确定热值参数的方法和设备及包括该设备的气体动力系统技术方案

本发明专利技术涉及确定热值参数的方法和设备及包括该设备的气体动力系统。该设备包括具有测试燃烧室的测试燃烧器。空气系数传感器布置在测试燃烧器的废气管中并且测量对应于废气的空气系数。根据接收的空气系数信号的空气系数信号，通过测试控制单元为测试供应单元产生至少一个设置信号,。该至少一个设置信号,控制被供应到测试燃烧室的气态燃料或含氧气体的量和/或比例。燃料和含氧气体的混合物在测试燃烧室中被燃烧或氧化。热值传感器装置被布置在燃烧室中。该传感器装置包括至少一个电离传感器，并且优选地还包括温度传感器。热值传感器装置的至少一个传感器信号被传输到确定单元。在那里，这些参数的特性映射优选地用于确定热值参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于确定气态燃料的热值的热值参数的方法和设备。此外，本专利技术涉及一种气体动力系统，该气体动力系统包括用于确定热值参数的设备。
技术介绍
通常，调节气体动力系统的燃烧器，使得确实发生被供应的气态燃料的完全燃烧。为了实现这个，被供应的燃料的量，以及被供应的含氧气体（特别地为空气）的量因此被调节。通常，用于确定空气系数的传感器布置在这种燃烧器的废气中，使得发生化学当量比或超化学当量比的燃烧。气态燃料，例如生物燃料、天然气、氢气或多种这种气体的气体混合物，展示不同的热值。通常，气体动力系统必须在不同的气体或气体混合物下被操作，该气体或气体混合物也可以在操作期间变化。因此，通常，天然气中的甲烷的比例在75%和近似95%到98%之间波动。此外，天然气可能包含变化比例的乙烷、丙烷、丁烷、氮气或二氧化碳。如已经提及的，也可以使用气体混合物作为气态燃料，使得可能的是，可以存在沼气或一定比例的沼气、以及氢气或一定比例的氢气。在这种情况下，热值相应地变化。为了操作气体动力系统，因此可能有利的是，根据被使用的气体或气体混合物执行任何调节。为了这个目的，已经提出各种设备和系统。文献EP 199 55 76 A1提出一种系统，该系统包括Fabry-Perot干涉仪，该干涉仪用于检测气态燃料中的物质或物质浓度。如DE 103 02 487 A1中的系统使用红外吸收气体计量系统，该红外吸收气体计量系统包括用于二氧化碳和碱的至少两个测量通道以便确定燃料气体成分。文献US 411 81 72 A提出使用包括空气系数传感器的测试燃烧器来调节化学当量比燃烧并且然后将这个调节传递到主燃烧器。在这种情况中，不存在热值参数的确定。文献DE 699 24 828 T2描述根据在各种温度下的声速的测量来确定热值。根据文献DE 101 298 08，在燃料/空气混合物被燃烧并且随后被冷却的情况下确定热值。在这种情况下，在各个点处测量温度并且计算热流，由此所述热流可以用于确定热值。文献DE 100 10 291 A1中公开的方法采用类似的方法。在这种情况下，热传递元件安装在燃烧室中并且从热传递元件带走充分的热以实现热传递元件的恒定的温度。基于此然后得出结论，燃烧器产生的热输出对应于从热传递元件带走的热输出。然后，这种热输出用于确定热值。文献EP 1 770 390 A1描述分别用于确定Wobbe指数和热值的另一方法和装置。在这种情况中，两个加热面板布置在室中。在这种情况中，第二加热面板充当催化加热面板。控制装置用于保持两个加热面板的至少一个的温度恒定。当气体/空气混合物流过第一加热面板时，确定将这个加热面板维持在恒定的温度所必要的输出。气体/空气混合物可以在另一加热面板的区域中被燃烧。与此同时，确定什么输出是必要的，以便也将第二加热面板保持在恒定的温度。这些两个输出值可以用于确定用于温度调节的热值。
技术实现思路
