EP4462023A2 - Gas-luft-mischeinrichtung für ein heizgerät und heizgerät - Google Patents

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EP4462023A2
EP4462023A2 EP24174062.0A EP24174062A EP4462023A2 EP 4462023 A2 EP4462023 A2 EP 4462023A2 EP 24174062 A EP24174062 A EP 24174062A EP 4462023 A2 EP4462023 A2 EP 4462023A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
mixing device
air mixing
region
flow
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
EP24174062.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4462023A3 (de
Inventor
Julien Gourio
Marcos Pagoto
Lionel Mathieu
Rémi Claisse
David Chauvin
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.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant 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 Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP4462023A2 publication Critical patent/EP4462023A2/de
Publication of EP4462023A3 publication Critical patent/EP4462023A3/de
Pending 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
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • 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
    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/10—High or low fire

Definitions

  • the invention relates to a gas-air mixing device for a heating device and a heating device.
  • Heating devices for burning a fuel gas usually form a combustion mixture of fuel gas and combustion air with a predetermined combustion air ratio (also known as lambda or air ratio) and feed this to a burner for combustion.
  • a predetermined combustion air ratio also known as lambda or air ratio
  • Such heating devices are also known as premix burners.
  • Various methods are known for forming the combustion air ratio.
  • Heating devices with a pneumatic gas-air connection record a control pressure in the area of a throttle point (Venturi nozzle) in the combustion air supply, which allows a conclusion to be drawn about the supplied mass flow of combustion air.
  • the gas valve uses the reference pressure, the gas valve adds a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the fuel gas is often mixed into the mass flow of combustion air in the area of the throttle point, which can be designed as a gas-air mixing device for this purpose.
  • Pneumatic mixture formation is advantageous in that it does not require complex sensors and is therefore very robust in use and simple in construction.
  • the heating output or the approach to a modulation point is controlled in such heaters by means of the fan speed, which sets a mass flow of combustion air to be supplied, to which the gas valve, based on the control pressure, supplies a flow rate of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the requirements for heaters in terms of their modulation range - for example, the heaters should be able to operate at 10% of the nominal output - pose a challenge for the design of the mixing device.
  • the mixing device (the throttle point) must generate sufficient intake pressure for mixture formation at low outputs, but the pressure drop at the throttle point must not be too high at high outputs.
  • a large pressure drop at high outputs is accompanied by a number of disadvantages, such as the need for a large fan, high noise emissions and a risk of flushing the heater's siphon due to the high pressure.
  • gas is usually added in the area of the smallest flow cross-section of the throttle point.
  • the EP 3 488 148 B1 a gas-air mixing device with at least six gas pockets for adding fuel gas arranged in the area of the narrowest flow cross-section of the throttle point.
  • this mixing device can also only be used for a limited modulation range.
  • the object of the invention to propose a gas-air mixing device for a heater and a heating device which at least partially overcomes the problems of the prior art described.
  • the mixing device should enable safe operation of the heater in a widely spread modulation range, for example a modulation range with a lower limit of 10% of the nominal output of the heater.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of the mixing device and the mixing device should be easy to manufacture.
  • a gas-air mixing device for a heating device contributes to this, which has at least the following areas in relation to a flow direction of the gas-air mixing device: 1.) a convergence area, 2.) a (downstream) throttle area with a flow diameter of at least 11.0 mm [millimeters] and 3.) a divergence area adjoining the throttle area with a length of at least 85 mm [millimeters].
  • three or four gas outlets are arranged concentrically with respect to a central axis of the gas-air mixing device or over a circumference of the gas-air mixing device (distributed) and are designed as a recessed channel in the inner wall of the mixing device, aligned in the flow direction.
  • the heater can be a gas heater with a pneumatic gas-air connection.
  • This can have a conveying device, in particular a fan, which can convey a mass flow (or volume flow) of combustion air.
  • the combustion air can be supplied via a combustion air supply, whereby a control pressure (reference pressure) for the gas valve is often transmitted to the gas valve via a control line in an area between the fan and the throttle point.
  • the gas valve can have a Control pressure and a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the heater can in particular be a wall-mounted heater with condensing technology.
  • such a pneumatic gas-air connection enables a robust setting of a predetermined combustion air ratio, especially since a mass flow of fuel gas occurs depending on the effective flow of combustion air.
