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EP3299718B1 - Gasartenerkennung - Google Patents

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Publication number
EP3299718B1
EP3299718B1 EP16190012.1A EP16190012A EP3299718B1 EP 3299718 B1 EP3299718 B1 EP 3299718B1 EP 16190012 A EP16190012 A EP 16190012A EP 3299718 B1 EP3299718 B1 EP 3299718B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
characteristic curve
burner device
characteristic
control unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16190012.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3299718A1 (de
Inventor
Thomas Born
Rainer Lochschmied
Bernd Schmiederer
Holger HOLFELDER
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DK16190012.1T priority Critical patent/DK3299718T3/da
Priority to ES16190012T priority patent/ES2769234T3/es
Priority to PL16190012T priority patent/PL3299718T3/pl
Priority to EP16190012.1A priority patent/EP3299718B1/de
Priority to HUE16190012A priority patent/HUE047264T2/hu
Publication of EP3299718A1 publication Critical patent/EP3299718A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3299718B1 publication Critical patent/EP3299718B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2221/00—Pretreatment or prehandling
    • F23N2221/10—Analysing fuel properties, e.g. density, calorific
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2223/00—Signal processing; Details thereof
    • F23N2223/04—Memory

Definitions

  • the present disclosure is concerned with the detection of gas species in a combustor.
  • the present disclosure addresses the detection of gas types of combustible gases for emissions to avoid.
  • gas in incinerators are those from the E-Gas group (according to EN 437: 2009-09) and gases from the B / P gas group (according to EN 437: 2009-09).
  • gases from the e-gas group contain methane as the main constituent.
  • gases from the third gas family are based on propane gas. The mixtures based on methane gas or propane gas ultimately represent mixtures of different gas sources with which the combustion device can be supplied.
  • characteristic curves are usually provided which are selected on site during commissioning according to the existing gas group.
  • the setting takes place, for example, by selecting one or more curves stored in the memory of a control unit.
  • Those characteristics reflect the course of the amount of fuel supplied to the burner in relation to the amount of air supplied.
  • the target value of an ionization is plotted, with the help and with the measured ionization signal as the actual value, the amount of fuel is adjusted via the valve.
  • the amount of supplied air instead of the amount of fuel, the amount of supplied air, the rotational speed of a fan in the air supply of the Brenners be applied. Further comes as a measure of the air supply to the burner, the position or the control signal of a damper in question.
  • the characteristics of the performance of the gas actuators widen alternatively the air actuators to characteristic bands.
  • the possible characteristic bands of the actuator positions approach each other and the distance between them decreases. Further blurring of the characteristic bands results from tolerances of mechanical components such as valves in the fuel supply channel.
  • the aim of the present disclosure is the detection of gas species in a combustion device, in particular with regard to the avoidance of emissions and the optimized operation of the device.
  • the document AT413440 B discloses the preamble of independent claim 1.
  • the present disclosure teaches a method of detecting gas species in a combustor.
  • the method assumes that the ratio of air to fuel is controlled in the combustion device.
  • the ratio of air to fuel can be regulated by means of a so-called A-regulation.
  • at least one characteristic curve for at least one fuel is stored in the (non-volatile) memory of a regulating and / or control and / or monitoring device.
  • One of the two actuators for air or gas is defined as a measure of burner output.
  • a setpoint is defined as a function of the burner output.
  • the A-control regulates the other actuator, for gas or air, and determines the fuel quantity or an equivalent, such as the actuator position or control value.
  • the specified value is compared with the value stored for the actuator in the characteristic curve or the characteristic band. In particular, the position with respect to a limit characteristic is determined. If the controlled characteristic point is found on the wrong side of the limit characteristic, an error is concluded.
  • fuel changes can also be detected by the gas supplier, for example, using the method provided.
  • the method provided allows the (precautionary) shutdown of a plant to avoid unwanted emissions.
  • the method provided advantageously allows the issuing of a notification when an error occurs.
  • a combustion device such as an industrial furnace and / or a heating system and / or an internal combustion engine (automobile).
  • FIG. 1 shows a burner 1.
  • a flame of a heat generator In the combustion chamber 2 of the burner 1 burns in operation, a flame of a heat generator.
  • the heat generator exchanges the heat energy of the hot fuel gases in another fluid such as water. With the warm water, for example, operated a hot water heating system and / or heated drinking water.
  • the heat generator is part of a plant with combined heat and power, for example, a motor of such a system.
  • the heat generator is a gas turbine.
  • the heat generator heats a fuel cell and / or battery and / or (lithium-metal) accumulator to the temperature required for their operation.
  • the exhaust gases 8 are removed from the combustion chamber 2, for example via a chimney.
  • the supply air 4 for the combustion process is supplied to the burner 1 via a (motorized) driven blower 3.
  • the control, control and / or monitoring unit 9 Via the signal line 10, the control, control and / or monitoring unit 9, the blower before the supply air amount that it should promote.
  • the fan speed 11 is a measure of the amount of air delivered.
  • the blower speed 11 of the control, control and / or monitoring unit 9 is reported back by the fan 3.
  • the air quantity 4 is set via an air flap and / or a valve
  • the flap and / or valve position and / or the measured value derived from the signal of a mass flow sensor and / or volumetric flow sensor can be used as a measure of the air volume.
  • the sensor is advantageously arranged in the channel for the air supply.
  • the sensor provides a signal which is converted into a flow measurement value by means of a suitable signal processing unit.
  • a signal processing device ideally comprises at least one analog-to-digital converter.
  • the signal processing device, in particular the analog-digital converter (s) is integrated into the control, control and / or monitoring unit 9.
  • the measured value of a pressure sensor and / or a mass flow sensor in a bypass channel can be used.
  • the sensor detects a signal which corresponds to the air flow dependent pressure value and / or the air flow (particle and / or mass flow) in the bypass channel.
  • the sensor provides a signal which, based on a suitable signal processing device is converted into a measured value.
  • the signals of a plurality of sensors are converted into a common measured value.
  • a suitable signal processing device ideally comprises at least one analog-to-digital converter.
  • the signal processing device, in particular the analog-digital converter (s) is integrated into the control, control and / or monitoring unit 9.
  • Mass flow sensors allow the measurement at high flow rates especially in connection with combustion equipment in operation. Typical values of such flow velocities are in the ranges between typically 0.1 m / s and 5 m / s, 10 m / s, 15 m / s, 20 m / s, or even 100 m / s. Mass flow sensors suitable for the present disclosure include OMRON® D6F-W or Type SENSOR TECHNICS® WBA sensors.
  • the usable range of these sensors typically begins at speeds between 0.01 m / s and 0.1 m / s and ends at a speed such as 5 m / s, 10 m / s, 15 m / s, 20 m / s, or even 100 m / s.
  • lower limits such as 0.1 m / s can be combined with upper limits such as 5 m / s, 10 m / s, 15 m / s, 20 m / s, or even 100 m / s.
  • the fuel throughput is adjusted and / or adjusted by the control, control and / or monitoring unit 9 with the aid of an actuator and / or a (motor) adjustable valve.
  • the fuel is a fuel gas.
  • a device type can then be connected to different fuel gas sources, for example, sources with high methane content and / or sources with high propane content.
  • the amount of fuel gas 6 is adjusted by a (motor) adjustable gas valve 5 of the control, control and / or monitoring unit 9.
  • the control value 12, for example in the case of a pulse-width-modulated signal, of the gas valve is a measure of the amount of fuel gas.
  • the control value 12 of the gas valve is a value for the fuel supply 6.
  • the gas valve 5 is adjusted by means of a stepper motor. In that case, the stepping position of the stepping motor is a measure of the amount of fuel gas.
  • a gas flap is used as the actuator, the position of a flap can be used as a measure of the amount of fuel gas.
  • the measurement derived from the signal of a mass flow sensor can be used as a measure of the amount of fuel gas.
  • That sensor is advantageously arranged in the fuel supply channel. That sensor generates a signal which is converted by means of a suitable signal processing device into a flow measurement value (measured value of the particle and / or mass flow).
  • a suitable signal processing device ideally comprises at least one analog-to-digital converter.
  • the signal processing device in particular the analog-to-digital converter (s), is integrated in the control, monitoring and monitoring unit 9.
  • the value of the fuel supply 6 with which the actuator 5 is driven can be used as the value of the burner output. Since the fuel supply and the air flow (air supply) are related to one another via the predetermined air ratio ⁇ , the air supply can equally be regarded as a measure of the current performance of the combustion device. Thus, the rotational speed 11 is a representative value for the performance of the combustion device.
  • the material of the ionization electrode 7 is often KANTHAL®, e.g. APM® or A-1®. Nikrothal® electrodes are also contemplated by those skilled in the art.
  • the ionization signal 13 is generated.
  • the signal 13 is read in by the control, control and / or monitoring unit 9 and suitably evaluated.
  • a predetermined air ratio ⁇ can be compensated for each throughput of supplied air.
  • the measured throughput via the actuator in the fuel supply channel and / or via the actuator in the air supply channel is adjusted to a predetermined desired value.
  • FIG. 2 shows the setpoint values 14 of the ionization flow for two different gas groups / families above the fan speed 11.
  • the skilled artisan recognizes that instead of the fan speed 11, another equivalent size of the throughput of air can be applied.
  • the ionization measured value 13 is regulated via the control loop comprising control unit 9, actuating signal 12, the gas ratio actuator 5 adjusting the mixing ratio, flame in the combustion chamber 2 and current through ionization electrode 7 to the desired value 14 of the ionization current.
  • the air ratio ⁇ is set for each occurring value of the air throughput, that is to say for each fan speed 11.
  • the ionization current desired value 14 is determined by setting the desired air ratio ⁇ as a function of the fan speed 11 via the gas quantity actuator 5 as an example and determining the subsequently measured value of the ionization current as the characteristic point of the characteristic curve 15, 16.
  • further sensors are preferably used, with the aid of which the air ratio ⁇ can be measured.
  • the skilled person is in particular the measurement of O 2 value and / or the CO 2 value in the exhaust gas known. In this case, the air ratio ⁇ can be determined directly from the measurement result.
  • the characteristic curve 15, 16 determined in this way is representative of all combustion devices which have the same assignment of ionization flow 14 over the air throughput and at the same time of the air ratio ⁇ over the air flow.
  • the assignment of the detected of the ionization current measured value 13 to the ionization current desired value 14 and the compensation of the detected ionization current measured value 13 to the desired value 14 thus represents a processing to an air-number measured value which is equivalent to a direct measurement, for example of the O 2 value in FIG Exhaust gas and a direct calculation of the associated Lucasiere-measured value, which is then corrected to a predetermined Gutiere setpoint.
  • the characteristic curve 15 shows the course of the desired value, which can be used for a group of similar gas compositions.
  • One example is the E-gas group, whose main component is methane gas.
