DE19941978A1 - Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines Synthesegases - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines Synthesegases

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases, insbesondere zum Betrieb einer Brennstoffzelle, wird ein Brennstoff, insbesondere Erdgas, Erdöl, partiell oxidiert. Die Verbrennung soll geräuscharm gestartet werden können. Es ist hierfür die Verbrennung des Brennstoffs in einem Brenner 1 von einer Regeleinrichtung 5 derart geregelt, daß zum Starten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl > 1 eingestellt wird und daß nach dem Starten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl < 1 geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases, insbesondere zum Betrieb einer Brennstoffzelle, aus einem Brennstoff, insbesondere Erdgas oder Erdöl. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, aus Brennstoffen, wie Erdgas oder Erdöl, durch unvollständige Verbrennung, d. h. partielle Oxidation, ein Synthesegas zu gewinnen, das sich nach Aufbereitung zum Betrieb einer Brennstoffzelle eignet und den für die Brennstoffzelle nötigen Wasserstoff liefert. Die Brennstoffzelle erzeugt aus dem Wasserstoff und Luftsauerstoff bekanntermaßen elektrische Energie und Nutzwärme.
Eine unvollständige, d. h. unterstöchiometrische Verbrennung bei einer Luftzahl Lambda <1 zu starten, ist aus sicherheitstechnischen Überlegungen schwierig, insbesondere wenn der Startvorgang geräuscharm erfolgen soll. Auch ist es aufwendig, eine stabile unterstöchiometrische Verbrennung, beispielsweise im Luftzahlbereich 0,4 bis 0,6, zu realisieren.
Aus der DE 196 18 573 C1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb eines Gasbrenners beschrieben. Von einer Regelschaltung wird ein von einer Ionisationselektrode abgeleitetes Ionisationssignal erfaßt und das Gas-Luftverhältnis auf einen Lambda- Sollwert <1 geregelt. Es soll eine emissionsarme Verbrennung gewährleistet sein. Gerät der Verbrennungsvorgang in den unterstöchiometrischen Bereich (Lambda <1), dann wird der Brenner abgeschaltet. Eine derartige Regelung eignet sich für ein Gasheizgerät.
In der DE 195 39 568 C1 ist ein weiteres Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners beschrieben. Dort soll der Einfluß einer Änderung der Proportionalität zwischen dem Lambdawert und dem daraus abgeleiteten Ionisationssignal ausgeglichen werden, damit der Lambda- Sollwert aufrechterhalten bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, bei dem eine partielle Oxidation des Brennstoffs in einem unterstöchiometrischen Luftzahlbereich stattfindet und dieser Verbrennungsvorgang sicher und geräuscharm gestartet wird.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst und bezüglich der Einrichtung durch einen weiteren Anspruch gelöst.
Dadurch, daß zum Starten des Verbrennungsvorgangs die Luftzahl zunächst auf einen Wert <1 eingestellt wird, ist erreicht, daß das Starten sicher und geräuscharm erfolgt. Erst wenn das Brennstoff- Luftgemisch gezündet hat, wird es auf eine gewünschte Luftzahl <1 geregelt, so daß der Brennstoff unvollständig verbrennt bzw. partiell oxidiert wird. Das Abgas ist damit ein Synthesegas, das sich beispielsweise für den Betrieb einer Brennstoffzelle eignet. Die Abwärme des Verbrennungsvorgangs steht als Nutzwärme zur Verfügung.
Es ist in Kauf genommen, daß während des Startens die Luftzahl im überstöchiometrischen Bereich liegt, also während des Startens die partielle Oxidation nicht erfolgt. Da die Dauer des Startvorgangs jedoch klein im Vergleich zur Dauer des Verbrennungsvorgangs im unterstöchiometrischen Luftzahlbereich klein ist, spielt dies keine ausschlaggebende Rolle.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines geregelten Brenners in Verbindung mit einer Brennstoffzelle,
Fig. 2 schematisch die Änderung der dem Brenner pro Zeiteinheit während des Verfahrens zugeführten Gasmenge,
Fig. 2a das Ionisationssignal Ui im zeitlichen Verlauf der Verbrennung nach dem Starten des Brenners und
Fig. 3 den üblichen Verlauf des Ionisationssignals Ui in Abhängigkeit von der Luftzahl (Lambda).
