AT501169B1 - Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases Download PDFInfo
- Publication number
- AT501169B1 AT501169B1 AT0184004A AT18402004A AT501169B1 AT 501169 B1 AT501169 B1 AT 501169B1 AT 0184004 A AT0184004 A AT 0184004A AT 18402004 A AT18402004 A AT 18402004A AT 501169 B1 AT501169 B1 AT 501169B1
- Authority
- AT
- Austria
- Prior art keywords
- temperature
- carrier gas
- measuring
- liquid
- temperature sensors
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 59
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 50
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 15
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 230000004044 response Effects 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Description
2 AT 501 169 B1
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trägergases, in welches eine verdampfbare Flüssigkeit eingebracht wird. s Bei vielen technischen Anwendungen, bei welchen Trägergase befeuchtet werden, ist es erforderlich die aktuellen Zustandsgrößen des Gases, beispielsweise die aktuelle Temperatur der Gasphase, die relative Feuchte und/oder den Aerosolgehalt genau zu kennen, so dass entsprechende Messungen vorgenommen werden müssen. So soll beispielsweise die in einer Klimaanlage erzeugte Luft vorgegebene Werte für Temperatur und Feuchtigkeit aufweisen, wobei das io Auftreten von Aerosolen (Nebel, Wassertröpfchen) vermieden werden soll.
Beispielsweise ist es für einen störungsfreien, stabilen Betrieb von Brennstoffzellen notwendig, die Zustandsgrößen der Betriebsmittel zu kennen, beispielsweise die Zustandsparameter der der Kathodenseite von PEM-Brennstoffzellen zugeführten, befeuchteten und ggf. komprimierten 15 Luft und/oder jene des der Anodenseite zugeführten Brenngases, wobei die Bestimmung der Parameter möglichst in Echtzeit erfolgen soll. Dabei ist das Auftreten von Aerosolen, Wassertröpfchen und Wandfilmen unerwünscht, so dass die Zustandsparameter der Luft bzw. des Brenngase vor dem Eintritt in die Brennstoffzelle laufend gemessen werden müssen, um rechtzeitig entsprechende Daten für die Steuerung des Systems ableiten zu können. 20
Im Gesamtsystem einer Brennstoffzelle treten eine Reihe physikalischer Phänomene auf, welche einer Messung nicht einfach zugängig sind. Durch das Einbringen von Wasser in verdichtete, heiße Luft, kühlt diese ab und die relative Feuchte nimmt stark zu. Aerosole treten dann auf, wenn die zugemessene Wassermenge überdosiert wurde oder wenn das Temperatur/Verdamp-25 fungs-Gleichgewicht noch nicht erreicht wurde. Beim Auftreten von Aerosolen wird allerdings die Temperaturmessung verfälscht, so dass nur eine scheinbare Temperatur an Stelle der Temperatur des Trägergases gemessen wird. Durch ein "Beschießen" des Temperatursensors mit Aerosolteilchen, wird die Temperatur im Vergleich zur tatsächlichen Temperatur der Gasphase immer zu niedrig angezeigt, wobei als unteres Limit die Kühlgrenztemperatur GT anzu-30 sehen ist. In diesem übersättigten Bereich sind auch herkömmliche Feuchtemessungen schwierig bis unmöglich, da die verwendeten Sensoren geflutet bzw. benetzt werden können.
