AT521855B1 - Method for detecting ignition and / or combustion in a burner of a fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner (1) eines Brennstoffzellensystems (2), aufweisend die Schritte: Zuführen von Brennstoff und Luft in den Brenner (1) für eine Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner (1), Ermitteln einer Temperaturerhöhung an einem Gaseintrittsbereich (3) des Brenners (1), Vergleichen der ermittelten Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich (3) mit einer Referenztemperaturerhöhung, und Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner (1) anhand des Vergleichs der ermittelten Temperaturerhöhung mit der Referenztemperaturerhöhung, wobei ab einer vorbestimmbaren Temperatur am Gaseintrittsbereich (3) des Brenners (1) eine zusätzliche Menge an Brennstoff in den Brenner (1) gefördert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm (7), ein Speichermittel, einen Controller (8) sowie eine Verwendung des Controllers (8) in einem Brennstoffzellensystem 2, insbesondere in einem stationären Brennstoffzellensystem, zur Erkennung einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner (1).The present invention relates to a method for detecting ignition and / or combustion in a burner (1) of a fuel cell system (2), having the following steps: supplying fuel and air into the burner (1) for combustion of a fuel / air Mixture in the burner (1), determining a temperature increase at a gas inlet area (3) of the burner (1), comparing the determined temperature increase at the gas inlet area (3) with a reference temperature increase, and detecting ignition and / or combustion of the fuel / air mixture in the burner (1) based on the comparison of the determined temperature increase with the reference temperature increase, an additional amount of fuel being fed into the burner (1) from a predeterminable temperature at the gas inlet area (3) of the burner (1). The invention also relates to a computer program (7), a storage means, a controller (8) and the use of the controller (8) in a fuel cell system 2, in particular in a stationary fuel cell system, for detecting ignition and / or combustion in a burner ( 1).
Description
VERFAHREN ZUM ERKENNEN EINER ZÜNDUNG UND/ODER EINER VERBRENNUNG IN EINEM BRENNER EINES BRENNSTOFFZELLENSYSTEMS METHOD OF DETECTING IGNITION AND / OR BURNING IN A BURNER OF A FUEL CELL SYSTEM
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner eines Brennstoffzellensystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein Speichermittel, einen Controller sowie die Verwendung eines Controllers in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem SOFC-System, zur Erkennung einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner. The present invention relates to a method for detecting ignition and / or combustion in a burner of a fuel cell system. The invention also relates to a computer program, a storage means, a controller and the use of a controller in a fuel cell system, in particular in an SOFC system, for detecting ignition and / or combustion in a burner.
[0002] Um SOFC-Systeme, insbesondere stationäre SOFC-Systeme, auf Betriebstemperatur zu bringen, werden üblicherweise Brenner in Form von sogenannten Startbrennern/Nachbrennern, oder elektrische Heizmittel verwendet. Als Brenner werden häufig zweistufige Nachbrenner mit einer Katalysatorkammer und einer nachgeschalteten, katalysatorfreien Brennkammer verwendet. Wird ein solcher Nachbrenner verwendet, können eine Zündung und/oder eine Verbrennung von Brennstoff durch verschiedene im Stand der Technik verfügbare Systeme erkannt werden. Gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 089 530 A1 kann dies beispielsweise mit einem Temperatursensor zum Ermitteln einer im Brenner vorherrschenden Temperatur realisiert werden. In order to bring SOFC systems, especially stationary SOFC systems, to operating temperature, burners in the form of so-called starting burners / afterburners, or electrical heating means are usually used. Two-stage afterburners with a catalyst chamber and a downstream, catalyst-free combustion chamber are often used as burners. If such an afterburner is used, ignition and / or combustion of fuel can be detected by various systems available in the prior art. According to German patent application DE 10 2011 089 530 A1, this can be implemented, for example, with a temperature sensor for determining a temperature prevailing in the burner.
[0003] Gattungsgemäße Systeme zur Temperaturerkennung weisen beispielsweise Flammenwächter für sichtbare und/oder unsichtbare Strahlung, eine akustische Flammenüberwachung und/oder die Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Gasen in einer Brennkammer auf. Die Systeme sehen in der Regel vor, dass die Messung im Nachbrenner oder stromabwärts des Nachbrenners stattfindet. Generic systems for temperature detection have, for example, flame monitors for visible and / or invisible radiation, acoustic flame monitoring and / or the measurement of the electrical conductivity of gases in a combustion chamber. The systems usually provide that the measurement takes place in the afterburner or downstream of the afterburner.
[0004] Weitere Systeme zur Überwachung einer Verbrennung sind beispielsweise aus der WO 2007091160 A1 und der JP 2003002605 A bekannt. [0004] Further systems for monitoring combustion are known from WO 2007091160 A1 and JP 2003002605 A, for example.
[0005] Durch die Masse eines Nachbrenners ist es in der Brennkammer nach der Katalysatorkammer jedoch nicht möglich, die Zündung zeitnah über eine Temperaturänderung festzustellen, da die Masse und die Wärmekapazität des Katalysators bzw. der Katalysatorkammer die entstehende Wärme gleich zu Beginn der Verbrennung relativ stark aufnehmen. Due to the mass of an afterburner, it is not possible in the combustion chamber after the catalyst chamber to determine the ignition promptly via a temperature change, since the mass and the heat capacity of the catalyst or the catalyst chamber, the heat generated at the beginning of the combustion is relatively strong record, tape.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. [0006] The object of the present invention is to at least partially take account of the problems described above.
[0007] Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner eines Brennstoffzellensystems zu schaffen. In particular, it is the object of the present invention to create an improved method for detecting ignition and / or combustion in a burner of a fuel cell system.
[0008] Ferner ist es ein Ziel, ein Computerprogramm, ein Speichermittel, einen Controller sowie eine Verwendung eines Controllers in einem Brennstoffzellensystem zur verbesserten Erkennung einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner des Brennstoffzellensystems zu schaffen. Furthermore, it is an aim to provide a computer program, a storage means, a controller and a use of a controller in a fuel cell system for the improved detection of an ignition and / or a combustion in a burner of the fuel cell system.
