Brenngas-Einleitungsvorrichtung für einen Gas-Vormischbrenner

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Brenngas in einen Luftstrom, insbesondere für einen Gas-Vormischbrenner, mit einer Einströmkammer für die Luft, mit einer in die Einströmkammer führenden Einströmöffnung für das Brenngas und mit einer (ersten) Drallerzeugungseinrichtung, mittels der der durch die Einströmkammer strömenden Luft ein Drall aufgeprägt wird, wobei die Einströmöffnung in der Achse der (ersten) Drallerzeugungsvorrichtung angeordnet ist.

[0002] Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die DE 33 45 611 A1 bekanntgeworden.

[0003] Beim sogenannten "atmosphärischen Brenner" reißt die durch eine Einströmkammer strömende Luft nach dem Strahlpumpenprinzip eine entsprechende Menge Brenngas mit. Entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit der Luft bzw. des in der Einströmkammer herrschenden Luftdruckes wird mehr oder weniger Brenngas zugemessen, wobei allerdings erhebliche Ungenauigkeiten auftreten können.

[0004] Weiterhin sind Einleitungsvorrichtungen bekannt, bei denen sich die Brenngas-Zumessung nach dem Druckverlust an einer Drosselstelle richtet. Beim sogenannten "mechanischen Gas-Luftverbund" werden, um die Leistung zu verändern, die Strömungsquerschnitte von Luft und Brenngas gleichermaßen verändert. Dies erfordert allerdings einen großen technischen Aufwand. Um die Leistung zu verändern, wird beim sogenannten "pneumatischen Verbund" der Druck des einen Fluides anhand des Druckverlustes an der Drosselstelle verändert, um das gleiche Mischungsverhältnis zu erreichen. Auch hier wird ein hoher technischer Aufwand benötigt, und der nutzbare Leistungsbereich bleibt verhältnismäßig klein. Bei der sogenannten "Nulldruckregelung" wird der Druckverlust der Drosselstelle in dem einen Fluidstrom in etwa gleich gewählt wie der Druckverlust der Drosselstelle in dem anderen Fluidstrom, wodurch das Mischungsverhältnis unabhängig vom Durchsatz wird. Auch hier ist der nutzbare Leistungsbereich klein, da eine genaue Druckregelung bei kleinen Druckdifferenzen sehr schwierig ist.

[0005] Aus der Veröffentlichung "Flame Special ISH Edition" der Firma Honeywell, Nr. 2, 1997 ist weiterhin eine Einleitungsvorrichtung bekannt, bei der das Brenngas in ein Venturirohr eingeleitet wird, in welchem ein negativer Luftdruck vorherrscht. Das Einleiten des Brenngases in den Luftstrom erfolgt dabei etwa im Bereich des engsten Querschnitts des Venturirohrs über eine koaxial zur Rohrachse des Venturirohrs angeordnete ringförmige Zuströmöffnung. Das aus dieser ringförmigen Zuströmöffnung mantelförmig um den Luftstrom herum austretende Brenngas strömt im wesentlichen ohne Durchmischung mit dem Luftstrom an der Diffusorwand des Venturirohrs entlang. Die eigentliche Durchmischung zwischen Brenngas und Luft erfolgt erst in einem stromabwärts der Zuströmöffnung bzw. des Venturirohrs angeordneten Gebläse. Die Brenngas-Zumessung richtet sich nach dem Unterdruck der Luft im Venturirohr, allerdings ist der Unterdruck im Venturirohr noch zu gering, um große Leistungsbereiche abdecken zu können.

[0006] Bei der aus der eingangs genannten DE 33 45 611 A1 bekannten Einleitungsvorrichtung wird das Brenngas über eine Brennstofflanze axial in die Drehachse eines mit Schaufeln erzeugten Dralls, d.h. in das "Auge" eines Luftwirbels eingeleitet. In diesem Auge des Luftwirbels herrscht ein hoher Unterdruck, wodurch die Druckregelung des einzuleitenden Brenngases vereinfacht und somit die Zumessungsgenauigkeit erhöht wird.

[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Einleitungsvorichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine noch bessere Zumessungsgenauigkeit erreicht werden kann.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine weitere (zweite) Drallerzeugungseinrichtung, die dem durch die Einströmöffnung strömenden Brenngas bzw. einem durch die Einströmöffnung strömenden Gemisch aus Luft und Brenngas bereits einen Drall aufprägt.

