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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Gassystem und einer im Gassystem angeordneten Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom sowie ein Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, wobei im Gasstrom ein piezoelektrisches Element angeordnet ist.
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STAND DER TECHNIK
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Gasströme und andere Fluidströme werden in der modernen Technik bei vielen verschiedenen Vorrichtungen und Verfahren eingesetzt. Dabei kann beispielsweise in einer Verbrennungsmaschine ein derartiger Gasstrom sowohl der Brenngasstrom vor dem eigentlichen Verbrennungsvorgang als auch der Abgasstrom nach dem Verbrennungsvorgang sein. Um bei diesem Beispiel zu bleiben, kann es in beiden Fällen sinnvoll sein, die Gasströme dahin gehend zu überwachen, ob und in welchen Maßen Feststoffe in diesen Gasströmen vorhanden sind. So kann ein hoher Anteil von Feststoffen vor dem Verbrennungsvorgang auf eine Verunreinigung des verwendeten Brenngases schließen lassen. Eine hohe oder erhöhte Feststoffbelastung im Gasstrom nach dem Verbrennungsvorgang, d. h. im Abgasstrom des Verbrennungsvorgangs, kann ein Hinweis auf eine nicht vollständige oder nicht ideale Verbrennung im Verbrennungsvorgang sein.
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Auch bei Brennstoffzellenanordnungen kann es sinnvoll sein, die verwendeten Gasströme auf Feststoffbelastung und/oder auf eine Bildung von Feststoffen im Gasstrom hin zu überwachen. Ein Beispiel hierfür wäre eine Überwachung des Gasstroms in einem Reformer einer Brennstoffzellenanordnung. In einem derartigen Reformer wird das Brenngas der Brennstoffzellenanordnung mit Wasserdampf in einer Reaktion, insbesondere in einer heterogen katalytischen Reaktion, umgewandelt. Wird dem Brenngas dabei nicht ausreichend Wasserdampf beigemischt, so kann sich als Feststoff Ruß bilden, wird zu viel Wasserdampf beigemischt, so kann sich der Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung verringern. Der optimale Betriebspunkt ist somit der Punkt, an dem sich gerade noch kein Ruß bilden kann.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Feststoffe in Gasströmen zu messen. Bekannte Messmethoden hierbei sind beispielsweise resistive, kapazitive oder foto-akustische Verfahren. Aus den
DE 43 23 449 A1 und
DE 10 2004 009 102 A1 ist ferner der Einsatz von Sensoren, die auf einem piezoelektrischen Effekt beruhen bekannt. Dabei wird verwendet, dass der am Sensor vorbeifließende Fluidstrom Schwingungen im piezoelektrisch aktiven Teil des Sensors anregt beziehungsweise durch das Vorbeiströmen eine Eigenschwingungsfrequenz des Sensors verändert wird. Derartige Verfahren ermöglichen es jedoch insbesondere nicht, einen direkt in einer katalytischen heterogenen Reaktion des Gasstroms entstehenden Feststoff unmittelbar und quantitativ zu bestimmen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bekannter Vorrichtungen zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, bekannter Brennstoffzellenanordnungen sowie bekannter Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Vorrichtung, ein derartiges Brennstoffzellensystem und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, welche in einfacher und kostengünstiger Weise ein direktes und quantitatives Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, insbesondere die bei Reaktionen in einem Gasstrom entstehenden Feststoffen, ermöglichen.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch eine Brennstoffzellenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch ein Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Feststoffen in einem Gasstrom beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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In einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gelöst. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein piezoelektrisches Element mit zumindest einer Elektrode und ein katalytisches Element aufweist, wobei das piezoelektrische Element und das katalytische Element derart angeordnet sind, dass zumindest das katalytischen Element dem Gasstrom aussetzbar ist und dass bei einer katalytischen Reaktion der Feststoffe und/oder des Gasstroms am katalytischen Element sich eine Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements ändert.
