EP4119844A1 - Burner device and method for operating a burner device - Google Patents

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EP4119844A1
EP4119844A1 EP22183499.7A EP22183499A EP4119844A1 EP 4119844 A1 EP4119844 A1 EP 4119844A1 EP 22183499 A EP22183499 A EP 22183499A EP 4119844 A1 EP4119844 A1 EP 4119844A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monitoring electrode
flame
evaluation device
voltage source
burner
Prior art date
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Pending
Application number
EP22183499.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Eugen Gleim
Andreas Muhlack
Martin Ries
Sven Stutzmann
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.)
Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4119844A1 publication Critical patent/EP4119844A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • 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
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Definitions

  • the invention relates to a burner device according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a burner device according to the preamble of patent claim 8.
  • a burner device of the type mentioned is from the patent document DE 10 2004 059 494 A1 known.
  • This burner device consists of a burner for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode assigned to the flame with an electronic evaluation device (see there in particular paragraph [0036]).
  • This solution is a so-called reformer burner, as used in the operation of fuel cells. In this case, hydrogen-rich reformate of the fuel cell can also be fed to the burner.
  • a gas mixture is to be understood as meaning a mixture that consists at least of hydrogen and air.
  • the gas mixture can also contain, for example, methane gas or the like.
  • the mixture of hydrogen and another combustible gas such as methane gas or the like is called here and hereinafter combustible gas mixture. Together with the air, it forms the said gas mixture.
  • the object of the invention is to provide a burner device and a method for operating a burner device to improve the type mentioned above.
  • a burner device and a method for operating a burner device are to be created with which gas mixtures that at least largely or also consist solely of air and hydrogen can be burned safely.
  • the monitoring electrode is designed to be electrically connected to a DC voltage source and to a measuring resistor monitored by the electronic evaluation device.
  • the monitoring electrode is subjected to electrical voltage using a DC voltage source and is monitored using a measuring resistor which is electrically connected to the electronic evaluation device.
  • the burner device according to the invention and the method according to the invention are characterized in that instead of an AC voltage source, a DC voltage source and a measuring resistor are provided for flame monitoring. It was surprisingly found that a flame containing hydrogen or reaction products of hydrogen behaves like a classic (ohmic) electrical resistance and accordingly with the help of a simple Measuring resistor, also called shunt, can be monitored. In the aforementioned prior art, on the other hand, so-called ionization current monitoring, which is typical for burners, takes place, but this does not work due to the lack of a rectifying effect of hydrogen in burners for burning high proportions of hydrogen.
  • the direct current source, the measuring resistor and the monitoring electrode are electrically connected in series, which will be discussed in more detail below.
  • the burner device shown in the single figure initially consists in a known manner of a burner 1 for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode 2 assigned to the flame with an electronic evaluation device 3.
  • a burner 1 is used to generate a hydrogen containing gas mixture is burned to form a flame and the flame is monitored with one of these associated monitoring electrode 2 with an electronic evaluation device 3.
  • the monitoring electrode 2 is electrically connected to a DC voltage source 4 and to a measuring resistor 5 monitored by the electronic evaluation device 3 .
  • Procedurally expressed is essential for the solution according to the invention that the monitoring electrode 2 is set with a DC voltage source 4 under electrical voltage and with an electrically connected to the electronic evaluation device 3 associated measuring resistor 5 is monitored.
  • a fuel gas mixture consisting of hydrogen and another combustible gas (unlike the aforementioned gas mixture).
  • a proportion of hydrogen in the fuel gas mixture of at least 20% by volume, preferably at least 50% by volume, very particularly preferably at least 95% by volume or such a fuel gas mixture is used.
  • the burner device according to the invention and the method according to the invention for operating a burner device is also, as already explained above, provided in particular for burning gas mixtures that consist at least largely or solely of air and hydrogen as completely as possible.
