EP4043791A1 - Gas boiler and method for adjusting a fuel / oxidator mixture as a function of a composition of the fuel - Google Patents

Gas boiler and method for adjusting a fuel / oxidator mixture as a function of a composition of the fuel Download PDF

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EP4043791A1
EP4043791A1 EP22151153.8A EP22151153A EP4043791A1 EP 4043791 A1 EP4043791 A1 EP 4043791A1 EP 22151153 A EP22151153 A EP 22151153A EP 4043791 A1 EP4043791 A1 EP 4043791A1
Authority
EP
European Patent Office
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fuel
control unit
composition
oxidizer
line
Prior art date
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Pending
Application number
EP22151153.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hartmut Henrich
Jens Hermann
Stephan MICHAEL
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.)
Ebm Papst Landshut GmbH
Original Assignee
Ebm Papst Landshut GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Ebm Papst Landshut GmbH filed Critical Ebm Papst Landshut GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a gas heater and an associated method for determining a target ionization current and/or an ionization current characteristic of a gas heater.
  • the mixture control for mixing the fuel or fuel gas with the oxidizer, usually air, in electronically controlled gas condensing boilers or gas boilers can be implemented using the ionization current process.
  • a current, over a flame in the burner The ionization current flowing through the gas heater (actual ionization current) is measured and regulated according to a target value of the ionization current (target ionization current) by adjusting the mixing ratio of fuel and oxidizer, so that the current ionization current approaches the target value or they correspond to one another.
  • the target value of the ionization current at a certain air ratio ⁇ of the fuel-oxidizer mixture depends on the current firing capacity and the composition of the fuel or, in this case, the fuel.
  • the air ratio ⁇ is a dimensionless number that indicates the mass ratio of the oxidizer (air) to the fuel (fuel gas) relative to the stoichiometrically ideal ratio for a theoretically complete combustion process.
  • Firing output is understood to be the heat content or the thermal output of the fuel or, in this case, the fuel gas, which is supplied to the burner of the gas boiler in continuous operation per unit of time.
  • this target value of the ionization current is stored in a characteristic curve (ionization current characteristic curve) or as a function of other parameters of the gas heater, such as speed or power, on a control unit.
  • the appropriate target value for the ionization current is determined from the characteristic curve or function.
  • the prior art usually provides that when the device is started up (for the first time) a gas family belonging to the combustible gas or fuel is selected as a representative for the composition of the fuel or combustible gas.
  • the characteristic curve or function of this uniquely selected composition of the fuel gas is then and in usually continuously used to determine the target value of the ionization current and the control of the fuel-oxidizer mixture based thereon.
  • a changed characteristic curve or function can usually only be selected by manual intervention by specialist personnel in order to react to a change in the composition of the fuel gas.
  • the calibration is carried out by enriching the fuel/oxidizer mixture to above the point of stoichiometric mixing of the mixture, since the maximum ionization current can be measured at this point. This measured value is offset against a reference value (here the ionization current reference value) in order to obtain the target value of the ionization current for the desired hyper-stoichiometric air ratio ⁇ .
  • a reference value here the ionization current reference value
  • the reference value or ionization current reference value is determined by the selection of the gas family, ie the type of gas or the composition of the gas used as fuel, when the system is put into operation for the first time.
  • this reference value also depends on the fuel composition. If the fuel composition changes without the reference value being adjusted to the new composition, this calibration leads to a Incorrect determination of the ionization current setpoint and thus incorrect control of the mixture.
  • a method for calibrating a gas boiler or the combustion in the burner of a gas boiler is, for example, from the publication DE 19 539 568 C1 known. Furthermore, a performance or the air ratio ⁇ -dependent characteristic of the ionization current through the DE 19 831 648 A1 disclosed.
  • the invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a gas heater and a method with which automatic detection and adjustment of the fuel/oxidizer mixture is possible when the composition of the fuel changes.
  • a gas boiler with a mixer, a fuel line leading to the mixer and an oxidizer line leading to the mixer is proposed.
  • the mixer is designed to generate a fuel-oxidant mixture from a fuel flowing through the fuel line to the mixer and an oxidizer flowing through the oxidizer line to the mixer.
  • the oxidizer is preferably air and the fuel is a combustible gas, which can contain at least a proportion of hydrogen, so that a combustible gas-air mixture is produced by the mixer is generated as a fuel-oxidizer mixture.
  • the invention is characterized in that the gas heater has a control unit and at least one sensor arranged in or on the fuel line for detecting a thermal property of the fuel flowing through the fuel line.
  • the at least one sensor is connected to the control unit in terms of signals and is designed to detect the thermal property of the fuel flowing through the fuel line and to transmit it to the control unit.
  • the composition of the fuel or fuel gas determines the thermal properties of the fuel, so that conclusions about the composition of the fuel are possible from the thermal properties recorded.
  • the composition of the fuel is understood to mean that it has at least one component, but mostly several components, of which the fuel is composed proportionately.
  • a fuel gas can have a proportion of natural gas and a proportion of hydrogen.
  • the control unit is designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties of the fuel.
  • composition is preferably understood to mean the proportion of different gases in % by volume of the fuel flowing through the fuel line.
  • the thermal conductivity, the thermal conductivity, the density or the speed of sound in the fuel or the fuel can be detected as thermal property detected by the at least one sensor. If, as mentioned later, several sensors are provided for detecting the thermal properties, they can detect different thermal properties, so that, for example, a first sensor can detect the density and a second sensor can detect the speed of sound, which means that when determining the composition, different Output variables and calculation methods result in greater reliability of the composition determined from them.
  • the basic idea of the invention is therefore to provide a gas heater with at least one sensor or sensor assembly, by means of which one or more measured variables (thermal properties) can be recorded that are representative of the composition of the current fuel. These measured variables are forwarded to the control unit, where they are interpreted to determine the composition of the fuel.
  • the gas composition or the composition of the fuel is determined by comparing the measured variables with, for example, characteristic diagrams determined in a laboratory or material data simulations of defined or known compositions that can be carried out on the control unit.
  • the control unit is designed to determine a target ionization current and/or an ionization current characteristic for an ionization current flowing over a flame in a burner of the gas boiler (100) as a function of the composition of the fuel.
  • reference values of the ionization current or target ionization currents and ionization current characteristics for different compositions of the fuel can be stored on the control unit.
  • a formula or simulation for determining the setpoint ionization current or the ionization current characteristic curve which takes into account the composition of the fuel as a variable, can be stored on the control unit.
  • the gas heater or the system is automatically calibrated, ie the regulation of the fuel-oxidizer mixture is adjusted to the new composition of the fuel.
  • the control unit can be designed to recognize a change in the composition of the fuel based on the thermal properties recorded and transmitted by the at least one sensor.
  • the calibration can in particular also take into account wear or aging of the gas heater and, for example, of an ionization current electrode serving as a device for detecting the actual ionization current flowing over the flame.
  • an optimal fuel/oxidizer mixture can be adjusted independently of a fluctuation in the composition of the fuel or the type of gas.
  • the ionization current can be specifically calibrated when a change in the composition of the fuel is detected.
  • An advantageous variant of the gas heater also provides that it also includes a temperature sensor arranged in or on the fuel line, which is provided accordingly in particular for detecting the temperature of the fuel flowing through the fuel line.
  • the temperature sensor is connected to the control unit in terms of signals and is designed to detect a temperature of the fuel flowing through the fuel line and to transmit it to the control unit.
  • the control unit is also designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties and the detected temperature of the fuel. As previously mentioned are the thermal properties temperature dependent. There are therefore two ways in which the composition of the fuel can be determined using the thermal properties. Either the temperature is already known, for example because the fuel has a constant, unchanging and previously known temperature, or the temperature is determined by means of the temperature sensor, so that the determined temperature can be used to determine the composition of the fuel.
  • a pressure sensor for detecting the pressure of the fuel in the fuel line can be provided in one variant.
  • temperature-dependent characteristic diagrams can be deposited or stored in this control unit, from which the composition of the fuel can be determined using the thermal properties for a known temperature of the fuel. Accordingly, the control unit is designed to determine the composition of the fuel from a comparison of the detected thermal properties of the fuel with the characteristic diagrams. For example, a large number of characteristic diagrams can be stored for this purpose, which indicate the thermal properties for different proportions of hydrogen in natural gas at one or different temperatures.
  • a mathematical formula for determining the composition of the fuel can be stored in the control unit, which takes into account the detected thermal property as a variable.
  • the control unit is designed to determine the composition of the fuel using the mathematical formula.
  • a characteristic map or a mathematical function for determining the composition of the fuel can also take into account the pressure of the fuel as ambient conditions in addition to the temperature.
  • a table for example, is stored in the control unit as a characteristic field for the known temperature, in which different values of the thermal property are stored with the respective associated composition of the fuel.
  • a simulation for determining the composition of the fuel is stored in the control unit, which takes into account the detected thermal property as a variable, with the control unit being designed to use the thermal properties from the simulation to determine the to determine the composition of the fuel.
  • the simulation can in particular be a material data simulation, by which the thermal properties of different compositions can be simulated and the composition of the fuel can be determined by a comparison with the determined thermal properties.
  • a thermal property is measured together with a fuel or gas temperature.
  • the measured value associated with the thermal property is subtracted from the temperature-dependent characteristic curve selected on the basis of the measured temperature, which is typical for a particular composition of the fuel and which is also used as a material value characteristic curve can be designated.
  • the material value characteristic or a large number of characteristic curves can be stored in a characteristic map, which can be selected from a large number of characteristic maps stored on the control unit on the basis of the measured temperature.
