DE19733768C2 - Brenngas-Einleitungsvorrichtung für einen Gas-Vormischbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Brenngas in einen Luftstrom, insbesondere für einen Gas-Vor­ mischbrenner, mit einem Venturirohr, das in Richtung seiner Rohrachse von Luft durchströmt wird, und mit mindestens ei­ ner in das Venturirohr führenden Zuströmöffnung für das Brenngas im Bereich des engsten Querschnitts des Venturi­ rohrs.

Eine derartige Einleitungsvorrichtung ist beispielsweise durch die Veröffentlichung "Flame Special ISH Edition" der Firma Honeywell, Nr. 2, 1997 bekanntgeworden.

Bei dieser bekannten Einleitungsvorrichtung wird das Brenngas in ein Venturirohr eingeleitet, in welchem ein ne­ gativer Luftdruck vorherrscht. Das Einleiten des Brenngases in den Luftstrom erfolgt dabei etwa im Bereich des engsten Querschnitts des Venturirohrs über eine koaxial zur Rohr­ achse des Venturirohrs angeordnete ringförmige Zuström­ öffnung. Das aus dieser ringförmigen Zuströmöffnung man­ telförmig um den Luftstrom herum austretende Brenngas strömt im wesentlichen ohne Durchmischung mit dem Luft­ strom an der Diffusorwand des Venturirohrs entlang. Die ei­ gentliche Durchmischung zwischen Brenngas und Luft er­ folgt erst in einem stromabwärts der Zuströmöffnung bzw. des Venturirohrs angeordneten Gebläse, so daß der Grad der Durchmischung von der Drehzahl des Gebläses abhängig ist. Die mechanische Toleranz der beiden die ringförmige Zuströmöffnung bildenden kreisförmigen Umfangswände führt zu entsprechend hohen Toleranzen der Austrittsfläche der Zuströmöffnung.

Aus der SU 343 111 ist ein Brenner mit einer Luftkammer und einem Gas-Zuströmrohr bekannt, das die Luftkammer durch­ setzt und an seinem Ende Tangentialbohrungen als Gasaustritt aufweist. Es ergibt sich hier eine begrenzte Durchmischung von Luft und Brenngas.

Weiter ist aus der US-PS 18 74 970 ein Brenner bekannt, der eine diffusorartig gestaltete Kammer zur Mischung von Luft und Brennstoff aufweist. Ein Brennstoffzuführrohr ist zentrisch zu diesem Diffusor angeordnet. Die vorhandenen Symmetrien führen zu einer nicht allzu starken Verwirbelung, was die Durch­ mischung von Luft und Brenngas begrenzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Auf­ gabe zugrunde, eine Einleitungsvorrichtung der eingangs genann­ ten Art derart weiterzubilden, dass im Venturirohr stromabwärts der Brenngaseinleitung eine bessere Durchmischung von Brenn­ gas und Luft stattfinden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zuströmrohr exzentrisch zur Rohrachse angeordnet ist, und dass sich seine Zuströmöffnung im Wesentlichen parallel zu der Rohrachse öffnet.

Das exzentrische Zuströmen des Brenngases bzw. eines Teil des Brenngases führt zu Verwirbelungen innerhalb der Luft/­ Brenngas-Strömung stromabwärts der mindestens einen Zuström­ öffnung, wodurch sich Luft und Brenngas stromabwärts der Zuströmöffnung, d. h. im Diffusor des Venturirohrs, stärker miteinander vermischen. Die mindestens eine Zuströmöffnung liegt nicht wie üblich zentral oder als Umfangsbohrung in der Rohrwand, sondern im vorderen Bereich des Venturirohrs (Venturidüse, Venturikanal) mit annähernd zur Rohrachse par­ alleler Ausströmrichtung. Durch den das Venturirohr durch­ strömenden Luftstrom kann an der Zuströmöffnung ein Unter­ druck erzeugt werden, durch den das Brenngas in das Venturi­ rohr angesaugt wird.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die mindestens eine Zuströmöffnung durch ein in das Ven­ turirohr hineinragendes Zuströmrohr gebildet. Als Strömungs­ schikane führt dieses im Venturirohr endende Zuströmrohr zu noch stärkerer Verwirbelung innerhalb der Strömung und trägt so zu einer noch einer besseren Vermischung von Brenngas und Luft bei.

