EP3992529A1 - Verfahren und vorrichtung zum zünden eines brenners - Google Patents

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EP3992529A1
EP3992529A1 EP21201850.1A EP21201850A EP3992529A1 EP 3992529 A1 EP3992529 A1 EP 3992529A1 EP 21201850 A EP21201850 A EP 21201850A EP 3992529 A1 EP3992529 A1 EP 3992529A1
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EP
European Patent Office
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burner
main burner
pilot
fuel
pilot flame
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21201850.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Richter
Andreas Reinert
Matthias Hopf
Bodo Oerder
Frank Altendorf
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for igniting a (premix) burner, in particular when operating with hydrogen.
  • Burners operated with liquid or gaseous fuel are used in particular in heaters for heating and/or providing hot service water and should have high availability with low maintenance costs.
  • Known burners are supplied with ambient air by a blower, to which fuel gas and/or a liquid fuel with a predeterminable proportion by mass is added via a fuel valve. The mixture is then ignited in a combustion chamber and then used in stable, controlled combustion to generate heat.
  • the ignition process is an important part of the entire process.
  • a mixture of air and fuel only ignites safely and in an environmentally friendly manner if the mixing ratio of air to fuel (the lambda air ratio) is in an ignitable and environmentally compatible range and is ignited at a suitable point in time.
  • a blower is first switched on, which directs a predeterminable air flow, usually via a Venturi nozzle, into the burner.
  • This air flow is fed to a fuel inlet, e.g. B. in front of the Venturi nozzle, fuel is added, which is done by opening a fuel valve.
  • the fuel valve is only opened by a suitable sensor system and control when sufficient air is conveyed by the blower. Conversely, the fuel valve is closed if for some reason not enough air is being pumped.
  • a so-called flame monitor ensures that the fuel supply is switched off if the flame goes out for any reason.
  • control unit for controlling or regulating the entire system, which can switch on the fan and adjust its speed and the position of the fuel valve according to predeterminable calibration data for safe operation of the burner at different loads.
  • a regulation also includes the constant measurement of the speed of the blower and the monitoring of the position of the fuel valve.
  • a more or less ignitable mixture then gets into the combustion chamber and possibly also into an exhaust system, where it burns in a kind of deflagration during ignition and generates loud noises and/or pressure surges.
  • an ignition process should be terminated after a limited time, for example 5 s [seconds], if no ignition has taken place by then, but this could result in unburned fuel being released into the environment.
  • premix burners z. B. of gas turbines are also so-called mostly centrally arranged in a main burner pilot burner (diffusion or also premix burner) known to stabilize the combustion process, which interact with the main burner.
  • ignition flames in small heaters, which are generated by a small diffusion burner and burn continuously.
  • the fuel supply for a main burner When the fuel supply for a main burner is switched on, they ensure the ignition of the main burner and continue to burn with it and after it has been switched off.
  • other types of igniters in particular electrically operated glow igniters or spark igniters, are used in modern devices. So far, however, it has not been possible with devices according to the prior art to permanently eliminate the problems described above during ignition processes.
  • the object of the present invention is to at least partially alleviate the problems described with reference to the prior art and in particular to ensure reliable and low-noise ignition of a burner.
  • the solution should be particularly suitable when hydrogen is used as a fuel or as a proportion in the fuel.
  • a method for igniting a main burner for the combustion of a premixed fuel-air mixture containing hydrogen contributes to this, in which first a pilot flame with its own fuel supply is ignited in a combustion chamber near the main burner and only then the main burner, whereby the pilot flame is switched off (preferably with or after ignition of the main burner or) at the latest with the main burner.
  • a fuel-air mixture is first preconditioned, that is to say in particular a concrete mixture formation for the combustion is set.
  • This can include admixing a quantity of fuel adapted thereto to a predetermined air flow.
  • the fuel includes hydrogen.
  • This premixed fuel-air mixture containing hydrogen is fed to the main burner for combustion.
  • the pilot flame burns in an area in which the flames of the main burner are located during operation, so that when the pilot flame is burning, the fuel-air mixture escaping from the main burner is immediately and safely ignited and an ignitable mixture cannot accumulate for a few seconds .
  • the pilot flame can also burn with a follow-up time after the ignition of the main burner, e.g. B. for at least 3 seconds, 5 seconds, 10 seconds or even 20 seconds.
  • the pilot flame can provide further support precisely in the start-up phase of the main burner, with the operation of the pilot burner and/or main burner also being able to be matched to one another (only) in this run-on time.
  • the pilot flame is preferably generated with a diffusion burner, which is switched off after the main burner has ignited.
