EP3779280A1 - Heizgerät für ein gebäude - Google Patents

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Publication number
EP3779280A1
EP3779280A1 EP20190530.4A EP20190530A EP3779280A1 EP 3779280 A1 EP3779280 A1 EP 3779280A1 EP 20190530 A EP20190530 A EP 20190530A EP 3779280 A1 EP3779280 A1 EP 3779280A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst material
heater
fuel gas
combustion
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20190530.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Wriske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP3779280A1 publication Critical patent/EP3779280A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/14—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermo-sensitive resistors
    • F23N5/143—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermo-sensitive resistors using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q11/00—Arrangement of catalytic igniters
    • F23Q11/04—Arrangement of catalytic igniters at the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/38—Electrical resistance ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00—Ignition or checking
    • F23N2227/40—Catalytic ignition

Definitions

  • the invention relates to a heating device for a building, a method for monitoring the combustion in the heating device and the use of a catalyst material.
  • the invention is used for igniting and monitoring hydrogen condensing boilers.
  • condensing boilers The usual energy source for condensing boilers is natural or liquid gas. Either an electric spark or a glow element is used to ignite the combustion process. Both measures provide the activation energy necessary to start the reaction.
  • condensing boilers In addition to a device for igniting the flame, condensing boilers generally also have a unit for monitoring the flame in order to prevent an unburned gas-air mixture from flowing out.
  • the gas types mentioned above contain hydrocarbons (CH4, C2H6, C3H8, ...) which contain ionized oxidation intermediates, especially CH radicals, during combustion. This effect is used when monitoring a flame, in that when an electric field is applied to the flame area, it is measured whether an ionization current to be expected is actually present.
  • the function groups "ignition” and “monitoring” can only partially be combined, if at all, in such natural or liquid gas condensing boilers, so that the frequent need for different functional units or increased integration effort results in comparatively high costs in the product. Furthermore, the electrodes placed in the combustion chamber are subject to high requirements in terms of geometric positioning.
  • the heater is set up to burn a fuel gas containing predominantly hydrogen, that a catalyst material is arranged in the heater to ignite the fuel gas-air mixture, that in the area of the catalyst material a temperature sensor for Monitoring the combustion is formed and that the temperature sensor is formed with the catalyst material.
  • a heating device for a building in which a fuel gas-air mixture flow is fed into a combustion chamber and ignited there, the heating device being set up to burn a fuel gas containing predominantly hydrogen, with a catalyst material for igniting the fuel gas-air mixture is arranged in the heater, wherein a temperature sensor for monitoring the combustion is formed in the region of the catalyst material and wherein the temperature sensor is formed with the catalyst material.
  • the heater is generally used to heat a building, such as a residential building, and / or in particular to heat a water supply system, such as a water circuit in the residential building.
  • the heater is usually a gas heater.
  • this relates in particular to a heater which is set up to burn one or more gases, possibly with the supply of ambient air from a building, in order to generate energy for heating, for example, water for use in an apartment.
  • the heater can be a so-called gas condensing boiler.
  • the heater generally has at least one burner (with a combustion chamber) and a delivery device such as a fan, which delivers a mixture of fuel (gas) and combustion air (through a mixture duct of the heater) to the burner.
  • the exhaust gas resulting from the combustion can then be routed through an (internal) exhaust pipe of the heater to an exhaust system (of a house).
  • One or more heaters are connected to this exhaust system.
  • a catalyst material such as platinum is placed in the gas-air mixture flow in the heater described here. Due to its properties, the catalyst material should enable the necessary activation energy to start the reaction without additional thermal energy (or ignition sparks).
  • the heater is set up to burn a fuel gas consisting of at least 90% hydrogen.
  • the heater is particularly preferably suitable for burning hydrogen with ambient air from the building.
  • the heating device can advantageously be designed as a so-called hydrogen condensing device.
  • the catalyst material is at least partially formed with platinum.
  • platinum is particularly preferred as the catalyst, since platinum, due to its properties, has the necessary activation energy to start the reaction of hydrogen and oxygen from the air without additional thermal energy (or ignition sparks) enables.
  • the catalyst material be held in the interior of the combustion chamber.
  • the catalyst material can be held in the form of a rod or a wire in an interior of the combustion chamber.
