DE102022208770A1

DE102022208770A1 - Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas

Info

Publication number: DE102022208770A1
Application number: DE102022208770.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Brecht; Frank Wackenhut
Original assignee: Hochschule Reutlingen Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: Hochschule Reutlingen Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas vorgeschlagen. Die Vorrichtung (100) umfasst eine Sensoreinheit (102) und eine Zufuhreinheit (104). Die Zufuhreinheit (104) ist zum Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu der Sensoreinheit (102) ausgebildet. Die Sensoreinheit (102) weist eine Anregungsvorrichtung (106) und eine Detektionsvorrichtung (108) auf. Die Anregungsvorrichtung (106) ist zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet. Die Detektionsvorrichtung (108) ist zum Erfassen der Emission und/oder einer Absorption der gasförmigen Komponente ausgebildet. Weiterhin wird ein Brennstoffzellensystem (158) mit einer solchen Vorrichtung (100) vorgeschlagen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Brennstoffzellensystem.
Technischer Hintergrund
In vielen technischen Bereichen ist die Erfassung von gasförmigen Komponenten in einem Gas von Interesse. So ist beispielsweise die Qualifizierung und Quantifizierung der Verschmutzungen in Wasserstoff von großem technischem Interesse, da die Leistung und Lebensdauer der Brennstoffzelle von der Reinheit des Wasserstoffgases abhängt. Verunreinigungen im Wasserstoffgas führen bei Brennstoffzellen zu einer Beeinträchtigung oder Beschädigungen der Membran und/oder der Elektroden. Aber auch bei anderen Anwendungen ist die Bestimmung der Zusammensetzungen von Gasen von Interesse, wie beispielsweise um die Reinheit eines Gases zu bestimmen.
Die DE 197 80 491 B4 offenbart einen CO-Sensor und ein Verfahren zur Messung der CO-Konzentration in einem Gas, welches CO und Wasserstoff in einer Menge enthält, die größer ist als die Menge an CO. Das Verfahren weist die Schritte auf Bereitstellen eines CO-Gassensors, der eine Nachweiselektrode, eine Gegenelektrode und einen Elektrolyten enthält, der zwischen der Nachweiselektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist, In Kontaktbringen des Gases mit den Nachweis- und Gegenelektroden, Aufprägen von Spannungen auf die Elektroden, während sie sich in Kontakt mit dem Gas befinden, um eine Änderung des Wasserstoffionisationsstroms entsprechend der CO-Adsorption durch die Nachweiselektrode zu erzielen und Ermitteln der Änderung des Wasserstoffionisationsstroms als Maß für die CO-Konzentration in dem Gas.
Die US 7 169 490 B2 offenbart einen Wasserstoffkonzentrationssensor für eine elektrochemische Brennstoffzelle. In einer Wasserstoffgasleitung, in der das Gas hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, verringern in der Gasleitung vorhandene Verunreinigungen typischerweise die Schallgeschwindigkeit. Dementsprechend kann ein akustischer Sensor in einer solchen Wasserstoffgasleitung verwendet werden, um anzuzeigen, wenn sich Verunreinigungen in der Gasleitung angesammelt haben. Insbesondere kann die Wasserstoffgasleitung in einer Brennstoffleitung für ein elektrochemisches Brennstoffzellensystem sein. Der Sensor kann Wandler, insbesondere piezoelektrische Wandler, sowohl als Schalldetektoren als auch als Schallgeneratoren umfassen. Ferner kann der Sensor entweder die Schallgeschwindigkeit oder -frequenz messen, um die Wasserstoffkonzentration zu bestimmen. Wenn der Brennstoff zum Anodeneinlass zurückgeführt wird, kann ein solcher Wasserstoffsensor im Anodenabgas verwendet werden, um zu bestimmen, wann es vorteilhaft ist, das Anodenabgas in die Außenatmosphäre zu spülen.
Die DE 10 2015 010 427 A1 offenbart ein Verfahren zur Prüfung einer Reinheit von Wasserstoff, mit folgenden Schritten: Beaufschlagen eines Katalysatorelements mit Wasserstoff; Durchführen einer zyklovoltammetrischen Messung mit dem Katalysatorelement als Arbeitselektrode, und Bestimmen einer Reinheit des Wasserstoffs aus einem Ergebnis der zyklovoltammetrischen Messung. Weiterhin offenbart werden eine Wasserstoff-Versorgungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem Wasserstoff-Leitungssystem.