  • the above stipulation that the gas mixture is formed from (the) air and the combustible gas mixture continues to apply, in which case (again striving for as complete combustion as possible) the aforementioned stipulation "to a large extent" means that the gas mixture is at least 60% by volume. consists of air and hydrogen, preferably at least 75% by volume of air and hydrogen, particularly preferably 97% by volume of air and hydrogen.
  • the burner device provision is also preferably made (cf. FIG. 1) for the DC voltage source 4, the measuring resistor 5 and the monitoring electrode 2 to be electrically connected in series.
  • the evaluation device 3 is electrically connected on the one hand to a first electrical connection 3.1 between the DC voltage source 4 and the measuring resistor 5 and on the other hand to a second electrical connection 3.2 between the measuring resistor 5 and the monitoring electrode 2.
  • the measuring resistor 5 has an electrical (total) resistance of between 3 to 7 M ⁇ , preferably 4 to 6 M ⁇ , particularly preferably 5 M ⁇ .
  • the measuring resistor 5 is particularly preferably formed from at least two partial resistors. Since different gas compositions can lead to very different resistance characteristics, it is further particularly preferred that the electrical resistance of one partial resistance is at least five hundred times greater than the electrical resistance of the other partial resistance.
  • the monitoring electrode 2 is arranged outside a reaction area of the flame, preferably at a distance of between 1 and 4 cm, particularly preferably at a distance of between 2 and 3 cm, from the reaction area of the flame.
  • the evaluation device 3 measures a voltage drop across the measuring resistor 5 . It is preferred that a current coming from the DC voltage source 4 is calculated from the voltage drop. It is also preferred that from the voltage drop An electrical resistance between the monitoring electrode 2 and an electrical reference point 6, preferably an electrical ground, is determined at the measuring resistor 5 and the current coming from the DC voltage source 4.
  • the evaluation device 3 it is preferable for the evaluation device 3 to evaluate an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 below a predetermined value as an indication of the presence of the flame.
  • the evaluation device 3 shows an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the M ⁇ range (more precisely: in the range from 1 to 999 M ⁇ ) as an indication of the presence of the flame and in the G ⁇ -Range (more precisely: in the range from 1 to 999 G ⁇ ) is evaluated as an indication of the absence of the flame.
  • the evaluation device 3 evaluates an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the range from 500 to 999 k ⁇ as an indication of a flame arising from a hydrogen-free gas mixture. In addition, it is preferable for the evaluation device 3 to use an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the range of up to 499 k ⁇ , depending on the size of the series resistances used in the evaluation device 3, as an indication of a short circuit between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 is evaluated.
  • the above-mentioned evaluation of the measured values for the amount of electrical resistance determined between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 is preferably output as an informational, preferably electronically processable signal from the evaluation device 3.
  • the monitoring electrode 2 is electrically charged at least temporarily and as an alternative to the DC voltage source 4 with an AC voltage source and monitored with the electronic evaluation device 3 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung, umfassend einen Brenner (1) zum Verbrennen eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches unter Ausbildung einer Flamme und eine der Flamme zugeordnete Überwachungselektrode (2) mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung (3). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungselektrode (2) mit einer Gleichspannungsquelle (4) und mit einem von der elektronischen Auswertungseinrichtung (3) überwachten Messwiderstand (5) elektrisch verbunden ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung.The invention relates to a burner device, comprising a burner (1) for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode (2) associated with the flame and having an electronic evaluation device (3). According to the invention, the monitoring electrode (2) is electrically connected to a DC voltage source (4) and to a measuring resistor (5) monitored by the electronic evaluation device (3). The invention also relates to a method for operating a burner device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.The invention relates to a burner device according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a burner device according to the preamble of patent claim 8.