[0009] Durch die weitere Drallerzeugungseinrichtung, die dem durch die Einströmöffnung strömenden Brenngas bzw. dem durch die Einströmöffnung strömenden Gemisch aus Luft und Brenngas einen Drall aufprägt, kann bereits stromaufwärts der Einströmöffnung dem Brenngas bzw. dem Gemisch ein Drall aufgeprägt sein, der dann stromabwärts den der Luft aufgeprägten Drall noch verstärkt. Vorzugsweise ist diese weitere Drallerzeugungseinrichtung stromaufwärts der Einströmöffnung zur Erzeugung eines Dralls lediglich in der Luft des durch die Einströmöffnung strömenden Gemisches angeordnet.

[0010] Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Einströmöffnung als Venturidüse ausgebildet ist. Um eine Ablösung der hindurchströmenden Strömung von der Diffusorwand der Venturidüse möglichst lange hinauszögern oder gar vollständig zu verhindern, kann der hindurchströmenden Strömung ein Drall aufgeprägt sein. Wenn Brenngas und Luft gemeinsam durch die Venturidüse strömen, führt dies bereits stromaufwärts der Einströmkammer zu einer verbesserten Durchmischung.

[0011] Durch den Drall des rotierenden Luftstroms wird an der im Zentrum des Dralls angeordneten Einströmöffnung für das Brenngas ein hoher Unterdruck erzeugt, der die Druckregelung des einzuleitenden Brenngases entscheidend vereinfacht und somit die Zumessungsgenauigkeit erhöht. Dadurch kann schon bei einem geringen Druckabfall der Luft ein präzises, einstellbares Mischungsverhältnis mit dem Brenngas in einem großen Leistungsbereich erreicht werden. Die Erzeugung des Dralls in der Luft hat außerdem den Vorteil, daß die Strömung bei Richtungsänderungen nicht so leicht Ablösungserscheinungen zeigt und dadurch Bauraum eingespart werden kann.

[0012] Vorzugsweise weist die Drallerzeugungseinrichtung mindestens eine, insbesondere mehrere um ihren Umfang gleichmäßig verteilte drallerzeugende Leitschaufeln auf. Über verstellbare Leitschaufeln läßt sich darüber hinaus die Zumessung des Brenngases bzw. das Mischungsverhältnis zwischen Luft und Brenngas besonders einfach beeinflussen.

[0013] Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Drallerzeugungseinrichtung als Zyklon ausgebildet. Es erweist sich als vorteilhaft, eine größere Menge an Brenngas im Zentrum des Zyklons zuströmen zu lassen, um Strömungsverluste zu reduzieren.

[0014] Besondere Vorteile ergeben sich, wenn stromabwärts der Einströmkammer ein Radialgebläse angeordnet ist. Der Drall des aus der Einströmkammer ausströmenden Gemisches kann zur Anströmung des Radialgebläses vorteilhaft genutzt werden. Bei Gegendrallanströmung kann eine besonders hohe Gebläseleistung erreicht werden, während bei Gleichdrallanströmung ein besonders verlustarmer Eintritt des Gemisches ins Radialgebläse möglich ist.

[0015] Um den Unterdruck und auch die Vermischung von Brenngas und Luft noch weiter zu steigern, können mehrere solcher Einleitungsvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, kaskadiert werden. Soll z.B. eine relativ kleine Menge an Brenngas zugemischt werden, so kann es vorteilhaft sein, nochmals eine Venturidüse oder einen Zyklon mit der Luft vorzuschalten (Kaskadierung).

[0016] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

[0017] Es zeigt:

Fig. 1

eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einleitungsvorrichtung; und

Fig. 2

einen Querschnitt durch die Einleitungsvorrichtung der Fig. 1, dargestellt in drei unterschiedlichen Schnittsegmenten entsprechend A, B, C in Fig. 1.

[0018] Die Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand teilweise stark schematisiert und sind nicht notwendigerweise maßstäblich zu verstehen.

[0019] In Fig. 1 ist mit 10' eine Einleitungsvorrichtung für einen Gas-Vormischbrenner (nicht dargestellt) gezeigt, in der Luft 11, 11' und Brenngas 12 miteinander vermischt werden und dann dem Gas-Vormischbrenner als Gemisch 13 zugeleitet werden. Dazu wird über ein Radialgebläse 14, das vom Motor 15 in Drehrichtung 16 angetrieben wird, die Luft 11 über eine Umfangsöffnung 17 in eine Einströmkammer 18 angesaugt. In der Einströmkammer 18 sind Leitschaufeln 19 (Fig. 2) angeordnet, die einen Zyklon bilden und die der durch die Einströmkammer 18 strömenden Luft 11 einen Drall 20 aufprägen, wie auch durch die Strömungspfeile 21 in Fig. 2 angedeutet ist.

