AT525241A4 - Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms - Google Patents

Abstract

Es sind Vorrichtungen zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms mit einer Hauptleitung (10), durch die der die Flüssigkeit enthaltende Gasstrom strömt, einer Bypassleitung (36), über die die Hauptleitung (10) abschnittsweise umgehbar ist und einem Gassensor (13) zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des Gasstroms, bekannt. Um den Gassensor (13) zu schützen und genaue Messwerte über einen langen Zeitraum zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in einem axialen Abschnitt (24) im Innern der Hauptleitung (10) eine Nebenleitung (14) ausgebildet ist, an der eine Abzweigung der Bypassleitung (36) von der Nebenleitung (14) ausgebildet ist, von der aus sich die Bypassleitung (36) erstreckt, und deren radial begrenzende Nebenleitungsinnenwandfläche (18) beabstandet zu einer Hauptleitungsinnenwandfläche (16) angeordnet ist, die die Hauptleitung (10) radial begrenzt.

Description

Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen

Gasstroms

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms mit einer Hauptleitung, durch die der die Flüssigkeit enthaltende Gasstrom strömt, einer Bypassleitung, über die die Hauptleitung abschnittsweise umgehbar ist, einem Gassensor zur Messung einer physikalischen oder

chemischen Eigenschaft des Gasstroms,

Derartige Vorrichtungen zur Konditionierung für eine Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft eines eine Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms können vielfältig eingesetzt werden. Bei dem Gasstrom kann es sich beispielsweise um einen Gasstrom wie einen Wasserstoffstroms vor, hinter oder in einer Rezirkulationsleitung einer Brennstoffzelle oder an einem mit einem gasförmigen Treibstoff wie Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor handeln, um einen Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine oder einen gasförmigen Kraftstoffstrom einer Verbrennungskraftmaschine handeln, die beispielsweise mit Erdgas betrieben wird. All diese Gasströme enthalten Flüssigkeit, welche im Extremfall gesättigt im Gasstrom vorliegt oder als Dampf vorhanden ist, der Jedoch bei niedrigeren Temperaturen jederzeit kondensieren kann. Mit der Vorrichtung zur Konditionierung eines Messgasstroms wird eine robuste, langzeitstabile und wenig durch Flüssigkeit beeinflusste Messung für verschiedene physikalische oder chemische Eigenschaften ermöglicht. Messgrößen sind beispielsweise die Zusammensetzung oder Konzentration sowie andere physikalische und chemische Eigenschaften eines bestimmten Stoffes. Die meisten der hierzu verwendeten Sensoren sind empfindlich bei der Anwesenheit von einer Flüssigkeit, so dass entweder falsche Messwerte gemessen werden

oder die Gassensoren schnell altern, so dass die Messergebnisse sich im

Laufe der Zeit beispielsweise durch Ablagerungen auf den Sensorflächen verschlechtern. Aus diesem Grund wird häufig versucht, den Gasstrom von der vorhandenen Feuchtigkeit zu befreien beziehungsweise ein Kondensieren der Flüssigkeit zu verhindern, was jedoch insbesondere bei

einer kontinuierlichen Messung sehr schwierig ist.

So wird in der JP 2005-302456 A ein Brennstoffzellensystem beschrieben, bei dem zur Messung eines Massenstroms des Abgases der Brennstoffzelle von der Hauptleitung eine Bypassleitung abzweigt, in der ein Heizer angeordnet ist, um ein Kondensieren des Wassers zu verhindern. Die eigentliche Messung erfolgt in einem Umgehungskanal des Bypasses, in

dem ein thermischer Massenstromsensor angeordnet ist.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine solche Ausführung nicht ausreicht, um das Wasser und die durch das Wasser entstehenden Ablagerungen auf dem Sensor zu vermeiden. Stattdessen wird durch die Drosselung der gesamte Anodengasstrom aufgrund der Druckdifferenz entlang des thermischen Massenstromsensors gefördert. Bei gesättigtem Gasstrom ist es jedoch auch durch die Heizung üblicherweise nicht möglich, das Wasser vollständig in Wasserdampf umzuwandeln. Entsprechend entstehen zumindest nach einer gewissen Zeit Fehler bei den Messungen, da sich neben sonstigen Ablagerungen auf dem