Ein Brenner 1 weist eine Mischkammer 2 auf. In dieser wird über ein Gebläse 3 zugeführte Verbrennungsluft und über ein Regelventil 4 zugeführter Brennstoff, beispielsweise Gas, gemischt. Eine elektronische Regeleinrichtung 5 steuert das Regelventil 4 und erfaßt die Drehzahl des Gebläses 3. Damit ist, wie unten beschrieben, auf die Steuerung der Luftzahl Lambda, also das Verhältnis der Luftmenge bezogen auf die Brennstoffmenge des Brennstoff-Luftgemisches ankommt, wäre es auch möglich, mit der Regeleinrichtung 5 die Drehzahl des Gebläses 3 und/oder das Regelventil 4 zu steuern.
An die Regeleinrichtung 5 ist eine Ionisationselektrode 6 angeschlossen, die in der Regeleinrichtung 5 ein von der jeweiligen Luftzahl des jeweiligen Verbrennungszustandes abhängiges Ionisationssignal Ui erzeugt. In Fig. 3 ist die Abhängigkeit des Ionisationssignals Ui von der Luftzahl Lambda L dargestellt. Ersichtlich hat das Ionisationssignal Ui bei der Luftzahl L = 1 ein Maximum Uimax und fällt sowohl im unterstöchiometrischen Bereich (L<1), d. h. bei Luftmangel, als auch im überstöchiometrischen Verbrennungsbereich (L<1), also bei Luftüberschuß, ab. Die Ionisationselektrode 6 kann zum Starten des Brenners gleichzeitig als Zündkerze dienen.
An der Regeleinrichtung 5 ist ein erster Sollwert Uis1 für den unterstöchiometrischen Betrieb, beispielsweise der Luftzahl 0,6, entsprechend eingestellt. An der Regeleinrichtung 5 kann außerdem ein zweiter Sollwert des Ionisationssignals Uis2 für den überstöchiometrischen Betrieb eingestellt werden, der beispielsweise der Luftzahl L = 1,3 entspricht.
An eine Abgasleitung 7 des Brenners 1 ist eine Brennstoffzelle 8 angeschlossen. Nötigenfalls kann zwischen der Brennstoffzelle 8 und der Abgasleitung 7 ein Gasaufbereitungsapparat vorgesehen sein, der den Wasserstoffgehalt des Abgases erhöht. Ein solcher Apparat kann mit einer Wasserverdampfung arbeiten und dem Abgas Kohlenmonoxid entziehen. Die Brennstoffzelle 8 erhält aus dem Verbrennungsabgas des Brenners 1 den zu ihrem Betrieb nötigen Wasserstoff. Außerdem wird der Brennstoffzelle 8 Luft zugeführt. Die von der Brennstoffzelle 8 erzeugte elektrische Energie ist an einem elektrischen Verbraucher 9 nutzbar. Die Abwärme W1 des Brenners 1 und die Abwärme W2 der Brennstoffzelle 8 lassen sich in einer Heizungsanlage nutzen. Die beschriebene Anlage eignet sich in einem Gebäude zur elektrischen Energieerzeugung und zur Heizung.
Das beschriebene Verfahren läßt sich auch in anderen Fällen einsetzen, in denen durch unterstöchiometrische Verbrennung gewonnenes Abgas als Synthesegas weiter genutzt werden soll.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Regeleinrichtung ist etwa folgende:
Um ein Brennerabgas zu erhalten, aus dem sich Wasserstoff für den Betrieb beispielsweise der Brennstoffzelle 8 gewinnen läßt, wird der Brenner 1 im unterstöchiometrischen Bereich der Luftzahl, also bei L<1, insbesondere L etwa 0,4 bis 0,6, betrieben. Im unterstöchiometrischen Bereich ist ein Starten des Brenners 1 in der Praxis schwer möglich.
Um den Brenner 1 zu starten, wird von der Regeleinrichtung 5 in einem Startzeitpunkt t0 (vgl. Fig. 2) bei laufendem Gebläse 3 das Regelventil 4 zunächst auf eine minimale Startgasmenge Psmin geöffnet. Anschließend wird dann die Gasmenge nach einer Rampenfunktion von Psmin in Richtung Psmax in einer Sicherheitszeit SZ zunehmend vergrößert, wobei die Luftzahl im überstöchiometrischen Bereich L<1 liegt. Die Ionisationselektrode 6 gibt in der Sicherheitszeit SZ als Zündkerze Zündimpulse ab.
