoffdüse 54 (Figur 3) zugeführt. Die Brennstoffdüse 54 bildet einen Fortsatz bzw. einen Abschluss der Leitung 30. Die Öffnung 24 bildet den Abschluss der Brennstoffdüse 54. Innerhalb der Brennstoffdüse 54 im Strömungsweg des Brennstoffs 22 ist ein Körper 56 angeordnet, der die Fluidströmung des Brennstoffs 22 beeinflusst. Wie in der Figur 3 zu erkennen ist, ragt der Körper 56 mit einem Ende 58 durch die Öffnung 24 der Brennstoffdüse 54. Auf der, dem Ende 58 gegenüberliegenden Seite weist der Körper 56 einen Schaft 60 auf, über den der Körper 56 in der Brennstoffdüse 54 befestigbar ist.
  • Um das Mischungsverhältnis zwischen Verbrennungsluft 20 und Brennstoff 22 einstellen zu können, kann der Körper 56 in seiner Position entsprechend des Doppelpfeiles 62 variiert und festgelegt werden. Das Ende 58 des Körpers 56 ist konisch ausgebildet, so dass bei einer Verschiebung entlang des Doppelpfeiles 62 die Öffnung 24 mehr oder weniger freigegeben wird. Hierdurch kann dann mehr oder weniger Brennstoff 22 der Verbrennungsluft 20 zugemischt werden. Einmal eingestellt, soll die Position nicht mehr verändert werden. Veränderungen werden nur dann notwendig, wenn zum Beispiel die Brennstoffart gewechselt wird oder ein altersentsprechender Drift des Systems zu bemerken ist.
  • Wird das Heizgerät mit einer hohen Leistung betrieben, sorgt eine entsprechend hohe Drehzahl des Gebläses 12 für hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Mischeinrichtung 16 und damit zu turbulenten Strömungsverhältnissen. Auf diese turbulenten Strömungsverhältnisse ist die Mischeinrichtung 16 eingestellt, das richtige Mischungsverhältnis zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft wird bereitgestellt. Wird nun eine kleinere Leistung vom Heizgerät 10 abverlangt, verringern sich die Strömungsgeschwindigkeiten der Verbrennungsluft 20 sowie des Brennstoffes 22 im Bereich der Mischeinrichtung 16.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch die geringeren Strömungsgeschwindigkeiten laminare Strömungsanteile ausbilden können. Diese beeinflussen und verschieben das Mischungsverhältnis. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, den Körper 56 und/oder die Brennstoffdüse 54 mit Mitteln 64 auszustatten, die eine turbulente Strömung erzeugen. Diese Turbulenzen sollen gerade bei niederen Strömungsgeschwindigkeiten aufrecht erhalten werden.
  • In der Figur 3 ist als eine Möglichkeit eines solchen Mittels 64 am Körper 56 eine Stufe 66 ausgebildet. Durch diese Stufe 66 wird einerseits ein Teil des fließenden Brennstoffs 22 gestaut, andererseits ergibt sich eine Abrisskante 68 am Übergang der Stufe 66 in die längserstreckte Form des Körpers 56. Auf diese Weise werden bereits in der Brennstoffdüse 54 Keime für eine turbulente Strömung gebildet.
  • Auch die Brennstoffdüse 54 weist im Bereich ihrer Öffnung 24 eine Stufe 70 auf, die in der Form eines die Öffnung 24 verkleinerten Kragens ausgebildet ist. Hierdurch wird zum einen eine weitere Abrisskante erzeugt, zum anderen wird durch die Verengung im Bereich der Öffnung 24 eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erzwungen. Beides Mittel, die Turbulenzen fördern.
