DE10338962A1

DE10338962A1 - Combustion device, especially a burner for use in cold-starting of a fuel cell system, has oxidation agent supplies that deliver oxidation agent both prior to the combustion chamber and in its exhaust gas path

Info

Publication number: DE10338962A1
Application number: DE2003138962
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Phys. Gerberich; Karsten Dipl.-Ing. Reiners (FH); Bernhard Dipl.-Ing. Vogel; Norbert Dipl.-Ing. Wiesheu
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Combustion device has a burner (8), a fuel and oxidation agent supply and an oxygen sensor (13) arranged in the exhaust gas path (12) of the burner. The sensor readings are used to set the fuel to air ratio in the supply to the combustion chamber. The oxidation agent is supplied (10, 11) both prior to the combustion chamber and in the exhaust gas path. The invention also relates to a corresponding burner operating method. An independent claim is made for a fuel cell system with a gas generating system (2) for producing a fuel for the fuel cell unit (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Brennervorrichtung sowie ein Brennstoffzellensystem nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a burner apparatus and a method for Operating the burner device and a fuel cell system according to the generic terms of the independent Claims.

Es ist bekannt, Brenner einzusetzen, um etwa beim Kaltstart von Brennstoffzellensystemen deren Komponenten möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen. Insbesondere Brennstoffzellensysteme mit einem Gaserzeugungssystem benötigen frühzeitig eine ausreichend hohe Temperatur, um die notwendigen katalytischen Reaktionen im Gaserzeugungssystem und auch in der Brennstoffzelleneinheit selbst in Gang zu setzen. Andernfalls können unerwünscht hohe Emissionen entstehen. Häufig werden katalytische Brenner oder Brenner mit offener Flamme eingesetzt, deren Abwärme das Gaserzeugungssystem aufheizt.It is known to use burners to about the cold start of fuel cell systems whose Components as possible quickly bring to an operating temperature. In particular fuel cell systems with a gas generating system need a sufficiently high early Temperature to the necessary catalytic reactions in the gas generating system and also in the fuel cell unit itself. Otherwise, you can undesirable high emissions arise. Often use catalytic burners or open-flame burners, their waste heat the Gas generating system heats up.

Aus der Offenlegungsschrift DE 196 18 573 C1 ist ein Brenner bekannt, bei dem eine Lambdasonde im Abgasweg zur Regelung eines dem Brenner zuzuführenden Luft-Brennstoffgemischs eingesetzt wird. Der Brenner wird mit Erdgas betrieben und überwiegend stationär in einem leicht mageren Betriebsbereich für eine Feuerungsanlage eingesetzt.From the publication DE 196 18 573 C1 a burner is known in which a lambda probe is used in the exhaust path for controlling an air-fuel mixture to be supplied to the burner. The burner is operated with natural gas and used predominantly stationary in a slightly lean operating range for a furnace.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Brennervorrichtung anzugeben, welche insbesondere beim Kaltstart eines Brennstoffzellensystems nur geringe Emissionen aufweist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Brennstoffzellensystem mit einem Brenner zu schaffen, der auch beim Kaltstart nur geringe Emissionen verursacht und insgesamt Emissionen des Brennstoffzellensystems vermindert.Of the Invention is based on the object, a burner device and to provide a method for operating a burner device, which in particular during the cold start of a fuel cell system has only low emissions. Another task is one To provide fuel cell system with a burner, which also at Cold start causes only low emissions and total emissions of the fuel cell system is reduced.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.The The object is achieved by the Characteristics of the independent claims solved.

Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung weist eine Zuführung eines Oxidationsmittels sowohl vor dem Verbrennungsraum als auch im Abgasweg auf. Dadurch kann zum einen eine definierte Luftzahl für die Verbrennung eingestellt werden und zum anderen dem Abgas abhängig von dem vorhandenen Restsauerstoff weitere Luft zudosiert werden.The inventive burner device has a feeder an oxidizing agent both in front of the combustion chamber and in the exhaust path. As a result, on the one hand, a defined air ratio for combustion be adjusted and the other the exhaust gas depending on the available residual oxygen additional air are added.

