DE102007020561A1 - Exhaust system and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasführung mit einem Hauptabgasstrang (10), einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden ersten Abzweigleitung (12) und einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden zweiten Abzweigleitung (14), die beide zu einer außerhalb des Hauptabgasstrangs angeordneten Lambdasonde (16) führen, wobei, bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Hauptabgasstrang, die erste Abzweigleitung (12) stromaufwärts der zweiten Abzweigleitung (14) von dem Hauptabgasstrang (10) abzweigt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennnstoffzellensystem.The invention relates to an exhaust system with a main exhaust line (10), a first branch line (12) branching off from the main exhaust line and a second branch line (14) branching off from the main exhaust line, both leading to a lambda probe (16) arranged outside the main exhaust line, wherein With respect to the flow direction of the exhaust gas through the main exhaust line, the first branch line (12) branches off from the main exhaust line (10) upstream of the second branch line (14). The invention further relates to a fuel cell system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasführung und ein Brennstoffzellensystem.The The invention relates to an exhaust system and a fuel cell system.

Die Handhabung von Abgasen spielt in vielen technischen Gebieten eine große Rolle. Insbesondere wird vielfach die Abgaszusammensetzung, speziell der Sauerstoffgehalt im Abgas, gemessen. Diese Information ist im Hinblick auf die Schadstoffemission und die Steuerung beziehungsweise Regelung der dem Abgasstrang vorgeordneten Systeme nützlich.The Handling of exhaust gases plays a role in many technical fields size Role. In particular, the exhaust gas composition often becomes special the oxygen content in the exhaust gas, measured. This information is in With regard to the pollutant emission and the control respectively Regulation of the exhaust system upstream systems useful.

Allerdings begegnet man bei der Sauerstoffmessung mit der Lambdasonde Problemen, da die Sondenspannung von verschiedenen Parametern abhängt, die sich als Störgrößen erweisen können. Dabei ist insbesondere die Temperatur im Bereich der Lambdasonde kritisch, da diese direkt linear in den gemessenen Spannungswert eingeht. Dies ist ein geringes Problem bei Systemen, die eine nahezu konstante beziehungsweise relativ niedrige Abgastemperatur liefern. Schwankt die Abgastemperatur jedoch beträchtlich und insbesondere bis auf hohe Werte, so wird das Ergebnis der Lambdamessung in nicht mehr hinnehmbarer Weise verfälscht. Eine große Schwankungsbreite bei der Abgastemperatur und hohe Temperaturen des Abgases können insbesondere dann auftreten, wenn die Abgasführung vergleichsweise kurz ist, so dass die Lambdasonde relativ nah an der Wärmequelle im System angeordnet ist. Dies ist insbesondere bei kompakt bauenden Brennstoffzellensystemen der Fall, wo nur ein vergleichsweise kurzer Abgasstrang vorliegt, der im Allgemeinen an einen exotherm arbeitenden Nachbrenner anschließt.Indeed you encounter problems with oxygen measurement with the lambda probe, because the probe voltage depends on different parameters, the prove to be disturbances can. there In particular, the temperature in the region of the lambda probe is critical, since this is directly linearly included in the measured voltage value. This is a minor problem with systems that are nearly constant or provide relatively low exhaust gas temperature. varies However, the exhaust gas temperature considerably and in particular to high values, then the result of the lambda measurement corrupted in an unacceptable way. A large fluctuation range at the exhaust gas temperature and high temperatures of the exhaust gas can in particular then occur when the exhaust system is comparatively short, so the lambda probe is relatively close to the heat source is arranged in the system. This is especially true for compact fuel cell systems the case where there is only a comparatively short exhaust tract, which generally connects to an exothermic afterburner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfälschung der Lambdamessung aufgrund von Temperatureffekten zu vermeiden.Of the Invention is based on the object, the falsification of the lambda measurement due to avoid temperature effects.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved by the features of the independent claims.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims specified.