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Piezoelektrische Materialien können insbesondere bei Anlegen einer elektrischen Spannung ihre räumliche Ausdehnung, insbesondere in eine bestimmte Richtung, ändern. Das piezoelektrische Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch die zumindest eine Elektrode somit zu einer Schwingung, insbesondere zu einer Schwingung bei einer Eigenschwingfrequenz des piezoelektrischen Elements, angeregt werden. Bevorzugt können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere zwei Elektroden vorgesehen sein, wobei eine Anordnung der Elektroden auf zwei voneinander abgewandten Seiten des piezoelektrischen Elements vorteilhaft sein kann. Das katalytische Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem Gasstrom ausgesetzt werden. Damit können Feststoffe, die sich im Gasstrom befinden, und/oder der Gasstrom selbst mit dem katalytischen Element in Kontakt treten und am katalytischen Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung reagieren, insbesondere katalytisch reagieren. Durch diese insbesondere katalytische Reaktion können Feststoffe, die im Gasstrom bereits vorhanden sind und/oder durch die Reaktion am Katalysator gebildet werden, zumindest teilweise am katalytischen Element gebunden werden. Durch diese Bindung der Feststoffe am katalytischen Element ändert sich auch die Gesamtmasse des katalytischen Elements. Das katalytische Element und das piezoelektrische Element sind derart miteinander verbunden, dass bei einer Schwingung des piezoelektrischen Elements auch das katalytische Element bevorzugt zu einer Schwingung angeregt werden kann. Durch die Massenzunahme des katalytischen Elements durch die insbesondere katalytische Reaktion wird somit die Gesamtmasse des schwingenden Systems verändert, insbesondere vergrößert. Auf diese Weise ändert sich auch die Eigenschwingungsfrequenz des schwingenden Systems und damit auch des piezoelektrischen Elements. Eine derartige Änderung der Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements kann gemessen werden und ermöglicht so einen Rückschluss auf die Masse der am katalytischen Element angelagerten Feststoffe aus dem Gasstrom. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Gassystem eingesetzt werden, in dem eine Vorrichtung zur Durchführung eines katalytischen Prozesses vorgesehen ist. Eine derartige Vorrichtung zur Durchführung eines katalytischen Prozesses kann dabei beispielsweise ein Abgaskatalysator im Abgassystem eines Verbrennungsmotors oder ein Reformer in einer Brennstoffzellenanordnung sein. Dabei kann es von Vorteil sein, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines katalytischen Prozesses und das katalytische Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen ein gleiches Material für die Katalyse aufweisen. Dadurch kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auch die katalytische Reaktion in einer derartigen Vorrichtung zur Durchführung eines katalytischen Prozesses überwacht werden, da die Reaktionsraten der katalytischen Prozesse gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom ermöglicht somit eine unmittelbare und quantitative Ermittlung der Menge an Feststoffen, die im überwachten Gasstrom vorhanden ist oder aus diesem durch eine katalytische Reaktion entstehen kann. Die Ermittlung ist darüber hinaus auch besonders einfach und genaue. Die Verwendung eines piezoelektrischen Elements stellt dabei insbesondere einen besonders kostengünstigen und wartungsarmen Sensor zur Überwachung bzw. zur Messung von Feststoffen in einem Gasstrom zur Verfügung.
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Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom vorgesehen sein, dass das katalytische Element direkt auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine besonders gute und unmittelbare Kopplung des piezoelektrischen Elements und des katalytischen Elements erreichbar. Die Massenzunahme des katalytischen Elements, bedingt durch die katalytische Reaktion der Feststoffe im Gasstrom und/oder des Gasstroms selbst am katalytischen Element, wird dadurch im Wesentlichen ohne Abschwächung auch auf das piezoelektrische Element übertragen. Dadurch ist die Änderung der Eigenschwindungsfrequenz des piezoelektrischen Elements besonders ausgeprägt und erlaubt somit eine besonders genaue Messung der Feststoffbelastung und/oder der Neigung zur Feststoffbildung des überwachten Gasstroms.
