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Patent Searching and Data


Title:
GAS-BURNER DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A GAS-BURNER DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/037747
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gas-burner device and to a method for operating a gas-burner device, comprising a conveyor device (1) for conveying a gaseous fuel to a burner (2) and comprising a recirculation device (3) for recirculating an exhaust gas quantity produced during the combustion of the fuel to the burner (2). It is essential to the invention that a sensor device (4) is provided for ascertaining the composition of the fuel, and the recirculation device (3) is designed to be controlled on the basis of the fuel composition detected by the sensor device (4).

Inventors:
DZUBIELLA MANFRED (DE)
GLEIM EUGEN (DE)
RITTER KONRAD (DE)
STUTZMANN SVEN (DE)
Application Number:
PCT/DE2021/100695
Publication Date:
February 24, 2022
Filing Date:
August 16, 2021
Export Citation:
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Assignee:
VIESSMANN WERKE KG (DE)
International Classes:
F23C9/00
Domestic Patent References:
WO1995023315A11995-08-31
Foreign References:
US20160146455A12016-05-26
US20040025805A12004-02-12
DE19838361A11999-03-04
US20160146455A12016-05-26
DE3938090C11991-04-18
FR2711224A11995-04-21
DE69312226T21997-11-13
Attorney, Agent or Firm:
WOLF & WOLF PATENT- UND RECHTSANWALTSGESELLSCHAFT MBH (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Gasbrennervorrichtung, umfassend eine Fördereinrichtung (1) zur Förderung eines gasförmigen Brennstoffs zu einem Brenner (2) und eine Rezirkulationseinrichtung (3) zur Rückführung einer bei einer Verbrennung des Brennstoffs entstandenen Abgasmenge zum Brenner (2), dadurch gekenn z e ichnet , dass eine Sensoreinrichtung (4) zur Ermittlung einer Zusammensetzung des Brennstoffs vorgesehen und die Rezirkulationseinrichtung (3) in Abhängigkeit von der von der Sensoreinrichtung (4) erfassten Zusammensetzung des Brennstoffs gesteuert ausgebildet ist.

2. Gasbrennervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e ichnet , dass die Sensoreinrichtung (4) wahlweise als Gaschromatograph, als Gaswärmeleitfähigkeitssensor, als Ionisationssensor, als UV-Sensor, als Sauerstoff sensor und/oder als Temperatursensor ausgebildet ist.

3. Gasbrennervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn z e ichnet , dass die Rezirkulationseinrichtung (3) ein Rezirkulations- ventil (3.1) umfasst. Gasbrennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn z e ichnet , dass in Strömungsrichtung des Brennstoffs gesehen vor dem Brenner (2) eine Brennstof f-Luf t-Mischeinrichtung (5) angeordnet ist. Gasbrennervorrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekenn z e ichnet , dass die Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung (5) neben einem Brennstoff- (5.1) und einem Luftzufuhranschluss (5.2) einen mit der Rezirkulationseinrichtung (3) verbundenen Abgaszufuhranschluss (5.3) aufweist. Gasbrennervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn z e ichnet , dass der Brenner (2) in einer Brennkammer (2.1) mit einem Abgasabfuhranschluss (2.2) angeordnet und die Rezirkulationseinrichtung (3) einen mit dem Abgasabfuhranschluss (2.2) verbundenen Abgasanschluss (3.2) aufweist. Gasbrennervorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn z e ichnet , dass der Abgasanschluss (3.2) der Rezirkulationseinrichtung (3) über eine Verbindungsleitung (3.3) mit dem Abgaszufuhranschluss (5.3) der Brennstof f-Luf t-Mischeinrichtung (5) verbunden ausgebildet ist. Verfahren zum Betrieb einer Gasbrennervorrichtung, bei dem ein gasförmiger Brennstoff mit einer Fördereinrichtung (1) zu einem Brenner (2) gefördert und eine bei einer Verbrennung des Brennstoffs entstandene Abgasmenge mit einer Re- zirkulationseinrichtung (3) zum Brenner (2) zurückgeführt wird, dadurch gekenn z e ichnet , dass eine Zusammensetzung des Brennstoffs mit einer Sensoreinrichtung (4) ermittelt und die Rezirkulationseinrichtung (3) in Abhängigkeit von der von der Sensoreinrichtung (4) erfassten Zusammensetzung des Brennstoffs gesteuert wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn z e ichnet , dass die Fördereinrichtung (1) und die Rezirkulationseinrichtung (3) jeweils für sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Brennstoffs gesteuert werden. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn z e ichnet , dass wahlweise Wasserstoff und/oder Erdgas als gasförmiger Brennstoff verwendet werden bzw. wird.

