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EP4596966A1 - Heating device with a gas-air mixing device - Google Patents

Heating device with a gas-air mixing device

Info

Publication number
EP4596966A1
EP4596966A1 EP25155051.3A EP25155051A EP4596966A1 EP 4596966 A1 EP4596966 A1 EP 4596966A1 EP 25155051 A EP25155051 A EP 25155051A EP 4596966 A1 EP4596966 A1 EP 4596966A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
heating device
air
mixing
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
EP25155051.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Dorenburg
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 EP4596966A1 publication Critical patent/EP4596966A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/34Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
    • F23D14/36Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air in which the compressor and burner form a single unit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details
    • F23D14/62Mixing devices; Mixing tubes
    • F23D14/64Mixing devices; Mixing tubes with injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14004Special features of gas burners with radially extending gas distribution spokes

Definitions

  • the invention relates to a heating device with a gas-air mixing device.
  • Heating devices for the combustion of a fuel gas generally 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 mixture to a burner for combustion.
  • a predetermined combustion air ratio also known as lambda or air ratio
  • Various processes are known for forming the combustion air ratio.
  • Heating devices with a pneumatic gas-air connection detect 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 adds a mass flow of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the fuel gas is often mixed with 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 does not require complex sensors and is therefore very robust in application and simple in design.
  • the control of the heating output or the approach to a modulation point in such heaters is carried out by means of the fan speed, which adjusts the mass flow of combustion air to be supplied, to which the gas valve, based on the control pressure, adds a flow rate of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the requirements for heaters with regard to their modulation range for example, the heaters should be operated with an output of 10% [percent] of the nominal output,
  • the mixing device (the throttle point) must generate sufficient intake pressure for mixture formation at low power levels, but at high power levels, the pressure drop at the throttle point must not be too high.
  • a large pressure drop at high power levels is associated with a number of disadvantages, such as the need for a large fan, high noise emissions, and the risk of flushing the heater's siphon due to the high pressure.
  • the 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, located 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.
  • Gas-air mixing devices can often achieve stable and precise combustion mixture formation at low power levels.
  • the suction effect from the radial channels can become excessive, making it impossible to achieve clean and consistent high power levels or even impossible to achieve them at all.
  • the DE 10 2017 216 966 A1 describes a gas-air mixing device designed to cover a wide modulation range. Adjustable openings for combustion air and fuel gas are provided, which can be adjusted using a controllable adjustment device.
  • This mixing device has a complex, multi-part design.
  • the object of the invention is to propose a gas-air mixing device for a heater and a heating device that at least partially overcomes the described problems of the prior art.
  • the mixing device should enable safe operation of the heater within a wide modulation range. for example, a modulation range with a lower limit of 10% of the rated power of the heater.
  • the invention should at least not significantly increase the complexity of a mixing device or a heating device and the mixing device should be easy to manufacture.
  • a heating device contributes to this, at least having a conveying device which supplies a mixture of fuel gas and combustion air to a burner, and a one-piece gas-air mixing device, comprising a line element which can be inserted or is inserted into a flow path of the heating device and at least one mixing element which projects into a flow cross-section of the line element and has at least one gas outlet opening.
  • the heater may, in particular, be a gas heater. This may have a conveying device, in particular a fan, which can convey a mass flow (or volume flow) of combustion air.
  • the combustion air may be supplied via a combustion air supply.
  • the gas valve can add a mass flow of combustion gas to the mass flow of combustion air, corresponding to a predetermined combustion air ratio.
  • the heater may, in particular, be a wall-mounted Heater and be equipped with condensing technology.
  • the heater can form a pneumatic gas-air connection in which a control pressure of the air supply, particularly in the area of a throttle point (Venturi nozzle), is transmitted to the gas valve, which releases a corresponding mass flow of fuel gas.
  • a pneumatic gas-air connection enables robust adjustment of a predetermined combustion air ratio, particularly since a mass flow of fuel gas depends on the effective mass flow of combustion air.
  • the heater can form an electronic gas-air connection in which the signal from a flame monitor, for example an ionization current measurement of the flame, is used to adjust a combustion air ratio.
  • the invention can be used with a pneumatic and an electronic gas-air connection.
  • the gas valve can, in particular, be a magnetic gas valve that releases a mass flow of fuel gas according to a suction effect or negative pressure occurring at the gas-air mixing device.
  • the gas valve can open a path for the fuel gas and, by means of the set opening cross-section (flow cross-section available for the flow of the fuel gas), adjust the amount of fuel gas flowing out.
  • the fuel gas which is under slight overpressure at the inlet of the gas valve, is guided through an adjustable opening cross-section to the outlet of the gas valve.
  • the suction effect of the delivery device should be taken into account here.
  • the delivery device can be arranged in the immediate vicinity of the outlet of the gas valve or the gas-air mixing device, so that the suction effect of the delivery device has a significant influence on the amount of gas flowing out of the gas valve.
  • the suction effect can cause an excessively large outflowing mass flow of fuel gas, whereby the gas valve reduces its opening cross-section in order to prevent an excessively large outflow of fuel gas and thus a reduction in the intended combustion air ratio (air ratio, lambda).
  • air ratio, lambda intended combustion air ratio
  • the combustion mixture of combustion air and fuel gas can be fed via a mixture duct to a burner located in a combustion chamber, where it is combusted.
  • an exhaust duct located within a housing of the heater can be arranged downstream of the combustion chamber, which can be connected to an exhaust system.
  • 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. To avoid frequent, wear-inducing switching of the burner on and off, modern heaters can be operated in a wide modulation range, for example from 2.4 kW [kilowatts] to 24 kW (corresponding to 10% to 100% of the nominal output).
  • a wide 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 power levels, but must have the lowest possible flow resistance (pressure loss) at high power levels and thus a flow with a high mass flow of combustion air.
  • the gas-air mixing device can thus comprise a line section (e.g., a pipe section) that can be or is integrated into the flow path of the heater.
  • the line section can, in particular, have the same (external) shape and size of the flow cross-section as the flow path surrounding the line section or as the lines of the heater surrounding the gas-air mixing device.
  • the line part can have a constant flow cross-section over its length through which the flow can pass in the flow direction of the heater