Durch die angeführten Messprobleme können z.B. in Brennstoffeellensystemen folgende Probleme auftreten: 35 - Bei einer unvollständigen Verdampfung des Wassers im Kompressor ist die heiße Luft noch nicht mit Wasser gesättigt und das Verdampfungsgleichgewicht noch nicht erreicht. Der Rest des Wassers ist flüssig, was zu Aerosolen und Wandfilmen in der Brennstoffeelle führen kann, wenn es auf dem Weg zur Brennstoffeelle nicht noch teilweise oder komplett ver- 40 dampft. - Bei einer Überdosierung von Wasser ist die gekühlte Luft schon mit Wasser gesättigt und das Verdampfungsgleichgewicht erreicht. Der Rest des Wassers ist flüssig und kann als Aerosol oder Wandfilm störend in der Brennstoffeelle wirken. - Die benötigte Messtechnik ist nicht verfügbar. Es existieren keine Feuchtesensoren für 45 aerosolhaltige Gase und auch keine brauchbaren Temperatursensoren, da deren Messwerte - wie oben angeführt durch Aerosolbeschuss - stark verfälscht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trä-50 gergases vorzuschlagen, welches möglichst einfach realisierbar ist und auch unter extremen Bedingungen wie einem übersättigten Trägergas brauchbare Aussagen über die Zustandsgrößen des Trägergases liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mit der verdampfbaren Flüssiges keit versetzte Trägergas einer Messtrecke mit zumindest drei in Strömungsrichtung des Träger- 3 AT 501 169 B1 gases hintereinander angeordneten Temperatursensoren zugeführt wird, dass die Temperaturmesswerte der einzelnen Temperatursensoren erfasst werden, sowie dass aus den Temperaturmesswerten der einzelnen Temperatursensoren und zumindest einem thermodynamisch abgeleiteten Kennfeld KF1, KF2, KF3 des Trägergases zumindest ein Parameter aus der Grup-5 pe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt des Trägergases am austrittsseitigen Ende der Messstrecke berechnet wird. Im einfachsten Fall, beispielsweise wenn nur die Temperatur des Trägergases am austrittsseitigen Ende der Messstrecke bestimmt werden soll, kann z.B. aus dem Verlauf der Temperaturmesswerte der einzelnen Temperatursensoren bereites auf die austrittsseitige Temperatur geschlossen werden, nämlich dann, wenn zumindest die beiden io letzten Temperaturmesswerte im Bereich der Messgenauigkeit die selben Messwerte anzeigen und der in Strömungsrichtung davor liegende Temperaturmesswert niedriger ist. Dann entspricht diese Temperatur auch der tatsächlichen Temperatur des Trägergases, da aufgrund des Temperaturverlaufs eine Sättigung des Trägergases mit der verdampfbaren Flüssigkeit ausgeschlossen werden kann (siehe Fig. 2). 15
Bei allen anderen Anwendungen, bei welchen die relative Feuchte und/oder das Vorhandensein von Aerosolen bestimmt werden soll, müssen neben den in der Messstrecke gewonnenen Temperaturmesswerten die Daten aus zumindest einem thermodynamisch abgeleiteten Kennfeld KF1, KF2, KF3 des Trägergases berücksichtigt werden. 20
Beispielsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im ersten Kennfeld KF1 Trocken-Temperaturwerte T,heo* des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung ohne Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit, im zweiten Kennfeld KF2 Nass-Temperaturwerte Ttheo des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung mit Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit und deren 25 vollständigen Verdampfung, sowie im dritten Kennfeld KF3 Grenz-Temperaturwerte GT des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung bei Sättigung mit der verdampfbaren Flüssigkeit berechnet werden. In vorteilhafter Weise können alle Kennfelder thermodynamisch berechnet werden, sodass in vielen Fällen keine Anpassung oder Kalibrierung im Hinblick auf die jeweilige System-Hardware erforderlich ist. 30
Insbesondere bei sehr kleinen Gasmengen, wo Abkühleffekte und Wärmeverluste berücksichtigt werden müssen, kann es von Vorteil sein, wenn die aus den Temperaturmesswerten und den thermodynamisch abgeleiteten Kennfeldern berechneten Parameter mit Hilfe eines Korrekturkennfeldes KFkorr korrigiert werden, welches die Wärmekapazität der Messstrecke, das An-35 sprechverhalten der Temperatursensoren, die Wärmeverluste der Messstrecke und die Wärmeverluste der der Messstrecke vorgeschalteten Komponenten (z.B. jene eines Kompressors) berücksichtigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur des Trägerga-40 ses vor der Einbringung der verdampfbaren Flüssigkeit gemessen und bei der Berechnung der Kennfelder berücksichtigt wird.
Die verdampfbare Flüssigkeit kann in das Trägergas beispielsweise durch Einspritzen eingebracht werden. Es ist allerdings auch möglich, das Trägergas durch Überstreichen einer Flüs-45 sigkeitsoberfläche oder eines mit der Flüssigkeit gesättigten, porösen Körpers zu befeuchten. Weiters ist es möglich, dass die Flüssigkeit durch permeativen oder pervaporativen Transport durch eine Membran dem Trägergas zugesetzt wird.