Weiterhin bekannt sind Verfahren zum Erfassen von gasförmigen Komponenten, wie beispielsweise Gaschromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung oder Ionenmobilitätsspektroskopie.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren zur Erfassung von gasförmigen Komponenten in einem Gas beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So sind die zuvor beschriebenen Sensoren und Verfahren nicht im Prozess, also inline oder atline, umsetzbar, sondern beruhen auf aufwendigen Offline-Methoden. Außerdem sind diese preisintensiv und in den gegenwärtigen Realisierungen nicht als inline-Sensor einsetzbar.
Aufgabe der Erfindung
Es wäre daher wünschenswert, eine Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer solchen Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Sensorvorrichtungen zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll die Vorrichtung kostengünstiger sein und eine Inline-Messung erlauben, wie beispielsweise in einem Brennstoffzellensystem.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird adressiert durch eine Vorrichtung und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf”, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas umfasst eine Sensoreinheit und eine Zufuhreinheit. Die Zufuhreinheit ist zum Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu der Sensoreinheit ausgebildet. Die Sensoreinheit weist eine Anregungsvorrichtung und eine Detektionsvorrichtung auf. Die Anregungsvorrichtung ist zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet. Die Detektionsvorrichtung ist zum Erfassen der Emission ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die Detektionsvorrichtung zum Erfassen von Absorption der gasförmigen Komponente ausgebildet.
Durch die Anregung der gasförmigen Komponente(n) zum Emittieren von Licht ist es möglich, selbst kleine Mengen einer Verunreinigung in einem Gas zu detektieren. Die Detektion kann dabei über eine Erfassung der Emission von Licht und/oder einer Absorption durch die gasförmige Komponente erfolgen. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, eignet sich die Vorrichtung dazu, Verunreinigungen in Wasserstoffgas zu detektieren. Die Quantifizierung der Verschmutzungen in Wasserstoff ist von großem technischem Interesse, da die Leistung der Brennstoffzelle von der Reinheit des H₂-Gases abhängt. Durch die einfache optische Detektion mit ggf. zuvor erfolgter Auftrennung und Aufkonzentrierung lässt sich die Vorrichtung kostengünstig herstellen und eignet sich für eine Inline-Messung. So kann die Vorrichtung einfach miniaturisiert werden, so dass eine portable Version der Vorrichtung möglich ist, die sich beispielsweise in die H₂-Zuleitung zu Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen, Lastkraftwagen oder in Schiffen integrieren lässt.
Die Anregungsvorrichtung kann zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet sein. Ein Plasma bewirkt eine Emission, die ausreichend für eine zuverlässige Detektion der optischen Signale ist.
Die Anregungsvorrichtung kann mindestens eine Gasentladungsröhre umfassen. Die Anregungsvorrichtung kann zum Leiten der gasförmigen Komponente durch die Gasentladungsröhre ausgebildet sein. Eine derartige Gasentladungsröhre hat den Vorteil, dass sie technisch etabliert ist und somit vergleichsweise kostengünstig und vielfach zu beziehen ist. Außerdem ist ihre Betriebsweise gut und sicher beherrschbar.
Die Gasentladungsröhre kann mit einem Druck von 1,0 mbar bis 100 mbar und bevorzugt 2,0 mbar bis 50 mbar beaufschlagt sein. Die Gasentladungsröhre ist somit mit einem geringen Druck beaufschlagt, was ihre Handhabung vereinfacht.
Die Gasentladungsröhre kann eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweisen. Die Anregungsvorrichtung kann zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht mittels Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,2 kV bis 2,0 kV an die erste Elektrode und zweite Elektrode ausgebildet sein. Damit kann die Lichtemission mit einer vergleichsweisen geringen elektrischen Spannung erzeugt werden.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können zum Zuführen der gasförmigen Komponente in die Gasentladungsröhre und zum Abführen der gasförmigen Komponenten aus der Gasentladungsröhre ausgebildet sein. Damit können separate Zufuhr- und Abfuhrleitungen für das Gas entfallen.
Die Anregungsvorrichtung kann eine Druckregelungsvorrichtung aufweisen. Die Druckregelungsvorrichtung kann zum Regeln eines Drucks der Gasentladungsröhre ausgebildet sein. Damit wird sichergestellt, dass der Druck in der Gasentladungsröhre konstant bleibt und Messungenauigkeiten durch Druckschwankungen werden vermieden.