  • a gas-air mixing device proposed here does not include a throttle device, i.e., no tapering of the flow cross-section.
  • the constant flow cross-section relates to the conduit section, and a reduction in the flow cross-section due to the protruding mixing element is not considered.
  • the flow cross-section of the conduit element can, in particular, have a circular shape.
  • the invention can, in principle, be implemented with any cross-sectional shape of the conduit element.
  • the mixing element can be a tubular element that is aligned (largely) perpendicular to a flow direction of the heater.
  • the mixing element can thus also be understood as a lance that protrudes into or flush with the flow cross-section or flow path of the heater.
  • the mixing element designed as a tubular element can have a circular cross-section and an inner and/or outer diameter that is largely constant over its length.
  • the mixing element can be a tubular element that is (completely) straight in the axial direction and is aligned perpendicular to the line part or a flow direction thereof.
  • An opening of the mixing device can have an outflow direction that is aligned perpendicular to the line element or a flow direction thereof.
  • the mixing element can extend/collapse into a central region of the flow cross-section.
  • the central region here refers to a range from 20 percent to 80 percent, or in particular 40 percent to 60 percent, relative to the diameter of the pipe element.
  • the pressure drop caused by the mixing element must also be taken into account, which can increase with the depth of the projection.
  • a suitable depth of projection of the mixing element into the flow cross-section can be determined for a specific heater or reference heater in laboratory tests.
  • the mixing element designed as a tubular element, can have a diameter ranging from 20 millimeters to 60 millimeters.
  • the tubular element can have a circular cross-section.
  • the diameter can also be selected depending on the installation location of the gas-air mixing device. For example, a smaller diameter can be selected for installation in the immediate vicinity of the conveying device, and a larger diameter can be selected for installation in the combustion air supply. A suitable diameter can also be determined in laboratory tests on a reference heater.
  • the mixing element can be configured to allow a mass flow of fuel gas to flow through it.
  • the fuel gas can thus be guided through a wall of the conduit element into the interior of the mixing element.
  • the fuel gas can advantageously be introduced into the flow cross-section of the conduit element, thereby improving mixing across the entire modulation range.
  • the mixing element can penetrate a wall of the line element and have an inner and an outer region, wherein the outer region can be configured for connection to a gas fitting or a gas valve or also a fuel gas line.
  • a fastening means for a gas fitting can be arranged on the outside of the line element.
  • the fastening means can, for example, consist of a projecting tab with a hole for receiving a screw.
  • the mixing element can have an open (axial) end region as a gas outlet opening.
  • the mixing element can have two ends, one of which is connected to the wall of the line element. or can be arranged outside the conduit element, and the other end can be freely arranged in the flow path or flow cross-section within the conduit element and can be at least partially open.
  • the axial end region can also be completely closed.
  • the mixing element can have at least two (radially arranged) gas outlet openings arranged such that a mass flow of combustion air flowing through the gas-air mixing device can flow through the mixing element.
  • the at least two gas outlet openings in the mixing element can be arranged on a front side, which is oriented such that the mass flow of combustion air impinges on it, and on a rear side, which is oriented in the direction of the flow. It is understood that more than two openings can also be arranged.
  • the gas-air mixing device is constructed as a single piece and can be made of a plastic or a metallic material, for example. It can be manufactured using an injection molding process, for example.
  • the gas-air mixing device can be manufactured using an aluminum die-casting process, for example.
  • the gas-air mixing device and the heater contribute to a safer operation of a heater over a wide modulation range.
  • the heater can be operated safely and robustly both at minimum and maximum power levels.
  • a gas-air mixing device proposed here can be easily used on a state-of-the-art heater and could therefore also be retrofitted to existing heaters.
  • Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here, comprising a housing 18. 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 downstream of the gas-air mixing device 15, which can convey a mass flow of combustion air.
  • a gas valve 5 can be controlled by means of the gas-air mixing device 15, to add a mass flow of combustion 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 combustion mixture of fuel gas and combustion air can be fed via a mixture channel 12 to a burner 3 arranged in a combustion chamber 26 and combusted 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 flow line 6 and a return line 9.
  • an exhaust pipe 10 arranged within the housing 18 can supply combustion products to an exhaust system 11 outside the housing 18.
  • a control and regulating device 7 of the heating device 1 can be electrically connected at least to the gas valve 5 and the conveying device 2.
  • a flame monitor 17 can be arranged on the burner 3, configured to check for the presence of a flame at the burner 3.
  • a signal from the flame monitor 17 can also be used to detect the current combustion air ratio during combustion.
  • the flame monitor 17 can be an ionization electrode or a UV (ultraviolet) sensor, which is used particularly in heaters 1 powered by hydrogen as a fuel.
  • Fig. 2 shows a more detailed representation of the gas-air mixing device 15.
  • a line element 19 can be designed to be integrated into the flow path of the heater 1, for example between the air supply 4 and the conveying device 2.
  • the line element 19 can have a circular cross-sectional area.
  • a mixing element 20 can penetrate a wall of the line element 19 and have fastening means 22 outside the line element 19 for fastening the gas valve 5. Inside the line element 19, the mixing element 20 Have gas outlet openings 21 through which fuel gas can exit into the conduit element 19. First gas outlet openings 27 can be arranged on a downstream side of the mixing element 20, and second gas outlet openings 28 can be arranged on an upstream side of the mixing element 20, so that an air flow flows through the mixing element 20 in the flow direction 16.
  • the gas-air mixing device 15 may comprise fastening means 23 for fastening to the conveying device 2, which may, for example, be designed as a flange and may comprise holes for receiving connecting means such as screws.
  • Fig. 3 shows a further illustration of the gas-air mixing device 15 from Fig. 2 .
  • the second gas outlet openings 28 can be seen, which point in the direction of flow 16 of the heater 1 or the gas-air mixing device 15.
  • Fig. 4 shows a detailed view of the gas-air mixing device 15 installed in the heater 1 and adjacent components.
  • the gas-air mixing device 15 is positioned between an air supply pipe 24, which can also be designed as a silencer, and the conveying device 2.
  • the gas valve 5 is arranged on the gas-air mixing device 15 on the fastening means 22 provided for this purpose.
  • the mixture channel 12 can be arranged downstream of the conveying device 2 and extends to a burner door 25, wherein the combustion mixture is guided through the burner door 25 into a cavity of the burner 3 located in the combustion chamber 26.
  • first primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities or processes, and therefore do not necessarily specify any dependency and/or order of these objects, quantities or processes. Should a dependency If a specific component and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times (“at least one"), the description of one of these components may apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