  • the catalyst material forms part of an inner surface of the combustion chamber.
  • the catalyst material can, for example, be applied to an inner wall of the combustion chamber or integrated into the inner wall.
  • a catalyst surface such as a platinum surface
  • the burner material can be completely or partially incorporated into the burner material or additionally positioned above the burner surface (e.g. as a rod). In this way, it can be ensured in a particularly advantageous manner, without further auxiliary devices, that the gas stream flowing out is also burned when the gas valve is opened.
  • a temperature sensor for monitoring the combustion is formed in the area of the catalyst material.
  • the temperature sensor is arranged and / or set up in such a way that it can be used for flame monitoring.
  • the temperature sensor can in particular be arranged and / or set up in such a way that it detects a temperature or temperature change of the Can measure catalyst material. Since the catalytic reaction is associated with heating of the catalytic converter, a conclusion about the combustion process can be drawn from the temperature or temperature change of the catalytic converter material, which is particularly advantageous for monitoring the combustion.
  • the part acting as a catalyst can be equipped with a temperature sensor which detects the heating of the catalyst associated with the catalytic reaction. This heating can then be reported back to a device control of the heater, for example.
  • the temperature sensor can be embedded in or attached to the catalytic converter as an independent sensor.
  • the temperature sensor be formed with the catalyst material.
  • the temperature-dependent electrical resistance of the catalyst material e.g. platinum
  • the catalyst material acting as an ignition catalyst is also designed as a measuring resistor.
  • the use of a platinum measuring resistor is also particularly preferred in this context.
  • the catalyst material can also preferably be heated electrically.
  • the catalyst material can be subjected to an electrical voltage be.
  • the catalyst material can (for this purpose) be connectable or connected to an electrical voltage source.
  • the catalyst material can be electrically heated for an ignition process. In other words, this can in particular also be described in such a way that the catalyst material can be or is electrically heated to support an ignition process.
  • the catalyst material be in the form of a wire which is preferably attached to a carrier layer. This can advantageously contribute to increasing the temperature sensitivity. Furthermore, the wire can be electrically heated for an ignition process.
  • the catalyst material can, for example, be designed as a thin wire and applied, for example, to a ceramic carrier layer, preferably in meandering structures.
  • a strip-shaped carrier can preferably be used.
  • the meandering structure can also be applied to the top and bottom of the carrier strip.
  • both sides can be evaluated electrically independently of one another. In this way, a one-sided drift of the sensitivity can be recognized in an advantageous manner by comparing the two values and, if necessary, the system can be brought into a safe error state if the deviation between the two measured values exceeds a tolerance limit.
  • an electrical resistance or a change in the electrical resistance of the catalyst material can preferably be measured.
  • a reference value or expected value can be stored in a device control of the heater. This can, for example, be determined at the factory as a fixed value and stored in the controller or (new) recorded after a longer period of standstill of the heater and used as a (new) reference resistance. In this way, drift effects of the measuring chain that occur over the service life of the device can be compensated for in an advantageous manner.
  • the catalyst material can be electrically heated in a heating phase.
  • the detection of the temperature or temperature change of the catalyst material is preferably interrupted in a heating phase of the catalyst material.
  • the change in the electrical resistance of the catalyst material compared to the reference value is recorded in advantageously short time intervals (for example of a maximum of one second) and further preferably with a Compared expected value of the resistance over time.
  • This expected value can also include a steady-state value for permanent burner operation and can optionally also vary as a function of the modulation specification of the heater.
  • the fuel gas supply is usually interrupted (in step c) and the system is in particular locked switched off. This advantageously ensures that malfunctions in normal operation, caused for example by aging / passivation of the catalytic surface OR the supply of fuel gases that cannot be converted by means of the catalytic converter, are detected and a safety shutdown is initiated.
  • the heating derived from the measured values occurs too quickly compared to the expected values, it can be concluded, for example, that there is a change in the thermal mass of the material used as a temperature sensor and / or the reaction temperature of the flame is higher than the expected value.
  • an excessively high steady-state measured temperature can indicate an air ratio that is too low compared to the expected value and / or a too low steady-state measured temperature may indicate an air ratio that is too high compared to the expected value.