  • Such a heater can adapt its heating output to a heat requirement, also known as modulation. This can be done within a modulation range specified for the heater.
  • modulation range specified for the heater.
  • modern heaters can be operated in a large modulation range, for example from 2.4 kW [kilowatts] to 24 kW (corresponding to 10% to 100% of the nominal output).
  • a large modulation range places high demands on the gas-air mixing device, which must generate sufficient suction pressure for the escaping mass flow of fuel gas at low outputs, but must have the lowest possible flow resistance (pressure loss) at high outputs and thus a flow through with a high mass flow of combustion air.
  • the heater includes a gas-air mixing device with a throttle area (Venturi) in which a control pressure is generated for the escaping gas flow.
  • a control pressure is generated for the escaping gas flow.
  • the mass flow of fuel gas provided by the gas valve is added to the mass flow of combustion air. This can advantageously reduce the required installation space.
  • the gas-air mixing device can thus be designed as a Venturi nozzle with gas outlets.
  • the mass flow (or volume flow) of combustion air conveyed by the conveying device flows through the gas-air mixing device and reaches an increased dynamic pressure in the area of the minimum diameter of the same, which is used to suck in the mass flow of fuel gas.
  • the gas-air mixing device (first) has a convergence region in which the flow cross-section (from a first flow diameter to a first minimum flow diameter) is reduced and the flow velocity of the combustion air mass flow entering the gas-air mixing device increases accordingly.
  • the minimum flow cross-section (minimum diameter) is reached and thus also the maximum flow velocity of the combustion air mass flow. It is intended that this minimum flow diameter is not smaller than 11.0 mm and that the heater can be operated robustly with this flow diameter and a minimum power of the modulation range.
  • the throttle region is followed by a divergence region in which the flow cross-section increases again (from a second small or minimum flow diameter to a second larger or maximum flow diameter) and the flow velocity decreases. It is intended that the divergence range has a length of at least 85.0 mm, because above this limit a defined and robust pressure loss of the gas-air mixing device can be determined.
  • the gas-air mixing device can, viewed in a flow direction of the heater, comprise a convergence region characterized by a decreasing flow cross-section, a throttle region with the smallest flow cross-section and a divergence region with an increasing flow cross-section.
  • the convergence region can have a conical or a trumpet shape.
  • a conical shape is characterized by a straight line of the convergence region in a longitudinal section of the gas-air mixing device, which encloses an angle with respect to a central axis (in the direction of flow). It has been shown that an angle in a range of 30° [degrees] to 70° is advantageous.
  • a trumpet shape is characterized by a non-straight course of the convergence region in a longitudinal section For example, the curve can describe a section of a circle, an exponential function or other functions.
  • the convergence region may have a length of at least 10 mm [millimeters] mm.
  • the throttle area of the gas-air mixing device can have a flow diameter (of the circular flow cross-section) of at least 11.0 mm.
  • the flow diameter of 11.0 mm can be used for a heater with a modulation range of 1.7 kW to 17 kW.
  • a correspondingly larger (minimum) flow diameter of the throttle area can be selected.
  • the minimum flow diameter is essentially determined by the minimum output of a heater.
  • the minimum flow diameter can be determined by the relationship of minimum flow diameter equal to 2.2 x minimum output (in kW) + 7.23.
  • the throttle region can have a length of at least 10 mm.
  • the divergence region can in particular have a conical shape and an opening angle in a range of 4° to 7°.
  • the opening angle refers to the angle enclosed by an inner wall of the convergence region.
  • the gas outlets can have a depth of 0.9 mm to 1.5 mm, where the depth designates the depth available for the gas flow.
  • the wall thickness of the inner wall can be in a range of 0.05 to 0.15 mm and designates the distance of the flow channel of the gas outlet from the flow cross section of the gas-air mixing device.
  • a width of the gas outlets can be determined based on the depth, the wall thickness of the inner wall and the flow diameter of the throttle area.
  • the available flow cross section of the fuel gas can be between 8% [percent] and 20% of the flow cross section of the combustion air in the throttle area.
  • the gas outlets are arranged entirely in the throttle region.
  • they can be arranged immediately after the convergence region and/or immediately before the divergence region.
  • the gas-air mixing device can have a connection area for connection to a silencer.