Landscapes

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Heizgerät (1), aufweisend eine Fördereinrichtung (2), die ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft einem Brenner (3) zuführt, und eine einteilige Gas-Luft-Mischeinrichtung (15), umfassend ein in einen Strömungsweg des Heizgerätes (1) einsetzbares Leitungselement (19) und mindestens ein in einen Strömungsquerschnitt des Leitungselementes (19) hineinragendes Mischelement (20), aufweisend mindestens eine Gasaustrittsöffnung (21).The invention relates to a heating device (1) comprising a conveying device (2) which supplies a mixture of fuel gas and combustion air to a burner (3), and a one-piece gas-air mixing device (15) comprising a line element (19) which can be inserted into a flow path of the heating device (1) and at least one mixing element (20) which projects into a flow cross-section of the line element (19) and has at least one gas outlet opening (21).

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einer Gas-Luft-Mischeinrichtung.The invention relates to a heating device with a gas-air mixing device.

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.Heating devices for the combustion of a fuel gas, such as natural gas or hydrogen, generally 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 mixture to a burner for combustion. Such heating devices are also known as premix burners. Various processes are known for forming the combustion air ratio. Heating devices with a pneumatic gas-air connection detect 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. Using 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 with 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. Advantageously, pneumatic mixture formation does not require complex sensors and is therefore very robust in application and simple in design.

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.The control of the heating output or the approach to a modulation point in such heaters is carried out by means of the fan speed, which adjusts the mass flow of combustion air to be supplied, to which the gas valve, based on the control pressure, adds a flow rate of fuel gas corresponding to a predetermined combustion air ratio. For this purpose, the requirements for heaters with regard to their modulation range, for example, the heaters should be operated with an output of 10% [percent] of the nominal output, This poses a challenge for the design of the mixing device. For example, the mixing device (the throttle point) must generate sufficient intake pressure for mixture formation at low power levels, but at high power levels, the pressure drop at the throttle point must not be too high. A large pressure drop at high power levels is associated with a number of disadvantages, such as the need for a large fan, high noise emissions, and the risk of flushing the heater's siphon due to the high pressure.

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. So können die Gas-Luft-Mischvorrichtungen häufig bei geringen Leistungen eine stabile und präzise Bildung des Verbrennungsgemisches erreichen, jedoch kann bei hohen Leistungen die Sogwirkung aus den radialen Kanälen zu große werden, wodurch hohe Leistungen nicht sauber und gleichmäßig angefahren werden können oder gar nicht mehr erreicht werden.In order to utilize the intake pressure of the throttle point, the gas is usually added in the area of the smallest flow cross-section of the throttle point. For example, the EP 3 488 148 B1 A gas-air mixing device with at least six gas pockets for adding fuel gas, located in the area of the narrowest flow cross-section of the throttle point. However, this mixing device can also only be used for a limited modulation range. Gas-air mixing devices can often achieve stable and precise combustion mixture formation at low power levels. However, at high power levels, the suction effect from the radial channels can become excessive, making it impossible to achieve clean and consistent high power levels or even impossible to achieve them at all.

Die DE 10 2017 216 966 A1 beschreibt eine Gas-Luft-Mischeinrichtung, die einen gro-ßen Modulationsbereich abdecken soll. Hierzu sind verstellbare Öffnungen für Verbrennungsluft und Brenngas vorgesehen, die mittels einer ansteuerbaren Einstellvorrichtung einstellbar sind. Diese Mischeinrichtung ist aufwendig mehrteilig aufgebaut.The DE 10 2017 216 966 A1 describes a gas-air mixing device designed to cover a wide modulation range. Adjustable openings for combustion air and fuel gas are provided, which can be adjusted using a controllable adjustment device. This mixing device has a complex, multi-part design.

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.Based on this, the object of the invention is to propose a gas-air mixing device for a heater and a heating device that at least partially overcomes the described problems of the prior art. In particular, the mixing device should enable safe operation of the heater within a wide modulation range. for example, a modulation range with a lower limit of 10% of the rated power of the heater.

Zudem soll die Erfindung die Komplexität einer Mischeinrichtung als auch eines Heizgeräts zumindest nicht wesentlich erhöhen und die Mischeinrichtung einfach herstellbar sein.In addition, the invention should at least not significantly increase the complexity of a mixing device or a heating device and the mixing device should be easy to manufacture.

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.These objects are achieved by the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It is pointed out that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically expedient manner and define further embodiments of the invention. Furthermore, the features specified in the patent claims are further specified and explained in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.

Hierzu trägt ein Heizgerät bei, zumindest aufweisend eine Fördereinrichtung, die ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft einem Brenner zuführt, und eine einteilige Gas-Luft-Mischeinrichtung, umfassend ein, in einen Strömungsweg des Heizgerätes einsetzbares bzw. eingesetztes, Leitungselement und mindestens ein in einen Strömungsquerschnitt des Leitungselementes hineinragendes Mischelement, aufweisend mindestens eine Gasaustrittsöffnung.A heating device contributes to this, at least having a conveying device which supplies a mixture of fuel gas and combustion air to a burner, and a one-piece gas-air mixing device, comprising a line element which can be inserted or is inserted into a flow path of the heating device and at least one mixing element which projects into a flow cross-section of the line element and has at least one gas outlet opening.

