AT524543A4

AT524543A4 - Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow

Info

Publication number: AT524543A4
Application number: ATA50211/2021A
Authority: AT
Inventors: Karanovic Dipl -Ing Stefan; Klug Dipl -Ing Dr Mba Andreas; Brunnhofer Dr Techn Georg; Krenn BSc Thomas
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-07-15
Also published as: AT524543B1

Abstract

Es sind Messvorrichtungen zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses mit einem Strömungsgehäuse (12), in dem ein Strömungskanal (10) ausgebildet ist, einem Differenzdrucksensor (20), über den eine Druckdifferenz im Strömungskanal (10) messbar ist, einem Feuchtigkeitssensor (62) und einem Dichtesensor (66), bekannt. Um eine solche Messvorrichtung unempfindlich gegen Wassertropfen im Fluidstrom zu machen, wird vorgeschlagen, dass an einem Fluidtrennbereich m Strömungsgehäuse (12) eine Abzweigung (46) ausgebildet ist, an der ein im Strömungsgehäuse (12) ausgebildeter Messkanal (54) vom Strömungskanal (10) abzweigt, an dessen begrenzender Gehäusewand (58) eine erste Anschlussöffnung (60) ausgebildet ist, an der der Feuchtigkeitssensor (62) angeschlossen ist und eine zweite Anschlussöffnung (64) ausgebildet ist, an der der Dichtesensor (66) angeschlossen ist.There are measuring devices for determining a nitrogen and/or hydrogen flow, with a flow housing (12) in which a flow channel (10) is formed, a differential pressure sensor (20) via which a pressure difference in the flow channel (10) can be measured, a humidity sensor ( 62) and a density sensor (66). In order to make such a measuring device insensitive to water droplets in the fluid flow, it is proposed that a branch (46) is formed in a fluid separation area in the flow housing (12), at which a measuring channel (54) formed in the flow housing (12) separates from the flow channel (10). branches off, on the delimiting housing wall (58) of which a first connection opening (60) is formed, to which the moisture sensor (62) is connected and a second connection opening (64) is formed, to which the density sensor (66) is connected.

Description

Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/ oder Measuring device for determining a nitrogen and / or

Wasserstoffdurchflusses hydrogen flow

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses mit einem Strömungsgehäuse, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist, einem Differenzdrucksensor, über den eine Druckdifferenz im Strömungskanal The invention relates to a measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow, with a flow housing in which a flow channel is formed, a differential pressure sensor via which a pressure difference in the flow channel

messbar ist, einem Feuchtigkeitssensor und einem Dichtesensor. is measurable, a humidity sensor and a density sensor.

Derartige Messvorrichtungen dienen zur exakten und schnellen Bestimmung eines Durchflusses in Brennstoffzellensystemen, wie beispielsweise eines Stickstoff- und Wasserstoffdurchflusses in Anodengaskreisläufen, oder auch in Verbrennungsmotoren, in denen Wasserstoff als Kraftstoff verwendet wird. Dabei kann der ermittelte Durchfluss sowohl zur Regelung der Brennstoffzelle beziehungsweise der Wasserstoffzufuhr zu einem Verbrennungsmotor als auch zur Analyse Such measuring devices are used to precisely and quickly determine a flow in fuel cell systems, such as a nitrogen and hydrogen flow in anode gas circuits, or in internal combustion engines in which hydrogen is used as a fuel. The determined flow rate can be used both to regulate the fuel cell or the hydrogen supply to an internal combustion engine and for analysis

eines Brennstoffzellensystems oder einer Verbrennung im Motor dienen. a fuel cell system or combustion in the engine.

Die Bestimmung des Durchflusses erfolgt üblicherweise durch eine Differenzdruck- und Dichtemessung, wobei zusätzlich eine Korrektur in Abhängigkeit der vorhandenen relativen Feuchte vorgenommen werden muss. Um genaue Messwerte zu liefern, müssen die verwendeten Sensoren bei der Messung von Gasgemischen möglichst unempfindlich gegen die Anwesenheit von Wasser beziehungsweise Wasserdampf und ein mögliches Gefrieren des Wassers sein beziehungsweise gegen die Anwesenheit von Wasser geschützt werden. Des Weiteren sind durch die The flow rate is usually determined by measuring the differential pressure and density, with an additional correction depending on the relative humidity present having to be made. In order to deliver precise measured values, the sensors used when measuring gas mixtures must be as insensitive as possible to the presence of water or water vapor and possible freezing of the water or be protected against the presence of water. Furthermore, through the

Messung auftretende Druckverluste zu minimieren. measurement to minimize pressure losses.

Eine korrekte Differenzdruckmessung wird beispielweise mit Pitotrohren beziehungsweise Prandtirohren durchgeführt. Um hier zuverlässige Messwerte zu erhalten, sollte eine der vorhandenen Messöffnungen A correct differential pressure measurement is carried out, for example, with Pitot tubes or Prandti tubes. In order to obtain reliable measured values here, one of the existing measuring openings should be

möglichst zur Strömung gerichtet sein, so dass ein Druck, bestehend aus be directed as far as possible to the flow, so that a pressure consisting of

dem Staudruck aufgrund der vorhandenen Strömungsgeschwindigkeit und dem statischen Druck zu einem Druckaufnehmer geleitet wird. Dieser misst entweder eine Druckdifferenz zu einem Druck, der über eine Druckmessöffnung an einer Position des Staurohres gemessen wird, die strömungsabgewandt oder senkrecht zur Strömung angeordnet ist und somit zumindest näherungsweise keinem Staudruck unterliegt. Entsprechend wird eine Druckdifferenz zum vorhandenen statischen Druck gemessen. Der Staudruck beziehungsweise dynamische Druck ist somit der Druck, den das strömende Medium durch seine Geschwindigkeit und seine Masse ausübt, Somit bildet die Druckdifferenz zumindest ein Maß für die kinetische Energie des stirömenden Mediums. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist, desto größer ist entsprechend der Staudruck, so dass dieser ein Maß für den Volumenstrom und/oder einer Geschwindigkeit darstellt, Die zur Strömung gerichtete Öffnung befindet sich üblicherweise in einem Bereich, in dem ein möglichst großer dynamischer Anteil des Druckes vorliegt. Dies ist bei laminaren Strömungen im mittleren Bereich eines Strömungskanals der Fall. Bei der Verwendung derartiger Differenzdrucksensorvorrichtungen besteht das Problem, dass diese für die Messung von Wasser enthaltenden Gasgemischen nicht geeignet sind, da gefrierendes Wasser die Druckmessöffnungen oder -kanäle verstopfen kann, so dass Messungen in Umgebungen wie dem Anodengaskreislauf einer Brennstoffzelle, in dem the dynamic pressure due to the existing flow rate and the static pressure is routed to a pressure sensor. This either measures a pressure difference to a pressure which is measured via a pressure measuring opening at a position of the pitot tube which is arranged away from the flow or perpendicular to the flow and is therefore at least approximately not subject to any ram pressure. Accordingly, a pressure difference to the existing static pressure is measured. The back pressure or dynamic pressure is thus the pressure exerted by the flowing medium due to its speed and its mass. The pressure difference thus forms at least a measure of the kinetic energy of the flowing medium. The higher the flow speed, the greater the dynamic pressure, so that this represents a measure of the volume flow and/or a speed. The opening directed towards the flow is usually in an area in which the largest possible dynamic part of the pressure is present . This is the case with laminar flows in the central area of a flow channel. When using such differential pressure sensor devices, there is the problem that they are not suitable for measuring water-containing gas mixtures, since freezing water can clog the pressure measurement openings or channels, so that measurements in environments such as the anode gas circuit of a fuel cell in which

Wasser enthalten ist, fehlerbehaftet sind. water is contained, are defective.