  • the connection area can be arranged in particular in the convergence area and can, for example, comprise a device for connection to a silencer, such as a click, clamp or screw connection. This enables simple and quick assembly.
  • the gas-air mixing device can be designed in one piece and consist, for example, of a plastic or a metallic material. It can be manufactured, for example, by means of an injection molding process.
  • a heating device having a gas-air mixing device as proposed here.
  • the heating device can comprise a fan for conveying a mass flow of combustion air, an ignition electrode and a gas valve.
  • the heating device can form a pneumatic gas-air connection.
  • the gas-air mixing device and the heater contribute to enabling safer operation of a heater in a large modulation range. Tests have shown that safe operation of a heater in a modulation range from 2.4 kW to 24 kW and/or from 10% of the nominal output of the heater up to the nominal output is possible using a gas-air mixing device as proposed here.
  • a gas-air mixing device proposed here can easily be used on a state-of-the-art heating device and could therefore also be retrofitted to existing heating devices.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here.
  • This can have an air supply 4 for combustion air.
  • a gas-air mixing device 15 can be arranged in the air supply 4.
  • a conveying device 2 designed as a fan can be arranged upstream of the gas-air mixing device 15, which can convey a mass flow of combustion air.
  • a gas valve 5 can, by means of the gas-air mixing device 15, add a mass flow of fuel gas to the mass flow of combustion air conveyed by the conveying device 2.
  • the gas valve can be connected to a gas supply 8.
  • the mixture of fuel gas and combustion air can be fed to a burner 3 via a mixture channel 12 and burned there.
  • a heat exchanger 13 can be arranged on the burner 3, which can transfer heat generated during combustion to a heating circuit 14 with a supply line 6 and a return line 9.
  • an exhaust pipe 10 Downstream of the burner 3, an exhaust pipe 10 can feed combustion products to an exhaust system 11.
  • a regulating and control device 7 of the heating device 1 can be electrically connected at least to the gas valve 5 and the conveying device 2.
  • An ignition electrode 17 can be arranged on the burner 3, designed to form an ignition spark in order to ignite the combustion mixture emerging from the burner 3.
  • Fig. 2 shows, by way of example and schematically, a longitudinal section in the direction of the central axis 21 of the gas-air mixing device 15. This comprises a trumpet-shaped convergence region 18 with a length 23. Seen in the flow direction 16, the convergence region 23 is followed by the throttle region 19 with a length 24 and with a minimum diameter 22 of the flow cross section.
  • a divergence region 20 can be connected to the throttle region 19. This can have a length 25 of 85 mm and an opening angle 26 of 5.5°.
  • a connection region 28 for connection to a silencer of the heater 1 can be provided on the outside in the convergence region 18 or in the throttle region 19.
  • the gas-air mixing device 15 can comprise gas outlets 27. These can add a mass flow of fuel gas provided by the gas valve 5 to the mass flow of combustion air conveyed by the conveying device 2 and flowing through the gas-air mixing device 15.
  • Fig. 3 shows, by way of example and schematically, a top view of the convergence region 18 of the gas-air mixing device 15.
  • Three gas outlets 27 are clearly visible and evenly distributed over the circumference.
  • the gas outlets 27 can enclose an angle 31, which is a measure of the width of the gas outlets 27.
  • Fig. 4 shows an example and schematically a sectional view of a gas outlet 27. This can have a channel depth 30 and a wall thickness of the inner wall 29.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, sizes or processes, and in particular do not necessarily specify a dependency and/or sequence of these objects, sizes or processes. If a dependency and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described design. If a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) für ein Heizgerät (1). Diese weist, in einer Durchströmungsrichtung (16) der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) gesehen, einen Konvergenzbereich (18), einen Drosselbereich (19) mit einem Strömungsdurchmesser (22) von mindestens 11,0 mm und einen, sich an den Drosselbereich (19) anschließenden Divergenzbereich (20) mit einer Länge (25) von mindestens 85,0 mm, auf, wobei in Durchströmungsrichtung (16) gesehen drei oder vier Gasauslässe (27) konzentrisch bezogen auf eine zentrale Achse (21) der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) angeordnet und als vertiefter, in Durchströmungsrichtung (16) ausgerichteter, Kanal in der Innenwandung der Mischeinrichtung (15) ausgebildet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gas-Luft-Mischeinrichtung für ein Heizgerät und ein Heizgerät.