Gassensor Wassertropfen niederschlagen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms für die Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms zu schaffen, welche über eine lange Lebensdauer genaue Messwerte liefert. Hierzu soll eine möglichst geringe Menge einer

Flüssigkeit zur Messposition gelangen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms für die Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms

mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Hauptleitung auf, durch die ein die Flüssigkeit enthaltender Gasstrom strömt, wobei die Flüssigkeit sowohl als Flüssigkeitsdampf als auch als Tropfen in flüssiger Form enthalten sein kann. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Bypassleitung auf, über die die Hauptleitung umgehbar ist sowie einen Gassensor zur Messung der physikalischen oder chemischen Eigenschaft des Gasstroms auf. Messgrößen sind beispielsweise die Zusammensetzung oder Konzentration sowie andere physikalische und chemische Eigenschaften eines bestimmten Stoffes. Erfindungsgemäß zweigt die Bypassleitung von einer Nebenleitung ab. Diese ist in einem axialen Abschnitt im Innern der Hauptleitung ausgebildet, so dass ein Teilstrom der Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms in die Nebenleitung einströmt, während der Rest in der Hauptleitung weiterströmt. Die Nebenleitung bildet somit einen Teilquerschnitt der Hauptleitung. Von dieser Nebenleitung, also in Strömungsrichtung hinter der Aufteilung der Hauptleitung in Hauptleitung und Nebenleitung befindet sich die Abzweigung der Bypassleitung von der Nebenleitung. Dadurch, dass eine radial begrenzende Nebenleitungsinnenwandfläche radial beabstandet zu einer die Hauptleitung radial begrenzenden Hauptleitungsinnenwandfläche angeordnet ist, wird vermieden, dass sich an der Hauptleitungsinnenwandfläche entlang strömende Flüssigkeit unmittelbar in die Nebenleitung und damit auch in die Bypassleitung einströmen kann. Unter Hauptleitungsinnenwandfläche und Nebenleitungsinnenwandfläche werden dabei die gesamten den jeweiligen Durchströmungsquerschnitt der Hauptleitung und der Nebenleitung nach radial außen begrenzenden Wandflächen verstanden. Der Begriff radial soll dabei jedoch nicht die

Form der Leitungen auf kreisförmige Querschnitte begrenzen. So sind

auch beispielsweise rechteckige Querschnitte möglich, so dass das Wort radial bezüglich der Innenwandflächen lediglich bedeutet, dass ein Querschnitt in allen Richtungen, die senkrecht zur Leitungsachse liegen, begrenzt wird. Im Vergleich zu bekannten Ausführungen wird somit vor der Abzweigung der Bypassleitung bereits kondensiertes oder eingetragene Flüssigkeit, dass sich aufgrund der Temperaturunterschiede häufig an den Innenwänden absetzt, abgeschieden beziehungsweise der Strömungswiderstand zum Einströmen in die Nebenleitung durch den radialen Abstand der Innenwände zueinander erhöht. So gelangt weniger Flüssigkeit zur Messposition, wodurch die Messergebnisse verbessert

werden und die Haltbarkeit des Gassensors erhöht wird.

Als Flüssigkeit ist besonders bevorzugt Wasser vorgesehen.

Vorzugsweise erstreckt sich die Nebenleitung parallel zur Hauptleitung, wobei Nebenleitungswände einen Durchströmungsquerschnitt der Nebenleitung definieren, um den der Durchströmungsquerschnitt der Hauptleitung in dem axialen Abschnitt, durch den die Nebenleitung sich erstreckt, reduziert ist. So werden unerwünschte Druckverluste verhindert

oder zumindest minimiert und der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Nebenleitungswand über zumindest einen Steg mit einer Hauptleitungswand verbunden ist, wobei das der Strömung zugewandte Ende des zumindest einen Steges axial in Strömungsrichtung versetzt zu dem der Strömung zugewandten Ende der Nebenleitungswand angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird verhindert, dass sich die an der Hauptleitungswand abgesetzte Flüssigkeit über den Steg in den Nebenleitungskanal gelangt. Stattdessen fließt die Flüssigkeit an der Innenwand der Hauptleitung bis zu Steg und wird dort durch den Steg umgelenkt. Da das Druckgefälle jedoch für eine Strömung zum stromabwärtigen Ende sorgt, strömt die Flüssigkeit entweder entlang