Eine Brennervorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument DE 10 2004 059 494 A1 bekannt. Diese Brennervorrichtung besteht aus einem Brenner zum Verbrennen eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches unter Ausbildung einer Flamme und einer der Flamme zugeordneten Überwachungselektrode mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung (siehe dort insbesondere Absatz [0036]). Bei dieser Lösung handelt es sich um einen sogenannten Reformerbrenner, wie er beim Betrieb von Brennstoffzellen verwendet wird. Dabei kann dem Brenner auch wasserstoffreiches Reformat der Brennstoffzelle zugeführt werden.A burner device of the type mentioned is from the patent document DE 10 2004 059 494 A1 known. This burner device consists of a burner for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode assigned to the flame with an electronic evaluation device (see there in particular paragraph [0036]). This solution is a so-called reformer burner, as used in the operation of fuel cells. In this case, hydrogen-rich reformate of the fuel cell can also be fed to the burner.

Unter Gasgemisch ist dabei hier und im Folgenden ein Gemisch zu verstehen, dass mindestens aus Wasserstoff und Luft besteht. Zusätzlich kann das Gasgemisch aber auch zum Beispiel Methangas oder dergleichen enthalten. Das Gemisch aus Wasserstoff und einem anderen verbrennbaren Gas wie Methangas oder dergleichen wird hier und im Folgenden Brenngasgemisch genannt. Es bildet zusammen mit der Luft das besagte Gasgemisch.Here and in the following, a gas mixture is to be understood as meaning a mixture that consists at least of hydrogen and air. In addition, however, the gas mixture can also contain, for example, methane gas or the like. The mixture of hydrogen and another combustible gas such as methane gas or the like is called here and hereinafter combustible gas mixture. Together with the air, it forms the said gas mixture.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennervorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine Brennervorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung geschaffen werden, mit der bzw. dem auch Gasgemische, die zumindest zu großen Teilen oder auch allein aus Luft und Wasserstoff bestehen, sicher verbrannt werden können.The object of the invention is to provide a burner device and a method for operating a burner device to improve the type mentioned above. In particular, a burner device and a method for operating a burner device are to be created with which gas mixtures that at least largely or also consist solely of air and hydrogen can be burned safely.

Diese Aufgabe ist gegenständlich mit einer Brennervorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 8 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved with a burner device of the type mentioned by the features listed in the characterizing part of patent claim 1. In terms of the method, this object is achieved with a method of the type mentioned at the outset by the features listed in the characterizing part of patent claim 8 .

Nach der Erfindung ist gegenständlich also vorgesehen, dass die Überwachungselektrode mit einer Gleichspannungsquelle und mit einem von der elektronischen Auswertungseinrichtung überwachten Messwiderstand elektrisch verbunden ausgebildet ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt ist vorgesehen, dass die Überwachungselektrode mit einer Gleichspannungsquelle unter elektrische Spannung gesetzt und mit einem elektrisch mit der elektronischen Auswertungseinrichtung verbundenen Messwiderstand überwacht wird.According to the invention, it is objectively provided that the monitoring electrode is designed to be electrically connected to a DC voltage source and to a measuring resistor monitored by the electronic evaluation device. Expressed in terms of the method, it is provided that the monitoring electrode is subjected to electrical voltage using a DC voltage source and is monitored using a measuring resistor which is electrically connected to the electronic evaluation device.

Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Brennervorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass zur Flammenüberwachung statt einer Wechselspannungsquelle eine Gleichspannungsquelle und ein Messwiderstand vorgesehen sind. Es wurde nämlich überraschend festgestellt, dass sich eine Wasserstoff bzw. Reaktionsprodukte von Wasserstoff enthaltende Flamme wie ein klassischer (ohmscher) elektrischer Widerstand verhält und dementsprechend mit Hilfe eines einfachen Messwiderstandes, auch Shunt genannt, überwachbar ist. Beim vorgenannten Stand der Technik erfolgt dagegen eine bei Brennern typische, sogenannte Ionisationsstromüberwachung, die aber aufgrund der fehlenden Gleichrichterwirkung von Wasserstoff bei Brennern zum Verbrennen von hohen Wasserstoffanteilen nicht funktioniert.In other words, the burner device according to the invention and the method according to the invention are characterized in that instead of an AC voltage source, a DC voltage source and a measuring resistor are provided for flame monitoring. It was surprisingly found that a flame containing hydrogen or reaction products of hydrogen behaves like a classic (ohmic) electrical resistance and accordingly with the help of a simple Measuring resistor, also called shunt, can be monitored. In the aforementioned prior art, on the other hand, so-called ionization current monitoring, which is typical for burners, takes place, but this does not work due to the lack of a rectifying effect of hydrogen in burners for burning high proportions of hydrogen.

Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, ganz besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Gleichstromquelle, der Messwiderstand und die Überwachungselektrode elektrisch in Reihe geschaltet ausgebildet sind.Considered in more detail, it is particularly preferred that the direct current source, the measuring resistor and the monitoring electrode are electrically connected in series, which will be discussed in more detail below.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Brennervorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Brennervorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.Other advantageous developments of the burner device according to the invention and the method according to the invention for operating a burner device result from the dependent patent claims.

Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgende Dokumente hingewiesen:
Aus dem Dokument DE 10 2019 121 973 A1 ist ein Heizgerät für ein Gebäude bekannt, bei dem die Flammenüberwachung bei einer Wasserstoffverbrennung mit Hilfe eines Temperatursensors erfolgt.For the sake of completeness, reference is made to the following documents:
From the document DE 10 2019 121 973 A1 a heating device for a building is known in which the flame is monitored during hydrogen combustion with the aid of a temperature sensor.