[0020] Im Zentrum des Dralls 20, d.h. im Bereich seiner Drehachse 22, ist eine Einströmöffnung 23' in Form einer Venturidüse 29 vorgesehen, durch die das Brenngas 12 und weitere Luft 11' in Richtung der Drehachse 22 gemeinsam in die Einströmkammer 18 eingeleitet werden. Über das Radialgebläse 14 wird die Luft 11' über einen Luftkanal 31 und in die Venturidüse 29 angesaugt, wobei die Luft 11' das Brenngas 12 über eine im Bereich der Drehachse 22 angeordnete düsenförmige Zuströmöffnung 32 mitreißt. Bereits im Luftkanal 31 wird der Luft 11' stromaufwärts der Einströmöffnung 23' über Leitbleche 33 (Fig. 2) ein Drall 34 aufgeprägt, der sich als Drall 34' in der Venturidüse 19 fortsetzt und den Drall 20 der Luft 11 noch verstärkt, wie durch den Pfeil 35 angedeutet ist. Durch den Drall 35 wird an der Einströmöffnung 23 ein sehr hoher Unterdruck erzeugt, der die Druckregelung des einzuleitenden Brenngases 12 entscheidend vereinfacht und somit die Zumessungsgenauigkeit erhöht.

[0021] Wie das Schnittsegment C in Fig. 2 zeigt, strömt das Gemisch 25 aus Luft 11, 11' und Brenngas 12 im Radialgebläse 14 radial nach außen in einen äußeren Strömungskanal 24 ein und dann über eine Austrittsöffnung 26 in Richtung auf den Gas-Vormischbrenner aus.

[0022] Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Drall 35 und die Drehrichtung 16 des Radialgebläses 14 gleich gerichtet, wodurch ein besonders verlustarmer Eintritt des Gemisches in das Radialgebläse 14 möglich ist, wenn das Gebläserad 27 des Radialgebläses 14 mit entsprechenden Leitschaufeln 28 ausgestattet ist.

[0023] Das Mischungsverhältnis von Luft 11 und Brenngas 12 berechnet sich - idealisiert - wie folgt, wenn der Volumenstrom V durch eine Düse:

zur Vereinfachung mit α = 1 und ρ = 1 angenommen wird. Für den Volumenstrom V₁ der Luft 12 folgt:

mit A₁:

Düsenquerschnitt für die Luft 11, der näherungsweise durch den Querschnitt in der Einströmkammer 18 und, falls vorhanden, durch den Austrittsquerschnitt der Venturidüse 19, abzüglich des Düsenquerschnitts für das Brenngas 12, multipliziert mit dem Flächenverhältnis der Venturidüse 19 gegeben ist,

mit σ1:

Dichte der Luft,

mit p₁:

Eintrittsdruck der Luft 11, und

mit p_G:

gemeinsamer Austrittsdruck von Luft 11 und Brenngas 12 vor dem Radialgebläse 14.

[0024] Der Volumenstrom V₂ des Brenngases 12 ist gegeben durch:

mit A₂:

Düsenquerschnitt für das Brenngas 12,

mit p₂:

Eintrittsdruck Brenngas, normalerweise gleich p₁, und

mit v:

Gerätekonstante, z.B. 4, d.h., ein bestimmtes Druckgefälle am Düsenquerschnitt für die Luft 11 erzeugt das 4-fache Druckgefälle am Düsenquerschnitt für das Brenngas 12.

[0025] Durch Verringern des Druckes p₂ wird ein geringerer Anteil des Brenngases 12 zugemischt. Dadurch kann eine leistungsabhängige Veränderung des Mischungsverhältnisses erreicht werden. Bei konstanter Druckveränderung, z.B. durch andere Einstellung am Druckregler für das Brenngas 12, wird das Mischungsverhältnis bei kleinen Durchsatzleistungen verstärkt verändert, bei Drosselung wird das Mischungsverhältnis verstärkt bei hohen Durchsatzleistungen verändert.

Ansprüche

1. Einleitungsvorrichtung (10; 10') zum Einleiten von Brenngas (12) in einen Luftstrom, insbesondere für einen Gas-Vormischbrenner, mit einer Einströmkammer (18) für die Luft (11), mit einer in die Einströmkammer (18) führenden Einströmöffnung (23; 23') für das Brenngas (12) und mit einer ersten Drallerzeugungseinrichtung, mittels der der durch die Einströmkammer (18) strömenden Luft (11) ein Drall (20) aufgeprägt wird, wobei die Einströmöffnung (23; 23') in der Achse (22) der ersten Drallerzeugungseinrichtung (20) angeordnet ist,
gekennzeichnet durch eine weitere zweite Drallerzeugungseinrichtung, die dem durch die Einströmöffnung (23) strömenden Brenngas (12) bzw. einem durch die Einströmöffnung (23') strömenden Gemisch (30) aus Luft (11') und Brenngas (12) bereits einen Drall (34, 34') aufprägt.

2. Einleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drallerzeugungseinrichtung stromaufwärts der Einströmöffnung (23') zur Erzeugung eines Dralls (34) in der Luft (11') des durch die Einströmöffnung (23') strömenden Gemisches (30) angeordnet ist.

3. Einleitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnung (23') als Venturidüse (29) ausgebildet ist.

4. Einleitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drallerzeugungseinrichtung mindestens eine drallerzeugende Leitschaufel (19) aufweist.

5. Einleitungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Leitschaufel (19) verstellbar ist.

6. Einleitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Drallerzeugungseinrichtung als Zyklon ausgebildet ist.

7. Einleitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein stromabwärts der Einströmkammer (18) angeordnetes Radialgebläse (14).

8. Einleitungsvorrichtung, gekennzeichnet dadurch eine Kaskadierung mehrerer Einleitungsvorrichtungen (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Claims

1. An admission device (10, 10') for introducing combustible gas (12) into an air stream, particularly for a gas pre-mix burner, with an inflow chamber (18) for the air (11), with an inflow port (23, 23') leading into the inflow chamber (18) and provided for the combustible gas (12) and with a first swirl-generating means by means of which the air (11) flowing through the inflow chamber (18) has a twist (20) imposed upon it, the inflow port (23, 23') being disposed in the axis (22) of the first swirl-generating means (20), characterised by a further second swirl- generating means which already imposes a swirl (34, 34') upon the combustible gas (12) flowing through the inflow port (23) or on a mixture (30) of air (11') and combustible gas (12) which flows through the inflow port (23').

2. An admission device according to claim 1, characterised in that the second swirl-generating means is disposed upstream of the inflow port (23') for generating a twist (34) in the air (11') of the mixture (30) flowing through the inflow port (23').

3. An admission device according to claim 1 or 2, characterised in that the inflow port (23') is constructed as a Venturi jet (29).

4. An admission device according to one of the preceding claims, characterised in that the first swirl-generating means comprises at least one swirl-generating baffle (19).

5. An admission device according to claim 4, characterised in that the at least one baffle (19) is adjustable.

6. An admission device according to one of the preceding claims, characterised in that the first swirl-generating means is constructed as a cyclone.

7. An admission device according to one of the preceding claims, characterised by a radial fan (14) disposed downstream of the inflow chamber (18).

8. An admission device characterised by a cascading of a plurality of admission devices (10, 10') according to one of the preceding claims.

Revendications

1. Dispositif d'introduction (10, 10') servant à introduire un gaz de combustion (12) dans un courant d'air, notamment pour un brûleur à gaz à prémélange, comportant une chambre d'entrée (18) pour l'air (11), une ouverture (23; 23') pour le gaz combustible (12), qui débouche dans la chambre d'entrée (18), et un premier dispositif de production de tourbillon, au moyen duquel un tourbillon (20) est imprimé à l'air (11) traversant la chambre d'entrée (18), l'ouverture d'entrée (23; 23') étant disposée sur l'axe (22) du premier dispositif (20) de production de tourbillon,
caractérisé par un second dispositif de production de tourbillon, au moyen duquel un tourbillon (34; 34') est déjà imprimé au gaz combustible (12) qui traverse l'ouverture d'entrée (23) ou à un mélange (30) formé d'air (11') et de gaz combustible (12), qui traverse l'ouverture d'entrée (23').

2. Dispositif d'introduction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second dispositif de production de tourbillon est disposé en amont de l'ouverture d'entrée (23') pour produire un tourbillon (34) dans l'air (11') du mélange (30) traversant l'ouverture d'entrée (23').

3. Dispositif d'introduction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ouverture d'entrée (23') est agencée sous la forme d'une buse à venturi.

4. Dispositif d'introduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif d'introduction de tourbillon comporte au moins une aube directrice (19) produisant un tourbillon.

5. Dispositif d'introduction selon la revendication 4, caractérisé en ce que la au moins une aube directrice (19) est réglable.

6. Dispositif d'introduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier dispositif de production de tourbillon est agencé sous la forme d'un cyclone.

7. Dispositif d'introduction selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par une soufflante radiale (14) disposée en aval de la chambre d'entrée (18).

8. Dispositif d'introduction caractérisé par le montage en cascade de plusieurs dispositifs d'introduction (10; 10') selon l'une des revendications précédentes.

Zeichnung