Zur Bestimmung des Durchflusses ist neben der Verwendung solcher Differenzdrucksensorvorrichtungen zusätzlich die Messung der Dichte des Flulds über einen Dichtesensor notwendig. Dieser ist ebenfalls empfindlich gegen die Anwesenheit von Wasser, so dass ein Kontakt der Wassertropfen mit dem Sensor zu einer Verfälschung der Messergebnisse führt. In order to determine the flow, in addition to using such differential pressure sensor devices, it is also necessary to measure the density of the fluid using a density sensor. This is also sensitive to the presence of water, so that if the water droplets come into contact with the sensor, the measurement results will be falsified.

So wird in der AT 520416 A1 eine Messvorrichtung zum Detektieren einer Thus, in AT 520416 A1, a measuring device for detecting a

Messgröße eines partikelbeladenen Fluids oder Aerosols vorgeschlagen, Measured variable of a particle-loaded fluid or aerosol proposed,

bei dem im Strömungskanal ein Separationsbereich ausgebildet wird, an dem der Gasstrom mittels eines Umlenkelementes in einen Teilstrom mit Partikeln und einen Teilstrom ohne darin enthaltene Partikel getrennt wird. Während die Flüssigkeits- oder Festpartikel aufgrund ihrer Trägheit geradeaus durch den Strömungskanal strömen, wird der andere Teilstrom in einen Messkanal umgelenkt und gelangt partikelfrei zu den dort angeordneten Messgeräten, welche entsprechend vor den Partikeln in which a separation area is formed in the flow channel, in which the gas flow is separated by means of a deflection element into a partial flow with particles and a partial flow without particles contained therein. While the liquid or solid particles flow straight through the flow channel due to their inertia, the other partial flow is deflected into a measuring channel and reaches the measuring devices arranged there free of particles, which are accordingly in front of the particles

geschützt werden. to be protected.

Problematisch ist jedoch, dass dieser Separationsbereich mit seinem Umlenkelement einen großen Druckverlust verursacht, der bei der Verwendung zur Messung der Durchflüsse an Brennstoffzellen zu einer Rückwirkung auf die Brennstoffzelle führen würde, wodurch Fehler bei der Beurteilung des Normalbetriebs entstehen. Entsprechend wird auch keine The problem, however, is that this separation area with its deflection element causes a large pressure loss, which would have an effect on the fuel cell when used to measure the flow rates in fuel cells, resulting in errors in the assessment of normal operation. Accordingly, none will

Anordnung zur Messung eines Durchflusses offenbart. Arrangement for measuring a flow disclosed.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses zur Verfügung zu stellen, die unempfindlich gegen das Vorhandensein von Wasser ist, und möglichst keine Rückwirkung auf die Brennstoffzelle oder den It is therefore the task of making available a measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow which is insensitive to the presence of water and, if possible, has no repercussions on the fuel cell or the fuel cell

Verbrennungsmotor bei der Messung ausübt. Combustion engine exerts in the measurement.

Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses mit den Merkmalen des This object is achieved by a measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow with the characteristics of

Hauptanspruchs 1 gelöst. Main claim 1 solved.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoffund/oder Wasserstoffdurchflusses weist ein Strömungsgehäuse auf, in dem ein Strömungskanal ausgebildet ist. Der Strömungskanal ist beispielsweise rohrförmig. Die Messvorrichtung weist einen Differenzdrucksensor auf, über den eine Druckdifferenz im The measuring device according to the invention for determining a nitrogen and/or hydrogen flow has a flow housing in which a flow channel is formed. The flow channel is tubular, for example. The measuring device has a differential pressure sensor via which a pressure difference in the

Strömungskanal messbar ist. Dieser kann beispielsweise als Staurohr oder Flow channel is measurable. This can, for example, as a pitot tube or

Düse ausgebildet werden. Des Weiteren weist die Messvorrichtung einen Feuchtigkeitssensor auf, über den die relative Feuchte des Gasstroms gemessen werden kann. Als Feuchtigkeitssensoren kann beispielsweise ein kapazitiver Dünnfilm-Polymersensor genutzt werden. Dessen Messwerte dienen zur Korrektur des gemessenen Drucks und der Dichte und damit des zu bestimmenden Durchflusses und geben darüber hinaus wichtige Anhaltspunkte zur Funktion der Brennstoffzelle. Des Weiteren ist in der Messvorrichtung ein Dichtesensor vorhanden, der beispielsweise als MEMS- Schwingsensor ausgeführt wird. Diese Dichtesensoren enthalten üblicherweise auch einen Temperatursensor. Bei diesen Sensoren ist die Stimmgabel vom Fluid umgeben und wird elektrisch in Schwingung versetzt. Durch die resultierende Resonanzfrequenz ist auf die Dichte des umgebenden Mediums zu schließen. Erfindungsgemäß ist an einem Fluidtrennbereich im Strömungsgehäuse eine Abzweigung ausgebildet, an der ein im Strömungsgehäuse ausgebildeter Messkanal vom Strömungskanal abzweigt. Entsprechend ist keine größere Einschnürung, die zu einem Druckverlust führen könnte, vorhanden. Dennoch strömen Partikel, wie Wassertropfen aufgrund ihrer Trägheit nicht in den abzweigenden Messkanal, sondern bewegen sich weiter auf gerader Bahn im Strömungskanal. An der begrenzenden Gehäusewand des Messkanals ist eine erste Anschlussöffnung ausgebildet, an der der Feuchtigkeitssensor angeschlossen ist und eine zweite Anschlussöffnung ausgebildet, an der der Dichtesensor angeschlossen ist, so dass sowohl der Feuchtesensor als auch der Dichtesensor vor Partikeln, wie Wassertropfen, weitestgehend geschützt ist, so dass beide Sensoren zuverlässige Messwerte liefern. Hinzu kommt, dass die gesamte Messvorrichtung sehr kompakt aufgebaut ist und das gesamte Strömungsgehäuse mit dem Strömungskanal, dem Messkanal und den entsprechenden Anschlussöffnungen sehr klein beispielsweise im 3DDruck hergestellt werden kann. So ist auch eine nachträgliche Integration in bestehende Anodengaskreisläufe oder Wasserstoff beziehungsweise nozzle are formed. Furthermore, the measuring device has a humidity sensor, via which the relative humidity of the gas flow can be measured. A capacitive thin-film polymer sensor, for example, can be used as a moisture sensor. Its measured values are used to correct the measured pressure and density and thus the flow rate to be determined, and also provide important information on the function of the fuel cell. Furthermore, a density sensor is present in the measuring device, which is embodied, for example, as a MEMS oscillating sensor. These density sensors usually also contain a temperature sensor. In these sensors, the tuning fork is immersed in fluid and electrically vibrated. The density of the surrounding medium can be deduced from the resulting resonance frequency. According to the invention, a branch is formed at a fluid separation area in the flow housing, at which a measuring channel formed in the flow housing branches off from the flow channel. Accordingly, there is no major constriction that could lead to a pressure loss. Nevertheless, particles such as water droplets do not flow into the branching measuring channel due to their inertia, but continue to move on a straight path in the flow channel. A first connection opening, to which the humidity sensor is connected, and a second connection opening, to which the density sensor is connected, are formed on the limiting housing wall of the measuring channel, so that both the humidity sensor and the density sensor are largely protected from particles such as water drops. so that both sensors provide reliable readings. In addition, the entire measuring device is very compact and the entire flow housing with the flow channel, the measuring channel and the corresponding connection openings can be produced very small, for example using 3D printing. Subsequent integration into existing anode gas circuits or hydrogen, respectively, is also possible