Aus dem Dokument DE 20 2020 106 475 U1 ist eine Flammendetektion für Verbrennungsvorrichtungen bekannt, bei dem bei einer Wasserstoffverbrennung im ultravioletten Bereich sensitive Halbleitersensoren zur Flammenüberwachung verwendet werden. Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen bzw. das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.From the document DE 20 2020 106 475 U1 flame detection for combustion devices is known, in which sensitive semiconductor sensors are used for flame monitoring in the case of hydrogen combustion in the ultraviolet range. The burner device according to the invention including its advantageous developments and the method according to the invention including its advantageous developments according to the dependent patent claims are explained in more detail below with reference to the graphic representation of a preferred exemplary embodiment.

Es zeigt schematischIt shows schematically

Figur 1figure 1
die erfindungsgemäße Brennervorrichtung mit Gleichstromquelle und Messwiderstand.the burner device according to the invention with a direct current source and measuring resistor.

Die in der einzigen Figur dargestellte Brennervorrichtung besteht zunächst in bekannter Weise aus einem Brenner 1 zum Verbrennen eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches unter Ausbildung einer Flamme und einer der Flamme zugeordneten Überwachungselektrode 2 mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung 3. Verfahrensmäßig ausgedrückt, wird dabei mit einem Brenner 1 ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch unter Ausbildung einer Flamme verbrannt und die Flamme mit einer dieser zugeordneten Überwachungselektrode 2 mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung 3 überwacht.The burner device shown in the single figure initially consists in a known manner of a burner 1 for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode 2 assigned to the flame with an electronic evaluation device 3. In terms of the process, a burner 1 is used to generate a hydrogen containing gas mixture is burned to form a flame and the flame is monitored with one of these associated monitoring electrode 2 with an electronic evaluation device 3.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Brennervorrichtung ist nun, dass die Überwachungselektrode 2 mit einer Gleichspannungsquelle 4 und mit einem von der elektronischen Auswertungseinrichtung 3 überwachten Messwiderstand 5 elektrisch verbunden ausgebildet ist. Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist für die erfindungsgemäße Lösung wesentlich, dass die Überwachungselektrode 2 mit einer Gleichspannungsquelle 4 unter elektrische Spannung gesetzt und mit einem elektrisch mit der elektronischen Auswertungseinrichtung 3 verbundenen Messwiderstand 5 überwacht wird.What is essential for the burner device according to the invention is that the monitoring electrode 2 is electrically connected to a DC voltage source 4 and to a measuring resistor 5 monitored by the electronic evaluation device 3 . Procedurally expressed, is essential for the solution according to the invention that the monitoring electrode 2 is set with a DC voltage source 4 under electrical voltage and with an electrically connected to the electronic evaluation device 3 associated measuring resistor 5 is monitored.

Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass bei einem aus Wasserstoff und einem anderen verbrennbaren Gas bestehenden Brenngasgemisch (ungleich vorgenanntes Gasgemisch!) ein Anteil an Wasserstoff im Brenngasgemisch mindestens 20 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 50 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 Vol.-% beträgt bzw. ein solches Brenngasgemisch verwendet wird.It is particularly preferred that a fuel gas mixture consisting of hydrogen and another combustible gas (unlike the aforementioned gas mixture!) has a proportion of hydrogen in the fuel gas mixture of at least 20% by volume, preferably at least 50% by volume, very particularly preferably at least 95% by volume or such a fuel gas mixture is used.

Die erfindungsgemäße Brennervorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung ist dabei ferner, wie eingangs bereits erläutert, insbesondere dazu vorgesehen, Gasgemische, die zumindest zu großen Teilen oder auch allein aus Luft und Wasserstoff bestehen, möglichst vollständig zu verbrennen. Dabei gilt weiterhin die voranstehende Maßgabe, dass das Gasgemisch aus (der) Luft und dem Brenngasgemisch gebildet ist, wobei dann (wiederum eine möglichst vollständige Verbrennung anstrebend) die vorgenannte Maßgabe "zu großen Teilen" bedeutet, dass das Gasgemisch zu mindestens 60 Vol.% aus Luft und Wasserstoff, vorzugsweise zu mindestens 75 Vol.-% aus Luft und Wasserstoff, besonders bevorzugt zu 97 Vol.-% aus Luft und Wasserstoff besteht.The burner device according to the invention and the method according to the invention for operating a burner device is also, as already explained above, provided in particular for burning gas mixtures that consist at least largely or solely of air and hydrogen as completely as possible. The above stipulation that the gas mixture is formed from (the) air and the combustible gas mixture continues to apply, in which case (again striving for as complete combustion as possible) the aforementioned stipulation "to a large extent" means that the gas mixture is at least 60% by volume. consists of air and hydrogen, preferably at least 75% by volume of air and hydrogen, particularly preferably 97% by volume of air and hydrogen.