  • the characteristic curve 16 shows the course of the desired value, which can be used for a second group of similar gas compositions.
  • Exemplary here is the B / P gas group with mixtures of propane with propene or propane and butane.
  • Each gas group consists of gases, which in turn are mixed with the base gas and other gases. These are for example in the E-gas group mixtures of methane and propane, mixtures of methane and nitrogen or mixtures of methane and hydrogen. The mixtures represent real mixtures of gas sources for the incinerator.
  • a characteristic of the fuel flow 12 over the air flow 11 is defined, wherein the air flow rate is selected as the measure of the burner output.
  • the characteristic curve is represented by a position of a stepper motor over a fan speed. This results within the boundary mixtures characteristic bands of the fuel supply 12 on the air supply 11th That fact is in FIG. 3 illustrated.
  • the characteristic curve 15 As setpoint characteristic FIG. 2 choose. If the gas supply actually delivers a gas from the e-gas group, then the characteristic point of the gas currently regulated for a power lies in the characteristic curve 17.
  • the characteristic curve 16 should be selected (as setpoint characteristic). If the gas supply supplies a gas from the B / P gas group, the currently regulated characteristic point of the gas lies in the characteristic curve 18.
  • the two gas groups E-gas and B / P-gas have a sufficient distance of the minimum air requirements L min for their respective gases to each other. Therefore, the characteristic bands overlap FIG. 3 Not. Consequently, a limit characteristic 19 between both characteristic bands can be defined.
  • the limit characteristic curve 19 advantageously proceeds as an arithmetic mean between the upper and lower limits of the characteristic bands 18 and 17 FIG. 3 ,
  • the regulated characteristic point for gases of the E-gas group is above the limit characteristic curve 19.
  • the corrected characteristic point is below the limit characteristic curve 19 if the characteristic curve is selected correctly.
  • the regulated characteristic point is not always in the characteristic band of the group of gases on the other side of the limit characteristic curve 19. However, the regulated characteristic point lies on the other side of the limit characteristic curve 19. Thus lies the regulated characteristic point in the case of a gas of the E-gas group with the wrong characteristic curve below the limit characteristic curve 19. For a gas from the B / P gas group, the regulated characteristic point lies above the limit characteristic curve 19. The position of the regulated characteristic point in With reference to the limit characteristic curve 19, it is therefore possible to detect the faulty selection of a characteristic curve for a fuel.
  • the characteristic bands 17 and 18 overlap (partially). Such a situation is in FIG. 4 shown.
  • at least 2 percent of the areas of the characteristic bands 17 and 18 overlap, at least 5 percent overlapping of the areas of the characteristic bands 17 and 18 is possible, and there are cases with at least 20 percent or at least 50 percent overlap of the areas of the characteristic bands 17 and 18th
  • the characteristic bands 17 and 18 are close to each other. According to one embodiment, the overlaps occur in the lower 60% of the power range, according to a particular embodiment in the lower 40% or 10% of the power range.
  • the limit characteristic 19 can be clearly defined between the characteristic bands. Also in this case, for example, the limit characteristic 19 can be defined as an arithmetic mean between the upper and lower limits of the characteristic bands 18 and 17.
  • the limit characteristic 19 is then defined only by the maximum power (corresponding to the maximum air flow rate and / or the maximum fan speed) up to a defined limit 20.
  • the defined limit 20 is above the power range in which the characteristic bands 17 and 18 overlap.
  • the defined limit 20 is at least 5% of the maximum power, furthermore preferably at least 10% of the maximum power, also preferably at least 20% of the maximum power, above the first overlap (starting from the maximum power) between the characteristic belts 17 and 18.
  • the limit 20 can also be (starting from the maximum power) the last overlap-free tabular value of the characteristic curve.
  • the check as to whether the regulated characteristic point is on the right side of the limit characteristic 19 takes place only in the region between the limit 20 and the maximum power.
  • the detection of a wrong set characteristic is therefore limited to the first hours of operation and / or to the first days of operation.
  • the detection of an incorrectly set characteristic may be limited to the first 5 hours of operation and / or to the first 50 hours of operation and / or to the first 500 hours of operation.
  • the person skilled in the art recognizes that the time limit for the detection of a wrong set characteristic can depend on the network (gas supply network). The time limit of the detection of a wrong set characteristic is advantageous, because it prevents false detection because of extreme environmental influences. Such extreme environmental influences are, for example, a cover of the exhaust path during the life of the burner device.
  • the limit characteristic curve 19 can move into the bands 17 and / or 18. This case is in FIG. 5 shown. Due to the different Setpoint characteristic curves 15 and 16, one now obtains two limit characteristic curves 21 and 22. With correct operation with E-gas one finds oneself in the volume 17. Above the boundary characteristic 21 one surely has E gas as fuel gas 6. Below the limit characteristic 21 one has Fuel gas 6 either E-gas or B / P gas. In this case, it can not be detected below the limit characteristic 21 whether one has E gas or B / P gas as the fuel gas 6.
  • the person skilled in the art recognizes that at least one of the two limit characteristic curves 21, 22 can also lie between the belts 17, 18. If one selects a gas group and is only one of the limit characteristic curves for the wrong gas group 21 or 22 within the band 17 or 18 assigned to the gas group, an operation with the wrong gas group can not be revealed across all tolerances and influences. The person skilled in the art also recognizes such in the event that both limit characteristics 21, 22 lie within the band 17 or 18, which is assigned to the respective gas group. This case is in FIG. 5 outlined.
  • both limit characteristics 21, 22 are outside the respectively assigned band 17, 18, then a common limit characteristic can be obtained 19 are found, which completely fulfills the function of the two limit characteristics 21, 22.
  • FIG. 6 is shown with which measure the increase of the A-value is achieved. If the position of the fuel valve 5 is adjusted so that it is above the limit characteristic curve 21, then the setpoint value of the ionization current over the entire power range is preset via the predetermined nominal value characteristic curve 15. This is possible because it is ensured above the limit characteristic curve 21 that only E gas is present as fuel gas 6 in the supply line. If the limit characteristic curve 21 is undershot, B / P gas could also be present as fuel gas 6 in the supply line. In this case, a setpoint characteristic 23 is specified, which adjusts the device to a larger A value. This ensures that even in the case of B / P gas as fuel gas 6 in the supply line no critical emissions can occur.
  • the person skilled in the art recognizes that the lowering of the nominal value characteristic curve to the characteristic curve 23 is only carried out where critical emissions can also occur. This is determined by experiments with the wrong gas group for a selected characteristic 15. The A-lowering is then carried out from an air flow point 24 corresponding to the associated burner power point, from the B / P gas as the fuel gas 6 critical emissions occur.
  • the characteristic 23 may be defined as a straight line, which is defined by its end point and the point 24. Thus, the characteristic 23 can be deposited easily (and without much memory) in the control, control and monitoring unit 9.
  • the limit characteristic curve 19 and the limit characteristic curves 21, 22 are stored in the form of a table in the (non-volatile) memory of the regulating and / or control and / or monitoring device 9 according to one embodiment. Intermediate values between the points stored in the table are obtained, for example, by linear interpolation. Alternatively, intermediate values between the points defined by the table are interpolated by a polynomial over several adjacent values and / or over (cubic) splines. The person skilled in the art recognizes that other forms of interpolation can also be realized.
  • the limit characteristic curve 19 or the limit characteristic curves 21, 22 is also calculated from other characteristic values from the characteristic curves, for example limit characteristics and / or reference characteristics of representative actuators under defined environmental conditions.
  • the limit characteristic curve 19 can have a defined distance ratio to the two reference characteristics over the entire power range.
  • the deposition of the boundary characteristics 19, 21, 22 is based on (sectionally defined) functions such as lines and / or polynomials.
  • Parts of a control unit and / or a method according to the present disclosure may be realized as hardware, as a software module executed by a computing unit, or based on a cloud computer, or by a combination of the aforementioned possibilities.
  • the software may include firmware, a hardware driver running within an operating system, or an application program.
  • the present disclosure also relates to a computer program product that incorporates the features of this disclosure or performs the necessary steps.
  • the functions described When implemented as software, the functions described may be stored as one or more instructions on a computer-readable medium.
  • RAM random access memory
  • MRAM magnetic random access memory
  • ROM read only memory
  • EPROM electronically programmable ROM
  • EEPROM electronically programmable and erasable ROM
  • register Hard disk a removable storage device
  • optical storage any suitable medium that can be accessed by a computer or other IT devices and applications.
  • the supply source is a supply network, in particular a gas supply network.
  • the present disclosure also teaches one of the aforementioned methods, wherein the at least one sensor of the burner device is an ionization electrode 7.
  • the present disclosure also teaches one of the aforementioned methods, wherein the memory of the monitoring device 9 is non-volatile.
  • the present disclosure also teaches one of the aforementioned methods, wherein the signal processing unit 9 comprises at least one analog-to-digital converter.
  • the present disclosure also teaches one of the aforementioned methods, wherein the signal processing unit 9 is integrated in the monitoring unit 9.
  • the fuel supply passage 25 is preferably in fluid communication with the combustion chamber 2.
  • the present disclosure also teaches the aforementioned method, wherein the at least one actuator of the fuel supply passage 25 is a fuel valve 5, wherein the fuel valve 5 is designed to close upon receipt of the error signal and the fuel supply passage 25 is formed, due to the closure of the fuel valve 5 to interrupted become, wherein the step of transferring the at least one actuator 5 of the fuel supply channel 25 to the fault position comprises the step of closing the gas valve 5, so that the fuel supply channel 25 is interrupted.
  • the fuel valve 5 is a gas valve 5.
  • the further characteristic curve 23 of the abovementioned method is preferably a fallback characteristic curve 23, wherein the regulating device is designed to regulate the burner device on the basis of the fallback characteristic curve 23 and thereby independent of the given fuel group critical and / or (by standards and / or laws) to avoid prohibited emissions.
  • control unit 9 is integrated in the monitoring device 9.
  • the aforementioned fuel group preferably comprises at least one fuel.
  • a non-transitory computer-readable storage medium storing an instruction set for execution by at least one processor that, when executed by a processor, performs one of the foregoing methods.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Regulation And Control Of Combustion (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Description

    Hintergrund
  • Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit der Erkennung von Gasarten in einer Verbrennungseinrichtung. Insbesondere befasst sich die vorliegende Offenbarung mit der Erkennung von Gasarten brennbarer Gase im Hinblick auf zu vermeidende Emissionen.