  • a detected deviation can be fed back (to the gas-air network) by means of a control signal. For example, (in step c) if the air ratio is too low, the fan speed or output of the delivery device can be increased and / or the gas valve opening position or the fuel gas volume flow can be reduced and (vice versa) if the air ratio is too high, the fan speed or output of the delivery device can be reduced and / or the Gas valve opening position or the fuel gas volume flow can be increased.
  • the use of a catalyst material for igniting a fuel gas predominantly containing hydrogen and for monitoring the combustion of the fuel gas in a heater is proposed.
  • the heating device can be a heating device described here.
  • Figure 1 shows by way of example and schematically a heater 1 described here for a building, in which a fuel gas-air mixture flow 2 is fed into a combustion chamber 3 and ignited there, the heater 1 being set up to burn a fuel gas containing predominantly hydrogen and to ignite the Fuel gas-air mixture, a catalyst material 4 is arranged in the heater 1.
  • the heater 1 is provided and set up here for burning a fuel gas consisting of at least 90% hydrogen.
  • the burned fuel gas-air mixture can be discharged from the combustion chamber 3 via an exhaust gas flow 7.
  • the catalyst material 4 is here, for example, at least partially formed with platinum.
  • the catalyst material 4 is here, for example, in the interior of the combustion chamber 3 held. Alternatively, it can be provided, for example, that the catalyst material 4 forms part of an inner surface of the combustion chamber 3.
  • a temperature sensor for monitoring the combustion is formed in the area of the catalyst material 4.
  • the temperature sensor is formed with the catalyst material 4 (itself).
  • the catalyst material 4 can be formed, for example, in the form of a wire 5 which is fastened to a carrier layer 6, for example.
  • the ignition catalytic converter can thus function particularly advantageously at the same time as a platinum measuring resistor.
  • Figure 2 shows an example and schematically a sequence of a method described here. The method is used to monitor the combustion in a heater 1 described here.
  • the sequence of steps a), b) and c) shown with blocks 110, 120 and 130 is exemplary and can thus be run through at least once in a regular operating sequence.
  • steps a) to c) can also run at least partially in parallel or simultaneously.
  • step 110 at least one temperature or temperature change of the catalyst material 4 is recorded.
  • step 120 according to step b) the recorded temperature or temperature change is compared with at least one reference value or expected value.
  • step 130 according to step c), the operation of the heater 1 is influenced as a function of the comparison from step b).
  • the catalyst material 4 can be electrically heated.
  • the catalyst material 4 can thus be electrically heated in a heating phase, for example for (targeted) support of an ignition process.
  • the detection of the temperature or temperature change of the catalyst material 4 can advantageously be interrupted.
  • a heater, a method and a use are thus specified which are suitable for the ignition and monitoring of hydrogen-rich fuel gases and in particular reduce or even overcome the disadvantages of the prior art.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (1) für ein Gebäude, bei dem ein Brenngas-Luft-Gemischstrom (2) in einen Brennraum (3) geführt und dort gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (1) zum Verbrennen eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases eingerichtet ist, dass zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches ein Katalysatormaterial (4) in dem Heizgerät (1) angeordnet ist, dass im Bereich des Katalysatormaterials (4) ein Temperatursensor zum Überwachen der Verbrennung gebildet ist und dass der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterial (4) gebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizgerät für ein Gebäude, ein Verfahren zum Überwachen der Verbrennung in dem Heizgerät sowie eine Verwendung eines Katalysatormaterials. Insbesondere kommt die Erfindung zum Zünden und Überwachen von Wasserstoff-Brennwertgeräten zur Anwendung.
  • Der übliche Energieträger bei Brennwertgeräten ist Erd- oder Flüssiggas. Zur Zündung des Verbrennungsprozesses wird dabei entweder ein elektrischer Funken oder ein Glühelement eingesetzt. Durch beide Maßnahmen wird die zum Start der Reaktion notwendige Aktivierungsenergie bereitgestellt. Neben einer Einrichtung zum Zünden der Flamme weisen Brennwertgeräte in der Regel auch eine Einheit zur Überwachung der Flamme auf, um das Ausströmen eines unverbrannten Gas-Luft-Gemisches zu vermeiden. Die oben genannten Gasarten enthalten Kohlenwasserstoffe (CH4, C2H6, C3H8, ...), die während der Verbrennung ionisierte Oxidationszwischenprodukte, insbesondere CH-Radikale, aufweisen. Dieser Effekt wird bei der Überwachung einer Flamme ausgenutzt, indem bei Anlegen eines elektrischen Feldes an den Flammbereich gemessen wird, ob ein zu erwartender lonisationsstrom tatsächlich vorliegt.