Stickstoff führende Leitungen möglich. Nitrogen-carrying lines possible.

Die Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses ist dazu ausgebildet, entweder Stickstoff oder Wasserstoff oder eine Gasmischung aus Stickstoff und Wasserstoff zu The measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow is designed to add either nitrogen or hydrogen or a gas mixture of nitrogen and hydrogen

MESSEN. MEASURE UP.

Vorzugsweise ragt der Differenzdrucksensor in den Strömungskanal und weist zwei im Strömungskanal angeordnete Druckmessöffnungen auf, die mit einem Differenzdruckmessgerät fluidisch verbunden sind. Entsprechend kann der Differenzdrucksensor als Pitotrohr oder PrandtliStaurohr ausgeführt werden, wobei die erste Druckmessöffnung zur Strömung weist und die andere Druckmessöffnung entweder strömungsabgewandt oder senkrecht zur Strömung angeordnet ist, so dass an der zweiten Öffnung lediglich der statische Druck anliegt, wodurch die Differenz ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal darstellt. Ein solches Pitotrohr kann im 3D-Druck einstückig mit dem Strömungsgehäuse hergestellt und so klein ausgeführt werden, dass der Druckverlust im Strömungskanal vernachlässigbar ist und nicht zu Rückwirkungen auf die Brennstoffzelle oder auch den The differential pressure sensor preferably protrudes into the flow channel and has two pressure measurement openings which are arranged in the flow channel and are fluidically connected to a differential pressure measuring device. Accordingly, the differential pressure sensor can be designed as a Pitot tube or Prandtli tube, with the first pressure measurement opening facing the flow and the other pressure measurement opening either facing away from the flow or arranged perpendicular to the flow, so that only the static pressure is present at the second opening, whereby the difference is a measure of the Flow velocity in the flow channel represents. Such a pitot tube can be produced in one piece with the flow housing using 3D printing and made so small that the pressure loss in the flow channel is negligible and there are no repercussions on the fuel cell or the fuel cell

Verbrennungsmotor führt. Combustion engine leads.

Grundsätzlich können anstelle des Differenzdruckmessgerätes auch zwei Drucksensoren vorgesehen sein, wobei aus den Messwerten der beiden In principle, two pressure sensors can also be provided instead of the differential pressure measuring device, with the measured values of the two

Drucksensoren eine Differenz gebildet wird. Pressure sensors a difference is formed.

Der Differenzdrucksensor ist vorzugsweise stromaufwärts des Fluidtrennbereiches im Strömungskanal angeordnet, so dass die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal und nicht die druckverlustbehaftete Strömungsgeschwindigkeit im Messkanal gemessen The differential pressure sensor is preferably arranged upstream of the fluid separation area in the flow channel, so that the actual flow rate in the flow channel and not the pressure-loss-prone flow rate in the measuring channel is measured

wird, wodurch Messfehler minimiert werden. is used, thereby minimizing measurement errors.

Vorzugsweise ist der Messkanal im Bereich der Abzweigung zumindest um Preferably, the measuring channel is at least around in the area of the branch

45°, vorzugsweise um 90°, zum Strömungskanal angestellt. Eine derartige 45°, preferably 90°, to the flow channel. Such a

Ablenkung führt dazu, dass die Partikel und Wassertropfen nicht in den Messkanal strömen, da die Trägheitskraft aufgrund der Masse dieser Deflection causes the particles and water droplets not to flow into the measurement channel because of the inertial force due to the mass of these

Teilchen größer ist als die treibende Strömungskraft in den Messkanalı. particle is larger than the driving flow force in the measuring channel.

Im weiteren Verlauf ist stromabwärts der Abzweigung des Messkanals eine Umlenkung ausgebildet, von der aus sich der Messkanal im Wesentlichen parallel zum Strömungskanal erstreckt. Diese Umlenkung entspricht somit im Wesentlichen der Umlenkung des abzweigenden Messkanals vom Strömungskanal, jedoch in entgegengesetzter Richtung. So kann der Messkanal einstückig mit dem Strömungskanal hergestellt werden. Durch In the further course, downstream of the branching off of the measuring channel, a deflection is formed, from which the measuring channel extends essentially parallel to the flow channel. This deflection thus essentially corresponds to the deflection of the measuring channel branching off from the flow channel, but in the opposite direction. The measuring channel can thus be produced in one piece with the flow channel. Through

die parallele Strömungsführung wird auch der Platzbedarf minimiert. the parallel flow guidance also minimizes the space requirement.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn unmittelbar stromaufwärts der Abzweigung eine Wölbung an einer Innenwand des Strömungskanals ausgebildet ist. Diese führt ebenfalls dazu, dass die in der Nähe der Abzweigung entlang strömenden Tropfen beziehungsweise Partikel von der Öffnung der Abzweigung weg weisend abgelenkt werden. Auf diese Weise werden auch Partikel mit einer noch geringeren Masse an der Öffnung der Abzweigung vorbeigeführt und somit zuverlässig eine Einströmung in den Messkanal verhindert, so dass die Partikel vom Dichtesensor und vom In addition, it is advantageous if a bulge is formed on an inner wall of the flow channel immediately upstream of the branch. This also has the effect that the drops or particles flowing along in the vicinity of the branch are deflected and pointing away from the opening of the branch. In this way, particles with an even lower mass are guided past the opening of the branch and thus reliably prevented from flowing into the measuring channel, so that the particles from the density sensor and from the