  • the material value characteristic or the characteristic map can also correspond to a simulation result of the simulation, by means of which different fuel compositions can be simulated.
  • the measured temperature is used as the temperature for the material data simulation or for the selection of the correct map.
  • For each fuel composition that is simulated or stored as a characteristic curve there is a residual compared to the measured thermal property.
  • the composition, the characteristic curve of which has a minimum residual compared to the recorded thermal property thus corresponds to the probable or actual composition of the fuel.
  • the mixer is preferably designed to prevent the oxidizer and/or the fuel-oxidizer mixture from flowing back into the fuel line, so that only fuel flows or can flow through the fuel line and, when determining the thermal properties, the thermal properties of the pure Fuel can be determined.
  • Appropriate valves or non-return valves can be used for this purpose, with backflow also being able to be implemented, for example, by means of a corresponding structure of the mixer.
  • a venturi nozzle can be provided that closes the fuel line to the oxidizer line, through which the fuel flows into a mixing region of the mixer, but the oxidizer or the fuel-oxidizer mixture does not flow into the Fuel line can flow back, so that at least with a continuous supply of fuel, the fuel line is flowed through only by fuel.
  • an actuator for adjusting the flow rate of the fuel through the fuel line is arranged along the fuel line in an advantageous development, which can accordingly also be referred to as a fuel actuator and, for example, as a valve, proportional valve or blower is trained.
  • the control unit is designed to control the actuator to adjust the flow rate of the fuel depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer (or the mixing ratio of the fuel-oxidizer mixture) in the mixer depends on the composition of the Fuel is adjustable.
  • an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer through the oxidizer line can be arranged along the oxidizer line, which can accordingly also be referred to as an oxidizer actuator and is also designed, for example, as a valve, proportional valve or blower.
  • the control unit is designed accordingly to control the actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer (or the mixing ratio of the fuel-oxidizer mixture) in the mixer depending on the composition of the Fuel is adjustable.
  • a value relevant for controlling the mixture can be calculated depending on the composition of the fuel or are determined, so that the respective actuators can be controlled as a function of the ratio of the target ionization current to the actual ionization current, so that the actual ionization current corresponds to the target ionization current approximates or corresponds to this by the control.
  • the gas heater has a plurality of sensors arranged in or on the fuel line for detecting thermal properties of the fuel flowing through the fuel line.
  • the sensors are each connected to the control unit in terms of signals and are designed to detect different or identical thermal properties of the fuel flowing through the fuel line and to transmit them to the control unit.
  • the sensors for detecting thermal properties are preferably provided separately from one another in or on the fuel line or are integrated into a sensor assembly in or on the fuel line. If several sensors are provided in a sensor unit or a sensor assembly, the temperature sensor can also be integrated into the sensor assembly.
  • Another aspect of the invention relates to a method for determining a target ionization current and/or an ionization current characteristic of a gas boiler whose control unit is designed to depend on a target ionization current and/or an ionization current characteristic for an ionization current flowing over a flame in a burner of the gas boiler determine the composition of the fuel.
  • the at least one sensor detects a thermal property of the fuel and transmits this to the control unit, which then determines a composition of the fuel from the thermal property of the fuel. It is further provided that the control unit with the composition of the fuel a target ionization current and/or an ionization current characteristic is determined.
  • the gas boiler has an actuator for setting the flow rate of the fuel, in particular in accordance with the above-mentioned fuel actuator, with the control unit using the (fuel) actuator for setting the flow rate of the fuel depending on the composition of the Fuel controls and in particular controls so that a desired mixing ratio of the fuel and the oxidizer is achieved or the actual ionization current is approximated to the target ionization current.
  • Also of advantage is a method variant that can be implemented additionally or alternatively, in which the gas boiler has an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer, in particular in accordance with the above-mentioned oxidizer actuator, with the control unit using the (oxidizer) actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer in Controls depending on the composition of the fuel and in particular controls in such a way that a desired mixing ratio of the fuel and the oxidizer is achieved or the actual ionization current is approximated to the target ionization current.
  • the two actuators can also be activated by the control unit in order to achieve the desired mixing ratio.
  • the method can also be further developed such that the gas boiler has a device for detecting an actual ionization current flowing over the flame in the burner of the gas boiler, the control unit having an actuator, for example the above-mentioned fuel actuator and/or the above-mentioned Oxidator actuator, for setting the fuel-oxidizer mixture controls, so that the actual ionization current that is determined in particular as a function of the composition of the fuel approximates the desired ionization current and preferably essentially corresponds to it.
  • the actuator for example the above-mentioned fuel actuator and/or the above-mentioned Oxidator actuator
  • the at least one sensor detects the thermal property of the fuel at regular (chronological) intervals or continuously and transmits the thermal properties to the control unit at regular (chronological) intervals or continuously.
  • the control unit determines or checks a change in the thermal properties at regular (chronological) intervals or continuously and determines the composition of the fuel when a change in the thermal properties is detected.
  • the composition changes the fuel/oxidizer mixture can be adjusted or adjusted, or the entire system can be calibrated, in which, as described above, aging or wear of the device for determining the actual ionization current can be taken into account.
  • Figures 1 to 3 each show essentially identical gas heaters 100, which differ in particular in the positioning of the at least one sensor or sensor assembly 3 for detecting a thermal property of the fuel flowing through fuel line 102.
  • each of these has a safety valve 1, a fuel or gas actuator 2, a sensor assembly 3 formed from at least one sensor, a fuel or gas throttle point 4 designed, for example, as a Venturi nozzle, a blower 5 for Suction and blowing out of the fuel-oxidizer mixture, an optional non-return valve 6, an ionization current electrode 7, an optional exhaust valve 8 and an electronic control unit 9 have.
  • the medium is air as the oxidizer and flows through the oxidizer line 103 to the mixer 101.
  • the position 12 forming a mixing region of the mixer 101, air and fuel are mixed.
  • At points 13 and 14 only fuel without air flows through the Fuel line 102.
  • fuel and air are present in a homogeneous mixture before they are burned in the burner. Downstream of the burner at position 16, the combusted exhaust gas is discharged from the system formed by the gas boiler 100.
  • the sensor assembly 3 consists of at least one sensor that is in contact with the fuel and is designed to determine the thermal properties of the fuel.
  • the sensor assembly 3 is placed in such a way that only fuel and no oxidizer or fuel-oxidizer mixture is in contact with the sensors or the measuring points of the sensors of the sensor assembly 3 when the gas boiler 100 is in operation.
  • Possible placements of the sensor assembly 3 are in the gas valve 10 identified by the dashed border downstream of the safety valve 1, as shown in FIGS figures 1 and 2 is realized, or an integration into the mixer 101, which has a Venturi nozzle as a gas throttle point 4, upstream of the safety valve 1 and the actuator 2 for the fuel, as is shown in figure 3 is shown.
  • the sensor assembly 3 can also be integrated into the gas throttle point 4 .
  • At least one sensor element for detecting the thermal properties of the fuel or combustible gas and a temperature sensor detecting the temperature of the combustible gas are located in the sensor assembly 3 .
  • the measured values of the sensors ie the measured values of the at least one sensor for detecting the thermal properties and the measured values of the temperature sensor, are forwarded to the control unit 9 via a communication interface or a suitable connection.
  • the measured values ie here the temperature and the determined thermal property(s), or values derived from a combination of these measured values or material variables, are combined with temperature-dependent values Maps or compared with simulations of the fuel compositions in order to determine the actual composition of the fuel.
  • the parameter set suitable for the gas composition is selected for the reference value Io ref and/or a suitable characteristic curve or function, as for example in Figures 4 and 5 are shown.
  • the new parameter set is used until another change in the gas composition is detected.
  • FIG 4 the ionization current characteristics of two fuels with different compositions (gas A, gas B) are shown as an example.
  • the ionization current is given in any units (arbitrary units [au]) over the thermal power in any units.
  • the thermal power Qc is identical for both gases at the vertical dashed line. If an ionization current for gas A, for example, is above the characteristic curve for gas A, the mixture is too fuel-rich (air ratio ⁇ 1.3). If the ionization current is below the characteristic curve, the mixture is too lean (air ratio >1.3).
  • the dependency of the reference factor Io ref of gas types A and B is shown.
  • the maximum ionization current Io max is determined, which, however, can differ for the two gas types A and B (Io max,A , Io max,B ), as in figure 5 to see.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gastherme (100) mit einem Mischer (101), einer zu dem Mischer (101) führenden Brennstoffleitung (102) und einer zu dem Mischer (101) führenden Oxidatorleitung (103), wobei der Mischer (101) ausgebildet ist, aus einem durch die Brennstoffleitung (102) zu dem Mischer (101) strömenden Brennstoff und einem durch die Oxidatorleitung (103) zu dem Mischer (101) strömenden Oxidator ein Brennstoff-Oxidator-Gemisch zu erzeugen, wobei die Gastherme (100) eine Steuereinheit (9) und zumindest einen in oder an der Brennstoffleitung (102) angeordneten Sensor zur Erfassung einer thermischen Eigenschaft des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes aufweist, welcher signaltechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden und ausgebildet ist, die thermische Eigenschaft des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, aus den erfassten thermischen Eigenschaften des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen.The invention relates to a gas boiler (100) with a mixer (101), a fuel line (102) leading to the mixer (101) and an oxidizer line (103) leading to the mixer (101), the mixer (101) being designed to produce a fuel-oxidant mixture from a fuel flowing through the fuel line (102) to the mixer (101) and an oxidizer flowing through the oxidizer line (103) to the mixer (101), the gas boiler (100) having a control unit ( 9) and has at least one sensor arranged in or on the fuel line (102) for detecting a thermal property of the fuel flowing through the fuel line (102), which is connected to the control unit (9) in terms of signals and is designed to measure the thermal property of the fuel line ( 102) to detect fuel flowing through and to transmit it to the control unit (9), the control unit (9) being designed from the detected thermal properties properties of the fuel to determine a composition of the fuel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gastherme sowie ein zugehöriges Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Ionisationsstroms und/oder einer lonisationsstromkennlinie einer Gastherme.The invention relates to a gas heater and an associated method for determining a target ionization current and/or an ionization current characteristic of a gas heater.