  • Die Funktionsgruppen "Zündung" und "Überwachung" sind bei solchen Erd- oder Flüssiggas-Brennwertgeräten wenn überhaupt, dann nur teilweise kombinierbar, sodass sich durch die häufige Notwendigkeit verschiedener Funktionseinheiten oder einen erhöhten Integrationsaufwand vergleichsweise hohe Kosten im Produkt ergeben. Weiterhin unterliegen die im Brennraum platzierten Elektroden hohen Anforderungen an die geometrische Positionierung.
  • Bei Brenngasen, die ausschließlich oder in hohen Anteilen Wasserstoff enthalten, treten bei der Verbrennung keine ionisierten kohlenstoffbasierten Oxidationszwischenprodukte auf, sodass die im Stand der Technik beschriebene Methode zur Flammüberwachung nicht anwendbar ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Heizgerät sowie ein Verfahren bereitzustellen, die sich für die Zündung und Überwachung von wasserstoffreichen Brenngasen eignen und vorzugsweise die Nachteile des Standes der Technik reduzieren oder sogar überwinden.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Heizgerät zum Verbrennen eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases eingerichtet ist, dass zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches ein Katalysatormaterial in dem Heizgerät angeordnet ist, dass im Bereich des Katalysatormaterials ein Temperatursensor zum Überwachen der Verbrennung gebildet ist und dass der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterial gebildet ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Hierzu trägt ein Heizgerät für ein Gebäude bei, bei dem ein Brenngas-Luft-Gemischstrom in einen Brennraum geführt und dort gezündet wird, wobei das Heizgerät zum Verbrennen eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases eingerichtet ist, wobei zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches ein Katalysatormaterial in dem Heizgerät angeordnet ist, wobei im Bereich des Katalysatormaterials ein Temperatursensor zum Überwachen der Verbrennung gebildet ist und wobei der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterial gebildet ist.
  • Das Heizgerät dient in der Regel zur Heizung eines Gebäudes, wie beispielsweise eines Wohngebäudes und/oder insbesondere zur Heizung einer Wasserführung, wie etwa eines Wasserkreislaufs in dem Wohngebäude. Bei dem Heizgerät handelt es sich in der Regel um ein Gasheizgerät. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Heizgerät, welches dazu eingerichtet ist, einen oder mehrere Gase, ggf. unter Zufuhr von Umgebungsluft aus einem Gebäude zu verbrennen, um Energie zur Erwärmung von beispielsweise Wasser zum Gebrauch in einer Wohnung zu erzeugen.
  • Beispielsweise kann es sich bei dem Heizgerät um ein sogenanntes Gas-Brennwertgerät handeln. Das Heizgerät weist in der Regel zumindest einen Brenner (mit einem Brennraum) und eine Fördereinrichtung wie etwa ein Gebläse auf, die ein Gemisch von Brennstoff (Gas) und Verbrennungsluft (durch einen Gemischkanal des Heizgeräts) zum Brenner fördert. Anschließend kann das durch die Verbrennung entstehende Abgas durch ein (internes) Abgasrohr des Heizgeräts zu einer Abgasanlage (eines Hauses) geführt werden. An dieser Abgasanlage sind ein oder mehrere Heizgeräte angeschlossen.