考虑到这个，得到一种设备和方法可以看作是本专利技术的目标，其中该设备仅需要简单的装置并且允许热值的快速且可靠的确定。根据本专利技术，为此使用包括测试燃烧室的测试燃烧器。废气管从测试燃烧室通出，其中空气系数传感器布置在所述废气管中。空气系数传感器产生空气系数信号，该空气系数信号指示测试燃烧室的废气中的空气系数。空气系数信号被传输到测试控制单元。测试控制单元根据空气系数信号产生设置信号。测试供应单元被布置用于将气态燃料与含氧气体（例如空气）一起供应到测试燃烧室。测试供应单元可以被控制并且因此可以调节被供应到测试燃烧室的气态燃料和/或被引入测试燃烧室的含氧气体的比例和/或量。在这种情况下，根据该至少一个设置信号调节通过测试供应单元的含氧气体和/或气态燃料的体积流量或质量流量。鉴于此，可以调节燃料和含氧气体的混合物的燃烧或氧化，使得该空气系数对应于预先指定的空气系数设置点值。 热值传感器装置被布置在火焰的区域中或在测试燃烧室中的含燃料气体的氧化的区域中。热值传感器装置包括至少一个电离传感器，该至少一个电离传感器产生电离信号并且特别地产生电离电流。热值传感器装置可以包括另外的传感器，例如，至少一个温度传感器和/或至少一个光学传感器。此外，该设备包括确定单元。这个确定单元被供应有热值装置的至少一个传感器信号并且因此被供应有电离信号。依赖于该电离信号，确定热值参数，所述热值参数指示气态燃料的热值。为此，在至少一个或在多个预先指定的空气系数值确定电离信号或电离电流。在预先指定的空气系数下的测试燃烧室中的电离是该热值的特性。这可以用于获取确定单元中的热值参数。为了能够提高热值参数的确定的精度，在热值参数的确定期间可以考虑其他参数或信号，即，特别地考虑以下参数中的一个或更多个：表征燃烧器线路的至少一个参数，例如，用于调节测试供应装置的至少一个设置信号；测试燃烧室内的温度值；为此，热值传感器装置可以包括温度传感器；可能地，热值传感器装置的光学传感器的信号，通过该信号来确定测试燃烧器的火焰所发出的光的光谱或光谱的一部分。优选地，基于温度传感器的温度信号、电离信号和测试控制单元的至少一个设置信号，在确定单元中确定热值参数。这个三个值可以用于热值参数的充分精确的确定，其中该设备可以通过非常简单的装置运行。用于光谱分析、用于光学分析或用于测量声速的其他传感器类型是不必要的。因为测试燃烧器的性能影响电离，特别地，可以以非常简单的方式使用已经提供的至少一个设置信号来评估燃烧器性能。实际上，正是所述设置信号用于确定被引入测试燃烧室的燃料和/或空气的量。替代地，也可以确定表征燃烧器性能的其它参数。考虑一个实施例，确定单元可以包括存储器，在该存储器中存储用于确定热值参数的确定规范。例如，确定规范可以是表，函数，特性映射或类似物。为了最小化所需的计算工作，优选地，特性映射被存储在存储器中，在这种情况下，取决于考虑的输入信号或参数，在测试燃烧器的操作期间可以简单且快速地确定热值参数。通过点火装置（例如，点火电极），可以在测试燃烧室中产生测试火焰。替代地，也可以产生没有火焰的氧化，例如，借助催化剂实现。优选地，热值传感器装置布置在测试火焰的区域中。考虑一个示例性实施例，热值传感器装置还可以包括多个电离传感器，该多个电离传感器位于测试燃烧室内的不同位置。电离（并且因此电离信号）是在测试火焰的区域中的电离传感器的位置的函数。通过将多个电离传感器布置在不同的位置，可以实现热值参数的确定的精度的附加增加。用于确定热值参数的设备可以是气体动力系统的部件。用于气体动力系统的气态燃料的一部分被供应到测试燃烧器并且其热值如上所述被确定。气体动力系统可以包括一个主燃烧室，一个主供应装置和一个主控制单元。主供应装置被布置用于调节被引入主燃烧室的气态燃料的量和/或含氧气体的量。通过主控制单元产生至少一个主设置信号，以便致动主供应装置。根据在该设备中确定的热值参数在主控制单元中产生该主设置信号，以便确定该热值参数。