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Title:
DEVICE AND METHOD FOR MEASUREMENT OF A CARRIER GAS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/047802
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and method for the measurement of at least one parameter from the group temperature, relative humidity and aerosol content of a carrier gas, in which a volatile fluid is contained. The invention is characterised in that the carrier gas, charged with the volatile fluid is introduced into a measuring path with at least three temperature sensors arranged serially in the direction of flow of the carrier gas, the temperature measured values of the individual temperature sensors are recorded and, from the temperature measured values of the individual temperature sensors and at least one characteristic curve (KF1, KF2, KF3), for the carrier gas, derived thermodynamically or by point measurements, at least one parameter, from the group temperature, relative humidity, and aerosol content of the carrier gas at the outlet end of the measuring run, is calculated.

Inventors:
MEITZ KLAUS (AT)
BEHAR RON (AT)
DERSCHMIDT OTFRIED (AT)
PEINECKE VOLKER (AT)
Application Number:
PCT/AT2005/000436
Publication Date:
May 11, 2006
Filing Date:
November 04, 2005
Export Citation:
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Assignee:
AVL LIST GMBH (AT)
MEITZ KLAUS (AT)
BEHAR RON (AT)
DERSCHMIDT OTFRIED (AT)
PEINECKE VOLKER (AT)
International Classes:
G01K13/02
Foreign References:
US20020110714A12002-08-15
Attorney, Agent or Firm:
Babeluk, Michael (Wien, AT)
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Claims:
P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Messung von zumindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Trägergases, in wel¬ ches eine verdampfbare Flüssigkeit eingebracht wird, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das mit der verdampfbaren Flüssigkeit 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 Temperatursenso¬ ren und zumindest einem thermodynamisch abgeleiteten oder durch Ein¬ malmessungen bestimmten Kennfeld (KFl, KF2, KF3) des Trägergases zu¬ mindest 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 (KFl) TrockenTemperaturwerte des Trägergases nach adiabati¬ scher Verdichtung ohne Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit, im zweiten Kennfeld (KF2) NassTemperaturwerte des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung mit Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit und deren vollständi¬ gen Verdampfung, sowie im dritten Kennfeld (KF3) GrenzTemperaturwerte des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung bei Sättigung mit der ver¬ dampfbaren 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 Wärmekapazität des Messstrecke, das Ansprechverhalten der Temperatursensoren, die Wärmeverluste der Mess¬ strecke und die Wärmeverluste der der Messstrecke vorgeschalteten Kom¬ ponenten berücksichtigt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und der Druck 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 Überstreichen einer Flüssigkeitsoberfläche oder eines mit der Flüssigkeit gesättigten Körpers oder durch permeativen oder pervapo rativen Transport der Flüssigkeit durch eine Membran zugesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas ein Brenngas für eine Brennstoffzelle, vorzugsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas, verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergas ein gasförmiges Oxidationsmittel oder ein ein gasförmi¬ ges Oxidationsmittel enthaltendes Gas, vorzugsweise Luft oder mit Sauer¬ stoff angereicherte Luft, verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, dass das Träger¬ gas 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 durch¬ geführt 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 Temperatursen¬ soren in der Messtrecke eingesetzt, deren Temperaturmesswerte erfasst und die gewünschten Parameter auf der Basis zumindest zweier Kennfelder (KFl, KF2, KF3) berechnet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Temperaturmessungen in der Messstrecke im Wesentli¬ chen 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 ge¬ kennzeichnet, dass in einem vom Trägergas durchströmten Messrohr (2) zumindest drei in Strömungsrichtung (3) des Trägergases hintereinander angeordnete Temperatursensoren (Sl, S2, S3, S4, S5) angeordnet sind, welche mit einer Auswerteeinrichtung (6) in Verbindung stehen, wobei die Auswerteeinrichtung (6) eine Speichereinheit (7) zur Ablage von thermody namisch abgeleiteten oder durch Einmalmessungen bestimmten Kennfel¬ dern (KFl, KF2, KF3) aufweist.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (6) eine Speichereinheit (7) zur Ablage eines Korrek¬ turkennfeldes (KFkorr) aufweist.
15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatursensoren (Sl, S2, S3, S4, S5) im Messrohr (2) äqui distant angeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeich¬ net, dass die einzelnen Temperatursensoren (Sl, S2, S3, S4, S5) in Form eines Messgitters angeordnet sind, welches den Messrohrquerschnitt ab¬ deckt.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeich¬ net, dass Messrohre (2) mit Temperatursensoren (Sl, S2, S3, S4, S5) dem kathodenseitigen Eingang und/oder dem anodenseitigen Eingang einer Brennstoffzelle (5) vorgeschaltet sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Messrohr (2) eine thermische Isolierung aufweist.
Description:
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR MESSUNG AN EIN TRÄGERGAS