  • Heizgeräte zu Verbrennung eines Brenngases, wie Erdgas oder Wasserstoff, bilden in der Regel ein Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft mit einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) und führen dieses einem Brenner zur Verbrennung zu. Derartige Heizgeräte werden auch als Vormischbrenner bezeichnet. Zur Bildung des Verbrennungsluftverhältnisses sind verschiedene Verfahren bekannt. Heizgeräte mit einem pneumatischen Gas- Luftverbund erfassen einen Steuerdruck im Bereich einer Drosselstelle (Venturidüse) in der Zuführung der Verbrennungsluft der einen Rückschluss auf den zugeführten Massestrom Verbrennungsluft zulässt. Anhand des Referenzdruckers setzt das Gasventil einen, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechenden, Massestrom Brenngas zu. Häufig erfolgt die Beimischung des Brenngases in den Massestrom Verbrennungsluft im Bereich der Drosselstelle, die hierfür als Gas-Luft-Mischeinrichtung ausgebildet sein kann. Vorteilhaft erfordert eine pneumatische Gemischbildung keine aufwändige Sensorik und ist daher sehr robust in der Anwendung und einfach im Aufbau.
  • Eine Steuerung der Heizleistung, bzw. ein Anfahren eines Modulationspunktes erfolgt bei derartigen Heizgeräten mittels der Gebläsedrehzahl, die einem zuzuführenden Massestrom Verbrennungsluft einstellt, dem das Gasventil anhand des Steuerdruckes eine, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechende, Durchflussmenge Brenngas zusetzt. Hierfür stellen die Anforderungen an Heizgeräte hinsichtlich deren Modulationsbereich, beispielsweise sollen die Heizgeräte mit einer Leistung von 10 % [Prozent] der Nennleistung betreibbar sein, eine Herausforderung an das Design der Mischeinrichtung dar. So muss die Mischeinrichtung (die Drosselstelle) bei geringen Leistungen einen ausreichenden Ansaugdruck für die Gemischbildung erzeugen, jedoch bei hohen Leistungen der Druckabfall an der Drosselstelle nicht zu hoch sein. Ein großer Druckabfall bei hohen Leistungen geht mit einer Reihe von Nachteilen einher, beispielsweise die Notwendigkeit eines großen Gebläses, hohen Geräuschemissionen und einem Risiko einer Spülung des Siphons des Heizgerätes aufgrund des hohen Druckes.
  • Um den Ansaugdruck der Drosselstelle auszunutzen, erfolgt zumeist die Gasbeigabe im Bereich des geringsten Strömungsquerschnitts der Drosselstelle. Hierzu zeigt beispielsweise die EP 3 488 148 B1 eine Gas-Luft-Mischvorrichtung mit mindestens sechs Gastaschen zum Zusetzen von Brenngas angeordnet im Bereich des engsten Strömungsquerschnittes der Drosselstelle. Auch diese Mischvorrichtung ist jedoch nur für einen begrenzten Modulationsbereich einsetzbar.
  • Weitere ähnliche Gas-Luft-Mischvorrichtungen mit gleichem Nachteil werden auch in der DE 10 2029 202 950 A1 , in der EP 0 846 916 A2 sowie in der DE 10 2011 014 117 A1 offenbart.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Gas-Luft-Mischeinrichtung für ein Heizgerät und ein Heizgerät vorzuschlagen, die die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden. Insbesondere soll die Mischeinrichtung ein sicheres Betreiben des Heizgerätes in einem weit gespreizten Modulationsbereich ermöglichen, beispielsweise einem Modulationsbereich mit einer unteren Grenze von 10 % der Nennleistung des Heizgerätes.