  • Gängige Gasarten in Verbrennungseinrichtungen sind solche aus der E-Gas Gruppe (gemäss EN 437:2009-09) sowie Gase aus der B/P-Gas Gruppe (gemäss EN 437:2009-09). Gase aus der E-Gas Gruppe enthalten wie fast alle Gase aus der zweiten Gasfamilie (gemäss EN 437:2009-09) Methan als Hauptbestandteil. Gase aus der B/P-Gas Gruppe haben wie alle Gase aus der dritten Gasfamilie (gemäss EN 437:2009-09) Propangas als Grundlage. Die Mischungen auf Grundlage von Methangas oder Propangas repräsentieren letztlich Mischungen aus unterschiedlichen Gasquellen, mit denen die Verbrennungseinrichtung versorgt werden kann.
  • Für verschiedene Gasarten werden in der Regel Kennlinien bereitgestellt, die vor Ort bei der Inbetriebsetzung entsprechend der vorhandenen Gasgruppe ausgewählt werden. Die Einstellung erfolgt beispielsweise durch Wahl einer oder mehrerer im Speicher einer Regeleinheit hinterlegten Kurven. Jene Kennlinien geben den Verlauf der dem Brenner zugeführten Brennstoffmenge in Bezug auf die zugeführte Menge an Luft wieder. Dabei wird neben der zugeführten Brennstoffmenge oder dem Stellsignal eines Ventils in der Brennstoffleitung der Sollwert eines Ionisationssensors aufgetragen, mit dessen Hilfe sowie mit dem gemessenen Ionisationssignal als Ist-Wert die Brennstoffmenge über das Ventil eingeregelt wird. Auch kann anstelle der Brennstoffmenge die Menge an zugeführter Luft die Drehzahl eines Gebläses in der Luftzuleitung des Brenners aufgetragen sein. Ferner kommt als Mass für die Luftzufuhr zum Brenner die Stellung oder das Stellsignal einer Luftklappe infrage.
  • Falls vor Ort falsche Kennlinien eingestellt werden, sind folgende Konsequenzen für die Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung möglich:
    • Vor Ort werden eine oder mehrere Kennlinien für ein Gas der B/P-Gruppe eingestellt, obwohl ein Gas aus der E-Gruppe vorliegt. Das Gemisch aus Brennstoff und Luft ist bei hoher Leistung magerer. Bei kleiner Brennerleistung ist das Gemisch hingegen etwas fetter. Mithin erhöhen sich die Emissionen der Brennereinrichtung gegenüber einer Anlage mit korrekt eingestellter Kennlinie bei kleiner Brennerleistung etwas, bleiben aber unkritisch.
    • Vor Ort werden eine oder mehrere Kennlinien für ein Gas der E-Gruppe eingestellt, obwohl ein Gas aus der B/P-Gruppe vorliegt. Dadurch wird das Gemisch aus Brennstoff und Luft bei hoher Leistung fetter, während es bei kleiner Leistung etwas magerer wird. In diesem Fall bleiben die Emissionen bei kleiner Leistung vielfach unkritisch, zumal da das Gemisch gegenüber einer Anlage mit korrekt eingestellter Kennlinie magerer ist. Hingegen treten bei hoher Leistung unerwünschte Emissionen auf. Mithin besteht ein Interesse an der Detektion und gegebenenfalls an der Behandlung der Konsequenzen einer falsch eingestellten Gasarten-Kennlinie.
  • Durch den Einbezug von Umwelteinflüssen wie beispielsweise Änderungen der Lufttemperatur, des Luftdrucks, der Luftfeuchte, der Gastemperatur und / oder des Gas-Eingangsdrucks verbreitern sich die Kennlinien über der Leistung der Gas-Aktoren alternativ der Luft-Aktoren zu Kennlinienbändern. Damit nähern sich die möglichen Kennlinienbänder der Aktorstellungen einander an und der Abstand zueinander verringert sich. Eine weitere Verwischung der Kennlinienbänder ergeben sich aus Toleranzen mechanischer Bauteile wie beispielsweise Ventile im Brennstoffzufuhrkanal.
  • Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Erkennung von Gasarten in einer Verbrennungseinrichtung, insbesondere im Hinblick auf die Vermeidung von Emissionen und den optimierten Betrieb der Einrichtung. Das Dokument AT413440 B offenbart den Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
    • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ein Verfahren zur Erkennung von Gasarten in einer Verbrennungseinrichtung. Das Verfahren geht davon aus, dass in der Verbrennungseinrichtung das Verhältnis von Luft zu Brennstoff geregelt wird. Insbesondere kann das Verhältnis von Luft zu Brennstoff anhand einer sogenannten A-Regelung geregelt sein. Ferner wird davon ausgegangen, dass im (nicht-flüchtigen) Speicher einer Regel- und / oder Steuer- und / oder Überwachungseinrichtung mindestens eine Kennlinie für mindestens einen Brennstoff hinterlegt ist.
  • Einer der beiden Aktoren für Luft oder Gas wird als Mass für die Brennerleistung definiert. Für die A-Regelung wird ein Sollwert in Abhängigkeit der Brennerleistung festgelegt. Über die A-Regelung wird der andere Aktor, für Gas oder Luft, ausgeregelt und die Brennstoffmenge oder ein Äquivalent wie die Aktor-Position oder Ansteuerwert festgelegt. Der festgelegte Wert wird verglichen mit dem Wert, der für den Aktor in Kennlinie bzw dem Kennlinienband hinterlegt ist. Insbesondere die Lage in Bezug auf eine Grenzkennlinie wird ermittelt. Findet sich der ausgeregelte Kennlinienpunkt auf der falschen Seite der Grenzkennlinie, so wird auf einen Fehler geschlossen.
  • Die genannten Probleme Gasartenerkennung und Fehlerbehandlung werden anhand der Hauptansprüche der vorliegenden Offenbarung angegangen. Besondere Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen behandelt.
  • Es ist ein verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitzustellen, welches Kosten für zusätzliche Sensoren und / oder elektronische Baugruppen minimiert. Idealerweise wird ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitgestellt, welches ohne zusätzliche Sensoren und / oder Recheneinheiten und / oder Speichermedien auskommt.
  • Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitzustellen, welches die Erkennung unterschiedlicher Gasarten auch während des Betriebs über einen langen Zeitraum, einer Verbrennungseinrichtung ermöglicht, beispielsweise auch über die Lebensdauer der Verbrennungseinrichtung. Vorteilhaft können anhand des bereitgestellten Verfahrens auch Brennstoffänderungen beispielsweise durch den Gasversorger erkannt werden.
  • Es ist noch ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitzustellen, welches die Erkennung unterschiedlicher Gasarten automatisiert. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, Fehler durch menschliches Versagen wie beispielsweise Fehleinstellungen auszuschliessen oder zumindest zu verringern.
  • Es ist ferner ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitzustellen, welches die Behandlung von Fehlern ermöglicht. Vorteilhaft ermöglicht das bereitgestellte Verfahren die (vorsorgliche) Abschaltung einer Anlage zur Vermeidung unerwünschter Emissionen. Ausserdem ermöglicht das bereitgestellte Verfahren mit Vorteil die Ausgabe einer Benachrichtigung beim Auftreten eines Fehlers.
  • Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, bei Auftreten eines Fehlers und bei der Möglichkeit einer eindeutiger Zuordnung des eingespeisten Brennstoffs zu einer Gruppe die Verbrennungseinrichtung auf einen Betrieb mit Brennstoffen aus der eindeutig zugeordneten Brennstoffgruppe umzuschalten und die Verbrennungseinrichtung damit zu betreiben.
  • Es ist ein weiteres verwandtes Ziel der vorliegenden Offenbarung, bei Auftreten eines Fehlers ohne Möglichkeit einer eindeutigen Zuordnung des eingespeisten Brennstoffs zu einer Gruppe die Verbrennungseinrichtung auf Betriebsparameter umzuschalten, die für alle möglichen Brennstoffe aus verschiedenen Brennstoffgruppen akzeptable Verbrennungswerte zur Folge haben.
  • Es ist darüber hinaus ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Verbrennungseinrichtung mit einer Steuer- und / oder Regel- und / oder Überwachungseinrichtung bereitzustellen mit Instruktionen im Speicher zur Ausführung eines hier offenbarten Verfahrens.
  • Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Gasartenerkennung bereitzustellen, welches in einer Verbrennungseinrichtung wie beispielsweise einer industriellen Feuerungsanlage und / oder einer Heizanlage und / oder einem Verbrennungsmotor (eines Automobils) zum Einsatz kommt.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Verschiedene Details werden dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung zugänglich. Die einzelnen Ausführungsformen sind dabei nicht einschränkend. Die Zeichnungen, welche der Beschreibung beigefügt sind, lassen sich wie folgt beschreiben:
    • FIG 1 zeigt schematisch eine Verbrennungseinrichtung mit einer Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinrichtung.
    • FIG 2 zeigt beispielhaft Kennlinien des Verlaufs des Ionisationsstrom-Sollwerts über der Luftzufuhr für zwei Gasgruppen oder Gasfamilien.
    • FIG 3 zeigt beispielhaft zu Kennlinienbändern aufgeweitete Kennlinien des Verlaufs der Brennstoffzufuhr über der Luftzufuhr ohne Überlappung zwischen den Kennlinienbändern, bei denen eine Grenzkennlinie zwischen den Kennlinienbändern existiert.
    • FIG 4 zeigt beispielhaft zu Kennlinienbändern aufgeweitete Kennlinien mit Überlappung zwischen den Kennlinienbändern, bei denen im überlappungsfreien Bereich eine Grenzkennlinie zwischen den Kennlinienbändern existiert.
    • Fig 5 zeigt beispielhaft zu Kennlinienbändern aufgeweitete Kennlinien die sich nicht überlappen, bei denen sich die. Grenzkennlinien innerhalb der Kennlinienbänder befinden.
    • Fig 6 zeigt beispielhaft zeigt beispielhaft Kennlinien des Verlaufs des Ionisationsstrom-Sollwerts über der Luftzufuhr für zwei Gasgruppen oder Gasfamilien, mit einer weiteren Kennlinie zur Erhöhung der Luftzahl λ umgeschaltet werden kann.
    Detaillierte Beschreibung
  • FIG 1 zeigt einen Brenner 1. Im Feuerraum 2 des Brenners 1 brennt im Betrieb eine Flamme eines Wärmeerzeugers. Der Wärmeerzeuger tauscht die Wärmeenergie der heissen Brenngase in ein anderes Fluid wie beispielsweise Wasser. Mit dem warmen Wasser wird beispielsweise eine Warmwasserheizungsanlage betrieben und / oder Trinkwasser erwärmt. Gemäss einer anderen Ausführungsform kann mit der Wärmeeneregie der heissen Brenngase ein Gut beispielsweise in einem industriellen Prozess erhitzt werden. Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist der Wärmeerzeuger Teil einer Anlage mit Kraft-Wärme-Kopplung, beispielsweise ein Motor einer solchen Anlage. Gemäss einer anderen Ausführungsform ist der Wärmeerzeuger eine Gasturbine. Gemäss wiederum einer weiteren Ausführungsform erwärmt der Wärmeerzeuger eine Brennstoffzelle und / oder Batterie und / oder (Lithium-Metall) Akkumulator auf die zu deren Betrieb erforderliche Temperatur. Die Abgase 8 werden aus dem Feuerraum 2 beispielsweise über einen Schornstein abgeführt.