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zu¬ mindest einem Parameter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Ae¬ rosolgehalt eines Trägergases, in welches eine verdampfbare Flüssigkeit einge¬ bracht wird.

Bei vielen technischen Anwendungen, bei welchen Trägergase befeuchtet wer¬ den, ist es erforderlich die aktuellen Zustandsgrößen des Gases, beispielsweise die aktuelle Temperatur der Gasphase, die relative Feuchte und/oder den Aero¬ solgehalt 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 Auf¬ treten von Aerosolen (Nebel, Wassertröpfchen) vermieden werden soll.

Beispielsweise ist es für einen störungsfreien, stabilen Betrieb von Brennstoffzel¬ len notwendig, die Zustandsgrößen der Betriebsmittel zu kennen, beispielweise die Zustandsparameter der der Kathodenseite von PEM-Brennstoffzellen zuge¬ führten, befeuchteten und ggf. komprimierten Luft und/oder jene des der Ano¬ denseite zugeführten Brenngases, wobei die Bestimmung der Parameter mög¬ lichst in Echtzeit erfolgen soll. Dabei ist das Auftreten von Aerosolen, Wasser¬ tröpfchen 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.

Im Gesamtsystem einer Brennstoffzelle treten eine Reihe physikalischer Phäno¬ mene auf, welche einer Messung nicht einfach zugängig sind. Durch das Einbrin¬ gen von Wasser in verdichtete, heiße Luft, kühlt diese ab und die relative Feuchte nimmt stark zu. Aerosole treten dann auf, wenn die zugemessene Was¬ sermenge überdosiert wurde oder wenn das Temperatur/Verdampfungs-Gleich¬ gewicht 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 anzusehen ist. In diesem übersät-

tigten Bereich sind auch herkömmliche Feuchtemessungen schwierig bis unmög¬ lich, da die verwendeten Sensoren geflutet bzw. benetzt werden können.

Durch die angeführten Messprobleme können z.B. in Brennstoffzellensystemen folgende Probleme auftreten:

- Bei einer unvollständigen Verdampfung des Wassers im Kompressor ist die heiße Luft noch nicht mit Wasser gesättigt und das Verdampfungsgleich¬ gewicht noch nicht erreicht. Der Rest des Wassers ist flüssig, was zu Aero¬ solen und Wandfilmen in den Zuleitungen sowie in der Brennstoffzelle selbst führen kann, wenn es auf dem Weg zur Brennstoffzelle nicht noch teilweise oder komplett verdampft.

- Bei einer Überdosierung von Wasser ist die gekühlte Luft schon mit Wasser gesättigt und das Verdampfungsgleichgewicht erreicht. Der Rest des Was¬ sers ist flüssig und kann als Aerosol oder Wandfilm störend in den Zulei¬ tungen sowie in der Brennstoffzelle selbst wirken.

- Die benötigte Messtechnik ist nicht verfügbar. Es existieren keine Feuchte¬ sensoren für aerosolhaltige Gase und auch keine brauchbaren Tempera¬ tursensoren, da deren Messwerte - wie oben angeführt durch Aerosolbe- schuss - 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 Trägergases vorzuschlagen, welches möglichst einfach realisierbar ist und auch unter extremen Bedingungen wie einem übersättigten Trägergas brauchbare Aussagen über die Zustandsgrößen des Trägergases lie¬ fert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mit der ver¬ dampfbaren Flüssigkeit versetzte Trägergas einer Messtrecke mit zumindest drei in Strömungsrichtung des Trägergases hintereinander angeordneten Tempera¬ tursensoren zugeführt wird, dass die Temperaturmesswerte der einzelnen Tem¬ peratursensoren erfasst werden, sowie dass aus den Temperaturmesswerten der einzelnen Temperatursensoren und zumindest einem thermodynamisch abgelei¬ teten oder durch Einmalmessungen bestimmten Kennfeld KFl, KF2, KF3 des Trä¬ gergases zumindest ein Parameter aus der Gruppe 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. bereits

