DE102009056863A1 - Device for measuring hydrogen concentration in gas mixture in exhaust gas pipeline of fuel cell system of vehicle, has thermal insulation arranged between pipeline element of fuel cell system and heating element - Google Patents

Device for measuring hydrogen concentration in gas mixture in exhaust gas pipeline of fuel cell system of vehicle, has thermal insulation arranged between pipeline element of fuel cell system and heating element Download PDF

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Abstract

The device (2) has a heating element connected with a hydrogen sensor (3) for directly heating gas mixture in an area of the hydrogen sensor, and a thermal insulation (8) arranged between a pipeline element (1) of a fuel cell system of a vehicle and the heating element. The thermal insulation is formed as a plate-shaped element, and the heating element is formed as an electric heater (4). The electric heater is formed by a positive temperature coefficient (PTC) element, and the thermal insulation surrounds the hydrogen sensor and/or the heating element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Wasserstoffkonzentration in einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch in einem Leistungselement eines Brennstoffzellensystems, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a device for detecting the hydrogen concentration in a hydrogen-containing gas mixture in a power element of a fuel cell system, according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Aus der WO 2008/116474 A1 ist ein Sensor zur Erfassung einer Messgröße eines Prozessgases bekannt. Um zu verhindern, dass Feuchtigkeit aus dem Gasgemisch, in welchem eine Größe erfasst werden soll, sich im Bereich eines Sensors niederschlägt und damit die Messwerte des Sensors beeinträchtigt, wird der Sensor als Vorrichtung zur Erfassung einer Messgröße in dem Prozessgas mit einem Heizelement kombiniert, sodass aufgrund der erhöhten Temperatur eine Kondensation von Flüssigkeit im Bereich des Sensors verhindert werden kann.From the WO 2008/116474 A1 a sensor for detecting a measured variable of a process gas is known. In order to prevent moisture from the gas mixture, in which a size is to be detected, settling in the region of a sensor and thus affecting the measured values of the sensor, the sensor is combined as a device for detecting a measured variable in the process gas with a heating element due to the elevated temperature, condensation of liquid in the region of the sensor can be prevented.

Nun hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere beim Einsatz in Brennstoffzellensystemen, welche in Fahrzeugen verwendet werden, dieser Aufbau für eine sichere Funktionalität eines Wasserstoffsensors nicht ausreichend ist. Vielmehr kommt es durch die Kondensation vom Wasser im Sensorinneren immer wieder zu Fehlmessungen. Diese können im Extremfall zu einer Noffallabschaltung des Brennstoffzellensystems führen, da beispielsweise eine weitaus höhere Wasserkonzentration als zulässig in einem Abgasstrom aus wasserstoffhaltigem Gasgemisch erfasst wird. Dies ist hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der benutzerfreundlichen Ausgestaltung eines solchen Systems als gravierender Nachteil zu sehen.However, it has now been found that, especially when used in fuel cell systems, which are used in vehicles, this structure is not sufficient for the safe functioning of a hydrogen sensor. Rather, it comes through the condensation of water in the sensor inside again and again to incorrect measurements. These can lead to a Noffallabschaltung of the fuel cell system in extreme cases, since, for example, a much higher water concentration is detected as permissible in an exhaust gas stream of hydrogen-containing gas mixture. This is to be seen as a serious disadvantage in terms of reliability and user-friendly design of such a system.

Um diese Problematik zu umgehen, kann beispielsweise die Heizleistung des typischerweise elektrisch ausgebildeten Heizelements weiter erhöht werden. Da dies jedoch auch beim Fahrzeugstillstand noch für eine gewisse Nachlaufzeit notwendig ist, führt dies zu einem erheblichen Energiebedarf in dem Fahrzeug, welcher unerwünscht ist und insbesondere im Fahrzeugstillstand die Batterie des Fahrzeugs stark belastet.To circumvent this problem, for example, the heating power of the typically electrically formed heating element can be further increased. However, since this is still necessary for a certain follow-up time even when the vehicle is stationary, this leads to a considerable energy requirement in the vehicle, which is undesirable and, in particular when the vehicle is stationary, puts a heavy burden on the battery of the vehicle.

Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung der Wasserstoffkonzentration in einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch in einem Leistungselement eines Brennstoffzellensystems anzugeben, welche ohne einen erhöhten Energiebedarf zu verursachen eine sicher und zuverlässige Funktionalität gewährleistet.It is therefore the object of the present invention to provide a device for detecting the hydrogen concentration in a hydrogen-containing gas mixture in a power element of a fuel cell system, which ensures safe and reliable functionality without causing an increased energy demand.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erfassung der Wasserstoffkonzentration mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device for detecting the hydrogen concentration with the features in the characterizing part of claim 1.

Bei dem typischen Aufbau eines Wasserstoffsensors mit einem Heizelement, wie er beispielsweise zur Erfassung von Wasserstoffkonzentrationen in Abluftleitungen eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug eingesetzt werden kann, liegt eine Verbindung zwischen dem Wasserstoffsensor und dem Heizelement vor, welche typischerweise miteinander verschraubt oder in sonstiger Art und Weise miteinander verbunden und dann im Bereich des Leitungselements montiert werden. Erfindungsgemäß ist nun zwischen diesem Verbund aus Wasserstoffsensor und Heizelement einerseits und dem Leitungselement andererseits eine thermische Isolierung angeordnet. Diese thermische Isolierung, beispielsweise eine Platte mit einer Öffnung für das zu detektierende Gasgemisch, verhindert, dass von dem Heizelement eingetragene Wärme über das vergleichsweise kühle Leitungselement abgeleitet wird. Die im Bereich des Heizelements erzeugte und zur zumindest mittelbaren Beheizung des zu detektierenden Gasgemischs gedachte Wärme kann so zur Erwärmung des Wasserstoffsensors und des Gasgemischs genutzt werden. Wärmeableitung in den Bereich des Leitungselements, welche unerwünscht ist und lediglich Heizleistungsverluste erzeugt, kann durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer thermischen Isolierung zwischen dem Heizelement und dem Leitungselement effizient verhindert werden.In the typical structure of a hydrogen sensor with a heating element, such as can be used for detecting hydrogen concentrations in exhaust ducts of a fuel cell system in a vehicle, there is a connection between the hydrogen sensor and the heating element, which are typically bolted together or otherwise connected and then mounted in the region of the line element. According to the invention, a thermal insulation is now arranged between this composite of hydrogen sensor and heating element on the one hand and the line element on the other hand. This thermal insulation, for example a plate with an opening for the gas mixture to be detected, prevents heat introduced by the heating element from being dissipated via the comparatively cool conduit element. The heat generated in the region of the heating element and intended for at least indirect heating of the gas mixture to be detected can thus be used to heat the hydrogen sensor and the gas mixture. Heat dissipation into the region of the line element, which is undesirable and only generates heat output losses, can be effectively prevented by the inventive use of thermal insulation between the heating element and the line element.

Neben einer thermischen Isolierung über ein isolierendes Material wäre es auch denkbar, eine thermische Isolierung durch geeignete konstruktive Maßnahmen zu realisieren. So könnte zum Beispiel im Bereich zwischen dem Heizelement und dem Leitungselement konstruktiv ein Gaspolster oder ein Bereich, welcher sich evakuieren lässt, vorgesehen werden. Die Verbindung würde dann lediglich über sehr feine Linien oder punktartige Auflagen im Bereich von Stegen erfolgen, sodass die Wärmeleitung deutlich minimiert ist. Alternativ oder ergänzend dazu wären auch thermisch schlecht leitende Beschichtungen oder dergleichen denkbar.In addition to a thermal insulation over an insulating material, it would also be possible to realize a thermal insulation by suitable design measures. For example, in the area between the heating element and the line element, a gas cushion or a region which can be evacuated could be provided structurally. The connection would then be made only over very fine lines or point-like supports in the range of webs, so that the heat conduction is significantly minimized. Alternatively or additionally, thermally poorly conductive coatings or the like would also be conceivable.