Im Zusammenhang mit PEM-Brennstoffzellen ist das Trägergas kathodenseitig ein gasförmiges so Oxidationsmittel oder ein ein gasförmiges Oxidationsmittel enthaltendes Gas, vorzugsweise verdichtete oder unverdichtete Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, und anodenseitig ein Brenngas, vorzugsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas. Beide Gasströme müssen befeuchtet werden, sodass Wasser als verdampfbare Flüssigkeit zugeführt wird. 55 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere Temperaturmessung des Träger- 4 AT 501 169 B1 gases vor dessen Kompression und gegebenenfalls eine Temperaturmessung des Wassers vor dessen Einbringung durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß erfolgen die einzelnen Temperaturmessungen in der Messstrecke im We-5 sentlichen gleichzeitig, so dass eine unmittelbare und gleichzeitige Berechnung der gewünschten Zustandsgrößen möglich ist.
Beispielsweise können zur gleichzeitigen Bestimmung der Parameter Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt des Trägergases zumindest drei Temperatursensoren in der Mess-io trecke eingesetzt, deren Temperaturmesswerte erfasst und die gewünschten Parameter auf der Basis zumindest zweier Kennfelder KF1, KF2, KF3 berechnet werden. Für eine gültige Temperaturmessung können beispielsweise ausgangsseitig der Messstrecke zwei von z.B. drei Sensoren die gleiche Temperatur zeigen, und der dritte, voran liegende Sensor eine niedrigere Temperatur ausweisen. Daraus folgt, dass ausgangsseitig der Messstrecke keine Aerosole vorlie-15 gen und die Temperaturmessung gültig ist. Aus der gültigen Temperaturmessung kann z.B. mit Hilfe der thermodynamisch abgeleiteten Kennfelder KF1 und KF2 die Feuchte richtig berechnet werden. Bei in Strömungsrichtung ansteigender Temperatur kann zudem auf ein Vorliegen von Aerosolen eingangsseitig der Messstrecke geschlossen werden. 20 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trägergases, in welches eine verdampfbare Flüssigkeit einbringbar ist, zeichnet sich dadurch aus, dass in einem vom Trägergas durchströmten Messrohr zumindest drei in Strömungsrichtung des Trägergases hintereinander angeordnete Temperatursensoren angeordnet sind, welche mit einer Auswerteeinrich-25 tung in Verbindung stehen, wobei die Auswerteeinrichtung eine Speichereinheit zur Ablage von thermodynamisch abgeleiteten Kennfeldern KF1, KF2, KF3 sowie ggf. eines Korrekturkennfeldes KFkorr aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen und Diagrammen 30 näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Zustandsparametern eines Trägergases in einer Schnittdarstellung, Fig. 2 ein Diagramm mit dem Temperaturverlauf in °C an den einzelnen Messstellen der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 für unterschiedliche 35 Mengen an eingespritztem Wasser, Fig. 3 den Temperaturverlauf in °C an mehreren Messstellen in Abhängigkeit der eingespritzten Wassermenge in g/s, sowie Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Zusammenhang mit einer PEM-Brennstoffzelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Messung zumindest eines Parameters in einem 40 Trägergas weist ein vom Trägergas durchströmtes Messrohr 2 auf, in welchem beispielsweise vier in Strömungsrichtung (Pfeile 3) des Trägergases hintereinander angeordnete Temperatursensoren S1 bis S4 an entsprechenden Messstellen MS1 bis MS4 vorgesehen sind. Zur Verbesserung der Aussagekraft der Messanordnung können auch mehr als vier Sensoren verwendet werden. Die Eingangsseite des Messrohres 2 ist mit ME, die Ausgangsseite mit MA ge-45 kennzeichnet. Die Messspitzen 4 der Temperatursensoren ragen in das Innere des Messrohres 2 und geben ihre Messsignale an eine hier nicht weiter dargestellte Auswerteeinrichtung ab.
Die sich an den Messstellen MS1 bis MS4 ergebenden Messwerte der Sensoren S1 bis S4 sind in Fig. 2 dargestellt, wobei durch die Buchstaben A bis K gekennzeichnete Messverläufe für elf so unterschiedliche Wassermengen dargestellt sind. Die Berechnung der Austrittstemperatur, der relativen Feuchte und des Aerosolgehaltes des Trägergases erfolgt auf der Basis der Kennfelder KF1, KF2 und KF3 und ggf. unter Berücksichtigung des Korrekturkennfeldes Knorr- Im Unterschied zum dargestellten Beispiel kann man bei kleinen Gasmengen bzw. kleinen Massenströmen - durch Temperaturverluste im Messsystem - auch in Strömungsrichtung fallende Tempe-55 raturmesswerte beobachten. 5 AT 501 169 B1 "A" (Dosierung von "null" Wasser) -Temperaturen: - alle vier Temperaturen an den Messstellen MS1 bis MS2 sind gleich 5 - Temperaturniveau ist maximal - Temperatur entspricht in etwa der berechneten Temperatur (T,heo*) nach adiabatischer Verdichtung - Wasserzustand: - kein Wasser dosiert 10 "B" (Dosierung von etwas Wasser) - Temperaturen: - alle vier Temperaturen sind gleich 15 - Temperaturniveau ist abgesenkt - Temperatur entspricht berechneter Temperatur (Ttheo) nach adiabatischer Verdichtung und nach vollständiger Verdampfung des dosierten Wassers - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist vollständig verdampft 20 "C" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "B") - Verhalten wie bei "B" - Temperaturen: 25 - alle vier Temperaturen sind gleich - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt - Temperatur entspricht Τ^βο - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist vollständig verdampft 30 "D" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "C") - Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt 35 - Temperatur MS 1 beginnt abzufallen => Kühlung durch Aerosol-beschuss! - die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind gleich - Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht Tthe0 - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 noch nicht vollständig verdampft 40 - dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach-verdampft) "E" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "D") - Verhalten wie bei "D" 45 -Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt - Temperatur MS 1 fällt stärker ab - die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind noch gleich - Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht T,heo so - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 nicht vollständig verdampft - dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach-verdampft) "F" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei Έ") 55 6 AT 501 169 B1 - Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt - Temperatur bei MS1 fällt auf die Kühlgrenztemperatur GT ab (Minimum wird erreicht) - die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind noch gleich 5 - Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht Ttheo - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 nicht vollständig verdampft - dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach-verdampft) io "G" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "F") - Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MS1
- MS1 bleibt bei GT 15 - Temperatur MS2 beginnt auch abzufallen - die anderen zwei Temperaturen MS3 und MS4 sind noch gleich - Temperatur bei MS2 und MS4 entspricht T^eo - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 und MS2 nicht vollständig verdampft 20 - dosiertes Wasser ist bei MS3 und MS4 vollständig verdampft (nach-verdampft) "H" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "G") - Temperaturen: 25 - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, ausser bei MS1
- MS1 bleibt bei GT - Temperatur MS2 fällt noch stärker ab - Temperatur MS3 beginnt auch abzufallen - nur Temperatur bei MS4 entspricht noch Ttheo 30 - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 bis MS3 nicht vollständig verdampft - dosiertes Wasser ist nur bei MS4 noch vollständig verdampft (nach-verdampft) "I" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "H") 35 - Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MS1
- MS1 bleibt bei GT - Temperatur MS2 fällt auch auf GT ab 40 - Temperatur MS3 fällt stärker ab - Temperatur bei MS4 ist noch "stabil" und entspricht Ttheo - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist bei MS1 bis MS3 nicht vollständig verdampft - dosiertes Wasser ist nur bei MS4 noch vollständig verdampft (nach-verdampft) 45 "J" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei Ί") - Temperaturen:
- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, ausser bei MS1 und MS2 so - MS1 und MS2 bleiben bei GT - Temperatur MS3 fällt auf GT ab - Temperatur MS4 beginnt auch "abzusinken" und entspricht nicht mehrT^eo - Wasserzustand: - dosiertes Wasser ist überall (bei MS1 bis MS4) nicht mehr vollständig verdampft 55 7 AT 501 169 B1 "K" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "J") - Temperaturen: - Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MS1 bis MS3
5 - alle Temperaturen erreichen GT - Wasserzustand - dosiertes Wasser ist überall (bei MS1 bis MS4) nicht mehr vollständig verdampft
Im Folgenden sind Beispiele für die Auswertung des Temperaturverlaufs unter Berücksichtigung io der "typischen Temperaturverläufe" und der Kennfelder KF1 bis KF3 angeführt: - Temperaturmessung:
Bei mindestens zwei gleichen Temperaturmesswerten im austrittsseitigen Bereich des 15 Messrohrs 2, z.B. an den Messstellen MS3 und MS4, wird mit diesen die reale Temperatur der Gasphase des Trägergases gemessen, wenn nicht bereits überall die Kühlgrenztemperatur GT erreicht wurde. Zur Identifikation der GT wird das Kennfeld KF3 verwendet.
Wenn die austrittsseitigen Temperaturen noch höher sind als die in Strömungsrichtung vor-20 an liegenden, wurde die Kühlgrenztemperatur GT offensichtlich noch nicht erreicht. - Feuchtemessung:
Aus der Gasphasen-Temperatur wird die Feuchte abgeleitet. Dabei wird aus der Differenz 25 zwischen der adiabatischen Temperatur und der gemessenen "nass"-Temperatur die ver dampfte Wassermenge abgeleitet und in die absolute oder relative Gasfeuchte umgerechnet. Verwendet werden dabei die Kennfelder KF1 und KF2. Die Ableitung ist dann gültig, wenn nicht bereits an allen Messstellen Aerosole auftreten, also mindestens zwei der ausgangsseitigen Messstellen gleiche Temperaturmesswerte zeigen und die davor liegende 30 Messstelle eine niedrigere Temperatur anzeigt. - Aerosol-Nachweis:
Aus dem Temperaturverlauf an den Messstellen kann auf Vorhandensein von Aerosolen 35 sowie Ort des Auftretens geschlossen werden. Wenn der Temperaturverlauf nicht mehr konstant ist (sondern über die Messstrecke ansteigend), dann sind Aerosole vorhanden. Diese Aussage ist nur gültig, wenn nicht bereits überall die Kühlgrenztemperatur GT erreicht wurde. Zur Identifikation der GT kann das Kennfeld KF3 verwendet werden. 40 - Wandfilm-Nachweis:
Der Nachweis von Wandfilmen ist ebenfalls möglich, da bei Erreichen der Kühlgrenztemperatur GT bei allen Messstellen üblicherweise im eintrittsseitigen Bereich ein Wandfilm vorliegt. Der Ort des Auftretens und die Art des Wandfilms sind allerdings von den verwende-45 ten Komponenten und deren Geometrie abhängig.
Fig. 3 zeigt die Temperaturmesswerte T in °C für die Messstellen MS1 bis MS4 in Abhängigkeit der zugemessenen Wassermenge in g/s, wobei ein Luftmassenstrom von 70g/s und eine Wassertemperatur von 55°C gewählt wurde. Beim Überschreiten von ca. 1,2 g/s H20 ist die Ausbil-50 düng von Aerosolen, bei der Überschreiten von ca. 1,7 g/s H20 ist die Ausbildung von Wandfilmen erkennbar, was durch separate optische Messungen verifiziert wurde.
In der schematischen Abbildung gemäß Fig. 4 ist dem kathodenseitigen Eingang einer Brennstoffeelle 5 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 mit einem Messrohr 2 mit fünf Tempera-55 tursensoren S1 bis S5 vorgeschaltet. Wie strichliert dargestellt, kann zur Befeuchtung des
Claims (16)
- 8 AT 501 169 B1 Brenngases (H2) auch dem anodenseitigen Eingang der Brennstoffzelle 5 eine entsprechende Messvorrichtung 1 mit Messrohr 2 vorgeschaltet sein. Die Temperatursensoren im Messrohr 2 sind äquidistant angeordnet und können auch in Form eines Messgitters angebracht sein, welches den Messrohrquerschnitt abdeckt, um die Temperaturmessung über den Messrohrquer-5 schnitt zu mittein. Die Temperatursensoren S1 bis S5 stehen mit einer Auswerteeinrichtung 6 in Verbindung, welche eine Speichereinheit 7 zur Ablage der thermodynamisch abgeleiteten Kennfelder KF1, KF2, KF3 sowie ggf. eines Korrekturkennfeldes KFkorr aufweist. Eine weitere Temperaturmessung TL des Trägergases kann vor dem Eintritt in den dem Mess-io rohr 2 vorgeschalteten Kompressor 8 erfolgen. Weiters ist es möglich auch die Eintrittstemperatur Tw des zugemessenen Wassers zu messen, welches vor dem, in den oder nach dem Kompressor 8 zugeführt wird. Die Temperaturen TL und Tw können bei der Erstellung der Kennfelder berücksichtigt werden. 15 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trägergases, in welches eine verdampfbare Flüs- 20 sigkeit eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der verdampfbaren Flüs sigkeit versetzte Trägergas einer Messtrecke mit zumindest drei in Strömungsrichtung des Trägergases hintereinander angeordneten Temperatursensoren zugeführt wird, dass die Temperaturmesswerte der einzelnen Temperatursensoren erfasst werden und dass aus den Temperaturmesswerten der einzelnen Temperatursensoren und zumindest einem 25 thermodynamisch abgeleiteten Kennfeld (KF1, KF2, KF3) des Trägergases zumindest