Im Verlauf des rampenförmigen Anstiegs der Gasmenge im Startvorgang wird das Gas-Luftgemisch je nach Gasart früher oder später zünden. In Fig. 2 ist davon ausgegangen, daß ein Gas 2 bei einer Gasmenge P2 zum Zeitpunkt t2 innerhalb der Sicherheitszeit SZ, also vor dem Zeitpunkt t3 zündet.
In Fig. 2 ist angedeutet, daß ein Gas 1 schon vorher, bei einer Gasmenge P1 zum Zeitpunkt t1 zünden würde. Erfolgt bis zur Einstellung der maximalen Startgasmenge Psmax, also bis zum Zeitpunkt t3, dem Ende der Sicherheitszeit SZ, keine Zündung, dann wird das Regelventil 4 wieder abgeschaltet und/oder der Startvorgang wiederholt. Gegebenenfalls kann nach mehreren erfolglosen Startversuchen eine Störungsanzeige erfolgen.
Hat das das Gas 2 enthaltende Gas-Luftgemisch zum Zeitpunkt t2 gezündet, bleibt diese Stellung des Regelventils 4 bis zum Ende t3 der Sicherheitszeit SZ beibehalten. Die Sicherheitszeit SZ beträgt wenige s, beispielsweise 3s bis 10s.
Zum Zeitpunkt t3 wird das Gas-Luftgemisch in den meisten Fällen ziemlich geräuschlos gezündet sein, da während des Zündvorgangs, d. h. in der Sicherheitszeit SZ die Luftzahl des Gas-Luftgemisches L = <1 im überstöchiometrischen Bereich liegt. Während der Sicherheitszeit SZ wird die Elektrode 6 sowohl als Zünd- als auch als Ionisations- Meßelektrode benutzt. Nach dem Zeitpunkt t3 wird sie anschließend als Ionisationselektrode benutzt und arbeitet dann als Sensor für den Ionisationsstrom der Flammen des Brenners 1. Die Zündleitung 10 und die Meßleitung 11 liegen an der Regeleinrichtung 5. Über die Meßleitung 11 erfaßt die Regeleinrichtung 5 den jeweiligen Istwert Uiist des Ionisationssignals Ui nach Fig. 3 oder einen diesem entsprechenden vom jeweils vorliegenden Verbrennungsvorgang abhängigen Stromwert.
Die Regeleinrichtung 5 vergleicht in einer überstöchiometrischen Regelphase R1, die vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 dauert (vgl. Fig. 2 durchgezogene Linie), den jeweiligen Istwert Uiist mit dem zweiten, überstöchiometrischen Sollwert Uis2 und regelt die Luftzahl L auf den entsprechenden überstöchiometrischen Wert, beispielsweise 1,3. Während dieser überstöchiometrischen Regelphase R1, die einige s dauert, werden der Sollwert Uis2 und der Istwert Uiist etwa alle 100 ms verglichen. Die überstöchiometrische Regelphase R1 dient dazu, stabile Verbrennungsverhältnisse zu erreichen bevor in die im unterstöchiometrischen Bereich liegende unterstöchiometrische Regelphase R2 übergegangen wird.