Bei dem Heizgerät kann es sich insbesondere um ein Gasheizgerät handeln. Dieses kann eine Fördereinrichtung, insbesondere ein Gebläse aufweisen, die einen Massestrom (oder Volumenstrom) Verbrennungsluft fördern kann. Die Verbrennungsluft kann dabei über eine Zuführung Verbrennungsluft zugeführt werden. Das Gasventil kann dem Massestrom Verbrennungsluft ein, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis entsprechenden, Massestrom Brenngas zusetzen. Das Heizgerät kann dabei insbesondere ein wandhängendes Heizgerät und mit Brennwerttechnik ausgerüstet sein. Das Heizgerät kann einen pneumatischen Gas-Luftverbund bilden, bei dem ein Steuerdruck der Luftzuführung, insbesondere im Bereich einer Drosselstelle (Venturidüse) dem Gasventil übertragen wird und dieses einen entsprechenden Massestrom Brenngas abgibt. Ein pneumatischer Gas-Luftverbund ermöglicht eine robuste Einstellung eines vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnisses, insbesondere da ein Massestrom Brenngas in Abhängigkeit des effektiv strömenden Massestromes Verbrennungsluft erfolgt. Das Heizgerät kann einen elektronischen Gas-Luftverbund bilden, bei dem das Signal einer Flammenüberwachung, beispielsweise einer lonisationsstrommessung der Flamme, dazu genutzt wird, ein Verbrennungsluftverhältnis einzustellen. Die Erfindung kann mit einem pneumatischen und einem elektronischen Gas-Luftverbund eingesetzt werden.The heater may, in particular, be a gas heater. This may have a conveying device, in particular a fan, which can convey a mass flow (or volume flow) of combustion air. The combustion air may be supplied via a combustion air supply. The gas valve can add a mass flow of combustion gas to the mass flow of combustion air, corresponding to a predetermined combustion air ratio. The heater may, in particular, be a wall-mounted Heater and be equipped with condensing technology. The heater can form a pneumatic gas-air connection in which a control pressure of the air supply, particularly in the area of a throttle point (Venturi nozzle), is transmitted to the gas valve, which releases a corresponding mass flow of fuel gas. A pneumatic gas-air connection enables robust adjustment of a predetermined combustion air ratio, particularly since a mass flow of fuel gas depends on the effective mass flow of combustion air. The heater can form an electronic gas-air connection in which the signal from a flame monitor, for example an ionization current measurement of the flame, is used to adjust a combustion air ratio. The invention can be used with a pneumatic and an electronic gas-air connection.

Das Gasventil kann insbesondere ein magnetisches Gasventil sein, das einen Massestrom Brenngas entsprechend einer an der Gas-Luft-Mischeinrichtung auftretenden Sogwirkung bzw. eines Unterdrucks abgibt. Das Gasventil kann hierbei einen Weg für das Brenngas freigeben und mittels des eingestellten Öffnungsquerschnitt (für die Strömung des Brenngases zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt) die Menge des ausströmenden Brenngases einstellen. Insofern wird das am Eingang des Gasventils unter geringem Überdruck stehende Brenngas durch einen einstellbaren Öffnungsquerschnitt an den Ausgang des Gasventils geführt. Hierbei sollte eine Sogwirkung der Fördereinrichtung beachtet werden. Die Fördereinrichtung kann in unmittelbarer Nähe des Ausgangs des Gasventils bzw. der Gas-Luft-Mischeinrichtung angeordnet sein, so dass die Sogwirkung der Fördereinrichtung erheblichen Einfluss auf die aus dem Gasventil ausströmende Gasmenge hat. Hierbei kann die Sogwirkung einen zu großen, ausströmenden, Massestrom Brenngas bewirken, wodurch das Gasventil seinen Öffnungsquerschnitt mindert, um ein Ausströmen eines zu großen Massestromes Brenngas und damit eine Minderung des avisierten Verbrennungsluftverhältnisses (Luftzahl, Lambda) zu verhindern. Dies kann mit Gas-Luft-Mischeinrichtungen eintreten, obwohl aufgrund einer erhöhten Wärmeanforderung die Modulation erhöht und damit der Öffnungsquerschnitt des Gasventils gesteigert wird. Die Erfindung ermöglicht eine Minderung des vorstehend beschriebenen Problems.The gas valve can, in particular, be a magnetic gas valve that releases a mass flow of fuel gas according to a suction effect or negative pressure occurring at the gas-air mixing device. The gas valve can open a path for the fuel gas and, by means of the set opening cross-section (flow cross-section available for the flow of the fuel gas), adjust the amount of fuel gas flowing out. In this respect, the fuel gas, which is under slight overpressure at the inlet of the gas valve, is guided through an adjustable opening cross-section to the outlet of the gas valve. The suction effect of the delivery device should be taken into account here. The delivery device can be arranged in the immediate vicinity of the outlet of the gas valve or the gas-air mixing device, so that the suction effect of the delivery device has a significant influence on the amount of gas flowing out of the gas valve. In this case, the suction effect can cause an excessively large outflowing mass flow of fuel gas, whereby the gas valve reduces its opening cross-section in order to prevent an excessively large outflow of fuel gas and thus a reduction in the intended combustion air ratio (air ratio, lambda). This can occur with gas-air mixing devices, although due to an increased heat demand, the modulation is increased and thus the The opening cross-section of the gas valve is increased. The invention makes it possible to mitigate the problem described above.

Das Verbrennungsgemisch aus Verbrennungsluft und Brenngas kann über einen Gemischkanal einem, in einer Brennkammer angeordneten, Brenner zugeführt und dort verbrannt werden. In einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes gesehen, kann der Brennkammer ein, innerhalb eines Gehäuses des Heizgerätes befindlicher, Abgaskanal nachgeordnet sein, der mit einer Abgasanlage verbunden sein kann.The combustion mixture of combustion air and fuel gas can be fed via a mixture duct to a burner located in a combustion chamber, where it is combusted. Viewed in the flow direction of the heater, an exhaust duct located within a housing of the heater can be arranged downstream of the combustion chamber, which can be connected to an exhaust system.

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 muss.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. To avoid frequent, wear-inducing switching of the burner on and off, modern heaters can be operated in a wide modulation range, for example from 2.4 kW [kilowatts] to 24 kW (corresponding to 10% to 100% of the nominal output). A wide 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 power levels, but must have the lowest possible flow resistance (pressure loss) at high power levels and thus a flow with a high mass flow of combustion air.

Die Gas-Luft-Mischeinrichtung kann somit ein Leitungsteil (beispielsweise ein Rohrstück) umfassen, das in den Strömungsweg des Heizgerätes integriert werden kann bzw. integriert ist. Das Leitungsteil kann dabei insbesondere die gleiche (äußere) Form und Größe des Strömungsquerschnitts aufweisen wie der das Leitungsteil umgebende Strömungsweg bzw. wie die die Gas-Luft-Mischeinrichtung umgebenden Leitungen des Heizgerätes.The gas-air mixing device can thus comprise a line section (e.g., a pipe section) that can be or is integrated into the flow path of the heater. The line section can, in particular, have the same (external) shape and size of the flow cross-section as the flow path surrounding the line section or as the lines of the heater surrounding the gas-air mixing device.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Leitungsteil einen konstanten Strömungsquerschnitt über seine in der Durchströmungsrichtung des Heizgerätes durchströmbaren Länge aufweisen. Mit anderen Worten umfasst eine hier vorgeschlagene Gas-Luft-Mischeinrichtung keine Drosseleinrichtung, also keine Verjüngung des Strömungsquerschnitts. Zur Klarstellung wird angemerkt, dass der konstante Strömungsquerschnitt das Leitungsteil betrifft und eine Minderung des Strömungsquerschnitts durch das hineinragende Mischelement nicht in Betracht gezogen wird. Der Strömungsquerschnitt des Leitungselementes kann dabei insbesondere eine kreisrunde Form aufweisen. Die Erfindung kann aber prinzipiell mit allen Querschnittsformen des Leitungselementes verwirklicht werden.According to one embodiment, the line part can have a constant flow cross-section over its length through which the flow can pass in the flow direction of the heater In other words, a gas-air mixing device proposed here does not include a throttle device, i.e., no tapering of the flow cross-section. For clarification, it is noted that the constant flow cross-section relates to the conduit section, and a reduction in the flow cross-section due to the protruding mixing element is not considered. The flow cross-section of the conduit element can, in particular, have a circular shape. However, the invention can, in principle, be implemented with any cross-sectional shape of the conduit element.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement ein rohrförmiges Element sein, das (weitestgehend) senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes ausgerichtet ist. Das Mischelement kann somit auch als Lanze verstanden werden, die in den Strömungsquerschnitt bzw. den Strömungsweg des Heizgerätes einkragt bzw. bündig hineinragt. Das als rohrförmiges Element ausgebildete Mischelement kann dabei einen kreisrunden Querschnitt und einen über seine Länge weitestgehend konstanten Innen- und/ oder Außendurchmesser aufweisen. Insbesondere kann das Mischelement ein in axialer Richtung (vollständig) gerade ausgebildetes rohrförmiges Element sein, dass senkrecht bezogen auf das Leitungsteil bzw. einer Durchströmungsrichtung desselben ausgerichtet ist. Eine Öffnung der Mischeinrichtung kann dabei eine Ausströmrichtung aufweisen, die senkrecht zum Leitungselement bzw. einer Durchströmungsrichtung desselben ausgerichtet ist.According to one embodiment, the mixing element can be a tubular element that is aligned (largely) perpendicular to a flow direction of the heater. The mixing element can thus also be understood as a lance that protrudes into or flush with the flow cross-section or flow path of the heater. The mixing element designed as a tubular element can have a circular cross-section and an inner and/or outer diameter that is largely constant over its length. In particular, the mixing element can be a tubular element that is (completely) straight in the axial direction and is aligned perpendicular to the line part or a flow direction thereof. An opening of the mixing device can have an outflow direction that is aligned perpendicular to the line element or a flow direction thereof.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement bis in einen mittleren Bereich des Strömungsquerschnitts hineinragen /einkragen. Der mittlere Bereich bezeichnet hier einen Bereich von 20 Prozent bis 80 Prozent oder insbesondere 40 Prozent bis 60 Prozent bezogen auf den Durchmesser des Leitungselementes. Hierbei ist auch der durch das Mischelement entstehende Druckabfall zu beachten, der mit der Einkragtiefe ansteigen kann. Ein geeignete Einkragtiefe des Mischelementes in den Strömungsquerschnitt kann für ein konkretes Heizgerät bzw. Referenzheizgerät im Rahmen von Laborversuchen ermittelt werden.According to one embodiment, the mixing element can extend/collapse into a central region of the flow cross-section. The central region here refers to a range from 20 percent to 80 percent, or in particular 40 percent to 60 percent, relative to the diameter of the pipe element. The pressure drop caused by the mixing element must also be taken into account, which can increase with the depth of the projection. A suitable depth of projection of the mixing element into the flow cross-section can be determined for a specific heater or reference heater in laboratory tests.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das als rohrförmiges Element ausgebildete Mischelement einen Durchmesser aufweisen, der in einem Bereich von 20 Millimeter bis 60 Millimeter liegt. Dabei kann das rohrförmige Element einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Durchmesser kann zudem abhängig vom Einbauort der Gas-Luft-Mischeinrichtung gewählt werden, so kann bei einem Einbau in unmittelbarer Nähe zur Fördereinrichtung ein geringerer Durchmesser gewählt werden und bei einem Einbau in die Zuführung Verbrennungsluft ein erhöhter Durchmesser gewählt werden. Auch ein geeigneter Durchmesser kann im Rahmen von Laborversuchen an einem Referenzheizgerät festgestellt werden.According to one embodiment, the mixing element, designed as a tubular element, can have a diameter ranging from 20 millimeters to 60 millimeters. The tubular element can have a circular cross-section. The diameter can also be selected depending on the installation location of the gas-air mixing device. For example, a smaller diameter can be selected for installation in the immediate vicinity of the conveying device, and a larger diameter can be selected for installation in the combustion air supply. A suitable diameter can also be determined in laboratory tests on a reference heater.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement dazu eingerichtet sein, von einem Massestrom Brenngas durchströmt zu werden. Das Brenngas kann somit durch eine Wandung des Leitungselementes in das Innere des Mischelementes geleitet werden. Vorteilhaft kann so, um eine gute Durchmischung zu erreichen, das Brenngas in den Strömungsquerschnitt des Leitungselementes eingebracht werden, wodurch die Durchmischung im gesamten Modulationsbereich verbessert werden kann.According to one embodiment, the mixing element can be configured to allow a mass flow of fuel gas to flow through it. The fuel gas can thus be guided through a wall of the conduit element into the interior of the mixing element. To achieve good mixing, the fuel gas can advantageously be introduced into the flow cross-section of the conduit element, thereby improving mixing across the entire modulation range.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement eine Wandung des Leitungselementes durchdringen und einen inneren und einen äußeren Bereich aufweisen, wobei der äu-ßere Bereich zur Verbindung mit einer Gasarmatur bzw. einem Gasventil oder auch einer Brenngasleitung eingerichtet sein kann.According to one embodiment, the mixing element can penetrate a wall of the line element and have an inner and an outer region, wherein the outer region can be configured for connection to a gas fitting or a gas valve or also a fuel gas line.