  • Small diffusion burners have a very simple structure and are therefore hardly susceptible to faults. However, since they may produce more pollutants (e.g. nitrogen oxides) than premix burners, it makes sense to only let the pilot burn for the time it is needed, even if it only uses a negligible amount of fuel in relation to the main burner burns.
  • the pilot flame is ignited by a spark igniter or glow igniter sized and positioned to ignite the pilot flame.
  • the igniter for igniting this main burner has to be dimensioned and positioned, while according to the invention only the ignition of a relatively small pilot flame has to be ensured.
  • a dimensioning and position can also be selected that also enable direct ignition of the main burner, so that previous igniters can continue to be used and e.g. B. failure of the pilot burner can also be used as usual in the prior art with the disadvantages mentioned.
  • the presence of the pilot flame is detected by a sensor after the start of the ignition process in order to ensure that the pilot flame burns before the main burner is switched on.
  • a temperature sensor is particularly suitable for this and can track the temperature profile in the vicinity of the pilot flame start the ignition process. It can also take on other functions during later operation of the main burner.
  • the ignition process of the pilot flame, its fuel supply and thus the entire ignition process of the main burner can be stopped if after 3 to 20 s [seconds], preferably after 5 to 15 s, in particular after a specified time of more than 10 s pilot flame is detected.
  • the specific period of time in the specified range can be specified (plant-specific or fixed) and/or optionally be (automatically) adjustable as a function of the current or previous combustion processes. Since only small amounts of fuel are supplied to the pilot burner, the ignition process of the pilot burner can also take much longer until unwanted amounts of fuel escape into the environment or larger amounts of an ignitable mixture form in the combustion chamber. This is just one of the advantages of the present invention.
  • a control unit controls the entire ignition process of the main burner by first igniting the pilot flame and only when the pilot flame is present, the main burner is charged with a fuel-air mixture in a manner known per se and after the main burner has been ignited or at the latest when it is switched off, the pilot flame is switched off.
  • a device for igniting a main burner for combustion of a premixed, hydrogen-containing fuel-air mixture in a combustion chamber of a heater which has a pilot burner in the combustion chamber in the vicinity of the main burner, which has its own fuel supply and at a Ignition process ignited before the main burner (and before or switched off again with this) and its proper function can be monitored by means of a sensor.
  • the fuel supply for the pilot burner is at least partially separate from that for the main burner, which in other words means in particular that the fuel supply for the pilot burner does not take place exclusively via the (non-ignited) main burner.
  • the pilot burner has its own (integrated or attached) fuel supply connection.
  • the fuel supply to the pilot burner can be set independently with its own adjustment means and/or control means, in particular independently of the operation of the fuel supply to the main burner.
  • the pilot burner is arranged so that its flame can ignite the main burner but cannot be blown out by air exiting through the main burner.
  • the pilot burner is arranged in particular in such a way that its flame is quickly reached by the fuel-gas mixture flowing out of the main burner, ie in a typical flame range of the main burner. This means that the pilot flame can also be hit by air that can initially escape from the main burner during an ignition process. Shielding and/or appropriate sizing and positioning of the pilot burner can therefore be helpful to safely prevent the pilot from being blown out before it can ignite the main burner.
  • the correct function of the pilot burner can be monitored using (at least) one sensor suitable for this purpose. It is possible for the sensor to be arranged outside, on and/or in the combustion chamber.
  • the sensor can, for example, evaluate a flame image optically or be temperature-sensitive.
  • the Generate sensor signals that enable an evaluation of the desired function or mode of operation of the pilot burner.
  • the pilot burner is a diffusion burner with a maximum output of less than 5%, in particular less than 1%, of the maximum output of the main burner.
  • the small amounts of fuel consumed by the pilot burner and any pollutants produced are negligible compared to the main burner.
  • a spark igniter or glow igniter sized and positioned to ignite the pilot burner is provided as the igniter for the pilot burner.
  • the igniter can (but does not have to) be adapted to the size of the pilot burner.
  • At least one temperature sensor in the vicinity of the pilot burner for determining the presence of a pilot flame. In this way it can be determined whether and from when the temperature rises after the start of fuel supply to the pilot burner and its igniter, which is a sure sign of the presence of a pilot flame.
  • the temperature sensor can later also take over tasks in controlling the combustion process of the main burner.
  • control unit by which the entire ignition process can be controlled from switching on the pilot burner to igniting the main burner.
  • pilot fuel valve that can also be controlled by the control unit.
  • a computer program product comprising instructions which cause the device described to carry out the method steps mentioned above.
  • a modern control unit contains at least one microprocessor and a data memory for calibration data, target values, characteristic diagrams and the like, with a program controlling the processes described. Data and program are generally updated from time to time, e.g. b. such a computer program product can serve.
  • the explanations of the method can also be used to characterize the device, and vice versa.