  • Die Zuluft 4 für den Verbrennungsprozess wird über ein (motorisch) angetriebenes Gebläse 3 dem Brenner 1 zugeführt. Über die Signalleitung 10 gibt die Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9 dem Gebläse die Zuluftmenge vor, die es fördern soll. Damit wird die Gebläse-Drehzahl 11 ein Mass für die geförderte Luftmenge.
  • Gemäss einer Ausführungsform wird die Gebläse-Drehzahl 11 der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9 vom Gebläse 3 zurückgemeldet. Wird die Luftmenge 4 über eine Luftklappe und / oder ein Ventil eingestellt, kann als Mass für die Luftmenge die Klappen- und / oder Ventilstellung und / oder der aus dem Signal eines Massenstromsensors und / oder Volumenstromsensors abgeleitete Messwert verwendet werden. Der Sensor ist vorteilhaft im Kanal für die Luftzufuhr angeordnet. Vorteilhaft stellt der Sensor ein Signal bereit, welches anhand einer geeigneten Signalverarbeitungseinheit in einen Strömungsmesswert gewandelt wird. Eine Signalverarbeitungseinrichtung umfasst idealerweise mindestens einen Analog-Digital-Wandler. Gemäss einer Ausführungsform ist die Signalverarbeitungseinrichtung, insbesondere der / die Analog-Digital-Wandler, integriert in die Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9.
  • Als Mass für die Luftmenge kann auch der Messwert eines Drucksensors und / oder eines Massenstromsensors in einem Umgehungskanal verwendet werden. Der Sensor ermittelt ein Signal, welches dem vom Luftdurchsatz abhängigen Druckwert und / oder dem Luftstrom (Teilchen- und / oder Massenstrom) im Umgehungskanal entspricht. Vorteilhaft stellt der Sensor ein Signal bereit, welches anhand einer geeigneten Signalverarbeitungseinrichtung in einen Messwert gewandelt wird. Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Signale mehrerer Sensoren in einen gemeinsamen Messwert gewandelt. Eine geeignete Signalverarbeitungseinrichtung umfasst idealerweise mindestens einen Analog-Digital-Wandler. Gemäss einer Ausführungsform ist die Signalverarbeitungseinrichtung, insbesondere der / die Analog-Digital-Wandler, integriert in die Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9.
  • Massenstromsensoren erlauben die Messung bei grossen Flussgeschwindigkeiten speziell in Verbindung mit Verbrennungseinrichtungen im Betrieb. Typische Werte solcher Flussgeschwindigkeiten liegen den Bereichen zwischen typisch 0.1 m/s und 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, oder sogar 100 m/s. Massenstromsensoren, welche sich für die vorliegende Offenbarung eignen, sind beispielsweise OMRON® D6F-W oder Typ SENSOR TECHNICS® WBA Sensoren. Der nutzbare Bereich dieser Sensoren beginnt typisch bei Geschwindigkeiten zwischen 0.01 m/s und 0.1 m/s und endet bei einer Geschwindigkeit wie beispielsweise 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, oder sogar 100 m/s. Mit anderen Worten, es können untere Grenzen wie 0.1 m/s kombiniert werden mit oberen Grenzen wie 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s, 20 m/s, oder sogar 100 m/s.
  • Der Brennstoffdurchsatz wird durch die Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9 mit Hilfe eines Aktors und / oder eines (motorisch) einstellbaren Ventils eingestellt und / oder ausgeregelt. In der Ausführung in FIG 1 ist der Brennstoff ein Brenngas. Ein Gerätetyp kann dann an verschiedenen Brenngasquellen angeschlossen werden, beispielsweise an Quellen mit hohem Methan-Anteil und / oder an Quellen mit hohem Propan-Anteil. In FIG 1 wird die Menge an Brenngas 6 durch ein (motorisch) einstellbares Gasventil 5 von der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9 eingestellt. Der Ansteuerwert 12, beispielsweise bei einem pulsweitenmodulierten Signal, des Gasventils ist dabei ein Mass für die Menge an Brenngas. Der Ansteuerwert 12 des Gasventils ist ein Wert für die Brennstoffzufuhr 6. Gemäss einer speziellen Ausführungsform wird das Gasventil 5 anhand eines Schrittmotors eingestellt. In jenem Fall ist die Schrittstellung des Schrittmotors ein Mass für die Menge an Brenngas.
  • Wird als Aktor eine Gasklappe verwendet, so kann als Mass für die Menge an Brenngas die Position einer Klappe verwendet werden. Alternativ kann als Mass für die Menge an Brenngas der aus dem Signal eines Massenstromsensors abgeleitete Messwert verwendet werden. Jener Sensor ist vorteilhaft im Zufuhrkanal für Brennstoff angeordnet. Jener Sensor erzeugt ein Signal, welches anhand einer geeigneten Signalverarbeitungseinrichtung in einen Strömungsmesswert (Messwert des Teilchen- und / oder Massenstromes) gewandelt wird. Eine geeignete Signalverarbeitungseinrichtung umfasst idealerweise mindestens einen Analog-Digital-Wandler. Gemäss einer Ausführungsform ist die Signalverarbeitungseinrichtung, insbesondere der / die Analog-Digital-Wandler, integriert in die Regel-, Steuer- und Überwachungseinheit 9.
  • Der Fachmann erkennt, dass die oben genannten Werte auch aus einer Kombination von durch Sensoren ermittelten Grössen berechnet werden können. Jene Werte sind dann Masse für den Durchsatz (Teilchen- und / oder Massenstrom) an Brenngas. Der Fachmann erkennt weiterhin, dass auf ähnliche Art und Weise der Durchsatz an Brennstoff eines flüssigen Brennstoffs ermittelt werden kann.
  • Wird der Brennstoffdurchsatz als Mass für die aktuelle Leistung der Verbrennungseinrichtung ausgewählt, so kann als Wert der Brennerleistung der Wert der Brennstoffzufuhr 6, mit dem der Aktor 5 angesteuert wird, verwendet werden. Da über die vorgegebene Luftzahl λ die Brennstoffzufuhr und der Luftdurchsatz (Luftzufuhr) miteinander zusammenhängen, kann die Luftzufuhr gleichermassen als Mass für die aktuelle Leistung der Verbrennungseinrichtung angesehen werden. Damit ist die Drehzahl 11 ein repräsentativer Wert für die Leistung der Verbrennungseinrichtung.
  • Durch die Ionisationselektrode 7 fliesst im Betrieb des Brenners ein Strom. Als Material der Ionisationselektrode 7 kommt vielfach KANTHAL®, z.B. APM® oder A-1®, zum Einsatz. Auch Elektroden aus Nikrothal® werden vom Fachmann in Betracht gezogen.
  • Aus dem Strom durch die Ionisationselektrode 7 wird das Ionisationssignal 13 erzeugt. Das Signal 13 wird von der Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit 9 eingelesen und geeignet ausgewertet. Mit Hilfe des Ionisationssignals 13 kann für jeden Durchsatz an zugeführter Luft eine vorgegebene Luftzahl λ ausgeregelt werden. Dabei wird der gemessene Durchsatz über den Aktor im Brennstoffzufuhrkanal und / oder über den Aktor im Luftzufuhrkanal auf einen vorgegebenen Sollwert ausgeregelt.
  • FIG 2 zeigt die Sollwerte 14 des Ionisationsstromes für zwei verschiedene Gasgruppen / Familien über der Gebläsedrehzahl 11. Der Fachmann erkennt, dass anstelle der Gebläsedrehzahl 11 eine andere, äquivalente Grösse des Durchsatzes an Luft aufgetragen werden kann. Der Ionisations-Messwert 13 wird über den Regelkreis umfassend Regeleinheit 9, Stellsignal 12, den das Mischungsverhältnis einstellenden Gasmengen-Aktor 5, Flamme im Feuerraum 2 und Strom durch Ionisationselektrode 7 auf den Sollwert 14 des Ionisationsstromes geregelt.
  • Über den Ionisationsstrom Sollwert 14 wird für jeden auftretenden Wert des Luftdurchsatzes, das heisst für jede Gebläsedrehzahl 11, die Luftzahl λ eingestellt. So wird beispielsweise der Ionisationsstrom-Sollwert 14 ermittelt, indem man exemplarisch an der Verbrennungseinrichtung die gewünschte Luftzahl λ in Abhängigkeit der Gebläsedrehzahl 11 über den Gasmengenaktor 5 einstellt und den daraufhin gemessenen Wert des Ionisationsstroms als Kennlinienpunkt der Kennlinie 15, 16 festlegt. Bei der beschriebenen Ermittlung der Ionisationsstrom-Sollwert-Kennlinie 15, 16 kommen bevorzugt weitere Sensoren zum Einsatz, mit deren Hilfe die Luftzahl λ gemessen werden kann. Dem Fachmann sind insbesondere die Messung des O2-Wertes und / oder des CO2-Wertes im Abgas bekannt. Dabei ist aus dem Messergebnis jeweils direkt die Luftzahl λ bestimmbar. Die so ermittelte Kennlinie 15, 16 ist repräsentativ für alle Verbrennungseinrichtungen, welche die gleiche Zuordnung von Ionisationsstrom 14 über dem Luftdurchsatz und gleichzeitig von der Luftzahl λ über dem Luftdurchsatz hat. Die Zuordnung des erfassten des Ionisationsstrom-Messwerts 13 zum Ionisationsstrom Sollwert 14 und die Ausregelung des erfassten Ionisationsstrom-Messwerts 13 auf den Sollwert 14 stellt somit eine Verarbeitung zu einem Luftzahl-Messwert dar, der gleichwertig zu einer direkten Messung beispielsweise des O2-Wertes im Abgas und einer direkten Berechnung des zugehörigen Luftzahl-Messwerts ist, der danach auf einen vorgegebenen Luftzahl Sollwert ausgeregelt wird.
  • Die Kennlinie 15 zeigt den Verlauf des Sollwerts, welcher für eine Gruppe ähnlicher Gaszusammensetzungen verwendet werden kann. Beispielhaft ist hier die E-Gas Gruppe zu nennen, deren Hauptbestandteil Methangas ist. Die Kennlinie 16 zeigt den Verlauf des Sollwerts, welcher für eine zweite Gruppe ähnlicher Gaszusammensetzungen verwendet werden kann. Beispielhaft ist hier die B/P-Gas Gruppe mit Mischungen aus Propan mit Propen bzw Propan und Butan.