  • Im Ausführungsbeispiel sind der Luftweg 31, die Brennstoffdüse 24 sowie der Körper 56 rotationssymmetrisch und konzentrisch zueinander angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen kann davon aber auch abgewichen werden. So sind auch im Querschnitt ovale oder eckige Strukturen denkbar.
  • Wie bereits erwähnt, ist das Ende 58 des Körpers 56 konisch ausgebildet. Dieser sich verjüngende Bereich 72 des Körpers 56 schließt sich im Ausführungsbeispiel direkt an die Stufe 66 an. Das hat den Vorteil, dass die Abrisskante 68 deutlicher ausgebildet ist.
  • In Figur 3 ist auch erkennbar, dass die Brennstoffdüse 54 konisch und sich in Strömungsrichtung verjüngend ausgebildet ist. Die Stufe 70 an der Brennstoffdüse 54 schließt sich an diesen sich verjüngenden Bereich 74 der Brennstoffdüse 54 direkt an.
  • In der Figur 4 sind die geometrischen Verhältnisse des ersten Ausführungsbeispiels nach der Figur 3, die den Weg des Brennstoffes 22 beeinflussen, detaillierter dargestellt. Es ist im Schnitt die Brennstoffdüse 54 mit dem innen liegenden Körper 56 erkennbar. Es ist auch erkennbar, dass der sich verjüngende Bereich 72 des Körpers 56 bereichsweise dem sich verjüngenden Bereich 74 der Brennstoffdüse 54 gegenüberliegt. Dadurch bildet sich ein Kegelstumpf-mandelförmiger, auf die Öffnung 24 gerichteter Strömungsweg 76 aus. Die äußere Begrenzung dieses Strömungsweges 76 wird durch den Spitzenwinkel α des sich verjüngenden Bereiches 74 der Brennstoffdüse 54 gebildet. Die innere Begrenzung des Strömungsweg 76 wird durch den Spitzenwinkel β des verjüngenden Bereiches 72 des Körpers 56 gebildet.
  • Im Ausführungsbeispiel ist der Spitzenwinkel β des Körpers 56 kleiner als der Spitzenwinkel α der Brennstoffdüse 54. Dadurch ergibt sich zusätzlich ein sich im Querschnitt enger werdender Strömungsweg 76, der den Fluss des Brennstoffs 22 weiter beschleunigt. Im Ausführungsbeispiel ist der Winkel β des Körpers 56 um 3° größer gewählt als der Winkel α der Brennstoffdüse 54. Hierdurch wird eine optimale Beschleunigung des Brennstoffes 22 bewirkt, die sich über einen größeren Geschwindigkeitsbereich, der durch die Drehzahl des Gebläses 12 überstrichen wird, positiv auf die Turbulenzbildung auswirkt.
  • In Figur 4 ist ferner erkennbar, dass die Stufe 20 an der Öffnung 24 von einem Außendurchmesser 78 auf einen Innendurchmesser 80 verkleinert. Die optimale Durchmesser-Verkleinerung liegt bei 20-30 %.
  • Die Stufe 66 am Körper 56 ist durch eine partielle Durchmesserreduzierung des Schaftes 60 um 40-50 % des Schaft-Durchmessers 82 auf einen reduzierten Durchmesser 84 geschaffen. Durch diese partielle Durchmesserreduzierung wird in diesem reduzierten Bereich 85 eine Querschnitts-Vergrößerung des Strömungsweg 76 erreicht, die sich mit Beginn des sich verjüngenden Bereiches 74 der Brennstoffdüse 54 wieder verkleinert. Die Fließgeschwindigkeit des Brennstoffs 22 wird in diesem Bereich deshalb zuerst verkleinert, um dann wieder anzusteigen. Dann erst wird die Stufe 66 und die Abrisskante 68 des Körpers 56 erreicht. Um ein solches Strömungsprofil zu erreichen, entspricht die Länge 86 des sich verjüngenden Bereiches 72 des Körpers 56 zwischen 50 % und 75 % der Länge 88 des sich verjüngenden Bereiches 74 der Brennstoffdüse 54. Je nach Grundeinstellung ragt aber das Ende 58 des Körpers aus der Öffnung 24 der Brennstoffdüse 54 heraus.
