DE102007020561A1

DE102007020561A1 - Abgasführung und Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE102007020561A1
Application number: DE102007020561A
Authority: DE
Inventors: Johannes EICHSTÄDT; Marco Mühlner
Original assignee: Enerday GmbH
Current assignee: Enerday GmbH
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2007-05-02
Publication date: 2008-11-06
Also published as: WO2008135016A1

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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasführung und ein Brennstoffzellensystem.
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.
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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfälschung der Lambdamessung aufgrund von Temperatureffekten zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasführung.
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.
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.

10: Hauptabgasstrang
12: erste Abzweigleitung
14: zweite Abzweigleitung
16: Lambdasonde
18: Heizeinrichtung
20: Messvolumen
22: Gehäuse
24: Brennstoffzellensystem
26: Abgas
28: Leitung
30: Leitung
32: Steuereinheit
34: Teilabgasstrom

Claims

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.
Abgasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdasonde (16) eine Heizeinrichtung (18) zugeordnet ist.
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.
Abgasführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigleitungen direkt miteinander verbunden sind und die Lambdasonde aufnehmen.
Brennstoffzellensystem mit einer Abgasführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.