aus dem Verlauf der Temperaturmesswerte der einzelnen Temperatursensoren auf die austrittsseitige Temperatur geschlossen werden, nämlich dann, wenn zumindest die beiden letzten Temperaturmesswerte im Bereich der Messgenau¬ igkeit die selben Messwerte anzeigen und der in Strömungsrichtung davor lie¬ gende Temperaturmesswert niedriger ist. Dann entspricht diese Temperatur auch der tatsächlichen Temperatur des Trägergases, da aufgrund des Temperaturver¬ laufs eine Sättigung des Trägergases mit der verdampfbaren Flüssigkeit ausge¬ schlossen werden kann (siehe Fig. 2).

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 beispielsweise zumindest einem thermodynamisch abgeleiteten Kennfeld KFl, KF2, KF3 des Trägergases berücksichtigt werden.

Beispielsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im ersten Kennfeld KFl Trocken-Temperaturwerte T theo * des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung ohne Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit berechnet und abgespeichert werden. Die Daten dieses Kennfeldes können direkt thermodynamisch abgeleitet werden, wobei auf die aus der Thermodynamik bekannten Formeln zurückgegriffen wer¬ den kann:

KFl: Temperaturerhöhung (ΔT = T 2 - Ti) T 2 /T 1 = (p 2 /Pi)exp[(κ-l)/κ]

(der Isentropenexponent bzw. Adiabatenkoeffizient K hat beispielsweise für Luft als Trägergas den Wert 1,4 )

Im zweiten Kennfeld KF2 werden Nass-Temperaturwerte T theo des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung mit Zusatz der verdampfbaren Flüssigkeit und deren vollständigen Verdampfung, sowie im dritten Kennfeld KF3 Grenz-Tempe- raturwerte GT des Trägergases nach adiabatischer Verdichtung bei Sättigung mit der verdampfbaren Flüssigkeit berechnet. In vorteilhafter Weise können alle Kennfelder thermodynamisch berechnet werden, sodass in vielen Fällen keine Anpassung oder Kalibrierung im Hinblick auf die jeweilige System-Hardware er¬ forderlich ist.

Insbesondere bei sehr kleinen Gasmengen, wo Abkühleffekte und Wärmeverluste berücksichtigt werden müssen, kann es von Vorteil sein, wenn die aus den Tem¬ peraturmesswerten und den thermodynamisch abgeleiteten Kennfeldern berech¬ neten Parameter mit Hilfe eines Korrekturkennfeldes KF korr korrigiert werden, welches die Wärmekapazität der Messstrecke, das Ansprechverhalten der Tem¬ peratursensoren, die Wärmeverluste der Messstrecke und die Wärmeverluste der

der Messstrecke vorgeschalteten Komponenten (z.B. jene eines Kompressors) berücksichtigt.

Es ist allerdings auch möglich, die Daten für die Kennfelder KFl, KF2, KF3 für eine konkrete Anwendung oder einen bestimmten Bauteil (beispielsweise für ei¬ nen Kompressor oder eine Gruppe baugleicher Brennstoffzellen) durch eine Ein¬ malmessung zu bestimmen, sodass dann im späteren Betrieb des Bauteils ledig¬ lich auf die Kennfelddaten und die Messwerte der einzelnen Temperatursensoren zurückgegriffen werden muss.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur und der Druck des Trägergases vor der Einbringung der verdampfbaren Flüssig¬ keit gemessen und bei der Berechnung der Kennfelder berücksichtigt wird.

Die verdampfbare Flüssigkeit kann in das Trägergas beispielsweise durch Ein¬ spritzen eingebracht werden. Es ist allerdings auch möglich, das Trägergas durch Überstreichen einer Flüssigkeitsoberfläche oder eines mit der Flüssigkeit gesät¬ tigten, porösen Körpers zu befeuchten. Weiters ist es möglich, dass die Flüssig¬ keit durch permeativen oder pervaporativen Transport durch eine Membran dem Trägergas zugesetzt wird.