Description:
Gasbrennervorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Gasbrennervorrichtung

5

Die Erfindung betrif ft eine Gasbrennervorrichtung gemäß dem Oberbegrif f des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Gasbrennervorrichtung gemäß dem Oberbegrif f des Patentanspruchs 8 .

10

Eine Gasbrennervorrichtung der eingangs genannten Art ist aus dem Dokument US 2016 /0146455 Al bekannt . Diese besteht aus einer eine Fördereinrichtung zur Förderung eines gasförmigen Brennstof fs zu einem Brenner und aus einer Rezirkulationsein- richtung zur Rückführung einer bei einer Verbrennung des 15 Brennstof fs entstandenen Abgasmenge zum Brenner . Verfahrensmäßig ausgedrückt , wird bei dieser Lösung ein gasförmiger Brennstof f mit einer Fördereinrichtung zu einem Brenner gefördert und eine bei einer Verbrennung des Brennstof fs entstandene Abgasmenge mit einer Rezirkulationseinrichtung zum Brenner zu- 20 rückgeführt . Bei dieser Lösung ist dabei an der Rezirkulationseinrichtung ein Ventil ( siehe dort Bezugzeichen 128 und 228 ) zur Einstellung der besagten Abgasmenge vorgesehen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine Gasbrennervor- 25 richtung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasbrennervorrichtung zu verbessern . Insbesondere soll eine bezüglich des verwendeten gasförmigen Brennstof fs universeller einsetzbare Gasbrennervorrichtung bzw. ein universelleres Verfahren zu deren Betrieb geschaf fen 30 werden . Diese Aufgabe ist gegenständlich mit einer Gasbrennervorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 auf geführten Merkmale gelöst . Verfahrensmäßig ist diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasbrennervorrichtung durch die im Kennzeichen des Pa- 5 tentanspruchs 8 auf geführten Merkmale gelöst .

Gegenständlich ist also erfindungsgemäß eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung einer Zusammensetzung des Brennstof fs vorgesehen , wobei die Rezirkulationseinrichtung in Abhängigkeit von 10 der von der Sensoreinrichtung erfassten Zusammensetzung des Brennstof fs gesteuert ausgebildet ist .

Verfahrensmäßig ist erfindungsgemäß vorgesehen , dass eine Zusammensetzung des Brennstof fs mit einer Sensoreinrichtung er- 15 mittelt und die Rezirkulationseinrichtung in Abhängigkeit von der von der Sensoreinrichtung erfassten Zusammensetzung des Brennstof fs gesteuert wird .

Der im vorliegenden Kontext der Einfachheit halber verwendete 20 Begrif f " gesteuert" umfasst dabei die beiden in der Regelungs technik gängigen Begrif fe " steuern" und " regeln" .

Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Gasbrennervorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb 25 einer solchen Gasbrennervorrichtung somit dadurch aus , dass orientiert an der Zusammensetzung des Brennstof fs die zum Brenner zurückgeführte Abgasmenge festgelegt wird . Dies hat , wie unerwartet festgestellt werden konnte , zur Folge , dass mit einem einzigen Brenner sowohl zum Beispiel Erdgas als auch 30

Flüssiggas , aber sogar auch Wasserstof f verbrannt werden kann , und zwar ohne weiteren Komponentenwechsel oder Umparametrie- rungen .

Die gegenständliche bzw. verfahrensmäßige Maßgabe , dass " eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung einer Zusammensetzung des 5 Brennstof fs vorgesehen" ist bzw. dass " eine Zusammensetzung des Brennstof fs mit einer Sensoreinrichtung ermittelt" wird, bedeutet dabei ganz allgemein , dass die Sensoreinrichtung dazu geeignet ist , wahlweise direkt oder indirekt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Brennstof fs zu ziehen . Die Sensorein- 10 richtung kann somit , worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, zum Beispiel als Gaschromatograph , aber auch als Temperatursensor zur Erfassung der Brennf lächentemperatur aus gebildet sein . Es kommt zum Beispiel auch in Betracht , dass eine UV-Licht messende Sensoreinrichtung verwendet wird, um 15 die sogenannten OH- und/oder CH-Banden , die sich als Zwischenprodukt bei der Verbrennung ergeben und aus denen auf die Zusammensetzung des Brennstof fs geschlossen werden kann , zu erfassen . Kurz : Die Sensoreinrichtung kann sehr unterschiedlich ausgebildet sein ; letztlich geht es darum, dass mit ihrer Hil- 20 fe ermittelt werden soll bzw. kann , welche Zusammensetzung der verwendete Brennstof f hat , um auf dieser Basis die für eine saubere Verbrennung tatsächlich zurückzuführende Abgasmenge festzulegen .