Die Erfindung besteht in einer Abgasführung mit einem Hauptabgasstrang, einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden ersten Abzweigleitung und einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden zweiten Abzweigleitung, die beide zu einer außerhalb des Hauptabgasstrang angeordneten Lambda sonde führen, wobei, bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Hauptabgasstrang, die erste Abzweigleitung stromaufwärts der zweiten Abzweigleitung von dem Hauptabgasstrang abzweigt. Auf diese Weise wird eine Zwangsströmung des Verbrennungsabgases zu der außerhalb des Hauptabgasstrangs angeordneten Lambdasonde erzeugt, wobei der Bereich um die Lambdasonde und die Lambdasonde selbst dann nicht mehr in übermäßiger Weise durch die Temperatur der Abgase beeinflusst werden. Die Lambdasonde kann auf diese Weise an nahezu beliebigen Orten positioniert werden. Die Anordnung der Abzweigleitungen an verschiedenen Strömungskoordinaten des Hauptabgasstrangs entspricht der Anordnung eines Prandtlschen Staurohrs, das heißt eines strömungstechnischen Messinstrumentes zur Bestimmung eines Staudruckes.The Invention is an exhaust system with a main exhaust line, a branching from the main exhaust branch first branch line and a second branch line branching from the main exhaust branch, both to an outside the main exhaust line arranged Lambda lead probe, wherein, based on the flow direction of the exhaust gas through the main exhaust line, the first branch line upstream the second branch line branches off from the main exhaust line. On this way becomes a forced flow the combustion exhaust gas to the outside of the main exhaust line arranged lambda probe generated, wherein the area around the lambda probe and the lambda probe is then no longer excessive in temperature the exhaust gases are influenced. The lambda probe can do this way be positioned at almost any location. The arrangement of Branch pipes at different flow coordinates of the main exhaust line corresponds to the arrangement of a Prandtl pitot tube, that is one fluidic Measuring instrument for determining a dynamic pressure.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass der Lambdasonde eine Heizeinrichtung zugeordnet ist. Die Heizeinrichtung bringt die Lambdasonde auf Betriebstemperatur. Diese liegt im Allgemeinen höher als die Temperatur des Abgases, welches über die Abzweigleitung zur Lambdasonde geleitet wird. Folglich kann das Abgas keine Temperaturerhöhung der Lambdasonde und somit keine Verfälschung der Messergebnisse aufgrund von Temperatureffekten mehr bewirken.Usefully it is provided that the lambda probe assigned a heating device is. The heater brings the lambda probe to operating temperature. This is generally higher than the temperature of the exhaust gas, which via the branch line to Lambda probe is passed. Consequently, the exhaust gas can not increase the temperature of the lambda probe and thus no falsification cause more of the measurement results due to temperature effects.

Es kann vorgesehen sein, dass die Abzweigleitungen zu einem Messvolumen führen, das durch ein die Lambdasonde aufnehmendes Gehäuse begrenzt ist. Die Abzweigleitungen können dabei von dem Gehäuse trennbare Bauteile sein oder auch einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet vorliegen.It can be provided that the branch lines to a measuring volume to lead, which is limited by a lambda probe receiving housing. The branch lines can doing so from the case be separable components or integrally formed with the housing available.

Ebenfalls ist es möglich, dass die Abzweigleitungen direkt miteinander verbunden sind und die Lambdasonde aufnehmen. Die Abzweigleitungen stellen dann ein einheitliches Rohr dar, das gleichzeitig das Messvolumen für die Lambdasonde zur Verfügung stellt.Also Is it possible, that the branch lines are directly connected to each other and pick up the lambda probe. The branch lines then stop uniform pipe, which at the same time the measuring volume for the lambda probe to disposal provides.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Abgasführung. Bei Brennstoffzellensystemen ist die Überwachung der Abgaswerte besonders nützlich, und aufgrund der kurzen Wege bei kompakten System ist es vom besonderen Vorteil, wenn Maßnahmen zur Verfügung stehen, die eine Beeinflussung der Lambdamessung durch die Temperatur der Abgase vermeiden.The The invention further relates to a fuel cell system with a exhaust system according to the invention. at Fuel cell systems is the monitoring of exhaust emissions particularly useful, and Due to the short ways with compact system it is of the special Advantage if action to disposal stand, which affect the Lambdamessung by the temperature avoid the exhaust gases.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.The Invention will now be described with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment exemplified.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasführung. 1 a schematic representation of an exhaust system according to the invention.