Die Gasentladungsröhre kann einen elektrischen Widerstand aufweisen. Die Detektionsvorrichtung zum Erfassen und insbesondere Quantifizieren der gasförmigen Komponente mittels Messens des elektrischen Widerstands ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich nicht nur die Art der gasförmigen Komponente bestimmen, sondern auch deren Menge.
Die Detektionsvorrichtung kann eine elektrische Schaltung aufweisen. Die elektrische Schaltung kann mit dem elektrischen Widerstand verbunden oder verschaltet sein. Somit ist durch Messen des elektrischen Widerstands eine Bestimmung der Menge der gasförmigen Komponente möglich.
Die elektrische Schaltung kann in Form einer Wheatstone'schen Messbrücke ausgebildet sein. Der elektrische Widerstand der Gasentladungsröhre kann in die Wheatstone'sche Messbrücke integriert sein. Der elektrische Widerstand der Gasentladungsröhre kann somit Teil der Wheatstone'schen Messbrücke sein. Dabei ist der elektrische Widerstand der Gasentladungsröhre der zu bestimmende bzw. abzugleichende Widerstand. Damit ist eine besonders einfache Bestimmung der Menge der gasförmigen Komponente möglich.
Die Anregungsvorrichtung kann eine Ulbricht-Kugel aufweisen. Die Ulbricht-Kugel kann die Gasentladungsröhre umgeben. Die Ulbricht-Kugel wird eingesetzt, um die Detektionseffizienz zu erhöhen. Die Verwendung einer solchen Kugel ist aber nicht zwingend notwendig.
Die Anregungsvorrichtung kann eine weitere Gasentladungsröhre aufweisen. Die weitere Gasentladungsröhre kann mit zu detektierenden gasförmigen Komponenten gefüllt sein. Die Anregungsvorrichtung kann zum Bilden eines Plasmas der zu detektierenden gasförmigen Komponenten in der weiteren Gasentladungsröhre ausgebildet sein. Die Gasentladungsröhre kann mit der weiteren Gasentladungsröhre derart optisch verbunden, dass die Emission der weiteren Gasentladungsröhre zur Anregung der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre verwendet werden kann. Die Detektionsvorrichtung kann zum Erfassen einer Absorption der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre ausgebildet sein. Eine solche Anordnung ist ideal zur Messung der Absorption geeignet, da es bei Emission von Atomzuständen keine Verschiebung zwischen Absorption und Emission gibt und dadurch spezifisch die zu detektierende gasförmige Komponente angeregt wird.
Die Anregungsvorrichtung kann weiterhin zum Anregen einer Emission eines Trägergases ausgebildet sein. Die Anregungsvorrichtung kann zum Beleuchten der weiteren Gasentladungsröhre mit dem angeregten Trägergas ausgebildet sein. Die Unterdrückung eines potentiellen Hintergrunds durch ein Trägergas kann durch stimulierte Emission erreicht werden. Hierzu wird die Messzelle mit Strahlung des Trägergases beleuchtet und welches durch stimulierte Emission in den Grundzustand überführt wird. Die dadurch entstehende Strahlung ist gerichtet und die eigentliche Detektion kann im 90° Winkel dazu erfolgen. Ein Vergleich der Emissionen in Richtung der stimulierten Emission und im 90° Winkel dazu, kann hier die Detektionseffizienz zusätzlich erhöhen.
Die weitere Gasentladungsröhre kann zum Kalibrieren der Detektionsvorrichtung ausgebildet sein. Damit wird die Messgenauigkeit weiter erhöht.
Die Anregungsvorrichtung kann eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung oder einen Radiofrequenzgenerator zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponenten zur Emission von Licht aufweisen. Damit lässt sich alternativ ein Plasma und die Emission von Licht erzeugen.
Die Sensoreinheit kann weiterhin eine Auswertevorrichtung aufweisen. Die Auswertevorrichtung kann zum Auswerten eines Spektrums der Emission ausgebildet sein. Damit wird eine Auswertung der optischen Signale ermöglicht.
Die Auswertevorrichtung kann ein Spektrometer aufweisen. Damit wird in besonders einfacher Weise eine Auswertung der optischen Signale ermöglicht.