  • the device can be set up in particular to carry out the method.
  • the computer program product can be implemented in the control unit of the device.
  • a heater 1 has a combustion chamber 15 with a heat exchanger 8 and an exhaust system 9 .
  • a main burner 14 with burner nozzles 16 (or outlet openings) for fuel-air mixture in the usual way.
  • This is supplied by an air supply 4 via a blower 2 with combustion air to which fuel is added via a fuel supply 3 and a main fuel valve 5 .
  • a control unit 7 controls these components during operation in a manner known per se by fan 2 and main fuel valve 5 being adjusted so that a desired, environmentally friendly Fuel-air mixture is supplied to the main burner 14 for a desired power.
  • Usual safety devices and sensors are also connected to the control unit 7 .
  • the control unit 7 also controls an ignition process when the heater 1 is to supply heat.
  • a pilot burner 11 is arranged next to the main burner 14, preferably at a distance of 1 to 10 cm [centimeters], in particular 2 to 5 cm, which can be ignited by an igniter 12 (preferably a spark igniter or a glow igniter). and then creates a pilot flame.
  • the pilot burner 11 is a diffusion burner which is supplied with fuel (here fuel gas) via its own fuel line and its own pilot fuel valve 6 .
  • a temperature sensor 13 measures the temperature in the vicinity of the pilot burner 11 (or in the vicinity of its flame area) and forwards the measured value to the control unit 7 .
  • the control unit 7 first opens the pilot fuel valve 6 via a control line and triggers the igniter 12 until the temperature sensor 13 reports a characteristic rise in temperature, which indicates the presence of a pilot flame. This may take longer than when igniting a main burner, for example up to 20 s, because only relatively little fuel is supplied to the pilot burner. If the pilot flame burns, the blower 2 is brought to a predeterminable setpoint speed and the main fuel valve 5 is opened to a predeterminable position. The resulting fuel-air mixture emerges from the burner nozzles 16 of the main burner 14 into the combustion chamber 15 and immediately ignites on the pilot flame of the pilot burner 11 without any delays and thus undesired deflagration, noise or pressure surges. Thereafter the pilot burner 11 can be switched off by closing the pilot fuel valve 6 . Combustion is then continued and regulated in a known manner using only the main burner 14 .
  • the present invention allows a main burner in a heater to be ignited safely and with little noise. It can be used with all types of fuel, in particular fuel gases, but is particularly advantageous with hydrogen or fuel gas containing hydrogen.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem zunächst eine Pilotflamme mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung (6, 10) in einem Verbrennungsraum (15) in der Nähe des Hauptbrenners (14) gezündet und dann erst der Hauptbrenner (14), wobei die Pilotflamme spätestens mit dem Hauptbrenner (14) abgeschaltet wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Zünden eines Hauptbrenners (14) zur Verbrennung eines vorgemischten, Wasserstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum (15) eines Heizgerätes (1), wobei ein Pilotbrenner (11) mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung (6, 10) in dem Verbrennungsraum (15) in der Nähe des Hauptbrenners (14) vorhanden ist, der bei einem Zündvorgang vor dem Hauptbrenner (14) gezündet werden kann und dessen ordnungsgemäße Funktion mittels eines Sensors (13) überwachbar ist. Dabei ist der Pilotbrenner (11) so angeordnet ist, dass seine Flamme den Hauptbrenner (14) zünden, aber nicht von durch den Hauptbrenner (14) austretender Luft ausgeblasen werden kann. Die vorliegende Erfindung erlaubt es, einen Hauptbrenner (14) in einem Heizgerät (1) sicher und geräuscharm zu zünden. Sie kann bei allen Brennstoffarten, insbesondere Brenngasen, angewendet werden, ist aber besonders vorteilhaft bei Wasserstoff oder Brenngas mit Wasserstoffanteilen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung Zünden eines (Vormisch-) Brenners, insbesondere auch bei einem Betrieb mit Wasserstoff.
  • Mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebene Brenner werden insbesondere in Heizgeräten zur Heizung und/oder Bereitstellung von warmem Brauchwasser eingesetzt und sollen eine hohe Verfügbarkeit bei geringem Wartungsaufwand haben. Bekannte Brenner werden von einem Gebläse mit Umgebungsluft versorgt, der über ein Brennstoffventil Brenngas und/oder ein flüssiger Brennstoff mit einem vorgebbaren Masseanteil beigemischt wird. Das Gemisch wird dann in einer Verbrennungskammer gezündet und anschließend in einer stabilen geregelten Verbrennung zur Wärmeerzeugung genutzt. Dabei ist der Zündvorgang ein wichtiger Teil des gesamten Verfahrens. Ein Gemisch aus Luft und Brennstoff zündet nur sicher und umweltfreundlich, wenn das Mischungsverhältnis von Luft zu Brennstoff (die Luftzahl Lambda) in einem zündfähigen und umweltverträglichen Bereich vorliegt und zu einem geeigneten Zeitpunkt gezündet wird. Ist dies nicht der Fall, so gelangt möglicherweise (teilweise) unverbrannter Brennstoff in die Umwelt, darunter möglicherweise auch Kohlenmonoxid und/oder es kann zu einer unerwünschten Ansammlung von zündfähigem Gemisch kommen, welches bei Zündung zu einem ungünstigen Zeitpunkt starke Geräusche und/oder unerwünschte Druckstöße bewirkt. Aus diesem Grunde wird dem Zündungsprozess, also dem Start eines Verbrennungsvorganges in einem Brenner, besondere Aufmerksamkeit geschenkt.
  • Nach dem Stand der Technik wird zunächst ein Gebläse eingeschaltet, welches einen vorgebbaren Luftstrom, meist über eine Venturidüse, in den Brenner leitet. Diesem Luftstrom wird an einem Brennstoffeinlass, z. B. vor der Venturidüse, Brennstoff beigemischt, was durch Öffnen eines Brennstoffventils erfolgt. Das Brennstoffventil wird durch eine geeignete Sensorik und Steuerung erst geöffnet, wenn genügend Luft vom Gebläse gefördert wird. Umgekehrt wird das Brennstoffventil geschlossen, wenn aus irgendeinem Grund nicht mehr genug Luft gefördert wird. Außerdem sorgt ein sogenannter Flammenwächter dafür, dass die Brennstoffzufuhr abgeschaltet wird, wenn die Flamme aus irgendeinem Grunde erlischt. In jedem Fall gibt es eine Steuereinheit zur Steuerung oder Regelung für das gesamte System, die das Gebläse einschalten und dessen Drehzahl sowie die Stellung des Brennstoffventils nach vorgebbaren Kalibrierdaten für einen sicheren Betrieb des Brenners bei unterschiedlicher Last einstellen kann. Zu einer solchen Regelung gehört auch die ständige Messung der Drehzahl des Gebläses sowie die Überwachung der Stellung des Brennstoffventils.
  • Dies alles verhindert jedoch nicht alle Arten von Fehlern beim Zündvorgang selbst. Aus verschiedenen Gründen kann es schon bei Inbetriebnahme eines Brenners oder später im Betrieb durch Verschleiß und andere Einflüsse dazu kommen, dass der Zündvorgang nicht optimal abläuft. Einerseits gibt es für alle Bauteile und Parameter Toleranzen und/oder Verschmutzungen und/oder Verschleiß, die dazu führen, dass ein gewünschter Wert für einen Parameter nicht immer genau eingestellt werden kann. Andererseits gibt es im Betrieb unterschiedliche Umgebungstemperaturen, Luftfeuchtigkeit und/oder sogar geringe Unterschiede in der Brennstoffzusammensetzung, die dazu führen, dass mit einer vorgegebenen Einstellung von Gebläse und Brennstoffventil manchmal keine optimale Zündung (mehr) erreicht wird. Obwohl Zündfunken oder ein Glühzünder sofort bei Beginn der Brennstoffzufuhr aktiviert werden, kann es doch einige Sekunden dauern, bis eine Zündung erfolgt. In dem Zeitraum vor der Zündung gelangt dann mehr oder weniger zündfähiges Gemisch in den Verbrennungsraum und möglicherweise auch in ein Abgassystem, wo es bei der Zündung in einer Art Verpuffung verbrennt und starke Geräusche und/oder Druckstöße erzeugt. Um dies zu vermeiden, soll ein Zündvorgang nach einer begrenzten Zeit, beispielsweise 5 s [Sekunden] abgebrochen werden, wenn bis dahin keine Zündung erfolgt ist, wodurch aber unverbrannter Brennstoff in die Umwelt gelangen kann.
  • Bei großen Vormischbrennern z. B. von Gasturbinen sind auch sogenannte meist zentral in einem Hauptbrenner angeordnete Pilotbrenner (Diffusions- oder ebenfalls Vormischbrenner) zur Stabilisierung des Verbrennungsvorgangs bekannt, welche mit dem Hauptbrenner zusammenwirken.