  • Im Ausführungsbeispiel bestehen die Brennstoffdüse 54 und der Körper 56 aus dem gleichen Material. Sie sind als Spritzgussteile hoch präzise hergestellt. Es ist jedoch auch möglich, diese Teile aus anderen und auch aus unterschiedlichen Materialien beispielsweise aus Keramik und/oder Stahl herzustellen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Materialien möglichst gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Strömungsverhältnisse durch Temperaturschwankungen nicht beeinflusst werden.
  • In Figur 5 ist ein Teil eines Körpers 56 aus dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel dargestellt. Deutlich ist der reduzierte Bereich 85 zu erkennen, der dann zur Stufe 66 und zur Abrisskante 68 übergeht. Die Verlängerung des Schaft 60 ist nicht dargestellt.
  • In den Figuren 6-8 sind Alternativen zum Körper 56 nach Figur 5 dargestellt, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen belegt sind. In den Figuren 9-12 sind alternative Brennstoffdüsen 54 dargestellt, teilweise mit innenliegenden Körpern 56.
  • Der Körper 56 nach Figur 6 weist einen nicht zu stark reduzierten Bereich 85 auf, der dann in einen erweiterten Bereich übergeht. Die Stufe 66 ist dadurch weniger stark ausgeprägt. Ferner schließt sich der verjüngende Bereich 72 des Körpers 56 nicht direkt an die Stufe 66 des Körpers 50 an. Außerdem ist der verjüngende Bereich 85 nicht als eine umlaufende Durchmesserreduzierung realisiert, sondern als zwei sich gegenüberliegende Abflachungen 90.
  • Der verjüngende Bereich 72 des Körpers 56 ist durch eine schraubenförmige Oberflächenstruktur 92 profiliert. Durch diese Profilierung erhält der Brennstoff 22 beim Austreten aus der Brennstoffdüse 54 einen Drall, den er mit in den Luftweg 31 überträgt und Turbulenzen erzeugt bzw. stabil hält.
  • Der Körper 56 nach Figur 7 besitzt im Bereich des Schaftes 60 eine schraubenförmige Profilierung 94 seiner Oberfläche. Auf einen reduzierten Bereich 85 ist hierbei verzichtet.
  • In Figur 8 ist ein Körper 56 analog zum Körper 56 nach Figur 5 dargestellt, wobei der sich verjüngende Bereich 72 des Körpers 56 mit voneinander beabstandeten Kreisringen 96 versehen ist.
  • In Figur 9 ist innen an dem sich verjüngenden Bereich 74 der Brennstoffdüse 54 eine sich ebenfalls verjüngende Spiralfeder 98 angelegt.
  • Bei der Brennstoffdüse 54 nach Figur 10 ist die Stufe 70 an der Brennstoffdüse 54 in einem Abstand von der Öffnung 24 im sich verjüngenden Bereich 74 der Brennstoffdüse 54 angebracht. Die Stufe 70 kann aus einem einfachen Kreisring bestehen. Die kann jedoch aber auch weitere Öffnungen in ihrer Kreisringstruktur aufweisen.
  • Die Brennstoffdüse 54 nach Figur 11 entspricht der Brennstoffdüse 54 des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 3 und 4. Sie ist hier noch mal einzeln dargestellt, so dass die Stufe 70 der Brennstoffdüse 54 besser erkennbar ist.
  • Im Unterschied zur Brennstoffdüse 54 nach Figur 11 weist die Brennstoffdüse 54 nach Figur 12 eine weitere Stufe 100 auf. Diese ist zur Stufe 70 an der Brennstoffdüse 54 beanstandet und wird von der Strömung des Brennstoffs 22 vor der Stufe 70 getroffen.
  • Allen diesen Profilierungen ist gemeinsam, dass sie der Strömung des Brennstoffs 22 einen gewissen Widerstand entgegenstellen und durch ihre Form und Anordnung zumindest Keime für Turbulenzen in der Strömung anlegen.