Die Detektionsvorrichtung kann mit dem Spektrometer verbunden sein. Die Verbindung der Detektionsvorrichtung und des Spektrometers kann mittels Freistrahl oder insbesondere mittels mindestens einer optischen Faser ausgebildet sein. Somit wird das optische Signal zuverlässig an das Spektrometer weitergeleitet.
Die Auswertevorrichtung kann zum Ermitteln einer Herkunft des Gases mittels Auswerten des Spektrums ausgebildet sein. Dies kann für bestimmte Anwendungen und zur Erfüllung von Vorschriften von Relevanz sein. So lässt sich beispielsweise bei einer Detektion von CH₄ als gasförmige Komponente in Wasserstoffgas darauf schließen, dass der Wasserstoff aus fossiler und nicht ökologischer oder nachhaltiger Erzeugung stammt.
Die Zufuhreinheit kann eine Trennvorrichtung aufweisen. Die Trennvorrichtung kann zum zumindest teilweisen Auftrennen bzw. Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente von dem Gas ausgebildet sein. Damit lassen sich unterschiedlichen Gasfraktionen durch die Trenneinheit trennen und räumlich/zeitlich aufkonzentriert zu der Anregungsvorrichtung und Detektionsvorrichtung zuführen.
Die Trennvorrichtung kann eine Trennsäule, einen Adsorber oder thermischen Desorber zum zumindest teilweisen Auftrennen bzw. Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente von dem Gas umfassen. Die Trennsäule kann insbesondere eine gepackte Säule sein. Das Prinzip einer Trennsäule ist an das aus der Gaschromatographie angelehnt. Dabei muss die Trennleistung nicht zwingend hoch sein, da Trennleistung und Probenvolumen hier keine kritischen Parameter sind. Zum einen liegen sehr große Mengen der „Probe“ vor und zum anderen ist die chemische Beschaffenheit der zu trennenden Gase erheblich unterschiedlich. Damit ist eine Vereinfachung des Säulenkonzepts möglich, was zu einen erheblichen Kosten- und Dimensionsvorteil führt. Alternativ kann die Trennung/Aufkonzentrierung auch mittels eines geeignetem Adsorbers (z.B. Aktivkohle) und thermischer Desorption erreicht werden.
Das Gas kann Sauerstoff, Wasserstoff oder Luft sein. Für dies Gase ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut geeignet, aber nicht darauf beschränkt.
Die gasförmige Komponente kann mindestens eine gasförmige Komponente sein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: F, He, Ne, Ar, Xe, Kr, CO₂, CH₄, NH₃, CO, H₂S, N₂, H₂O, NOx. Entsprechend lassen sich viele unterschiedliche gasförmige Komponenten detektieren.
Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem umfasst eine Brennstoffzelle, eine Zufuhrleitung zum Zuführen von Gas zu der Brennstoffzelle und eine Vorrichtung nach einer der vorstehend oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung ist mit der Zufuhrleitung fluidverbunden.
Damit lässt sich zuverlässig die Qualität des der Brennstoffzelle zugeführten Gases überprüfen, was die Leistung der Brennstoffzelle erhöhen und Schäden verhindern kann.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst

a) Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu einer Sensoreinheit, wobei die Sensoreinheit eine Anregungsvorrichtung und eine Detektionsvorrichtung aufweist,
b) optisches Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht mittels der Anregungsvorrichtung, und
c) Erfassen der Emission und/oder einer Absorption der gasförmigen Komponente mittels der Detektionsvorrichtung.

Das Verfahren kann d) weiterhin Auswerten eines Spektrums der Emission umfassen.
Der Begriff „gasförmige Komponente“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein chemisches Element oder ein chemisches Molekül im gasförmigen Zustand beziehen. Ein Molekül ist ein zwei- oder mehratomiges Teilchen, die durch chemische Bindungen zusammengehalten werden und wenigstens so lange stabil sind, dass sie z. B. spektroskopisch beobachtet werden können. Ein Molekül kann dabei aus mehreren gleichen oder aus verschiedenen Atomen bestehen. Es kann sich um neutrale Teilchen, aber auch um Radikale, Ionen oder auch ionische Addukte handeln.