des Steges oder an einer radialen Außenwand der Nebenleitung entlang

weiter. Ein Eintrag dieser Flüssigkeit in die Nebenleitung wird auf diese

Weise minimiert.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform erstreckt sich die Bypassleitung durch den zumindest einen Steg in einen Messabschnitt der Bypassleitung, an der der Gassensor angeordnet ist. So kann die Bypassleitung außerhalb des Querschnitts der Hauptleitung angeordnet werden, ohne zusätzliche Verbindungsleitungen durch die Hauptleitung legen zu müssen und der Gassensor kann von außen an das umliegende Gehäuse angesetzt werden. Unnötige Druckverluste werden so vermieden und die Montage und Herstellung vereinfacht. Die Anordnung des Gassensors an der Bypassleitung bedeutet, dass der Gassensor entweder in der Bypassleitung angeordnet wird oder eine fluidische Verbindung zu

dieser aufweist.

Vorzugsweise erstreckt sich die Bypassleitung im Bereich der Abzweigung senkrecht zur Nebenleitung. So wird ein Einströmen von Flüssigkeitstropfen in die Bypassleitung reduziert, da die Tropfen aufgrund der Trägheit weiter geradeaus, insbesondere entlang der Innenwand

strömen.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung von der Nebenleitung und stromaufwärts der Mündung der Bypassleitung eine Prallplatte in der Nebenleitung angeordnet, die einen Durchströmungsquerschnitt der Nebenleitung drosselt. Diese Prallplatte erfüllt einerseits den Zweck das treibende Gefälle in der Bypassleitung zu erhöhen und andererseits zur weiteren Abscheidung der noch vorhandenen Flüssigkeit aus dem Strom in der Nebenleitung. Die Flüssigkeit sammelt sich an der Prallplatte und wird durch das Druckgefälle weiter entlang der Nebenleitung getrieben. Ohne

diese Prallplatte könnte insbesondere Flüssigkeitsdampf zurück zur

Abzweigung der Bypassleitung gelangen und dann in der Bypassleitung

kondensieren.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Heizeinrichtung an der Bypassleitung ausgebildet ist, durch welche sichergestellt wird, dass in der Bypassleitung keine weitere Kondensation stattfindet oder trotz der anderen Vorkehrungen in die Bypassleitung gelangende Flüssigkeit

verdampft werden kann.

Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung zumindest teilweise stromaufwärts des Gassensors an der Bypassleitung angeordnet, damit die Verdampfung von insbesondere Restflüssigkeit sicher vor dem Gassensor erfolgt und dieser nicht mit Flüssigkeit belastet wird, was die Ergebnisse der Messungen verfälschen könnte und zu einer Beschränkung der

Lebensdauer des Gassensors führen kann.

Des Weiteren ist in einer bevorzugten Ausführung eine Kühleinrichtung an der Nebenleitung und/oder an der Prallplatte stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung ausgebildet. Auf diese Weise wird der in die Nebenleitung gelangende Flüssigkeitsdampf entweder an den Wänden der Nebenleitung oder an der Prallplatte kondensiert und als Tropfen abgeführt, ohne dass eine Rückströmung zum Einlass der Bypassleitung

zu befürchten ist.

In einer alternativen Ausbildung ist zwischen der Bypassleitung und der Nebenleitung/oder der Prallplatte stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung eine kombinierte Heiz-Kühleinrichtung angeordnet, deren warme Seite zur Bypassleitung weist und deren kalte Seite zur Nebenleitung und/oder zur Prallplatte weist. So kann mit nur einer Einrichtung sowohl die Kühlung in der Nebenleitung zur Kondensation der Flüssigkeit erfolgen als auch die Erwärmung der Bypassleitung, um im

Bypassstrom vorhandene Flüssigkeit zu verdampfen, wodurch eine

Flüssigkeitsansam mlung auf dem Gassensor vermieden wird. Eine solche kombinierte Heiz-Kühleinrichtung kann beispielsweise durch ein

Peltierelement gebildet werden.

Eine vereinfachte Montage ergibt sich, wenn der Messabschnitt der Bypassleitung zumindest einseitig durch ein an der Hauptleitungswand befestigtes erstes Gehäuseteil begrenzt ist. An diesem ersten Gehäuseteil kann auch zur Vereinfachung die Heiz- und/oder Kühleinrichtung angebracht werden und ist somit bei der Montage zugänglich und kann mit dem ersten Gehäuseteil in nur einem Montageschritt an der Hauptleitungswand befestigt werden. Des Weiteren wird die Herstellung der Leitungen vereinfacht, indem die Gehäuseteile die einzelnen Kanäle

begrenzen.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein zweites Gehäuseteil, an dem die Heiz- und/oder Kühleinrichtung ausgebildet ist, an der Hauptleitungswand befestigt ist und zwischen der Hauptleitungswand und dem den Messabschnitt begrenzenden ersten Gehäuseteil angeordnet ist. Dieses kann insbesondere als Trägerteil der Heiz-Kühleinrichtung dienen und in einer Ausnehmung der Hauptleitungswand eingesetzt werden. Durch Aufsetzen des ersten Gehäuseteils wird dann die thermische Verbindung zur Bypassleitung hergestellt. Je nach verwendeter Version kann das erste Gehäuseteil entweder am zweiten Gehäuseteil oder an der

Hauptleitungswand befestigt werden.

Die Bypassleitung beziehungsweise deren Messabschnitt kann besonders einfach dadurch gebildet werden, dass der Messabschnitt der Bypassleitung durch das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil begrenzt ist. Dies bedeutet, dass die Bypassleitung an der zur Hauptleitung weisenden Seite durch das zweite Gehäuseteil begrenzt wird und an der zur Hauptleitung entfernten Seite durch das aufgesetzte ersten

Gehäuseteil.

Der Gassensor wird vorzugsweise über sein Sensorgehäuse am ersten Gehäuseteil befestigt. Hierzu weist das erste Gehäuseteil eine Öffnung auf, durch die der Gassensor eine fluidische Verbindung zur Bypassleitung aufweist. Der Sensor kann auch mit dem ersten Gehäuseteil vormontiert

werden und anschließend an der Hauptleitungswand befestigt werden.

Besonders bevorzugt kann diese Erfindung eingesetzt werden, wenn der Gasstrom ein Wasserstoffstrom ist und der Gassensor zur Messung der Wasserstoffkonzentration dient. Der empfindliche Wasserstoffsensor kann so zuverlässig vor Wasser und Ablagerungen durch die vorhandene Feuchtigkeit geschützt werden. Dabei handelt es sich bei der Flüssigkeit

um Wasser.

Vorzugsweise ist ein Einlass der Hauptleitung fluidisch mit einem Auslass eines Brennstoffzellensystems verbunden. Somit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise im Abgasstrom angeordnet werden, so dass beispielsweise die gemessene Wasserstoffkonzentration eines Wasserstoffsensors genutzt werden kann, um eine

Sicherheitsfunktion zu erfüllen.

Es wird somit eine Vorrichtung zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft einer Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms geschaffen, welche einfach aufgebaut ist und mit der zuverlässig eine zu große Belastung eines Gassensors mit Flüssigkeit vermieden wird. So werden genaue Messungen über einen langen Zeitraum sichergestellt und

die Lebensdauer des Gassensors deutlich erhöht.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft einer Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend am Beispiel zur Verwendung in einem Abgasstrom eines

Brennstoffzellensystems beschrieben.

Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

in geschnittener Darstellung.

Die Figur 2 zeigt eine Kopfansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus

Figur 1.

Die in den Figuren dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft einer Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms besteht aus einer Hauptleitung 10, deren Einlass 12 beispielsweise mit einem Auslass eines Brennstoffzellensystems verbunden ist, so dass in die Hauptleitung eine Gaszusam mensetzung aus Flüssigkeitsdampf, Flüssigkeitstropfen als Wandfilm, Stickstoff und Spuren von Wasserstoff einströmt. Mit der Messung der Wasserstoffkonzentration im Abgasstrom kann die Erfüllung

beispielsweise einer Sicherheitsfunktion ermöglicht werden.

Es wird als Gassensor 13 ein Wasserstoffsensor und als Flüssigkeit Wasser verwendet. Derartige Gassensoren 13 reagieren empfindlich auf Flüssigkeitsansam mlungen wie insbesondere Wasseransammlungen und

liefern daher unkorrekte Messwerte.

Aus diesem Grund wird die Hauptleitung 10 zunächst in eine Hauptleitung 10 und eine Nebenleitung 14 aufgeteilt, die im Innern der Hauptleitung 10 und radial beabstandet zu die Hauptleitung 10 begrenzenden Hauptleitungsinnenwandflächen 16 angeordnet ist. Unter diesen Hauptleitungsinnenwandflächen 16 sind die Innenflächen zu verstehen, die die Hauptleitung 10 axial vor und hinter der Nebenleitung 14 begrenzen. Die im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmigen Hauptleitungsinnenwandflächen 16 weisen einen radialen Abstand zu Nebenleitungsinnenwandflächen 18 auf, die die Nebenleitung 14 radial begrenzen, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls rund

ausgebildet ist.

Eine kreisförmige Nebenleitungswand 20 ist entsprechend innerhalb einer Projektion einer kreisförmigen Hauptleitungswand 22 stromaufwärts der Nebenleitung 14 angeordnet und in einem Abschnitt 24, in der die Nebenleitung 14 in der Hauptleitung 10 ausgebildet ist, über einen Steg 26 an der Hauptleitungswand 22 befestigt, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hauptleitungswand 22, die Nebenleitungswand 20 und der Steg 26 einstückig ausgebildet sind. Entsprechend wird der Durchströmungsquerschnitt der Hauptleitung 10 um den Durchströmungsquerschnitt der Nebenleitung 14 im Abschnitt 24

verringert.

Ein der Strömung zugewandtes Ende 28 des Stegs 26 beginnt jedoch axial in Strömungsrichtung versetzt zu einem der Strömung zugewandten Ende 30 der Nebenleitung 14, so dass Flüssigkeit, welche sich an der Hauptleitungsinnenwandfläche 16 absetzt und dort entlang strömt am axialen Ende 30, welches einen Einlass 32 der Nebenleitung 14 bildet, vorbeiströmt und dann auf den Steg 26 trifft. Durch das in der Hauptleitung 10 herrschende Druckgefälle strömt die Flüssigkeit nun entweder entlang des Steges 26 oder weiter an einer Außenwand 34 der Nebenleitung 14 oder der Hauptleitungsinnenwandfläche 16, Jedoch nicht entgegen des Druckgefälles zum Einlass 32 der Nebenleitung 14, so dass dieses an der Hauptleitungsinnenwandfläche 16 abgesetzte Flüssigkeit nicht in die Nebenleitung 14 gelangen kann. Der Einlass 32 ist im

vorliegenden Ausführungsbeispiel abgeschrägt ausgebildet.

Von der Nebenleitung 14 zweigt eine Bypassleitung 36 ab, welche sich zunächst senkrecht zur Nebenleitung 14 durch den Steg 26 erstreckt und in einem ersten Gehäuseteil 38, das an der Hauptleitungswand 22 befestigt ist, eine 90°-Umlenkung 40 erfährt. Dieser Abschnitt stromabwärts der Abzweigung 44 und der Umlenkung 40 dient als Messabschnitt 42, stromabwärts dessen die Bypassleitung 36 erneut eine

90°-Umlenkung aufweist, so dass die Bypassleitung 36 sich zurück durch

den Steg 26 in die Nebenleitung 14 erstreckt. Durch die senkrechte Anordnung der Bypassleitung 36 im Bereich der Abzweigung 44 wird der Eintrag von Flüssigkeit in die Bypassleitung 36 noch einmal verringert, da die Flüssigkeit aufgrund der Trägheit in der Nebenleitung 14 axial weiterströmt, während das leichtere Gas in die Bypassleitung 36 strömen

kann.

Im Messabschnitt 42 ist der Gassensor 13 angeordnet. Dieser weist ein Sensorgehäuse 46 auf, welches von außen am ersten Gehäuseteil 38 befestigt wird. Der Messgaseinlass 15 des Gassensors 13 ragt in eine Öffnung 48 am ersten Gehäuseteil, die sich in die Bypassleitung 36 öffnet, so dass eine unmittelbare fluidische Verbindung zwischen dem

Messgaseinlass 15 und der Bypassleitung 36 besteht.