Im Zusammenhang mit PEM-Brennstoffzellen ist das Trägergas kathodenseitig ein gasförmiges Oxidationsmittel oder ein ein gasförmiges Oxidationsmittel ent¬ haltendes Gas, vorzugsweise verdichtete oder unverdichtete Luft oder mit Sauer¬ stoff angereicherte Luft, und anodenseitig ein Brenngas, vorzugsweise Wasser¬ stoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas. Beide Gasströme müssen befeuchtet wer¬ den, sodass Wasser als verdampfbare Flüssigkeit zugeführt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere Temperaturmessung des Trägergases vor dessen Kompression und gegebenenfalls eine Temperatur¬ messung des Wassers vor dessen Einbringung durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß erfolgen die einzelnen Temperaturmessungen in der Messstre¬ cke im Wesentlichen 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 Tempera¬ tursensoren in der Messtrecke eingesetzt, deren Temperaturmesswerte erfasst und die gewünschten Parameter auf der Basis zumindest zweier Kennfelder KFl, KF2, KF3 berechnet werden. Für eine gültige Temperaturmessung können bei¬ spielsweise ausgangsseitig der Messstrecke zwei von z.B. drei Sensoren die glei¬ che Temperatur zeigen, und der dritte, voran liegende Sensor eine niedrigere

Temperatur ausweisen. Daraus folgt, dass ausgangsseitig der Messstrecke keine Aerosole vorliegen und die Temperaturmessung gültig ist. Aus der gültigen Tem¬ peraturmessung kann z.B. mit Hilfe der thermodynamisch abgeleiteten Kennfel¬ der KFl und KF2 die Feuchte richtig berechnet werden. Bei in Strömungsrichtung ansteigender Temperatur kann zudem auf ein Vorliegen von Aerosolen eingangs- seitig der Messstrecke geschlossen werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von zumindest einem Parame¬ ter aus der Gruppe Temperatur, relative Feuchte und Aerosolgehalt eines Träger¬ gases, 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 Tempe¬ ratursensoren angeordnet sind, welche mit einer Auswerteeinrichtung in Verbin¬ dung stehen, wobei die Auswerteeinrichtung eine Speichereinheit zur Ablage von thermodynamisch abgeleiteten oder durch Einmalmessungen bestimmten Kenn¬ feldern KFl, KF2, KF3 sowie ggf. eines Korrekturkennfeldes KF korr aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen und Diagrammen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung von Zustandspa- rametem eines Trägergases in einer Schnittdarstellung;

Fig. 2 ein Diagramm mit dem Temperaturverlauf in 0 C an den einzelnen Messstellen der Messvorrichtung gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Mengen an eingespritztem Wasser;

Fig. 3 den Temperaturverlauf in 0 C an mehreren Messstellen in Abhängig¬ keit der eingespritzten Wassermenge in g/s; sowie

Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Zusammen¬ hang mit einer PEM-Brennstoffzelle.

Um einen Wärmeverlust nach außen bzw. einen Temperatureinfluss von außen zu vermeiden - was vor allem bei kleinen Durchflüssen von Bedeutung ist - kann das Messrohr eine thermische Isolierung aufweisen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zur Messung zumindest eines Parameters in einem Trägergas weist ein vom Trägergas durchströmtes Messrohr 2 auf, in welchem beispielsweise vier in Strömungsrichtung (Pfeile 3) des Trägergases hintereinander angeordnete Temperatursensoren Sl bis S4 an entsprechenden Messstellen MSl 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 gekenn¬ zeichnet. 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 MSl bis MS4 ergebenden Messwerte der Sensoren Sl bis S4 sind in Fig. 2 dargestellt, wobei durch die Buchstaben A bis K gekenn¬ zeichnete Messverläufe für elf unterschiedliche Wassermengen dargestellt sind. Die Berechnung der Austrittstemperatur, der relativen Feuchte und des Aerosol¬ gehaltes des Trägergases erfolgt auf der Basis der Kennfelder KFl, KF2 und KF3 und ggf. unter Berücksichtigung des Korrekturkennfeldes K k0n -. Im Unterschied zum dargestellten Beispiel kann man bei kleinen Gasmengen bzw. kleinen Mas¬ senströmen - durch Temperaturverluste im Messsystem - auch in Strömungs¬ richtung fallende Temperaturmesswerte beobachten.

"A" (Dosierung von "null" Wasser)

- Temperaturen:

- alle vier Temperaturen an den Messstellen MSl bis MS2 sind gleich

- Temperaturniveau ist maximal

- Temperatur entspricht in etwa der berechneten Temperatur (Tt he o*) nach adiabatischer Verdichtung

- Wasserzustand:

- kein Wasser dosiert

"B" (Dosierung von etwas Wasser)

- Temperaturen:

- alle vier Temperaturen sind gleich

- Temperaturniveau ist abgesenkt

- Temperatur entspricht berechneter Temperatur (T theo ) nach adiabati¬ scher Verdichtung und nach vollständiger Verdampfung des dosier¬ ten Wassers

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist vollständig verdampft

"C" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "B")

- Verhalten wie bei "B"

- Temperaturen:

- alle vier Temperaturen sind gleich

- Temperatumiveau ist weiter abgesenkt

- Temperatur entspricht T theo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist vollständig verdampft

"D" ( Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "C")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt

- Temperatur MSl beginnt abzufallen => Kühlung durch Aerosol-be- schuss !

- die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind gleich

- Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht Tt h eo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl noch nicht vollständig verdampft

- dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach¬ verdampft)

"E" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "D")

- Verhalten wie bei "D"

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt

- Temperatur MSl fällt stärker ab

- die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind noch gleich

- Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht Tt h eo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl nicht vollständig verdampft

- dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach¬ verdampft)

"F" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "E")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt

- Temperatur bei MSl fällt auf die Kühlgrenztemperatur GT ab (Mini¬ mum wird erreicht)

- die anderen drei Temperaturen MS2 bis MS4 sind noch gleich

- Temperatur bei MS2 bis MS4 entspricht T theo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl nicht vollständig verdampft

- dosiertes Wasser ist bei MS2 bis MS4 vollständig verdampft (nach¬ verdampft)

"G" ^Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "F")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MSl

- MSl bleibt bei GT

- Temperatur MS2 beginnt auch abzufallen

- die anderen zwei Temperaturen MS3 und MS4 sind noch gleich

- Temperatur bei MS2 und MS4 entspricht T theo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl und MS2 nicht vollständig verdampft

- dosiertes Wasser ist bei MS3 und MS4 vollständig verdampft (nach¬ verdampft)

"H" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "G")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, ausser bei MSl

- MSl bleibt bei GT

- Temperatur MS2 fällt noch stärker ab

- Temperatur MS3 beginnt auch abzufallen

- nur Temperatur bei MS4 entspricht noch T theo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl 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")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MSl

- MSl bleibt bei GT

- Temperatur MS2 fällt auch auf GT ab

- Temperatur MS3 fällt stärker ab

- Temperatur bei MS4 ist noch "stabil" und entspricht T theo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist bei MSl bis MS3 nicht vollständig verdampft

- dosiertes Wasser ist nur bei MS4 noch vollständig verdampft (nach¬ verdampft)

"J" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "I")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, ausser bei MSl und MS2

- MSl und MS2 bleiben bei GT

- Temperatur MS3 fällt auf GT ab

- Temperatur MS4 beginnt auch "abzusinken" und entspricht nicht mehr Ttheo

- Wasserzustand:

- dosiertes Wasser ist überall (bei MSl bis MS4) nicht mehr vollständig verdampft

"K" (Dosierung von etwas mehr Wasser als bei "J")

- Temperaturen:

- Temperaturniveau ist weiter abgesenkt, außer bei MSl bis MS3

- alle Temperaturen erreichen GT

- Wasserzustand

- dosiertes Wasser ist überall (bei MSl bis MS4) nicht mehr vollständig verdampft

Im Folgenden sind Beispiele für die Auswertung des Temperaturverlaufs unter Berücksichtigung der "typischen Temperaturverläufe" und der Kennfelder KFl bis KF3 angeführt:

- Temperaturmessung:

Bei mindestens zwei gleichen Temperaturmesswerten im austrittsseitigen Bereich des 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 Strö¬ mungsrichtung voran liegenden, wurde die Kühlgrenztemperatur GT offen¬ sichtlich noch nicht erreicht.