  • Zudem soll die Erfindung die Komplexität der Mischeinrichtung zumindest nicht wesentlich erhöhen und die Mischeinrichtung einfach herstellbar sein.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt eine Gas-Luft-Mischeinrichtung für ein Heizgerät bei, welches bezogen auf eine Durchströmungsrichtung der Gas-Luft-Mischeinrichtung zumindest folgende Bereiche aufweist: 1.) einen Konvergenzbereich, 2.) einen (nachgeordneten) Drosselbereich mit einem Strömungsdurchmesser von mindestens 11,0 mm [Millimeter] und 3.) einen sich an den Drosselbereich anschließenden Divergenzbereich mit einer Länge von mindestens 85 mm [Millimeter]. Weiter in Durchströmungsrichtung gesehen sind drei oder vier Gasauslässe konzentrisch bezogen auf eine zentrale Achse der Gas-Luft-Mischeinrichtung bzw. über einen Umfang der Gas-Luft-Mischeinrichtung (verteilt) angeordnet und als vertiefter, in Durchströmungsrichtung ausgerichteter, Kanal in der Innenwandung der Mischeinrichtung ausgebildet.
  • Bei dem Heizgerät kann es sich um ein Gasheizgerät mit einem pneumatischen Gas-Luftverbund handeln. Diese kann eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse aufweisen, das einen Massestrom (oder Volumenstrom) Verbrennungsluft fördern kann. Die Verbrennungsluft kann dabei über eine Zuführung Verbrennungsluft zugeführt werden, wobei ein Steuerdruck (Referenzdruck) für das Gasventil häufig in einem Bereich zwischen Gebläse und Drosselstelle über eine Steuerleitung an das Gasventil überträgt. Das Gasventil kann ein dem Steuerdruck und einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechenden Massestrom Brenngas zusetzen. Das Heizgerät kann dabei insbesondere ein wandhängendes Heizgerät und mit Brennwerttechnik sein. Vorteilhaft ermöglicht ein derartiger pneumatischer Gas-Luftverbund eine robuste Einstellung eines vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnisses, insbesondere da ein Massestrom Brenngas in Abhängigkeit des effektiv strömenden Massestromes Verbrennungsluft erfolgt.
  • Ein derartiges Heizgerät kann seine Heizleistung an einen Wärmebedarf anpassen, auch als modulieren bezeichnet. Dies kann innerhalb eines, für das Heizgerät vorgegebenen, Modulationsbereiches erfolgen. Um ein häufiges, verschleißförderndes An- und Ausschalten des Brenners zu vermeiden, können moderne Heizgeräte in einem großen Modulationsbereich, beispielsweise von 2,4 kW [Kilowatt] bis 24 kW, (entsprechend 10 % bis 100% der Nennleistung) betrieben werden. Ein großer Modulationsbereich stellt dabei hohe Anforderungen an die Gas-Luft-Mischeinrichtung, die bei geringen Leistungen einen ausreichenden Saugdruck für den austretenden Massestrom Brenngas erzeugen muss, aber bei hohen Leistungen, und somit einer Durchströmung mit einem hohen Massestrom Verbrennungsluft, einen möglichst geringen Strömungswiderstand (Druckverlust) aufweisen.
  • Das Heizgerät umfasst eine Gas-Luft-Mischeinrichtung mit einem Drosselbereich (Venturi), in dem ein Steuerdruck für den austretenden Gasstrom erzeugt wird. Entsprechend dem Steuerdruck wird vom Gasventil bereitgestellter Massestrom Brenngas dem Massestrom Verbrennungsluft zugesetzt. Vorteilhaft kann so der erforderliche Bauraum gemindert werden.
  • Die Gas-Luft-Mischeinrichtung kann somit als Venturidüse mit Gasauslässen ausgeführt sein. Der von der Fördereinrichtung geförderte Massestrom (oder Volumenstrom) Verbrennungsluft durchströmt die Gas-Luft-Mischeinrichtung und erreicht im Bereich des minimalen Durchmessers derselben einen erhöhten dynamischen Druck, der zum Ansaugen des Massestromes Brenngas genutzt wird.