Der Messabschnitt 42 der Bypassleitung 36 wird über eine Heizeinrichtung 50 erwärmt, wodurch in die Bypassleitung 36 gelangende Flüssigkeit verdampft wird und somit nicht zum Gassensor 13 gelangt. Diese Heizeinrichtung 50 ist Teil einer kombinierten Heiz- und Kühleinrichtung 52, welche an einem zweiten Gehäuseteil 54 befestigt ist und welche eine warme Seite 56 aufweist, die den Messabschnitt 42 erwärmt und eine kühle Seite 58 aufweist, die als Kühleinrichtung 60 dient und über die ein Abschnitt der Nebenleitung 14 gekühlt wird, der sich stromabwärts der Abzweigung 44 der Bypassleitung 36 von der Nebenleitung 14 befindet und im Vergleich zur warmen Seite 56 an der radial gegenüberliegenden Seite des zweiten Gehäuseteils 54 ausgebildet ist. Das zweite Gehäuseteil 54 ist wiederum zwischen dem ersten Gehäuseteil 38 und der Hauptleitungswand 22 angeordnet und an der Hauptleitungswand 22 in einer entsprechend geformten Aufnahme 62 befestigt. Dieses zweite Gehäuseteil 54 begrenzt den Messabschnitt 42 der Bypassleitung 36 an der zur Hauptleitung 10 weisenden Seite, während die gegenüberliegende Seite des Messabschnitts 42 durch das erste Gehäuseteil 38 begrenzt

wird.

Um eine ausreichende Durchströmung der Bypassleitung 36 sicherzustellen, wird die Nebenleitung 14 gedrosselt, wodurch das treibende Druckgefälle durch die Verbindungen zwischen der Bypassleitung 36 und der Nebenleitung 14 auch in der Bypassleitung 36 deutlich erhöht wird. Die Drosselung erfolgt mittels einer Prallplatte 64, die in der Nebenleitung 14, und zwar stromabwärts der Abzweigung 44 der Bypassleitung 36 von der Nebenleitung 14 und stromaufwärts einer Mündung 66 der Bypassleitung 36 in die Nebenleitung 14 angeordnet ist. Diese Prallplatte 64 kann ebenfalls durch die Kühleinrichtung 60 gekühlt werden oder dient lediglich als Aufprallwand für die Flüssigkeitstropfen in der Nebenleitung 14. Während im zweiten Fall lediglich das an den Nebenleitungsinnenwandflächen 18 entlangströmende FHüssigkeit abgelenkt wird und sich durch die vorhandene Trägheit sowie die auftretenden Adhäsions- und Kohäsionskräfte sammelt und anschließend unter der Prallplatte 64 aus der Nebenleitung 14 ausgetrieben wird, bildet sich im ersten Fall an der Prallplatte 64 zusätzlich Kondensat aus dem Flüssigkeitsdampf, so dass eine Rückströmung von Flüssigkeitsdampf aus

der Nebenleitung 14 zur Bypassleitung 36 verhindert wird.

Der die Flüssigkeit enthaltende Gasstrom gelangt entsprechend in die Hauptleitung 10. Am strömungszugewandten Ende 30 der Nebenleitung 14 wird ein erster Teil der Flüssigkeit abgeschieden, so dass der Flüssigkeitsanteil in der Nebenleitung 14 etwas geringer ist als in der Hauptleitung 10. Eine weitere Verringerung des Anteils der Flüssigkeit erfolgt an der Abzweigung 44. Eine Rückströmung zu dieser Abzweigung 44 wird durch die Prallplatte 64 verhindert und durch eine Kühleinrichtung 60, die für ein weiteres Kondensieren und Sammeln der Flüssigkeit in der Nebenleitung 14 sorgt. Diese Flüssigkeit wird durch den schmalen Spalt unter der Prallplatte 64 entlang der Nebenleitung 14 abgeführt. Dennoch in die Bypassleitung 36 gelangende Flüssigkeit wird mittels der Heizeinrichtung 50 verdampft. Somit kann der Gassensor 13

weitestgehend vor dem schädlichen Einfluss der Flüssigkeit geschützt

werden, da eine Ansammlung von Flüssigkeit auf dem Gassensor ebenso vermeiden wird, wie Ablagerungen durch mit dem Flüssigkeit mitgeschleppten Schadstoffen, die zu einer zusätzlichen Belagbildung führen können. Dies erhöht die Lebensdauer des Gassensors und führt zu

sehr genauen Messwerten über viele Messzyklen.