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Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom dahin gehend ausgebildet sein, dass das katalytische Element auf der zumindest einen Elektrode angeordnet ist, wobei die zumindest eine Elektrode direkt auf der Oberfläche des piezoelektrischen Elements angeordnet ist, und/oder dass das katalytische Element durch die zumindest eine Elektrode gebildet ist. Durch das direkte Anordnen der Elektrode auf dem piezoelektrischen Element sind eine besonders gute Kopplung der Elektrode und damit eine besonders effiziente Anregung einer Schwingung des piezoelektrischen Elements ermöglicht. Die Elektrode bildet in diesem Fall auch einen Teil des schwingenden Systems. Durch die direkte Anbringung des katalytischen Elements auf der Elektrode kann wiederum eine Massenzunahme des gesamten schwingenden Systems, bestehend aus katalytischem Element, Elektrode und piezoelektrischem Element, durch eine katalytische Reaktion der Feststoffe im Gasstrom und/oder des Gasstroms selbst am katalytischen Element erreicht werden. Auf diese Weise ist es möglich, beide Vorteile, das besonders effiziente Anregen der Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements und eine Änderung dieser Eigenschwingungsfrequenz durch eine Massenänderung des gesamten schwingenden Systems, besonders einfach zu erreichen. Besonders bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Elektrode selbst das katalytische Element bildet. Beispielsweise kann dabei Platin als Elektrodenmaterial verwendet werden, das auch für viele Reaktionen eine katalytische Wirkung aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom bereitgestellt werden.
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Auch kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom vorgesehen sein, dass das piezoelektrische Element Quarz und/oder Langasit aufweist. Quarz stellt dabei ein besonders gut bekanntes und günstiges Material dar, das piezoelektrische Merkmale aufweist. Insbesondere bei hohen Temperaturen kann es jedoch von Vorteil sein, dass das piezoelektrische Element Langasit aufweist. Insbesondere verliert Quarz bei einer Temperatur von über 573°C seine piezoelektrischen Eigenschaften. Insbesondere bei Temperaturen über dieser Grenztemperatur kann es somit von Vorteil sein, dass das piezoelektrische Element Langasit aufweist, das ungeachtet dieser hohen Temperaturen piezoelektrische Merkmale aufweist.
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Besonders bevorzugt kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom vorgesehen sein, dass das piezoelektrische Element und/oder das katalytische Element flächig ausgestaltet sind. Eine flächige Ausgestaltung bedeutet dabei insbesondere eine im Vergleich zum Volumen große Oberfläche des piezoelektrischen Elements und/oder des katalytischen Elements. Insbesondere bei einer derartigen Ausgestaltung des katalytischen Elements geht damit eine hohe Reaktionswahrscheinlichkeit der Feststoffe und/oder des Gasstroms am katalytischen Element einher, da diese Reaktionswahrscheinlichkeit insbesondere auch von der dem Gasstrom aussetzbaren Oberfläche des katalytischen Elements abhängt. Eine hohe Reaktionswahrscheinlichkeit bewirkt dabei insbesondere auch eine Erhöhung der Messgenauigkeit und eine Absenkung der Nachweisschwelle. Dadurch kann eine Messung von Feststoffen in einem Gasstrom und/oder der Neigung zur Feststoffbildung im Gasstrom durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung weiter verbessert werden.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle, einem Gassystem und einer im Gassystem angeordneten Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gelöst. Insbesondere kann bei der erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Sämtliche Vorteile, die zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für eine erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung, die eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom aufweist.
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Ferner kann bei einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung vorgesehen sein, dass im Gassystem der Brennstoffzellenanordnung ein Reformer angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom im oder nahe zum Reformer angeordnet ist. Im Reformer einer Brennstoffzellenanordnung kann das in der Brennstoffzellenanordnung verwendete Brenngas in einer insbesondere heterogen katalysierten Reaktion mit Wasserdampf umgewandelt werden. Wird dabei dem Brenngas nicht ausreichend Wasserdampf beigemischt, so kann sich Ruß bilden, wird dem Brenngas zu viel Wasserdampf beigemischt, so kann sich der Wirkungsgrad der gesamten Brennstoffzellenanordnung verringern. Der optimale Betriebspunkt für den Reformer ist somit dahin gehend definiert, dass sich gerade noch kein Ruß bilden kann. Durch den Einsatz der Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom im oder nahe zum Reformer ist ein Messen und Erkennen der Feststoffe im Gasstrom bzw. der Neigung zur Feststoffbildung aus dem Gasstrom direkt im oder nahe zum Reformer ermöglicht. Dadurch kann der Reformer und insbesondere die heterogen katalysierte Reaktion im Reformer, präziser und effizienter gesteuert werden. Ein effizienterer Betrieb der gesamten Brennstoffzellenanordnung ist dadurch ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung kann vorgesehen sein, dass der Reformer einen Katalysator aufweist, wobei der Katalysator und das katalytische Element der Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom zumindest teilweise dasselbe Material aufweisen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Katalysator des Reformers und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom zumindest annähernd die gleichen katalytischen Eigenschaften aufweisen. Da somit die Reaktion der Feststoffe im Gasstrom und/oder des Gasstroms selbst am katalytischen Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit der Reaktion der Feststoffe im Gasstrom und/oder des Gasstroms selbst am Katalysator des Reformers übereinstimmen oder zumindest im Wesentlichen übereinstimmen ist es auf diese Weise ermöglicht, auch direkt die katalytische Reaktion im Reformer durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu überwachen. Dadurch ist es möglich, den Reformer der Brennstoffzellenanordnung mit einer nochmals gesteigerten Präzision und Effizienz zu steuern.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, wobei im Gasstrom ein piezoelektrisches Element und ein mit dem piezoelektrischen Element gekoppeltes katalytisches Element angeordnet ist und das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- a) Anregen einer Schwingung im piezoelektrischen Element,
- b) Messen einer Änderung der Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements, und
- c) Rückschließen aus der Änderung der Eigenschwingungsfrequenz auf im Gasstrom (10) vorhandene und/oder gebildete Feststoffe.