  • Um die Zündung des Gemisches vorzunehmen, wird bei dem hier beschriebenen Heizgerät ein Katalysatormaterial, wie zum Beispiel Platin, in dem Gas-Luft-Gemischstrom platziert. Das Katalysatormaterial sollte auf Grund seiner Eigenschaften die notwendige Aktivierungsenergie zum Starten der Reaktion ohne zusätzliche thermische Energie (bzw. Zündfunken) ermöglichen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Heizgerät zum Verbrennen eines zu mindestens 90% aus Wasserstoff bestehenden Brenngases eingerichtet ist. Besonders bevorzugt ist das Heizgerät zum Verbrennen von Wasserstoff mit Umgebungsluft aus dem Gebäude geeignet. In diesem Zusammenhang kann das Heizgerät in vorteilhafter Weise als sogenanntes Wasserstoff-Brennwertgerät ausgeführt sein.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Katalysatormaterial zumindest teilweise mit Platin gebildet ist. Insbesondere wenn das Brenngas zu mindestens 90% aus Wasserstoff besteht, ist Platin als Katalysator besonders bevorzugt, da Platin auf Grund seiner Eigenschaften die notwendige Aktivierungsenergie zum Starten der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft ohne zusätzliche thermische Energie (bzw. Zündfunken) besonders vorteilhaft ermöglicht.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass Katalysatormaterial im Innern des Brennraum gehalten ist. Beispielsweise kann das Katalysatormaterial in Form eines Stabes oder eines Drahtes in einem Innenraum des Brennraumes gehalten sein.
  • Alternativ oder kumulativ kann vorgesehen sein, dass das Katalysatormaterial einen Teil einer Innenoberfläche des Brennraums bildet. In diesem Zusammenhang kann das Katalysatormaterial beispielsweise auf eine Innenwand des Brennraums aufgebracht oder in die Innenwand integriert sein.
  • Beispielsweise kann eine Katalysatoroberfläche, wie etwa eine Platinoberfläche in das Brennermaterial vollständig oder partiell eingebracht werden oder oberhalb von der Brenneroberfläche zusätzlich (z. B. als Stab) positioniert werden. Damit kann in besonders vorteilhafter Weise ohne weitere Hilfseinrichtungen gewährleistet werden, dass mit dem Öffnen des Gasventils der ausströmende Gasstrom auch verbrannt wird.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass im Bereich des Katalysatormaterials ein Temperatursensor zur Überwachen der Verbrennung gebildet ist. Insbesondere ist der Temperatursensor so angeordnet und/oder eingerichtet, dass er zur Flammenüberwachung eingesetzt werden kann. Der Temperatursensor kann in diesem Zusammenhang insbesondere so angeordnet und/oder eingerichtet sein, dass er eine Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials messen kann. Da die katalytische Reaktion mit einer Erwärmung des Katalysators verbunden ist, kann über die Temperatur bzw. Temperaturänderung des Katalysatormaterials ein Rückschluss auf den Verbrennungsprozesses gezogen werden, der für die Überwachen der Verbrennung besonders vorteilhaft ist.
  • Dies kann mit anderen Worten insbesondere auch so beschrieben werden, dass zur Überwachung des Verbrennungsprozesses der als Katalysator wirkende Teil mit einem Temperatursensor ausgestattet sein kann, der die mit der katalytischen Reaktion verbundene Erwärmung des Katalysators erfasst. Anschließend kann diese Erwärmung beispielsweise an eine Gerätesteuerung des Heizgerätes zurückmeldet werden. Dabei kann der Temperatursensor als eigenständiger Sensor in den Katalysator eingebettet oder an diesen angelagert sein.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterial gebildet ist. Alternativ zu einem eigenständigen Sensor kann in diesem Zusammenhang, in besonders vorteilhafter Weise der temperaturabhängige elektrische Widerstand des Katalysatormaterials (z. B. Platin) selbst genutzt werden, um daraus insbesondere mittels R=U/I und durch das Aufprägen einer Spannung (bzw. eines Stromes) und das Messen des Stromes (bzw. der Spannung) den temperaturabhängigen Widerstand und somit mittelbar die Temperatur bzw. Temperaturänderung des Katalysatormaterials zu bestimmten.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das als Zündkatalysator wirkende Katalysatormaterial zudem als Messwiderstand ausgeführt. Auch in diesem Zusammenhang ist die Verwendung eines Platin-Messwiderstands besonders bevorzugt.