Claims (12)

  1. Mischeinrichtung (16) für ein gebläsebetriebenes Heizgerät (10), mit einem, eine Engstelle (18) aufweisenden Luftweg (31), durch den Verbrennungsluft (20) ansaugbar ist, mit einer Brennstoffdüse (54), durch die Brennstoff (22) zuführbar ist, und mit einem eine Fluidströmung beeinflussenden Körper (56) im Strömungsweg (76) des Brennstoffs (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (56) und/oder die Brennstoffdüse (54) mit Mitteln (64) ausgestattet ist, die eine turbulente Strömung erzeugen.
  2. Mischeinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (64) zum Erzeugen einer turbulenten Strömung am Körper (56) und/oder an der Brennstoffdüse (54) durch mindestens eine Stufe (66, 70) gebildet sind.
  3. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (56) einen sich erweiternden Bereich aufweist, an den sich in Strömungsrichtung ein sich verjüngender Bereich (72) anschließt.
  4. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüse (54) einen sich verjüngenden Bereich (74) aufweist, an der sich in Strömungsrichtung gesehen eine beziehungsweise die Stufe (70) anschließt.
  5. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein beziehungsweise der verjüngende Bereich (72) des Körpers (56) und ein beziehungsweise der sich verjüngende Bereich (74) der Brennstoffdüse (54) zumindest bereichsweise gegenüberliegen.
  6. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Bereich (72) des Körpers (56) einen die Verjüngung einfassenden Spitzenwinkel (α) aufweist, der kleiner ist als ein Spitzenwinkel (β) der durch den sich verjüngenden Bereich (74) der Brennstoffdüse (54) gebildet ist.
  7. Mischeinrichtung (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwinkel (α) des Körpers (56) um 1° bis 10°, vorzugsweise um 2° bis 5°, insbesondere um 3° kleiner ist als der Spitzenwinkel (β) der Brennstoffdüse (54).
  8. Mischeinrichtung (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die am Körper (56) gebildete Stufe (66) innerhalb einem beziehungsweise dem sich verjüngenden Bereich (74) der Brennstoffdüse (54) angeordnet ist.
  9. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Köper (56) einen Schaft (60) aufweist, der einen reduzierten Bereich (85) aufweist.
  10. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (56) und/oder die Brennstoffdüse (54) profiliert sind.
  11. Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (54) und die Brennstoffdüse (54) aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien mit einem im wesentlichen gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
  12. Heizgerät (10) mit mindestens einem Brenner (14) und einem Gebläse (12), dessen Drehzahl zum Zwecke einer Leistungsmodulation veränderbar ist, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
EP20200059.2A 2019-11-12 2020-10-05 Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes heizgerät Pending EP3822539A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019217419.1A DE102019217419A1 (de) 2019-11-12 2019-11-12 Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes Heizgerät