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Für die Anregung der Schwingungen im piezoelektrischen Element können Elektroden, bevorzugt zwei Elektroden verwendet werden. Das katalytische Element kann dabei insbesondere derart im Gasstrom angeordnet sein, dass Feststoffe aus dem Gasstrom und/oder der Gasstrom selbst am katalytischen Element reagieren und sich insbesondere diese vorhandenen oder aus dem Gasstrom gebildeten Feststoffe auf diesem katalytischen Element anlagern können. Durch das katalytische Element kann somit eine Erhöhung der Reaktionsrate und damit eine Erhöhung der Messgenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden. Durch das Anlagern der Feststoffe ändert sich die Masse des katalytischen Elements und durch die Kopplung des katalytischen Elements mit dem piezoelektrischen Element die Gesamtmasse des Gesamtschwingungssystems. Dadurch ändert sich auch die Eigenschwingungsfrequenz des Gesamtschwingungssystems und damit des piezoelektrischen Elements. Die Änderung der Eigenschwingungsfrequenz ist dabei abhängig von der Masse der angelagerten Feststoffe. Auf diese Weise ist es möglich, aus der Änderung der Eigenschwingungsfrequenz auf die Masse der angelagerten Feststoffe und damit unmittelbar und quantitativ auf die Feststoffe im Gasstrom bzw. auf die aus dem Gasstrom gebildeten Feststoffe rückzuschließen. Durch ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren ist es somit möglich, besonders einfach und effizient die Feststoffe und/oder die Neigung zur Feststoffbildung in einem Gasstrom zu messen.
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Besonders bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom vorgesehen sein, dass das Verfahren durch eine Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt wird. Selbstverständlich kann das Verfahren dabei auch durch eine Brennstoffzellenanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgeführt werden, die mit einer Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gemäß dem ersten Aspekt der ausgestattet ist. Sämtliche Vorteile, die zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beziehungsweise zu einer Brennstoffzellenanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind, ergeben sich somit selbstverständlich auch für ein Verfahren zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom, das durch eine derartige Vorrichtung und/oder durch eine derartige Brennstoffzellenanordnung ausgeführt wird.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile, die erfindungsgemäße Brennstoffzellenanordnung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile sowie das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine mögliche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen von Feststoffen in einem Gasstrom und
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2 eine mögliche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine mögliche Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gezeigt. In dieser Ausgestaltungsform ist das piezoelektrische Element 2 scheibenförmig ausgebildet. Oberhalb und unterhalb des piezoelektrischen Elements 2 ist jeweils eine Elektrode 3 angeordnet. Auf der oberen Elektrode 3 ist ein katalytisches Element 4 angeordnet. Sowohl das piezoelektrische Element 2 als auch die Elektroden 3 und das katalytische Element 4 sind jeweils flächig ausgestaltet. Dadurch kann, insbesondere beim katalytischen Element 4, eine besonders große Oberfläche erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1, insbesondere das katalytische Element 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, ist einem Gasstrom 10, dargestellt durch einen Pfeil, ausgesetzt, der Feststoffe 11 enthält. Selbstverständlich kann der Gasstrom 10 auch Stoffe umfassen, die selbst am katalytischen Element 4 unter Bildung von Feststoffen 11 