  • Weiterhin gibt es bei kleinen Heizgeräten sogenannte Zündflammen, die von einem kleinen Diffusionsbrenner erzeugt werden und durchgehend brennen. Bei Einschalten der Brennstoffzufuhr für einen Hauptbrenner sorgen sie für die Zündung des Hauptbrenners und brennen mit diesem und nach dessen Abschaltung weiter. Um solche dauernd brennenden Zündflammen (auch aus Gründen der Umweltfreundlichkeit) zu vermeiden, werden bei modernen Geräten andere Arten Zünder, insbesondere elektrisch betriebene Glühzünder oder Funkenzünder eingesetzt. Bisher ist es aber nicht möglich mit Geräten nach dem Stand der Technik die oben beschriebenen Probleme bei Zündvorgängen dauerhaft zu beseitigen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lindern und insbesondere eine sichere und geräuscharme Zündung eines Brenners sicherzustellen. Die Lösung soll insbesondere bei einem Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff oder als Anteil im Brennstoff geeignet sein.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dienen ein Verfahren und eine Vorrichtung sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Hierzu trägt ein Verfahren zum Zünden eines Hauptbrenners zur Verbrennung eines vorgemischten, Wasserstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches bei, bei dem zunächst eine Pilotflamme mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung in einem Verbrennungsraum in der Nähe des Hauptbrenners gezündet wird und dann erst der Hauptbrenner, wobei die Pilotflamme (bevorzugt mit bzw. nach Zündung des Hauptbrenners oder) spätestens mit dem Hauptbrenner abgeschaltet wird.
  • Hierbei wird zunächst ein Brennstoff-Luft-Gemisches vorkonditioniert, also insbesondere eine konkrete Gemischbildung für die Verbrennung eingestellt. Dies kann umfassen, dass einem vorgegebenen Luftstrom eine daran angepasste Menge des Brennstoffs beigemengt wird. Der Brennstoff umfasst Wasserstoff. Dieses vorgemischte und Wasserstoff enthaltende Brennstoff-Luft-Gemisches wird dem Hauptbrenner zur Verbrennung zugeleitet.
  • Die Pilotflamme brennt dabei in einem Bereich, in dem sich beim Betrieb des Hauptbrenners dessen Flammen befinden, so dass sich bei brennender Pilotflamme aus dem Hauptbrenner austretendes Brennstoff-Luft-Gemisch sofort sicher entzündet und es nicht zur Ansammlung von zündfähigem Gemisch über einige Sekunden kommen kann. Grundsätzlich kann die Pilotflamme auch noch mit einer Nachlaufzeit nach der Zündung des Hauptbrenners brennen, z. B. über mindestens 3 Sekunden, 5 Sekunden, 10 Sekunden oder auch 20 Sekunden. Dabei kann die Pilotflamme gerade in der Startphase des Hauptbrenners weiter unterstützen, wobei ggf. auch der Betrieb von Pilotbrenner und/oder Hauptbrenner (nur) in dieser Nachlaufzeit aufeinander abgestimmt sein kann.
  • Bevorzugt wird die Pilotflamme mit einem Diffusionsbrenner erzeugt wird, der nach Zünden des Hauptbrenners abgeschaltet wird. Kleine Diffusionsbrenner sind sehr einfach aufgebaut und daher kaum störanfällig. Da sie jedoch möglicherweise mehr Schadstoffe (z. B. Stickoxide) erzeugen als Vormischbrenner, ist es sinnvoll, die Pilotflamme nur für den Zeitraum brennen zu lassen, in dem sie gebraucht wird, auch wenn sie im Verhältnis zum Hauptbrenner nur eine vernachlässigbare Menge an Brennstoff verbrennt.
  • Insbesondere wird die Pilotflamme mittels eines Funkenzünders oder eines Glühzünders gezündet, der zur Zündung der Pilotflamme dimensioniert und positioniert ist. Bei bisher bekannten Brenneranordnungen mit nur einem Hauptbrenner, muss der Zünder für die Zündung dieses Hauptbrenner dimensioniert und positioniert sein, während erfindungsgemäß nur die Zündung einer relativ kleinen Pilotflamme sichergestellt werden muss. Trotzdem können auch eine Dimensionierung und Position gewählt werden, die zusätzlich auch eine direkte Zündung des Hauptbrenners ermöglichen, so dass bisherige Zünder weiter eingesetzt und z. B. bei Ausfall des Pilotbrenners auch wie im Stand der Technik üblich mit den erwähnten Nachteilen eingesetzt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vorhandensein der Pilotflamme nach dem Start des Zündvorganges mittels eines Sensors festgestellt, um sicherzustellen, dass die Pilotflamme brennt, bevor der Hauptbrenner zugeschaltet wird. Ein Temperatursensor ist dafür besonders geeignet und kann den Temperaturverlauf in der Nähe der Pilotflamme nach Starten des Zündvorganges aufnehmen. Er kann auch beim späteren Betrieb des Hauptbrenners noch andere Funktionen übernehmen.