Gemäß einer Ausgestaltung kann außen am Leitungselement ein Befestigungsmittel für eine Gasarmatur angeordnet sein. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise in einer auskragenden Lasche mit einem Loch zur Aufnahme einer Schaube bestehen.According to one embodiment, a fastening means for a gas fitting can be arranged on the outside of the line element. The fastening means can, for example, consist of a projecting tab with a hole for receiving a screw.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement einen geöffneten (axialen) Endbereich als Gasaustrittsöffnung aufweisen. Mit anderen Worten kann das Mischelement zwei Enden aufweisen, von denen ein Ende mit der Wandung des Leitungselementes verbunden sein kann bzw. außerhalb des Leitungselementes abgeordnet sein kann und das andere Ende frei im Strömungsweg bzw. Strömungsquerschnitt innerhalb des Leitungselementes angeordnet und zumindest teilweise geöffnet sein kann. Der axiale Endbereich kann gemäß einer Ausgestaltung auch vollständig verschlossen sein.According to one embodiment, the mixing element can have an open (axial) end region as a gas outlet opening. In other words, the mixing element can have two ends, one of which is connected to the wall of the line element. or can be arranged outside the conduit element, and the other end can be freely arranged in the flow path or flow cross-section within the conduit element and can be at least partially open. According to one embodiment, the axial end region can also be completely closed.

Gemäß einer Ausgestaltung kann das Mischelement mindestens zwei (radial angeordnete) Gasaustrittsöffnungen aufweisen, die derart angeordnet sind, dass das Mischelement von einem, die Gas-Luft-Mischeinrichtung durchströmenden Massestrom Verbrennungsluft durchströmt werden kann. Dabei können die mindestens zwei Gasaustrittsöffnungen im Mischelement auf einer Vorderseite, die derart ausgerichtet ist, dass der Massestrom Verbrennungsluft auf dieser auftrifft, und einer Rückseite, die in Richtung der Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist, angeordnet sind. Dabei versteht sich, dass auch mehr als zwei Öffnungen angeordnet sein können.According to one embodiment, the mixing element can have at least two (radially arranged) gas outlet openings arranged such that a mass flow of combustion air flowing through the gas-air mixing device can flow through the mixing element. The at least two gas outlet openings in the mixing element can be arranged on a front side, which is oriented such that the mass flow of combustion air impinges on it, and on a rear side, which is oriented in the direction of the flow. It is understood that more than two openings can also be arranged.

Dabei ist die Gas-Luft-Mischeinrichtung einteilig ausgebildet und beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff bestehen. Eine Herstellung kann beispielhaft mittels eines Spritzgießverfahrens erfolgen. Die Gas-Luft-Mischeinrichtung kann beispielsweise mittels eines Aluminium-Druckgussverfahrens hergestellt werden.The gas-air mixing device is constructed as a single piece and can be made of a plastic or a metallic material, for example. It can be manufactured using an injection molding process, for example. The gas-air mixing device can be manufactured using an aluminum die-casting process, for example.

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.The details, features, and advantageous embodiments discussed in connection with the gas-air mixing device can also be found in the heater presented here, and vice versa. In this respect, reference is made in full to the explanations therein for a more detailed characterization of the features.

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. Insbesondere kann das Heizgerät dabei sowohl im Bereich der minimalen Leistung als auch im Bereich der maximalen Leistung sicher und robust betrieben werden.This therefore provides a gas-air mixing device for a heater and a heater that at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the gas-air mixing device and the heater contribute to a safer operation of a heater over a wide modulation range. In particular, the heater can be operated safely and robustly both at minimum and maximum power levels.

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.In addition, a gas-air mixing device proposed here can be easily used on a state-of-the-art heater and could therefore also be retrofitted to existing heaters.