[0009] Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Computerprogramm gemäß Anspruch 6, das Speichermittel gemäß Anspruch 7, den Controller gemäß Anspruch 8 sowie die Verwendung gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogramm, dem erfindungsgemäßen Speichermittel, dem erfindungsgemäßen Controller, der erfindungsgemäßen Verwendung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. [0009] The above object is achieved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the method according to claim 1, the computer program according to claim 6, the storage means according to claim 7, the controller according to claim 8 and the use according to claim 9. Further advantages of the invention emerge from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the method naturally also apply in connection with the computer program according to the invention, the memory means according to the invention, the controller according to the invention, the use according to the invention and vice versa, so that with regard to the disclosure to the individual aspects of the invention, there is always mutual reference is or can be taken.
[0010] Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erken-According to a first aspect of the present invention, a method for recognizing
nen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: nen an ignition and / or a combustion in a burner of a fuel cell system is made available. The procedure consists of the following steps:
[0011] - Zuführen von Brennstoff und Luft in den Brenner für eine Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner, - Feeding fuel and air into the burner for combustion of a fuel / air mixture in the burner,
[0012] - Ermitteln einer Temperaturerhöhung an einem Gaseintrittsbereich des Brenners, - Determination of a temperature increase in a gas inlet area of the burner,
[0013] - Vergleichen der ermittelten Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich mit einer Referenztemperaturerhöhung, und - Compare the determined temperature increase at the gas inlet area with a reference temperature increase, and
[0014] - Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner anhand des Vergleichs der ermittelten Temperaturerhöhung mit der Referenztemperaturerhöhung, wobei ab einer vorbestimmbaren Temperatur am Gaseintrittsbereich des Brenners eine zusätzliche Menge an Brennstoff in den Brenner gefördert wird. - Detection of an ignition and / or combustion of the fuel / air mixture in the burner based on the comparison of the determined temperature increase with the reference temperature increase, with an additional amount of fuel being fed into the burner from a predeterminable temperature at the gas inlet area of the burner.
[0015] Durch die Verbrennung des Brennstoffs entsteht im Brenner Wärme, die das Brennstoff/Luft-Gemisch im Gaseintrittsbereich bzw. im Brennstoff/Luft-Eintrittsbereich des Brenners stark erwärmt. Dadurch kommt es zu einem deutlich erkennbaren Temperaturanstieg im bzw. am Gaseintrittsbereich des Brenners, der einfach mit konventionellen Messsystemen messbar ist. Dies wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt und führte zum erfindungsgemäßen Verfahren. Genauer gesagt wurde überraschend festgestellt, dass eine Temperaturmessung am Gaseintrittsbereich eine schnellere und genauere Erkennung einer Temperaturveränderung innerhalb des Brenners zulässt als die bisher übliche Temperaturmessung innerhalb des Brenners oder stromabwärts des Brenners. Entsprechend kann durch das vorliegende Verfahren eine Zündung und/oder eine gesuchte Verbrennung im Brenner besonders schnell und zuverlässig erkannt werden. The combustion of the fuel generates heat in the burner, which greatly heats the fuel / air mixture in the gas inlet area or in the fuel / air inlet area of the burner. This results in a clearly recognizable temperature increase in or at the gas inlet area of the burner, which can be easily measured with conventional measuring systems. This was recognized within the scope of the present invention and led to the method according to the invention. More precisely, it was surprisingly found that a temperature measurement at the gas inlet area permits a faster and more accurate detection of a temperature change within the burner than the previously usual temperature measurement inside the burner or downstream of the burner. Accordingly, an ignition and / or a sought-after combustion in the burner can be recognized particularly quickly and reliably by the present method.
[0016] Unter dem Gaseintrittsbereich ist ein Bereich, beispielsweise in Form einer Vorkammer oder eines Leitungsvolumens, stromaufwärts des Brenners bzw. einer Katalysatorkammer am Brenner, bevorzugt direkt am Brenner, zu verstehen. D.h., der Gaseintrittsbereich kann Bestandteil des Brenners sein oder separat dazu direkt am Brenner ausgestaltet sein. Unter der Ermittlung der Temperaturerhöhung kann eine Messung der Temperaturerhöhung verstanden werden. Die Ermittlung der Temperaturerhöhung wird vorzugsweise durch eine kontinuierliche oder zumindest regelmäßige Temperaturmessung im oder am Gaseintrittsbereich erreicht. The gas inlet area is to be understood as meaning an area, for example in the form of an antechamber or a line volume, upstream of the burner or a catalyst chamber on the burner, preferably directly on the burner. That is, the gas inlet area can be part of the burner or be designed separately directly on the burner. The determination of the temperature increase can be understood to mean a measurement of the temperature increase. The temperature increase is preferably determined by a continuous or at least regular temperature measurement in or at the gas inlet area.
[0017] Mit der Ermittlung der Temperaturerhöhung ist es möglich, das Auftreten der Zündung im Katalysator und/oder einer gesuchten Verbrennung, insbesondere einer vollständigen Verbrennung, zu detektieren oder zumindest mit einfachen Mitteln herzuleiten. Bei umfangreichen Messungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, wurde außerdem herausgefunden, dass es mit einem geeigneten Katalysatormaterial im Brenner in Kombination mit der nun möglichen schnellen Reaktion auf Temperaturveränderungen im Brenner und einer entsprechend schnellen Anpassung der Betriebsweise des Brennstoffzellensystems möglich ist, die Zündungstemperatur im Brenner dahingehend zu beeinflussen, dass eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs im Brenner sichergestellt werden kann. With the determination of the temperature increase, it is possible to detect the occurrence of the ignition in the catalytic converter and / or a desired combustion, in particular a complete combustion, or at least derive it with simple means. In extensive measurements that were carried out within the scope of the present invention, it was also found that it is possible with a suitable catalyst material in the burner in combination with the now possible rapid reaction to temperature changes in the burner and a correspondingly rapid adaptation of the operating mode of the fuel cell system Influencing the ignition temperature in the burner so that complete combustion of the fuel in the burner can be ensured.
[0018] Demnach kann durch das erfindungsgemäße Verfahren zudem auf einfache Weise zuverlässig eine vollständige Verbrennung in geeigneten Katalysatoren sowie eine eventuelle Nachverbrennung in einer möglichen zweiten Stufe des Brenners diagnostiziert werden. Ein solcher zweistufiger Brenner kann eine dedizierte Katalysatorkammer sowie eine dedizierte katalysatorfreie Brennkammer aufweisen. Der Brenner kann vorliegend jedoch sowohl einstufig als auch zweistufig ausgestaltet sein. Accordingly, the method according to the invention can also reliably diagnose complete combustion in suitable catalytic converters and any post-combustion in a possible second stage of the burner in a simple manner. Such a two-stage burner can have a dedicated catalyst chamber and a dedicated catalyst-free combustion chamber. In the present case, however, the burner can be designed in either one or two stages.
[0019] Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Temperatur bzw. die Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich vorzugsweise mit einem Temperaturfühler gemessen. Durch die Ermittlung der Temperaturerhöhung stromaufwärts bzw. am Gaseintritt des Brenners wird sozusagen ein Verfahren zur indirekten Erkennung der Zündung und/oder der vollständigen Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner zur Verfügung gestellt. Mit dem vorgeschlagenen Verfah-In the present method, the temperature or the temperature increase at the gas inlet area is preferably measured with a temperature sensor. By determining the temperature increase upstream or at the gas inlet of the burner, a method for indirect detection of ignition and / or complete combustion of the fuel / air mixture in the burner is made available, so to speak. With the proposed method
ren ist es möglich, die mit der Zündung und/oder vollständigen Verbrennung im Brenner korrespondierende Wärmeentwicklung in einer Zeit von weniger als 10 Sekunden zu erkennen. Damit kann beispielsweise vermieden werden, dass größere Mengen an unverbranntem Brennstoff durch das Brennstoffzellensystem strömen. Ren it is possible to recognize the heat development corresponding to the ignition and / or complete combustion in the burner in a time of less than 10 seconds. In this way it can be avoided, for example, that larger amounts of unburned fuel flow through the fuel cell system.
[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere während eines Startvorgangs bzw. eines Aufheizvorgangs des Brennstoffzellensystems durchgeführt. Als Brennstoff wird vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff, bevorzugt ein Erdgasgemisch, welches hauptsächlich aus Methan besteht, verwendet. Unter Erdgas ist insbesondere ein Erdgasgemisch zu verstehen, wobei dieses auch ausschließlich oder annährend ausschließlich aus Methan bestehen kann. Die Luft wird insbesondere in Form von Umgebungsluft verwendet, wobei der Brennstoff selbstverständlich auch unter Zugabe oder Beimischung eines anderen sauerstoffhaltigen Fluids verbrannt werden kann. Grundsätzlich kann als Brennstoff auch ein flüssiger Brennstoff verwendet werden, welcher jedoch vor einem Zuleiten zum Brenner oder zum stromaufwärts angeordneten Brennstoffzellenstapel verdampft werden muss. Deshalb ist es besonders günstig, wenn das Verfahren mit bereits gasförmigen Betriebsfluiden durchgeführt wird. The method according to the invention is carried out in particular during a starting process or a heating process of the fuel cell system. A gaseous fuel, preferably a natural gas mixture which mainly consists of methane, is preferably used as the fuel. Natural gas is to be understood in particular as a natural gas mixture, which can also consist exclusively or almost exclusively of methane. The air is used in particular in the form of ambient air, it being understood that the fuel can also be burned with the addition or admixture of another oxygen-containing fluid. In principle, a liquid fuel can also be used as fuel, which, however, has to be vaporized before being fed to the burner or to the fuel cell stack arranged upstream. It is therefore particularly advantageous if the process is carried out with operating fluids that are already gaseous.
[0021] Mit Hilfe des Verfahrens können die Zündung und/oder die Verbrennung im Brenner anhand des Vergleichs der ermittelten Temperaturerhöhung mit der Referenztemperaturerhöhung automatisch erkannt werden. D.h., ein Auslesen und/oder eine Deutung des Vergleichs zur Erkennung bzw. Bestimmung der Zündung und/oder der Verbrennung können beispielsweise automatisch durch einen Computer durchgeführt werden. With the aid of the method, the ignition and / or the combustion in the burner can be automatically recognized on the basis of the comparison of the determined temperature increase with the reference temperature increase. That is, a reading out and / or an interpretation of the comparison for recognizing or determining the ignition and / or the combustion can for example be carried out automatically by a computer.
[0022] Der Brenner ist vorzugsweise zum Verbrennen von Kathodenabgas aus einem Kathodenabschnitt und/oder von Anodenabgas aus einem Anodenabschnitt eines Brennstoffzellenstapels während eines Normalbetriebs, also nach dem Startvorgang zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems, ausgestaltet. The burner is preferably designed for burning cathode exhaust gas from a cathode section and / or anode exhaust gas from an anode section of a fuel cell stack during normal operation, ie after the starting process for heating up the fuel cell system.
[0023] Das Verfahren wird bevorzugt in einem stationären Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem stationären SOFC-System, durchgeführt. Dabei kann der Brenner sowohl als Startbrenner als auch als Nachbrenner oder als integrales Bauteil für einen Startbrenner und oder Nachbrenner ausgebildet sein. The method is preferably carried out in a stationary fuel cell system, in particular in a stationary SOFC system. The burner can be designed both as a starting burner and as an afterburner or as an integral component for a starting burner and / or afterburner.
[0024] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Verfahren beim Zuführen von Brennstoff und Luft in den Brenner ein Verbrennungsluftverhältnis A, im Brenner auf einen Wert zwischen 1 und 2 eingestellt wird. Durch die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches entsteht im Brenner Wärme, die das Brennstoff/Luft-Gemisch im Einlassbereich des Brenners stark erwärmt. Mit der Wahl eines passenden Verbrennungsluftverhältnisses kann der Gradient einer Temperaturerhöhung im Gaseintrittsbereich beeinflusst werden. Bei umfangreichen Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass ein Verbrennungsluftverhältnis bei der Zündung zwischen 1 und 2 besonders vorteilhaft ist. D.h., erfindungsgemäß wird mindestens der notwendige Sauerstoff für die vollständige Verbrennung zur Verfügung gestellt, aber maximal die doppelte notwendige Menge. According to a further aspect of the present invention, it is possible that a combustion air ratio A is set to a value between 1 and 2 in the burner in a method when feeding fuel and air into the burner. The combustion of the fuel / air mixture generates heat in the burner, which greatly heats the fuel / air mixture in the inlet area of the burner. By choosing a suitable combustion air ratio, the gradient of a temperature increase in the gas inlet area can be influenced. Extensive tests within the scope of the present invention have shown that a combustion air ratio between 1 and 2 is particularly advantageous during ignition. That is, according to the invention, at least the necessary oxygen for complete combustion is made available, but a maximum of twice the necessary amount.
[0025] Ferner ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Brenner, beim Zuführen von Brennstoff und Luft, durch eine elektrische Heizvorrichtung zumindest für eine vorbestimmbare Zeitdauer und/oder auf eine vorbestimmbare Temperatur, insbesondere auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur, vorgeheizt wird. Als Betriebstemperatur kann im Rahmen der Erfindung eine Temperatur verstanden werden, ab welcher eine vollständige Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches möglich ist. Die Heizvorrichtung kann zum Heizen des Brenners direkt am Brenner angeordnet sein. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung jedoch beabstandet vom Brenner angeordnet und heizt diesen entsprechend indirekt durch ein Betriebsfluid, insbesondere Luft, auf, das bzw. die durch die Heizvorrichtung stromaufwärts des Brenners aufgeheizt und dem Brenner anschließend zugeführt wird. Die Heizvorrichtung ist bevorzugt außerhalb einer sogenannten Hotbox des Brennstoffzellensystems angeordnet, in welcher sich der Brenner befindet. Demnach wird das Betriebsfluid zum Heizen des Brenners bevorzugt außerhalb der Hotbox erhitzt und auch von dort aus dem Brenner zugeführt. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend herausgestellt, dass ein Verlegen der Heizvorrichtung von einer It is also possible that in a method according to the invention, the burner, when feeding fuel and air, is preheated by an electrical heating device at least for a predeterminable period of time and / or to a predeterminable temperature, in particular to a predetermined operating temperature. In the context of the invention, the operating temperature can be understood to be a temperature from which complete combustion of the fuel / air mixture is possible. The heating device can be arranged directly on the burner for heating the burner. However, the heating device is preferably arranged at a distance from the burner and accordingly heats it indirectly by an operating fluid, in particular air, which is heated by the heating device upstream of the burner and then fed to the burner. The heating device is preferably arranged outside a so-called hot box of the fuel cell system in which the burner is located. Accordingly, the operating fluid for heating the burner is preferably heated outside the hotbox and also fed to the burner from there. In experiments within the scope of the present invention it has surprisingly been found that laying the heating device from a
Position direkt am Brenner innerhalb der Hotbox an eine Position außerhalb der Hotbox kaum zu einer Beeinträchtigung der Heizfunktion der Heizvorrichtung für den Brenner führt. D.h., obwohl die Heizvorrichtung außerhalb der Hotbox angeordnet war, konnte der Brenner weiterhin wie gewünscht geheizt bzw. mit der erforderlichen Heizluft versorgt werden. Dabei ist die Heizvorrichtung außerhalb der Hotbox deutlich niedrigeren Temperaturen als innerhalb der Hotbox ausgesetzt. Dadurch ist es nicht mehr nötig, aufwändige Hitzeschutzmaßnahmen für die Heizvorrichtung vorzunehmen. Kosten hierfür können entsprechend eingespart werden. Mit Hilfe der Heizvorrichtung kann der Brenner, beim Zuführen von Brennstoff und Luft, durch ein Temperierfluid zumindest für eine vorbestimmbare Zeitdauer und/oder auf eine vorbestimmbare Temperatur, insbesondere auf eine vorbestimmte Betriebstemperatur, vorgeheizt werden. Position directly on the burner inside the hotbox at a position outside the hotbox hardly leads to an impairment of the heating function of the heating device for the burner. That is, although the heating device was arranged outside the hotbox, the burner could still be heated as desired or supplied with the required heating air. The heating device outside the hotbox is exposed to significantly lower temperatures than inside the hotbox. As a result, it is no longer necessary to undertake complex heat protection measures for the heating device. Costs for this can be saved accordingly. With the aid of the heating device, when fuel and air are supplied, the burner can be preheated by a temperature control fluid at least for a predeterminable period of time and / or to a predeterminable temperature, in particular to a predetermined operating temperature.
[0026] Bei der vorliegenden Erfindung ist bei einem Verfahren weiter vorgesehen, dass ab einer vorbestimmbaren Temperatur am Gaseintrittsbereich des Brenners eine zusätzliche Menge an Brennstoff in den Brenner gefördert werden. Erreicht die Gastemperatur am Eintritt in eine KataIysatorkammer des Brenners eine gewisse Temperatur, beispielsweise in einem Bereich zwischen 600°C und 900°C, insbesondere zwischen 700°C und 800°C, so kann eine zusätzliche Menge an Brennstoff, also zusätzlich zu einer bereits geförderten Brennstoffmenge, in den Brenner gefördert werden, mit der das gewählte Verbrennungsluftverhältnis erreicht bzw. auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann. Diese Vorgehensweise ist aufgrund der vorliegend schnellen Reaktionsmöglichkeit auf sich verändernde Temperaturen im Brenner besonders effektiv umsetzbar. In the present invention, a method is further provided that from a predeterminable temperature at the gas inlet area of the burner, an additional amount of fuel are fed into the burner. If the gas temperature reaches a certain temperature at the entry into a catalyst chamber of the burner, for example in a range between 600 ° C and 900 ° C, in particular between 700 ° C and 800 ° C, an additional amount of fuel, i.e. in addition to an already The amount of fuel fed into the burner, with which the selected combustion air ratio can be achieved or set to the desired value. This procedure can be implemented particularly effectively due to the fact that it is possible to react quickly to changing temperatures in the burner.
[0027] Weiterhin ist es möglich, dass bei einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ab einer vorbestimmbaren Temperatur am Gaseintrittsbereich des Brenners eine zusätzliche Menge an Luft in den Brenner gefördert wird. Durch die erhöhte Zufuhr von Luft bzw. von einem anderen sauerstoffhaltigen Fluid kann die Temperatur zuverlässig auf einem Wert unterhalb einer zulässigen maximalen Betriebstemperatur des Brenners, insbesondere einer Katalysatorkammer bzw. eines Katalysators in der Katalysatorkammer des Brenners, gehalten werden. Auf diese Weise können die Zündung und/oder die Verbrennung im Brenner auf besonders betriebsschonende und sichere Weise für das Brennstoffzellensystem erkannt werden. Alternativ ist es möglich, das Verbrennungsluftverhältnis entsprechend so einzustellen, dass eine berechnete Flammentemperatur im Brenner nicht über einer maximalen Betriebstemperatur des Brenners liegen kann. Furthermore, it is possible that in a method according to the present invention from a predeterminable temperature at the gas inlet area of the burner, an additional amount of air is conveyed into the burner. Due to the increased supply of air or of another oxygen-containing fluid, the temperature can reliably be kept at a value below a permissible maximum operating temperature of the burner, in particular of a catalyst chamber or a catalyst in the catalyst chamber of the burner. In this way, the ignition and / or the combustion in the burner can be recognized for the fuel cell system in a particularly gentle and safe manner. Alternatively, it is possible to set the combustion air ratio accordingly so that a calculated flame temperature in the burner cannot exceed a maximum operating temperature of the burner.