因此，可以根据热值参数来控制并调节气体动力系统的主燃烧器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定气态燃料（G）的热值的热值参数（H）的设备，所述设备包括：测试燃烧室（12）和从所述测试燃烧室（12）通出的废气管（22），在这种情况中，空气系数传感器（24）布置在所述燃烧室（12）中；可控制的测试供应单元（15），通过所述测试供应单元来调节所述气态燃料（G）的量和/或含氧气体（L）的量，在这种情况中，所述量分别被引入在所述测试燃烧室（12）中；测试控制单元（25），空气系数信号（SL）被传输到所述测试控制单元，并且所述测试控制单元根据所述空气系数信号（SL）产生至少一个设置信号（S1, S2），所述信号用于致动所述测试供应单元（15），使得所述空气系数（λ）对应于预先指定的名义空气系数值；位于所述测试燃烧室（12）中的热值传感器装置（30），所述热值传感器装置包括至少一个电离传感器（31）；确定单元（32），所述电离传感器（31）的电离信号（I）被传输到所述确定单元，其中所述确定单元（32）根据所述电离信号（I）确定热值参数（32），所述参数指示所述气态流体（G）的热值。

【技术特征摘要】
2013.07.03 DE 102013106987.81. 一种用于确定气态燃料（G）的热值的热值参数（H）的设备，所述设备包括：
测试燃烧室（12）和从所述测试燃烧室（12）通出的废气管（22），在这种情况中，空气系数传感器（24）布置在所述燃烧室（12）中；
可控制的测试供应单元（15），通过所述测试供应单元来调节所述气态燃料（G）的量和/或含氧气体（L）的量，在这种情况中，所述量分别被引入在所述测试燃烧室（12）中；
测试控制单元（25），空气系数信号（SL）被传输到所述测试控制单元，并且所述测试控制单元根据所述空气系数信号（SL）产生至少一个设置信号（S1, S2），所述信号用于致动所述测试供应单元（15），使得所述空气系数（λ）对应于预先指定的名义空气系数值；
位于所述测试燃烧室（12）中的热值传感器装置（30），所述热值传感器装置包括至少一个电离传感器（31）；
确定单元（32），所述电离传感器（31）的电离信号（I）被传输到所述确定单元，其中所述确定单元（32）根据所述电离信号（I）确定热值参数（32），所述参数指示所述气态流体（G）的热值。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述空气系数信号（SL）也被传输到所述确定单元（32），并且所述确定单元（32）还根据所述空气系数信号（SL）来确定所述热值参数（H）。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述至少一个设置信号（S1, S2）也被传输到所述确定单元（32），并且所述确定单元（32）还根据所述设置信号（S1, S2）来确定所述热值参数（H）。
4. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述热值传感器装置（30）包括至少一个温度传感器，并且所述温度传感器（33）的温度信号（ST）被传输到所述确定单元（32），所述确定单元还根据所述温度信号（ST）来确定所述热值参数（H）。
5. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述确定单元（32）包括存储器（34），在所述存储器中，根据所述电离信号（I）和至少一个其他参数（T, SL, S1, S2）来预先指定用于确定所述热值参数（H）的确定规范。
6. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述测试燃烧室（12）中产生测试燃烧器火焰（18）。
7. 如前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，为了在所述确定装置（32）中确定所述热值参数（H），在所述空气系数（λ）的预先指定...

【专利技术属性】
技术研发人员：R豪格，O施密特，H彼得曼，S贝格尔，
申请(专利权)人：卡尔·邓格斯有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE