DE69331081T2

DE69331081T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von Gasen

Info

Publication number: DE69331081T2
Application number: DE69331081T
Authority: DE
Inventors: Wayne C. Gensler; Chad F. Gottschlich; John J. Van Eerden
Original assignee: Selas Corp of America
Current assignee: Selas Corp of America
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: ES2049208T3; DE69331081D1; US5329955A; CA2099894A1; EP0578578A1; DE578578T1; CA2099894C; EP0578578B1; ES2049208T1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mischen von Gasen, wie z. B. ein brennbares Gas und Luft, und ferner betrifft sie einen Mischer, der imstande ist das Gas-zu- Gas- oder Luft-zu-Gas-Verhältnis im wesentlichen selbst dann konstant zu halten, wenn die Gesamtströmung des Gemisches erheblich zu- oder abnimmt.
Die Erfindung ist besonders als eine Mischeinrichtung nützlich, um Brennstoffbrenner mit einem vorteilhaften "Abregel"-Bereich ("turndown" range) zu versehen, der der Bereich ist, der sich vom Maximum zum Minimum der Gesamtfluidströmung erstreckt, über welchen Bereich die Mischeinrichtung imstande ist, das Gas-zu- Gas- oder Luft-zu-Gas-Verhältnis im wesentlichen konstant zu halten.
Es besteht ein hohes Bedürfnis an einem effektiven Mischen von Gasen verschiedener Typen. Hierzu Beispiele:
Mischen eines Brennstoffgases mit Luft zum Verbrennen in einem Brenner.
Mischen von Gasen, wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid, um ein sogenanntes karburierendes Medium zu schaffen.
Mischen von verschiedenen Gasen, wie Propan und Luft, um ein sogenanntes Mischgas zu bilden, das als Ersatzbrennstoff für ein System verwendet wird, das normalerweise unverändertes Gas verwendet.
In den meisten Fällen besteht nicht nur ein Bedürfnis am Herstellen eines Gemisches verschiedener Gase in vorbestimmten Verhältnissen, sondern auch daran, die Gesamtströmungsrate des Gemisches zu verändern, ohne eine bedeutsame Änderung der gewünschten Verhältnisse zu verursachen.
Mischeinrichtungen werden häufig mit Ventilatoren, Gebläsen oder Kompressoren kombiniert, so dass das hergestellte Gemisch mit einem gesteuerten, erhöhten Druck geliefert werden kann. Bei Brennanwendungen wird die Kombination eine Mischmaschine genannt.
Viele Arten von Mischeinrichtungen sind vermarktet worden. Bei allen werden zwei oder mehr Fluidströme in irgend einer Art Einrichtung zusammengebracht und treten als ein einzelner, gemischter Strom aus.
Die eigentliche Grundart wird als Misch-T-Stück bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein herkömmliches Misch-T-Stück, wie es zum Mischen von Brennstoffgas mit Luft verwendet werden würde. Zur Vereinfachung sind die Sicherheitseinrichtungen, die normalerweise vorhanden wären, nicht dargestellt. Ein Gebläse 12 saugt Umgebungsluft ein und erhöht ihren Druck, um sie durch die stromabwärtigen Elemente des Systems zu drängen. Eine Öffnung 2 bildet eine definierte Beziehung zwischen der Strömungsrate der Luft und einem Druckabfall über der Öffnung. Von der Hauptleitung wird Brennstoffgas von einem Gasregler 10 mit einem Druck aufgenommen, der größer als der Atmosphärendruck ist.
Der Gasregler verringert den Druck des Brennstoffgases in einer Leitung 8 gerade stromaufwärts von einer einstellbaren Öffnung 6, auf einen Wert, der gleich dem Luftdruck ist, der gerade stromaufwärts von der Luftöffnung 2 gemessen wird. Weil der Brennstoff- und der Luftdruck an dem Leitungs-T-Stück 14 gleich sein müssen, wo das Gas und die Luft zusammenkommen, müssen auch die Druckdifferenzen über den beiden Öffnungen ebenfalls gleich sein. Der Zweck des Gasreglers ist es, Sicherzustellen, dass diese beiden Druckdifferenzen gleich sind. Die Zusammensetzung des Luft-Brennstoff-Gemisches, die gewöhnlich als ein Luft-Brennstoff-Verhältnis ausgedrückt wird, kann durch Einstellen der Öffnung 6 auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden.
Das herkömmliche Misch-T-Stück hat bestimmte inhärente Probleme, die den Bereich begrenzen, über welchen es ein ausreichend konstantes Luft-Brennstoff-Mischverhältnis aufrechterhalten kann. Diese sind:
1. Der Gasregler kann die Einlassdrücke der beiden Gase nicht präzise gleich einstellen. Wenn die Druckdifferenzen für das Luft- und das Brennstoffgas bei geringem Bedarf sehr gering werden, bleibt die Gemischzusammensetzung nicht konstant, weil die Druckabfälle der Gase mit abnehmendem Bedarf zunehmend ungleich werden. Dies kann durch Verwenden einer kleineren Luftöffnung kompensiert werden. Der Druckabfall bei minimalem Bedarf ist dann hoch genug, damit der Effekt des Gasreglerfehlers vernachlässigbar ist. Das Ersetzen der Luftöffnung mit einer anderen von gerade der richtigen Größe ist bestenfalls eine Unannehmlichkeit, wenn Feldeinstellungen erforderlich werden. Es ist wahrscheinlicher, dass es zu einer erheblichen Verzögerung kommt, während die korrekte Öffnung hergestellt wird.
2. Der Strömungskoeffizient durch eine Öffnung oder ein Ventil tendiert dazu, bei einer hohen Strömungsrate einen konstanten Wert zu haben, oder genauer bei hohen Reynoldszahlen. (Die Reynoldszahl ist eine dimensionslose Größe, die zum Zwecke dieser Erfindung als die Gasgeschwindigkeit multipliziert mit der Gasdichte multipliziert mit dem Leitungsdurchmesser gerade stromaufwärts vom Ventil oder der Öffnung und dividiert durch die Gasviskosität definiert werden kann.) Bei geringen Reynoldszahlen wird der Strömungskoeffizient mit Veränderungen der Strömungsrate umgekehrt schnell variieren. Weil die Reynoldszahl und die Abhängigkeit des Strömungskoeffizienten von der Reynoldszahl für das Brennstoffgas und die Luft unterschiedlich sein werden, tendiert das Luft-Brennstoff-Verhältnis dazu, bei geringem Bedarf nicht konstant zu bleiben.
3. Die Grundgleichungen, die ein Misch-T-Stück bestimmen, zeigen, dass es normalerweise das Lüft-Brennstoff-Verhältnis nicht konstant halten kann, wenn die Temperatur und die Zusammensetzung der Luft und des Brennstoffgases nicht ausreichend konstant bleiben. Das Wetter ist ein Hauptfaktor, der die Temperatur und die Zusammensetzung (Feuchtigkeit) der Luft beeinflusst. Das Gebläse fügt der Luft Kommpressionswärme hinzu und kann ein weiterer Grund für Unbeständigkeit der Lufttemperatur sein.
Es sind eine Anzahl Einrichtungen vorgeschlagen worden, um die Beschränkungen des herkömmlichen Misch-T-Stücks zu überwinden. Fig. 2 zeigt eine davon, ein Mischventil. Mischventile sind beispielsweise in den US-Patenten 1,980,770 und 2,243,704 offenbart. Die beiden Öffnungen und das Leitungs-T-Stück von Fig. 1 sind in eine einzige Einrichtung zusammengefasst worden, das Mischventil, dessen Konstruktion in Fig. 2 dargestellt ist. Der Gasregler 10 ist weiterhin vorhanden, um gleiche Druckdifferenzen für die beiden miteinander zu vermischenden Gase sicherzustellen. Der Mischventilkörper 30 enthält eine drehbare Buchse 31, die sich nicht auf- und abbewegen kann, und einen beweglichen Kolben 32, der sich nicht drehen kann. Die Buchse 31 und der Kolben 32 haben je drei Öffnungen (eine Gemischöffnung, eine Luftöffnung und eine Gasöffnung). Die drei Öffnungen sind abgeglichen, um zwei Einlassanschlüsse für die beiden zu mischenden Gase und einen einzigen Auslassanschluss für das Gemisch zu bilden. Ein Drehen der Buchse 31 verändert die relative Weite der beiden Einlassanschlüsse und folglich verändert es das Verhältnis der beiden Gase in dem Gemisch. Wenn der Kolben 32 aufsteigt oder in den Zylinder absinkt, variieren alle drei Anschlüsse in der Weite, aber die relativen Weiten der Anschlüsse bleiben konstant.
Der Kolben 32 wird von einer Membran 36 automatisch vertikal angeordnet. Ein Impulsrohr 34 verbindet eine Seite der Membran mit dem Lufteinlass des Ventils. Eine Öffnung 33 verbindet die andere Seite der Membran mit dem Inneren des Kolbens. Die Druckdifferenz über der Membran 36 treibt den Kolben 32 nach oben oder unten, um eine konstante Druckdifferenz über den Einlassanschlüssen zu erhalten. Die Druckdifferenz wird auf einen Wert eingestellt, der groß genug ist, dass der Effekt des Gasreglerfehlers, der im Problemfall 1 oben diskutiert worden ist, vernachlässigbar ist. Der bewegliche Kolben 32 löst jedoch nicht die Probleme 2 und 3, die vorhergehend hierin diskutiert worden sind. Das Problem 3 kann bei der typischen Installation eines Mischventils durch das Anordnen des Gebläses stromabwärts von dem Mischventil teilweise gemildert werden, so dass die Lufttemperatur durch die Kommpressionswärme nicht verändert wird. Dies wird als Ansaugsystem (pull-through system) bezeichnet. Das herkömmliche Misch-T-Stück verwendet ein Überdrucksystem (push-through system), weil das Gebläse stromaufwärts ist.
Das Mischventil der Fig. 2 ist teuer herzustellen, weil es eine beträchtliche Menge an Präzisionsbearbeitung erfordert. die satt anliegenden Oberflächen erhöhen das Wartungserfordernis, aufgrund von Verschmutzung durch schmutzigen Brennstoff, Luft oder Korrosion. Das Fehlen eines perfekten Sitzes zwischen dem Ventilkörper und der Buchse und zwischen der Buchse und dem Kolben verursacht Leckage zwischen den Luft- und Brennstoffströmen, was die Gemischzusammensetzung bei geringem Bedarf verändern wird. Das Ergebnis ist, dass die Erst- und Wartungskosten eines Mischventilsystems höher sein werden, als für ein herkömmliches Misch-T-Stück, und die Konstanz der Gemischzusammensetzung nicht so groß wie erwartet sein wird.
Ein anderer Typ Mischeinrichtung verwendet ein eingestelltes (characterized) Ventil. Bespiele sind in den US-Patenten 2,286,173 und 2,536,678 beschrieben. Bei diesen treibt bei zunehmendem Bedarf ein Motor das Luftventil weiter auf, um eine konstante Luftdruckdifferenz über das Ventil zu erhalten. Das Luftventil ist seinerseits mechanisch mit einem eingestellten Brennstoffgasventil verbunden. Die eingestellten Brennstoffventile haben einen komplexen Mechanismus, der es ihnen ermöglicht eingestellt zu werden, um zu dem Luftventil zu passen, so dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis konstant bleiben wird, wenn sich der Bedarf verändert. Dies überwindet die hierin vorhergehend diskutierten Misch-T-Stück-Probleme 1 und 2. Es ist jedoch schwierig und zeitaufwendig sie einzustellen. Die Einstellung ist spezifisch für den Brennstoff und das Luft-Brennstoff- Verhältnis. Wenn eines von beiden verändert wird, muss das Ventil wiedereingestellt werden. Dies ist wiederum teuer im Vergleich zu einem herkömmlichen Misch-T-Stück.
Das britische Patent Nr. 1 507 020 betrifft eine Einrichtung zum Steuern des Gas/Luft-Strömungsverhältnisses bei einem Brennersystem. Das offenbarte Mittel zum Aufrechterhalten eines konstanten Verhältnisses zwischen den Differenzdrücken von Gas/Luft über dem Strömungsbegrenzer ist ein herkömmlicher Druckregler, wie z. B. ein Null-Regler.