Nach dem Zeitpunkt t4 öffnet die Regeleinrichtung 5 zeitgesteuert das Regelventil 4 weiter, so daß die Gasmenge ansteigt (vgl. Fig. 2) und das Ionisationssignal Ui ebenfalls ansteigt (vgl. Pfeil a in Fig. 2a). Dem Anstieg des Ionisationssignals Ui in Fig. 2a entspricht in Fig. 3 der Anstieg des Ionisationssignals Ui in Richtung des Pfeiles a. Ab dem Zeitpunkt t4 wird das Ionisationssignal Ui zur Kalibrierung gemessen. Im Zuge der Zuführung der Gasmenge steigt das Ionisationssignal Ui an und wird dann dessen Maximum Uimax entsprechend der Luftzahl L = 1 erreichen, was nach Fig. 2 und Fig. 2a im Zeitpunkt t5 der Fall ist. Beim oder in der Nähe des stöchiometrischen Punktes L = 1 wird die Funktion der Regeleinrichtung 5 invertiert. Dies ist zweckmäßig, weil im überstöchiometrischen Bereich ein Anstieg des Ionisationssignals Ui eine Erhöhung der Gaszufuhr zur Folge hat, wogegen im unterstöchiometrischen Bereich ein Absinken des Ionisationssignals Ui eine Erhöhung der Gaszufuhr zur Folge hat (vgl. Fig. 3). Durch diese Invertierung der Regelfunktion kann mit der gleichen Regeleinrichtung im überstöchiometrischen Bereich auf einen überstöchiometrischen Sollwert Uis2 und im unterstöchiometrischen Bereich auf einen unterstöchiometrischen Sollwert Uis1 geregelt werden.
Durch eine weitere Erhöhung der Gasmenge nach dem Zeitpunkt t5 (vgl. Fig. 2) sinkt das Ionisationssignal Ui ab (vgl. Pfeil b in Fig. 2a). Dies entspricht dem Absinken des Ionisationssignals Ui in Richtung des Pfeiles b in Fig. 3.
Zum Zeitpunkt t6 wird der unterstöchiometrische Sollwert Uis1, beispielsweise L = 0,6, erreicht sein. Der Vorgang der Erhöhung der Gasmenge läßt sich als Kalibriervorgang bezeichnen, weil dabei das maximale Ionisationssignal gemessen und überschritten wird und dieses zur Kalibrierung verwendet werden kann. Veränderungen dieses Wertes etwa infolge von Positionsveränderungen der Meßelektrode, lassen sich dadurch erkennen und entsprechend zu Justierzwecken verwenden.
An den Zeitpunkt t6 schließt sich eine zweite, unterstöchiometrische Regelphase R2 an. In dieser wird die Luftzahl auf ihren unterstöchiometrischen Sollwert Uis1 geregelt. In dieser unterstöchiometrischen Regelphase R2 wird das Abgas, Synthesegas, erzeugt, welches sich für den Betrieb der Brennstoffzelle 8 eignet. Die unterstöchiometrische Regelphase R2 ist sehr lang im Vergleich zur Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t0 und t5 bzw. t6, so daß die Dauer der für die Brennstoffzelle 8 an sich ungeeigneten überstöchiometrischen Verbrennung kurz im Vergleich zur unterstöchiometrischen Regelphase R2 ist.
Die Regelphase R1 ist nicht unbedingt erforderlich. Sie kann entfallen, wenn schon nach der Sicherheitszeit SZ für den Kalibriervorgang geeignete Verhältnisse bestehen. In Fig. 2 und in Fig. 2a sind strichliert die Verhältnisse angegeben, die sich ergeben, wenn die Regelphase R1 entfällt. Es wird dann zum Zeitpunkt t4', der mit dem Zeitpunkt t3 zusammenfällt, die Gasmenge erhöht, wobei zum Zeitpunkt t5' (entsprechend Zeitpunkt t5) das Maximum des Ionisationssignals Ui erreicht wird und danach bei weiterer Erhöhung der Gasmenge zum Zeitpunkt t6' (entsprechend Zeitpunkt t6) der unterstöchiometrische Sollwert Uis1 erreicht wird, wobei nach diesem die unterstöchiometrische Regelphase R2' auf den unterstöchiometrischen Sollwert Uis1 stattfindet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases, insbesondere zum Betrieb einer Brennstoffzelle, aus einem Brennstoff, insbesondere Erdgas oder Erdöl, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Brennstoffs in einem Brenner(1) von einer Regeleinrichtung(5) derart geregelt wird, daß zum Starten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl <1 eingestellt wird und daß nach dem Starten des Verbrennungsvorgangs das Brennstoff-Luftgemisch auf eine Luftzahl <1 geregelt wird, wobei der Brennstoff partiell oxidiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Startvorgang die Brennstoffmenge (P) nach einer Rampenfunktion (t0 bis t3) bis zum Zünden des Brennstoff- Luftgemisches bei einer Luftzahl <1 erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Brennstoffmenge während der Rampenfunktion das Brennstoff-Luftgemisch eine Luftzahl von 1 nicht unterschreitet und die Rampenfunktion (Psmin bis Psmax) durch eine vorgegebene Sicherheitszeit (SZ) begrenzt ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Startvorgang während einer ersten, überstöchiometrischen Regelphase (R1) die Verbrennung bei einer Luftzahl <1 erfolgt und daß während der Regelphase (R1) ein der Luftzahl entsprechendes elektrisches Ionisationssignal (Ui) mittels einer Ionisationselektrode (6) gemessen wird und das Brennstoff-Luftgemisch auf einen überstöchiometrischen Sollwert (Uis2) geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Sicherheitszeit (SZ) oder nach der überstöchiometrischen Regelphase (R1) die Luftzahl durch Erhöhen Brennstoffmenge oder Erniedrigen der Luftmenge erniedrigt wird und das dann auftretende Ionisationssignal (Ui) gemessen wird und daß dann, wenn das Ionisationssignal (Ui) sein Maximum (Uimax) durchläuft oder sich diesem nähert, die Luftzahl weiter auf einen Wert erniedrigt wird und beim Erreichen eines unterstöchiometrischen Sollwerts (Uis1) in einer unterstöchiometrischen Regelphase (R2) auf diesen Sollwert geregelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitszeitspanne (SZ) und ggf. die überstöchiometrische Regelphase (R1) kurz im Vergleich zu der unterstöchiometrischen Regelphase (R2) ist.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinrichtung (5) einen Brenner (1) derart regelt, daß der Brenner (1) zum Starten in einem überstöchiometrischen Bereich zündet und in einem unterstöchiometrischen Bereich weiterbrennt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Regeleinrichtung (5) invertiert, wenn das von der Regeleinrichtung (5) über eine Ionisationselektrode (6) empfangene Ionisationssignal (Ui) sein Maximum durchläuft.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenner (1) über seine Abgasleitung (7) eine Brennstoffzelle (8) nachgeschaltet ist, die zu ihrem Betrieb vom Abgas des Brenners (1) beaufschlagt ist.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abgasleitung (7) und der Brennstoffzelle (8) ein Apparat vorgesehen ist, der den von der Brennstoffzelle (8) verwertbaren Wasserstoff des Abgases des Brenners (1) erhöht.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10145441A1 (de) * 2001-09-14 2003-04-03 Ballard Power Systems Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von thermischer Energie für den Start eines Gaserzeugungssystems
EP1331444A3 (de) * 2002-01-17 2003-11-12 Vaillant GmbH Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners
DE102004058087A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 G. Kromschröder AG Verfahren zum Brennerstart eines Gasheizgeräts
WO2006061228A1 (de) * 2004-12-10 2006-06-15 European Fuel Cell Gmbh Verfahren zur bestimmung einer luftzahl bei einem brenner für ein brennstoffzellenheizgerät sowie brennstoffzellenheizgerät
DE102006043350B3 (de) * 2006-09-15 2008-04-17 Enerday Gmbh Verfahren und System zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers
EP2116509A1 (de) * 2007-03-01 2009-11-11 Panasonic Corporation Vorrichtung zur wasserstoffproduktion, antriebsverfahren dafür und brennstoffzellensystem damit
DE10059892B4 (de) * 2000-12-01 2010-04-08 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kopplungsapparats und Kraft-Wärme-Kopplungsapparat
ITUB20159682A1 (it) * 2015-12-23 2017-06-23 Idea S P A Metodo e dispositivo di controllo della combustione di un bruciatore
CN107255274A (zh) * 2017-05-24 2017-10-17 江苏师范大学 一种低氮燃气锅炉燃烧器
WO2022234359A1 (en) * 2021-05-05 2022-11-10 Ariston S.P.A. Regulation method of a premix gas burner and control and regulation device for carrying out the method