Feuchtesensor weggehalten werden. Humidity sensor are kept away.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Huidtrennbereich der Strömungskanal in einen ersten Kanalabschnitt und einen zweiten kleineren Kanalabschnitt durch eine Trennwand getrennt, wobei der Messkanal am zweiten, kleineren Kanalabschnitt abzweigt. Die möglichst dünn auszuführende Trennwand verhindert oder vermindert zumindest eine Turbulenzbildung, die sich auf den Strömungskanal auswirkt und auch größere Partikel ungewollt ablenken könnte. So wird der Druckverlust minimiert und die Rückwirkung auf die Brennstoffzelle oder In a preferred embodiment, the flow channel is divided into a first channel section and a second, smaller channel section by a partition at the fluid separation area, with the measuring channel branching off at the second, smaller channel section. The partition wall, which is to be made as thin as possible, prevents or at least reduces the formation of turbulence, which affects the flow channel and could also unintentionally deflect larger particles. This minimizes the pressure loss and the repercussions on the fuel cell or

auch den Verbrennungsmotor reduziert. also reduced the internal combustion engine.

Vorzugsweise weist das Strömungsgehäuse eine Einlassöffnung auf, in die ein Wasserstoffstrom oder Stickstoffstrom aus einem Förderkanal eines Brennstoffzellensystems in die Messvorrichtung einströmt und eine Auslassöffnung auf, aus der der Wasserstoffstrom oder der Stickstoffstrom zurück in den Förderkanal des Brennstoffzellensystems strömt, so dass die gesamte Messvorrichtung einfach in ein bestehendes System durch The flow housing preferably has an inlet opening, into which a stream of hydrogen or nitrogen flows from a delivery channel of a fuel cell system into the measuring device, and an outlet opening, from which the stream of hydrogen or nitrogen flows back into the delivery channel of the fuel cell system, so that the entire measuring device can simply flow into an existing system

Anschließen der Ein- und Auslassöffnung eingesetzt werden kann. Connecting the inlet and outlet port can be used.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung führt von der zweiten Anschlussöffnung eine Leitung über den Dichtesensor zu einer Pumpe, über die der Wasserstoffstrom oder der Stickstoffstrom aus dem Messkanal über den Dichtesensor förderbar ist. Entsprechend kann kontinuierlich ein Gasstrom am Dichtesensor vorbeigeführt werden, so In a particularly preferred embodiment of the invention, a line leads from the second connection opening via the density sensor to a pump, via which the hydrogen stream or the nitrogen stream can be conveyed from the measuring channel via the density sensor. Accordingly, a gas stream can be continuously guided past the density sensor, see above

dass dieser zeitnah genaue Messergebnisse liefert. that it delivers accurate measurement results in a timely manner.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist die Pumpe eine pulsationsfreie oder pulsationsarme Pumpe, beispielsweise3 eine Teslapumpe. Somit werden Druckpulsationen, die zu Dichtedifferenzen In a further embodiment, the pump is a pulsation-free or low-pulsation pump, for example a Tesla pump. Thus, pressure pulsations that lead to density differences

führen würden, zuverlässig vermieden oder zumindest minimiert. would lead to, reliably avoided or at least minimized.

Am Strömungsgehäuse ist vorteilhafterweise eine dritte Anschlussöffnung ausgebildet, in die die Leitung, in der die Pumpe angeordnet ist, mündet. Entsprechend kann der Gasstrom einfach in den Strömungskanal zurückgeführt werden, so dass keine Entnahme erforderlich ist oder an den Systemleitungen zusätzliche Anschlüsse vorgenommen werden A third connection opening, into which the line in which the pump is arranged opens, is advantageously formed on the flow housing. Accordingly, the gas flow can simply be fed back into the flow channel, so that no removal is required or additional connections are made to the system lines

müssen. have to.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dritte Anschlussöffnung an der Gehäusewand des Messkanals ausgebildet ist, so dass der entnommene Gasstrom auch wieder dem Messkanal zugeführt wird. Entsprechend wird der gesamte dem Strömungskanal über den Messkanal entnommene It is particularly advantageous if the third connection opening is formed on the housing wall of the measuring channel, so that the gas stream that has been removed is also fed back into the measuring channel. Correspondingly, the whole of the flow channel is taken via the measuring channel

Gasstrom gemeinsam wieder zurückgeführt, wodurch lediglich eine Gas stream recirculated together, making only one

geringe Beeinflussung der Strömung entsteht, insbesondere, wenn der Messkanal stetig in den Strömungskanal übergeht, als in einem spitzen little influence on the flow occurs, especially when the measuring channel merges steadily into the flow channel, as in a sharp

Winkel in diesem Zuströmbereich zum Strömungskanal angeordnet ist. Angle is arranged in this inflow to the flow channel.

Vorzugsweise ist der Feuchtesensor an der ersten Anschlussöffnung und der Dichtesensor an der zweiten Anschlussöffnung befestigt. So kann die The moisture sensor is preferably attached to the first connection opening and the density sensor is attached to the second connection opening. That's how she can

gesamte Messvorrichtung vormontiert und als ein Teil eingebaut werden. entire measuring device can be preassembled and installed as one part.

Vorteilhaftweise ist der Differenzdrucksensor als Pitotrohr ausgebildet. Dieses kann sehr klein im 3D-Druck hergestellt werden und liefert je nach The differential pressure sensor is advantageously designed as a pitot tube. This can be produced very small in 3D printing and delivers depending on the

Ausführung über einen weiten Messbereich sehr genaue Messwerte. Execution over a wide measuring range very precise measured values.

Des Weiteren sind am Strömungsgehäuse zwei Druckanschlussöffnungen ausgebildet, über die die Druckmessöffnungen des Pitotrohres mit dem Druckmessgerät fluidisch verbunden sind. So lässt sich das Druckmessgerät besonders einfach an der Messvorrichtung anordnen und Furthermore, two pressure connection openings are formed on the flow housing, via which the pressure measuring openings of the pitot tube are fluidly connected to the pressure measuring device. In this way, the pressure gauge can be arranged particularly easily on the measuring device and

somit ebenfalls integrieren. thus also integrate.

Besonders bevorzugt ist es, wenn zumindest zwei Heizanschlussöffnungen am Strömungsgehäuse ausgebildet sind, die mit einem Heizkanal am Pitotrohr fluidisch verbunden sind, wodurch vorhandene Wassertropfen oder Eis aufgelöst werden kann, so dass Messfehler zuverlässig vermieden It is particularly preferred if at least two heating connection openings are formed on the flow housing, which are fluidically connected to a heating channel on the pitot tube, as a result of which existing water droplets or ice can be dissolved, so that measurement errors are reliably avoided

werden können. can become.

In einer hierzu weiterführenden Ausführung ist am Strömungsgehäuse eine erste Heizanschlussöffnung ausgebildet, über die Fluid in den Heizkanal strömt und eine zweite Heizanschlussöffnung ausgebildet, über die Fluid aus dem Heizkanal hinausströmt. Dieses Fluid ist insbesondere ein Heizfluid. Dabei kann zwischen den Heizanschlussöffnungen ein Wärmetauscher angeordnet werden, so dass dem Pitotrohr stetig ein In a further embodiment of this, a first heating connection opening is formed on the flow housing, through which fluid flows into the heating channel, and a second heating connection opening is formed, through which fluid flows out of the heating channel. This fluid is in particular a heating fluid. A heat exchanger can be arranged between the heating connection openings, so that the pitot tube continuously

warmer Fluidstrom zur Erwärmung im Kreislauf zugeführt werden kann. warm fluid stream can be supplied for heating in the circuit.

Der Heizkanal ist dabei vorzugsweise zumindest abschnittsweise im Pitotrohr parallel zu den Druckmesskanälen angeordnet, so dass über die gesamte Höhe der Druckmesskanäle eine Aufheizung entsteht, durch die ein Einfluss von kondensierendem Wasser, Wassertropfen oder Eis The heating channel is preferably arranged at least in sections in the pitot tube parallel to the pressure measuring channels, so that heating occurs over the entire height of the pressure measuring channels, through which an influence of condensing water, water drops or ice

zuverlässig verhindert werden kann. can be reliably prevented.

Es wird somit eine Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoffund/oder Wasserstoffdurchflusses geschaffen, die auch bei Anwesenheit von Wasser zuverlässige Messergebnisse liefert. Es wird sowohl ein Eindringen von Wasser in die Messkanäle vermieden, als auch vorhandenes Eis schnell abgetaut. Der vorhandene Druckverlust wird durch Minimierung der Strömungswiderstände verringert, so dass eine Rückwirkung auf einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle zuverlässig reduziert wird. Des Weiteren wird eine gute Auflösung der zu messenden Durchflüsse erreicht, so dass Messungen beispielsweise zwischen 10 und 1500l/min mit großer Genauigkeit durchgeführt werden können. Zusätzlich kann das Strömungsgehäuse mit dem Differenzdrucksensor und den Anschlüssen kostengünstig einstückig im 3D-Druckverfahren hergestellt und einfach in bestehende Anlagen A measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow is thus created, which also supplies reliable measuring results when water is present. Ingress of water into the measuring channels is avoided and existing ice is quickly thawed. The existing pressure loss is reduced by minimizing the flow resistance, so that any reaction on an internal combustion engine or a fuel cell is reliably reduced. Furthermore, a good resolution of the flow rates to be measured is achieved, so that measurements, for example between 10 and 1500l/min, can be carried out with great accuracy. In addition, the flow housing with the differential pressure sensor and the connections can be inexpensively manufactured in one piece using the 3D printing process and easily integrated into existing systems

integriert werden. to get integrated.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoff- und/oder Wasserstoffdurchflusses ist in den An embodiment of a measuring device according to the invention for determining a nitrogen and / or hydrogen flow is in the

Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Figures shown and will be described below.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung der Messvorrichtung mit Figure 1 shows a perspective view of the measuring device

schematisch dargestellten Sensoren. Die Figur 2 zeigt eine Seitenansicht der Messvorrichtung aus Figur 1 mit sensors shown schematically. FIG. 2 shows a side view of the measuring device from FIG

schematisch dargestellten Sensoren und aufgeschnittener Schematically shown sensors and sliced

Strömungsgehäusewand. flow housing wall.

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Bestimmung eines Stickstoffund/oder Wasserstoffdurchflusses besteht aus einem Strömungskanal 10, der durch ein Strömungsgehäuse 12 mit einer Innenwand 14 radial begrenzt wird und durch den der Stickstoff- und/oder Wasserstoffstrom, beispielsweise aus einem Anodengaskreislauf einer PEM-Brennstoffzelle strömt. Entsprechend weist das Strömungsgehäuse 12 eine Einlassöffnung 16 auf, über die das Medium in die Messvorrichtung einströmt und eine Auslassöffnung 18 auf, über die das Medium den Strömungskanal 10 der Messvorrichtung wieder verlässt. Stromabwärts der Einlassöffnung 16 ragt in den Strömungskanal 10 ein Differenzdrucksensor 20, der in vorliegendem Ausführungsbeispiel als Pitotrohr 22 ausgebildet ist. Mittels des Pitotrohres 22 wird der dynamische Anteil des wirkenden Druckes beziehungsweise der Staudruck bestimmt, über den bei bekannter Dichte die mittlere Geschwindigkeit berechnet werden kann, welche wiederum mit dem Querschnitt des Strömungskanals in einen Durchfluss umgerechnet werden kann. Der Differenzdrucksensor 20 ist insbesondere The measuring device according to the invention for determining a nitrogen and/or hydrogen flow consists of a flow channel 10, which is radially delimited by a flow housing 12 with an inner wall 14 and through which the nitrogen and/or hydrogen flow, for example from an anode gas circuit of a PEM fuel cell, flows. Correspondingly, the flow housing 12 has an inlet opening 16 through which the medium flows into the measuring device and an outlet opening 18 through which the medium leaves the flow channel 10 of the measuring device again. A differential pressure sensor 20 , which is designed as a pitot tube 22 in the present exemplary embodiment, protrudes into the flow channel 10 downstream of the inlet opening 16 . The dynamic component of the acting pressure or the dynamic pressure is determined by means of the Pitot tube 22, via which the average speed can be calculated when the density is known, which in turn can be converted into a flow rate using the cross section of the flow channel. The differential pressure sensor 20 is in particular

als Differenzdrucksonde ausgebildet. designed as a differential pressure probe.

Das Pitotrohr 22 weist eine erste Druckmessö6öffnung 24 auf, die zur Strömung gerichtet ist, also über ihren gesamten Öffnungsquerschnitt orthogonal angeströmt wird. Bei der Ausführung des Pitotrohres 22 als Staurohr weist dieses eine zweite Druckmessöffnung 26 auf, die strömungsabgewandt angeordnet ist, Jedoch in anderen Ausführungen auch einen Öffnungsquerschnitt aufweisen kann, der senkrecht zur Strömung liegt. In beiden Fällen liegt an der zweiten Druckmessöffnung 26 lediglich ein statischer Druck an, während an der ersten Druckmessöffnung 24 der Gesamtdruck, der aus dem statischen und dem dynamischen Anteil besteht, anliegt. Die gemessene Druckdifferenz ergibt entsprechend ein Maß für den dynamischen Anteil des Druckes beziehungsweise den Staudruck im Strömungskanal 10 und somit ein Maß The pitot tube 22 has a first pressure-measuring oil opening 24 which is directed towards the flow, ie the flow is orthogonal over its entire opening cross-section. When the pitot tube 22 is designed as a pitot tube, it has a second pressure measurement opening 26 which is arranged away from the flow. However, in other designs it can also have an opening cross section which is perpendicular to the flow. In both cases, only a static pressure is present at the second pressure measurement opening 26, while the total pressure, which consists of the static and the dynamic component, is present at the first pressure measurement opening 24. The measured pressure difference accordingly gives a measure of the dynamic component of the pressure or the dynamic pressure in the flow channel 10 and thus a measure

für die Geschwindigkeit der Strömung im Strömungskanal 10. for the velocity of the flow in the flow channel 10.

Die erste Druckmessöffnung 24 führt in einen ersten, sich orthogonal zur Druckmessöffnung 24 und somit entlang der Länge des Pitotrohres 22 und orthogonal zur Mittelachse des Strömungskanals 10 erstreckenden Druckmesskanal 28, der an einer ersten Druckanschlussöffnung 29 am Strömungsgehäuse 12 endet, die mit einem Differenzdruckmessgerät 30 verbunden ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Drucktransmitter oder Druckmessumformer handeln, an dem der im Druckmesskanal 28 wirkende Druck in einer Messkammer wirkt, die durch eine Membran begrenzt ist, die durch den auf sie wirkenden Druck ausgelenkt wird, wobei die Auslenkung in eine Spannung umgewandelt The first pressure measuring opening 24 leads into a first pressure measuring channel 28, which extends orthogonally to the pressure measuring opening 24 and thus along the length of the Pitot tube 22 and orthogonally to the central axis of the flow channel 10, which ends at a first pressure connection opening 29 on the flow housing 12, which is connected to a differential pressure gauge 30 is. This can be a pressure transmitter or pressure transducer, for example, on which the pressure acting in the pressure measuring channel 28 acts in a measuring chamber that is delimited by a membrane that is deflected by the pressure acting on it, with the deflection being converted into a voltage

wird, die wiederum ein Maß für den anliegenden Druck ist. is, which in turn is a measure of the applied pressure.

Die zweite Druckmessö6öffnung 26 führt in einen zweiten, sich ebenfalls orthogonal zur Druckmessöffnung 26 und somit entlang der Länge des Pitotrohres 22 und orthogonal zur Mittelachse des Strömungskanals 10 erstreckenden zweiten Druckmesskanal 32, der somit parallel zum ersten Druckmesskanal 28 verläuft und ebenfalls an einer Druckanschlussöffnung 33 mündet, die mit dem Differenzdruckmessgerät 30 verbunden ist. Bei Verwendung eines Drucktransmitters kann der Druck aus dem zweiten Druckmesskanal 28 beispielweise in eine zweite Messkammer geleitet werden, die ebenfalls durch die Membran begrenzt ist, Jedoch an der gegenüberliegenden Seite der Membran wirkt, so dass die Auslenkung der Membran ein Maß für die anliegende Druckdifferenz ist. Selbstverständlich The second pressure measuring port 26 leads into a second pressure measuring port 32, which also extends orthogonally to the pressure measuring port 26 and thus along the length of the Pitot tube 22 and orthogonally to the central axis of the flow channel 10, which thus runs parallel to the first pressure measuring port 28 and also opens out at a pressure connection opening 33 , which is connected to the differential pressure gauge 30. When using a pressure transmitter, the pressure from the second pressure measuring channel 28 can be conducted, for example, into a second measuring chamber, which is also delimited by the membrane, but acts on the opposite side of the membrane, so that the deflection of the membrane is a measure of the pressure difference present . Of course

können aber auch andere Druckmessgeräte 30 verwendet werden. however, other pressure gauges 30 can also be used.

Das Strömungsgehäuse 12 kann mit dem Pitotrohr 22 und den darin ausgestalteten Druckmesskanälen 28, 32 durch 3D-Druck hergestellt werden, wodurch Kanäle mit sehr kleinem Durchmesser realisierbar sind. Durch diese sehr kleinen Druckmessöffnungen 24, 26 und Druckmesskanäle 28, 32 wird der Strömungswiderstand im Strömungskanal 10 minimiert und die Wahrscheinlichkeit eines The flow housing 12 can be produced with the pitot tube 22 and the pressure measurement channels 28, 32 designed therein by 3D printing, as a result of which channels with a very small diameter can be realized. These very small pressure measurement openings 24, 26 and pressure measurement channels 28, 32 minimize the flow resistance in the flow channel 10 and the probability of a

Eindringens von Wasser in die Druckmesskanäle 28, 32 deutlich reduziert, Penetration of water in the pressure measuring channels 28, 32 is significantly reduced,

da die Oberflächenspannungen des Wassers überwunden werden müssten. Um jedoch auch eine Eisbildung an den Druckmessöffnungen 24, 26 oder in den Druckmesskanälen 28, 32 durch kondensierenden Wasserdampf und gefrierendes Wasser zu verhindern, wie es beispielsweise beim Ausschalten einer Brennstoffzelle im Wasserstoff-/Stickstoffgemisch auftreten kann, ist im Pitotrohr 22 zusätzlich zumindest ein Heizkanal 34 since the surface tension of the water would have to be overcome. However, in order to prevent ice from forming on the pressure measurement openings 24, 26 or in the pressure measurement channels 28, 32 as a result of condensing water vapor and freezing water, as can occur, for example, when a fuel cell is switched off in the hydrogen/nitrogen mixture, there is also at least one heating channel in the pitot tube 22 34

vorgesehen. intended.

Insbesondere in der Figur 2 ist zu erkennen, dass sich der Heizkanal 34 parallel zu den Druckmesskanälen 28, 32 erstreckt. Der Heizkanal 34 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Fluidheizkanal ausgebildet, in den über eine erste Heizanschlussöffnung 36 warmes Fluid in den Heizkanal 34 einströmt. Der Heizkanal 34 erstreckt sich durch das Strömungsgehäuse 12 in das Pitotrohr 22, wo sich der Heizkanal 34 zunächst parallel zu den Druckmesskanälen 28, 32 erstreckt und anschließend zu einer zweiten Heizanschlussöffnung 38 durch das Strömungsgehäuse 12 zurückgeführt wird. Die beiden Heizanschlussöffnungen 36, 38 sind über einen Wärmetauscher 40 miteinander verbunden, so dass das Heizfluid, welches aus der zweiten Heizanschlussöffnung 38 ausströmt im Wärmetauscher 40 erwärmt wird und zur ersten Heizanschlussöffnung 36 und in den Heizkanal 34 strömt, wo es wieder abgekühlt wird und über die zweite Heizanschlussöffnung 38 erneut zum Wärmetauscher 40 strömt. Die auf diese Weise zugeführte Wärme wird im Staurohrkörper zu den Druckmesskanälen 28, 32 weitergeleitet und verhindert dort eine It can be seen in particular in FIG. 2 that the heating channel 34 extends parallel to the pressure measuring channels 28 , 32 . In the present exemplary embodiment, the heating channel 34 is designed as a fluid heating channel, into which warm fluid flows via a first heating connection opening 36 . The heating channel 34 extends through the flow housing 12 into the pitot tube 22 where the heating channel 34 first extends parallel to the pressure measurement channels 28, 32 and then returns to a second heating port opening 38 through the flow housing 12. The two heating connection openings 36, 38 are connected to one another via a heat exchanger 40, so that the heating fluid which flows out of the second heating connection opening 38 is heated in the heat exchanger 40 and flows to the first heating connection opening 36 and into the heating channel 34, where it is cooled again and over the second heater port opening 38 flows to the heat exchanger 40 again. The heat supplied in this way is passed on in the pitot tube body to the pressure measuring channels 28, 32, where it prevents a

Eisbildung oder löst eine solche auf. Ice formation or dissolves such.