  • Die Gas-Luft-Mischeinrichtung weist hierfür (zuerst) einen Konvergenzbereich auf, in dem sich der Strömungsquerschnitt (von einem ersten Strömungsdurchmesser bis zu einem ersten minimalen Strömungsdurchmesser) verringert und die Strömungsgeschwindigkeit des in die Gas-Luft-Mischeinrichtung eintretenden Massestromes Verbrennungsluft entsprechend ansteigt. In einem Drosselbereich ist der minimale Strömungsquerschnitt (minimaler Durchmesser) erreicht und somit auch die maximale Strömungsgeschwindigkeit des Massestromes Verbrennungsluft. Hierbei ist vorgesehen, dass dieser minimale Strömungsdurchmesser nicht kleiner als 11,0 mm gewählt ist, und das Heizgerät mit diesem Strömungsdurchmesser mit einer minimalen Leistung des Modulationsbereiches robust betrieben werden kann. Dem Drosselbereich schließt sich ein Divergenzbereich an, in dem der Strömungsquerschnitt wieder ansteigt (von einem zweiten kleinen bzw. minimalen Strömungsdurchmesser bis zu einem zweiten größeren bzw. maximalen Strömungsdurchmesser) und die Strömungsgeschwindigkeit sinkt. Hierbei ist vorgesehen, dass der Divergenzbereich eine Länge mindestens 85,0 mm hat, denn oberhalb der Grenze kann ein definierter und robuster Druckverlust der Gas-Luft-Mischeinrichtung festgestellt werden.
  • Mit anderen Worten kann die Gas-Luft-Mischeinrichtung, in einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes gesehen, einen Konvergenzbereich, gekennzeichnet durch einen sich mindernden Strömungsquerschnitt, einen Drosselbereich mit dem geringsten Strömungsquerschnitt und einem Divergenzbereich, mit einem sich vergrößernden Strömungsquerschnitt umfassen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Konvergenzbereich eine konische oder eine Trompetenform aufweisen. Eine konische Form ist gekennzeichnet durch eine gerade Linie des Konvergenzbereiches in einem Längsschnitt der Gas-Luft-Mischeinrichtung, die bezogen auf eine zentrale Achse (in Strömungsrichtung) einen Winkel einschließt. Dabei hat sich gezeigt, dass ein Winkel in einem Bereich von 30° [Grad] bis 70° vorteilhaft ist. Eine Trompetenform ist durch einen nicht geraden Verlauf des Konvergenzbereiches in einem Längsschnitt gekennzeichnet. Beispielhaft kann der Verlauf einen Kreisausschnitt, eine Exponentialfunktion oder andere Funktionen beschreiben.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Konvergenzbereich eine Länge von mindestens 10 mm [Millimeter] mm haben.
  • Der Drosselbereich der Gas-Luft-Mischeinrichtung kann dabei einen Strömungsdurchmesser (des kreisförmigen Strömungsquerschnitts) von mindestens 11,0 mm aufweisen. Der Strömungsdurchmesser von 11,0 mm kann bei einem Heizgerät mit einem Modulationsbereich von 1,7 kW bis 17 kW eingesetzt werden. Für Heizgeräte mit größerer Leistung kann ein entsprechend größerer (minimaler) Strömungsdurchmesser des Drosselbereiches gewählt werden. Der minimale Strömungsdurchmesser wird dabei wesentlich durch die minimale Leistung eines Heizgerätes bestimmt. Beispielhaft kann der minimale Strömungsdurchmesser durch den Zusammenhang minimaler Strömungsdurchmesser gleich 2,2 x minimale Leistung (in kW) + 7,23 bestimmt werden.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann der Drosselbereich eine Länge von mindestens 10 mm haben.
  • Der Divergenzbereich kann insbesondere eine konische Form haben und einen Öffnungswinkel in einem Bereich von 4° bis 7° aufweisen. Der Öffnungswinkel bezeichnet dabei den Winkel, der von einer Innenwandung des Konvergenzbereiches eingeschlossen wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung können die Gasauslässe eine Tiefe von 0,9 mm bis 1,5 mm aufweisen, wobei die Tiefe, die für die Gasströmung zur Verfügung stehende Tiefe bezeichnet. Die Wandstärke der Innenwandung kann in einem Bereich von 0,05 bis 0,15 mm liegen und bezeichnet den Abstand des Strömungskanals des Gasauslasses vom Strömungsquerschnitt der Gas-Luft-Mischeinrichtung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann eine Breite der Gasauslässe anhand der Tiefe, der Wandstärke der Innenwandung und dem Strömungsdurchmesser des Drosselbereichs bestimmt werden. Insbesondere kann der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt des Brenngases zwischen 8 % [Prozent] und 20 % des Strömungsquerschnittes der Verbrennungsluft im Drosselbereich betragen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung sind die Gasauslässe vollständig im Drosselbereich angeordnet. Somit können diese in einer Durchströmungsrichtung der Gas-Luft-Mischeinrichtung gesehen unmittelbar nach dem Konvergenzbereich und/ oder unmittelbar vor dem Divergenzbereich angeordnet sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Gas-Luft-Mischeinrichtung einen Anschlussbereich zur Verbindung mit einem Schalldämpfer aufweisen. Der Anschlussbereich kann insbesondere im Konvergenzbereich angeordnet sein und beispielsweise eine Einrichtung zur Verbindung mit einem Schalldämpfer umfassen, wie eine Klick-, Klemm- oder Schraubverbindung. Somit wird eine einfache und schnelle Montage ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung kann die Gas-Luft-Mischeinrichtung einteilig ausgebildet sein und beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff bestehen. Eine Herstellung kann beispielhaft mittels eines Spritzgeißverfahrens erfolgen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Heizgerät vorgeschlagen, aufweisend eine hier vorgeschlagene Gas-Luft-Mischeinrichtung. Zudem kann das Heizgerät ein Gebläse zur Förderung eines Massestromes Verbrennungsluft, eine Zündelektrode und ein Gasventil umfassen. Das Heizgerät kann einen pneumatischen Gas-Luftverbund bilden.