Bezüglich der Brennervorrichtung ist weiterhin (vergleiche Figur 1) bevorzugt vorgesehen, dass die Gleichspannungsquelle 4, der Messwiderstand 5 und die Überwachungselektrode 2 elektrisch in Reihe geschaltet ausgebildet sind. Außerdem ist - im Grunde zur Ausbildung eines sogenannten Spannungsteilers (siehe auch https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Spannungs-teiler&oldid=213632621) - bevorzugt, dass die Auswertungseinrichtung 3 einerseits mit einer ersten elektrischen Verbindung 3.1 zwischen der Gleichspannungsquelle 4 und dem Messwiderstand 5 und andererseits mit einer zweiten elektrischen Verbindung 3.2 zwischen dem Messwiderstand 5 und der Überwachungselektrode 2 elektrisch verbunden ausgebildet ist.With regard to the burner device, provision is also preferably made (cf. FIG. 1) for the DC voltage source 4, the measuring resistor 5 and the monitoring electrode 2 to be electrically connected in series. In addition - basically for the formation of a so-called voltage divider (see also https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=spannungs-teiler&oldid=213632621) - it is preferred that the evaluation device 3 is electrically connected on the one hand to a first electrical connection 3.1 between the DC voltage source 4 and the measuring resistor 5 and on the other hand to a second electrical connection 3.2 between the measuring resistor 5 and the monitoring electrode 2.

Zudem ist bevorzugt, dass der Messwiderstand 5 einen elektrischen (Gesamt-) Widerstand zwischen 3 bis 7 MΩ, vorzugsweise 4 bis 6 MΩ, besonders bevorzugt 5 MΩ, aufweist. Um unterschiedliche Gasarten detektieren zu können, ist der Messwiderstand 5 besonders bevorzugt aus mindestens zwei Teilwiderständen gebildet. Da verschiedene Gaszusammensetzungen zu sehr unterschiedlichen Widerstandscharakteristiken führen können, ist des weiteren besonders bevorzugt vorgesehen, dass der elektrische Widerstand des einen Teilwiderstandes mindestens fünfhundert Mal größer als der elektrische Widerstand des anderen Teilwiderstandes ausgebildet ist.In addition, it is preferred that the measuring resistor 5 has an electrical (total) resistance of between 3 to 7 MΩ, preferably 4 to 6 MΩ, particularly preferably 5 MΩ. In order to be able to detect different types of gas, the measuring resistor 5 is particularly preferably formed from at least two partial resistors. Since different gas compositions can lead to very different resistance characteristics, it is further particularly preferred that the electrical resistance of one partial resistance is at least five hundred times greater than the electrical resistance of the other partial resistance.

Weiterhin ist - wie sich aus Versuchen ergeben hat - bevorzugt, dass die Überwachungselektrode 2 außerhalb eines Reaktionsbereichs der Flamme, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 bis 4 cm, besonders bevorzugt in einem Abstand zwischen 2 bis 3 cm zum Reaktionsbereich der Flamme, angeordnet ist.Furthermore--as has been shown by tests--it is preferred that the monitoring electrode 2 is arranged outside a reaction area of the flame, preferably at a distance of between 1 and 4 cm, particularly preferably at a distance of between 2 and 3 cm, from the reaction area of the flame.