25 Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Gas brennervorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen .

Der Vollständigkeit halber wird noch auf folgende Dokumente 30 hingewiesen . Aus der Patentschrift DE 39 38 090 CI ist ebenfalls eine Brennervorrichtung mit Fördereinrichtung und Rezirkulationsein- richtung bekannt . Bei dieser Lösung , die im übrigen allerdings keine Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Zusammensetzung des Brennstof fs aufweist , sitzen die beiden Laufräder darüber hin- 5 aus auf einer gemeinsamen Antriebswelle und können somit nicht unabhängig voneinander betrieben werden .

Aus dem Dokument FR 2 711 224 Al ist ebenfalls eine Brennervorrichtung bekannt , bei der die Fördereinrichtung und die Re- 10 Zirkulationseinrichtung fest miteinander verbunden sind .

Aus der Patentschrift DE 693 12 226 T2 ist ein Heizkessel mit zwei Rauchgaswegen bekannt .

15 Aus dem Dokument WO 1995 /023315 Al ist ein Brenner zur Verbrennung von Wasserstof f bekannt , bei dem allerdings nur eine lokale Rezirkulation im Bereich der einzelnen Flammenzungen ( Flammenrezirkulation ) vorgesehen ist .

20

Die erfindungsgemäße Gasbrennervorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer solchen Gasbrennervorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert .

25 Es zeigt schematisch

Figur 1 die erfindungsgemäße Gasbrennervorrichtung mit einer in Strömungsrichtung des Brennstof fs gesehen vor der Brennstof f-Luf t-Mischeinrichtung angeordne- 30 ten Sensoreinrichtung . Die in der Figur dargestellte Gasbrennervorrichtung besteht in bekannter Weise zunächst aus einer Fördereinrichtung 1 zur Förderung eines gasförmigen Brennstof fs zu einem Brenner 2 und einer Rezirkulationseinrichtung 3 zur Rückführung einer bei einer Verbrennung des Brennstof fs entstandenen Abgasmenge zum 5 Brenner 2 . Die Fördereinrichtung 1 umfasst dabei bevorzugt ein Gebläse .

Verfahrensmäßig ausgedrückt , ist entsprechend ein Verfahren zum Betrieb einer Gasbrennervorrichtung vorgesehen , bei dem 10 ein gasförmiger Brennstof f mit einer Fördereinrichtung 1 zu einem Brenner 2 gefördert und eine bei einer Verbrennung des Brennstof fs entstandene Abgasmenge mit einer Rezirkulations- einrichtung 3 zum Brenner 2 zurückgeführt wird .

15 Wesentlich für die erfindungsgemäße Gasbrennervorrichtung ist nun , dass eine Sensoreinrichtung 4 zur Ermittlung einer Zusammensetzung des Brennstof fs vorgesehen und die Rezirkulations- einrichtung 3 in Abhängigkeit von der von der Sensoreinrichtung 4 erfassten Zusammensetzung des Brennstoffs gesteuert 20 ausgebildet ist .

Wiederum verfahrensmäßig ausgedrückt , ist erfindungsgemäß vorgesehen , dass eine Zusammensetzung des Brennstof fs mit einer Sensoreinrichtung 4 ermittelt und die Rezirkulationseinrich- 25 tung 3 in Abhängigkeit von der von der Sensoreinrichtung 4 erfassten Zusammensetzung des Brennstof fs gesteuert wird .

Etwas genauer betrachtet , ist besonders bevorzugt vorgesehen , dass die Sensoreinrichtung 4 wahlweise als Gaschromatograph , 30 als Gaswärmeleitfähigkeitssensor, als lonisationssensor , als UV-Sensor, als Sauerstoff sensor und/oder als Temperatursensor (insbesondere Flammentemperatursensor) ausgebildet ist.

Dabei sind der Gaschromatograph und der Gaswärmeleitf ähig- keitssensor in Strömungsrichtung des Brennstoffs gesehen vor 5 (also im Bereich vor einer Verbrennung) und der Ionisationssensor, der UV-Sensor, der Sauerstoff sensor und/oder der Temperatursensor nach dem bzw. am Brenner 2 (also im Bereich der Verbrennung) angeordnet. Die einzige Figur zeigt dabei schematisch die Option eines Gaschromatographen bzw. eines Gaswärme- 10 leitf ähigkeitssensors an der Brennstoffzufuhrleitung. Die übrigen Optionen sind, da ohne weiteres vorstellbar, nicht extra dargestellt .