Die Gemischregelung zur Mischung des Brennstoffes bzw. Brenngases mit dem Oxidator, meist Luft, bei elektronisch geregelten Gas-Brennwert-Thermen bzw. Gasthermen kann über das Ionisationsstrom-Verfahren realisiert werden. Dabei wird ein aktueller, über eine Flamme im Brenner der Gastherme fließender lonisationsstrom (Ist-Ionisationsstrom) gemessen und gemäß eines Sollwerts des lonisationsstroms (Soll-Ionisationsstrom) durch die Anpassung des Mischungsverhältnisses von Brennstoff und Oxidator ausgeregelt, so dass sich der aktuelle lonisationsstrom dem Sollwert annähert bzw. diese einander entsprechen.The mixture control for mixing the fuel or fuel gas with the oxidizer, usually air, in electronically controlled gas condensing boilers or gas boilers can be implemented using the ionization current process. Here, a current, over a flame in the burner The ionization current flowing through the gas heater (actual ionization current) is measured and regulated according to a target value of the ionization current (target ionization current) by adjusting the mixing ratio of fuel and oxidizer, so that the current ionization current approaches the target value or they correspond to one another.

In der Regel ist der Sollwert des lonisationsstroms bei einer bestimmten Luftzahl λ des Brennstoff-Oxidator-Gemisches (Brenngas-Luft-Gemisches) von der aktuellen Feuerungsleistung und der Zusammensetzung des Brennstoffs bzw. hier des Brennstoffes abhängig. Bei der Luftzahl λ handelt es sich um eine dimensionslose Kennzahl, welche das Massenverhältnis des Oxidators (Luft) zu dem Brennstoff (Brenngas) relativ zum jeweils stöchiometrisch idealen Verhältnis für einen theoretisch vollständigen Verbrennungsprozess angibt. Als Feuerungsleistung wird der Wärmeinhalt bzw. die thermische Leistung des Brennstoffs bzw. hier des Brenngases verstanden, welcher dem Brenner der Gastherme im Dauerbetrieb je Zeiteinheit zugeführt wird.As a rule, the target value of the ionization current at a certain air ratio λ of the fuel-oxidizer mixture (fuel gas-air mixture) depends on the current firing capacity and the composition of the fuel or, in this case, the fuel. The air ratio λ is a dimensionless number that indicates the mass ratio of the oxidizer (air) to the fuel (fuel gas) relative to the stoichiometrically ideal ratio for a theoretically complete combustion process. Firing output is understood to be the heat content or the thermal output of the fuel or, in this case, the fuel gas, which is supplied to the burner of the gas boiler in continuous operation per unit of time.

Bei den meisten im Stand der Technik bekannten Systemen wird dieser Sollwert des lonisationsstroms in einer Kennlinie (Ionisationsstromkennlinie) oder als Funktion von sonstigen Parametern der Gastherme, wie Drehzahl oder Leistung auf einer Steuereinheit gespeichert.In most systems known in the prior art, this target value of the ionization current is stored in a characteristic curve (ionization current characteristic curve) or as a function of other parameters of the gas heater, such as speed or power, on a control unit.

Abhängig von der aktuellen Feuerungsleistung (z.B. repräsentiert durch eine Drehzahl oder eine andere leistungsäquivalente Größe) wird der passende Sollwert des lonisationsstroms aus der Kennlinie oder Funktion ermittelt.Depending on the current firing output (e.g. represented by a speed or another output-equivalent variable), the appropriate target value for the ionization current is determined from the characteristic curve or function.

Zur Berücksichtigung der Zusammensetzung des Brennstoffes ist beim Stand der Technik meist vorgesehen, dass bei der (erstmaligen) Inbetriebsetzung des Gerätes eine zu dem Brenngas bzw. Brennstoff gehörende Gasfamilie als Repräsentant für die Zusammensetzung des Brennstoffs bzw. Brenngases ausgewählt wird. Die Kennlinie bzw. Funktion dieser einmalig ausgewählten Zusammensetzung des Brenngases wird anschließend und in der Regel fortwährend zur Bestimmung des Sollwertes des lonisationsstromes und der darauf basierenden Regelung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches verwendet.In order to take the composition of the fuel into account, the prior art usually provides that when the device is started up (for the first time) a gas family belonging to the combustible gas or fuel is selected as a representative for the composition of the fuel or combustible gas. The characteristic curve or function of this uniquely selected composition of the fuel gas is then and in usually continuously used to determine the target value of the ionization current and the control of the fuel-oxidizer mixture based thereon.

Meist kann nur durch einen manuellen Eingriff von Fachpersonal eine veränderte Kennlinie oder Funktion ausgewählt werden, um auf eine Änderung der Zusammensetzung des Brenngases zu reagieren.A changed characteristic curve or function can usually only be selected by manual intervention by specialist personnel in order to react to a change in the composition of the fuel gas.

Kommt es zu Änderungen in der Zusammensetzung des Brenngases, ohne dass die Kennlinie oder Funktion angepasst wird, führt dies zu einer Abweichung des ausgeregelten Brennstoff-Oxidator-Gemisches.If there are changes in the composition of the fuel gas without the characteristic curve or function being adjusted, this leads to a deviation in the regulated fuel/oxidizer mixture.

Im Stand der Technik ist zudem bekannt, dass Effekte wie Verschleiß oder Alterung der Gastherme bzw. ihrer Komponenten die Amplitude und Form der Kennlinie bzw. Funktion im Laufe der Zeit ändern können. Durch eine periodische Kalibrierung des Systems kann diese Änderung erfasst und der Effekt auf der gespeicherten Kennlinie bzw. Funktion ausgeglichen werden.It is also known in the prior art that effects such as wear or aging of the gas heater or its components can change the amplitude and shape of the characteristic curve or function over time. By periodically calibrating the system, this change can be recorded and the effect on the stored characteristic curve or function can be compensated.

Die Kalibrierung erfolgt durch ein Anfetten des Brennstoff-Oxidator-Gemisches bis über den Punkt stöchiometrischer Mischung des Gemisches, da an diesem Punkt der maximale lonisationsstrom gemessen werden kann. Dieser Messwert wird mit einem Referenzwert (hier Ionisationsstromreferenzwert) verrechnet, um den Sollwert des lonisationsstroms für die gewünschte überstöchiometrischen Luftzahl λ zu erhalten.The calibration is carried out by enriching the fuel/oxidizer mixture to above the point of stoichiometric mixing of the mixture, since the maximum ionization current can be measured at this point. This measured value is offset against a reference value (here the ionization current reference value) in order to obtain the target value of the ionization current for the desired hyper-stoichiometric air ratio λ.

Der Referenzwert bzw. lonisationsstromreferenzwert wird bei den meisten bekannten Systemen durch die Wahl der Gasfamilie, also der Gasart bzw. der Zusammensetzung des als Brennstoff verwendeten Gases, bei der erstmaligen Inbetriebsetzung festgelegt. Dieser Referenzwert ist jedoch ebenfalls abhängig von der Brennstoffzusammensetzung. Kommt es zu einer Änderung der Brennstoffzusammensetzung, ohne dass der Referenzwert an die neue Zusammensetzung angepasst wird, führt diese Kalibrierung zu einer Fehlbestimmung des lonisationsstromsollwertes und somit zu einer fehlerhaften Regelung des Gemisches.In most known systems, the reference value or ionization current reference value is determined by the selection of the gas family, ie the type of gas or the composition of the gas used as fuel, when the system is put into operation for the first time. However, this reference value also depends on the fuel composition. If the fuel composition changes without the reference value being adjusted to the new composition, this calibration leads to a Incorrect determination of the ionization current setpoint and thus incorrect control of the mixture.

Ein Verfahren zur Kalibrierung einer Gastherme bzw. der Verbrennung im Brenner einer Gastherme ist beispielsweise aus der Veröffentlichung DE 19 539 568 C1 bekannt. Ferner ist eine Leistungs- bzw. von der Luftzahl λ abhängige Kennlinie des Ionisationsstroms durch die DE 19 831 648 A1 offenbart.A method for calibrating a gas boiler or the combustion in the burner of a gas boiler is, for example, from the publication DE 19 539 568 C1 known. Furthermore, a performance or the air ratio λ-dependent characteristic of the ionization current through the DE 19 831 648 A1 disclosed.

In Zukunft wird eine Änderung der Zusammensetzung des Brennstoffes beispielsweise durch die Beimischung von überschüssigem Wasserstoff in das die Gastherme mit Brennstoff bzw. Brenngas versorgende Gasnetz immer häufiger, so dass es entsprechend häufig zu den beschriebenen Problemen kommt bzw. kommen kann.In the future, a change in the composition of the fuel, for example due to the admixture of excess hydrogen in the gas network supplying the gas boiler with fuel or combustible gas, will become more and more frequent, so that the problems described will or can occur with corresponding frequency.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorbesagten Nachteile zu überwinden und eine Gastherme sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchen eine automatische Detektion und Anpassung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches bei einer geänderten Zusammensetzung des Brennstoffes möglich ist.The invention is therefore based on the object of overcoming the aforementioned disadvantages and providing a gas heater and a method with which automatic detection and adjustment of the fuel/oxidizer mixture is possible when the composition of the fuel changes.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the combination of features according to claim 1.

Erfindungsgemäß wird eine Gastherme mit einem Mischer, einer zu dem Mischer führenden Brennstoffleitung und einer zu dem Mischer führenden Oxidatorleitung vorgeschlagen. Der Mischer ist ausgebildet, aus einem durch die Brennstoffleitung zu dem Mischer strömenden Brennstoff und einem durch die Oxidatorleitung zu dem Mischer strömenden Oxidator ein Brennstoff-Oxidator-Gemisch zu erzeugen. Bei dem Oxidator handelt es sich vorzugsweise um Luft und bei dem Brennstoff um ein Brenngas, welches zumindest anteilig Wasserstoff aufweisen kann, so dass durch den Mischer ein Brenngas-Luft-Gemisch als Brennstoff-Oxidator-Gemisch erzeugt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gastherme eine Steuereinheit und zumindest einen in oder an der Brennstoffleitung angeordneten Sensor zur Erfassung einer thermischen Eigenschaft des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes aufweist. Der zumindest eine Sensor ist signaltechnisch mit der Steuereinheit verbunden und ausgebildet, die thermische Eigenschaft des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln. Die Zusammensetzung des Brennstoffes bzw. Brenngases bestimmen die thermischen Eigenschaften des Brennstoffes, so dass aus den erfassten thermischen Eigenschaften ein Rückschluss auf die Zusammensetzung des Brennstoffes möglich ist. Entsprechend wird unter Zusammensetzung des Brennstoffes verstanden, dass dieser zumindest eine Komponente, jedoch meist mehrere Komponenten aufweist, aus welchen sich der Brennstoff anteilig zusammensetzt. Beispielsweise kann ein Brenngas einen Anteil Erdgas und einen Anteil Wasserstoff aufweisen. Darauf basierend ist die Steuereinheit ausgebildet, aus den erfassten thermischen Eigenschaften des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen.According to the invention, a gas boiler with a mixer, a fuel line leading to the mixer and an oxidizer line leading to the mixer is proposed. The mixer is designed to generate a fuel-oxidant mixture from a fuel flowing through the fuel line to the mixer and an oxidizer flowing through the oxidizer line to the mixer. The oxidizer is preferably air and the fuel is a combustible gas, which can contain at least a proportion of hydrogen, so that a combustible gas-air mixture is produced by the mixer is generated as a fuel-oxidizer mixture. The invention is characterized in that the gas heater has a control unit and at least one sensor arranged in or on the fuel line for detecting a thermal property of the fuel flowing through the fuel line. The at least one sensor is connected to the control unit in terms of signals and is designed to detect the thermal property of the fuel flowing through the fuel line and to transmit it to the control unit. The composition of the fuel or fuel gas determines the thermal properties of the fuel, so that conclusions about the composition of the fuel are possible from the thermal properties recorded. Correspondingly, the composition of the fuel is understood to mean that it has at least one component, but mostly several components, of which the fuel is composed proportionately. For example, a fuel gas can have a proportion of natural gas and a proportion of hydrogen. Based on this, the control unit is designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties of the fuel.