Es sollte deutlich sein, dass die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist. Neben rein konstruktiven Änderungen sind auch verschiedene Anwendungen denkbar. Auch können verschiedene physikalische und chemische Eigenschaften gemessen

werden.

Claims (16)

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms mit einer Hauptleitung (10), durch die der die Flüssigkeit enthaltende Gasstrom strömt, einer Bypassleitung (36), über die die Hauptleitung (10) abschnittsweise umgehbar ist, einem Gassensor (13) zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des Gasstroms, dadurch gekennzeichnet, dass in einem axialen Abschnitt (24) im Innern der Hauptleitung (10) eine Nebenleitung (14) ausgebildet ist, an der eine Abzweigung der Bypassleitung (36) von der Nebenleitung (14) ausgebildet ist, von der aus sich die Bypassleitung (36) erstreckt, und deren radial begrenzende Nebenleitungsinnenwandfläche (18) beabstandet zu einer Hauptleitungsinnenwandfläche (16) angeordnet ist, die die

Hauptleitung (10) radial begrenzt.

2. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nebenleitung (14) parallel zur Hauptleitung (10) erstreckt und einen Durchströmungsquerschnitt der Nebenleitung (14) definiert, um den der Durchströmungsquerschnitt der Hauptleitung (10) in dem axialen Abschnitt (24), durch den die Nebenleitung (14)

sich erstreckt, reduziert ist.

3. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nebenleitungswand (20) über zumindest einen Steg (26) mit einer Hauptleitungswand (22) verbunden ist, wobei das der Strömung zugewandte Ende (28) des zumindest einen Steg (26) axial in Strömungsrichtung versetzt zu dem der Strömung zugewandten Ende

(30) der Nebenleitungswand (20) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (36) sich durch den zumindest einen Steg (26) in einen Messabschnitt (42) der Bypassleitung (36), an der der

Gassensor (13) angeordnet ist, erstreckt.

5. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bypassleitung (36) im Bereich der Abzweigung (44)

senkrecht zur Nebenleitung (14) erstreckt.

6. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem

der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

stromabwärts der Abzweigung (44) der Bypassleitung (36) von der Nebenleitung (14) und stromaufwärts einer Mündung (66) der Bypassleitung (36) in der Nebenleitung (14) eine Prallplatte (64) angeordnet ist, die einen Durchströmungsquerschnitt der

Nebenleitung (14) drosselt.

7. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

eine Heizeinrichtung (50) an der Bypassleitung (36) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (50) zumindest teilweise stromaufwärts des

Gassensors (13) an der Bypassleitung (36) angeordnet ist.

9. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optionale Kühleinrichtung (60) an der Nebenleitung (14) und/oder an der Prallplatte (64) stromabwärts der Abzweigung der

Bypassleitung (36) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bypassleitung (36) und der Nebenleitung (14) und/oder der Prallplatte (64) stromabwärts der Abzweigung der Bypassleitung (36) eine kombinierte Heiz-Kühleinrichtung (52) angeordnet ist, deren warme Seite (56) zur Bypassleitung (36) weist und deren kalte

Seite (58) zur Nebenleitung (14) und/oder zur Prallplatte (64) weist.

11. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt der Bypassleitung (36) zumindest einseitig durch ein an der Hauptleitungswand (22) befestigtes erstes Gehäuseteil (38) begrenzt ist.

12. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gehäuseteil (54), an dem die Heiz- und/oder Kühleinrichtung (50, 60; 52) ausgebildet ist, an der Hauptleitungswand (22) befestigt ist und zwischen der Hauptleitungswand (22) und dem den Messabschnitt (42)

begrenzenden ersten Gehäuseteil (38) angeordnet ist.

13. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messabschnitt (42) der Bypassleitung (36) durch das erste

Gehäuseteil (38) und das zweite Gehäuseteil (54) begrenzt ist.

14. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (13) über ein Sensorgehäuse (46) am ersten Gehäuseteil (38) befestigt ist.

15. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom ein Wasserstoffstrom ist und der Gassensor (13) zur

Messung der Wasserstoffkonzentration dient.

16. Vorrichtung zur Konditionierung eines eine Flüssigkeit enthaltenen Gasstroms zur Messung einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft des die Flüssigkeit enthaltenden Gasstroms nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (12) der Hauptleitung (10) fluidisch mit einem Auslass

eines Brennstoffzellensystems verbunden ist.