Über das Heizelement kann so mit minimaler Heizenergie auch in unterschiedlichen und widrigen Betriebszuständen eine ausreichende Temperatur im Bereich des Sensors sichergestellt werden, um korrekte Messergebnisse zu garantieren. Sollte sich unter extremen Umständen dennoch Flüssigkeit im Bereich des Wasserstoffsensors ansammeln, so kann diese aufgrund der erhöhten Temperatur wieder verdunsten. Durch die Tatsache, dass das Heizelement zusammen mit dem Wasserstoffsensor gegenüber dem Leitungselement thermisch isoliert ist, wird außerdem erreicht, dass nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems nur eine sehr langsame Abkühlung des Sensors im Vergleich zu seiner Umgebung erfolgt. Die in diesen Situationen unvermeidliche Kondensation von Flüssigkeit wird dann nicht in den gegenüber der Umgebung wärmeren Bereich des Sensors erfolgen, sondern in anderen Bereichen, beispielsweise im Bereich des Leitungselements, welches erfindungsgemäß gegenüber dem Heizelement isoliert ist. Damit kann auch bei bereits abgestelltem System ohne weitere Zuheizung oder mit minimaler weiterer Zuheizung über das Heizelement eine sichere und zuverlässige Funktionalität des Wasserstoffsensors gewährleistet werden.By means of the heating element, a sufficient temperature in the region of the sensor can thus be ensured with minimal heating energy, even in different and adverse operating conditions, in order to guarantee correct measurement results. If, under extreme circumstances, liquid still accumulates in the area of the hydrogen sensor, it may evaporate again due to the increased temperature. Due to the fact that the heating element together with the hydrogen sensor is thermally insulated from the line element, it is also achieved that after switching off the fuel cell system only a very slow cooling of the sensor takes place in comparison to its surroundings. The inevitable condensation of liquid in these situations will not then be warmer in the environment Area of the sensor, but in other areas, for example in the region of the line element, which according to the invention is insulated from the heating element. In this way, a safe and reliable functionality of the hydrogen sensor can be ensured even when the system is already switched off without additional heating or with minimal additional heating via the heating element.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei ferner vorgesehen, dass die thermische Isolierung als plattenförmiges Element ausgebildet ist. Eine solche Platte aus thermisch isolierendem Material kann dabei insbesondere zwischen einem Flansch für die Kombination aus Heizelement und Wasserstoffsensor auf dem Leitungselement und dem Heizelement eingelegt werden, sodass eine einfache, sichere und zuverlässige Montage erreicht wird. Neben der thermischen Isolierung kann die plattenförmig ausgebildete thermische Isolierung auch die Aufgabe eines Dichtelements zwischen dem Leitungselement und dem mit diesem fluidisch verbundenen, typischerweise am Leitungselement anmontierten Aufbau aus Heizelement und Wasserstoffsensor mit übernehmen.In a particularly preferred embodiment of the device according to the invention, it is further provided that the thermal insulation is formed as a plate-shaped element. Such a plate of thermally insulating material can be inserted in particular between a flange for the combination of heating element and hydrogen sensor on the line element and the heating element, so that a simple, safe and reliable installation is achieved. In addition to the thermal insulation, the plate-shaped thermal insulation can also take over the task of a sealing element between the line element and the fluidically connected thereto, typically mounted on the line element structure of heating element and hydrogen sensor.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es ferner vorgesehen sein, dass das Heizelement als elektrischer Heizer ausgebildet ist. Ein solcher elektrischer Heizer kann einfach und effizient aufgebaut werden und kann insbesondere mittels einer Regelung und eines Temperaturfühlers in seiner Leistungsabgabe so geregelt werden, dass ein geeignetes Temperaturniveau im Bereich des zu detektierenden Gasgemischs vorliegt.In an advantageous development of the device according to the invention, it may further be provided that the heating element is designed as an electric heater. Such an electrical heater can be constructed simply and efficiently and can be regulated in particular by means of a control and a temperature sensor in its power output so that there is a suitable temperature level in the range of the gas mixture to be detected.

In einer besonders günstigen Weiterbildung hiervon kann es ferner vorgesehen sein, dass der elektrische Heizer mit PTC-Elementen bzw. PTC-Halbleitern bestückt ist. Damit lässt sich ein elektrischer Heizer realisieren, welcher neben der Regelung außerdem den Vorteil aufweist, dass sich die PTC-Elemente thermisch selbst begrenzen, sodass es nicht zu einer Überhitzung kommen kann.In a particularly favorable development thereof, it may further be provided that the electrical heater is equipped with PTC elements or PTC semiconductors. Thus, an electric heater can be realized, which in addition to the control also has the advantage that the PTC elements thermally limit themselves, so it can not come to overheating.