Unter Zusammensetzung wird hierbei vorzugsweise der Anteil verschiedener Gase in Vol.-% des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes verstanden.In this context, composition is preferably understood to mean the proportion of different gases in % by volume of the fuel flowing through the fuel line.

Als durch den zumindest einen Sensor erfasste thermische Eigenschaft kann beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, die Temperaturleitfähigkeit, die Dichte oder die Schallgeschwindigkeit in dem Brennstoff bzw. des Brennstoffs erfasst werden. Sind, wie später erwähnt, mehrere Sensoren zur Erfassung der thermischen Eigenschaften vorgesehen, können diese verschiedene thermische Eigenschaften erfassen, so dass beispielsweise ein erster Sensor die Dichte und ein zweiter Sensor die Schallgeschwindigkeit erfassen kann, wodurch sich bei der Bestimmung der Zusammensetzung durch verschiedene Ausgangsgrößen und Berechnungsmethoden eine größere Zuverlässigkeit der daraus bestimmten Zusammensetzung ergibt.The thermal conductivity, the thermal conductivity, the density or the speed of sound in the fuel or the fuel can be detected as thermal property detected by the at least one sensor. If, as mentioned later, several sensors are provided for detecting the thermal properties, they can detect different thermal properties, so that, for example, a first sensor can detect the density and a second sensor can detect the speed of sound, which means that when determining the composition, different Output variables and calculation methods result in greater reliability of the composition determined from them.

Die Grundidee der Erfindung ist es also, eine Gastherme mit zumindest einem Sensor bzw. einer Sensorbaugruppe vorzusehen, durch welche(n) eine oder mehrere Messgrößen (thermische Eigenschaften) erfasst werden können, die repräsentativ für die Zusammensetzung des aktuellen Brennstoffs sind. Diese Messgrößen werden an die Steuereinheit weitergeleitet und dort die Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmend interpretiert. Durch den Abgleich der Messgrößen mit beispielsweise labortechnisch ermittelten Kennfeldern oder Stoffdatensimulationen definierter bzw. bekannter Zusammensetzungen, die auf der Steuereinheit ausgeführt werden können, wird die Gaszusammensetzung bzw. die Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmt.The basic idea of the invention is therefore to provide a gas heater with at least one sensor or sensor assembly, by means of which one or more measured variables (thermal properties) can be recorded that are representative of the composition of the current fuel. These measured variables are forwarded to the control unit, where they are interpreted to determine the composition of the fuel. The gas composition or the composition of the fuel is determined by comparing the measured variables with, for example, characteristic diagrams determined in a laboratory or material data simulations of defined or known compositions that can be carried out on the control unit.

In Abhängigkeit der so bestimmten Zusammensetzung des Brennstoffes kann der für diese Zusammensetzung passende Referenzwert des lonisationsstroms bzw. die passende lonisationsstromkennlinie oder Funktion aus zuvor auf dem Steuergerät für diese Gaszusammensetzung abgelegten Daten ausgewählt werden. Entsprechend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Gastherme vor, dass das Steuergerät ausgebildet ist, einen Solllonisationsstrom und/oder eine lonisationsstromkennlinie für einen über eine Flamme in einem Brenner der Gastherme (100) fließenden lonisationsstrom in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Hierzu können in einem einfachen Fall Referenzwerte des lonisationsstroms bzw. Soll-Ionisationsströme und lonisationsstromkennlinien für verschiedene Zusammensetzungen des Brennstoffes auf dem Steuergerät hinterlegt sein. Alternativ kann auf dem Steuergerät eine Formel oder Simulation zur Bestimmung des Soll-Ionisationsstroms bzw. der lonisationsstromkennlinie hinterlegt sein, welche die Zusammensetzung des Brennstoffes als Variable berücksichtigt.Depending on the composition of the fuel determined in this way, the reference value of the ionization current that is suitable for this composition or the suitable ionization current characteristic curve or function can be selected from data previously stored on the control unit for this gas composition. Accordingly, an advantageous development of the gas boiler provides that the control unit is designed to determine a target ionization current and/or an ionization current characteristic for an ionization current flowing over a flame in a burner of the gas boiler (100) as a function of the composition of the fuel. For this purpose, in a simple case, reference values of the ionization current or target ionization currents and ionization current characteristics for different compositions of the fuel can be stored on the control unit. Alternatively, a formula or simulation for determining the setpoint ionization current or the ionization current characteristic curve, which takes into account the composition of the fuel as a variable, can be stored on the control unit.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass bei der Erkennung einer Änderung der Zusammensetzung des Brennstoffes bzw. Gaszusammensetzung, die Gastherme bzw. das System automatisch kalibriert wird, also die Regelung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches auf die neue Zusammensetzung des Brennstoffes eingestellt wird. Hierfür kann das Steuergerät ausgebildet sein, eine Änderung der Zusammensetzung des Brennstoffes anhand der von dem zumindest einen Sensor erfassten und übermittelten thermischen Eigenschaften zu erkennen. Dabei kann durch die Kalibrierung insbesondere auch einen Verschleiß bzw. eine Alterung der Gastherme und beispielsweise einer als Vorrichtung zur Erfassung des über die Flamme fließenden Ist-Ionisationsstroms dienenden lonisationsstromelektrode berücksichtigt werden.It is preferably provided that when a change in the composition of the fuel or gas composition is detected, the gas heater or the system is automatically calibrated, ie the regulation of the fuel-oxidizer mixture is adjusted to the new composition of the fuel. For this purpose, the control unit can be designed to recognize a change in the composition of the fuel based on the thermal properties recorded and transmitted by the at least one sensor. The calibration can in particular also take into account wear or aging of the gas heater and, for example, of an ionization current electrode serving as a device for detecting the actual ionization current flowing over the flame.

Durch die Anpassung der lonisationsstromkennlinie bzw. des Soll-Ionisationswertes und des lonisationsreferenzwertes auf die aktuelle Gaszusammensetzung, kann ein optimales Brennstoff-Oxidator-Gemisch unabhängig von einer Schwankung der Zusammensetzung des Brennstoffes bzw. der Gasart eingeregelt werden. Zudem kann eine Kalibrierung des Ionisationsstroms gezielt dann ausgeführt werden, wenn eine Änderung der Zusammensetzung des Brennstoffes detektiert wird.By adapting the ionization current characteristic or the target ionization value and the ionization reference value to the current gas composition, an optimal fuel/oxidizer mixture can be adjusted independently of a fluctuation in the composition of the fuel or the type of gas. In addition, the ionization current can be specifically calibrated when a change in the composition of the fuel is detected.

Eine vorteilhafte Variante der Gastherme sieht zudem vor, dass diese ferner einen in oder an der Brennstoffleitung angeordneten Temperatursensor umfasst, der entsprechend insbesondere zur Erfassung der Temperatur des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes vorgesehen ist. Der Temperatursensor ist signaltechnisch mit der Steuereinheit verbunden und ausgebildet, eine Temperatur des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln. Weiter ist die Steuereinheit ausgebildet, aus den erfassten thermischen Eigenschaften und der erfassten Temperatur des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Wie zuvor erwähnt, sind die thermischen Eigenschaften temperaturabhängig. Daher gibt es zwei Möglichkeiten, wie mittels der thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmt werden kann. Entweder ist die Temperatur bereits bekannt, beispielsweise, weil der Brennstoff eine konstante unveränderliche und vorbekannte Temperatur hat, oder die Temperatur wird mittels des Temperatursensors ermittelt, so dass die ermittelte Temperatur bei der Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes einfließen kann.An advantageous variant of the gas heater also provides that it also includes a temperature sensor arranged in or on the fuel line, which is provided accordingly in particular for detecting the temperature of the fuel flowing through the fuel line. The temperature sensor is connected to the control unit in terms of signals and is designed to detect a temperature of the fuel flowing through the fuel line and to transmit it to the control unit. The control unit is also designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties and the detected temperature of the fuel. As previously mentioned are the thermal properties temperature dependent. There are therefore two ways in which the composition of the fuel can be determined using the thermal properties. Either the temperature is already known, for example because the fuel has a constant, unchanging and previously known temperature, or the temperature is determined by means of the temperature sensor, so that the determined temperature can be used to determine the composition of the fuel.

Zusätzlich kann bei einer Variante ein Drucksensor zur Erfassung des Drucks des Brennstoffes in der Brennstoffleitung vorgesehen sein.In addition, a pressure sensor for detecting the pressure of the fuel in the fuel line can be provided in one variant.

Zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes in bzw. durch die Steuereinheit können in dieser temperaturabhängige Kennfelder hinterlegt bzw. gespeichert sein, aus welchen sich durch die thermischen Eigenschaften für eine bekannte Temperatur des Brennstoffes die Zusammensetzung des Brennstoffes ermittelt lässt. Entsprechend ist die Steuereinheit ausgebildet, aus einem Abgleich der erfassten thermischen Eigenschaften des Brennstoffes mit den Kennfeldern die Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Beispielsweise kann hierzu eine Vielzahl von Kennfeldern hinterlegt sein, welche die thermischen Eigenschaften für unterschiedliche Anteile von Wasserstoff in Erdgas bei einer oder verschiedenen Temperaturen angeben.In order to determine the composition of the fuel in or by the control unit, temperature-dependent characteristic diagrams can be deposited or stored in this control unit, from which the composition of the fuel can be determined using the thermal properties for a known temperature of the fuel. Accordingly, the control unit is designed to determine the composition of the fuel from a comparison of the detected thermal properties of the fuel with the characteristic diagrams. For example, a large number of characteristic diagrams can be stored for this purpose, which indicate the thermal properties for different proportions of hydrogen in natural gas at one or different temperatures.