Ist die eine Luftzuführung stromab des Sauerstoffsensors vorgesehen, ist eine günstige Gesamtluftzahl als Kombination der Luftzahl bei der Verbrennung und der Luftzahl, die im Abgasweg beigegeben wird, leicht einstellbar. Günstig ist die Gesamtluftzahl > 2, bevorzugt > 2,5, besonders bevorzugt etwa 2,6. eine bevorzugte Luftzahl bei der Verbrennung liegt bei > 1, bevorzugt 1,1 bis 1,5, besonders bevorzugt zwischen mindestens 1,3 und höchstens 1,4.is the one air supply provided downstream of the oxygen sensor, is a favorable total air as a combination of the number of air at combustion and the air ratio, which is added in the exhaust path, easily adjustable. Cheap is the total air ratio> 2, preferably> 2.5, especially preferably about 2.6. a preferred air ratio during combustion is> 1, preferably 1.1 to 1.5, more preferably between at least 1.3 and at most 1.4.

Ist der Sauerstoffsensor eine Lambdasonde, kann auf eine erprobte Technik zurückgegriffen werden, die für den Betrieb des Brenners mit einem flüssigen Brennstoff besonders geeignet ist.is The oxygen sensor, a lambda sensor, can be based on a proven technique resorted be that for the operation of the burner with a liquid fuel especially suitable is.

Ist der Brennstoff flüssig, kann ein an Bord eines Kraftfahrzeugs vorhandener Brennstoff wie eine Kohlenwasserstoffverbindung oder ein Kohlenwasserstoff, insbesondere Benzin, verwendet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn beispielsweise ein Brennstoffzellensystem als Stromquelle zur Versorgung von Aggregaten in einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist, bei dem Komponenten durch den Brenner beheizt werden und sowohl Brenner als auch Brennstoffzellensystem mit denselben Brennstoffen betrieben werden.is the fuel is liquid, may be a fuel present on board a motor vehicle such as a Hydrocarbon compound or a hydrocarbon, in particular Gasoline, to be used. This is particularly advantageous if, for example a fuel cell system as a power source for supplying aggregates is used in a motor vehicle, in which components by the burner will be heated and both burner and fuel cell system be operated with the same fuels.

Ist ein Verdichter vorgesehen, der zumindest den Brenner mit Luft versorgt, kann eine Variation der zugeführten Luftmenge erfolgen und die Luftzahl nicht nur durch Variation des dem Brenner zugeführten Brennstoffs erfolgen.is a compressor is provided which supplies at least the burner with air, can be a variation of the supplied Air quantity done and the air ratio not only by variation of the fed to the burner Fuel done.

Vorzugsweise ist der Verdichter abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors angesteuert. Eine zur Verbrennung benötige größere Luftmenge steht sehr schnell zur Verfügung. Ebenso lässt sich eine geringere Luftmenge schnell einstellen.Preferably is the compressor dependent on triggered a signal of the oxygen sensor. One for burning need larger air volume is available very fast. Likewise can be set a smaller amount of air quickly.