Es ist ein Ziel der Erfindung ein verbessertes Misch-T-Stück bereitzustellen, das einen sehr vorteilhaften Abregelbereich hat, über den die Gemischzusammensetzung im wesentlichen konstant bleibt.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, die vorhergehend genannten Probleme, die mit dem Mischventil und dem herkömmlichen Misch-T-Stück verbunden sind, zu überwinden.
Diese Ziele werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und seine abhängigen Ansprüche erreicht.
Weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung, die die Einfachheit, die Wirtschaftlichkeit und den einfachen Betrieb von dieser umfassen, sowie die Mühelosigkeit, mit der die Einrichtung in bestehende Brennöfen eingefügt oder nachgerüstet werden kann, werden hierin nachfolgend augenscheinlich, und in den Zeichnungen, von denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die ein herkömmliches Misch-T-Stück-System veranschaulicht, wie es vorhergehend diskutiert worden ist.
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die ein herkömmliches Mischventilsystem des vorhergehend hierin diskutierten Typs darstellt.
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Misch-T-Stücks ist, das Merkmale dieser Erfindung enthält.
Fig. 4 eine Draufsicht des Misch-T-Stücks der Fig. 3 ist.
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Misch-T-Stück-Systems ist, das Merkmale gemäß dieser Erfindung enthält.
Fig. 6 ein Diagramm ist, das Testdaten für ein 1/2-inch und ein 1-inch Testventil zeigt.
Fig. 7 ein Diagramm ist, bei dem der Restsauerstoff gegenüber der Reynoldszahl eingezeichnet ist.
Es wird klar sein, dass sich die nachfolgende Beschreibung auf die spezifischen Formen der Erfindung beziehen soll, die zur Illustration in den Zeichnungen ausgewählt worden sind, und nicht gedacht ist, um den Schutzbereich der Erfindung anders als in den beigefügten Ansprüchen zu definieren oder zu begrenzen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 und 4 der Zeichnungen dargestellt. Ein Brennstoffdosierventil 16 ist innerhalb eines Durchgangsweges 18 angeordnet, der Brennstoff zu einem allgemein mit 9 bezeichneten Mischer befördert. Ein Luftdosierventil 20 ist innerhalb eines Durchgangsweges 22 angeordnet, der Luft in den Mischer 9 befördert. Eine Sperrmutter 26 (Fig. 3) ist auf einem Stab 23 des Luftdosierventils 20 vorgesehen und ist in üblicher Weise aufgeschraubt, um mit einem Stopfen 25 zusammenzuwirken und das Luftdosierventil 20 in einer festen Stellung innerhalb des Mischers 9 zu halten. Das Brennstoff- und das Luftdosierventil können Steuerventile verschiedenen Typs und Konstruktion sein, inklusive beispielsweise Drosselventilen. Ein Ausgangsdurchgangsweg 24 ist vorgesehen und in den Mischer 9 angeschlossen. Er befördert das Gemisch aus Brennstoff und Luft aus dem Mischer 9. Ein Gebläse, wie z. B. ein Kompressor (in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt) (siehe Fig. 2) säugt das Gemisch durch den Durchgangsweg 24. Zusätzlich kann ein Gasregler (in Fig. 3 und 4 nicht dargestellt) längs des Brennstoffdurchgangsweges stromaufwärts vom Brennstoffdosierventil 16 und dem Mischer 9 angeordnet sein.