  • Aus Sicherheitsgründen kann der Zündvorgang der Pilotflamme, dessen Brennstoff-Versorgung und damit der gesamte Zündvorgang des Hauptbrenners abgebrochen werden, wenn nach 3 bis 20 s [Sekunden], vorzugsweise nach 5 bis 15 s, insbesondere nach einer vorgegebenen Zeit von mehr als 10 s keine Pilotflamme festgestellt wird. Die konkrete Zeitspanne in dem angegebenen Bereich kann (anlagenspezifisch bzw. fest) vorgegeben sein und/oder ggf. in Abhängigkeit des aktuellen oder der vorhergehenden Verbrennungsprozesse (automatisch) einstellbar sein. Da dem Pilotbrenner nur geringe Mengen an Brennstoff zugeführt werden, darf der Zündvorgang des Pilotbrenners auch viel länger dauern, bis unerwünschte Mengen an Brennstoff in die Umwelt gelangen oder sich größere Mengen eines zündfähigen Gemisches im Verbrennungsraum bilden. Dies ist gerade einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung.
  • In einer Ausführungsform steuert eine Steuereinheit den gesamten Zündvorgang des Hauptbrenners, indem erst die Pilotflamme gezündet und erst bei Vorhandensein der Pilotflamme in an sich bekannter Weise der Hauptbrenner mit Brennstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt wird und nach Zündung des Hauptbrenners oder spätestens bei dessen Abschaltung die Pilotflamme abgeschaltet wird.
  • Weiter wird eine Vorrichtung zum Zünden eines Hauptbrenners zur Verbrennung eines vorgemischten, Wasserstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum eines Heizgerätes vorgeschlagen, die einen Pilotbrenner in dem Verbrennungsraum in der Nähe des Hauptbrenners aufweist, der eine eigene Brennstoff-Versorgung hat und bei einem Zündvorgang vor dem Hauptbrenner gezündet (und vor oder mit diesem wieder abgeschaltet) werden kann und dessen ordnungsgemäße Funktion mittels eines Sensors überwachbar ist.
  • Die Brennstoff-Versorgung des Pilotbrenners ist zumindest teilweise getrennt von dem der des Hauptbrenners, was mit anderen Worten insbesondere meint, dass die Brennstoff-Versorgung des Pilotbrenners nicht ausschließlich über den (nicht gezündeten) Hauptbrenner erfolgt. Insbesondere hat der Pilotbrenner einen eigenen (integrierten bzw. angebauten) Brennstoff-Versorgungsanschluss. Die Brennstoff-Versorgung des Pilotbrenners kann mit eigenen Stellmitteln und/oder Steuermitteln eigenständig, insbesondere unabhängig vom Betrieb der Brennstoff-Versorgung des Hauptbrenners, eingestellt werden.
  • Bevorzugt ist der Pilotbrenner so angeordnet, dass seine Flamme den Hauptbrenner zünden, aber nicht von durch den Hauptbrenner austretender Luft ausgeblasen werden kann. Der Pilotbrenner ist insbesondere so angeordnet, dass seine Flamme von aus dem Hauptbrenner ausströmendem Brennstoff-Gas-Gemisch schnell erreicht wird, also in einem typischen Flammenbereich des Hauptbrenners. Damit kann die Pilotflamme auch von Luft getroffen werden, die anfangs bei einem Zündvorgang aus dem Hauptbrenner austreten kann. Eine Abschirmung und/oder geeignete Dimensionierung und Positionierung des Pilotbrenners können daher hilfreich sein, um sicher zu verhindern, dass die Pilotflamme ausgeblasen wird, bevor sie den Hauptbrenner zünden kann.
  • Die ordnungsgemäße Funktion Pilotbrenner kann mittels (mindestens) einen hierfür geeigneten Sensor überwacht werden. Es ist möglich, dass der Sensor außerhalb, an und/oder in dem Verbrennungsraum angeordnet ist. Der Sensor kann z.B. optisch ein Flammenbild auswerten oder temperaturempfindlich sein. Insbesondere können mit dem Sensor Signale erzeugen, die eine Auswertung der gewünschten Funktion bzw. Betriebsweise des Pilotbrenners ermöglichen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Pilotbrenner ein Diffusionsbrenner mit einer maximalen Leistung von weniger als 5 %, insbesondere weniger als 1 %, der maximalen Leistung des Hauptbrenners. Die geringen durch den Pilotbrenner verbrauchten Brennstoffmengen und eventuell erzeugte Schadstoffmengen sind gegenüber dem Hauptbrenner vernachlässigbar.
  • Als Zünder für den Pilotbrenner sind ein Funkenzünder oder ein Glühzünder vorhanden, der dimensioniert und positioniert ist, den Pilotbrenner zu zünden. Der Zünder kann (muss aber nicht) an die Größe des Pilotbrenners angepasst sein.