Bezüglich des Verfahrens zum Betrieb einer Brennervorrichtung ist bevorzugt, dass mit der Gleichspannungsquelle 4 eine Spannung zwischen 200 und 500 V, vorzugsweise zwischen 300 und 400 V, bereitgestellt wird. Zudem ist bevorzugt, dass mit der Auswertungseinrichtung 3 ein Spannungsabfall am Messwiderstand 5 gemessen wird. Dabei ist bevorzugt, dass aus dem Spannungsabfall ein von der Gleichspannungsquelle 4 kommender Strom errechnet wird. Ebenso ist bevorzugt, dass aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand 5 und dem von der Gleichspannungsquelle 4 kommenden Strom ein elektrischer Widerstand zwischen der Überwachungselektrode 2 und einem elektrischen Bezugspunkt 6, vorzugsweise einer elektrischen Masse, ermittelt wird. Zudem ist bevorzugt, dass von der Auswertungseinrichtung 3 ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 unterhalb eines vorgegebenen Wertes als Hinweis auf ein Vorhandensein der Flamme gewertet wird. Des Weiteren ist bevorzugt, dass von der Auswertungseinrichtung 3 ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 im MΩ-Bereich (genauer: im Bereich von 1 bis 999 MΩ) als Hinweis auf ein Vorhandensein der Flamme und im GΩ-Bereich (genauer: im Bereich von 1 bis 999 GΩ) als Hinweis auf ein Nichtvorhandensein der Flamme gewertet wird.With regard to the method for operating a burner device, it is preferred that a voltage of between 200 and 500 V, preferably between 300 and 400 V, is provided with the direct voltage source 4 . In addition, it is preferred that the evaluation device 3 measures a voltage drop across the measuring resistor 5 . It is preferred that a current coming from the DC voltage source 4 is calculated from the voltage drop. It is also preferred that from the voltage drop An electrical resistance between the monitoring electrode 2 and an electrical reference point 6, preferably an electrical ground, is determined at the measuring resistor 5 and the current coming from the DC voltage source 4. In addition, it is preferable for the evaluation device 3 to evaluate an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 below a predetermined value as an indication of the presence of the flame. Furthermore, it is preferred that the evaluation device 3 shows an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the MΩ range (more precisely: in the range from 1 to 999 MΩ) as an indication of the presence of the flame and in the GΩ -Range (more precisely: in the range from 1 to 999 GΩ) is evaluated as an indication of the absence of the flame.

Weiterhin ist bevorzugt, dass von der Auswertungseinrichtung 3 ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 im Bereich von 500 bis 999 kΩ als Hinweis auf eine aus einem wasserstofffreien Gasgemisch entstehende Flamme gewertet wird. Zudem ist bevorzugt, dass von der Auswertungseinrichtung 3 ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 im Bereich bis 499 kΩ je nach Größe der in der Auswertungseinrichtung 3 verwendeten Reihenwiderstände als Hinweis auf einen Kurzschluss zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 gewertet wird.Furthermore, it is preferred that the evaluation device 3 evaluates an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the range from 500 to 999 kΩ as an indication of a flame arising from a hydrogen-free gas mixture. In addition, it is preferable for the evaluation device 3 to use an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 in the range of up to 499 kΩ, depending on the size of the series resistances used in the evaluation device 3, as an indication of a short circuit between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 is evaluated.

Die oben erwähnte Wertung der Messwerte zum Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode 2 und dem elektrischen Bezugspunkt 6 wird vorzugsweise als informationelles, vorzugsweise elektronisch weiterverarbeitbares Signal von der Auswertungseinrichtung 3 ausgegeben.The above-mentioned evaluation of the measured values for the amount of electrical resistance determined between the monitoring electrode 2 and the electrical reference point 6 is preferably output as an informational, preferably electronically processable signal from the evaluation device 3.

Um auch einen Wechsel der Gaszusammensetzung gut erfassen zu können, ist schließlich bevorzugt, dass die Überwachungselektrode 2 zumindest zeitweise und alternativ zur Gleichspannungsquelle 4 mit einer Wechselspannungsquelle unter elektrische Spannung gesetzt und mit der elektronischen Auswertungseinrichtung 3 überwacht wird.Finally, in order to also be able to detect a change in the gas composition, it is preferable for the monitoring electrode 2 to be electrically charged at least temporarily and as an alternative to the DC voltage source 4 with an AC voltage source and monitored with the electronic evaluation device 3 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Brennerburner
22
Überwachungselektrodemonitoring electrode
33
Auswertungseinrichtungevaluation device
3.13.1
erste elektrische Verbindungfirst electrical connection
3.23.2
zweite elektrische Verbindungsecond electrical connection
44
GleichspannungsquelleDC voltage source
55
Messwiderstandmeasuring resistor
66
elektrischer Bezugspunkt (Masse)electrical reference point (ground)