EP4180719A1 (de) * 2021-11-12 2023-05-17 Bosch Thermotechnology Ltd (UK) Luft-gas-gemisch-verbrennungsvorrichtung mit variabler zündsicherheitszeit
EP4191134A3 (de) * 2021-11-12 2023-10-18 Bosch Thermotechnology Ltd (UK) Vorrichtung zur bestimmung der frühesten flammenaussichtzeit in einer vorrichtung zur verbrennung eines luft-gas-gemisches

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444590A1 (de) * 1983-12-09 1985-06-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag Verfahren zur erzeugung von synthesegas aus einem kohlenwasserstoffbrennstoff
DE3808480A1 (de) * 1987-03-16 1988-10-06 Shell Int Research Verfahren zum initiieren eines teilverbrennungsprozesses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3444590A1 (de) * 1983-12-09 1985-06-20 Shell Internationale Research Maatschappij B.V., Den Haag Verfahren zur erzeugung von synthesegas aus einem kohlenwasserstoffbrennstoff
DE3808480A1 (de) * 1987-03-16 1988-10-06 Shell Int Research Verfahren zum initiieren eines teilverbrennungsprozesses

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10059892B4 (de) * 2000-12-01 2010-04-08 Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Betrieb eines Kraft-Wärme-Kopplungsapparats und Kraft-Wärme-Kopplungsapparat
DE10145441A1 (de) * 2001-09-14 2003-04-03 Ballard Power Systems Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen von thermischer Energie für den Start eines Gaserzeugungssystems
EP1331444A3 (de) * 2002-01-17 2003-11-12 Vaillant GmbH Verfahren zur Regelung eines Gasbrenners
EP1672280A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-21 G. Kromschröder Aktiengesellschaft Verfahren zum Brennerstart eines Gasheizgeräts
DE102004058087A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 G. Kromschröder AG Verfahren zum Brennerstart eines Gasheizgeräts
WO2006061228A1 (de) * 2004-12-10 2006-06-15 European Fuel Cell Gmbh Verfahren zur bestimmung einer luftzahl bei einem brenner für ein brennstoffzellenheizgerät sowie brennstoffzellenheizgerät
DE102004059494C5 (de) * 2004-12-10 2008-07-24 Baxi Innotech Gmbh Verfahren zur Bestimmung einer Luftzahl bei einem Brenner für ein Brennstoffzellenheizgerät sowie Brennstoffzellenheizgerät
US7931467B2 (en) 2004-12-10 2011-04-26 Baxi Innotech Gmbh Method for determining an air ratio in a burner for a fuel cell heater, a fuel cell heater
KR100986246B1 (ko) * 2004-12-10 2010-10-07 박시 이노테크 게엠베하 연료 전지 히터용 버너 내의 공기 비율을 측정하는 방법 및 연료 전지 히터
DE102006043350B3 (de) * 2006-09-15 2008-04-17 Enerday Gmbh Verfahren und System zur Regelung/Steuerung einer Gesamtluftverhältniszahl eines Reformers
EP2116509A4 (de) * 2007-03-01 2011-04-13 Panasonic Corp Vorrichtung zur wasserstoffproduktion, antriebsverfahren dafür und brennstoffzellensystem damit
EP2116509A1 (de) * 2007-03-01 2009-11-11 Panasonic Corporation Vorrichtung zur wasserstoffproduktion, antriebsverfahren dafür und brennstoffzellensystem damit
JP5204757B2 (ja) * 2007-03-01 2013-06-05 パナソニック株式会社 水素生成装置およびその運転方法、並びに燃料電池システム、
ITUB20159682A1 (it) * 2015-12-23 2017-06-23 Idea S P A Metodo e dispositivo di controllo della combustione di un bruciatore
EP3184894A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-28 Idea S.p.A. Verfahren und vorrichtung zur regelung der zündung und der verbrennung durch einen brenner
CN107255274A (zh) * 2017-05-24 2017-10-17 江苏师范大学 一种低氮燃气锅炉燃烧器
WO2022234359A1 (en) * 2021-05-05 2022-11-10 Ariston S.P.A. Regulation method of a premix gas burner and control and regulation device for carrying out the method
EP4180719A1 (de) * 2021-11-12 2023-05-17 Bosch Thermotechnology Ltd (UK) Luft-gas-gemisch-verbrennungsvorrichtung mit variabler zündsicherheitszeit
EP4191134A3 (de) * 2021-11-12 2023-10-18 Bosch Thermotechnology Ltd (UK) Vorrichtung zur bestimmung der frühesten flammenaussichtzeit in einer vorrichtung zur verbrennung eines luft-gas-gemisches

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