Ist der Brenner ein Porenbrenner, kann eine Verbrennung eines vorzugsweise vorgemischten Luft-Brennstoff-Gemischs lokalisiert innerhalb von Hohlräumen eines inerten Porenkörpers erfolgen. Die effektive Wärmeleitung ist wesentlich höher als bei sonst üblichen Verbrennungsprozessen mit freien Flammen. Das Temperaturfeld im Brenner lässt sich leichter homogenisieren, was besonders bei einer Kopplung mit einem Gaserzeugungssystem eines Brennstoffzellensystems oder anderer Komponenten, welche durch den Brenner homogen erwärmt werden sollen, vorteilhaft ist, da dieses nur eine sehr geringe Toleranz gegen Temperaturabweichungen hat. Zudem ist eine intensive Wärmeauskopplung aus der Verbrennungsregion möglich mit der Folge einer sehr geringen Schadstoffemission. Außerdem ermöglichen hohe Verbrennungsgeschwindigkeiten eine Kleinbauweise, die besonders bei einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug erwünscht ist.is the burner a pore burner, can be a combustion of a preferably Premixed air-fuel mixture localized within cavities of a inert pore body respectively. The effective heat conduction is much higher as usual Combustion processes with free flames. The temperature field in the Burner leaves Homogenize easier, which is especially in a coupling with a gas generating system of a fuel cell system or others Components which are heated homogeneously by the burner should, is advantageous, since this is only a very small tolerance has against temperature deviations. In addition, an intense heat extraction is off the combustion region possible with the consequence of a very low pollutant emission. Also allow high combustion speeds a small construction, the most special is desired when used in a motor vehicle.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Brennervorrichtung, wird zumindest beim Kaltstart eine Luftzahl eines Luft-Brennstoff-Gemischs abhängig von einem Signal eines Sauerstoffsensors eingestellt.at the method according to the invention for operating a burner device, at least at cold start an air ratio of an air-fuel mixture depending on a signal of a Oxygen sensor set.

Vorzugsweise wird in den Brenner zur Verbrennung des Brennstoffs und in einen Abgasweg des Brenners je eine Luftmenge zugeführt, die in etwa gleich groß ist. Dies erleichtert die Regelung des Brenners und ermöglicht einen stabilen Betrieb.Preferably is in the burner for combustion of the fuel and in one Exhaust path of the burner each supplied an amount of air that is about the same size. This facilitates burner control and enables stable operation.

Wird die Luftzahl vor und nach dem Sauerstoffsensor jeweils im Bereich von 1,0 bis 1,5 eingestellt, ergibt sich eine optimale Gesamtluftzahl.Becomes the air ratio before and after the oxygen sensor in the range set from 1.0 to 1.5, results in an optimal total air.

Wird eine Verdichterdrehzahl eines Verdichters zur Luftversorgung des Brenners abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors eingestellt, kann der Betrieb, insbesondere eine Regelung des Brenners mit mehr Freiheitsgraden durchgeführt werden. Eine Änderung der Verdichterdrehzahl kann mit hoher Dynamik erfolgen und so starke Schwankungen der Luftzahl im Abgasweg ausgleichen. Unerwünschte Emissionen von Schadstoffen wie Ruß, Stickoxide oder Kohlenmonoxid, werden vermindert.Becomes a compressor speed of a compressor for supplying air to the Burner dependent set by a signal from the oxygen sensor, the operation, in particular a control of the burner with more degrees of freedom carried out become. A change The compressor speed can be done with high dynamics and so strong Compensate for fluctuations in the air ratio in the exhaust path. Unwanted emissions pollutants like soot, Nitrogen oxides or carbon monoxide are reduced.

Optional kann eine Zufuhr des Brennstoffs zum Brenner abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors eingestellt werden. Günstig ist dies im Falle zu hoher Sollströme an Luft, wenn keine Mehrförderung wegen eines erhöhten Gegendrucks in einem angeschlossenen Brennstoffzellensystem möglich ist. Eine Änderung der Luftzahl ist dann immer noch über die Zufuhr des Brennstoffs möglich.optional may be a supply of fuel to the burner depending on a signal from the oxygen sensor be set. Cheap this is in the case of high target currents in air, if no additional funding because of an increased Backpressure is possible in a connected fuel cell system. A change the air ratio is then still over the supply of the fuel possible.

Wird vor der Verbrennung ein flüssiger Brennstoff im Brenner verdampft, kann auf Brennstoffe zurückgegriffen werden, die an Bord eines Fahrzeugs mitgeführt werden. Flüssige Brennstoffe weisen eine hohe Energiedichte auf und sind Platz sparender zu transportieren als Gase.Becomes a liquid fuel before burning evaporated in the burner, can be used on fuels that Carried on board a vehicle become. liquid Fuels have a high energy density and are more space-saving to transport as gases.