  • Die im Zusammenhang mit der Gas-Luft-Mischeinrichtung erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Hier werden somit eine Gas-Luft-Mischeinrichtung für ein Heizgerät sowie ein Heizgerät angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen die Gas-Luft-Mischeinrichtung und das Heizgerät dazu bei, ein sichereres Betreiben eines Heizgerätes in einem großen Modulationsbereich zu ermöglichen. So haben Versuche gezeigt, dass ein sicheres Betreiben eines Heizgerätes in einem Modulationsbereich von 2,4 kW bis 24 kW und/ oder von 10 % der Nennleistung des Heizgerätes bis zur Nennleistung mittels einer hier vorgeschlagenen Gas-Luft-Mischeinrichtung ermöglicht wird.
  • Zudem kann eine hier vorgeschlagene Gas-Luft-Mischeinrichtung problemlos an einem Heizgerät nach dem Stand der Technik eingesetzt werden und könnte somit auch an bestehenden Heizgeräten nachgerüstet werden.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
    Fig. 2:
    eine hier vorgeschlagene Gas-Luft-Mischeinrichtung in einer Schnittdarstellung,
    Fig. 3:
    eine weitere Ansicht einer hier vorgeschlagenen Gas-Luft-Mischeinrichtung, und
    Fig. 4:
    eine Schnittdarstellung eine Gasauslasses einer hier vorgeschlagenen Gas-Luft-Mischeinrichtung.
  • Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann eine Luftzufuhr 4 für Verbrennungsluft aufweisen. In der Luftzufuhr 4 kann eine Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 angeordnet sein. In einer Durchströmungsrichtung 16 des Heizgerätes 1 gesehen kann stromauf der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 eine, als Gebläse ausgebildete, Fördereinrichtung 2 angeordnet sein, die einen Massestrom Verbrennungsluft fördern kann. Ein Gasventil 5 kann mittels der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15, dem von der Fördereinrichtung 2 geförderten Massestrom Verbrennungsluft einen Massestrom Brenngas zusetzen. Hierfür kann das Gasventil mit einer Gaszuführung 8 verbunden sein. Das Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 12 einem Brenner 3 zugeführt und dort verbrannt werden. Am Brenner 3 kann ein Wärmetauscher 13 angeordnet sein, der bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen Heizkreislauf 14 mit einem Vorlauf 6 und einem Rücklauf 9 übertragen kann.
  • Dem Brenner 3 nachgeordnet kann ein Abgasrohr 10 entstehende Verbrennungsprodukte einer Abgasanlage 11 zuführen. Ein Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 kann zumindest mit dem Gasventil 5 und der Fördereinrichtung 2 elektrisch verbunden sein.
  • Am Brenner 3 kann eine Zündelektrode 17 angeordnet sein, dazu eingerichtet einen Zündfunken zu bilden, um am Brenner 3 austretendes Verbrennungsgemisch zu entzünden.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Längsschnitt in Richtung der zentralen Achse 21 der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15. Diese umfasst einen trompetenförmigen Konvergenzbereich 18 mit einer Länge 23. In der Durchströmungsrichtung 16 gesehen, schließt sich an den Konvergenzbereich 23 der Drosselbereich 19 mit einer Länge 24 und mit einem minimalen Durchmesser 22 des Strömungsquerschnittes.