In einer weiteren besonders günstigen und vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufbaus ist es ferner vorgesehen, dass der Wasserstoffsensor und/oder das Heizelement gegenüber der Umgebung mit einem thermisch isolierenden Material umgeben sind. Durch diese zusätzliche thermische Isolierung des Aufbaus gegenüber der Umgebung wird erreicht, dass nicht nur durch Wärmeleitung in den Bereich des Leitungselements 1, sondern auch durch Wärmestrahlung in den Bereich der Umgebung keine oder nur eine minimale Menge an Wärme abgegeben wird. Hierdurch wird die benötigte Heizleistung weiter minimiert und die Gefahr einer Auskühlung des Aufbaus aus Heizer und Wasserstoffsensor weiter verringert.In a further particularly favorable and advantageous embodiment of the construction according to the invention, it is further provided that the hydrogen sensor and / or the heating element are surrounded with respect to the environment with a thermally insulating material. By this additional thermal insulation of the structure from the environment is achieved that not only by heat conduction in the region of the conduit element 1 but also by heat radiation in the area of the environment no or only a minimal amount of heat is discharged. As a result, the required heating power is further minimized and the risk of cooling the structure of heater and hydrogen sensor further reduced.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen ersten möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 1 a first possible construction of the device according to the invention; and

2 einen weiteren möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 another possible structure of the device according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist ein Leitungselement 1 zu erkennen, in welchem ein wasserstoffhaltiges Gasgemisch strömt. Das Leitungselement 1 kann dabei insbesondere ein Leitungselement im Bereich eines Brennstoffzellensystems sein, welches in einem Fahrzeug eingesetzt wird. In solchen Brennstoffzellensystemen, wie sie in Fahrzeugen eingesetzt werden, werden typischerweise PEM-Brennstoffzellen mit Luft für die Kathodenseite und Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas auf der Anodenseite betrieben. Der Wasserstoff wird dabei im Kreislauf um die Anodenseite geführt und im Idealfall vollständig aufgebraucht. Die Luft gelangt nach dem Brennstoffzellensystem direkt oder über weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Turbine, in den Bereich der Umgebung. Das Leitungselement 1 kann nun beispielhaft eine solche Abluftleitung eines derartigen Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug sein. In dieser Abluftleitung dürfte unter normalen Bedingungen lediglich an Sauerstoff abgereicherte Abluft sowie in dieser Abluft enthaltenes Produktwasser aus dem Bereich der Brennstoffzelle strömen. Nun kann es durch entsprechende Undichtheiten im Bereich der Brennstoffzelle oder durch aus dem Anodenkreislauf der Brennstoffzelle abgeführten Gas, welches Reste an Wasserstoff enthält, im Bereich der Abluft zu einer erhöhten Konzentration an Wasserstoff kommen. Sobald eine solche Wasserstoffkonzentration einen kritischen Wert übersteigt, muss hier, alleine schon aus Sicherheitsgründen, eingegriffen werden. Dies kann typischerweise durch eine Abschaltung des Brennstoffzellensystems erfolgen. Um eine solche Notabschaltung eines Brennstoffzellensystems, welche insbesondere für den Betreiber eines Fahrzeugs, wenn das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug eingesetzt ist, ziemlich unangenehm und hinsichtlich des Wiederstarts vergleichsweise aufwändig ist, wirklich nur dann durchführen zu müssen, wenn dies zwingend notwendig ist, sind an die Zuverlässigkeit der Erfassung der Konzentrationswerte des Wasserstoffs in dem wasserstoffhaltigen Gasstrom in dem Leitungselement 1 hohe Anforderungen zu richten.In the presentation of the 1 is a conduit element 1 to recognize, in which a hydrogen-containing gas mixture flows. The pipe element 1 In this case, it may in particular be a line element in the region of a fuel cell system which is used in a vehicle. In such fuel cell systems as used in vehicles, PEM fuel cells are typically operated with air for the cathode side and hydrogen or a hydrogen-containing gas on the anode side. The hydrogen is circulated around the anode side and ideally completely consumed. The air passes to the fuel cell system directly or via other components, such as a turbine, in the area of the environment. The pipe element 1 may now be exemplified such exhaust duct of such a fuel cell system in a vehicle. Under normal conditions, exhaust air that is only depleted of oxygen and product water contained in this exhaust air should flow out of the area of the fuel cell in this exhaust air line. Now it can come by appropriate leaks in the field of fuel cell or by discharged from the anode circuit of the fuel cell gas containing radicals of hydrogen, in the region of the exhaust air to an increased concentration of hydrogen. As soon as such a hydrogen concentration exceeds a critical value, action must be taken here, for safety reasons alone. This can typically be done by switching off the fuel cell system. To such a emergency shutdown of a fuel cell system, which is in particular for the operator of a vehicle, when the fuel cell system is used in a vehicle is rather uncomfortable and with respect to the restart comparatively expensive to really only have to perform, if this is absolutely necessary, are to Reliability of detecting the concentration levels of hydrogen in the hydrogen-containing gas stream in the conduit element 1 to set high requirements.