  • Weiterhin bevorzugt ist das Katalysatormaterial elektrisch beheizbar. Zur elektrischen Beheizung kann das Katalysatormaterial mit einer elektrischen Spannung beaufschlagbar sein. Das Katalysatormaterial kann (hierzu) mit einer elektrischen Spannungsquelle verbindbar bzw. verbunden sein. Insbesondere ist das Katalysatormaterial für einen Zündvorgang elektrisch beheizbar. Dies kann mit anderen Worten insbesondere auch so beschrieben werden, dass das Katalysatormaterial zum Unterstützen eines Zündvorgangs elektrisch beheizbar ist bzw. elektrisch beheizt wird.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Katalysatormaterial in Form eines Drahtes gebildet ist, der vorzugsweise auf einer Trägerschicht befestigt ist. Dies kann in vorteilhafter Weise zur Erhöhung der Temperatursensitivität beitragen. Weiterhin kann der Draht für einen Zündvorgang elektrisch beheizbar sein.
  • Zur Erhöhung der Temperatursensitivität kann das Katalysatormaterial beispielsweise als dünner Draht ausgeführt und zum Beispiel auf eine keramische Trägerschicht aufgebracht werden, bevorzugt in mäanderförmigen Strukturen. Bevorzugt kann ein streifenförmiger Träger eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang kann die Mäanderstruktur auch auf Ober- und Unterseite des Trägerstreifens aufgebracht werden. Weiterhin können dabei beide Seiten elektrisch unabhängig voneinander ausgewertet werden. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise durch Vergleich beider Werte eine einseitige Drift der Sensitivität erkannt werden und ggf. bei einer über eine Toleranzgrenze hinausgehenden Abweichung zwischen beiden Messwerten das System in einen sicheren Fehlerzustand gebracht werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Überwachen der Verbrennung in einem hier beschriebenen Heizgerät vorgeschlagen, umfassend zumindest folgende Schritte:
    1. a) Erfassen mindestens einer Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials,
    2. b) Vergleichen der erfassten Temperatur oder Temperaturänderung mit zumindest einem Referenzwert oder Erwartungswert,
    3. c) Beeinflussen des Betriebs des Heizgeräts in Abhängigkeit des Vergleichs aus Schritt b).
  • Für das Erfassen der mindestens einen Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials kann vorzugsweise ein elektrischer Widerstand oder eine Änderung des elektrischen Widerstand des Katalysatormaterials gemessen werden.
  • Für die Überwachung der Verbrennung kann in einer Gerätsteuerung des Heizgerätes ein Referenzwert oder Erwartungswert, wie beispielsweise ein Referenzwiderstandswert gespeichert sein. Dieser kann beispielsweise als fester Wert werksseitig ermittelt und in der Steuerung abgelegt werden oder nach einer längeren Stillstandphase des Heizgerätes (neu) erfasst und als (jeweils neuer) Referenzwiderstand herangezogen werden. Auf diese Weise können über die Lebensdauer des Gerätes auftretende Drifteffekte der Messkette in vorteilhafter Weise kompensiert werden.
  • Weiterhin kann das Katalysatormaterial in einer Heizphase elektrisch beheizt werden. Vorzugsweise wird in einer Heizphase des Katalysatormaterials das Erfassen der Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials (gemäß Schritt a)) unterbrochen.
  • Bevorzugt wird während des Betriebs (d.h. während der Zündung bzw. Verbrennung), insbesondere während des Startvorgangs des Heizgerätes die Änderung des elektrischen Widerstandes des Katalysatormaterials gegenüber dem Referenzwert in vorteilhaft kurzen zeitlichen Intervallen (zum Beispiel von maximal einer Sekunde) erfasst und weiterhin bevorzugt mit einem Erwartungswert des zeitlichen Verlaufs des Widerstands verglichen. Dieser Erwartungswert kann auch einen stationären Wert für dauerhaften Brennerbetrieb umfassen und kann ggf. auch in Abhängigkeit der Modulationsvorgabe des Heizgerätes variieren.
  • Sofern die gemessenen Widerstandswerte mit keiner erwarteten oder zulässigen (bzw. einer außerhalb eines Toleranzbereichs liegenden) Erwärmung korrespondieren, wird in der Regel die Brenngaszufuhr (in Schritt c) unterbrochen und das System insbesondere verriegelnd abgeschaltet. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass Störungen im bestimmungsgemäßen Betrieb, hervorgerufen zum Beispiel durch Alterung/Passivierung der katalytischen Oberfläche ODER Zufuhr von Brenngasen, die nicht mittels des Katalysators umgesetzt werden können, detektiert werden und eine Sicherheitsabschaltung eingeleitet wird.