Alternativ oder zusätzlich kann in der Steuereinheit eine mathematische Formel zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes hinterlegt sein, welche die erfasste thermische Eigenschaft als Variable berücksichtigt. Hierbei ist die Steuereinheit ausgebildet, die Zusammensetzung des Brennstoffes durch die mathematische Formel zu bestimmen.Alternatively or additionally, a mathematical formula for determining the composition of the fuel can be stored in the control unit, which takes into account the detected thermal property as a variable. In this case, the control unit is designed to determine the composition of the fuel using the mathematical formula.

Ein Kennfeld oder eine mathematische Funktion zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes kann als Umgebungsbedingungen neben der Temperatur auch den Druck des Brennstoffes berücksichtigen.A characteristic map or a mathematical function for determining the composition of the fuel can also take into account the pressure of the fuel as ambient conditions in addition to the temperature.

In einem stark vereinfachten Beispiel wird also durch den Sensor eine thermische Eigenschaft X = 10 bei einer bekannten Temperatur erfasst und an die Steuereinheit übermittelt. In der Steuereinheit ist beispielsweise eine Tabelle als Kennfeld für die bekannte Temperatur hinterlegt, in welcher verschiedene Werte der thermischen Eigenschaft mit jeweils zugehöriger Zusammensetzung des Brennstoffs gespeichert sind. Für den beispielhaften Wert X = 10 kann dann der Tabelle eine Zusammensetzung Y entnommen werden. Durch die im Weiteren erläuterte Verwendung zusätzlicher Sensoren können weitere thermische Eigenschaften oder Umgebungsbedingungen, wie die Temperatur, bei der Bestimmung der Zusammensetzung Y berücksichtigt werden, so dass das Kennfeld auch mehrdimensional sein kann und/oder das Kennfeld aus einer Vielzahl von Kennfeldern abhängig von den ermittelten Umgebungsbedingungen ausgewählt werden kann.In a greatly simplified example, a thermal property X=10 is recorded by the sensor at a known temperature and transmitted to the control unit. A table, for example, is stored in the control unit as a characteristic field for the known temperature, in which different values of the thermal property are stored with the respective associated composition of the fuel. A composition Y can then be taken from the table for the exemplary value X=10. Through the use of additional sensors explained below, further thermal properties or environmental conditions, such as the temperature, can be taken into account when determining the composition Y, so that the map can also be multidimensional and/or the map from a large number of maps depending on the determined ones Ambient conditions can be selected.

Darüber hinaus, kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass in der Steuereinheit eine Simulation zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes hinterlegt ist, welche die erfasste thermische Eigenschaft als Variable berücksichtigt, wobei hierbei die Steuereinheit ausgebildet ist, aus der Simulation unter Verwendung der thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Bei der Simulation kann es sich insbesondere um eine Stoffdatensimulation handeln, durch welche die thermischen Eigenschaften verschiedener Zusammensetzungen simulierbar und durch einen Vergleich mit den ermittelten thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffs bestimmbar ist.In addition, it can alternatively or additionally be provided that a simulation for determining the composition of the fuel is stored in the control unit, which takes into account the detected thermal property as a variable, with the control unit being designed to use the thermal properties from the simulation to determine the to determine the composition of the fuel. The simulation can in particular be a material data simulation, by which the thermal properties of different compositions can be simulated and the composition of the fuel can be determined by a comparison with the determined thermal properties.

Für die Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes wird beispielsweise eine thermische Eigenschaft zusammen mit einer Brennstoff- bzw. Gastemperatur gemessen. Der zur thermischen Eigenschaft gehörende Messwert wird von der temperaturabhängigen und anhand der gemessenen Temperatur ausgewählten Kennlinie subtrahiert, welche für eine jeweilige Zusammensetzung des Brennstoffes typisch ist und welche auch als Stoffwert-Kennlinie bezeichnet werden kann. Die Stoffwert-Kennlinie bzw. eine Vielzahl von Kennlinien kann in einem Kennfeld hinterlegt sein, welches anhand der gemessenen Temperatur aus einer Vielzahl von auf der Steuereinheit hinterlegten Kennfeldern ausgewählt werden kann. Alternativ kann die Stoffwert-Kennlinie bzw. das Kennfeld auch einem Simulationsergebnis der Simulation entsprechen, durch welche verschiedene Brennstoff-Zusammensetzungen simuliert werden können. Dabei wird die gemessene Temperatur als Temperatur für die Stoffdatensimulation bzw. für die Auswahl des korrekten Kennfeldes herangezogen. Es ergibt sich für jede simulierte bzw. als Kennlinie abgespeicherte Brennstoff-Zusammensetzung gegenüber der gemessenen thermischen Eigenschaft ein Residuum. Die Zusammensetzung, deren Kennlinie gegenüber der erfassten thermischen Eigenschaft ein minimales Residuum aufweist, entspricht somit der wahrscheinlichen bzw. tatsächlichen Zusammensetzung des Brennstoffes.To determine the composition of the fuel, for example, a thermal property is measured together with a fuel or gas temperature. The measured value associated with the thermal property is subtracted from the temperature-dependent characteristic curve selected on the basis of the measured temperature, which is typical for a particular composition of the fuel and which is also used as a material value characteristic curve can be designated. The material value characteristic or a large number of characteristic curves can be stored in a characteristic map, which can be selected from a large number of characteristic maps stored on the control unit on the basis of the measured temperature. Alternatively, the material value characteristic or the characteristic map can also correspond to a simulation result of the simulation, by means of which different fuel compositions can be simulated. The measured temperature is used as the temperature for the material data simulation or for the selection of the correct map. For each fuel composition that is simulated or stored as a characteristic curve, there is a residual compared to the measured thermal property. The composition, the characteristic curve of which has a minimum residual compared to the recorded thermal property, thus corresponds to the probable or actual composition of the fuel.

Vorzugsweise ist der Mischer ausgebildet, ein Rückströmen des Oxidators und/oder des Brennstoff-Oxidator-Gemisches in die Brennstoffleitung zu verhindern, so dass die Brennstoffleitung ausschließlich von Brennstoff durchströmt bzw. durchströmbar ist und bei der Bestimmung der thermischen Eigenschaften somit die thermischen Eigenschaften des reinen Brennstoffes bestimmt werden können. Hierfür können entsprechende Ventile oder Rückschlagventile verwendet werden, wobei ein Rückströmen auch beispielsweise durch einen entsprechenden Aufbau des Mischers realisiert werden kann. Zum Einspritzen bzw. Einleiten des Brennstoffes in den Oxidator kann beispielsweise eine die Brennstoffleitung zu der Oxidatorleitung hin abschließende Venturi-Düse vorgesehen sein, durch welche der Brennstoff in einen Mischbereich des Mischers strömen, der Oxidator oder das Brennstoff-Oxidator-Gemisch aber nicht in die Brennstoffleitung zurückströmen kann, so dass zumindest bei einer fortdauernden Brennstoffzufuhr die Brennstoffleitung nur von Brennstoff durchströmt wird.The mixer is preferably designed to prevent the oxidizer and/or the fuel-oxidizer mixture from flowing back into the fuel line, so that only fuel flows or can flow through the fuel line and, when determining the thermal properties, the thermal properties of the pure Fuel can be determined. Appropriate valves or non-return valves can be used for this purpose, with backflow also being able to be implemented, for example, by means of a corresponding structure of the mixer. To inject or introduce the fuel into the oxidizer, for example, a venturi nozzle can be provided that closes the fuel line to the oxidizer line, through which the fuel flows into a mixing region of the mixer, but the oxidizer or the fuel-oxidizer mixture does not flow into the Fuel line can flow back, so that at least with a continuous supply of fuel, the fuel line is flowed through only by fuel.

Zur Einstellung bzw. Regelung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung entlang der Brennstoffleitung ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes durch die Brennstoffleitung angeordnet, welches entsprechend auch als Brennstoff-Stellglied bezeichnet werden kann und beispielsweise als Ventil, Proportionalventil oder Gebläse ausgebildet ist. Hierbei ist die Steuereinheit ausgebildet, das Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes anzusteuern, so dass ein Mischungsverhältnis des Brennstoffes mit dem Oxidator (bzw. das Mischungsverhältnis des Brennstoff-Oxidator-Gemisches) im Mischer in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes einstellbar ist.In order to adjust or control the fuel-oxidizer mixture, an actuator for adjusting the flow rate of the fuel through the fuel line is arranged along the fuel line in an advantageous development, which can accordingly also be referred to as a fuel actuator and, for example, as a valve, proportional valve or blower is trained. The control unit is designed to control the actuator to adjust the flow rate of the fuel depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer (or the mixing ratio of the fuel-oxidizer mixture) in the mixer depends on the composition of the Fuel is adjustable.

Alternativ oder zusätzlich kann entlang der Oxidatorleitung ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators durch die Oxidatorleitung angeordnet sein, welches entsprechend auch als Oxidator-Stellglied bezeichnet werden kann und beispielsweise ebenfalls als Ventil, Proportionalventil oder Gebläse ausgebildet ist. Die Steuereinheit ist entsprechend ausgebildet, das Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes anzusteuern, so dass ein Mischungsverhältnis des Brennstoffes mit dem Oxidator (bzw. das Mischungsverhältnis des Brennstoff-Oxidator-Gemisches) im Mischer in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes einstellbar ist.Alternatively or additionally, an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer through the oxidizer line can be arranged along the oxidizer line, which can accordingly also be referred to as an oxidizer actuator and is also designed, for example, as a valve, proportional valve or blower. The control unit is designed accordingly to control the actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer (or the mixing ratio of the fuel-oxidizer mixture) in the mixer depending on the composition of the Fuel is adjustable.

Sowohl bei der Ansteuerung des Stellgliedes zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes als auch bei der Ansteuerung des Stellgliedes zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators, kann jeweils abhängig von der Zusammensetzung des Brennstoffes ein für die Regelung des Gemisches relevanter Wert, wie beispielsweise der Soll-Ionisationsstrom berechnet bzw. bestimmt werden, so dass die jeweiligen Stellglieder in Abhängigkeit des Verhältnisses des Soll-Ionisationsstrom vom Ist-Ionisationsstrom angesteuert werden können, so dass sich der Ist-Ionisationsstrom dem Solllonisationsstrom annähert bzw. diesem durch die Ansteuerung entspricht.Both when controlling the actuator for setting the flow rate of the fuel and when controlling the actuator for setting the flow rate of the oxidizer, a value relevant for controlling the mixture, such as the target ionization current, can be calculated depending on the composition of the fuel or are determined, so that the respective actuators can be controlled as a function of the ratio of the target ionization current to the actual ionization current, so that the actual ionization current corresponds to the target ionization current approximates or corresponds to this by the control.