  • An den Drosselbereich 19 kann sich ein Divergenzbereich 20 anschließen. Dieser kann eine Länge 25 von 85 mm und einen Öffnungswinkel 26 von 5,5 ° aufweisen. Außen im Konvergenzbereich 18 oder im Drosselbereich 19 kann ein Anschlussbereich 28 zur Verbindung mit einem Schalldämpfer des Heizgerätes 1 vorgesehen sein.
  • Die Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 kann Gasauslässe 27 umfassen. Diese können einen vom Gasventil 5 bereitgestellten Massestrom Brenngas, dem von der Fördereinrichtung 2 geförderten und die Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 durchströmenden Massestrom Verbrennungsluft, zusetzen.
  • Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Draufsicht auf den Konvergenzbereich 18 der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15. Gut erkennbar sind drei Gasauslässe 27 über den Umfang gleichverteilt angeordnet. Die Gasauslässe 27 können einen Winkel 31 umschließen, der ein Maß für die Breite der Gasauslässe 27 ist.
  • Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Schnittdarstellung eines Gasauslasses 27. Dieser kann eine Kanaltiefe 30 und eine Wandstärke der Innenwandung 29 aufweisen.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter ("erste", "zweite", ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann ("mindestens ein"), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Fördereinrichtung
    3
    Brenner
    4
    Luftzufuhr
    5
    Gasventil
    6
    Vorlauf
    7
    Regel- und Steuergerät
    8
    Gaszuführung
    9
    Rücklauf
    10
    Abgasrohr
    11
    Abgasanlage
    12
    Gemischkanal
    13
    Wärmetauscher
    14
    Heizkreislauf
    15
    Gas-Luft-Mischeinrichtung
    16
    Durchströmungsrichtung
    17
    Zündelektrode
    18
    Konvergenzbereich
    19
    Drosselbereich
    20
    Divergenzbereich
    21
    zentrale Achse
    22
    Durchmesser
    23
    Länge Konvergenzbereich
    24
    Länge Drosselbereich
    25
    Länge Divergenzbereich
    26
    Öffnungswinkel Divergenzbereich
    27
    Gasauslass
    28
    Anschlussbereich
    29
    Wandstärke der Innenwandung
    30
    Kanaltiefe
    31
    Winkel Gasauslass

Claims (9)

  1. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) für ein Heizgerät (1), zumindest umfassend, in einer Durchströmungsrichtung (16) der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) gesehen, einen Konvergenzbereich (18), einen Drosselbereich (19) mit einem Strömungsdurchmesser (22) von mindestens 11,0 mm und einen, sich an den Drosselbereich (19) anschließenden Divergenzbereich (20) mit einer Länge (25) von mindestens 85,0 mm, wobei in Durchströmungsrichtung (16) gesehen drei oder vier Gasauslässe (27) über einen Umfang der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) angeordnet und als vertiefter, in Durchströmungsrichtung (16) ausgerichteter, Kanal in der Innenwandung der Mischeinrichtung (15) ausgebildet sind.
  2. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach Anspruch 1, wobei der Divergenzbereich (20) einen Öffnungswinkel (26) in einem Bereich von 4 ° [Grad] bis 7 ° hat.
  3. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gasauslässe (27) eine Kanaltiefe (30) in einem Bereich von 0,9 mm bis 2,5 mm aufweisen und die Wandstärke (29) der Innenwandung im Bereich eines Gasauslasses (27) in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,15 mm liegt.
  4. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gasauslässe (27) einen kumulierten Strömungsquerschnitt von 8 % [Prozent] bis 20 % des Strömungsquerschnittes der Verbrennungsluft im Drosselbereich (19) aufweisen.
  5. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Konvergenzbereich (18) eine konische oder trompetenförmig Form aufweist.
  6. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gasauslässe (27) im Drosselbereich (19) angeordnet sind.
  7. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) einen Anschlussbereich (28), eingerichtet zur Verbindung mit einem Schalldämpfer der Zuführung Verbrennungsluft (4), umfasst.
  8. Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) einteilig hergestellt ist.
  9. Heizgerät (1), umfassend eine Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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