Als nächstes wird der Betrieb des Mischers gemäß dieser Erfindung beschrieben. Angenommen die Leitung 22 der Fig. 3 und 4 ist angeschlossen, um Luft in die Mischkammer einzuführen, das Luftventil 20 ist voreingestellt und auf einen bestimmten Druckabfall bei dem erwarteten maximalen Bedarf des Systems gesetzt. Das Brennstoffdosierventil 16 in der Brennstoffeintrittsleitung 18 der Fig. 3 ist eingestellt, um das gewünschte Luft-Brennstoff-Verhältnis zu liefern. Die Gesamtströmung des Gemisches kann mittels eines oder mehrerer Gemischsteuerventile einfach gesteuert werden, die stromabwärts vom Kompressor angeordnet sind. Eine typische Anwendung kann es sein, ein Luft-Brennstoff-Gemisch an einem oder mehreren Brennern bereitzustellen, die zum Heizen eines Brennofens verwendet werden. Ein Brennofentemperatur-Steuersystem würde die Gemischsteuerventile automatisch steuern.
Fig. 5 der Zeichnungen ist eine schematische Ansicht, die verwendet worden ist, um die Strömung der Gase durch ein Misch- T-Stück gemäß dieser Erfindung zu veranschaulichen. Wie zuvor gibt 22 den Luftweg und 18 den Brennstoffweg an, während 10 den Brennstoffregler bezeichnet. Das Misch-T-Stück 14 ist angeschlossen, um sowohl Brennstoff als auch Luft zu erhalten und das sich ergebende gemischte Gas stromabwärts gerichtet unter dem Einfluss des Kompressors 30 zu fördern, der stromabwärts vom Misch-T-Stück 14 angeordnet ist und das gemischte Gas aus dem Misch-T-Stück 14 saugt.
Die grundlegenden Gleichungen für das Misch-T-Stück der Fig. 5 sind die folgenden:
Luftströmungsrate = Cda · Ama · Ya · (Pa1 - P&sub2;)/Luftdichte
Brennstoffströmungsrate = Cdf · Amf · Yf · (Pf1 - P&sub2;)/Brennstoffdichte,
wobei der Index a Luft (air) bezeichnet, der Index f Brennstoff (fuel), und:
Cd = der Koeffizient des Abströmens des Ventils
Am = die Weite (area) der Öffnung in einem Dosierventil
Y = der Expansionsfaktor (annähernd 1)
Pa1 = der Druck im Luftdurchgangsweg stromaufwärts vom Luftdosierventil
Pf1 = der Druck im Brennstoffdurchgangsweg vor dem Brennstoffdosierventil
P&sub2; = der Druck im Gemischdurchgangsweg stromabwärts vom Misch- T-Stück
Wie vorhergehend angegeben, ist es ein wichtiges Ziel der Erfindung, das Verhältnis von Luftstrom zu Brennstoffstrom im wesentlichen über einen großen Abregelbereich konstant zu halten. Um dies zu tun, sollte das Verhältnis der Druckabfälle über der Luftöffnung und der Brennstofföffnung im wesentlichen konstant bleiben. Dies ist der Zweck des Gasreglers. Im Misch- T-Stück dieser Erfindung bleiben, die Weiten der Dosierventile Ama und Amf konstant.
Die grundlegenden Gleichungen für das Misch-T-Stück zeigen, dass der Effekt der Temperatur und der Zusammensetzung der Luft und des Brennstoffs durch ihre Dichten eingeht. Wenn das Verhältnis der Dichten der Luft und des Brennstoffs nicht konstant bleibt, wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis ebenfalls nicht konstant bleiben. In Situationen, in denen dies wichtig wird, kann es gelöst werden, indem ein Zusammensetzungssensor in den Gemischstrom eingefügt wird und dieser mit einem Aktuator an dem Brennstoffsteuerventil kombiniert wird.
Auch das Verhältnis der Luft- und Brennstoffkoeffizienten des Abströmens Cd muss im wesentlichen konstant bleiben. Es ist ein wichtiges Merkmal dieser Erfindung, wie es hierin nachfolgend detaillierter diskutiert wird, dass es so gestaltet ist, dass die Reynoldszahlen der beiden eintretenden Gasströme über etwa 2000 über im wesentlichen den gesamten Abregelbereich der Mischeinrichtung bleiben. Die Koeffizienten des Abströmens der beiden Einlassventile werden dann im wesentlichen verhältnismäßig konstant bleiben. In starkem Kontrast dazu ändern sich die Koeffizienten des Abströmens schnell in dem Fall der Verwendung einer Reynoldszahl von weniger als etwa 2000.

Beispiele

Der vorhergehende Effekt kann in Fig. 6 deutlich gesehen werden, die auf Testdaten beruht, bei denen zwei verschiedene Brennstoffventilgrößen verwendet worden sind. In einem Test ist ein 1"-Ventil verwendet worden. Es hatte eine Einlassleitung mit einem Innendurchmesser von 1,049" Bei dem anderen Test ist ein 1/2"-Ventil verwendet worden. Seine Einlassleitung hatte einen Innendurchmesser von 0,622". Bei beiden Tests wurde für die eintretende Luft ein 2"-Drosselventil verwendet. Bei 100% Kapazität war die Druckdifferenz über das Luftventil auf 15" Wassersäule für beide Tests eingestellt. 100% Kapazität waren 3250 Kubikfuß pro Stunde Gemisch für das 1"-Brennstoffventil und 3310 für das 1/2"-Ventil. Während der Tests wurde der Restsauerstoffgehalt (ausgedrückt als Volumenprozent in einem trockenen Brennerzeugnis) in den Brennerzeugnissen gemessen. Die Differenz zwischen dem gemessenen Sauerstoff bei 100% Kapazität und bei anderen Kapazitäten ist gegenüber der prozentualen Kapazität in Fig. 6 eingezeichnet. Es wurde herausgefunden, dass das kleinere Ventil eine konstantere Gemischzusammensetzung aufrechterhalten hat.
In Fig. 7 ist die Sauerstoffdifferenz gegenüber der Reynoldszahl eingezeichnet. Die Daten für die beiden Brennstoffventile, wie sie in Fig. 7 zu sehen sind, bestätigen stark unsere Entdeckung, dass es wichtig ist, das System so zu gestalten, dass eine Reynoldszahl über etwa 2000 sichergestellt ist.
Gemäß dieser Erfindung sind beim Mischen zweier unterschiedlicher Gase A und B miteinander die Leitungen, durch welche die beiden Gase sich den Steuerventilen annähern, absichtlich klein genug gestaltet, um eine turbulente Strömung der Gase sicherzustellen, wenn sie in die Ventile eintreten. Insbesondere ist die Weite der Leitungen vorzugsweise so bemessen, dass sie die Gase zum Strömen mit einer Reynoldszahl über etwa 2000, vorzugsweise über etwa 6000, veranlasst. Die vorhergehenden Beziehungen gelten für verschiedene Gemische unterschiedlicher Gase, inklusive Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Propan und Luft, gelten aber auch besonders für Gemische von Brennstoffgas und Luft, bei denen die volumetrische Strömung von Luft die volumetrische Strömung von Brennstoffgas erheblich übersteigt.
Obwohl ein typisches Abregelverhältnis für viele Anwendungen von Verbrennungen als ganz akzeptabel betrachtet wird, wenn es einen Wert von 5 : 1 mit einer Veränderung des Luft-Brennstoff- Verhältnisses von weniger als 1% erreichen kann, kann überraschenderweise die neue Mischeinrichtung gemäß dieser Erfindung, die bei einer Reynoldszahl über 2000 arbeitet, leicht für so viel wie ein 10 : 1 Abregelverhältnis oder sogar mehr sorgen und noch hervorragende Ergebnisse erzeugen. In starkem Kontrast hierzu ist es im wesentlichen unmöglich, ein konstantes Luft- Kraftstoff-Verhältnis über selbst einen verhältnismäßig engen Abregelbereich zu erhalten, wenn Brennstoff bei einem Reynoldswert unter etwa 2000 zugeführt wird.
Ein weiteres Charakteristikum der Reynolszahl-Betrachtung ist, dass sie abnimmt, wenn die Größe des Misch -T-Stücks abnimmt. Dieses Phänomen erfordert es, dass der Konstruktion kleinerer Misch-T-Stücke größere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss, um vorliegende Reynoldszahlen über etwa 2000 sicherzustellen.
Diese Erfindung eliminiert viele Probleme, die mit dem herkömmlichen Misch-T-Stück-System verbunden sind, einschließlich dem Mangel an Flexibilität bezüglich der zutreffenden Kapazität des Misch-T-Stücks mit den Erfordernissen der Anwendung. Das Misch- T-Stück dieser Erfindung umfasst eine im Feld einstellbare Luftöffnung (siehe beispielsweise das Ventil 20 der Fig. 3) zum Einstellen der Kapazität für die Luftströmung und daher der Kapazität des Misch-T-Stücks, um das Gasgemisch zu erzeugen. Dies ermöglicht es dem Benutzer von einem maximalen Abkegeln für die Anwendung zu profitieren, indem die Kapazität des Misch-T-Stücks an die Kapazität des Systems angepasst wird. Bei herkömmlichen Systemen, die feste Öffnungen verwenden, kann die Misch-T-Stück-Kapazität nicht exakt der Systemkapazität entsprechen, was die tatsächlichen Abregelmöglichkeiten verringert.
Herkömmliche Misch-T-Stücke sind normalerweise Überdrucksysteme, d. h. sie haben den Kompressor stromaufwärts von dem Misch- T-Stück. Der Kompressor bringt in die Brennluft entsprechend Wärme ein, bevor sie durch das Misch-T-Stück hindurchtritt. Dies kann ein Problem sein. Beispielsweise ist bei einem Test eines Misch-T-Stücks, das zum Mischen von Brennstoffgas mit Luft verwendet wird, ein Thermometer in den Ausgang des Kompressors angeordnet worden, um die Temperatur des Gemisches zu überwachen. Beim Anlaufen war die Temperatur 72ºF und dreißig Minuten später war sie 111ºF. Diese Änderung der Lufttemperatur (vorausgesetzt eine konstante Brennstofftemperatur) würde die Gemischanalyse für ein Durchpresssystem von 2,2% Sauerstoff zu 0,5% Brennmaterial ändern. Somit ist das Ansaugsystem besser zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Luft-zu- Gas-Verhältnisses, denn die Kompressionswärme wird nicht hinzugefügt, bis das Gemisch gebildet worden ist.
Die Vorrichtung gemäß dieser Erfindung hat auch den Vorteil, dass nahezu keine sich bewegenden Teile benötigt werden, was zu einer minimalen Wartung führt. Optional kann das Brennstoffventil mit einem Aktuator versehen sein, um das Luft-Brennstoff- Verhältnis automatisch zu steuern. Weil das Luftventil stationär ist, wenn es einmal voreingestellt worden ist, weist es kein Problem mit Sperren durch Verschmutzung, Korrosion oder dergleichen auf.
Ein weiterer Vorteil der Mischvorrichtung dieser Erfindung sind geringe Konstruktionskosten, was bei Betrachtung der Zeichnungen klar werden wird.

Claims

1. Verfahren zum Mischen zweier vorbestimmter Gase (A) und (B) miteinander, derart dass ein gewünschtes Gasstromverhältnis erhalten wird, das im wesentlichen über einen Bereich konstant ist, der sich von einem vorbestimmten maximalen erwarteten Bedarf bis zu einem vorbestimmten minimalen erwarteten Bedarf erstreckt, mit einem System das ein Dosierventil (20) für das Gas (A), ein Dosierventil (16) für das Gas (B) und eine Mischzone (14) aufweist, die stromabwärts von den genannten Dosierventilen (20, 16) angeordnet ist,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Steuern des Druckes des Gases (B) stromaufwärts von dem Dosierventil (16), um ihn an den Druck des Gases (A) stromaufwärts vom Dosierventil (20) anzugleichen;

b) Vorjustieren und Einstellen des Dosierventils (20) des Gases (A) auf einen bestimmten Druckabfall bei dem maximalen erwarteten Bedarf des Systems;

c) Justieren und Einstellen des Dosierventils (16) des Gases (B), um das genannte gewünschte Gasstromverhältnis zu schaffen;

d) Bemessen der Leitungen (22, 18), durch die sich die beiden Gase (A), (B) den entsprechenden Dosierventilen (20, 16) nähern, auf Mäße, die klein genug sind, um eine turbulente Strömung der genannten Gase (A, B) sicherzustellen, wenn diese in die genannten Ventile (20, 16) bei dem genannten minimalen erwarteten Bedarf des Systems eintreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt Bemessen der Leitungen (22, 18) umfasst, derart dass bei dem genannten minimalen erwarteten Bedarf die Ströme des Gases (A) und des Gases (B) in den genannten Leitungen jeweilige Reynoldszahlen über wenigstens etwa 2000 und vorzugsweise über wenigstens etwa 6000 erreichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Schritt zum Strömen Bringen des sich ergebenden Stromgemisches, indem es von der genannten Mischzone (14) abgesaugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas (A) Luft und das Gas (B) Brenngas ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, mit dem Schritt Bestimmen eines minimalen erwarteten Bedarfs des Systems, der etwa einem Fünftel oder weniger des genannten maximalen erwarteten Bedarfs entspricht.

6. System zum Mischen zweier vorbestimmter Gase (A) und (B) miteinander bei einem gewünschten Gasstromverhältnis und zum Verwirklichen und Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das System ein Dosierventil (20) für das Gas (A), ein Dosierventil (16) für das Gas (B) und eine Mischzone (14) aufweist, die stromabwärts von den Dosierventilen (20, 16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

a) dass es eine Steuereinrichtung (10) aufweist, die an der genannten Zuführleitung (18) für das Gas (B) stromaufwärts von dem Dosierventil (16) angeordnet ist, zum Steuern des Druckes des Gases (B), um diesen an den Druck des Gases (A) stromaufwärts von dem genannten Dosierventil (20) anzugleichen;

b) dass das Dosierventil (20) für das Gas (A) vorjustiert und derart eingestellt worden ist, dass es einen bestimmten Druckabfall bei dem genannten maximalen erwarteten Bedarf des Systems schafft;

c) dass das Dosierventil (16) für das Gas (B) justiert und eingestellt worden ist, derart dass es das genannte gewünschte Gasstromverhältnis schafft;

d) dass die Leitungen (22, 18), durch die sich die beiden Gase (A) und (B) den entsprechenden Dosierventilen (20, 16) nähern, auf ausreichend kleine Maße bemessen worden sind, um einen turbulenten Strom der Gase (A) und (B) sicherzustellen, wenn diese in die genannten Ventile (20, 16) bei dem genannten vorbestimmten minimalen erwarteten Bedarf des Systems eintreten.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (22, 18) auf Maße bemessen worden sind, die klein genug sind, um sicherzustellen, dass bei dem genannten vorbestimmten minimalen erwarteten Bedarf des Systems die Ströme des Gases (A) und (B) jeweilige Reynoldszahlen über wenigstens etwa 2000, vorzugsweise über wenigstens etwa 6000, erreichen werden.

8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierventile (20) und (16) innerhalb eines Mischers (9) angeordnet sind.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kompressor (30) aufweist, der stromabwärts von der Mischzone (14) angeordnet ist.

10. System nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierventil (20) für das Gas (A) im eingebauten Zustand einstellbar ist.