Zur Erfassung der Wasserstoffkonzentration ist im Bereich des Leitungselements 1 nun eine fluidisch mit dem Inneren des Leitungselements 1 verbundene Vorrichtung 2 zur Erfassung der Wasserstoffkonzentration angeordnet. Die Vorrichtung 2 umfasst dabei, wie es aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist, einen Wasserstoffsensor 3 sowie ein Heizelement 4. Der Wasserstoffsensor 3 wird typischerweise eine Auswerteelektronik aufweisen, welche über hier symbolisch angedeutete elektrische Leitungselemente 5 mit einer Steuerungseinrichtung des Brennstoffzellensystems in dem Fahrzeug verbunden ist. Das Heizelement 4 soll in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bevorzugt als elektrischer Heizer 4 ausgebildet sein. Auch dieser ist über hier symbolisch angedeutete elektrische Leitungselemente 6 mit einer entsprechenden Leistungsquelle verbunden, welche seine Beheizung ermöglicht. Soweit entspricht die Vorrichtung 2 dabei im Wesentlichen der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Vorrichtung. For detecting the hydrogen concentration is in the region of the line element 1 now a fluidic with the interior of the conduit element 1 connected device 2 arranged to detect the hydrogen concentration. The device 2 comprises, as is known from the prior art mentioned above, a hydrogen sensor 3 and a heating element 4 , The hydrogen sensor 3 typically will have an evaluation, which via here symbolically indicated electrical line elements 5 is connected to a controller of the fuel cell system in the vehicle. The heating element 4 is preferred in the embodiment shown here as an electric heater 4 be educated. This is also symbolically indicated here electrical line elements 6 connected to a corresponding power source, which allows its heating. As far as the device corresponds 2 essentially the device known from the aforementioned prior art.

Der Aufbau der Vorrichtung 2 ist nun in an sich bekannter Art und Weise an dem Leitungselement 1 befestigt, beispielsweise indem die Vorrichtung 2 an einem hier nicht dargestellten Aufnahmeelement an dem Leitungselement 1 angeschraubt ist. In der Darstellung der 1 ist zu erkennen, dass bei diesem Aufbau zwischen dem elektrischen Heizer 4 und dem Leitungselement 1 eine thermische Isolierung in Form einer thermisch isolierenden Platte 7 eingesetzt ist. Diese thermisch isolierende Platte 7, welche ebenfalls eine Öffnung für das zu detektierende Gasgemisch analog zum elektrischen Heizer 4 und der Wandung des Leitungselements 1 aufweist, ist so zwischen dem elektrischen Heizer 4 und dem Leitungselement 1 angeordnet, dass eine Wärmeableitung von dem elektrischen Heizer in Richtung des Leitungselements 1 verhindert werden kann. Insbesondere wenn die Wandungen des Leitungselements 1 aus einem metallischen Material ausgebildet sind, würde der elektrische Heizer 4 das Leitungselement 1 mitheizen und eine große Wärmemenge könnte so durch die Wandungen des Leitungselements 1 abgeleitet werden. Durch die thermische Isolierung in Form der hier dargestellten Platte 7 kann dies weitgehend verhindert werden, da eine Wärmeableitung von dem elektrischen Heizer 4 zu dem Leitungselement 1 durch die thermische Isolierung der Platte 7 verhindert wird. Damit kann mit geringerer Heizleistung an dem elektrischen Heizer 4 ein sicherer und zuverlässiger Betrieb sichergestellt werden, bei dem in dem zu detektierenden Gasgemisch keine Flüssigkeit, insbesondere kein Wasser, auskondensieren wird.The construction of the device 2 is now in a conventional manner to the line element 1 attached, for example by the device 2 on a receiving element, not shown here, on the conduit element 1 screwed on. In the presentation of the 1 It can be seen that in this structure between the electric heater 4 and the conduit element 1 a thermal insulation in the form of a thermally insulating plate 7 is used. This thermally insulating plate 7 which also has an opening for the gas mixture to be detected analogous to the electric heater 4 and the wall of the conduit element 1 is so between the electric heater 4 and the conduit element 1 arranged that a heat dissipation from the electric heater in the direction of the conduit element 1 can be prevented. In particular, when the walls of the conduit element 1 are formed of a metallic material, the electric heater 4 the conduit element 1 co-heat and a large amount of heat could thus through the walls of the conduit element 1 be derived. Due to the thermal insulation in the form of the plate shown here 7 This can be largely prevented because of heat dissipation from the electric heater 4 to the conduit element 1 through the thermal insulation of the plate 7 is prevented. This can be done with less heating power to the electric heater 4 a safe and reliable operation can be ensured, in which no liquid, in particular no water, will condense out in the gas mixture to be detected.