reagieren können. Durch die große Oberfläche ist die Reaktionsrate der Feststoffe 11 im Gasstrom 10 bzw. des Gasstroms 10 selbst mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, insbesondere im katalytischen Element 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, erhöht. Erfindungsgemäß kann durch die Elektroden 3 das piezoelektrische Element 2 zu einer Schwingung angeregt werden. Durch die Anordnung der Elektroden 3 und des katalytischen Elements 4 direkt am piezoelektrischen Element 2 werden dadurch auch diese zu einer Schwingung angeregt. Es schwingen somit alle gezeigten Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Die sich einstellende Eigenschwingungsfrequenz ist dabei abhängig von der Masse der schwingenden Teile. Bei einer katalytischen Reaktion der Feststoffe 11 bzw. der feststoffbildenden Reaktion des Gasstroms 10 am katalytischen Element 4 der Vorrichtung 1 können insbesondere diese Feststoffe 11 am katalytischen Element 4 gebunden werden. Dadurch ändern sich die Masse des katalytischen Elements 4 und damit die Gesamtmasse des schwingenden Systems. Dadurch verändert sich auch die Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements 2. Diese Verschiebung bzw. Änderung der Eigenschwingungsfrequenz des piezoelektrischen Elements 2 kann gemessen werden und aus dieser Messung auf die Masse der angelagerten Feststoffe 11 rückgeschlossen werden. Auf diese Weise ist somit möglich, Feststoffe 11 im Gasstrom 10 bzw. die Menge der vorhandenen Feststoffe 11 im Gasstrom 10 zu bestimmen und zu messen. Darüber hinaus ist es zusätzlich möglich, auch aus dem Gasstrom 10 gebildete Feststoffe 11 bzw. die Menge der potentiell aus dem Gasstrom 10 bildbaren Feststoffe 11 zu bestimmen und zu messen.
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2 zeigt schematisch ein Gassystem 23 einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenanordnung 20. Das Gassystem 23 weist dabei insbesondere eine Brennstoffzelle 22 mit einer Gaszuleitung 24 und einer Gasableitung 25 auf. Im Gassystem 23 der Brennstoffzellenanordnung 20 ist ferner ein Reformer 21 angeordnet. In diesem Reformer 21 wird das Brenngas, das den Gasstrom 10 bildet, in einer heterogen katalysierten Reaktion mit Wasserdampf umgewandelt. Um diese Reaktion zu überwachen, ist im Reformer 21 zusätzlich eine Vorrichtung 1 zum Messen von Feststoffen 11 in einem Gasstrom 10 angeordnet. Insbesondere kann dabei von Vorteil sein, dass das katalytische Element 4 (nicht mit abgebildet) der Vorrichtung 1 dasselbe Material wie ein Katalysator des Reformers 21 aufweist. Dadurch weisen die Vorrichtung 1 und der Reformer 21 zumindest im Wesentlichen die gleichen katalytischen Eigenschaften auf. Feststoffe 11 bzw. der Gasstrom 10, die am Katalysator des Reformers 21 reagieren, reagieren mit im Wesentlichen der gleichen Reaktionsrate auch am katalytischen Element 4 der Vorrichtung 1. Ein unmittelbares und quantitatives Messen der Feststoffe 11, auch der im Reformer 21 aus dem Gasstrom 10 durch eine katalysierte Reaktion entstehenden Feststoffe 11, durch die Vorrichtung 1 ist dadurch ermöglicht. Der Reformer 21 kann dadurch besonders präzise und effizient betrieben werden. So kann beispielsweise bei einem Betrieb des Reformers 21 mit zu wenig Wasserdampf sich als Feststoff 11 Ruß aus dem Gasstrom 10 bilden. Wird zu viel Wasserdampf im Reformer 21 dem Gasstrom 10 beigemischt, so verringert sich der gesamte Wirkungsgrad der Brennstoffzellenanordnung 20. Durch den Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 kann somit der Reformer 21 dahin gehend gesteuert betrieben werden, dass sich gerade noch kein Ruß als Feststoff 11 im Gasstrom 10 bilden. Die gesamte Brennstoffzellenanordnung 20 kann somit effizient betrieben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4323449 A1 [0004]
- DE 102004009102 A1 [0004]