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3822539A1 true EP3822539A1 (de) 2021-05-19

Family

ID=72752326

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20200059.2A Pending EP3822539A1 (de) 2019-11-12 2020-10-05 Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes heizgerät

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3822539A1 (de)
DE (1) DE102019217419A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH209029A (de) * 1939-03-09 1940-03-15 Zuberbuehler Albert Gasluftmischer für Leuchtgasbrenner.
CH212284A (de) * 1938-10-28 1940-11-15 Zuberbuehler Albert Verfahren zum Mischen von spezifisch schweren Brenngasen mit Luft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
US5716203A (en) * 1994-03-01 1998-02-10 Sirand; Joseph Injection apparatus for an atmospheric burner in a gas heating apparatus, especially of the infrared type, and heating apparatus provided with such an injection device
EP2863125A1 (de) * 2013-10-16 2015-04-22 Robert Bosch Gmbh Heizgerät mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner
EP3203151A1 (de) 2016-02-03 2017-08-09 Robert Bosch Gmbh Brennstoff-luft-mischeinrichtung für ein heizgerät
EP3462088A1 (de) * 2017-09-27 2019-04-03 Robert Bosch GmbH Brennstoff-luft-mischeinrichtung und ein heizgerät

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB375569A (en) * 1931-07-14 1932-06-30 Angelo Paganini Improvements in spray nozzles for oil burners
DE102010046956B4 (de) * 2010-09-29 2012-08-30 Robert Bosch Gmbh Ölvormischbrenner
TR201517546A2 (tr) * 2015-12-30 2017-07-21 Bosch Termoteknik Isitma ve Klima Sanayi Ticaret Anonim Sirketi Hava ve/veya yakıt için bir açıklığa sahip olan brülör ve bu tip bir brülöre sahip olan bir ısıtma cihazı.

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH212284A (de) * 1938-10-28 1940-11-15 Zuberbuehler Albert Verfahren zum Mischen von spezifisch schweren Brenngasen mit Luft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
CH209029A (de) * 1939-03-09 1940-03-15 Zuberbuehler Albert Gasluftmischer für Leuchtgasbrenner.
US5716203A (en) * 1994-03-01 1998-02-10 Sirand; Joseph Injection apparatus for an atmospheric burner in a gas heating apparatus, especially of the infrared type, and heating apparatus provided with such an injection device
EP2863125A1 (de) * 2013-10-16 2015-04-22 Robert Bosch Gmbh Heizgerät mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner
EP3203151A1 (de) 2016-02-03 2017-08-09 Robert Bosch Gmbh Brennstoff-luft-mischeinrichtung für ein heizgerät
EP3462088A1 (de) * 2017-09-27 2019-04-03 Robert Bosch GmbH Brennstoff-luft-mischeinrichtung und ein heizgerät

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019217419A1 (de) 2021-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1802915B1 (de) Brenner für gasturbine
DE2832708C2 (de)
DE102006000174B9 (de) Öl-Vormischbrenner und Betriebsverfahren dafür
DE102007043626A1 (de) Gasturbinenmagerbrenner mit Kraftstoffdüse mit kontrollierter Kraftstoffinhomogenität
DE102013108254B4 (de) Brenneranordnung
EP0775869B1 (de) Vormischbrenner
EP0918191A1 (de) Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers
EP2863125A1 (de) Heizgerät mit einem von einem Gebläse unterstützten Brenner
DE602004005572T2 (de) Mischer
EP1892472B1 (de) Verbrennungssystem insbesondere für eine Gasturbine
WO2013127392A1 (de) Mobiles, mit flüssigem brennstoff betriebenes heizgerät
EP3822539A1 (de) Mischeinrichtung für ein gebläsebetriebenes heizgerät
EP2623863B1 (de) Brenngas-Luft-Mischvorrichtung
EP2957831B1 (de) Brenner und verfahren zum betrieb solch eines brenners
EP3462088B1 (de) Brennstoff-luft-mischeinrichtung und ein heizgerät
DE102016118633B4 (de) Brennerkopf, Brennersystem und Verwendung des Brennersystems
DE19914666B4 (de) Brenner für einen Wärmeerzeuger
DE102004054796B3 (de) Mischeinrichtung für einen Gas-Vormischbrenner
DE4207814A1 (de) Vormischgasbrenner
DE10102652B4 (de) Gasdüse mit Dosiernadel, insbesondere für einen atmosphärischen Injektionsbrenner
DE10115644C2 (de) Gasbrenner mit einem Brennkörper aus porösem Material
CH718928A1 (de) Verfahren zum Verbrennen eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs in einem Heizkessel, Heizkessel zur Durchführung des Verfahrens und Therme mit einem Heizkessel.
DE102022100480A1 (de) Brennervorrichtung für die indirekte Erwärmung eines Ofenraums
DE2160675B2 (de) Brennereinrichtung fuer eine gasturbinenbrennkammer
DE202018100094U1 (de) Vergaser für Brennkraftmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20211119

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230104