Die Platte 7 aus thermisch isolierendem Material ist dabei sehr einfach und lässt sich ohne konstruktive Änderung in einen bestehenden Aufbau integrieren. Sie stellt allerdings nur ein Beispiel für eine thermische Isolierung dar. Andere Beispiele, beispielsweise konstruktive Lösungen mit Gaspolstern, evakuierten Bereichen und/oder schlecht wärmeleitenden Beschichtungen wären selbstverständlich ebenso denkbar.The plate 7 made of thermally insulating material is very simple and can be integrated without structural change in an existing structure. However, it represents only one example of a thermal insulation. Other examples, for example constructive solutions with gas cushions, evacuated areas and / or poorly heat-conducting coatings would of course also be conceivable.

In der Darstellung der 2 ist derselbe Aufbau in einer alternativen optionalen Ausführungsform nochmals zu erkennen. Der Aufbau der Vorrichtung 2 unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Aufbau lediglich dadurch, dass zusätzlich ein thermisch isolierendes Material 8 vorgesehen ist, welches in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel den Wasserstoffsensor 3 und den elektrischen Heizer 4 zusammen umgibt. Dieses thermisch isolierende Material ermöglicht eine zusätzliche thermische Isolierung gegenüber der Umgebung des Aufbaus, welche es dem Aufbau der Vorrichtung 2 ermöglicht, mit geringer eingetragener Heizleistung über den elektrischen Heizer die Temperatur während des Betriebs konstant zu halten und bei abgestelltem System eine sehr langsame Abkühlung des Aufbaus aus elektrischem Heizer und Wasserstoffsensor 3 gegenüber den Bauteilen und der Luft in der Umgebung zu gewährleisten.In the presentation of the 2 the same structure can be seen again in an alternative optional embodiment. The construction of the device 2 is different from the one in 1 shown construction only in that in addition a thermally insulating material 8th is provided, which in the in 2 illustrated embodiment, the hydrogen sensor 3 and the electric heater 4 surrounds together. This thermally insulating material allows additional thermal isolation from the environment of the structure, which makes it easier to construct the device 2 makes it possible to keep the temperature constant during operation with low heat input via the electric heater and, when the system is turned off, a very slow cooling down of the electric heater and hydrogen sensor 3 to ensure the components and the air in the area.