Der Begriff „Sensoreinheit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine beliebige Vorrichtung beziehen, welche mindestens zwei Komponenten aufweist. Eine der Komponenten ist eine Detektionsvorrichtung, welche geeignet ist, mindestens eine Messgröße zu erfassen. Bei der Detektionsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine optische Detektionsvorrichtung, welche geeignet ist, emittiertes Licht oder Absorption von emittiertem Licht zu erfassen, beispielsweise zu messen. Die Detektionsvorrichtung kann mindestens ein elektrisches Signal entsprechend der erfassten Eigenschaft erzeugen, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Auch Kombinationen von Eigenschaften können erfassbar sein. Als weitere Komponente weist die Sensoreinheit eine Anregungsvorrichtung auf. Eine Anregungsvorrichtung kann sich auf eine Vorrichtung zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht beziehen. Mit anderen Worten ist die Anregungsvorrichtung geeignet, die gasförmige Komponente derart anzuregen, dass dieses Licht emittiert. Daher wird die gasförmige Komponente optisch angeregt.
Der Begriff „Emission von Licht“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine quantenmechanische Erscheinung beziehen, bei der die Aussendung von Photonen beim Übergang zwischen Zuständen von Atomen oder Molekülen mit unterschiedlicher Energie erfolgt. Die Emission von Licht kann durch Zufuhr von Energie, wie beispielsweise elektrischer Energie, angeregt werden.
Der Begriff „Absorption von Licht“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine physikalische Wechselwirkung beziehen, bei der Licht seine Energie an Materie abgibt. Wenn elektromagnetische Strahlung absorbiert wird, geht ein Elektron eines Atoms von einem energetisch günstigeren Zustand in einen Zustand mit höherer Energie über, das geschieht durch den „Elektronensprung“. Man spricht von elektronischer Anregung.
Der Begriff „Plasma“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Teilchengemisch aus Ionen, freien Elektronen und meist auch neutralen Atomen oder Molekülen beziehen. Ein Plasma enthält also freie Ladungsträger. Der Ionisationsgrad eines Plasmas kann weniger als 1 % betragen, aber auch 100 % (vollständige Ionisation). Eine wesentliche Eigenschaft von Plasmen ist ihre elektrische Leitfähigkeit. Die Eigenschaften eines Plasmas hängen ab von den vorhandenen Spezies (Elektronen, positive und negative Ionen, neutrale Atome, neutrale und geladene Moleküle), deren Dichten und Temperaturen (die nicht gleich sein müssen) und seiner räumlichen Struktur, insbesondere Ladung und Strömen, elektrischen und magnetischen Feldern. In speziellen Fällen liegen nur geladene Teilchen, Elektronen und Ionen und/oder geladene Moleküle vor (vollständig ionisiertes Plasma).
Der Begriff „Gasentladungsröhre“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anordnung von Kathode und Anode innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre beziehen, in der es bei Anlegen einer bauartspezifischen Mindestspannung zu einer Gasentladung mit Aussendung von Licht kommt. Der physikalische Wirkungsmechanismus der Lichtaussendung nach äußerer Anregung wird als Lumineszenz bezeichnet, die technische Weiterentwicklung zu Lichtquellen im Allgemeinen als Gasentladungslampe. Gasentladungsröhren bestehen aus einem annähernd röhrenförmigen Entladungsgefäß aus Glas (Niederdrucklampen), aus Quarzglas (Hoch- und Höchstdrucklampen) oder aus Aluminiumoxid-Keramik (Hochdrucklampen). Im Gehäuse befinden sich zwei Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Feld aufgebaut wird und eine Gasentladung stattfindet. Die elektrischen Anschlüsse werden durch einen Quetschfuß gasdicht nach außen geführt. Die Elektroden können „kalt“ oder glühend sein. Alle Gasentladungslampen außer Blitzlampen benötigen zum Betrieb eine Strombegrenzung, da ansonsten die Ladungsträgerdichte und der Strom aufgrund der Stoßionisation schnell ansteigen, was bei Überspannungsableitern und Nulloden gewünscht ist, bei Lampen jedoch zu deren Zerstörung führt (siehe Kennlinie). Die Strombegrenzung wird durch einen Widerstand (Glimmlampen), eine Drossel oder ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG, engl. ballast) erreicht. Es gibt Bauformen mit geheizten oder mit ungeheizten (kalten) Elektroden. Weiterhin gibt es auch Gasentladungsröhren ohne Elektroden, wie Nulloden und Mikrowellenlampen (etwa die Schwefellampe). Neuerdings gibt es auch elektrodenlose Energiesparlampen, die mit Hochfrequenz arbeiten. Der Entladungskolben ist grundlegend mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllt, kann aber auch Stoffe enthalten, die erst zu einem späteren Zeitpunkt durch Verdampfung aktiv werden.