Es ist ein Brennstoffzellensystem 24 mit einem daran anschließenden Hauptabgasstrang 10 dargestellt. Dieser wird insbesondere von einem in dem Brennstoffzellensystem 24 angeordneten Nachbrenner mit Abgas 26 beliefert. Abgase können auch von anderen Komponenten des Brennstoffzellensystems 24 direkt in den Hauptabgasstrang 10 eingebracht werden, beispielsweise von einem Reformer oder von einem Brennstoffzellenstapel. Von dem Hauptabgasstrang 10 zweigt eine erste Abzweigleitung 12 ab, die stromaufwärts von einer ebenfalls von dem Hauptabgasstrang 10 abzweigenden zweiten Abzweigleitung 14 angeordnet ist. Die Abzweigleitungen 12, 14 führen zu einem Messvolumen 20, in dem eine mit einer Heizeinrichtung 18 ausgestatte Lambdasonde 16 angeordnet ist. Das Messvolumen wird von einem Gehäuse 22 begrenzt. Die Heizeinrichtung 18 wird über eine elektrische Leitung 28 beheizt, und die Lambdasonde 16 steht mit einer elektrischen Messleitung 30 in Verbindung. Nützlicherweise führen die Heizleitung 28 und die Messleitung 30 zu einer elektronischen Steuereinheit 32, die dem Brennstoffzellensystem 24 zugeordnet ist und verschiedene Funktionen des Brennstoffzellensystems 24 auf der Grundlage von Eingaben und Messdaten steuert beziehungsweise regelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Lambdasonde direkt im Hauptabgasstrang angeordnet ist, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, die Lambdasonde in einem Messvolumen 20 zu positionieren, wobei dieses Messvolumen außerhalb des Hauptabgasstrangs 10 angeordnet ist. Zwischen den Abzweigstellen der Abzweigleitungen 12, 14 im Hauptabgasstrang 10 liegt eine Druckdifferenz vor. Diese Druckdifferenz sorgt dafür, dass ein Abgasanteil 34 dem Messvolumen 20 zugeführt wird, wobei sich dieser Anteil auf dem Weg zum Messvolumen 20 auf eine Temperatur abkühlt, die nicht höher ist, als die durch die Heizeinrichtung 18 der Lambdasonde 16 aufgeprägte Temperatur. Folglich führt der Teilabgasstrom 34 nicht zu einer Temperaturerhöhung der Lambdasonde 16, so dass es auch nicht zu einer Verfälschung der von der Lambdasonde 16 an die elektronische Steuereinheit 32 gelieferten Messspannung kommt.It is a fuel cell system 24 with an adjoining main exhaust line 10 shown. This is in particular of one in the fuel cell system 24 arranged afterburner with exhaust gas 26 supplies. Exhaust gases can also be from other components of the fuel cell system 24 directly into the main exhaust line 10 introduced, for example, by a reformer or a fuel cell stack. From the main exhaust line 10 branches a first branch line 12 off to the upstream of one also from the main exhaust line 10 branching second branch line 14 is arranged. The branch lines 12 . 14 lead to a measuring volume 20 in which one with a heater 18 equipped lambda probe 16 is arranged. The measuring volume is from a housing 22 limited. The heater 18 is via an electrical line 28 heated, and the lambda probe 16 stands with an electrical measuring line 30 in connection. Usefully, lead the heating pipe 28 and the measuring line 30 to an electronic control unit 32 that the fuel cell system 24 is assigned and various functions of the fuel cell system 24 on the basis of inputs and measurement data controls or regulates. In contrast to conventional systems, in which the lambda probe is arranged directly in the main exhaust line, it is provided in the context of the present invention, the lambda probe in a measuring volume 20 to position, with this measurement volume outside the main exhaust line 10 is arranged. Between the branch points of the branch lines 12 . 14 in the main exhaust line 10 there is a pressure difference. This pressure difference ensures that an exhaust gas component 34 the measuring volume 20 is fed, this proportion on the way to the measurement volume 20 cooled to a temperature not higher than that by the heater 18 the lambda probe 16 imprinted temperature. Consequently, the partial exhaust gas flow 34 not to a temperature increase of the lambda probe 16 so it also does not falsify that of the lambda sensor 16 to the electronic control unit 32 supplied measuring voltage comes.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the claims disclosed features of the invention can both individually and also in any combination for the realization of the invention be essential.

1010
HauptabgasstrangMain exhaust line
1212
erste Abzweigleitungfirst branch line
1414
zweite Abzweigleitungsecond branch line
1616
Lambdasondelambda probe
1818
Heizeinrichtungheater
2020
Messvolumenmeasuring volume
2222
Gehäusecasing
2424
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
2626
Abgasexhaust
2828
Leitungmanagement
3030
Leitungmanagement
3232
Steuereinheitcontrol unit
3434
TeilabgasstromPartial exhaust gas flow

Claims (5)

Abgasführung mit einem Hauptabgasstrang (10), einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden ersten Abzweigleitung (12) und einer von dem Hauptabgasstrang abzweigenden zweiten Abzweigleitung (14), die beide zu einer außerhalb des Hauptabgasstrang angeordneten Lambdasonde (16) führen, wobei, bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den Hauptabgasstrang, die erste Abzweigleitung (12) stromaufwärts der zweiten Abzweigleitung (14) von dem Hauptabgasstrang (10) abzweigt.Exhaust system with a main exhaust line ( 10 ), a branching from the main exhaust branch first branch line ( 12 ) and a branching from the main exhaust branch second branch line ( 14 ), both to a arranged outside the main exhaust line lambda probe ( 16 ), wherein, based on the flow direction of the exhaust gas through the main exhaust line, the first branch line ( 12 ) upstream of the second branch line ( 14 ) from the main exhaust line ( 10 ) branches off. Abgasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdasonde (16) eine Heizeinrichtung (18) zugeordnet ist.Exhaust duct according to claim 1, characterized in that the lambda probe ( 16 ) a heating device ( 18 ) assigned. Abgasführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitungen (12, 14) zu einem Messvolumen (20) führen, das durch ein die Lambdasonde (16) aufnehmendes Gehäuse (22) begrenzt ist.Exhaust duct according to claim 1 or 2, characterized in that the branch lines ( 12 . 14 ) to a measuring volume ( 20 ), which by a lambda probe ( 16 ) receiving housing ( 22 ) is limited. Abgasführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitungen direkt miteinander verbunden sind und die Lambdasonde aufnehmen.exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the branch lines are directly connected and record the lambda probe. Brennstoffzellensystem mit einer Abgasführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Fuel cell system with an exhaust system according to one of the preceding claims.
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