  • Sofern die aus den Messwerten abgeleitete Erwärmung gegenüber den Erwartungswerten zu schnell erfolgt, kann beispielsweise darauf zurückgeschlossen werden, dass eine Änderung der thermischen Masse des als Temperaturmessers eingesetzten Materials vorliegt und/oder die Reaktionstemperatur der Flamme höher ist, als es dem Erwartungswert entspricht.
  • Sofern der Brennerbetrieb bei insbesondere (quasi) unveränderter Modulationsvorgabe eine den stationären Betrieb repräsentierende Dauer überschritten hat und der gemessene Wert um einen außerhalb eines Toleranzbereichs liegenden Betrag vom Erwartungswert abweicht, kann (in Schritt c) hierdurch eine Korrekturvorgabe für das Gas-Luft-Verhältnis bei überstöchiometrischer Luftzahl abgeleitet werden.
  • In diesem Zusammenhang kann eine zu hohe stationäre gemessene Temperatur auf eine gegenüber dem Erwartungswert zu kleine Luftzahl hinweisen und/oder eine zu niedrige stationäre gemessene Temperatur auf eine gegenüber dem Erwartungswert zu große Luftzahl hinweisen. Mittels eines Steuersignal kann eine erfasste Abweichung (in den Gas-Luftverbund) zurückgeführt werden. Beispielsweise kann (in Schritt c) bei zu kleiner Luftzahl die Gebläsedrehzahl bzw. Leistung der Fördereinrichtung erhöht und/oder die Gasventilöffnungsposition bzw. der Brenngasvolumenstrom reduziert werden und (umgekehrt) bei zu großer Luftzahl die Gebläsedrehzahl bzw. Leistung der Fördereinrichtung reduziert und/oder die Gasventilöffnungsposition bzw. der Brenngasvolumenstrom vergrößert werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Verwendung eines Katalysatormaterials zum Zünden eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases und zum Überwachen der Verbrennung des Brenngases in einem Heizgerät vorgeschlagen. Bei dem Heizgerät kann es sich in diesem Zusammenhang um ein hier beschriebenes Heizgerät handeln.
  • Die im Zusammenhang mit dem Heizgerät erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei dem hier vorgestellten Verfahren und/oder der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert.
  • Es stellen dar:
    • Figur 1:
    beispielhaft und schematisch ein hier beschriebenes Heizgerät, und
    Figur 2:
    beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier beschriebenen Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier beschriebenes Heizgerät 1 für ein Gebäude, bei dem ein Brenngas-Luft-Gemischstrom 2 in einen Brennraum 3 geführt und dort gezündet wird, wobei das Heizgerät 1 zum Verbrennen eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases eingerichtet ist und dass zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches ein Katalysatormaterial 4 in dem Heizgerät 1 angeordnet ist. Beispielhaft ist das Heizgerät 1 hier zum Verbrennen eines zu mindestens 90% aus Wasserstoff bestehenden Brenngases vorgesehen und eingerichtet. Das verbrannte Brenngas-Luft-Gemisch kann über einen Abgasstrom 7 aus dem Brennraum 3 abgeführt werden.
  • Weiterhin ist das Katalysatormaterial 4 hier beispielsweise zumindest teilweise mit Platin gebildet ist. Zudem ist das Katalysatormaterial 4 hier zum Beispiel im Innern des Brennraum 3 gehalten. Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Katalysatormaterial 4 einen Teil einer Innenoberfläche des Brennraums 3 bildet.
  • Im Bereich des Katalysatormaterials 4 ist ein Temperatursensor zur Überwachen der Verbrennung gebildet. Hierzu ist der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterials 4 (selbst) gebildet. Dazu kann das Katalysatormaterial 4 beispielsweise in Form eines Drahtes 5 gebildet sein, der zum Beispiel auf einer Trägerschicht 6 befestigt ist. Gemäß dem hier gezeigten Beispiel kann somit der Zündkatalysator besonders vorteilhaft gleichzeitig als Platin-Messwiderstand fungieren.