Anstelle eines separaten Zuströmrohres kann bei anderen Aus­ führungsformen das Venturirohr stromaufwärts der mindestens einen Zuströmöffnung auch auf einem axialen Rohrabschnitt in mindestens zwei voneinander getrennte Querschnittshälften, eine für die Luft und mindestens eine für das Brenngas, un­ terteilt sein. Am stromabwärtigen Ende dieses Rohrabschnitts vereinigen sich dann Luft und Brenngas bei gleichzeitiger Vermischung, wobei die Zuströmöffnung durch die Austritts­ fläche der Querschnittshälfte am Ende des Rohrabschnitts ge­ bildet ist. Zur Trennung kann z. B. eine einfache Trennwand axial ins Venturirohr eingelegt sein, wodurch eine kreisab­ schnittförmige Zuströmöffnung definiert wird.

Wenn sich die mindestens eine Zuströmöffnung über einen Um­ lenkabschnitt in das Venturirohr öffnet, kann die dann schnellere Strömung im Bereich des Umlenkabschnitts zusätz­ lich zur Erzeugung des Unterdruckes herangezogen werden. Bei einem gegebenen Druckverlust des Venturirohrs kann so ein höherer Unterdruck an der Zuströmöffnung und somit eine hö­ here Genauigkeit erreicht werden.

Um eine Ablösung der Strömung von der Diffusorwand möglichst lange hinauszögern oder gar vollständig verhindern zu kön­ nen, ist bei ganz vorteilhaften Ausführungsformen der Erfin­ dung dem Gemisch aus Luft und Brenngas zumindest stromab­ wärts der mindestens einen Zuströmöffnung ein Drall aufge­ prägt. Durch einen Drall, d. h. eine Strömungskomponente um die Rohrachse herum, kann eine bessere und längere Anlage des Gemisches am Diffusor erreicht werden. Dies erlaubt eine schnellere Erweiterung des Diffusors bzw. Venturirohrs und ermöglicht eine verkürzte Baulänge des Venturirohrs. Durch eine leicht tangential gerichtete Zuströmung des Brenngases schräg zur Rohrachse kann dem Gemisch stromabwärts der min­ destens einen Zuströmöffnung durch das Brenngas ein leichter Drall versetzt werden. Auch kann bereits stromaufwärts der Zuströmöffnung der Luft ein Drall aufgeprägt sein, der dann stromabwärts auch zu einem Drall im Gemisch führt.

Um die Vermischung von Brenngas und Luft noch weiter zu steigern, können mehrere solcher Einleitungsvorrichtungen, wie sie oben beschrieben sind, kaskadiert werden, d. h., es kann eine mehrfache Durchströmung von Venturirohren bzw. Venturidüsen vorgesehen sein.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be­ schreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale erfin­ dungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in be­ liebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaf­ ten Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gebläsebren­ ners, dem eine erfindungsgemäße Einleitungsvor­ richtung mit einem Venturirohr vorgeschaltet ist;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einleitungsvorrichtung mit einer parallel zur Rohrachse ausgerichteten Zuströmöffnung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einleitungsvorrich­ tung der Fig. 2 gemäß III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt durch eine Einleitungsvorrichtung mit zwei Zuströmöff­ nungen; und

Fig. 5 einen der Fig. 3 entsprechenden Querschnitt durch eine Einleitungsvorrichtung mit einer kreisab­ schnittförmigen Zuströmöffnung.

Die Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Ge­ genstand teilweise stark schematisiert und sind nicht not­ wendigerweise maßstäblich zu verstehen.

In Fig. 1 ist ein Gas-Vormischbrenner mit einem Gaskessel 1 und mit einem Gebläse 2 gezeigt, das von einem Gebläsemotor 3 angetrieben wird und dem Gaskessel 1 ein Luft/Brenngas-Ge­ misch 4 über einen Strömungskanal 9 zuführt. Dem Gebläse 2 vorgeschaltet ist eine Einleitungsvorrichtung 10, in der Brenngas 5 der von dem Gebläse 2 angesaugten Luft 6 zuge­ mischt wird. Die Zuführung des Brenngases 5 wird mittels ei­ nes Gas-Nulldruckreglers 7 geregelt, dem das Brenngas über eine Gasleitung 8 zugeführt wird.