  • Bevorzugt ist mindestens ein Temperatursensor in der Nähe des Pilotbrenners zur Feststellung des Vorhandenseins einer Pilotflamme vorhanden. So kann festgestellt werden, ob und ab wann die Temperatur nach Start der Brennstoffzufuhr des Pilotbrenners und dessen Zünders ansteigt, was ein sicheres Zeichen für das Vorhandensein einer Pilotflamme ist. Der Temperaturfühler kann später auch Aufgaben bei der Regelung des Verbrennungsvorganges des Hauptbrenners übernehmen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinheit vorhanden, durch welche der gesamten Zündvorgang vom Einschalten des Pilotbrenners bis zum Zünden des Hauptbrenners steuerbar ist. Im Prinzip kommt gegenüber dem Stand der Technik hauptsächlich ein Pilotbrennstoffventil hinzu, welches auch von der Steuereinheit ansteuerbar ist.
  • Weiter wird auch ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die beschriebene Vorrichtung die oben erwähnten Verfahrensschritte ausführt. Insbesondere enthält eine moderne Steuereinheit mindestens einen Mikroprozessor und einen Datenspeicher für Kalibrierdaten, Sollwerte, Kennfelder und dergleichen, wobei ein Programm die beschriebenen Abläufe steuert. Daten und Programm werden im Allgemeinen von Zeit zu Zeit aktualisiert, wozu z. b. ein solches Computerprogrammprodukt dienen kann.
  • Die Erläuterungen zum Verfahren können auch zur Charakterisierung der Vorrichtung herangezogen werden, und umgekehrt. Die Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sein. Das Computerprogrammprodukt kann in der Steuereinheit der Vorrichtung implementiert sein.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
    • Fig. 1:
    schematisch eine Vorrichtung zum sicheren Zünden eines Brenners.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung. Ein Heizgerät 1 weist einen Verbrennungsraum 15 mit einem Wärmetauscher 8 und einer Abgasanlage 9 auf. In dem Verbrennungsraum 15 ist in üblicher Weise ein Hauptbrenner 14 mit Brennerdüsen 16 (oder Auslassöffnungen) für Brennstoff-Luft-Gemisch vorhanden. Dieser wird von einer Luftzufuhr 4 über ein Gebläse 2 mit Verbrennungsluft versorgt, der über eine Brennstoffzufuhr 3 und ein Hauptbrennstoffventil 5 Brennstoff beigemischt wird. Eine Steuereinheit 7 steuert diese Komponenten beim Betrieb in an sich bekannter Weise, indem Gebläse 2 und Hauptbrennstoffventil 5 so eingestellt werden, dass ein gewünschtes, umweltschonendes Brennstoff-Luft-Gemisch für eine gewünschte Leistung dem Hauptbrenner 14 zugeführt wird. Auch hier nicht dargestellte übliche Sicherheitseinrichtungen und Sensoren sind mit der Steuereinheit 7 verbunden. Die Steuereinheit 7 steuert auch einen Zündvorgang, wenn das Heizgerät 1 Wärme liefern soll. Dies läuft aber anders ab als beim Stand der Technik. Im Verbrennungsraum 15 ist nämlich neben dem Hauptbrenner 14, vorzugsweise in einem Abstand von 1 bis 10 cm [Zentimeter], insbesondere 2 bis 5 cm, ein Pilotbrenner 11 angeordnet, der durch einen Zünder 12 (bevorzugt ein Funkenzünder oder ein Glühzünder) gezündet werden kann und dann eine Pilotflamme erzeugt. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Pilotbrenner 11 um einen Diffusionsbrenner, der über eine eigene Brennstoffleitung und ein eigenes Pilotbrennstoffventil 6 mit Brennstoff (hier Brenngas) versorgt wird. Ein Temperatursensor 13 misst die Temperatur in der Nähe des Pilotbrenners 11 (bzw. in der Nähe von dessen Flammenbereich) und leitet den Messwert an die Steuereinheit 7 weiter. Soll ein Zündvorgang stattfinden, so öffnet die Steuereinheit 7 zunächst über eine Steuerleitung das Pilotbrennstoffventil 6 und löst den Zünder 12 so lange aus, bis der Temperatursensor 13 einen charakteristischen Anstieg der Temperatur meldet, der auf das Vorhandensein einer Pilotflamme schließen lässt. Dies darf länger dauern als bei Zünden eines Hauptbrenners, beispielsweise bis zu 20 s, weil dem Pilotbrenner nur relativ wenig Brennstoff zugeführt wird. Brennt die Pilotflamme, so wird das Gebläse 2 auf eine vorgebbare Solldrehzahl gebracht und das Hauptbrennstoffventil 5 bis zu einer vorgebbaren Stellung geöffnet. Das entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch tritt aus den Brennerdüsen 16 des Hauptbrenners 14 in den Verbrennungsraum 15 aus und entzündet sich sofort an der Pilotflamme des Pilotbrenners 11, ohne dass es zu Verzögerungen und damit unerwünschten Verpuffungen, Geräuschen oder Druckstößen kommen kann. Danach kann der Pilotbrenner 11 durch Schließen des Pilotbrennstoffventils 6 ausgeschaltet werden. Die Verbrennung wird dann in bekannter Weise nur mit dem Hauptbrenner 14 fortgeführt und geregelt.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, einen Hauptbrenner in einem Heizgerät sicher und geräuscharm zu zünden. Sie kann bei allen Brennstoffarten, insbesondere Brenngasen, angewendet werden, ist aber besonders vorteilhaft bei Wasserstoff oder Brenngas mit Wasserstoffanteilen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Gebläse