  • Der Verlauf des Ionisationsstromes verhält sich über der Brennerleistung (und damit über der benötigten Zufuhr an Luft) aufgrund des unterschiedlichen Flammenbildes für verschiedene Gasgruppen unterschiedlich. Der Fachmann erkennt, dass die Verläufe von Kennlinien wie in FIG 2 nicht auf die genannten E-Gas und / oder B/P-Gas Gruppen beschränkt sind.
  • Jede Gasgruppe besteht aus Gasen, die wiederum aus dem Basisgas und anderen Gasen gemischt sind. Dies sind beispielsweise in der E-Gas Gruppe Mischungen aus Methan und Propan, Mischungen aus Methan und Stickstoff oder aber Mischungen aus Methan und Wasserstoff. Die Mischungen repräsentieren reale Mischungen aus Gasquellen für die Verbrennungseinrichtung.
  • Grundsätzlich wird für jede vorgegebene Mischung von Gasen, aber auch für jede andere prozentuale Gaszusammensetzung bis hin zu den Grenzmischungen, bei vorgegebenem λ eine Kennlinie des Brennstoffdurchsatzes 12 über dem Luftdurchsatz 11 definiert, wobei der Luftdurchsatz als Mass für die Brennerleistung gewählt wird. Vorliegend ist die Kennlinie durch eine Position eines Schrittmotors über einer Gebläsedrehzahl repräsentiert. Es ergeben sich damit innerhalb der Grenzmischungen Kennlinienbänder der Brennstoffzufuhr 12 über der Luftzufuhr 11. Jener Sachverhalt ist in FIG 3 veranschaulicht.
  • Möchte man nun Gase beispielsweise aus der E-Gas Gruppe verbrennen, so sollte man als Sollwertkennlinie die Kennlinie 15 aus FIG 2 auswählen. Liefert die Gasversorgung tatsächlich ein Gas aus der E-Gas Gruppe, so liegt der für eine Leistung aktuell ausgeregelte Kennlinienpunkt des Gases im Kennlinienband 17.
  • Möchte man nun Gase aus der B/P-Gas Gruppe verbrennen, so sollte (als Sollwertkennlinie) die Kennlinie 16 ausgewählt werden. Liefert die Gasversorgung ein Gas aus der B/P-Gas Gruppe, so liegt der aktuell ausgeregelte Kennlinienpunkt des Gases im Kennlinienband 18.
  • Normalerweise ist ein Installateur verantwortlich für die Auswahl einer korrekten Kennlinie für die Gasgruppe vor Ort. Tut der Installateur dies fehlerhaft oder unterlässt er die Auswahl einer korrekten Kennlinie, sind folgende weitere Kombinationen möglich:
    1. 1. Der Installateur wählt die Kennlinie 16 für B/P-Gas aus, hat aber ein Gas aus der E-Gruppe im Netz. Damit ist bei hoher Leistung das Gemisch magerer (siehe FIG 2). Bei kleiner Leistung ist das Gemisch etwas fetter, aber die Emissionen sind nicht kritisch.
    2. 2. Der Installateur wählt die Kennlinie 15 für E-Gas aus, hat aber ein Gas aus der B/P-Gruppe im Netz. Damit wird bei hoher Leistung das Gemisch fetter. Bei kleiner Leistung wird das Gemisch etwas magerer. Bei kleiner Leistung sind die Emissionen vielfach unkritisch, weil das Gemisch magerer ist (siehe FIG 2). Bei grosser Leistung ist das Gemisch hingegen fetter, sodass kritische Emissionen entstehen können. Jener Zustand sollte daher detektiert werden. Zudem sollte jener Zustand in einen unkritischen Zustand überführt werden.
  • Die vorgenannte Liste möglicher Kombinationen erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
  • Die beiden Gasgruppen E-Gas und B/P-Gas haben einen ausreichenden Abstand der Mindestluftbedarfe Lmin für ihre jeweiligen Gase zueinander. Deshalb überlappen sich die Kennlinienbänder aus FIG 3 nicht. Folglich kann eine Grenzkennlinie 19 zwischen beiden Kennlinienbändern festgelegt werden. Die Grenzkennlinie 19 verläuft vorteilhaft als arithmetisches Mittel zwischen den Ober- und Untergrenzen der Kennlinienbänder 18 und 17 aus FIG 3.
  • Bei korrekter Auswahl der Kennlinie für die verwendete Gasgruppe liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt für Gase der E-Gas Gruppe oberhalb der Grenzkennlinie 19. Für Gase der B/P-Gas Gruppe liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt bei korrekter Auswahl der Kennlinie unterhalb der Grenzkennlinie 19.
  • Wählt man hingegen für ein verwendetes Gas die falsche Kennlinie aus, so liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt nicht in allen Fällen im Kennlinienband der Gruppe von Gasen auf der anderen Seite der Grenzkennlinie 19. Jedoch liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt auf der anderen Seite der Grenzkennlinie 19. Also liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt im Falle eines Gases der E-Gas Gruppe mit falscher Kennlinie unterhalb der Grenzkennlinie 19. Für ein Gas aus der B/P-Gas Gruppe liegt der ausgeregelte Kennlinienpunkt oberhalb der Grenzkennlinie 19. Die Lage des ausgeregelten Kennlinienpunkts in Bezug auf die Grenzkennlinie 19 erlaubt mithin die Detektion der fehlerhaften Auswahl einer Kennlinie für einen Brennstoff.
  • Umwelteinflüsse wie Änderungen der Lufttemperatur, des Luftdrucks, der Gastemperatur, des Drucks am Gaseingang und / oder der Luftfeuchte wirken sich vielfach auf die Genauigkeit des Werts von Luftdurchsatz bzw Brennstoffdurchsatz aus. Dies gilt vor allem dann, wenn diese Einflüsse nicht bereits bei der Erfassung entsprechender Signale beispielsweise anhand eines Massenstromsensors kompensiert werden. Bei nicht kompensierten Werten von Luftdurchsatz und / oder Gasdurchsatz wirkt sich dieses im Kennlinien-Diagramm nach FIG 3 als Aufweitung der Kennlinienbänder 17 und / oder 18 aus. Die Kennlinienbänder 17 und / oder 18 überlappen trotz solcher Einflüsse in der Praxis vielfach (noch) nicht. Der Fachmann erkennt, dass sich Luftdurchsatz und Durchsatz an Brennstoff vorteilhaft durch Gebläsedrehzahl 11 und durch die Position des Schrittmotors eines Gasventils 5 darstellen lassen.
  • Kommen noch weitere Toleranzen hinzu, insbesondere (mechanische) Toleranzen des Gasventils 5, so kann es vorkommen, dass sich die Kennlinienbänder 17 und 18 (teilweise) überlappen. Ein solcher Sachverhalt ist in FIG 4 dargestellt. Gemäss einer speziellen Ausführungsform überlappen mindestens 2 Prozent der Flächen der Kennlinienbänder 17 und 18, weiterhin sind mindestens 5 Prozent Überlappung der Flächen der Kennlinienbänder 17 und 18 möglich, ausserdem gibt es Fälle mit mindestens 20 Prozent oder mindestens 50 Prozent Überlappung der Flächen der Kennlinienbänder 17 und 18.
  • Überlappungen der Kennlinienbänder treten in der Praxis vor allem im unteren Leistungsbereich (d. h. bei kleinen Gebläsedrehzahlen) auf. In jenem Bereich liegen die Kennlinienbänder 17 und 18 nahe beieinander. Gemäss einer Ausführungsform treten die Überlappungen in den unteren 60% des Leistungsbereichs, gemäss einer speziellen Ausführungsform in den unteren 40% oder 10% des Leistungsbereichs, auf.
  • Allerdings treten im unteren Leistungsbereich vielfach eher unkritische Emissionen auf. Mithin kann es sinnvoll sein, die Prüfung auf die korrekte Gasgruppe nur im oberen Leistungsbereich durchzuführen. In jenem Bereich überlappen sich die Kennlinienbänder 17 und 18 nicht. Dort kann die Grenzkennlinie 19 eindeutig zwischen den Kennlinienbändern definiert werden. Auch für diesen Fall kann beispielsweise die Grenzkennlinie 19 als arithmetisches Mittel zwischen den Ober- und Untergrenzen der Kennlinienbänder 18 und 17 definiert werden.
  • Die Grenzkennlinie 19 wird dann nur von der maximalen Leistung (entsprechend dem maximalen Luftdurchsatz und / oder der maximalen Gebläsedrehzahl) bis zu einer definierte Grenze 20 definiert. Vorzugsweise liegt die definierte Grenze 20 oberhalb des Leistungsbereichs, in welchem sich die Kennlinienbänder 17 und 18 überlappen. Gemäss einer weiter bevorzugten Ausführungsform liegt die definierte Grenze 20 mindestens 5% der maximalen Leistung, weiterhin bevorzugt mindestens 10% der maximalen Leistung, ebenso bevorzugt mindestens 20% der maximalen Leistung, oberhalb der (ausgehend von der maximalen Leistung) ersten Überlappung zwischen den Kennlinienbändern 17 und 18. Im Fall tabellarisch hinterlegter Kennlinien kann die Grenze 20 auch (ausgehend von der maximalen Leistung) der letzte überlappungsfreie tabellarisch hinterlegte Wert der Kennlinie sein.
  • Die Prüfung, ob sich der ausgeregelte Kennlinienpunkt auf der richtigen Seite der Grenzkennlinie 19 befindet, findet nur im Bereich zwischen der Grenze 20 und der maximalen Leistung statt.
  • Falls detektiert wird, dass sich der ausgeregelte Kennlinienpunkt auf der falschen Seite der Grenzkennlinie 19 befindet, sollte reagiert werden. Damit einher geht das Ziel der (weitgehenden) Vermeidung (kritischer) Emissionen. Mögliche Reaktionen sind
    • (Ausgabe eines Signals zur) Abschaltung der Brennereinrichtung,
    • (Ausgabe eines Signals zur) Überführung der Brennereinrichtung in Störstellung,
    • (Ausgabe eines Signals zur) Anzeige einer Warnmeldung an einer Anzeige der Brennereinrichtung,
    • Mitteilung an ein mobiles Endgerät eines Benutzers und / oder eines Spezialisten,
    • Umschaltung auf die richtige Kennlinie (im Betrieb) und Fortsetzung des Betriebs.