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,
  • Fig. 3: eine weitere Ansicht der Gas-Luft-Mischeinrichtung, und
  • Fig. 4: eine Darstellung der Gas-Luft-Mischeinrichtung integriert in einen Strömungsweg des Heizgerätes.
The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments cited. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the figures, and in particular the proportions shown, are only schematic. They show:
  • Fig. 1 : a heater proposed here, and
  • Fig. 2 : a gas-air mixing device proposed here,
  • Fig. 3 : another view of the gas-air mixing device, and
  • Fig. 4 : a representation of the gas-air mixing device integrated into a flow path of the heater.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1 aufweisend ein Gehäuse 18. 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 stromabwärts 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 Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 12 einem, in einer Brennkammer 26 angeordneten, 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. Fig. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here, comprising a housing 18. This can have an air supply 4 for combustion air. A gas-air mixing device 15 can be arranged in the air supply 4. Viewed in a flow direction 16 of the heating device 1, a conveying device 2 designed as a fan can be arranged downstream of the gas-air mixing device 15, which can convey a mass flow of combustion air. A gas valve 5 can be controlled by means of the gas-air mixing device 15, to add a mass flow of combustion gas to the mass flow of combustion air conveyed by the conveying device 2. For this purpose, the gas valve can be connected to a gas supply 8. The combustion mixture of fuel gas and combustion air can be fed via a mixture channel 12 to a burner 3 arranged in a combustion chamber 26 and combusted 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 flow line 6 and a return line 9.

Dem Brenner 3 nachgeordnet kann ein, innerhalb des Gehäuses 18 angeordnetes, Abgasrohr 10 entstehende Verbrennungsprodukte einer Abgasanlage 11 außerhalb des Gehäuses 18 zuführen. Ein Regel- und Steuergerät 7 des Heizgerätes 1 kann zumindest mit dem Gasventil 5 und der Fördereinrichtung 2 elektrisch verbunden sein.Downstream of the burner 3, an exhaust pipe 10 arranged within the housing 18 can supply combustion products to an exhaust system 11 outside the housing 18. A control and regulating device 7 of the heating device 1 can be electrically connected at least to the gas valve 5 and the conveying device 2.

Am Brenner 3 kann eine Flammenüberwachung 17 angeordnet sein, dazu eingerichtet das Vorhandensein einer Flamme am Brenner 3 zu prüfen. Ein Signal der Flammenüberwachung 17 kann auch zum Erfassen eines aktuellen Verbrennungsluftverhältnisses der Verbrennung genutzt werden. Bei der Flammenüberwachung 17 kann es sich um eine lonisationselektrode handeln oder auch um einen UV (Ultraviolett-) Sensor, der insbesondere bei mit Wasserstoff als Brennstoff betriebenen Heizgeräten 1 zum Einsatz kommt.A flame monitor 17 can be arranged on the burner 3, configured to check for the presence of a flame at the burner 3. A signal from the flame monitor 17 can also be used to detect the current combustion air ratio during combustion. The flame monitor 17 can be an ionization electrode or a UV (ultraviolet) sensor, which is used particularly in heaters 1 powered by hydrogen as a fuel.

Fig. 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15. Ein Leitungselement 19 kann dazu eingerichtet sein, in den Strömungsweg des Heizgerätes 1 integriert zu werden, beispielsweise zwischen der Luftzufuhr 4 und der Fördereinrichtung 2. Das Leitungselement 19 kann eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweisen. Fig. 2 shows a more detailed representation of the gas-air mixing device 15. A line element 19 can be designed to be integrated into the flow path of the heater 1, for example between the air supply 4 and the conveying device 2. The line element 19 can have a circular cross-sectional area.

Ein Mischelement 20 kann eine Wandung des Leitungselementes 19 durchdringen und außerhalb des Leitungselementes 19 Befestigungsmittel 22 zur Befestigung des Gasventils 5 aufweisen. Innerhalb des Leitungselementes 19 kann das Mischelement 20 Gasaustrittsöffnungen 21 aufweisen, durch die Brenngas in das Leitungselement 19 austreten kann. Dabei können erste Gasaustrittsöffnungen 27 auf einer stromabwärts angeordneten Seite des Mischelementes 20 angeordnet sein und zweite Gasaustrittsöffnungen 28 auf einer stromaufwärts des Mischelementes 20 angeordneten Seite desselben, so dass das Mischelement 20 von einer Luftströmung in der Durchströmungsrichtung 16 durchströmt wird.A mixing element 20 can penetrate a wall of the line element 19 and have fastening means 22 outside the line element 19 for fastening the gas valve 5. Inside the line element 19, the mixing element 20 Have gas outlet openings 21 through which fuel gas can exit into the conduit element 19. First gas outlet openings 27 can be arranged on a downstream side of the mixing element 20, and second gas outlet openings 28 can be arranged on an upstream side of the mixing element 20, so that an air flow flows through the mixing element 20 in the flow direction 16.

Die Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 kann Befestigungsmittel 23 zur Befestigung an der Fördereinrichtung 2 umfassen, das beispielsweise als Flansch ausgebildet sein kann und Löcher zur Aufnahme von Verbindungsmitteln wie Schrauben umfassen kann.The gas-air mixing device 15 may comprise fastening means 23 for fastening to the conveying device 2, which may, for example, be designed as a flange and may comprise holes for receiving connecting means such as screws.

Fig. 3 zeigt eine weitere Darstellung der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 aus Fig. 2. Erkennbar sind die zweiten Gasaustrittsöffnungen 28, die in Richtung der Durchströmungsrichtung 16 des Heizgerätes 1 bzw. der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 zeigen. Fig. 3 shows a further illustration of the gas-air mixing device 15 from Fig. 2 . The second gas outlet openings 28 can be seen, which point in the direction of flow 16 of the heater 1 or the gas-air mixing device 15.