Soll sich die Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes auf mehrere Messwerte stützen, können mehrere Sensoren zur Erfassung thermischer Eigenschaften des Brennstoffs vorgesehen sein, welche gleiche oder unterschiedliche thermische Eigenschaften erfassen können. Entsprechend sieht eine vorteilhafte Variante vor, dass die Gastherme mehrere in oder an der Brennstoffleitung angeordnete Sensoren zur Erfassung thermischer Eigenschaften des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes aufweist. Die Sensoren sind jeweils signaltechnisch mit der Steuereinheit verbunden und ausgebildet, unterschiedliche oder gleiche thermische Eigenschaften des die Brennstoffleitung durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit zu übermitteln.If the determination of the composition of the fuel is to be based on a number of measured values, a number of sensors can be provided to record thermal properties of the fuel, which can record the same or different thermal properties. Accordingly, an advantageous variant provides that the gas heater has a plurality of sensors arranged in or on the fuel line for detecting thermal properties of the fuel flowing through the fuel line. The sensors are each connected to the control unit in terms of signals and are designed to detect different or identical thermal properties of the fuel flowing through the fuel line and to transmit them to the control unit.

Sind mehrere Sensoren vorgesehen, sind die Sensoren zur Erfassung thermischer Eigenschaften vorzugsweise separat voneinander in oder an der Brennstoffleitung oder in eine Sensorbaugruppe integriert in oder an der Brennstoffleitung vorgesehen. Sind mehrere Sensoren in einer Sensoreinheit bzw. einer Sensorbaugruppe vorgesehen, kann auch der Temperatursensor in die Sensorbaugruppe integriert sein.If several sensors are provided, the sensors for detecting thermal properties are preferably provided separately from one another in or on the fuel line or are integrated into a sensor assembly in or on the fuel line. If several sensors are provided in a sensor unit or a sensor assembly, the temperature sensor can also be integrated into the sensor assembly.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Ionisationsstroms und/oder einer lonisationsstromkennlinie einer Gastherme, deren Steuereinheit ausgebildet ist, einen Soll-Ionisationsstrom und/oder eine lonisationsstromkennlinie für einen über eine Flamme in einem Brenner der Gastherme fließenden lonisationsstrom in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Der zumindest eine Sensor erfasst eine thermische Eigenschaft des Brennstoffes und übermittelt diese an die Steuereinheit, welche dann aus der thermischen Eigenschaft des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmt. Weiter ist vorgesehen, dass die Steuereinheit mit der Zusammensetzung des Brennstoffes einen Soll-Ionisationsstrom und/oder eine Ionisationsstromkennlinie bestimmt.Another aspect of the invention relates to a method for determining a target ionization current and/or an ionization current characteristic of a gas boiler whose control unit is designed to depend on a target ionization current and/or an ionization current characteristic for an ionization current flowing over a flame in a burner of the gas boiler determine the composition of the fuel. The at least one sensor detects a thermal property of the fuel and transmits this to the control unit, which then determines a composition of the fuel from the thermal property of the fuel. It is further provided that the control unit with the composition of the fuel a target ionization current and/or an ionization current characteristic is determined.

Hierbei ist eine Variante von Vorteil, bei welcher die Gastherme ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes, insbesondere gemäß dem oben genannten Brennstoff-Stellglied aufweist, wobei die Steuereinheit das (Brennstoff-) Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes ansteuert und insbesondere so ansteuert, dass ein gewünschtes Mischungsverhältnis des Brennstoffes und des Oxidators erreicht bzw. der Ist-Ionisationsstrom dem Soll-Ionisationsstrom angenähert wird.A variant is advantageous here, in which the gas boiler has an actuator for setting the flow rate of the fuel, in particular in accordance with the above-mentioned fuel actuator, with the control unit using the (fuel) actuator for setting the flow rate of the fuel depending on the composition of the Fuel controls and in particular controls so that a desired mixing ratio of the fuel and the oxidizer is achieved or the actual ionization current is approximated to the target ionization current.

Ebenso von Vorteil ist eine zusätzlich oder alternativ realisierbare Verfahrensvariante, bei welcher die Gastherme ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators, insbesondere gemäß dem oben genannten Oxidator-Stellglied aufweist, wobei die Steuereinheit das (Oxidator-) Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes ansteuert und insbesondere so ansteuert, dass ein gewünschtes Mischungsverhältnis des Brennstoffes und des Oxidators erreicht bzw. der Ist-Ionisationsstrom dem Soll-Ionisationsstrom angenähert wird.Also of advantage is a method variant that can be implemented additionally or alternatively, in which the gas boiler has an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer, in particular in accordance with the above-mentioned oxidizer actuator, with the control unit using the (oxidizer) actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer in Controls depending on the composition of the fuel and in particular controls in such a way that a desired mixing ratio of the fuel and the oxidizer is achieved or the actual ionization current is approximated to the target ionization current.

Entsprechend können die beiden Stellglieder (Brennstoff- und Oxidator-Stellglied) auch zusammenwirkend durch die Steuereinheit angesteuert werden, um das gewünschte Mischungsverhältnis zu erreichen.Correspondingly, the two actuators (fuel actuator and oxidizer actuator) can also be activated by the control unit in order to achieve the desired mixing ratio.

Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass die Steuereinheit mit der Zusammensetzung des Brennstoffes und einer vorzugsweise vorbestimmten oder gewünschten Luftzahl λ des Brennstoff-Oxidator-Gemisches, welche sich auch aus der Zusammensetzung des Brennstoffes ergeben kann, den Soll-Ionisationsstrom und/oder die Ionisationsstromkennlinie bestimmt.Provision is preferably also made for the control unit to determine the target ionization current and/or the ionization current characteristic with the composition of the fuel and a preferably predetermined or desired air ratio λ of the fuel-oxidizer mixture, which can also result from the composition of the fuel.

Das Verfahren kann zudem ferner dahingehend weitergebildet sein, dass die Gastherme eine Vorrichtung zur Erfassung eines über die Flamme in dem Brenner der Gastherme fließenden Ist-Ionisationsstroms aufweist, wobei die Steuereinheit ein Stellglied, beispielsweise das oben genannte Brennstoff-Stellglied und/oder das oben genannte Oxidator-Stellglied, zur Einstellung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches ansteuert, so dass sich der Ist-Ionisationsstrom dem insbesondere in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmten Soll-Ionisationsstrom annähert und vorzugsweise im Wesentlichen mit diesem übereinstimmt.The method can also be further developed such that the gas boiler has a device for detecting an actual ionization current flowing over the flame in the burner of the gas boiler, the control unit having an actuator, for example the above-mentioned fuel actuator and/or the above-mentioned Oxidator actuator, for setting the fuel-oxidizer mixture controls, so that the actual ionization current that is determined in particular as a function of the composition of the fuel approximates the desired ionization current and preferably essentially corresponds to it.

Vorteilhaft ist zudem, wenn der zumindest eine Sensor die thermische Eigenschaft des Brennstoffes in (zeitlich) regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich erfasst und die thermischen Eigenschaften in (zeitlich) regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich an die Steuereinheit übermittelt. Die Steuereinheit bestimmt bzw. prüft dann in (zeitlich) regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich eine Änderung der thermischen Eigenschaften und bestimmt bei einer festgestellten Änderung der thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffes. Entsprechend kann bei einer geänderten Zusammensetzung eine Anpassung bzw. Einstellung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches oder eine Kalibrierung des gesamten Systems vorgenommen werden, bei welcher wie oben beschrieben Alterung bzw. Verschleiß der Vorrichtung zur Bestimmung des Ist-Ionisationsstroms berücksichtigt werden kann.It is also advantageous if the at least one sensor detects the thermal property of the fuel at regular (chronological) intervals or continuously and transmits the thermal properties to the control unit at regular (chronological) intervals or continuously. The control unit then determines or checks a change in the thermal properties at regular (chronological) intervals or continuously and determines the composition of the fuel when a change in the thermal properties is detected. Correspondingly, if the composition changes, the fuel/oxidizer mixture can be adjusted or adjusted, or the entire system can be calibrated, in which, as described above, aging or wear of the device for determining the actual ionization current can be taken into account.

Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.The features disclosed above can be combined as desired, insofar as this is technically possible and they do not contradict one another.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1
eine erste Variante einer Gastherme;
Fig. 2
eine zweite Variante einer Gastherme;
Fig. 3
eine dritte Variante einer Gastherme;
Fig. 4
lonisationsstromkennlinie zweier Zusammensetzungen des Brennstoffes;
Fig. 5
Abhängigkeit des Referenzfaktors Ioref von der Zusammensetzung des Brennstoffes.
Other advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims or are presented in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:
1
a first variant of a gas boiler;
2
a second variant of a gas boiler;
3
a third variant of a gas boiler;
4
Ionization current characteristic of two fuel compositions;
figure 5
Dependence of the reference factor Io ref on the composition of the fuel.

Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.The figures are schematic by way of example. The same reference numbers in the figures indicate the same functional and/or structural features.

Insbesondere die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils im Wesentliche identische Gasthermen 100, welche sich insbesondere durch die Positionierung des zumindest einen Sensors bzw. der Sensorbaugruppe 3 zur Erfassung einer thermischen Eigenschaft des die Brennstoffleitung 102 durchströmenden Brennstoffes unterscheiden.especially the Figures 1 to 3 each show essentially identical gas heaters 100, which differ in particular in the positioning of the at least one sensor or sensor assembly 3 for detecting a thermal property of the fuel flowing through fuel line 102.

Entsprechend gilt für die in den Figuren 1 bis 3 offenbarten Gasthermen 100, dass diese jeweils ein Sicherheitsventil 1, ein Brennstoff- bzw. Gas-Stellglied 2, eine aus zumindest einem Sensor gebildete Sensorbaugruppe 3, eine beispielsweise als Venturi-Düse ausgebildete Brennstoff- bzw. Gas-Drosselstelle 4, ein Gebläse 5 zum Ansaugen und Ausblasen des Brennstoff-Oxidator-Gemisches, eine optionale Rückschlagklappe 6, eine Ionisationsstromelektrode 7, eine optionale Abgasklappe 8 und eine elektronische Steuereinheit 9 aufweisen.The same applies to the in the Figures 1 to 3 disclosed gas heaters 100 that each of these has a safety valve 1, a fuel or gas actuator 2, a sensor assembly 3 formed from at least one sensor, a fuel or gas throttle point 4 designed, for example, as a Venturi nozzle, a blower 5 for Suction and blowing out of the fuel-oxidizer mixture, an optional non-return valve 6, an ionization current electrode 7, an optional exhaust valve 8 and an electronic control unit 9 have.

