Bei der Beimischung kann insbesondere das elektronische Verbundsystem „CleanVario“ seine Vorteile ausspielen, weil es gasadaptiv ist und sich an unterschiedliche Brennstoffe anpassen kann. Die für den schadstoffarmen und zugleich effizienten Betrieb ideale Mischung von Brennstoff und Luft ist dann gegeben, wenn das Verbrennungsluftverhältnis bei einem λ-Wert zwischen 1,2 und 1,3 liegt. Um zu prüfen, ob die Verbrennung optimal verläuft, misst bei „CleanVario“ eine Elektrode direkt an der Flamme den Ionisationsstrom. Je nachdem wie hoch oder niedrig dieser ist, wird das Gasventil elektronisch angesteuert, um den Gasfluss zu erhöhen oder zu drosseln. Somit ist es möglich, die Verbrennung unabhängig vom Brennstoff zu steuern. Hierbei ist es ebm-papst gelungen, durch die intelligente Verknüpfung aller Aktoren und Sensoren die Zuverlässigkeit des Systems über den Stand der Technik weiterzuentwickeln. Bis zu einer Beimischung von 30 Prozent Wasserstoff funktioniert die Ionisationstechnologie zuverlässig. Bei 100 Prozent allerdings nicht. Der Ionisationsstrom ist dann kaum messbar.
Sichere Zündung, sicherer Betrieb
Beim Betrieb mit 100 Prozent Wasserstoff bekommt das Brennverhalten eine entscheidende Bedeutung. Wegen der hohen Flammgeschwindigkeit und der Reaktionsfreudigkeit des Elements beschäftigt die Heiztechnikbranche vor allem das Thema Sicherheit. Wer das Brennverhalten jedoch genau kennt, kann die Verbrennung von Wasserstoff sicher beherrschen.
Besonders kritisch ist der Zündvorgang. Die Gefahr ist, dass es dabei zu einem Flammrückschlag kommt. In diesem Fall wandert die Flamme vom Brenner entgegen der Stromrichtung zurück Richtung Gas-Luft-Verbund. Das geschieht, wenn sich die Flamme nach der Zündung sehr schnell ausbreitet und ein derart hoher Druck entsteht, dass neues Brennstoffgemisch nicht schnell genug in den Brenner nachströmen kann. Die Flamme sucht sich also selbst einen Weg, um sich weiter nähren zu können und wandert dem Brennstoffgemisch entgegen (Abb. 3). Eine Möglichkeit die Zündung sicher zu machen, ist, den Luftanteil während des Startvorgangs zu erhöhen. Der Vorteil: Wasserstoff zündet im Vergleich zu Erdgas schon bei sehr geringen Konzentrationen. Ist die kritische Zündphase vorbei, geht das Gerät nach Sekundenbruchteilen in den effizienten Regelbetrieb zurück.
Zu einem Flammrückschlag kann es aber auch bei laufendem Betrieb kommen, und zwar dann, wenn niedrigere Leistungen abgerufen werden. Grund ist die hohe Flammgeschwindigkeit des Wasserstoffs. Die Flamme kommt dort zum Stehen, wo die Flammgeschwindigkeit genauso groß ist wie die Ausströmgeschwindigkeit. Bei Nennleistung geschieht das in ausreichendem Abstand zur Brenneroberfläche. Verringert sich die Leistung, nimmt die Ausströmgeschwindigkeit ab, die Flamme wandert Richtung Brenneroberfläche (Abb. 4). Ab einem bestimmten kritischen Niveau besteht die Gefahr, dass die Flamme in den Brenner hineingelangt und stromaufwärts wandert. Es muss also sichergestellt werden, dass auch bei niedrigen Heizleistungen eine bestimmte Ausströmgeschwindigkeit nicht unterschritten wird.
Gas-Luft-Verbund für 100 Prozent Wasserstoff
Um den Flammrückschlag zu verhindern, arbeitet ebm-papst an einem neuen Betriebskonzept. Da für den elektronischen Verbund erst noch wirtschaftliche und genauso langlebige Alternativen zur Ionisationstechnologie gefunden werden müssen, ist Stand jetzt eine pneumatische Lösung am sinnvollsten. Für gewöhnlich ist der pneumatische Verbund bei der Installation für ein bestimmtes Brennstoff-Luft-Verhältnis eingestellt. Allerdings gibt das System keine Auskunft darüber, wie hoch der Gemischvolumenstrom ist, der in den Brenner gelangt. Um den Flammrückschlag im Betrieb sicher zu verhindern, ist es aber wichtig, die Ausströmgeschwindigkeit genau zu steuern. Aktuell arbeitet ebm-papst an einem elektronisch-pneumatischen Verbund, der genau das kann und zum Beispiel auch über ein angepasstes Startverhalten auf die Anforderungen vorbereitet ist.
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