Der Begriff „Wheatstone'sche Messbrücke“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Messeinrichtung zur Messung von elektrischen Widerständen ohmscher Art (Gleichstromwiderstand) oder kleinen ohmschen Widerstandsänderungen beziehen. Sie ist aufgebaut aus vier Widerständen, die zu einem geschlossenen Ring oder Quadrat zusammengeschaltet sind, mit einer Spannungsquelle in der einen Diagonalen und einem Spannungsmessgerät in der anderen. Eine grafisch andere Anordnung zeigt deutlicher, dass jeweils zwei Widerstände einen Spannungsteiler bilden; zwei Spannungsteiler liegen zueinander parallel. Das Spannungsmessgerät stellt zwischen diesen eine Querbeziehung her, die der Schaltung den Namen Brückenschaltung gibt. Die unmittelbar gemessene Größe der Anordnung ist der Spannungsunterschied zwischen den Spannungsteilern, auch Diagonalspannung oder Brückenquerspannung genannt.
Der Begriff „Ulbricht-Kugel“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Bauelement der technischen Optik beziehen, das als Lichtquelle eingesetzt wird, um diffuse Strahlung aus gerichteter Strahlung zu erreichen oder um die Strahlung stark divergenter Quellen zu sammeln. Es handelt sich um eine innen diffus reflektierende Hohlkugel, in deren Oberfläche sich (oftmals) im rechten Winkel zu einer Lichteintrittsöffnung eine Austrittsöffnung befindet. Vor der Lichteintrittsöffnung befindet sich die Licht- beziehungsweise Strahlungsquelle. Die Innenbeschichtung besteht aus möglichst gut diffus reflektierenden Materialien. Oft wird Bariumsulfat (BaSO₄) verwendet. Die besten Reflexionseigenschaften über einen weiten Wellenlängenbereich werden jedoch mit optischem PTFE erreicht. Für Infrarotstrahlung mit Wellenlängen über 700 nm kommt Gold als Beschichtung der sandgestrahlten Innenoberfläche zum Einsatz. Die Durchmesser möglicher Öffnungen sind deutlich kleiner als der Innendurchmesser der Kugel, so dass nur solches Licht in die Austrittsebene gelangt, das zuvor vielfach an der inneren Oberfläche reflektiert worden ist. Die Fläche aller Öffnungen sollte hierbei 5 % der Gesamtfläche der Kugel nicht überschreiten. Ulbricht-Kugeln werden meist für den Einsatz im Bereich des sichtbaren Lichtes verwendet. Entsprechend dem Kugelinnenbelag sind sie auch für Infrarot und Ultraviolett geeignet.
Der Begriff „Auswertevorrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine elektronische Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, um erzeugte Signale auszuwerten. Die Signale können dabei von der Detektionsvorrichtung geliefert werden. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen der Detektionsvorrichtung und der Auswertevorrichtung vorgesehen sein. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um die Detektionsvorrichtung anzusteuern. Die Auswertevorrichtung kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar.
Der Begriff „Spektrometer“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Gerät zur Darstellung eines Spektrums beziehen. Im Unterschied zu einem Spektroskop bietet es die Möglichkeit, die Spektren auszumessen. Bei den optischen Spektrometern wird die Unterscheidung der Wellenlängen der zu analysierenden Strahlung oft durch Richtungsablenkung mittels Brechung in einem Prisma oder durch Beugung an einem Gitter erzeugt. Es ist auch möglich, die Frequenzanteile in einem Interferometer anhand einer Fourieranalyse zu bestimmen (FTIR-Spektrometer).
Der Begriff „Spektrum“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Darstellung der Intensität eines Signals als Funktion der Wellenlänge, der Frequenz, der Energie oder - im Falle von Elementarteilchen, Atomen oder Ionen - der Masse beziehen. Aufgrund des Welle-Teilchen-Dualismus sind diese Größen oft äquivalent.
Der Begriff „Trennvorrichtung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die zum Auftrennen bzw. Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente aus dem Gas ausgebildet ist.