ein Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt des Trägergases am austrittsseitigen Ende der Messstrecke berechnet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kennfeld (KF1) 30 Trocken-Temperaturwerte des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung ohne Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit, im zweiten Kennfeld (KF2) Nass-Temperaturwerte des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung mit Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit und deren vollständigen Verdampfung, sowie im dritten Kennfeld (KF3) Grenz-Temperatur-werte des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung bei Sättigung mit der verdampfba-35 ren Flüssigkeit berechnet werden.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Temperaturmesswerten und den thermodynamisch abgeleiteten Kennfeldern berechneten Parameter mit Hilfe eines Korrekturkennfeldes (KFkorr) korrigiert werden, welches die Wärmekapa- 40 zität des Messstrecke, das Ansprechverhalten der Temperatursensoren, die Wärmeverluste der Messstrecke und die Wärmeverluste der der Messstrecke vorgeschalteten Komponenten berücksichtigt.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tempera-45 tur des Trägergases vor der Einbringung der verdampfbaren Flüssigkeit gemessen und bei der Berechnung der Kennfelder berücksichtigt wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verdampfbare Flüssigkeit durch Einspritzen der Flüssigkeit in das Trägergas, durch Überstrei- 5o chen einer Flüssigkeitsoberfläche oder eines mit der Flüssigkeit gesättigten Körpers oder durch permeativen oder pervaporativen Transport der Flüssigkeit durch eine Membran zugesetzt wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas 55 ein Brenngas für eine Brennstoffzelle, vorzugsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhalti- 9 AT 501 169 B1 ges Gas, verwendet wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas ein gasförmiges Oxidationsmittel oder ein ein gasförmiges Oxidationsmittel enthaltendes Gas, vorzugsweise Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, verwendet wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergas verdichtet oder unverdichtet der Messstrecke zugeführt wird.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als verdampfbare Flüssigkeit Wasser verwendet wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Temperaturmessung des Trägergases vor dessen Kompression und ggf. eine Temperaturmessung des Wassers vor dessen Einbringung durchgeführt wird.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Bestimmung der Parameter Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt des Trägergases zumindest drei Temperatursensoren in der Messtrecke eingesetzt, deren Temperaturmesswerte erfasst und die gewünschten Parameter auf der Basis zumindest zweier Kennfelder (KF1, KF2, KF3) berechnet werden.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Temperaturmessungen in der Messstrecke im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen.
- 13. Vorrichtung (1) zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trägergases, in welches eine verdampfbare Flüssigkeit einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vom Trägergas durchströmten Messrohr (2) zumindest drei in Strömungsrichtung (3) des Trägergases hintereinander angeordnete Temperatursensoren (S1, S2, S3, S4, S5) angeordnet sind, welche mit einer Auswerteeinrichtung (6) in Verbindung stehen, wobei die Auswerteeinrichtung (6) eine Speichereinheit (7) zur Ablage von thermodynamisch abgeleiteten Kennfeldern (KF1, KF2, KF3) sowie ggf. eines Korrekturkennfeldes (KFkorr) aufweist.
- 14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren (S1, S2, S3, S4, S5) im Messrohr (2) äquidistant angeordnet sind.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Temperatursensoren (S1, S2, S3, S4, S5) in Form eines Messgitters angeordnet sind, welches den Messrohrquerschnitt abdeckt.