- Feuchtemessung:

Aus der Gasphasen-Temperatur wird die Feuchte abgeleitet. Dabei wird aus der Differenz zwischen der "adiabatischen Temperatur" (Temperatur nach Kompression ohne Wasserzugabe) und der gemessenen "Nass-Temperatur" (Temperatur nach Kompression mit Wasserzugabe) die verdampfte Was¬ sermenge abgeleitet und in die absolute oder relative Gasfeuchte umge¬ rechnet. Verwendet werden dabei die Kennfelder KFl und KF2. Die Ablei¬ tung ist dann gültig, wenn nicht bereits an allen Messstellen Aerosole auf¬ treten, also mindestens zwei der ausgangsseitigen Messstellen gleiche Tem¬ peraturmesswerte zeigen und die davor liegende Messstelle eine niedrigere Temperatur anzeigt.

- Aerosol-Nachweis:

Aus dem Temperaturverlauf an den Messstellen kann auf das Vorhanden¬ sein von Aerosolen sowie den Ort des Auftretens geschlossen werden. Wenn der Temperaturverlauf nicht mehr konstant ist (sondern über die Messstre¬ cke ansteigend), dann sind Aerosole vorhanden. Diese Aussage ist nur gül¬ tig, wenn nicht bereits überall die Kühlgrenztemperatur GT erreicht wurde. Zur Identifikation der GT kann das Kennfeld KF3 verwendet werden.

- Wandfilm-Nachweis:

Der Nachweis von Wandfilmen ist zumindest empirisch ebenfalls möglich, da bei Erreichen der Kühlgrenztemperatur GT bei allen Messstellen üblicher¬ weise im eintrittsseitigen Bereich ein Wandfilm vorliegt. Der Ort des Auf¬ tretens und die Art des Wandfilms sind allerdings von den verwendeten Komponenten und deren Geometrie abhängig.

Fig. 3 zeigt die Temperaturmesswerte T in 0 C für die Messstellen MSl bis MS4 in Abhängigkeit der zugemessenen Wassermenge in g/s, wobei ein Luftmassen¬ strom von 75g/s und eine Wassertemperatur von 62°C gewählt wurde. Beim Überschreiten von ca. 1,35 g/s H 2 O ist die Ausbildung von Aerosolen, bei der Überschreiten von ca. 2,0 g/s H 2 O 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 Brennstoffzelle 5 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 mit einem

Messrohr 2 mit beispielsweise fünf Temperatursensoren Sl bis S5 vorgeschaltet. Wie strichliert dargestellt, kann zur Befeuchtung des Brenngases (H 2 ) auch dem anodenseitigen Eingang der Brennstoffzelle 5 eine entsprechende Messvorrich¬ tung 1 mit Messrohr 2 vorgeschaltet sein. Die Temperatursensoren im Messrohr 2 sind äquidistant angeordnet und können auch in Form eines Messgitters ange¬ bracht sein, welches den Messrohrquerschnitt abdeckt, um die Temperaturmes¬ sung über den Messrohrquerschnitt zu mittein. Die Temperatursensoren Sl bis S5 stehen mit einer Auswerteeinrichtung 6 in Verbindung, welche eine Spei¬ chereinheit 7 zur Ablage der thermodynamisch abgeleiteten Kennfelder KFl, KF2, KF3 sowie ggf. eines Korrekturkennfeldes KFk 0n - aufweist.

Eine weitere Temperaturmessung T L des Trägergases kann vor dem Eintritt in den dem Messrohr 2 vorgeschalteten Kompressor 8 erfolgen. Weiters ist es mög¬ lich auch die Eintrittstemperatur T w des zugemessenen Wassers zu messen, wel¬ ches vor dem, in den oder nach dem Kompressor 8 zugeführt wird. Die Tempe¬ raturen T L und T w können bei der Erstellung der Kennfelder berücksichtigt wer¬ den.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind nicht nur bei Brennstoffzellen anwendbar, sondern überall wo Trägergase be¬ feuchtet werden.