Bezüglich des vorstehend genannten UV-Sensors ist dabei beson- 15 ders bevorzugt vorgesehen, dass dieser OH-Banden im Wellenlängenbereich von 300 nm bis 320 nm, bevorzugt 308 nm, und CH- Banden im Wellenlängenbereich von 410 nm bis 450 nm, bevorzugt 430 nm, detektierend ausgebildet ist (siehe hierzu auch https : / /www. uni-due . de/ ivg/ rf / f or schung /chemi lumineszenz . php ) . 20

Wie eingangs erläutert, ist dabei jede Sensoreinrichtung 4 dafür geeignet, die Zusammensetzung des verwendeten Brennstoffs zu ermitteln.

25 Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass wahlweise Wasserstoff und/oder Erdgas als gasförmiger Brennstoff verwendet werden bzw. wird.

Dabei ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass bei 30 Verwendung von reinem Wasserstoff als Brennstoff eine größere Abgasmenge zum Brenner 2 zurückgeführt wird als bei Verwendung von reinem Erdgas als Brennstoff.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass bei Verwendung einer Mischung aus Wasserstoff und Erdgas als Brennstoff eine kleinere 5 Abgasmenge als bei Verwendung von reinem Wasserstoff und eine größere Abgasmenge als bei Verwendung von reinem Erdgas zum Brenner 2 zurückgeführt wird.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rezirkulations- 10 einrichtung 3 ein vorzugsweise und wahlweise an der (noch zu erläuternden) Verbindungsleitung 3.3 angeordnetes und/oder mit einer Steuerungseinrichtung 6 verbundenes Rezirkulationsventil 3.1 umfasst. Oder verfahrensmäßig ausgedrückt: Mit einem zur Rezirkulationseinrichtung 3 gehörenden Rezirkulationsventil 15 3.1 wird eine zum Brenner 2 zurückgeführte Abgasmenge gesteuert. Die vorgenannte Steuerungseinrichtung 6 ist dabei datentechnisch, wie in der einzigen Figur per gepunkteter Linie dargestellt, wahlweise mit der Fördereinrichtung 1, der Sensoreinrichtung 4 und/oder (wie gerade ausgeführt) mit der Re- 20 Zirkulationseinrichtung 3 bzw. dem (vorzugsweise elektrisch betätigbaren) Rezirkulationsventil 3.1 verbunden ausgebildet. Die Fördereinrichtung 1 und die Rezirkulationseinrichtung 3 werden dabei bevorzugt jeweils für sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Brennstoffs (vorzugsweise von der 25 Steuerungseinrichtung 6 ) gesteuert.

Ferner ist noch besonders bevorzugt vorgesehen, dass in Strömungsrichtung des Brennstoffs gesehen vor dem Brenner 2, vorzugsweise, wie dargestellt, noch vor der Fördereinrichtung 1, 30 eine Brennstof f-Luf t-Mischeinrichtung 5 angeordnet ist. Oder in anderen Worten: Eine zur Mischung des gasförmigen Brenn- stoffs mit Luft vorgesehene Brennstof f-Luf t-Mischeinrichtung 5 wird vorzugsweise von der Steuerungseinrichtung 6 in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des gasförmigen Brennstoffs gesteuert. Dabei ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass diese neben einem Brennstoff- 5.1 und einem Luftzufuhranschluss 5.2 5 einen mit der Rezirkulationseinrichtung 3 verbundenen Abgaszufuhranschluss 5.3 aufweist.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Brenner 2 (zum Beispiel - wie schematisch dargestellt - ein Zylinderbrenner) 10 in einer Brennkammer 2.1 mit einem Abgasabfuhranschluss 2.2 angeordnet und die Rezirkulationseinrichtung 3 einen mit dem Abgasabfuhranschluss 2.2 verbundenen Abgasanschluss 3.2 auf- weist. Der Abgasanschluss 3.2 der Rezirkulationseinrichtung 3 ist dabei schließlich vorzugsweise über eine Verbindungslei- 15 tung 3.3 mit dem Abgaszufuhranschluss 5.3 der Brennstof f-Luf t- Mischeinrichtung 5 verbunden ausgebildet.

Bezugszeichenliste

1 Fördereinrichtung

2 Brenner

2.1 Brennkammer

2.2 Abgasabfuhranschluss

3 Rezirkulationseinrichtung

3.1 Rezirkulationsventil

3.2 Abgasanschluss

3.3 Verbindungsleitung

4 Sensoreinrichtung

5 Brennstoff -Luft-Mischeinrichtung

5.1 Brennstoffzufuhranschluss

5.2 Luftzufuhranschluss

5.3 Abgaszufuhranschluss

6 Steuerungseinrichtung