An der Stelle 11 liegt als Medium Luft als Oxidator an und strömt durch die Oxidatorleitung 103 zu dem Mischer 101. An der einen Mischbereich des Mischers 101 bildenden Position 12 befindet sich Luft und Brennstoff in Mischung. An den Stellen 13 und 14 strömt nur Brennstoff ohne Luft durch die Brennstoffleitung 102. An der Stelle 15 liegen Brennstoff und Luft in homogener Mischung vor, bevor diese im Brenner verbrannt werden. Stromab des Brenners an Position 16 wird das verbrannte Abgas aus dem durch die Gastherme 100 gebildeten System abgeführt.At point 11 the medium is air as the oxidizer and flows through the oxidizer line 103 to the mixer 101. At the position 12 forming a mixing region of the mixer 101, air and fuel are mixed. At points 13 and 14 only fuel without air flows through the Fuel line 102. At point 15, fuel and air are present in a homogeneous mixture before they are burned in the burner. Downstream of the burner at position 16, the combusted exhaust gas is discharged from the system formed by the gas boiler 100.

Die Sensorbaugruppe 3 besteht aus mindestens einem Sensor der in Kontakt mit dem Brennstoff steht und ausgebildet ist, thermische Eigenschaften des Brennstoffes zu bestimmen. Die Sensorbaugruppe 3 ist dabei so platziert, dass sich im Betrieb der Gastherme 100 nur Brennstoff und kein Oxidator oder Brennstoff-Oxidator-Gemisch in Kontakt mit den Sensoren bzw. den Messstellen der Sensoren der Sensorbaugruppe 3 befinden.The sensor assembly 3 consists of at least one sensor that is in contact with the fuel and is designed to determine the thermal properties of the fuel. The sensor assembly 3 is placed in such a way that only fuel and no oxidizer or fuel-oxidizer mixture is in contact with the sensors or the measuring points of the sensors of the sensor assembly 3 when the gas boiler 100 is in operation.

Mögliche Platzierungen der Sensorbaugruppe 3 sind in dem durch die gestrichelte Umrandung gekennzeichneten Gasventil 10 stromab des Sicherheitsventils 1, wie es in den Figuren 1 und 2 realisiert ist, oder eine Integration in den hier eine Venturi-Düse als Gas-Drosselstelle 4 aufweisenden Mischer 101 stromauf des Sicherheitsventils 1 und des Stellglieds 2 für den Brennstoff, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Hierbei kann die Sensorbaugruppe 3 auch in die Gas-Drosselstelle 4 integriert sein.Possible placements of the sensor assembly 3 are in the gas valve 10 identified by the dashed border downstream of the safety valve 1, as shown in FIGS figures 1 and 2 is realized, or an integration into the mixer 101, which has a Venturi nozzle as a gas throttle point 4, upstream of the safety valve 1 and the actuator 2 for the fuel, as is shown in figure 3 is shown. In this case, the sensor assembly 3 can also be integrated into the gas throttle point 4 .

In der Sensorbaugruppe 3 befinden sich mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der thermischen Eigenschaften des Brennstoffes bzw. Brenngases sowie ein die Temperatur des Brenngases erfassender Temperatursensor. Die Messwerte der Sensoren, also die Messwerte des zumindest einen Sensors zur Erfassung der thermischen Eigenschaften und die Messwerte des Temperatursensors, werden über eine Kommunikationsschnittstelle bzw. eine dafür geeignete Verbindung an die Steuereinheit 9 weitergeleitet.At least one sensor element for detecting the thermal properties of the fuel or combustible gas and a temperature sensor detecting the temperature of the combustible gas are located in the sensor assembly 3 . The measured values of the sensors, ie the measured values of the at least one sensor for detecting the thermal properties and the measured values of the temperature sensor, are forwarded to the control unit 9 via a communication interface or a suitable connection.

In der Steuereinheit 9 werden die Messwerte, also hier die Temperatur und die ermittelte(n) thermische(n) Eigenschaft(en), oder aus einer Kombination dieser Messwerte bzw. Stoffgrößen abgeleiteten Werte mit temperaturabhängigen Kennfeldern oder mit Simulationen der Zusammensetzungen des Brennstoffes abgeglichen, um die aktuelle Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen.In the control unit 9, the measured values, ie here the temperature and the determined thermal property(s), or values derived from a combination of these measured values or material variables, are combined with temperature-dependent values Maps or compared with simulations of the fuel compositions in order to determine the actual composition of the fuel.

In der Steuereinheit 9 wird in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes, also hier in Abhängigkeit der Gaszusammensetzung, der zur Gaszusammensetzung passende Parametersatz für den Referenzwert Ioref und/oder eine passende Kennlinie bzw. Funktion ausgewählt, wie sie beispielsweise in den Figuren 4 und 5 gezeigt sind. Der neue Parametersatz wird solange verwendet, bis eine erneute Änderung der Gaszusammensetzung erkannt wird.In the control unit 9, depending on the composition of the fuel, i.e. depending on the gas composition in this case, the parameter set suitable for the gas composition is selected for the reference value Io ref and/or a suitable characteristic curve or function, as for example in Figures 4 and 5 are shown. The new parameter set is used until another change in the gas composition is detected.

In Figur 4 sind beispielhaft die lonisationsstromkennlinien von zwei sich in ihrer Zusammensetzungen unterscheidenden Brennstoffen (Gas A, Gas B) dargestellt. Der lonisationsstrom ist in beliebigen Einheiten (arbitrary units [a.u.]) über die thermische Leistung in beliebigen Einheiten angegeben. Gezeigt sind die Kurven bei einer Luftzahl A = 1,3. An der, durch die gestrichenen Linien hervorgehobenen Leistung ergeben sich unterschiedliche Amplituden des lonisationsstroms bei den beiden Gasen A und B. Die thermische Leistung Qc ist an der vertikalen gestrichelten Linie für beide Gase identisch. Liegt ein lonisationsstrom für beispielsweise Gas A oberhalb der Kennlinie für Gas A, liegt ein zu brennstoffreiches Gemisch (Luftzahl <1,3) vor. Liegt der lonisationsstrom unterhalb der Kennlinie, liegt ein zu mageres Gemisch (Luftzahl >1,3) vor.In figure 4 the ionization current characteristics of two fuels with different compositions (gas A, gas B) are shown as an example. The ionization current is given in any units (arbitrary units [au]) over the thermal power in any units. The curves are shown for an air ratio A=1.3. Different amplitudes of the ionization current for the two gases A and B result from the power highlighted by the dashed lines. The thermal power Qc is identical for both gases at the vertical dashed line. If an ionization current for gas A, for example, is above the characteristic curve for gas A, the mixture is too fuel-rich (air ratio <1.3). If the ionization current is below the characteristic curve, the mixture is too lean (air ratio >1.3).

Entsprechend ergibt sich aus Figur 4, dass der Ist-Ionisationsstrom (Io current [a.u.]; Ioλ=1,3,A, Ioλ=1,3,B) bei verschiedenen Gasen A, B bei gleicher Luftzahl λ voneinander abweicht, so dass eine Regelung anhand eines konstanten (Ist-) Ionisationsstroms bei unterschiedlichen Gasen bzw. Brennstoff-Zusammensetzungen bei identischer Leistung zu einer falschen Gemischregelung (zu mager oder zu fett) führt.Correspondingly follows from figure 4 that the actual ionization current (Io current [au]; Io λ=1.3,A , Io λ=1.3,B ) differs for different gases A, B with the same air ratio λ, so that regulation based on a constant (actual) ionization current with different gases or fuel compositions with identical power leads to incorrect mixture control (too lean or too rich).

In Figur 5 ist die Abhängigkeit des Referenzfaktors Ioref der Gasarten A und B dargestellt. Bei der Kalibrierung wird der maximale lonisationsstrom Iomax bestimmt, welcher sich jedoch bei den beiden Gasarten A und B unterscheiden kann (Iomax,A, Iomax,B), wie in Figur 5 zu sehen. Der Sollwert des Ionisationsstroms (Soll-Ionisationsstrom) Ioset λ=1,3, für eine bestimmte bzw. gewünschte Luftzahl, hier λ=1,3, bei einem bestimmten Gas (A bzw. B) berechnet sich aus der Multiplikation des jeweiligen Referenzwertes Ioref mit dem jeweiligen Maximalwert Iomax, so dass anhand der durch die Kennlinie eingehende Zusammensetzung und der durch die Kalibrierung ermittelten Werte ein Soll-Ionisationsstrom bestimmt und das Gemisch durch Ansteuerung der Stellglieder 2 eingestellt werden kann.In figure 5 the dependency of the reference factor Io ref of gas types A and B is shown. During calibration, the maximum ionization current Io max is determined, which, however, can differ for the two gas types A and B (Io max,A , Io max,B ), as in figure 5 to see. The target value of the ionization current (target ionization current) Io set λ=1.3 for a specific or desired air ratio, here λ=1.3, for a specific gas (A or B) is calculated by multiplying the respective reference value Io ref with the respective maximum value Io max , so that a target ionization current can be determined and the mixture can be set by controlling the actuators 2 based on the composition entered by the characteristic curve and the values determined by the calibration.

Beispielsweise können die in Figur 4 und Figur 5 gezeigten Kennlinien in der Steuereinheit 9 hinterlegt sein, so dass nach der Ermittlung der Gaszusammensetzung, also ob der Brennstoff beispielsweise Gas A oder Gas B entspricht, der Soll-Ionisationsstrom Ioset λ=1,3 bzw. der Referenzwert Ioref des lonisationsstroms bestimmt werden kann.For example, the in Figure 4 and Figure 5 be stored in the control unit 9, so that after determining the gas composition, i.e. whether the fuel corresponds to gas A or gas B, for example, the target ionization current Io set λ=1.3 or the reference value Io ref of the ionization current can be determined can.