Claims (15)

Brennervorrichtung, umfassend einen Brenner (1) zum Verbrennen eines Wasserstoff enthaltenden Gasgemisches unter Ausbildung einer Flamme und eine der Flamme zugeordnete Überwachungselektrode (2) mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung (3),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachungselektrode (2) mit einer Gleichspannungsquelle (4) und mit einem von der elektronischen Auswertungseinrichtung (3) überwachten Messwiderstand (5) elektrisch verbunden ausgebildet ist.Burner device, comprising a burner (1) for burning a hydrogen-containing gas mixture to form a flame and a monitoring electrode (2) assigned to the flame, with an electronic evaluation device (3),
characterized,
that the monitoring electrode (2) is electrically connected to a DC voltage source (4) and to a measuring resistor (5) monitored by the electronic evaluation device (3). Brennervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Gleichspannungsquelle (4), der Messwiderstand (5) und die Überwachungselektrode (2) elektrisch in Reihe geschaltet ausgebildet sind.Burner device according to claim 1,
characterized,
that the DC voltage source (4), the measuring resistor (5) and the monitoring electrode (2) are electrically connected in series. Brennervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswertungseinrichtung (3) einerseits mit einer ersten elektrischen Verbindung (3.1) zwischen der Gleichspannungsquelle (4) und dem Messwiderstand (5) und andererseits mit einer zweiten elektrischen Verbindung (3.2) zwischen dem Messwiderstand (5) und der Überwachungselektrode (2) elektrisch verbunden ausgebildet ist.Burner device according to claim 1 or 2,
characterized,
that the evaluation device (3) is electrically connected on the one hand to a first electrical connection (3.1) between the DC voltage source (4) and the measuring resistor (5) and on the other hand to a second electrical connection (3.2) between the measuring resistor (5) and the monitoring electrode (2). connected is formed. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwiderstand (5) wahlweise einen elektrischen Widerstand zwischen 3 bis 7 MΩ aufweist und/oder aus mindestens zwei Teilwiderständen gebildet ist, wobei vorzugsweise der elektrische Widerstand des einen Teilwiderstandes mindestens fünfhundert Mal größer als der elektrische Widerstand des anderen Teilwiderstandes ausgebildet ist.Burner device according to one of claims 1 to 3,
characterized,
that the measuring resistor (5) optionally has an electrical resistance of between 3 and 7 MΩ and/or is formed from at least two partial resistances, the electrical resistance of one partial resistance preferably being at least five hundred times greater than the electrical resistance of the other partial resistance. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachungselektrode (2) außerhalb eines Reaktionsbereichs der Flamme, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 1 bis 4 cm, besonders bevorzugt in einem Abstand zwischen 2 bis 3 cm zum Reaktionsbereich der Flamme, angeordnet ist.Burner device according to one of claims 1 to 4,
characterized,
that the monitoring electrode (2) is arranged outside a reaction area of the flame, preferably at a distance of between 1 and 4 cm, particularly preferably at a distance of between 2 and 3 cm, from the reaction area of the flame. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem aus Wasserstoff und einem anderen verbrennbaren Gas bestehenden Brenngasgemisch ein Anteil an Wasserstoff im Brenngasgemisch mindestens 20 Vol.-%, vorzugsweise mindestens 50 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 95 Vol.-% beträgt.Burner device according to one of claims 1 to 5,
characterized,
that in a fuel gas mixture consisting of hydrogen and another combustible gas, the proportion of hydrogen in the fuel gas mixture is at least 20% by volume, preferably at least 50% by volume, very particularly preferably at least 95% by volume. Brennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gasgemisch zumindest zu großen Teilen aus Luft und Wasserstoff besteht, vorzugsweise zu 60 Vol.-%, bevorzugt zu 75 Vol.-%, besonders bevorzugt zu 97 Vol.-%.Burner device according to one of claims 1 to 6,
characterized,
that the gas mixture consists at least for the most part of air and hydrogen, preferably 60% by volume, preferably 75% by volume, particularly preferably 97% by volume. Verfahren zum Betrieb einer Brennervorrichtung, bei dem mit einem Brenner (1) ein Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch unter Ausbildung einer Flamme verbrannt und die Flamme mit einer dieser zugeordneten Überwachungselektrode (2) mit einer elektronischen Auswertungseinrichtung (3) überwacht wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachungselektrode (2) mit einer Gleichspannungsquelle (4) unter elektrische Spannung gesetzt und mit einem elektrisch mit der elektronischen Auswertungseinrichtung (3) verbundenen Messwiderstand (5) überwacht wird.Method for operating a burner device, in which a gas mixture containing hydrogen is burned with a burner (1) to form a flame and the flame is monitored with a monitoring electrode (2) assigned to it with an electronic evaluation device (3),