Der Begriff „Trennsäule“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, die zum Auftrennen von Gemischen in einzelne chemische Verbindungen geeignet ist. Die Trennsäule ist nur anwendbar für Komponenten, die gasförmig oder unzersetzt verdampfbar sind (Siedebereich bis 400 °C). Bei dieser Art der Chromatographie wird als mobile Phase ein Inertgas wie Stickstoff oder Helium verwendet, in besonderen Fällen auch Wasserstoff. Das Trägergas wird durch eine gewickelt gebogene, kapillarartige Röhre gedrückt, die sogenannte Säule, welche meist eine Länge von 10-200 Meter besitzt. Diese Trennsäule besteht entweder aus Metall (bei älteren Modellen), heute aber überwiegend aus Quarzglas, das zur Erhöhung der Bruchsicherheit beschichtet ist. Sie ist innen mit einer definierten stationären Phase ausgekleidet (häufig mit zähflüssigen Polyorganosiloxanen) und befindet sich in einem temperierbaren Ofen. Nach Eingabe einer Probesubstanz, die nun vom Trägergas transportiert wird, verweilen die Komponenten je nach Polarität und Dampfdruck der einzelnen Gasmoleküle unterschiedlich lange an der stationären Phase der Säule. Ein Detektor misst den Austrittszeitpunkt am Säulenende; mit einem am Detektor angebrachten Schreiber kann dieser Zeitpunkt und die Menge der Substanz grafisch dargestellt und mit Standardsubstanzen verglichen werden. Damit ist eine sehr schnelle und leichte qualitative und quantitative Bestimmung auch sehr komplexer Stoffgemische möglich. Im Unterschied zur Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) sind nur ausreichend flüchtige Substanzen nachweisbar.
Der Begriff „gepackte Säule“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Trennsäule beziehen, bei der die stationäre Phase in den Hohlraum einer Kolonne gepackt wird, während in einer Kapillarsäule die stationäre Phase die innere Oberfläche des Kolbens der Kolonne bedeckt.
Der Begriff „Brennstoffzelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine galvanische Zelle beziehen, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Die Brennstoffzelle kann eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle sein. Einige Brennstoffzellentypen können außer Wasserstoff auch andere Brennstoffe nutzen, insbesondere Methanol, Butan oder Erdgas. Brennstoffzellen sind keine Energiespeicher, sondern Energiewandler, denen ein Brennstoff (Energie in chemisch gebundener Form) zugeführt wird. Ein komplettes Brennstoffzellensystem kann aber zusätzlich einen Brennstoffspeicher enthalten. Eine Brennstoffzelle besteht aus Elektroden, zwischen denen sich ein Elektrolyt (Ionenleiter) befindet. Zusätzlich kann eine semipermeable Membran verwendet werden, die nur für eine Ionensorte, z. B. Protonen, durchlässig ist, um zwei verschiedene Elektrolyte voneinander zu trennen. Die Elektrodenplatten bzw. Bipolarplatten bestehen meist aus Metall oder Kohlenstoff, z. B. aus einem Kohlenstofffilz. Sie sind mit einem Katalysator beschichtet, etwa Platin oder Palladium. Als Elektrolyt kann eine Flüssigkeit (beispielsweise Laugen oder Säuren, Alkalicarbonatschmelzen) oder ein Feststoff verwendet werden (etwa Keramiken oder Membranen). Die Energie liefert eine Reaktion von Sauerstoff mit dem Brennstoff. Hierbei handelt es sich häufig um Wasserstoff, es werden aber auch organische Verbindungen wie Methan oder Methanol eingesetzt. Beide Reaktionspartner werden über die Elektroden kontinuierlich zugeführt.
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Angaben von Drücken im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung auf Absolutdrücke.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm vorgeschlagen, das bei Ablauf auf einem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger und/oder einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein.
Der Begriffe „computerlesbarer Datenträger“ und „computerlesbares Speichermedium“, wie sie hier verwendet werden, können sich insbesondere auf nicht-transitorische Datenspeicher beziehen, beispielsweise ein Hardware-Datenspeichermedium, auf welchem computer-ausführbare Instruktionen gespeichert sind. Der computerlesbare Datenträger oder das computerlesbare Speichermedium können insbesondere ein Speichermedium wie ein Random-Access Memory (RAM) und/oder ein Read-Only Memory (ROM) sein oder umfassen.