  • Figur 2 zeigt beispielhaft und schematisch einen Ablauf eines hier beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren dient zum Überwachen der Verbrennung in einem hier beschriebenen Heizgerät 1. Die mit den Blöcken 110, 120 und 130 gezeigte Reihenfolge der Schritte a), b) und c) ist beispielhaft und kann so zumindest einmal bei einem regulären Betriebsablauf durchlaufen werden. Darüber hinaus können die Schritte a) bis c) auch zumindest teilweise parallel oder gleichzeitig ablaufen.
  • In Block 110 erfolgt gemäß Schritt a) ein Erfassen mindestens einer Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials 4. In Block 120 erfolgt gemäß Schritt b) ein Vergleichen der erfassten Temperatur oder Temperaturänderung mit zumindest einem Referenzwert oder Erwartungswert. In Block 130 erfolgt gemäß Schritt c) ein Beeinflussen des Betriebs des Heizgeräts 1 in Abhängigkeit des Vergleichs aus Schritt b).
  • Damit wird auch ein Beispiel für eine Verwendung eines Katalysatormaterials 4 zum Zünden eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases und zum Überwachen der Verbrennung des Brenngases in einem Heizgerät 1 gezeigt.
  • Weiterhin kann das Katalysatormaterial 4 elektrisch beheizbar sein. Somit kann das Katalysatormaterial 4 in einer Heizphase, beispielsweise zur (gezielten) Unterstützung eines Zündvorgangs elektrisch beheizt werden. In der Heizphase des Katalysatormaterials 4 kann das Erfassen der Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials 4 vorteilhaft unterbrochen werden.
  • Somit werden ein Heizgerät, ein Verfahren und eine Verwendung angegeben, die sich für die Zündung und Überwachung von wasserstoffreichen Brenngasen eignen und insbesondere die Nachteile des Standes der Technik reduzieren oder sogar überwinden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Brenngas-Luft-Gemischstrom
    3
    Brennraum
    4
    Katalysatormaterial
    5
    Draht
    6
    Trägerschicht
    7
    Abgasstrom

Claims (15)

  1. Heizgerät (1) für ein Gebäude, bei dem ein Brenngas-Luft-Gemischstrom (2) in einen Brennraum (3) geführt und dort gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (1) zum Verbrennen eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases eingerichtet ist, dass zum Zünden des Brenngas-Luft-Gemisches ein Katalysatormaterial (4) in dem Heizgerät (1) angeordnet ist, dass im Bereich des Katalysatormaterials (4) ein Temperatursensor zum Überwachen der Verbrennung gebildet ist und dass der Temperatursensor mit dem Katalysatormaterial (4) gebildet ist.
  2. Heizgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizgerät (1) zum Verbrennen eines zu mindestens 90% aus Wasserstoff bestehenden Brenngases eingerichtet ist.
  3. Heizgerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (4) zumindest teilweise mit Platin gebildet ist.
  4. Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Katalysatormaterial (4) im Innern des Brennraums (3) gehalten ist.
  5. Heizgerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Katalysatormaterial (4) einen Teil einer Innenoberfläche des Brennraums (3) bildet.
  6. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Zündkatalysator wirkende Katalysatormaterial (4) zudem als Messwiderstand ausgeführt ist.
  7. Heizgerät (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand ein Platin-Messwiderstand ist.
  8. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (4) elektrisch beheizbar ist.
  9. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (4) in Form eines Drahtes (5) gebildet ist.
  10. Heizgerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (5) auf einer Trägerschicht (6) befestigt ist.
  11. Heizgerät (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (5) für einen Zündvorgang elektrisch beheizbar ist.
  12. Verfahren zum Überwachen der Verbrennung in einem Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest folgende Schritte:
    a) Erfassen mindestens einer Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials (4),
    b) Vergleichen der erfassten Temperatur oder Temperaturänderung mit zumindest einem Referenzwert oder Erwartungswert,
    c) Beeinflussen des Betriebs des Heizgeräts (1) in Abhängigkeit des Vergleichs aus Schritt b).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Katalysatormaterial (4) in einer Heizphase elektrisch beheizt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei in einer Heizphase des Katalysatormaterials (4) das Erfassen der Temperatur oder Temperaturänderung des Katalysatormaterials (4) unterbrochen wird.
  15. Verwendung eines Katalysatormaterials (4) zum Zünden eines überwiegend Wasserstoff enthaltenden Brenngases und zum Überwachen der Verbrennung des Brenngases in einem Heizgerät (1).
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