  • Der Fachmann erkennt, dass Kombinationen aus den vorgenannten Reaktionen möglich sind. Die vorgenannte Liste möglicher Reaktionen erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
  • Falsch eingestellte Kennlinien kommen meist bei der Installation der Brennereinrichtung und / oder bei einem Wechsel der Gasversorgung vor. Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist die Detektion einer falsch eingestellten Kennlinie deshalb auf die ersten Betriebsstunden und / oder auf die ersten Betriebstage begrenzt. Insbesondere kann die Detektion einer falsch eingestellten Kennlinie auf die ersten 5 Betriebsstunden und / oder auf die ersten 50 Betriebsstunden und / oder auf die ersten 500 Betriebsstunden begrenzt sein. Der Fachmann erkennt, dass die zeitliche Begrenzung der Detektion einer falsch eingestellten Kennlinie vom Netz (Gasversorgungsnetz) abhängen kann. Die zeitliche Begrenzung der Detektion einer falsch eingestellten Kennlinie ist von Vorteil, weil damit eine Fehldetektion aufgrund extremer Umwelteinflüsse (weitgehend) ausgeschlossen wird. Solche extremen Umwelteinflüsse sind beispielsweise eine Abdeckung des Abgaswegs während der Lebensdauer der Brennereinrichtung.
  • Bei einer fehlerhaften Auswahl einer Sollwert-Kennlinie 15 oder 16 mit der Folge einer falschen Gasgruppe für die gewählte Kennlinie als Brenngas 6, kann sich auch die Grenzkennlinie 19 in die Bänder 17 und / oder 18 verschieben. Dieser Fall ist in FIG 5 dargestellt. Aufgrund der unterschiedlichen Sollwert-Kennlinien 15 und 16 erhält man nun zwei Grenzkennlinien 21 und 22. Bei korrektem Betrieb mit E-Gas befindet man sich im Band 17. Oberhalb der Grenzkennlinie 21 hat man sicher E-Gas als Brenngas 6. Unterhalb der Grenzkennlinie 21 hat man als Brenngas 6 entweder E-Gas oder aber auch B/P-Gas. In diesem Fall kann unterhalb der Grenzkennlinie 21 nicht detektiert werden, ob man E-Gas oder B/P-Gas als Brenngas 6 hat.
  • Bei korrektem Betrieb mit B/P-Gas befindet man sich im Band 18. Unterhalb der Grenzkennlinie 22 hat man sicher B/P-Gas als Brenngas 6. Oberhalb der Grenzkennlinie 21 hat man als Brenngas 6 entweder B/P-Gas oder aber auch E-Gas. In diesem Fall kann oberhalb der Grenzkennlinie 22 nicht detektiert werden, ob das Gerät mit B/P-Gas oder E-Gas versorgt wird.
  • Der Fachmann erkennt, dass zumindest eine der beiden Grenzkennlinien 21, 22 auch zwischen den Bändern 17, 18 liegen kann. Wählt man eine Gasgruppe aus und ist nur eine der Grenzkennlinien für die falsche Gasgruppe 21 oder 22 innerhalb des der Gasgruppe zugeordneten Bandes 17 oder 18, so kann nicht über alle Toleranzen und Einflüsse hinweg ein Betrieb mit der falschen Gasgruppe aufgedeckt werden. Der Fachmann erkennt solches auch für den Fall, dass beide Grenzkennlinien 21, 22 innerhalb des Bandes 17 oder 18 liegen, das der jeweiligen Gasgruppe zugeordnet ist. Dieser Fall ist in FIG 5 skizziert.
  • Wenn sich beide Kennlinienbänder 17, 18 vollständig überlappen, erhält man einen gleichartig gelagerten Fall. Oberhalb und unterhalb des Überlappungsbereiches erkennt man sicher die Gasgruppe. Die oberen und unteren Grenzlinien des Überlappungsbereichs bilden dann die beiden Grenzkennlinien 21 und 22.
  • Liegen beide Grenzkennlinien 21, 22 ausserhalb des jeweils zugeordneten Bandes 17, 18, so kann eine gemeinsame Grenzkennlinie 19 gefunden werden, welche die Funktion der beiden Grenzkennlinien 21, 22 vollständig erfüllt.
  • Für den Fall, dass sich zumindest eine der beiden Grenzkennlinien 21, 22 für eine Gasgruppe innerhalb des zugeordneten Bandes 17 oder 18 befindet, kommt eine Abschaltreaktion bei Überschreiten dieser Grenzkennlinie 17 oder 18 nicht infrage, da sich das richtige Brenngas 6 in der Versorgungsleitung befinden könnte. Für den genannten Fall wird beispielsweise ein Unterschreiten der Kennlinie 21 nach wie vor detektiert. Um sicher zu gehen, dass keine kritischen Emissionen im Falle der falschen Gasgruppe B/P in der Zuleitung auftreten können, wird der A-Wert mit Unterschreiten der Kennlinie 21 erhöht, um einen ausreichend grossen Sicherheitsabstand zum A-Grenzwert zu erhalten, bei welchem im Falle der falschen Gasgruppe B /P als Brenngas 6 kritische Emissionen auftreten.
  • In FIG 6 ist dargestellt, mit welcher Massnahme die Erhöhung des A-Wertes erreicht wird. Wird die Stellung des Brennstoffventils 5 so ausgeregelt, dass sie oberhalb des Grenzkennlinie 21 liegt, so wird der Sollwert des Ionisationsstromes über den gesamten Leistungsbereich über die vorgegebene Sollwert-Kennlinie 15 vorgegeben. Dies ist möglich, da oberhalb der Grenzkennlinie 21 sichergestellt ist, dass sich nur E-Gas als Brenngas 6 in der Zuleitung befindet. Wird die Grenzkennlinie 21 unterschritten, so könnte sich auch B/P-Gas als Brenngas 6 in der Zuleitung befinden. In diesem Fall wird eine Sollwertkennline 23 vorgegeben, die das Gerät auf einen grösseren A-Wert ausregelt. Damit ist sichergestellt, dass auch im Falle von B/P-Gas als Brenngas 6 in der Versorgungsleitung keine kritischen Emissionen auftreten können. Der Fachmann erkennt, dass die Absenkung der Sollwertkennlinie auf die Kennlinie 23 nur dort durchgeführt wird, wo auch kritische Emissionen auftreten können. Dies wird durch Versuche mit der falschen Gasgruppe für eine ausgewählte Kennlinie 15 ermittelt. Die A-Absenkung wird dann ab einem Luftmengenpunkt 24 entsprechend dem zugehörigen Brennerleistungspunkt durchgeführt, ab dem bei B/P-Gas als Brenngas 6 kritische Emissionen auftreten. In einer besonderen Ausführung kann die Kennlinie 23 als Gerade definiert sein, die durch ihren Endpunkt und den Punkt 24 festgelegt ist. Damit kann die Kennlinie 23 einfach (und ohne grossen Speicherbedarf) in der Regel- , Steuer- und Überwachungseinheit 9 hinterlegt werden.
  • Durch diese Massnahme erfolgt eine Änderung des A-Wertes für den Fall des korrekten Betriebs mit E-Gas nur im Randbereich des Bandes 18, also bei Grenzmustern des Brennstoffventils 5 und / oder im Bereich grenzwertiger Umweltbedingungen. Somit tritt nur für diese Fälle ein etwas geringerer Wirkungsgrad auf, der dann in Kauf genommen werden muss.
  • Der Fachmann erkennt, dass ein gleichartiges Vorgehen für die Grenzkennlinie 22 durchgeführt werden kann. Dies ist allerdings nicht unbedingt notwendig, denn normalerweise treten hier keine kritischen Emissionen auf.
  • Die Grenzkennlinie 19 sowie die Grenzkennlinien 21, 22 sind gemäss einer Ausführungsform in Form einer Tabelle im (nicht-flüchtigen) Speicher der Regel- und / oder Steuer- und / oder Überwachungseinrichtung 9 hinterlegt. Zwischenwerte zwischen den in der Tabelle hinterlegten Punkten werden beispielsweise durch lineare Interpolation erhalten. Als Alternative werden Zwischenwerte zwischen den durch die Tabelle definierten Punkten durch ein Polynom über mehrere benachbarte Werte und / oder über (kubische) Splines interpoliert. Der Fachmann erkennt, dass auch weitere Formen der Interpolation realisierbar sind.
  • Gemäss einer anderen Ausführungsform wird die Grenzkennlinie 19 bzw die Grenzkennlinien 21, 22 auch aus anderen Stellkennlinien aus den Kennlinienbändern, beispielsweise Grenzkennlinien und / oder Referenzkennlinien von repräsentativen Aktoren bei definierten Umgebungsbedingungen, berechnet. Insbesondere kann die Grenzkennlinie 19 im gesamten Leistungsbereich ein definiertes Abstandsverhältnis zu den beiden Referenzkennlinien aufweisen. Gemäss wiederum einer anderen Ausführungsform erfolgt die Hinterlegung der Grenzkennlinien 19, 21, 22 anhand (abschnittsweise definierter) Funktionen wie beispielsweise Geraden und / oder Polynomen.
  • Teile einer Regeleinheit und / oder eines Verfahrens gemäss der vorliegenden Offenbarung können als Hardware, als Softwaremodul, welches von einer Recheneinheit ausgeführt wird, oder anhand eines Cloud-Rechners, oder anhand einer Kombination der vorgenannten Möglichkeiten realisiert werden. Die Software mag eine Firmware, einen Hardware-Treiber, der innerhalb eines Betriebssystems ausgeführt wird, oder ein Anwendungsprogramm umfassen. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich also auch auf ein Rechnerprogramm-Produkt, welches die Merkmale dieser Offenbarung enthält bzw die erforderlichen Schritte ausführt. Bei Realisierung als Software können die beschriebenen Funktionen gespeichert werden als eine oder mehrere Befehle auf einem Rechner-lesbaren Medium. Einige Beispiele Rechner-lesbarer Medien schliessen Arbeitsspeicher (RAM), magnetischen Arbeitsspeicher (MRAM), ausschliesslich lesbaren Speicher (ROM), Flash-Speicher, elektronisch programmierbares ROM (EPROM), elektronisch programmierbares und löschbares ROM (EEPROM), Register einer Recheneinheit, eine Festplatte, eine auswechselbare Speichereinheit, einen optischen Speicher, oder jegliches geeignete Medium ein, auf welches durch einen Rechner oder durch andere IT-Vorrichtungen und Anwendungen zugegriffen werden kann.
  • Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung lehrt ein Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs 6 aus einer vorgegebenen Brennstoffgruppe stammend aus einem Anschluss einer Brennereinrichtung an eine Versorgungsquelle unter Berücksichtigung eines Werts einer angeforderten Leistung 11 der Brennereinrichtung, die Brennereinrichtung umfassend mindestens einen Sensor 7, eine Signalverarbeitungseinheit 9 und eine Überwachungseinheit 9 mit einem Speicher, in dem für die vorgegebene Brennstoffgruppe mindestens ein Fehler-Bereich an Kennwerten hinterlegt ist, wobei der mindestens eine Fehler-Bereich an Kennwerten ausschliesslich solche Kennwerte umfasst, deren Auftreten bei einer (korrekt geregelten) Verbrennung eines Brennstoffs 6 aus der vorgegebenen Brennstoffgruppe durch die Brennereinrichtung vermieden werden soll und / oder ausgeschlossen ist, das Verfahren umfassend die Schritte:
    • Erfassen mindestens eines Signals 13 des mindestens einen Sensors 7,
    • Übermitteln des mindestens einen Signals 13 an die Signalverarbeitungseinheit 9,
    • Verarbeiten des mindestens einen Signals 13 zu einem Luftzahl-Messwert,
    • Übermitteln des Luftzahl-Messwerts an die Überwachungseinheit 9,
    • Zuordnen des mindestens einen Luftzahl-Messwerts und der angeforderten Leistung 11 der Brennereinrichtung zu einem Wertepaar für den Brennstoff 6 umfassend einen Wert einer Brennstoffzufuhr 12 zur Brennereinrichtung und den Wert der angeforderten Leistung der Brennereinrichtung 11,
    • Vergleichen des zugeordneten Wertepaares mit dem im Speicher der Überwachungseinheit 9 hinterlegten mindestens einen Fehler-Bereich an Kennwerten,
    • Detektieren, dass das zugeordnete Wertepaar ausserhalb eines Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 aus der vorgegebenen Brennstoffgruppe (am Anschluss der Brennereinrichtung) liegt, falls als Ergebnis des Vergleichs die ermittelte Position des zugeordneten Wertepaares in dem im Speicher der Überwachungseinheit 9 hinterlegten mindestens einen Fehler-Bereich an Kennwerten liegt,
    • Erzeugen eines Fehlersignals, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe (am Anschluss der Brennereinrichtung) liegt, wobei im Speicher der Überwachungseinrichtung 9 zusätzlich ein erstes Kennlinienband 17 mit mindestens zwei Begrenzungskurven für eine erste Brennstoffgruppe und ein zweites Kennlinienband 18 mit mindestens zwei Begrenzungskurven für eine zweiten Brennstoffgruppe hinterlegt sind, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte: - Bestimmen einer Grenzkennlinie 19, 21, 22 welche zwischen benachbarten Begrenzungskurven des ersten und des zweiten Kennlinienbandes 17 - 18 verläuft, - wobei die benachbarten Begrenzungskurven unter den mindestens zwei Begrenzungskurven des ersten Kennlinienbandes 17 und unter den mindestens zwei Begrenzungskurven des zweiten Kennlinienbandes 18 diejenigen Begrenzungskurven sind, welche zu jeder gegebenen Leistung 11 der Brennereinrichtung den geringsten Abstand voneinander haben, - Hinterlegen der bestimmten Grenzkennlinie 19, 21, 22 im Speicher der Überwachungseinrichtung 9.
  • Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist die Versorgungsquelle ein Versorgungsnetz, insbesondere ein Gasversorgungsnetz.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, wobei der mindestens eine Sensor der Brennereinrichtung eine Ionisationselektrode 7 ist.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, wobei der Speicher der Überwachungseinrichtung 9 nicht-flüchtig ist.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, wobei die Signalverarbeitungseinheit 9 mindestens einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, wobei die Signalverarbeitungseinheit 9 in die Überwachungseinheit 9 integriert ist.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, die Brennereinrichtung umfassend einen Brennstoffzufuhrkanal 25 mit mindestens einem Aktor 5, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte
    • Übermitteln des Fehlersignals an den mindestens einen Aktor 5 des Brennstoffzufuhrkanals 25 der Brennereinrichtung, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt,
    • Überführen des mindestens einen Aktors 5 des Brennstoffzufuhrkanals 25 in Störstellung bei Eingang des Fehlersignals am Aktor 5 des Brennstoffzufuhrkanals 25 (, sodass in Störstellung die Brennereinrichtung abgeschaltet ist und die Brennereinrichtung nicht selbsständig einen Verbrennungsprozess in Gang setzen kann).
  • Der Brennstoffzufuhrkanal 25 ist vorzugsweise in Fluidverbindung mit dem Feuerraum 2.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls das vorgenannte Verfahren, wobei der mindestens eine Aktor des Brennstoffzufuhrkanals 25 ein Brennstoffventil 5 ist, wobei das Brennstoffventil 5 ausgebildet ist, bei Eingang des Fehlersignals zu schliessen und der Brennstoffzufuhrkanal 25 ausgebildet ist, infolge des Schliessens des Brennstoffventils 5 unterbrochen zu werden,
    wobei der Schritt des Überführens des mindestens einen Aktors 5 des Brennstoffzufuhrkanals 25 in Störstellung den Schritt des Schliessens des Gasventils 5 umfasst, sodass der Brennstoffzufuhrkanal 25 unterbrochen wird.
  • Gemäss einer speziellen Ausführungsform ist das Brennstoffventil 5 ein Gasventil 5.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Anzeige ausgebildet zur Ausgabe einer Warnmeldung und eine Steuereinheit für die Anzeige, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    • Übermitteln des Fehlersignals an die Steuereinheit für die Anzeige, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt,
    • Ausgeben einer Warnmeldung an der Anzeige der Brennereinrichtung bei Eingang des Fehlersignals an der Steuereinheit.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Kommunikationseinheit ausgebildet zum Senden einer Warnmeldung an ein mobiles Endgerät eines Benutzers und / oder eines Spezialisten, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    • Übermitteln des Fehlersignals an die Kommunikationseinheit falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt,
    • Senden einer Warnmeldung an ein mobiles Endgerät eines Benutzers und / oder eines Spezialisten bei Eingang des Fehlersignals an der Kommunikationseinheit der Brennereinrichtung.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Regeleinheit 9 mit einem (nicht-flüchtigen) Speicher, wobei im Speicher der Regeleinheit 9 eine erste Kennlinie 15 (für eine erste Brennstoffgruppe) und eine zweite Kennlinie 16 (für eine zweite Brennstoffgruppe) hinterlegt sind (wobei die zweite Kennlinie 16 von der ersten Kennlinie 15 verschieden ist) und die Regeleinheit 9 ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand entweder der ersten Kennlinie 15 oder der zweiten Kennlinie 16 zu regeln, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    • Übermitteln des Fehlersignals an die Regeleinheit 9, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt,
    • bei Eingang des Fehlersignals an der Regeleinheit 9 Bestimmen der hinterlegten Kennlinie 15 - 16, anhand derer die Regeleinheit 9 die Brennereinrichtung (aktuell) regelt, und
    • Regeln der Brennereinrichtung anhand einer anderen Kennlinie 16 - 15 als der bestimmten Kennlinie 15 - 16.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Regeleinheit 9 mit einem (nicht-flüchtigen) Speicher, wobei im Speicher der Regeleinheit 9 mindestens eine Kennlinie 15 - 16 für eine vorgegebene Brennstoffgruppe und eine weitere (von der mindestens einen Kennlinie 15 - 16 verschiedene) Kennlinie 23 (und vorzugsweise eine kritische Brennerleistung 24) hinterlegt sind und die Regeleinheit 9 ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand entweder der mindestens einen Kennlinie 15 - 16 oder der weiteren Kennlinie 23 zu regeln, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    • Übermitteln des Fehlersignals an die Regeleinheit 9, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs 6 der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt,
    • bei Eingang des Fehlersignals an der Regeleinheit 9 Bestimmen der hinterlegten Kennlinie 15 - 16, anhand derer die Regeleinheit 9 die Brennereinrichtung (aktuell) regelt, und
    • Regeln (vorzugsweise für angeforderte Leistungen 11 der Brennereinrichtung grösser als die hinterlegte kritische Brennerleistung 24) der Brennereinrichtung anhand der weiteren Kennlinie 23.
  • Die weitere Kennlinie 23 des vorgenannten Verfahrens ist vorzugsweise eine Rückfall-Kennlinie 23, wobei die Regeleinrichtung ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand der Rückfall-Kennlinie 23 zu regeln und dabei unabhängig von der vorgegebenen Brennstoffgruppe kritische und / oder (durch Normen und / oder Gesetze) verbotene Emissionen zu vermeiden.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Regeleinheit 9 in die Überwachungseinrichtung 9 integriert.
  • Die vorliegende Offenbarung lehrt ebenfalls eines der vorgenannten Verfahren, wobei im Speicher der Überwachungseinrichtung 9 zusätzlich für jedes der hinterlegten Kennlinienbänder 17 - 18 eine Brennstoffgruppe zugeordnet und ein Index hinterlegt ist, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    • Einlesen eines Indexes, der einem der hinterlegten kennlinienbänder 17 - 18 entspricht, aus dem Speicher der Überwachungseinrichtung 9,
    • Auswählen desjenigen Kennlinienbandes 17 - 18, dem der eingelesene Index entspricht,
    • Ermitteln einer Seite der Grenzkennlinie 19, 21, 22, auf welcher ausschliesslich Brennstoff 6 der dem ausgewählten Kennlinienband 17 - 18 zugeordneten Brennstoffgruppe verbrannt werden kann und / oder Ermitteln einer Seite der Grenzkennlinie 19, 21, 22, welche dem ausgewählten Kennlinienband 17 - 18 zugewandt ist,
    • Bestimmen eines Bereichs an Kennwerten, wobei der bestimmte Bereich gegenüber der ermittelten Seite der Grenzkennlinie 19, 21, 22 liegt,
    • Hinterlegen des bestimmten Bereichs an Kennwerten als mindestens ein Fehler-Bereich an Kennwerten für die vorgegebene Brennstoffgruppe im Speicher der Überwachungseinrichtung 9.
  • Die vorgenannten Brennstoffgruppe umfasst vorzugsweise mindestens einen Brennstoff.
  • Nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium, das einen Befehlssatz zur Ausführung durch mindestens einen Prozessor speichert, der, wenn er durch einen Prozessor ausgeführt wird, eines der vorgenannten Verfahren durchführt.
  • Das Genannte bezieht sich auf einzelne Ausführungsformen der Offenbarung. Verschiedene Änderungen an den Ausführungsformen können vorgenommen werden ohne von der zu Grunde liegenden Idee abzuweichen und ohne den Rahmen dieser Offenbarung zu verlassen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist definiert über deren Ansprüche. Es können verschiedenste Änderungen vorgenommen werden ohne den Schutzbereich der folgenden Ansprüche zu verlassen.