Fig. 4 zeigt eine detaillierte Ansicht der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 installiert in dem Heizgerät 1 und angrenzende Komponenten. Die Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 ist zwischen einem Zuluftrohr 24, das auch als Schalldämpfer ausgebildet sein kann, und der Fördereinrichtung 2 positioniert. An der Gas-Luft-Mischeinrichtung 15 ist das Gasventil 5 an dem dafür vorgesehenen Befestigungsmittel 22 angeordnet. Der Fördereinrichtung 2 nachgeordnet kann der Gemischkanal 12 sein, der sich bis zu einer Brennertür 25 erstreckt, wobei das Verbrennungsgemisch durch die Brennertür 25 hindurch in einen Hohlraum des, in der Brennkammer 26 befindlichen, Brenners 3 geleitet wird. Fig. 4 shows a detailed view of the gas-air mixing device 15 installed in the heater 1 and adjacent components. The gas-air mixing device 15 is positioned between an air supply pipe 24, which can also be designed as a silencer, and the conveying device 2. The gas valve 5 is arranged on the gas-air mixing device 15 on the fastening means 22 provided for this purpose. The mixture channel 12 can be arranged downstream of the conveying device 2 and extends to a burner door 25, wherein the combustion mixture is guided through the burner door 25 into a cavity of the burner 3 located in the combustion chamber 26.

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.As a precaution, it should be noted that the numerals used here ("first", "second", ...) primarily serve (only) to distinguish between several similar objects, quantities or processes, and therefore do not necessarily specify any dependency and/or order of these objects, quantities or processes. Should a dependency If a specific component and/or sequence is required, this is explicitly stated here or it will be obvious to the person skilled in the art upon studying the specifically described embodiment. To the extent that a component can occur multiple times ("at least one"), the description of one of these components may apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Heizgerätheater
22
Fördereinrichtungconveyor system
33
Brennerburner
44
LuftzufuhrAir supply
55
GasventilGas valve
66
VorlaufLead-up
77
Regel- und SteuergerätControl and regulation device
88
GaszuführungGas supply
99
RücklaufReturn
1010
Abgasrohrexhaust pipe
1111
Abgasanlageexhaust system
1212
GemischkanalMixture channel
1313
Wärmetauscherheat exchanger
1414
HeizkreislaufHeating circuit
1515
Gas-Luft-MischeinrichtungGas-air mixing device
1616
DurchströmungsrichtungFlow direction
1717
FlammenüberwachungFlame monitoring
1818
GehäuseHousing
1919
LeitungselementLine element
2020
MischelementMixing element
2121
GasaustrittsöffnungGas outlet opening
2222
Befestigungsmittel GasventilFasteners gas valve
2323
Befestigungsmittel FördereinrichtungFasteners conveyor system
2424
Zuluftrohrsupply air pipe
2525
Brennertürburner door
2626
Brennkammercombustion chamber
2727
erste Gasaustrittsöffnungfirst gas outlet opening
2828
zweite Gasaustrittsöffnungsecond gas outlet opening

Claims (11)

Heizgerät (1), aufweisend eine Fördereinrichtung (2), die ein Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft einem Brenner (3) zuführt, und eine einteilige Gas-Luft-Mischeinrichtung (15), umfassend ein, in einen Strömungsweg des Heizgerätes (1) einsetzbares, Leitungselement (19) und mindestens ein in einen Strömungsquerschnitt des Leitungselementes (19) hineinragendes Mischelement (20), aufweisend mindestens eine Gasaustrittsöffnung (21).Heating device (1), comprising a conveying device (2) which supplies a mixture of fuel gas and combustion air to a burner (3), and a one-piece gas-air mixing device (15) comprising a line element (19) which can be inserted into a flow path of the heating device (1) and at least one mixing element (20) which projects into a flow cross-section of the line element (19) and has at least one gas outlet opening (21). Heizgerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitungselement (19) der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) über die gesamte, in der Durchströmungsrichtung (16) des Heizgerätes (1), durchströmbare Länge einen weitestgehend konstanten Strömungsquerschnitt aufweist.Heating device (1) according to claim 1, wherein the line element (19) of the gas-air mixing device (15) has a largely constant flow cross-section over the entire length through which the gas can flow in the flow direction (16) of the heating device (1). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mischelement (20) ein rohrförmiges Element ist, das senkrecht zu einer Durchströmungsrichtung (16) des Heizgerätes (1) der Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) ausgerichtet ist.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the mixing element (20) is a tubular element which is oriented perpendicular to a flow direction (16) of the heating device (1) of the gas-air mixing device (15). Heizgerät (1) nach Anspruch 3, wobei das Mischelement (20) einen über seine Länge konstanten Durchmesser aufweist.Heating device (1) according to claim 3, wherein the mixing element (20) has a constant diameter over its length. Heizgerät (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Mischelement (20) dazu eingerichtet ist, von einem Massestrom Brenngas durchströmt zu werden.Heating device (1) according to claim 3 or 4, wherein the mixing element (20) is designed to be flowed through by a mass flow of fuel gas. Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das Mischelement (20) einen geöffneten Endbereich als Gasaustrittsöffnung (21) aufweist.Heating device (1) according to one of claims 3 or 4, wherein the mixing element (20) has an open end region as a gas outlet opening (21). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mischelement (20) mindestens zwei Gasaustrittsöffnungen (21) aufweist, die derart angeordnet sind, dass das Mischelement (20) von einem, das Leitungselement (19) durchströmenden, Massestrom Verbrennungsluft durchströmt wird.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the mixing element (20) has at least two gas outlet openings (21) which are arranged such that the mixing element (20) is flowed through by a mass flow of combustion air flowing through the line element (19). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Mischelement (20) sich bis in einen mittleren Bereich des Strömungsquerschnittes des Leitungselementes (19) erstreckt.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the mixing element (20) extends into a central region of the flow cross-section of the line element (19). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei außerhalb des Leitungselementes (19) in Verlängerung des Mischelementes (20) ein Befestigungsmittel (22) für ein Gasventil (5) des Heizgeräts (1) angeordnet ist.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein a fastening means (22) for a gas valve (5) of the heating device (1) is arranged outside the line element (19) in extension of the mixing element (20). Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff besteht.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas-air mixing device (15) consists of a plastic or a metallic material. Heizgerät (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gas-Luft-Mischeinrichtung (15) zwischen einem Zuluftrohr (24) und einer Fördereinrichtung (2) des Heizgeräts (1) angeordnet ist.Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the gas-air mixing device (15) is arranged between an air supply pipe (24) and a conveying device (2) of the heating device (1).
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