characterized,
that the monitoring electrode (2) is subjected to electrical voltage with a DC voltage source (4) and is monitored with a measuring resistor (5) which is electrically connected to the electronic evaluation device (3). Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit der Gleichspannungsquelle (4) eine Spannung zwischen 200 und 500 V, vorzugsweise zwischen 300 und 400 V, bereitgestellt wird.Method according to claim 8,
characterized,
that with the DC voltage source (4) a voltage between 200 and 500 V, preferably between 300 and 400 V, is provided. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit der Auswertungseinrichtung (3) ein Spannungsabfall am Messwiderstand (5) gemessen wird, wobei vorzugsweise aus dem Spannungsabfall ein von der Gleichspannungsquelle (4) kommender Strom errechnet wird, wobei vorzugsweise aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand (5) und dem von der Gleichspannungsquelle (4) kommenden Strom ein elektrischer Widerstand zwischen der Überwachungselektrode (2) und einem elektrischen Bezugspunkt (6) ermittelt wird.Method according to claim 8 or 9,
characterized,
that a voltage drop across the measuring resistor (5) is measured with the evaluation device (3), a current coming from the DC voltage source (4) preferably being calculated from the voltage drop, the voltage drop across the measuring resistor (5) and that from the DC voltage source ( 4) incoming current, an electrical resistance between the monitoring electrode (2) and an electrical reference point (6) is determined. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Auswertungseinrichtung (3) ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode (2) und dem elektrischen Bezugspunkt (6) unterhalb eines vorgegebenen Wertes als Hinweis auf ein Vorhandensein der Flamme gewertet wird.Method according to claim 10,
characterized,
that the evaluation device (3) evaluates an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode (2) and the electrical reference point (6) below a predetermined value as an indication of the presence of the flame. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Auswertungseinrichtung (3) ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode (2) und dem elektrischen Bezugspunkt (6) im MΩ-Bereich als Hinweis auf ein Vorhandensein der Flamme und im GΩ-Bereich als Hinweis auf ein Nichtvorhandensein der Flamme gewertet wird.Method according to claim 10 or 11,
characterized,
that the evaluation device (3) evaluates an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode (2) and the electrical reference point (6) in the MΩ range as an indication of the presence of the flame and in the GΩ range as an indication of the absence of the flame will. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Auswertungseinrichtung (3) ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode (2) und dem elektrischen Bezugspunkt (6) im Bereich von 500 bis 999 kΩ als Hinweis auf eine aus einem wasserstofffreien Gasgemisch entstehende Flamme gewertet wird.Method according to one of claims 10 to 12,
characterized,
that the evaluation device (3) evaluates an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode (2) and the electrical reference point (6) in the range from 500 to 999 kΩ as an indication of a flame arising from a hydrogen-free gas mixture. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Auswertungseinrichtung (3) ein Betrag des ermittelten elektrischen Widerstandes zwischen der Überwachungselektrode (2) und dem elektrischen Bezugspunkt () im Bereich bis 499 kΩ als Hinweis auf einen Kurzschluss zwischen der Überwachungselektrode (2) und dem elektrischen Bezugspunkt (6) gewertet wird.Method according to one of claims 10 to 13,
characterized,
that from the evaluation device (3) an amount of the determined electrical resistance between the monitoring electrode (2) and the electrical reference point () in the range up to 499 kΩ as an indication of a short circuit between the monitoring electrode (2) and the electrical reference point (6). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachungselektrode (2) zumindest zeitweise und alternativ zur Gleichspannungsquelle (4) mit einer Wechselspannungsquelle unter elektrische Spannung gesetzt und mit der elektronischen Auswertungseinrichtung (3) überwacht wird.Method according to one of claims 8 to 14,
characterized,
that the monitoring electrode (2) is energized at least temporarily and alternatively to the direct voltage source (4) with an alternating voltage source and is monitored with the electronic evaluation device (3).
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