    • Bezugszeichen
    • 1 Brenner
    • 2 Feuerraum
    • 3 (motorisch angetriebenes) Gebläse
    • 4 Zuluft
    • 5 Gasmengen-Aktor (motorisch verstellbares Ventil)
    • 6 Brennstoff, insbesondere Brenngas
    • 7 Ionisationselektrode
    • 8 Abgase
    • 9 Regel-, Steuer- und / oder Überwachungseinheit (mit nichtflüchtigem Speicher)
    • 10 Signalleitung zur Vorgabe der Luftzufuhr (Luftdurchsatz) an das Gebläse
    • 11 (Signalleitung zur Übermittlung der) Gebläsedrehzahl
    • 12 Signalleitung zur Vorgabe Brennstoffzufuhr (Brennstoffdurchsatz) an den Gasmengen-Aktor
    • 13 Signalleitung für Ionisationssignal
    • 14 Sollwert des Ionisationsstromes
    • 15 Kennlinie beispielsweise für Gase der E-Gas Gruppe
    • 16 Kennlinie beispielsweise für Gase der B/P-Gas Gruppe
    • 17 Kennlinienband beispielsweise für Gase der E-Gas Gruppe
    • 18 Kennlinienband beispielsweise für Gase der B/P-Gas Gruppe
    • 19 Grenzkennlinie
    • 20 Grenze des Leistungswerts, ab der die Grenzkennlinie definiert ist
    • 21, 22 Grenzkennlinien
    • 23 Kennlinie für erhöhte Luftzahl λ
    • 24 Grenze des Leistungswertes, ab der auf die Kennlinie für erhöhte Luftzahl λ umgeschaltet werden kann
    • 25 Brennstoffzufuhrkanal

Claims (14)

  1. Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs (6) aus einer vorgegebenen Brennstoffgruppe stammend aus einem Anschluss einer Brennereinrichtung an eine Versorgungsquelle unter Berücksichtigung eines Werts einer angeforderten Leistung (11) der Brennereinrichtung, die Brennereinrichtung umfassend mindestens einen Sensor (7), eine Signalverarbeitungseinheit (9) und eine Überwachungseinheit (9) mit einem Speicher, in dem für die vorgegebene Brennstoffgruppe mindestens ein Fehler-Bereich an Kennwerten hinterlegt ist, wobei der mindestens eine Fehler-Bereich an Kennwerten ausschliesslich solche Kennwerte umfasst, deren Auftreten bei einer Verbrennung der vorgegebenen Brennstoffgruppe durch die Brennereinrichtung vermieden werden soll, das Verfahren umfassend die Schritte:
    Erfassen mindestens eines Signals (13) des mindestens einen Sensors (7);
    Übermitteln des mindestens einen Signals (13) an die Signalverarbeitungseinheit (9);
    Verarbeiten des mindestens einen Signals (13) zu einem Luftzahl-Messwert;
    Übermitteln des Luftzahl-Messwerts an die Überwachungseinheit (9);
    Zuordnen des mindestens einen Luftzahl-Messwerts und der angeforderten Leistung (11) der Brennereinrichtung zu einem Wertepaar für den Brennstoff (6) umfassend einen Wert (12) einer Brennstoffzufuhr zur Brennereinrichtung und den Wert der angeforderten Leistung der Brennereinrichtung (11);
    Erzeugen eines Fehlersignals falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt;
    dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:
    Vergleichen des zugeordneten Wertepaares mit dem im Speicher der Überwachungseinheit (9) hinterlegten mindestens einen Fehler-Bereich an Kennwerten; und
    Detektieren, dass das zugeordnete Wertepaar ausserhalb eines Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) aus der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt, falls als Ergebnis des Vergleichs die ermittelte Position des zugeordneten Wertepaares in dem im Speicher der Überwachungseinheit (9) hinterlegten mindestens einen Fehler-Bereich an Kennwerten liegt;
    wobei im Speicher der Überwachungseinrichtung (9) zusätzlich ein erstes Kennlinienband (17) mit mindestens zwei Begrenzungskurven für eine erste Brennstoffgruppe und ein zweites Kennlinienband (18) mit mindestens zwei Begrenzungskurven für eine zweite Brennstoffgruppe hinterlegt sind, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Bestimmen einer Grenzkennlinie (19, 21, 22), welche zwischen benachbarten Begrenzungskurven des ersten und des zweiten Kennlinienbandes (17 - 18) verläuft;
    wobei die benachbarten Begrenzungskurven unter den mindestens zwei Begrenzungskurven des ersten Kennlinienbandes (17) und unter den mindestens zwei Begrenzungskurven des zweiten Kennlinienbandes (18) diejenigen Begrenzungskurven sind, welche zu jeder gegebenen Leistung (11) der Brennereinrichtung den geringsten Abstand voneinander haben; und
    Hinterlegen der bestimmten Grenzkennlinie (19, 21, 22) im Speicher der Überwachungseinrichtung (9).
  2. Das Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der mindestens eine Sensor der Brennereinrichtung eine Ionisationselektrode (7) ist.
  3. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der Speicher der Überwachungseinrichtung (9) nicht-flüchtig ist.
  4. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Signalverarbeitungseinheit (9) mindestens einen Analog-Digital-Wandler umfasst.
  5. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Signalverarbeitungseinheit (9) in die Überwachungseinheit (9) integriert ist.
  6. Das Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei im Speicher der Überwachungseinrichtung (9) zusätzlich für jedes der hinterlegten Kennlinienbänder (17 - 18) eine Brennstoffgruppe zugeordnet und ein Index hinterlegt ist, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Einlesen eines Indexes, der einem der hinterlegten kennlinienbänder (17 - 18) entspricht, aus dem Speicher der Überwachungseinrichtung (9);
    Auswählen desjenigen Kennlinienbandes (17 - 18), dem der eingelesene Index entspricht;
    Ermitteln einer Seite der Grenzkennlinie (19, 21, 22), auf welcher ausschliesslich Brennstoff (6) der dem ausgewählten Kennlinienband (17 - 18) zugeordneten Brennstoffgruppe verbrannt werden kann;
    Bestimmen eines Bereichs an Kennwerten, wobei der bestimmte Bereich gegenüber der ermittelten Seite der Grenzkennlinie (19, 21, 22) liegt; und
    Hinterlegen des bestimmten Bereichs an Kennwerten als mindestens ein Fehler-Bereich an Kennwerten für die vorgegebene Brennstoffgruppe im Speicher der Überwachungseinrichtung (9).
  7. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, die Brennereinrichtung umfassend einen Brennstoffzufuhrkanal (25) mit mindestens einem Aktor (5), das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte
    Übermitteln des Fehlersignals an den mindestens einen Aktor (5) des Brennstoffzufuhrkanals (25) der Brennereinrichtung, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt; und
    Überführen des mindestens einen Aktors (5) des Brennstoffzufuhrkanals (25) in Störstellung bei Eingang des Fehlersignals am Aktor (5) des Brennstoffzufuhrkanals (25).
  8. Das Verfahren gemäss Anspruch 7, wobei der mindestens eine Aktor des Brennstoffzufuhrkanals (25) ein Gasventil (5) ist, wobei das Gasventil (5) ausgebildet ist, bei Eingang des Fehlersignals zu schliessen und der Brennstoffzufuhrkanal (25) ausgebildet ist, infolge des Schliessens des Gasventils (5) unterbrochen zu werden,
    wobei der Schritt des Überführens des mindestens einen Aktors (5) des Brennstoffzufuhrkanals (25) in Störstellung den Schritt des Schliessens des Gasventils (5) umfasst, sodass der Brennstoffzufuhrkanal (25) unterbrochen wird.
  9. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Anzeige ausgebildet zur Ausgabe einer Warnmeldung und eine Steuereinheit für die Anzeige, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Übermitteln des Fehlersignals an die Steuereinheit für die Anzeige, falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt; und
    Ausgeben einer Warnmeldung an der Anzeige der Brennereinrichtung bei Eingang des Fehlersignals an der Steuereinheit.
  10. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Kommunikationseinheit ausgebildet zum Senden einer Warnmeldung an ein mobiles Endgerät eines Benutzers und / oder eines Spezialisten, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Übermitteln des Fehlersignals an die Kommunikationseinheit falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt; und
    Senden einer Warnmeldung an ein mobiles Endgerät eines Benutzers und / oder eines Spezialisten bei Eingang des Fehlersignals an der Kommunikationseinheit der Brennereinrichtung.
  11. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Regeleinheit mit einem Speicher (9), wobei im Speicher der Regeleinheit (9) eine erste Kennlinie (15) und eine zweite Kennlinie (16) hinterlegt sind und die Regeleinheit 9 ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand entweder der ersten Kennlinie 15 oder der zweiten Kennlinie 16 zu regeln, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Übermitteln des Fehlersignals an die Regeleinheit (9), falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt;
    bei Eingang des Fehlersignals an der Regeleinheit (9) Bestimmen der hinterlegten Kennlinie (15 - 16), anhand derer die Regeleinheit (9) die Brennereinrichtung regelt; und
    Regeln der Brennereinrichtung anhand einer anderen Kennlinie (16 - 15) als der bestimmten Kennlinie (15 - 16).
  12. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Regeleinheit mit einem Speicher (9), wobei im Speicher der Regeleinheit (9) mindestens eine Kennlinie (15 - 16) für eine vorgegebene Brennstoffgruppe und eine weitere von der mindestens einen Kennlinie (15 - 16) verschiedene Kennlinie (23) hinterlegt sind und die Regeleinheit (9) ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand entweder der mindestens einen Kennlinie (15 - 16) oder der weiteren Kennlinie (23) zu regeln, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Übermitteln des Fehlersignals an die Regeleinheit (9), falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt;
    bei Eingang des Fehlersignals an der Regeleinheit (9) Bestimmen der hinterlegten Kennlinie (15 - 16), anhand derer die Regeleinheit (9) die Brennereinrichtung regelt; und
    Regeln der Brennereinrichtung anhand der weiteren Kennlinie (23).
  13. Das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, die Brennereinrichtung zusätzlich umfassend eine Regeleinheit mit einem Speicher (9), wobei im Speicher der Regeleinheit (9) mindestens eine Kennlinie (15 - 16) für eine vorgegebene Brennstoffgruppe und eine weitere von der mindestens einen Kennlinie (15 - 16) verschiedene Kennlinie (23) und eine kritische Brennerleistung (24) hinterlegt sind und die Regeleinheit (9) ausgebildet ist, die Brennereinrichtung anhand entweder der mindestens einen Kennlinie (15 - 16) oder der weiteren Kennlinie (23) zu regeln, das Verfahren zusätzlich umfassend die Schritte:
    Übermitteln des Fehlersignals an die Regeleinheit (9), falls das zugeordnete Wertepaar ausserhalb des Bereichs für ein sicheres Vorliegen des Brennstoffs (6) der vorgegebenen Brennstoffgruppe liegt;
    bei Eingang des Fehlersignals an der Regeleinheit (9) Bestimmen der hinterlegten Kennlinie (15 - 16), anhand derer die Regeleinheit (9) die Brennereinrichtung regelt; und
    Regeln für angeforderte Leistungen (11) der Brennereinrichtung grösser als die hinterlegte kritische Brennerleistung (24) der Brennereinrichtung anhand der weiteren Kennlinie (23).
  14. Nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium, das einen Befehlssatz zur Ausführung durch mindestens einen Prozessor speichert, der, wenn er durch einen Prozessor ausgeführt wird, ein Verfahren mit den Schritten nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durchführt.
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