Wird zeitweise die Zufuhr des flüssigen Brennstoffs unterbrochen, kann die Verbrennung bei moderater thermischer Belastung erfolgen. In einer Übergangsphase von einem Kaltstart zu einem betriebswarmen Zustand kann bei zeitweiliger Unterbrechung der Brennstoffzufuhr dazu ausgenutzt werden, dass im Vormischraum des Brenners immer noch Brennstoff verdampft und der Dampf kontinuierlich von der zugeführten Luft in die Brennzone des Brenners transportiert wird. Die Zufuhr des flüssigen Brennstoffs kann dabei sogar bis zu mehreren Sekunden ausgesetzt werden. Auch in der Übergangsphase kann eine Schadstoffemission durch Verbrennung bei optimierter Luftzahl minimiert werden. Eine Russbildung bei einer fetten Verbrennung bei kleinen Luftzahlen < 1 kann vermieden werden. Eine Überhitzung des Brennraums, die sich bei fetter Verbrennung einstellt, wird vermieden. Ein Zurückschlagen des Gemischs oder einer Flamme in den Vormischraum als Folge der Überhitzung einer Porenbrennereinströmzone kann vermieden werden.Becomes temporarily the supply of liquid fuel interrupted, can burn at moderate thermal load respectively. In a transitional phase from a cold start to a warm operating condition may be temporary Disruption of the fuel supply to be exploited fuel is still evaporated in the pre-mixing chamber of the burner and the vapor continuously from the supplied air into the burning zone of the burner is transported. The supply of liquid fuel can even be suspended for up to several seconds. Also in the transitional phase can pollutant emission by combustion with optimized air ratio be minimized. A soot formation in a fat burn at low air ratios <1 can be avoided. Overheating of the combustion chamber, which occurs during rich combustion becomes avoided. A repulse of the Mixture or a flame in the pre-mixing chamber as a result of overheating a pore burner inflow zone can be avoided.

Ein bevorzugtes Brennstoffzellensystem weist einen Brenner zum Aufheizen eines Gaserzeugungssystems auf, wobei in einem Abgasweg des Brenners ein Sauerstoffsensor zum Einstellen eines dem Brenner zuzuführenden Luft-Brennmittel-Verhältnisses vorgesehen ist. Günstig ist die Verwendung einer Breitband-Lambdasonde, wie sie bei der Abgasnachbehandlung von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird und die für hohe Luftzahlbereiche > 2 eingesetzt werden können. Die Anordnung im Abgasweg des Brenners liefert ein zeitlich zur Verbrennung kaum verzögertes Sauerstoffsignal. Daher kann unmittelbar auf veränderliche Brennstoffschwankungen im Brenner reagiert werden. Diese Schwankungen treten besonders dann auf, wenn ein flüssiger Brennstoff vor der Verbrennung verdampft wird, da die Verdampfung im kalten Brenner, bzw. einem Vormischraum des Brenners, sehr inhomogen ist. Bei konstanter Luftzufuhr führt die inhomogene Verdampfung des Brennstoffs zu starken Schwankungen der Verbrennungsluftzahl und damit unter Umständen zu lokaler Überhitzung und erhöhten Emissionen. Mit einer gezielten Variation der Luftzahl kann trotz einer nicht bekannten Verdampfungsverzögerung des Brennstoffs eine günstige Gesamt-Luftzahl und damit auch eine günstige Verbrennungsluftzahl eingestellt und etwaige Emissionen vermindert werden.One The preferred fuel cell system includes a burner for heating a gas generating system, wherein in an exhaust path of the burner an oxygen sensor for adjusting a burner to be supplied Air-fuel ratio means is provided. Cheap is the use of a broadband lambda probe, as in exhaust aftertreatment used by motor vehicles and are used for high air ratio ranges> 2 can. The arrangement in the exhaust path of the burner provides a time to Burn hardly delayed Oxygen signal. Therefore, it can be directly dependent on variable fuel fluctuations in the Burners are responding. These fluctuations occur especially then on, if a liquid Fuel is evaporated before combustion as the vaporization in the cold burner, or a pre-mixing chamber of the burner, very inhomogeneous is. With constant air supply leads inhomogeneous evaporation of fuel to strong fluctuations the combustion air and thus possibly to local overheating and increased Emissions. With a targeted variation of the air ratio can despite an unknown evaporation delay of the fuel a favorable Total air ratio and thus a favorable combustion air adjusted and any emissions are reduced.

Ist eine Luftzuführung stromauf und stromab eines Verbrennungsraums vorgesehen, ist eine günstige Gesamtluftzahl als Kombination der Luftzahl bei der Verbrennung und der Luftzahl, die im Abgasweg beigegeben wird, leicht einstellbar. Insbesondere erfolgt eine Luftzuführung stromab des Sauerstoffsensors im Abgasweg. Günstig ist die Gesamtluftzahl > 2, bevorzugt > 2,5, besonders bevorzugt etwa 2,6. eine bevorzugte Luftzahl bei der Verbrennung liegt bei > 1, bevorzugt 1,1 bis 1,5, besonders bevorzugt zwischen mindestens 1,3 und höchstens 1,4.is an air supply Provided upstream and downstream of a combustion chamber, is a favorable total air as a combination of the number of air at combustion and the air ratio, which is added in the exhaust path, easily adjustable. Especially an air supply takes place downstream of the oxygen sensor in the exhaust path. Favorable is the total air ratio> 2, preferably> 2.5, more preferably about 2.6. a preferred air ratio during combustion is> 1, preferably 1.1 to 1.5, more preferably between at least 1.3 and at most 1.4.

Ist der Brennstoff flüssig, kann ein an Bord eines Kraftfahrzeugs vorhandener Brennstoff wie ein Kohlenwasserstoff oder eine Kohlenwasserstoffverbindung insbesondere Benzin, verwendet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Brennstoffzellensystem als Stromquelle zur Versorgung von Aggregaten in einem Kraftfahrzeug eingesetzt ist. Ebenso kann das Brennstoffzellensystem mit dem gleichen Brennstoff betrieben werden, was besonders Platz sparend ist, da kein Zusatztank für ein separates Brennmittel mitgeführt werden muss.is the fuel is liquid, may be a fuel present on board a motor vehicle such as a hydrocarbon or a hydrocarbon compound in particular Gasoline, to be used. This is especially advantageous if that Fuel cell system as a power source for the supply of aggregates is used in a motor vehicle. Likewise, the fuel cell system be operated with the same fuel, which is particularly space saving is because no additional tank for a separate fuel carried must become.

Ist ein Verdichter vorgesehen, der zumindest den Brenner mit Luft versorgt, kann eine Variation der zugeführten Luftmenge erfolgen und die Luftzahl nicht nur durch Variation des dem Brenner zugeführten Brennstoffs erfolgen. Der Verdichter kann zumindest zeitweise durch das Brennstoffzellensystem angetrieben werden.If a compressor is provided which supplies at least the burner with air, a variation of the amount of air supplied and the air ratio not just by varying the fuel supplied to the burner. The compressor may be at least temporarily driven by the fuel cell system.

Vorzugsweise ist der Verdichter abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors angesteuert. Eine zur Verbrennung benötige größere Luftmenge steht sehr schnell zur Verfügung. Ebenso lässt sich eine geringere Luftmenge schnell einstellen. Denkbar ist, den Verdichter auch zur Versorgung des Brennstoffzellensystems mit zu nutzen.Preferably is the compressor dependent on triggered a signal of the oxygen sensor. One for burning need larger air volume is available very fast. Likewise can be set a smaller amount of air quickly. It is conceivable the compressor also to use for the supply of the fuel cell system with.

Ist der Brenner ein Porenbrenner, kann eine Verbrennung eines vorzugsweise vor gemischten Luft-Brennstoff-Gemischs lokalisiert innerhalb von Hohlräumen eines inerten Porenkörpers erfolgen. Die effektive Wärmeleitung ist wesentlich höher als bei sonst üblichen Verbrennungsprozessen mit freien Flammen. Das Temperaturfeld im Brenner lässt sich leichter homogenisieren, was besonders bei einer Kopplung mit einem Gaserzeugungssystem vorteilhaft ist, da dieses nur eine sehr geringe Toleranz gegen Temperaturabweichungen hat. Zudem ist eine intensive Wärmeauskopplung aus der Verbrennungsregion möglich mit der Folge einer sehr geringen Schadstoffemission. Außerdem ermöglichen hohe Verbrennungsgeschwindigkeiten eine Kleinbauweise, die besonders bei einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug erwünscht ist.is the burner a pore burner, can be a combustion of a preferably in front of mixed air-fuel mixture localized within cavities of a inert pore body respectively. The effective heat conduction is much higher as usual Combustion processes with free flames. The temperature field in the Burner leaves Homogenize easier, which is especially in a coupling with a gas generating system is advantageous because this only a very has low tolerance to temperature deviations. There is also one intensive heat extraction possible from the combustion region with the consequence of a very low pollutant emission. Also allow high combustion speeds a small construction, the most special is desired when used in a motor vehicle.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.Cheap designs and advantages of the invention are the description and the other claims remove.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.in the Following is the invention with reference to a described in the drawing embodiment explained in more detail.

Dabei zeigt:there shows:

1 schematisch ein bevorzugtes Brennstoffzellensystem. 1 schematically a preferred fuel cell system.

Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung ist am Beispiel eines bevorzugten Brennstoffzellensystem erläutert. Ein bevorzugtes Brennstoffzellensystems ist in 1 dargestellt. Eine Brennstoffzelleneinheit 1 mit einer anodenseitigen Zuführung 4 und einer anodenseitigen Abgasleitung 5 und einer kathodenseitigen Zuführleitung 6 und einer kathodenseitigen Abgasleitung 7 erhält ein anodenseitiges, reduzierendes Brennmittel aus einem Gaserzeugungssystem 2.The burner device according to the invention is explained using the example of a preferred fuel cell system. A preferred fuel cell system is in 1 shown. A fuel cell unit 1 with an anode-side feeder 4 and an anode-side exhaust pipe 5 and a cathode-side supply line 6 and a cathode-side exhaust pipe 7 obtains an anode-side, reducing fuel from a gas generating system 2 ,

Dort wird ein Ausgangsstoff aus einem Vorratstank 3 dem Gaserzeugungssystem 2 zugeführt und chemisch in ein wasserstoffhaltiges Reformat umgewandelt, welches das Brennmittel enthält. Geeignete Ausgangsstoffe, die zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems mit Gaserzeugung geeignet sind, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffverbindungen, Ether und dergleichen, sind dem Fachmann bekannt. Kathodenseitig wird ein Oxidationsmittel zugeführt, üblicherweise Luft.There is a starting material from a storage tank 3 the gas generating system 2 fed and chemically converted into a hydrogen-containing reformate containing the fuel. Suitable starting materials suitable for operating a gas-fueled fuel cell system, such as hydrocarbons, hydrocarbon compounds, ethers and the like, are known to those skilled in the art. On the cathode side, an oxidizing agent is supplied, usually air.

Eine erfindungsgemäße Brennervorrichtung umfasst einen Brenner 8 und einen Sauerstoffsensor 13, der in einem Abgasweg 12 des Brenners 8 angeordnet ist, sowie Luftzuführungen 10, 11. Der Brenner 8 weist eine nicht dargestellte Verbrennungszone auf sowie vorzugsweise einen Vormischraum, in dem verdampfter Brennstoff mit Luft gemischt und in die Verbrennungszone geleitet wird. Der Brenner 8 ist zum Aufheizen des Gaserzeugungssystems 2 mit diesem in thermischem Kontakt, was in der Figur durch gewellte Pfeile angedeutet ist. Der Brenner 8 erhält einen flüssigen Brennstoff aus einem Vorratstank 9. Vorzugsweise ist der Brenner ein an sich bekannter Porenbrenner, der einen Vormischraum aufweist, in dem Brennstoff verdampft und mit Luft vermischt wird, bevor das Gemisch in die durch einen porösen Körper gebildete Verbrennungszone des Brenners 8 geleitet wird. In dem Abgasweg 12 des Brenners 8 ist der Sauerstoffsensor 13 zum Einstellen eines dem Brenner 8 zuzuführenden Luft-Brennmittel-Verhältnisses vorgesehen. Je eine Luftzuführung 10, 11 ist stromauf und stromab des Sauerstoffsensors 12 vorgesehen, so dass eine Luftzahl vor der Verbrennung und eine Luftzahl nach der Verbrennung eingestellt werden kann.A burner device according to the invention comprises a burner 8th and an oxygen sensor 13 that in an exhaust path 12 of the burner 8th is arranged, as well as air supply 10 . 11 , The burner 8th has a combustion zone, not shown, and preferably a pre-mixing chamber in which vaporized fuel is mixed with air and passed into the combustion zone. The burner 8th is for heating the gas generating system 2 with this in thermal contact, which is indicated in the figure by wavy arrows. The burner 8th receives a liquid fuel from a storage tank 9 , Preferably, the burner is a per se known pore burner having a premixing chamber in which fuel is vaporized and mixed with air before the mixture enters the combustion zone of the burner formed by a porous body 8th is directed. In the exhaust path 12 of the burner 8th is the oxygen sensor 13 for adjusting the burner 8th provided to be supplied air-fuel ratio. One air supply each 10 . 11 is upstream and downstream of the oxygen sensor 12 provided so that an air ratio before combustion and an air ratio after combustion can be adjusted.

Der Sauerstoffsensor 12 ist bevorzugt eine Lambdasonde, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde.The oxygen sensor 12 is preferably a lambda probe, in particular a broadband lambda probe.

Ein Verdichter 14 versorgt zumindest den Brenner 8 mit Luft. Der Verdichter 14 kann auch beide Luftzuführungen 10, 11 versorgen.A compressor 14 at least supplies the burner 8th with air. The compressor 14 can also both air supplies 10 . 11 supply.

Der Verdichter 14 ist mit einer Einheit 15, verbunden, die diesen abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors 13 ansteuert.The compressor 14 is with one unit 15 , These are dependent on a signal of the oxygen sensor 13 controls.

Zumindest beim Kaltstart wird eine Luftzahl λ des dem Brenner 8 zugeführten Luft-Brennstoff-Gemischs abhängig von einem Signal des Sauerstoffsensors 13 eingestellt. In den Brenner 8 wird zur Verbrennung des Brennstoffs und in einen Abgasweg 12 des Brenners 8 je eine Luftmenge zugeführt, die in etwa gleich groß ist, wobei die Luftzahl λ vor und nach dem Sauerstoffsensor 13 jeweils im Bereich von 1,0 bis 1,5 eingestellt wird, bevorzugt zwischen mindestens 1,3 bis höchstens 1,4 liegt. Eine Verdichterdrehzahl des Verdichters 14 zur Luftversorgung des Brenners 8 wird abhängig von dem Signal des Sauerstoffsensors 13 eingestellt, indem die Einheit 15 das Signal auswertet und ein entsprechendes Signal an den Verdichter 14 weiterleitet.At least during the cold start is an air ratio λ of the burner 8th supplied air-fuel mixture depending on a signal of the oxygen sensor 13 set. In the burner 8th becomes the combustion of the fuel and into an exhaust path 12 of the burner 8th each supplied an amount of air which is approximately the same size, wherein the air ratio λ before and after the oxygen sensor 13 is in each case set in the range from 1.0 to 1.5, preferably between at least 1.3 and at most 1.4. A compressor speed of the compressor 14 to the air supply of the burner 8th becomes dependent on the signal of the oxygen sensor 13 set by the unit 15 evaluates the signal and a corresponding Si gnal to the compressor 14 forwards.