Claims (15)

Gastherme (100) mit einem Mischer (101), einer zu dem Mischer (101) führenden Brennstoffleitung (102) und einer zu dem Mischer (101) führenden Oxidatorleitung (103), wobei der Mischer (101) ausgebildet ist, aus einem durch die Brennstoffleitung (102) zu dem Mischer (101) strömenden Brennstoff und einem durch die Oxidatorleitung (103) zu dem Mischer (101) strömenden Oxidator ein Brennstoff-Oxidator-Gemisch zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gastherme (100) eine Steuereinheit (9) und zumindest einen in oder an der Brennstoffleitung (102) angeordneten Sensor zur Erfassung einer thermischen Eigenschaft des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes aufweist, welcher signaltechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden und ausgebildet ist, die thermische Eigenschaft des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, aus den erfassten thermischen Eigenschaften des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Gas boiler (100) with a mixer (101), a fuel line (102) leading to the mixer (101) and an oxidizer line (103) leading to the mixer (101), wherein the mixer (101) is designed to generate a fuel-oxidant mixture from a fuel flowing through the fuel line (102) to the mixer (101) and an oxidizer flowing through the oxidizer line (103) to the mixer (101), characterized in that the gas heater (100) has a control unit (9) and at least one sensor arranged in or on the fuel line (102) for detecting a thermal property of the fuel flowing through the fuel line (102), which sensor communicates with the control unit (9) is connected and designed to detect the thermal properties of the fuel flowing through the fuel line (102) and to transmit it to the control unit (9), wherein the control unit (9) is designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties of the fuel. Gastherme nach Anspruch 1,
wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, einen Solllonisationsstrom und/oder eine lonisationsstromkennlinie für einen über eine Flamme in einem Brenner der Gastherme (100) fließenden lonisationsstrom in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen.Gas boiler according to claim 1,
wherein the control unit (9) is designed to determine a target ionization current and/or an ionization current characteristic for an ionization current flowing over a flame in a burner of the gas boiler (100) as a function of the composition of the fuel. Gastherme nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen in oder an der Brennstoffleitung (102) angeordneten Temperatursensor, welcher signaltechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden und ausgebildet ist, eine Temperatur des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, aus den erfassten thermischen Eigenschaften und der erfassten Temperatur des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Gas boiler according to claim 1 or 2, further comprising an in or on the fuel line (102) arranged temperature sensor, which signals with the connected to the control unit (9) and designed to record a temperature of the fuel flowing through the fuel line (102) and to transmit it to the control unit (9), wherein the control unit (9) is designed to determine a composition of the fuel from the detected thermal properties and the detected temperature of the fuel. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Steuereinheit (9) temperaturabhängige Kennfelder hinterlegt sind und die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, aus einem Abgleich der erfassten thermischen Eigenschaften des Brennstoffes mit den Kennfeldern die Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen, und/oder wobei in der Steuereinheit (9) eine mathematische Formel zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes hinterlegt ist, welche die erfasste thermische Eigenschaft als Variable berücksichtigt, und die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, die Zusammensetzung des Brennstoffes durch die mathematische Formel zu bestimmen, und/oder wobei in der Steuereinheit (9) eine Simulation zur Bestimmung der Zusammensetzung des Brennstoffes hinterlegt ist, welche die erfasste thermische Eigenschaft als Variable berücksichtigt, und die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, aus der Simulation unter Verwendung der thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffes zu bestimmen. Gas boiler according to one of the preceding claims, temperature-dependent characteristic diagrams are stored in the control unit (9) and the control unit (9) is designed to determine the composition of the fuel from a comparison of the recorded thermal properties of the fuel with the characteristic diagrams, and/or wherein a mathematical formula for determining the composition of the fuel is stored in the control unit (9), which takes into account the detected thermal property as a variable, and the control unit (9) is designed to determine the composition of the fuel using the mathematical formula , and/or wherein a simulation for determining the composition of the fuel is stored in the control unit (9), which takes into account the detected thermal property as a variable, and the control unit (9) is designed to calculate the composition of the fuel from the simulation using the thermal properties determine fuel. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Mischer (101) ausgebildet ist, ein Einströmen des Oxidators und/oder des Brennstoff-Oxidator-Gemisches in die Brennstoffleitung (102) zu verhindern, so dass die Brennstoffleitung (102) ausschließlich von Brennstoff durchströmt ist.Gas boiler according to one of the preceding claims,
wherein the mixer (101) is designed to prevent the oxidizer and/or the fuel-oxidizer mixture from flowing into the fuel line (102), so that only fuel flows through the fuel line (102). Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang der Brennstoffleitung (102) ein Stellglied (2) zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes durch die Brennstoffleitung (102) angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, das Stellglied (2) zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes anzusteuern, so dass ein Mischungsverhältnis des Brennstoffes mit dem Oxidator im Mischer (101) in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes einstellbar ist. Gas boiler according to one of the preceding claims, an actuator (2) for adjusting the flow rate of the fuel through the fuel line (102) being arranged along the fuel line (102), wherein the control unit (9) is designed to control the actuator (2) to adjust the flow rate of the fuel depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer in the mixer (101) can be adjusted depending on the composition of the fuel . Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei entlang der Oxidatorleitung (103) ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators durch die Oxidatorleitung (103) angeordnet ist, wobei die Steuereinheit (9) ausgebildet ist, das Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes anzusteuern, so dass ein Mischungsverhältnis des Brennstoffes mit dem Oxidator im Mischer (101) in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes einstellbar ist. Gas boiler according to one of the preceding claims, an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer through the oxidizer line (103) being arranged along the oxidizer line (103), wherein the control unit (9) is designed to control the actuator for setting the flow rate of the oxidizer depending on the composition of the fuel, so that a mixing ratio of the fuel with the oxidizer in the mixer (101) can be set depending on the composition of the fuel. Gastherme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
aufweisend mehrere in oder an der Brennstoffleitung (102) angeordnete Sensoren zur Erfassung thermischer Eigenschaften des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes, welche jeweils signaltechnisch mit der Steuereinheit (9) verbunden und ausgebildet sind, unterschiedliche oder gleiche thermische Eigenschaften des die Brennstoffleitung (102) durchströmenden Brennstoffes zu erfassen und an die Steuereinheit (9) zu übermitteln.Gas boiler according to one of the preceding claims,
having a plurality of sensors arranged in or on the fuel line (102) for detecting thermal properties of the fuel flowing through the fuel line (102), which are each connected to the control unit (9) in terms of signals and are designed to have different or the same thermal properties of the fuel line (102) to detect the fuel flowing through and to transmit it to the control unit (9). Gastherme nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sensoren zur Erfassung thermischer Eigenschaften separat voneinander in oder an der Brennstoffleitung (102) oder zusammen in eine Sensorbaugruppe (3) integriert in oder an der Brennstoffleitung (102) vorgesehen sind. Gas boiler according to the preceding claim, wherein the sensors for detecting thermal properties are separate from one another in or on the fuel line (102) or integrated together in a sensor assembly (3) in or on the fuel line (102). Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Ionisationsstroms und/oder einer lonisationsstromkennlinie einer Gastherme nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine Sensor eine thermische Eigenschaft des Brennstoffes erfasst und an die Steuereinheit (9) übermittelt, wobei die Steuereinheit (9) aus der thermischen Eigenschaft des Brennstoffes eine Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmt, wobei die Steuereinheit (9) mit der Zusammensetzung des Brennstoffes einen Soll-Ionisationsstrom und/oder eine Ionisationsstromkennlinie bestimmt. Method for determining a target ionization current and/or an ionization current characteristic of a gas heater according to claim 2, wherein the at least one sensor detects a thermal property of the fuel and transmits it to the control unit (9), wherein the control unit (9) determines a composition of the fuel from the thermal properties of the fuel, wherein the control unit (9) uses the composition of the fuel to determine a target ionization current and/or an ionization current characteristic. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Gastherme (100) ein Stellglied (2) zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes gemäß Anspruch 6 aufweist, wobei die Steuereinheit (9) das Stellglied (2) zur Einstellung der Durchflussmenge des Brennstoffes in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes ansteuert. Method according to claim 10, wherein the gas heater (100) has an actuator (2) for adjusting the flow rate of the fuel according to claim 6, wherein the control unit (9) controls the actuator (2) to adjust the flow rate of the fuel as a function of the composition of the fuel. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Gastherme (100) ein Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators gemäß Anspruch 7 aufweist, wobei die Steuereinheit (9) das Stellglied zur Einstellung der Durchflussmenge des Oxidators in Abhängigkeit der Zusammensetzung des Brennstoffes ansteuert. Method according to claim 10 or 11, wherein the gas heater (100) has an actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer according to claim 7, wherein the control unit (9) controls the actuator for adjusting the flow rate of the oxidizer depending on the composition of the fuel. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Steuereinheit (9) mit der Zusammensetzung des Brennstoffes und einer vorbestimmten Luftzahl λ des Brennstoff-Oxidator-Gemisches den Soll-Ionisationsstrom und/oder die lonisationsstromkennlinie bestimmt. Method according to one of claims 10 to 12, wherein the control unit (9) with the composition of Fuel and a predetermined air ratio λ of the fuel-oxidizer mixture determines the target ionization current and / or the ionization current characteristic. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Gastherme ferner eine Vorrichtung (7) zur Erfassung eines über die Flamme in dem Brenner der Gastherme fließenden Ist-Ionisationsstroms aufweist, wobei die Steuereinheit (9) ein Stellglied (2) zur Einstellung des Brennstoff-Oxidator-Gemisches ansteuert, so dass sich der Ist-Ionisationsstrom dem Soll-Ionisationsstrom annähert. Method according to one of claims 10 to 13, the gas boiler also has a device (7) for detecting an actual ionization current flowing over the flame in the burner of the gas boiler, wherein the control unit (9) controls an actuator (2) for setting the fuel/oxidizer mixture, so that the actual ionization current approaches the setpoint ionization current. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der zumindest eine Sensor die thermische Eigenschaft des Brennstoffes in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich erfasst, wobei der zumindest eine Sensor die thermischen Eigenschaften in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich an die Steuereinheit (9) übermittelt, wobei die Steuereinheit (9) in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich eine Änderung der thermischen Eigenschaften prüft und bei einer Änderung der thermischen Eigenschaften die Zusammensetzung des Brennstoffes bestimmt. Method according to one of claims 10 to 14, wherein the at least one sensor detects the thermal properties of the fuel at regular intervals or continuously, wherein the at least one sensor transmits the thermal properties to the control unit (9) at regular intervals or continuously, the control unit (9) checking a change in the thermal properties at regular intervals or continuously and determining the composition of the fuel if there is a change in the thermal properties.
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