Die Einleitungsvorrichtung 10 umfaßt ein Venturirohr (Ventu­ ridüse bzw. -kanal) 11, in dem die Luft 6 vorübergehend auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird. Über eine im Bereich des engsten Querschnitts des Venturirohrs 11 ange­ ordnete Zuströmöffnung 12 wird durch diesen Luftstrom das Brenngas 5 angesaugt, das im wesentlichen parallel zur Rohrachse 13 in das Venturirohr 11 einströmt. Vor seinem Ausströmen aus der Zuströmöffnung 12 wird das Brenngas 5 über einen Umlenkabschnitt 14 um etwa 180° umgelenkt, was zu einer schnelleren Strömung im Bereich des Umlenksabschnitts 14 und damit zur Erzeugung eines verbesserten Unterdruckes führt. Bei einem gegebenen Druckverlust im Venturirohr 11 kann so ein höherer Unterdruck an der Zuströmöffnung 12 und somit eine höhere Genauigkeit bzw. Dosierung des Brenngases 5 erreicht werden.

Dem im Diffusor 15 des Venturirohrs 11 strömenden Gemisch 4 wird ein um die Rohrachse 13 gerichteter Drall 16 aufge­ prägt, so daß eine Strömungsablösung des Gemischs 4 von der Innenwandung des Diffusors 15 verzögert bzw. vollständig verhindert wird. Der Drall 16 kann entweder durch einen der Luft 6 bereits stromaufwärts der Zuströmöffnung 12 aufge­ prägten Drall oder durch einen dem Gemisch 4 erst stromabwärts der Zuströmöffnung 12 aufgeprägten Drall erzeugt sein. Dazu kann z. B. die Zuströmung des Brenngases 5 leicht tan­ gential bzw. schräg zur Rohrachse 13 erfolgen.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 wird das Brenngas 5 über ein in das Venturirohr 11' hineinragendes separates Zuströmrohr 17 eingeleitet, das im Bereich des engsten Querschnitts 18 des Venturirohrs 11' angeordnet ist. Das Zuströmrohr 17 bildet eine Strömungsschikane, die zu Verwirbelungen innerhalb des Gemisches 4 führt und so zu ei­ ner verbesserten Vermischung von Brenngas 5 und Luft 6 bei­ trägt.

Das Brenngas 5 kann entweder über eine einzige Zuströmöff­ nung 12' (Fig. 3) oder über mehrere Zuströmöffnungen 12' in das runde Venturirohr 11' eingeleitet werden, wobei in Fig. 4 beispielhaft zwei diametral einander gegenüberliegen­ de Zuströmöffnungen 12' dargestellt sind. Dabei ist jede Zuströmöffnung 12' exzentrisch zur Rohrachse 13 angeordnet, damit bereits im Diffusor 15 eine bessere Durchmischung von Brenngas 5 und Luft 6 stattfindet.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Zu­ strömöffnung 12" durch die kreisabschnittförmige untere Querschnittshälfte des durch eine Trennwand 19 auf einem Rohrabschnitt unterteilten runden Venturirohrs 11" gebildet ist. Am stromabwärtigen Ende der Trennwand 19 strömt dann der Luft 6 das Brenngas 5 bei gleichzeitiger Durchmischung zu.

Claims (4)

1. Vorrichtung (10) zum Einleiten von Brenngas (5) in ei­ nen Luftstrom, insbesondere für einen Gas-Vormischbren­ ner, mit einem Venturirohr (11; 11'), das in Richtung seiner Rohrachse (13) von Luft (6) durchströmt wird, und mit mindestens einem sich im Bereich (18) des eng­ sten Querschnitts des Venturirohrs (11; 11') öffnenden Zuströmrohr (17), welches in das Venturirohr (11; 11') hineinragt, für das Brenngas (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Zuströmrohr (17) exzentrisch zur Rohrachse (13) angeordnet ist und daß sich seine Zuströmöffnung (12; 12') im wesentlichen parallel zur Rohrachse (13) öff­ net.

2. Einleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die mindestens eine Zuströmöffnung (12; 12') über einen Umlenkabschnitt (14) in das Ventu­ rirohr (11; 11') öffnet.

3. Einleitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemisch (4) aus Luft (6) und Brenngas (5) zumindest stromabwärts der mindestens ei­ nen Zuströmöffnung (12; 12') ein Drall (16) aufgeprägt ist.

4. Einleitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kaskadierung meh­ rerer Einleitungsvorrichtungen (10).