    3
    Brennstoffzufuhr
    4
    Luftzufuhr
    5
    Hauptbrennstoffventil
    6
    Pilotbrennstoffventil
    7
    Steuereinheit
    8
    Wärmetauscher
    9
    Abgasanlage
    10
    Pilotbrennstoffleitung
    11
    Pilotbrenner (insbesondere Diffusionsbrenner)
    12
    Zünder (insbesondere Funkenzünder oder Glühzünder)
    13
    Sensor (insbesondere Temperatursensor)
    14
    Hauptbrenner
    15
    Verbrennungsraum
    16
    Brennerdüsen

Claims (13)

  1. Verfahren zum Zünden eines Hauptbrenners (14) zur Verbrennung eines vorgemischten, Wasserstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches, bei dem zunächst eine Pilotflamme mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung (6, 10) in einem Verbrennungsraum (15) in der Nähe des Hauptbrenners (14) gezündet und dann erst der Hauptbrenner (14), wobei die Pilotflamme spätestens mit dem Hauptbrenner (14) abgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pilotflamme mit einem Diffusionsbrenner (11) erzeugt wird, der nach Zünden des Hauptbrenners (14) abgeschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pilotflamme mittels eines Funkenzünders (12) oder eines Glühzünders gezündet wird, der zur Zündung der Pilotflamme dimensioniert und positioniert ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vorhandensein der Pilotflamme mittels eines Sensors (13) festgestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zündvorgang der Pilotflamme, dessen Brennstoff-Versorgung und damit der gesamte Zündvorgang des Hauptbrenners (14) abgebrochen wird, wenn nach 3 bis 20 s [Sekunden] keine Pilotflamme festgestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Steuereinheit (7) den gesamten Zündvorgang des Hauptbrenners (14) steuert, indem erst die Pilotflamme gezündet und erst bei Vorhandensein der Pilotflamme der Hauptbrenner (14) mit Brennstoff-Luft-Gemisch beaufschlagt wird und nach Zündung des Hauptbrenners (14) oder spätestens bei dessen Abschaltung die Pilotflamme abgeschaltet wird.
  7. Vorrichtung zum Zünden eines Hauptbrenners (14) zur Verbrennung eines vorgemischten, Wasserstoff enthaltenden Brennstoff-Luft-Gemisches in einem Verbrennungsraum (15) eines Heizgerätes (1), wobei ein Pilotbrenner (11) mit einer eigenen Brennstoff-Versorgung (6, 10) in dem Verbrennungsraum (15) in der Nähe des Hauptbrenners (14) vorhanden ist, der bei einem Zündvorgang vor dem Hauptbrenner (14) gezündet werden kann und dessen ordnungsgemäße Funktion mittels eines Sensors (13) überwachbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Pilotbrenner (11) so angeordnet ist, dass seine Flamme den Hauptbrenner (14) zünden, aber nicht von durch den Hauptbrenner (14) austretender Luft ausgeblasen werden kann.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Pilotbrenner (11) ein Diffusionsbrenner ist mit einer maximalen Leistung von weniger als 5 % der maximalen Leistung des Hauptbrenners (14) ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei ein Funkenzünder (12) oder ein Glühzünder vorhanden ist, der dimensioniert und positioniert ist, den Pilotbrenner (11) zu zünden.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei mindestens ein Temperatursensor (13) in der Nähe des Pilotbrenners (11) zur Feststellung des Vorhandenseins einer Pilotflamme vorhanden ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei eine Steuereinheit (7) vorhanden ist, durch welche der gesamten Zündvorgang vom Einschalten des Pilotbrenners (11) bis zum Zünden des Hauptbrenners (14) steuerbar ist.
  13. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 die Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
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