Das thermisch isolierende Material 8 bietet eine thermischen Isolierung, welche bei vergleichbarer Heizleistung des elektrischen Heizers 4 eine entsprechend höhere Temperatur im Bereich des Wasserstoffsensors 3 erlaubt. Auch nach dem Abschalten des elektrischen Heizers 4 erfolgt eine deutlich langsamere Abkühlung des Wasserstoffsensors 3 als ohne die thermische Isolierung. Das thermische Isolationsmaterial 8 kann dabei, insbesondere wie in der Darstellung der 2 zu erkennen ist, eng anliegend um den Bereich des Wasserstoffsensors 3 und den elektrischen Heizer 4 ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, die Vorrichtung 2 beispielsweise beim Einsatz an einer Abluftleitung 1 eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug ohne weitere Gehäuseelemente oder dergleichen anzubringen. Das thermisch isolierende Material 8 übernimmt dann neben der thermischen Isolierung außerdem den Schutz gegenüber Spritzwasser, Schmutz, Steinschlag und dergleichen. Der Aufbau des thermisch isolierenden Materials 8 muss dabei insbesondere die thermisch isolierenden Eigenschaften gewährleisten und das Eindringen von flüssigem oder dampfförmigem Wasser verhindern. Daher ist bevorzugt ein geeignetes Material, insbesondere für den automotiven Einsatz, auszuwählen, welches gegen das Eindringen von Wasserdampf und Flüssigkeit unempfindlich ist und insbesondere eine geschlossenporige Oberfläche aufweist. Das isolierende Material 8 sollte außerdem eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und sollte bevorzugt hitzebeständig sein, also Temperaturen über 120°C aushalten. Außerdem ist vorzugsweise ein nicht brennbares, vibrationsbeständiges und zumindest für die Lebensdauer eines Fahrzeugs alterungsbeständiges Material auszuwählen. Auch eine Beständigkeit gegen Chemikalien und dergleichen ist sinnvoll, da insbesondere beim Einsatz ohne weiteres Gehäuse das Spritzwasser beim Winterbetrieb mit Auftausalz und dergleichen kontaminiert sein kann.The thermally insulating material 8th provides thermal insulation, which at comparable heat output of the electric heater 4 a correspondingly higher temperature in the area of the hydrogen sensor 3 allowed. Even after switching off the electric heater 4 a much slower cooling of the hydrogen sensor takes place 3 as without the thermal insulation. The thermal insulation material 8th can, in particular, as in the representation of 2 can be seen, closely fitting around the area of the hydrogen sensor 3 and the electric heater 4 be educated. This allows the device 2 for example, when used on an exhaust pipe 1 a fuel cell system in a vehicle without further housing elements or the like to install. The thermally insulating material 8th then takes over in addition to the thermal insulation also protection against splashing water, dirt, stone chipping and the like. The structure of the thermally insulating material 8th In particular, it must ensure the thermally insulating properties and prevent the penetration of liquid or vaporous water. Therefore, it is preferable to select a suitable material, in particular for automotive use, which is insensitive to the ingress of water vapor and liquid and in particular has a closed-pore surface. The insulating material 8th should also have a high temperature resistance and should preferably be heat resistant, so withstand temperatures above 120 ° C. In addition, preferably a non-combustible, vibration resistant and at least for the life of a vehicle aging resistant material to select. Also, a resistance to chemicals and the like makes sense, since especially when used without further housing the spray water can be contaminated during winter operation with deicing salt and the like.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2008/116474 A1 [0002] WO 2008/116474 A1 [0002]

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Vorrichtung zur Erfassung einer Wasserstoffkonzentration in einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch in einem Leitungselement eines Brennstoffzellensystems, insbesondere in einem Fahrzeug, mit einem Wasserstoffsensor und mit einem mit dem Wasserstoffsensor verbundenen Heizelement, welches das Gasgemisch im Bereich des Wasserstoffsensors zumindest mittelbar beheizt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitungselement (1) und dem Heizelement (4) eine thermische Isolierung angeordnet ist.Device for detecting a hydrogen concentration in a hydrogen-containing gas mixture in a line element of a fuel cell system, in particular in a vehicle, with a hydrogen sensor and with a connected to the hydrogen sensor heating element, which at least indirectly heated the gas mixture in the region of the hydrogen sensor, characterized in that between the conduit element ( 1 ) and the heating element ( 4 ) a thermal insulation is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolierung (8) als plattenförmiges Element zwischen dem Leitungselement (1) und dem Heizelement (4) angeordnet ist.Device according to claim 1, characterized in that the thermal insulation ( 8th ) as a plate-shaped element between the line element ( 1 ) and the heating element ( 4 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) als elektrischer Heizer ausgebildet ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element ( 4 ) is designed as an electric heater. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Heizer (4) mittels PTC-Elementen aufgebaut ist.Device according to claim 3, characterized in that the electric heater ( 4 ) is constructed by means of PTC elements. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffsensor (3) und/oder das Heizelement (4) gegenüber der Umgebung mit einem thermisch isolierenden Material (8) umgeben sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hydrogen sensor ( 3 ) and / or the heating element ( 4 ) relative to the environment with a thermally insulating material ( 8th ) are surrounded.
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