- 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Messrohre (2) mit Temperatursensoren (S1, S2, S3, S4, S5) dem kathodenseitigen Eingang und/oder dem anodenseitigen Eingang einer Brennstoffzelle (5) vorgeschaltet sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0184004A AT501169B1 (de) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases |
| PCT/AT2005/000436 WO2006047802A1 (de) | 2004-11-04 | 2005-11-04 | Vorrichtung und verfahren zur messung an ein trägergas |
| DE112005002680T DE112005002680A5 (de) | 2004-11-04 | 2005-11-04 | Vorrichtung und Verfahren zur Messung an ein Trägergas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0184004A AT501169B1 (de) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| AT501169A4 AT501169A4 (de) | 2006-07-15 |
| AT501169B1 true AT501169B1 (de) | 2006-07-15 |
Family
ID=36084391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| AT0184004A AT501169B1 (de) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT501169B1 (de) |
| DE (1) | DE112005002680A5 (de) |
| WO (1) | WO2006047802A1 (de) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6821660B2 (en) * | 1998-09-08 | 2004-11-23 | Fideris, Inc. | Gas humidification device for operation, testing, and evaluation of fuel cells |
-
2004
- 2004-11-04 AT AT0184004A patent/AT501169B1/de not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-11-04 WO PCT/AT2005/000436 patent/WO2006047802A1/de not_active Ceased
- 2005-11-04 DE DE112005002680T patent/DE112005002680A5/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT501169A4 (de) | 2006-07-15 |
| WO2006047802A1 (de) | 2006-05-11 |
| DE112005002680A5 (de) | 2007-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19821321C2 (de) | Verfahren zum Messen der Dampfdurchlaßgeschwindigkeit eines Testmaterials | |
| DE3936138C2 (de) | Kalibrierverfahren zur Messung der relativen Konzentration von Gas oder Dampf | |
| EP2015056B1 (de) | Verfahren und Sensor zur Bestimmung einer brenntechnisch relevanten Größe eines Gasgemisches | |
| DE102008043887B4 (de) | Verfahren und Messsystem zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Aggregatszustandsänderung eines Messmediums an einem thermischen Durchflussmessgerät | |
| DE19637520C1 (de) | Verfahren zum Nullpunktabgleich einer Wärmeleitfähigkeits-Meßzelle zur CO¶2¶-Messung in einem Begasungsbrutschrank | |
| DE112008001378T5 (de) | System zum Abschätzen eines Zustands einer Brennstoffzelle innerhalb einer Ebene und Verfahren zum Abschätzen eines Zustands einer Brennstoffzelle innerhalb einer Ebene | |
| DE102019211409A1 (de) | Außenluftgütemessbox | |
| DE102012215817B4 (de) | Kalibrierverfahren zum Kalibrieren eines Feuchtesensors zur Erfassung mindestens eines Feuchteparameters eines Gasgemischs sowie Messverfahren als auch Vorrichtung zur Erfassung mindestens eines Feuchteparameters eines Gasgemischs | |
| EP1290412B1 (de) | Gaszähler und verfahren zur bestimmung des verbrauchs eines gasgemisches | |
| DE10033620A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung der Feuchte in Gasen | |
| WO1997002486A1 (de) | Messeinrichtung und verfahren zur bestimmung des wassergehaltes in einem gas | |
| DE4433607C2 (de) | Kalibriergasgenerator | |
| WO2014139718A1 (de) | Verfahren zum regeln einer feuchte eines kathodengases einer brennstoffzelle sowie brennstoffzellenanordnung | |
| DE102007007215B4 (de) | Verfahren zur Ermittlung einer nach einem Klimaanlagen-Betrieb am Verdampfer verbleibenden Wassermenge | |
| AT501169B1 (de) | Vorrichtung und verfahren zur messung von zumindest einem parameter aus der gruppe temperatur, relative feuchte und aerosolgehalt eines trägergases | |
| DE102004063533A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms und der Zusammensetzung eines mehrere Komponenten enthaltenden Fluidstroms | |
| DE102020134946A1 (de) | Brennstoffzellensystem | |
| DE3315085C2 (de) | Verfahren zur Nullpunktkontrolle an Wärmeleitfähigkeitsmeßzellen in Begasungsbrutschränken | |
| WO2019081207A1 (de) | Verfahren und system zur detektion einer leckage in einem fluidsystem | |
| WO2022228821A1 (de) | Verfahren zum betreiben eines brennstoffzellensystems, steuergerät | |
| DE102019216662A1 (de) | Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensys-tem | |
| DE102016210518A1 (de) | Verfahren zum Kalibrieren eines Wasserstoffsensors | |
| EP1454373A2 (de) | Verfahren zum betrieb einer pem-brennstoffzellenanlage und zugehörige pem-brennstoffzellenanlage | |
| DE102013014952A1 (de) | Gas/Gas-Befeuchter | |
| EP0861419B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur simultanen messung eines volumenstroms und wenigstens eines gaspartialdruckes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ELJ | Ceased due to non-payment of the annual fee |