[0028] Von besonderem Vorteil ist es, wenn bei einem Verfahren der Brenner eine Katalysatorkammer und eine der Katalysatorkammer nachgelagerte katalysatorfreie Brennkammer aufweist, wobei ab einer vorbestimmbaren Temperatur am Gaseintrittsbereich des Brenners eine zusätzliche Menge an Luft, zur Erhöhung einer Gasströmungsgeschwindigkeit im Brenner zur wenigstens teilweisen Verlagerung einer Verbrennung, insbesondere der vollständigen Verbrennung, des Brennstoff/Luft-Gemisches von der Katalysatorkammer in die Brennkammer, in den Brenner gefördert wird. Durch die zweistufige Ausführung des Brenners und die Anwendung der beschriebenen Verfahrensschritte ist eine stufenweise und entsprechend kontrollierte Verbrennung möglich, wodurch eine Austrittstemperatur des verbrannten Brennstoff/Luft-Gemisches aus dem Brenner erreicht wird, welche größer ist als eine sonst für die Katalysatorkammer zulässige Temperatur. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Brenners ist es möglich, eine Temperatur in der Katalysatorkammer geringer zu halten, wodurch eine katalytische Beschichtung derselben geschont wird. Darüber hinaus ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, den ohnehin im System notwendigen Brenner auch als Startbrenner zu verwenden. Unter dem Brenner können ein Nachbrenner und/oder ein Startbrenner verstanden werden. It is particularly advantageous if, in a method, the burner has a catalyst chamber and a catalyst-free combustion chamber downstream of the catalyst chamber, an additional amount of air at least partially from a predeterminable temperature at the gas inlet area of the burner to increase a gas flow rate in the burner Relocation of a combustion, in particular the complete combustion, of the fuel / air mixture from the catalyst chamber into the combustion chamber is conveyed into the burner. Due to the two-stage design of the burner and the use of the process steps described, a gradual and appropriately controlled combustion is possible, whereby an exit temperature of the burned fuel / air mixture from the burner is reached which is higher than a temperature otherwise permissible for the catalyst chamber. By dividing the burner according to the invention, it is possible to keep a temperature in the catalyst chamber lower, as a result of which a catalytic coating of the same is spared. In addition, the method according to the invention makes it possible to use the burner which is already necessary in the system as a starting burner. An afterburner and / or a starting burner can be understood by the burner.
[0029] Zur Implementierung eines Nachbrenners sowie eines Startbrenners ist also nur mehr der eine Brenner notwendig, welcher abhängig von einem Betriebsmodus des Brennstoffzellensystems als Startbrenner oder Nachbrenner verwendet wird. Die Strömungsgeschwindigkeit kann dabei mit der Erhöhung der Luft so weit erhöht, werden, dass die vollständige Verbrennung nicht im Katalysator bzw. einer entsprechenden Katalysatorkammer, sondern erst in der nachgeschalteten, katalysatorfreien Brennkammer passiert. Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches so weit erhöht wird, dass diese eine Flammengeschwindigkeit überschreitet. Damit kann eine Rückzündung in den Gaseintrittsbereich des To implement an afterburner and a starter burner, only one burner is necessary, which is used as a starter burner or afterburner depending on an operating mode of the fuel cell system. The flow rate can be increased with the increase in the air so that the complete combustion does not take place in the catalytic converter or a corresponding catalytic converter chamber, but only in the downstream, catalytic converter-free combustion chamber. It is of further advantage if the flow speed of the fuel / air mixture is increased to such an extent that it exceeds a flame speed. This can prevent backfire in the gas inlet area of the
Brenners bzw. in einen entsprechenden Mischraum stromaufwärts des Brenners verhindert werden. Burner or in a corresponding mixing space upstream of the burner can be prevented.
[0030] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm zur Verfügung gestellt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorstehend im Detail beschriebene Verfahren auszuführen. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogramm die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. According to a further aspect of the present invention, a computer program is provided, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the computer to execute the method described in detail above. A computer program according to the invention thus brings the same advantages as have been described in detail with reference to the method according to the invention.
[0031] Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ und/oder C# implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium, wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte, wie einen Controller derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk, wie beispielsweise dem Internet, bereitgestellt werden bzw. sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. Das Computerprogramm kann sowohl mittels einer Software als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden bzw. sein. The computer program can be implemented as computer-readable instruction code in any suitable programming language such as, for example, JAVA, C ++ and / or C #. The computer program can be stored on a computer-readable storage medium, such as a data disc, a removable drive, a volatile or non-volatile memory or a built-in memory / processor. The instruction code can program a computer or other programmable device, such as a controller, to perform the desired functions. Furthermore, the computer program can be provided or be in a network, such as for example the Internet, from which it can be downloaded by a user if necessary. The computer program can be implemented both by means of software and by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware, or in any hybrid form, i.e. by means of software components and hardware components.
[0032] Ferner wird ein Speichermittel mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm, das zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist, zur Verfügung gestellt. Unter dem Speichermittel ist insbesondere ein computerlesbares Speichermittel, wie eine Datendisk, ein Wechsellaufwerk, ein flüchtiges oder ein nichtflüchtiges Speichermittel zu verstehen. Zudem kann ein Controller mit einem darin installierten Computerprogramm zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt werden, aufweisend eine Ermittlungsvorrichtung zum Ermitteln einer Temperaturerhöhung an einem Gaseintrittsbereich des Brenners, eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der ermittelten Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich mit einer Referenztemperaturerhöhung sowie eine Erkennungsvorrichtung zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner anhand des Vergleichs der ermittelten Temperaturerhöhung mit der Referenztemperaturerhöhung. Die Ermittlungsvorrichtung, die Vergleichsvorrichtung und/oder die Erkennungsvorrichtung können jeweils in Form von Software- und/oder Hardware-Komponenten bereitgestellt sein. Der Controller kann vorliegend als Speichermittel verstanden werden, wohingegen das Speichermittel in der Regel keinen Controller umfasst. Darüber hinaus wird im Rahmen der Erfindung die Verwendung eines solchen Controllers in einem Brennstoffzellensystem zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in einem Brenner des Brennstoffzellensystems vorgeschlagen. Damit können durch das Speichermittel, den Controller und die Verwendung des erfindungsgemäßen Controllers ebenfalls die vorstehend beschriebenen Vorteile erzielt werden. Furthermore, a storage means is provided with a computer program stored thereon which is configured and designed to carry out a method as described above. The storage medium is to be understood as meaning, in particular, a computer-readable storage medium, such as a data disk, a removable drive, a volatile or a non-volatile storage medium. In addition, a controller with a computer program installed therein for recognizing ignition and / or combustion in a burner of a fuel cell system can be provided, having a determination device for determining a temperature increase at a gas inlet area of the burner, a comparison device for comparing the determined temperature increase at the gas inlet area with a Reference temperature increase and a detection device for detecting ignition and / or combustion of the fuel / air mixture in the burner based on the comparison of the determined temperature increase with the reference temperature increase. The determination device, the comparison device and / or the detection device can each be provided in the form of software and / or hardware components. In the present case, the controller can be understood as a storage means, whereas the storage means generally does not include a controller. In addition, the use of such a controller in a fuel cell system for detecting ignition and / or combustion in a burner of the fuel cell system is proposed within the scope of the invention. The advantages described above can thus also be achieved by the storage means, the controller and the use of the controller according to the invention.
[0033] Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen jeweils schematisch: Further measures improving the invention emerge from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. They each show schematically:
[0034] Figur 1 ein Blockdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und FIG. 1 shows a block diagram to explain an embodiment of the present invention, and FIG
[0035] Figur 2 ein Kurvendiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows a curve diagram to explain an embodiment of the present invention.
[0036] In Fig. 1 ist schematisch ein Brennstoffzellensystem 2 in Form eines stationären SOFCSystems dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 2 weist einen Brennstoffzellenstapel 14 mit einem Anodenabschnitt 12 und einem Kathodenabschnitt 13 auf. Durch den Brennstoffzellenstapel 14 kann im Rahmen einer elektrochemischen Reaktion elektrische Leistung erzeugt werden. Das In Fig. 1, a fuel cell system 2 is shown schematically in the form of a stationary SOFC system. The fuel cell system 2 has a fuel cell stack 14 with an anode section 12 and a cathode section 13. The fuel cell stack 14 can generate electrical power in the context of an electrochemical reaction. The
Brennstoffzellensystem 2 weist ferner einen Reformer 17 zum Reformieren eines Brennstoffgemisches in ein Anodenzuführgas zum Anodenabschnitt 12 auf. Außerdem weist das Brennstoffzellensystem 2 einen Brenner 1 auf, der vorliegend sowohl zum Verbrennen von Anodenabgas vom Anodenabschnitt 12 und Kathodenabgas vom Kathodenabschnitt 13 als auch als Startbrenner zum Aufheizen des Brennstoffzellensystems 2 während eines Startvorgangs bzw. Aufheizvorgangs des Brennstoffzellensystems 2 betrieben werden kann. Der Brenner 1 umfasst eine erste Kammer in Form einer Katalysatorkammer 5 sowie eine zweite Kammer in Form einer Brennkammer 6. Die Katalysatorkammer 5 umfasst ein katalytisches Material, welches beispielsweise als Gewebe ausgebildet ist, wohingegen die Brennkammer 6 einen in Fig. 1 nicht dargestellten Flammenbrenner umfasst. Die Katalysatorkammer 5 und die Brennkammer 6 schließen in Fließrichtung unmittelbar aneinander an, wobei ein Brennstoff/Luft-Gemisch während eines Betriebs des Brennstoffzellensystems 2 zuerst die erste Katalysatorkammer 5 und anschließend die Brennkammer 6 durchströmt. Die Fließrichtung ist gemäß Fig. 1 also von rechts nach links angegeben. Die Katalysatorkammer 5 kann vorliegend ebenso als Brennkammer zum Verbrennen, insbesondere zum katalytischen Verbrennen, des Brennstoff/Luft-Gemisches verstanden werden. Fuel cell system 2 furthermore has a reformer 17 for reforming a fuel mixture into an anode feed gas to the anode section 12. In addition, the fuel cell system 2 has a burner 1, which in the present case can be operated both for burning anode exhaust gas from the anode section 12 and cathode exhaust gas from the cathode section 13 and as a starting burner for heating the fuel cell system 2 during a starting process or heating process of the fuel cell system 2. The burner 1 comprises a first chamber in the form of a catalyst chamber 5 and a second chamber in the form of a combustion chamber 6. The catalyst chamber 5 comprises a catalytic material, which is designed, for example, as a fabric, whereas the combustion chamber 6 comprises a flame burner not shown in FIG. 1 . The catalyst chamber 5 and the combustion chamber 6 directly adjoin one another in the direction of flow, a fuel / air mixture flowing through the first catalyst chamber 5 and then through the combustion chamber 6 during operation of the fuel cell system 2. According to FIG. 1, the direction of flow is indicated from right to left. In the present case, the catalyst chamber 5 can also be understood as a combustion chamber for burning, in particular for catalytic burning, of the fuel / air mixture.
[0037] Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das Brennstoffzellensystem 2 außerdem eine elektrische Heizvorrichtung 4 zum Vorheizen des Brenners 1 während des Startvorgangs des Brennstoffzellensystems 2 auf. Der Brennstoffzellenstapel 14, der Reformer 17 und der Brenner 1 sind innerhalb einer Hotbox 15 des Brennstoffzellensystems 2 angeordnet. Die Heizvorrichtung 4 ist hingegen außerhalb der Hotbox 15 an dieser angeordnet. Innerhalb der Hotbox 15 ist außerdem ein Wärmetauscher 16 angeordnet, der mit seiner kalten Seite stromaufwärts zum Kathodenabschnitt 13 und mit seiner heißen Seite stromabwärts zum Brenner 1 angeordnet ist. Stromaufwärts der Heizvorrichtung 4 ist ein Gebläse 18 zum Beaufschlagen der Heizvorrichtung 4 mit der dem Brenner 1 zuzuführenden Luft angeordnet. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 2 also has an electrical heating device 4 for preheating the burner 1 during the starting process of the fuel cell system 2. The fuel cell stack 14, the reformer 17 and the burner 1 are arranged within a hot box 15 of the fuel cell system 2. The heating device 4, however, is arranged outside the hotbox 15 on the latter. A heat exchanger 16 is also arranged inside the hot box 15, the cold side of which is arranged upstream of the cathode section 13 and with its hot side is arranged downstream of the burner 1. A blower 18 is arranged upstream of the heating device 4 for charging the heating device 4 with the air to be supplied to the burner 1.
[0038] Zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung im Brenner 1 ist ein Controller 8 bereitgestellt. Unter dem Controller 8 kann ein Steuer- und/oder Regelsystem verstanden werden. Der Controller 8 weist eine Ermittlungsvorrichtung 9 zum Ermitteln einer Temperaturerhöhung an einem Gaseintrittsbereich 3 des Brenners 1, eine Vergleichsvorrichtung 10 zum Vergleichen der ermittelten Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich 3 mit einer Referenztemperaturerhöhung sowie eine Erkennungsvorrichtung 11 zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner 1 anhand des Vergleichs der ermittelten Temperaturerhöhung mit der Referenztemperaturerhöhung auf. D.h., wird beispielsweise erkannt, dass die Temperaturerhöhung stärker als die Referenztemperaturerhöhung ist, kann auf eine Zündung und/oder eine Verbrennung im Brenner geschlossen werden. Wird hingegen erkannt, dass die Temperaturerhöhung schwächer als die Referenztemperaturerhöhung ist, kann davon ausgegangen werden, dass noch keine Zündung und/oder auch nicht die gesuchte Verbrennung vorliegen. A controller 8 is provided for recognizing an ignition and / or a combustion in the burner 1. The controller 8 can be understood to mean a control and / or regulating system. The controller 8 has a determination device 9 for determining a temperature increase at a gas inlet area 3 of the burner 1, a comparison device 10 for comparing the determined temperature increase at the gas inlet area 3 with a reference temperature increase, and a detection device 11 for detecting ignition and / or combustion of the fuel / air Mixture in burner 1 based on the comparison of the determined temperature increase with the reference temperature increase. That is, if it is recognized, for example, that the temperature increase is greater than the reference temperature increase, it can be concluded that an ignition and / or combustion in the burner has occurred. If, on the other hand, it is recognized that the temperature increase is weaker than the reference temperature increase, it can be assumed that there is still no ignition and / or the combustion sought.
[0039] In dem Controller 8 ist ein Computerprogramm 7 installiert, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Computerprogramms 7 durch einen Computer bzw. den Controller 8 diesen veranlassen, ein nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenes Verfahren zum Erkennen einer Zündung und/oder einer Verbrennung in dem Brenner auszuführen. In Fig. 2 stehen S1 für die Temperatur der durch die Heizvorrichtung 4 zugeführten Luft, S2 für die Temperatur des Brennstoff/Luft- Gemisches im Gaseintrittsbereich 3 und S3 für die Temperatur des verbrannten Brennstoff/Luft-Gemisches stromabwärts des Brenners 1. Z1 steht für einen ersten Zeitpunkt, in welchem Brennstoff in Form von Methan zum Brenner 1 geführt wird. Z2 steht für einen zweiten Zeitpunkt, in welchem die Zündung erkannt wird. Mit der Erkennung der Zündung wird die Heizvorrichtung 4 deaktiviert und die Luftzufuhr zum Brenner 1 kann zur weiteren Regelung der Temperatur im Katalysator erhöht werden. Z3 steht für einen dritten Zeitpunkt, in welchem die Brennstoffzufuhr zum Brenner 1 erhöht wird. Dieser Zeitpunkt kann von der gewünschten Regelung beeinflusst werden. Der Zeitpunkt Z3 markiert grundsätzlich einen Punkt im Verfahrensablauf, ab dem es möglich ist, die Brennstoffmenge weiter zu erhöhen, damit mehr thermische Leistung bereitgestellt werden kann. Entsprechend der gewünschten Betriebstemperatur In the controller 8, a computer program 7 is installed, which comprises commands that cause the computer program 7 to be executed by a computer or the controller 8, a method described below with reference to FIGS. 1 and 2 for Detecting ignition and / or combustion in the burner. In Fig. 2, S1 stands for the temperature of the air supplied by the heating device 4, S2 for the temperature of the fuel / air mixture in the gas inlet area 3 and S3 for the temperature of the burned fuel / air mixture downstream of the burner 1. Z1 stands for a first point in time at which fuel is fed to burner 1 in the form of methane. Z2 stands for a second point in time at which the ignition is recognized. When the ignition is detected, the heating device 4 is deactivated and the air supply to the burner 1 can be increased to further regulate the temperature in the catalytic converter. Z3 stands for a third point in time at which the fuel supply to burner 1 is increased. This point in time can be influenced by the desired regulation. The point in time Z3 basically marks a point in the process sequence from which it is possible to increase the amount of fuel further so that more thermal power can be provided. According to the desired operating temperature
werden die Brennstoffmenge und die Luftmenge in weiterer Folge eingestellt. Die linearen Verläufe sollen jedoch nur eine grundsätzliche Möglichkeit darstellen und andere Aufheizstrategien nicht ausschließen. Beispielsweise kann die Brenngasmenge auch reduziert werden, um einen langsameren Aufheizvorgang zu realisieren. Die notwendige Luftmenge wird dabei immer in Abhängigkeit zur Brenngasmenge und der in dem Betriebspunkt gewünschten Betriebstemperatur des Katalysators eingestellt. the amount of fuel and the amount of air are subsequently set. However, the linear courses are only intended to represent a basic possibility and not exclude other heating strategies. For example, the amount of fuel gas can also be reduced in order to achieve a slower heating process. The amount of air required is always set as a function of the amount of fuel gas and the operating temperature of the catalyst desired at the operating point.
[0040] V1 steht für den zum Brenner 1 geführten Luftvolumenstrom und V2 steht für den zum Brenner 1 geführten Brennstoffvolumenstrom. V1 stands for the air volume flow led to the burner 1 and V2 stands for the fuel volume flow led to the burner 1.
[0041] Nachfolgend wird an dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel ein mögliches Aufheizszenario genauer beschrieben. Dabei werden dem Brenner 1 vor dem Zeitpunkt Z1 16.000 NI/h Luft zugeführt, wobei diese Menge bzw. dieser Volumenstrom ab dem Zeitpunkt Z2 auf 35.000 NI/h erhöht wird. Ab dem Zeitpunkt Z1, sobald der Brenner 1 auf die gewünschte Selbstzündungstemperatur des Erdgases von ca. 670°C vorgeheizt ist, wird dem Brenner 1 1000 NI/h Brennstoff zugeführt. Ab dem Zeitpunkt Z3 wird diese Menge bzw. der Volumenstrom auf 1.500 NI/h erhöht. In the following, a possible heating scenario is described in more detail using the example shown in FIG. In this case, 16,000 NI / h of air are fed to burner 1 before time Z1, this amount or this volume flow being increased to 35,000 NI / h from time Z2. From the point in time Z1, as soon as the burner 1 is preheated to the desired self-ignition temperature of the natural gas of approx. 670 ° C., the burner 1 1000 NI / h fuel is fed. From time Z3, this amount or the volume flow is increased to 1,500 NI / h.
[0042] Verfahrensgemäß wird in einem ersten Schritt somit zunächst durch die Heizvorrichtung 4 vorgeheizte Luft in den Brenner 1 geführt, um den Brenner 1 auf eine gewünschte Temperatur vorzuheizen. Sobald die gewünschte Temperatur zum Zeitpunkt Z1 erreicht ist, wird dem Brenner 1 noch Brennstoff hinzugefügt. Zum Zeitpunkt Z2 wird die Zündung erkannt und damit der Luftstrom zum Brenner 1 erhöht. D.h., ab dem Erkennen der Zündung des Brennstoffes im Brenners 1 wird eine zusätzliche Menge an Luft, zur Erhöhung einer Gasströmungsgeschwindigkeit im Brenner 1 gefördert. Damit wird ein Rückzünden in den Mischraum vor dem Katalysator verhindert. Wird die Strömungsgeschwindigkeit weit genug erhöht, kann es zu einer wenigstens teilweisen Verlagerung einer Verbrennung, insbesondere der vollständigen Verbrennung, des Brennstoff/Luft-Gemisches von der Katalysatorkammer 5 in die Brennkammer 6, in den Brenner 1 kommen. According to the method, in a first step, air preheated by the heating device 4 is thus first fed into the burner 1 in order to preheat the burner 1 to a desired temperature. As soon as the desired temperature is reached at time Z1, fuel is added to burner 1. The ignition is recognized at time Z2 and the air flow to burner 1 is increased. That is, from the detection of the ignition of the fuel in the burner 1, an additional amount of air is conveyed to increase the gas flow rate in the burner 1. This prevents reignition in the mixing chamber in front of the catalytic converter. If the flow velocity is increased sufficiently, a combustion, in particular complete combustion, of the fuel / air mixture can be at least partially shifted from the catalyst chamber 5 into the combustion chamber 6 into the burner 1.
[0043] Sobald anhand des Temperatursprungs bezüglich der Temperatur des Brennstoff/LuftGemisches im Gaseintrittsbereich 3 die Zündung sowie die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner 1 erkannt wurde, wird die Heizvorrichtung 4 deaktiviert. Die gesuchte Temperaturerhöhung bzw. der Temperatursprung wird durch einen Vergleich der kontinuierlich ermittelten Temperatur am Gaseintrittsbereich mit einer Referenztemperatur erkannt. Mit anderen Worten, die Zündung und die gesuchte Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches im Brenner 1 werden anhand eines Vergleichs einer ermittelten Temperaturerhöhung am Gaseintrittsbereich 3 mit einer Referenztemperaturerhöhung erkannt. As soon as the ignition and the combustion of the fuel / air mixture in the burner 1 have been recognized based on the temperature jump with respect to the temperature of the fuel / air mixture in the gas inlet area 3, the heating device 4 is deactivated. The sought temperature increase or temperature jump is recognized by comparing the continuously determined temperature at the gas inlet area with a reference temperature. In other words, the ignition and the sought-after combustion of the fuel / air mixture in the burner 1 are recognized on the basis of a comparison of a temperature increase determined at the gas inlet area 3 with a reference temperature increase.
[0044] Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D.h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. In addition to the illustrated embodiments, the invention allows further design principles. That is to say, the invention should not be viewed as restricted to the exemplary embodiments explained with reference to the figures.
Österreichischer AT 521 855 B1 2020-10-15 Austrian AT 521 855 B1 2020-10-15
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 11 12 13 14 15 16 17 18 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Ss1 S2 sS3 Ss1 S2 sS3
Z1 Z2 Z3 Z1 Z2 Z3
V1 V2 V1 V2
Brenner Brennstoffzellensystem Gaseintrittsbereich elektrische Heizvorrichtung Katalysatorkammer Brennkammer Computerprogramm Controller Ermittlungsvorrichtung Vergleichsvorrichtung Erkennungsvorrichtung Anodenabschnitt Kathodenabschnitt Brennstoffzellenstapel Hotbox Wärmetauscher Reformer Burner Fuel cell system Gas inlet area Electrical heating device Catalyst chamber Combustion chamber Computer program controller Determination device Comparison device Recognition device Anode section Cathode section Fuel cell stack Hotbox Heat exchanger Reformer
Gebläse fan
Temperaturverlauf der durch die Heizvorrichtung zugeführten Luft Temperaturverlauf im Gaseintrittsbereich Temperature profile of the air supplied by the heating device Temperature profile in the gas inlet area
Temperaturverlauf stromabwärts des Brenners erster Zeitpunkt zweiter Zeitpunkt Temperature profile downstream of the burner, first time, second time
dritter Zeitpunkt third point in time
Volumenstrom Luft Air volume flow
Volumenstrom Brennstoff Volume flow of fuel
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50968/2018A AT521855B1 (en) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Method for detecting ignition and / or combustion in a burner of a fuel cell system |
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| WO2007091160A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Combustion state determining apparatus with catalytic combustion unit and fuel cell |
-
2018
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003002605A (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-08 | Tokyo Gas Co Ltd | Method for operating and stopping steam reformer |
| WO2007091160A1 (en) * | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Combustion state determining apparatus with catalytic combustion unit and fuel cell |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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