Claims

Burner device with a burner ( 8th ), a supply of fuel and an oxidizing agent, and one in an exhaust path ( 12 ) of the burner ( 8th ) arranged oxygen sensor ( 13 ) for adjusting a combustion chamber of the burner ( 8th ) to be supplied air-fuel ratio, characterized in that a supply ( 10 . 11 ) of the oxidizing agent both before the combustion chamber and in the exhaust path ( 12 ) is provided.

Burner device according to claim 1, characterized in that an air supply ( 11 ) downstream of the oxygen sensor ( 12 ) is provided.

Burner device according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen sensor ( 12 ) is a lambda probe.

Burner device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the burner ( 8th ) is designed for operation with liquid fuel.

Burner device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a compressor ( 14 ) is provided, the at least the burner ( 8th ) supplied with air.

Burner device according to claim 5, characterized in that the compressor ( 14 ) depending on a signal of the oxygen sensor ( 13 ) is driven.

Burner device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the burner ( 8th ) is a pore burner.

Method for operating a burner device, in which in the exhaust path ( 12 ) of a burner ( 8th ) an oxygen sensor ( 13 ) for adjusting the burner ( 8th ) to be supplied to the air-fuel mixture is used, according to at least one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that a respective amount of air in the burner ( 8th ) for combustion of the fuel and in an exhaust path ( 12 ) of the burner ( 8th ) is supplied.

A method according to claim 8, characterized in that in the burner ( 8th ) for combustion of the fuel and in the exhaust path ( 12 ) of the burner ( 8th ) supplied amount of air is about the same size.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the air ratio (λ) before and after the oxygen sensor ( 13 ) is set in the range of 1.0 to 1.5, respectively.

Method according to at least one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that a compressor speed of a compressor ( 14 ) to the air supply of the burner ( 8th ) depending on a signal of the oxygen sensor ( 13 ) is set.

Method according to at least one of the preceding claims 8 to 11, characterized in that a supply of the fuel to the burner ( 8th ) depending on a signal of the oxygen sensor ( 13 ) is set.

Method according to at least one of the preceding claims 8 to 12, characterized in that prior to combustion a liquid fuel in the burner ( 8th ) is evaporated.

Method according to claim 13, characterized in that that at times the supply of liquid Fuel is interrupted.

Fuel cell system with a fuel cell unit ( 1 ) and a gas generating system ( 2 ) for generating a fuel for the fuel cell unit ( 1 ) and a burner ( 8th ) for heating the gas generating system (2), characterized in that in an exhaust gas path ( 12 ) of the burner ( 8th ) an oxygen sensor ( 13 ) for adjusting the burner ( 8th ) to be supplied air-fuel ratio is provided.

Fuel cell system according to claim 15, characterized in that an air supply ( 11 ) upstream of a combustion chamber of the burner ( 8th ) and downstream of the oxygen sensor ( 12 ) is provided.

Fuel cell system according to claim 15 or 16, characterized in that the oxygen sensor ( 12 ) is a lambda probe.

Fuel cell system according to at least one of the preceding claims 15 to 17, characterized in that the burner ( 8th ) is designed for operation with liquid fuel.

Fuel cell system according to at least one of the preceding claims 15 to 18, characterized in that a compressor ( 14 ) is provided, the at least the burner ( 8th ) supplied with air.

Fuel cell system according to claim 19, characterized in that the compressor ( 14 ) depending on a signal of the oxygen sensor ( 13 ) is driven.

Fuel cell system according to at least one of the preceding claims 15 to 20, characterized in that the burner ( 8th ) is a pore burner.