Im weiteren Verlauf des Strömungskanals 10 ist ein Fluidtrennbereich am Strömungsgehäuse 12 ausgebildet. Dieser besteht aus einer Wölbung 44, die unmittelbar stromaufwärts einer Abzweigung 46 an der Innenwand 14 des Strömungsgehäuses 12 ausgebildet ist. In Strömungsrichtung In the further course of the flow channel 10 a fluid separation area is formed on the flow housing 12 . This consists of a bulge 44 which is formed immediately upstream of a branch 46 on the inner wall 14 of the flow housing 12 . In flow direction

betrachtet gleicher Höhe wie die Abzweigung 46 ist im Strömungskanal 10 viewed at the same level as branch 46 is in flow channel 10

eine dünne Trennwand 48 ausgebildet, die den Strömungskanal 10 in a thin partition wall 48 is formed which separates the flow channel 10 in

einen großen, ersten Kanalabschnitt 50 und einen kleinen, zweiten Kanalabschnitt 52 trennt, der lediglich einen geringen Ausschnitt am äußeren Rand des Strömungskanals 10 im Bereich der Wölbung 44 bildet. Die Abzweigung 46 erfolgt somit vom zweiten, kleineren Kanalabschnitt 52 aus und führt in einen Messkanal 54, der sich in diesem Bereich der Abzweigung 46 in einem Winkel von über 90° zur axialen Erstreckungsrichtung des Strömungskanals 10 erstreckt. Dies hat zur Folge, dass im Stickstoff- und/oder Wasserstoffstrom mitgeführte Partikel oder Wassertropfen zunächst durch die Wölbung in Richtung Mittelachse des Strömungskanals 10 umgelenkt werden. Partikel, die dennoch in den kleineren zweiten Kanalabschnitt 52 gelangen werden aufgrund ihrer Trägheit weiter geradeaus durch den zweiten Kanalabschnitt 52 strömen und nicht der über 90° zum Strömungskanal 10 angestellten Abzweigung 46 folgen. Die leichten Gasmoleküle gelangen jedoch aufgrund des vorhandenen Druckgefälles in den Messkanal 54, der im Folgenden innerhalb des Strömungsgehäuses 12 eine Umlenkung 56 von deutlich über 90° erfährt, so dass sich der Messkanal 54 im Folgenden allmählich einer zum Strömungskanal 10 paralleler Erstreckung annähern kann. An diesem im Strömungsgehäuse 12 ausgebildeten Messkanal 54 befindet sich in einer den Messkanal 54 begrenzenden Gehäusewand 58 eine erste Anschlussöffnung 60, an der ein Feuchtigkeitssensor 62 zur Messung der relativen Feuchte des geförderten Gasstroms befestigt werden kann, was lediglich schematisch dargestellt ist. Dieser Feuchtigkeitssensor 62 kann beispielsweise als kapazitiver Dünnfilm-Polymersensor ausgebildet a large, first channel section 50 and a small, second channel section 52 separates, which forms only a small section on the outer edge of the flow channel 10 in the region of the bulge 44. The branch 46 thus takes place from the second, smaller channel section 52 and leads into a measuring channel 54 which extends in this area of the branch 46 at an angle of more than 90° to the axial direction of extent of the flow channel 10 . The consequence of this is that particles or water droplets carried along in the stream of nitrogen and/or hydrogen are initially deflected by the curvature in the direction of the central axis of the flow channel 10 . Particles that nevertheless get into the smaller second channel section 52 will continue to flow straight ahead through the second channel section 52 due to their inertia and will not follow the branch 46 that is set at more than 90° to the flow channel 10 . However, due to the existing pressure drop, the light gas molecules get into the measuring channel 54, which subsequently undergoes a deflection 56 of well over 90° within the flow housing 12, so that the measuring channel 54 can gradually approach an extent parallel to the flow channel 10. On this measuring channel 54 formed in the flow housing 12, in a housing wall 58 delimiting the measuring channel 54, there is a first connection opening 60, to which a humidity sensor 62 for measuring the relative humidity of the conveyed gas flow can be attached, which is only shown schematically. This moisture sensor 62 can be designed as a capacitive thin-film polymer sensor, for example

werden. will.

Im weiteren Verlauf des Messkanals 54 ist in der Gehäusewand 58 eine zweite Anschlussöffnung 64 ausgebildet. An dieser ist ein Dichtesensor 66 befestigt, der auch einen Temperatursensor enthält. Dieser Dichtesensor 66 kann beispielsweise als MEMS-Schwingsensor ausgebildet sein. Der Dichtesensor 66 wird durchströmt, wofür in einer Leitung 68, die vom A second connection opening 64 is formed in the housing wall 58 further along the measuring channel 54 . A density sensor 66, which also contains a temperature sensor, is attached to this. This density sensor 66 can be embodied as a MEMS vibration sensor, for example. The density sensor 66 is flowed through, for which in a line 68 from the

Dichtesensor 66 beziehungsweise von der zweiten Anschlussöffnung 64 Density sensor 66 or from the second connection opening 64

über den Dichtesensor 66 zu einer Pumpe 70 führt, die insbesondere als pulsationsfreie Teslapumpe ausgebildet ist und somit im Messkanal 54 ein zusätzliches Druckgefälle erzeugt, um den Wasserstoff- und/oder Stickstoffstrom zum Dichtesensor 66 zu fördern, ohne dabei Druckstöße zu erzeugen, die die Messergebnisse des Dichtesensors 66 verfälschen leads via density sensor 66 to a pump 70, which is designed in particular as a pulsation-free Tesla pump and thus generates an additional pressure gradient in measuring channel 54 in order to promote the hydrogen and/or nitrogen flow to density sensor 66 without generating pressure surges that affect the measurement results of the density sensor 66 falsify

würden. would.

Die Leitung 68 führt im weiteren Verlauf stromabwärts der Pumpe 70 über eine dritte Anschlussöffnung 72 in der Gehäusewand 58 des Messkanals 54 in diesen, beziehungsweise mit diesem, in den Strömungskanal 10 zurück. Diese Einströmung erfolgt über einen sehr flachen Winkel, so dass Turbulenzen im Strömungskanal 10, die zu einem Druckverlust führen In its further course, the line 68 leads downstream of the pump 70 via a third connection opening 72 in the housing wall 58 of the measuring channel 54 into the measuring channel 54 or back into the flow channel 10 with the latter. This inflow takes place over a very flat angle, so that turbulences in the flow channel 10 lead to a pressure loss

würden, vermieden werden. would be avoided.

Mittels der über den Differenzdrucksensor 20 gemessenen Druckdifferenz und der daraus zu berechnenden Strömungsgeschwindigkeit, der über den Feuchtigkeitssensor 62 ermittelten relative Feuchte des Wasserstoff- und Stickstoffstroms sowie die mittels des Dichtesensors 66 gemessenen Dichte kann nun in bekannter Weise kontinuierlich ein Durchfluss im A flow rate in the

Strömungskanal 10 berechnet werden. Flow channel 10 are calculated.

Die resultierenden Durchflusswerte liegen in kürzester Zeit mit sehr geringer Verzögerung und hoher Genauigkeit vor, da ein Einfluss von vorhandenen Partikeln oder Wassertropfen weitestgehend ausgeschlossen wird. Das Strömungsgehäuse kann mit dem Messkanal und dem Differenzdrucksensor einstückig im 3D-Druckverfahren hergestellt werden, so dass sehr kleine Querschnitte realisierbar sind. Eine Rückwirkung der Messvorrichtung auf die Brennstoffzelle oder den Verbrennungsmotor kann so weitestgehend ausgeschlossen werden, da Druckverluste fast vollständig vermieden werden. Die Messvorrichtung kann sowohl als stationäre, als auch als mobile Vorrichtung beispielswiese an The resulting flow values are available in the shortest possible time with very little delay and high accuracy, since any influence from existing particles or water droplets is largely ruled out. The flow housing can be manufactured in one piece with the measuring channel and the differential pressure sensor using the 3D printing process, so that very small cross sections can be realized. A reaction of the measuring device on the fuel cell or the internal combustion engine can be ruled out as far as possible, since pressure losses are almost completely avoided. The measuring device can be used both as a stationary device and as a mobile device, for example

Brennstoffzellen und zur Messung von Gasgemischen wie Wasserstoff und Fuel cells and for measuring gas mixtures such as hydrogen and

Stickstoff genutzt und auch nachträglich in bestehende Anlagen integriert Nitrogen used and also subsequently integrated into existing systems

werden. will.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Insbesondere können neben verschiedenen weiteren möglichen Formen des Strömungsgehäuses und des Messkanals auch unterschiedliche Ausführungen der verschiedenen It should be clear that the scope of protection is not limited to the described embodiments. In particular, in addition to various other possible forms of the flow housing and the measuring channel, different versions of the different

Sensoren vorgesehen werden. sensors are provided.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow rate with a flow housing (12) in which a flow channel (10) is formed, a differential pressure sensor (20) via which a pressure difference in the flow channel (10) can be measured, a humidity sensor ( 62), and a density sensor (66), characterized in that a branch (46) is formed at a fluid separation area in the flow housing (12), at which a measuring channel (54) formed in the flow housing (12) branches off from the flow channel (10), on whose limiting housing wall (58) a first connection opening (60) is formed, to which the moisture sensor (62) is connected and a second connection opening (64) is formed, to which the density sensor

(66) is connected.

2. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow according to claim 1, characterized in that the differential pressure sensor (20) protrudes into the flow channel (10) and has two pressure measuring oil openings (24, 26) arranged in the flow channel (10) which one

Differential pressure gauge (30) are fluidically connected.

3. Measuring device for determining a nitrogen and / or

Hydrogen flow according to claim 1 or 2,

characterized in that

the differential pressure sensor (20) upstream of the

Fluid separation area is arranged in the flow channel (10).

4. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring channel (54) in the region of the branch (46) at least

45 ° to the flow channel (10) is employed.

5. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to claim 4, characterized in that downstream of the branch (46) of the measuring channel (54) a deflection (56) is formed, from which the measuring channel

(54) extends essentially parallel to the flow channel (10).

6. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow according to one of claims 4 or 5, characterized in that immediately upstream of the branch (46) there is a bulge (44) on an inner wall (14) of the flow channel (10).

is trained.

7. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow according to one of claims 4 to 6, characterized in that at the fluid separation area the flow channel (10) is divided into a first channel section (50) and a second, smaller channel section (52) by a partition ( 48) is separated, with the measuring channel

(54) branches off at the second, smaller channel section (52).

8. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow rate according to one of the preceding claims, characterized in that the flow housing (12) has an inlet opening (16) into which a stream of hydrogen or nitrogen flows from a delivery channel of a fuel cell system into the measuring device and has an outlet opening (18) from which the hydrogen stream or the nitrogen stream back into the

Delivery channel of the fuel cell system flows.

9. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow according to one of the preceding claims, characterized in that a line (68) leads from the second connection opening (64) via the density sensor (66) to a pump (70) via which the hydrogen stream or the nitrogen stream can be conveyed from the measuring channel (54) via the density sensor (66).

10. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to claim 9, characterized in that

the pump (70) is a low-pulsation pump.

11. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow rate according to claim 9 or 10, characterized in that a third connection opening (72) is formed on the flow housing (12), into which the line (68) in which the pump (70 )

is arranged, flows.

12. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to claim 11, characterized in that the third connection opening (72) on the housing wall (58) of

Measuring channel (54) is formed.

13. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to any one of the preceding claims, characterized in that the moisture sensor (62) is attached to the first connection opening (60) and the density sensor (66) to the second

Connection opening (64) is fixed.

14. Measuring device for determining a nitrogen and / or hydrogen flow according to any one of the preceding claims, characterized in that

the differential pressure sensor (20) is designed as a pitot tube (22).

15. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow rate according to claim 14, characterized in that two pressure connection openings (29, 33) are formed on the flow housing (12), via which the pressure measuring openings (24, 26) of the pitot tube (22) are connected to the Pressure gauge (30) fluidic

are connected.

16. Measuring device for determining a nitrogen and / or

Hydrogen flow according to claim 14 or 15,

characterized in that

at least two heating connection openings (36, 38) are formed on the flow housing (12), which are fluidically connected to a heating channel (34) in the pitot tube (22).

17. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow rate according to claim 16, characterized in that a first heating connection opening (36) is formed on the flow housing (12) through which fluid flows into the heating channel (34) and a second heating connection opening (38 ) is trained over the

Fluid flows out of the heating channel (34).

18. Measuring device for determining a nitrogen and/or hydrogen flow according to claim 17, characterized in that the heating channel (34) is at least partially in the pitot tube (22)

is arranged parallel to the pressure measuring channels (28, 32).