Außerdem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Datenträger vorgeschlagen, auf dem eine Datenstruktur gespeichert ist, die nach einem Laden in einen Arbeits- und/oder Hauptspeicher eines Computers oder Computer-Netzwerkes das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführen kann.
Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein nicht-transientes computerlesbares Medium vorgeschlagen, umfassend Instruktionen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren dazu veranlassen, ...
Auch wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode-Mitteln vorgeschlagen, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird.
Dabei wird unter einem Computer-Programmprodukt das Programm als handelbares Produkt verstanden. Es kann grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen, so zum Beispiel auf Papier oder einem computerlesbaren Datenträger und kann insbesondere über ein Datenübertragungsnetz verteilt werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein moduliertes Datensignal vorgeschlagen, welches von einem Computersystem oder Computernetzwerk ausführbare Instruktionen zum Ausführen eines Verfahrens nach einer der beschriebenen Ausführungsformen enthält.
Im Hinblick auf die computer-implementierten Aspekte der Erfindung können einer, mehrere oder sogar alle Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß einer oder mehreren der hier vorgeschlagenen Ausgestaltungen mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Somit können, allgemein, jegliche der Verfahrensschritte, einschließlich der Bereitstellung und/oder Manipulation von Daten mittels eines Computers oder Computer-Netzwerks durchgeführt werden. Allgemein können diese Schritte jegliche der Verfahrensschritte umfassen, ausgenommen der Schritte, welche manuelle Arbeit erfordern, beispielsweise das Bereitstellen von Proben und/oder bestimmte Aspekte der Durchführung tatsächlicher Messungen.
Zusammenfassend werden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:

Ausführungsform 1: Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas, umfassend
- eine Sensoreinheit und
- eine Zufuhreinheit, wobei die Zufuhreinheit zum Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu der Sensoreinheit ausgebildet ist,
- wobei die Sensoreinheit eine Anregungsvorrichtung und eine Detektionsvorrichtung aufweist, wobei die Anregungsvorrichtung zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet ist, wobei die Detektionsvorrichtung zum Erfassen der Emission und/oder einer Absorption der gasförmigen Komponente ausgebildet ist.
Ausführungsform 2: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Anregungsvorrichtung zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet ist.
Ausführungsform 3: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Anregungsvorrichtung mindestens eine Gasentladungsröhre umfasst, wobei die Anregungsvorrichtung zum Leiten der gasförmigen Komponente durch die Gasentladungsröhre ausgebildet ist.
Ausführungsform 4: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Gasentladungsröhre mit einem Druck von 1,0 bis 100 mbar und bevorzugt 2,0 bis 50 mbar beaufschlagt ist.
Ausführungsform 5: Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasentladungsröhre eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, wobei die Anregungsvorrichtung zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht mittels Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,2 bis 2 kV an die erste Elektrode und zweite Elektrode ausgebildet ist.
Ausführungsform 6: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode zum Zuführen der gasförmigen Komponente in die Gasentladungsröhre und zum Abführen der gasförmigen Komponenten aus der Gasentladungsröhre ausgebildet sind.
Ausführungsform 7: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Anregungsvorrichtung eine Druckregelungsvorrichtung aufweist, wobei die Druckregelungsvorrichtung zum Regeln eines Drucks der Gasentladungsröhre ausgebildet ist.
Ausführungsform 8: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Gasentladungsröhre einen elektrischen Widerstand umfasst, wobei die Detektionsvorrichtung zum Erfassen und insbesondere Quantifizieren der gasförmigen Komponente mittels Messens des elektrischen Widerstands ausgebildet ist.
Ausführungsform 9: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Detektionsvorrichtung eine elektrische Schaltung aufweist, wobei die elektrische Schaltung mit dem elektrischen Widerstand verbunden oder verschaltet ist.
Ausführungsform 10: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die elektrische Schaltung in Form einer Wheatstone`schen Messbrücke ausgebildet ist.
Ausführungsform 11: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Anregungsvorrichtung eine Ulbricht-Kugel aufweist, wobei die Ulbricht-Kugel die Gasentladungsröhre umgibt.
Ausführungsform 12: Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die Anregungsvorrichtung eine weitere Gasentladungsröhre aufweist, wobei die weitere Gasentladungsröhre mit zu detektierenden gasförmigen Komponenten gefüllt ist, wobei die Anregungsvorrichtung zum Bilden eines Plasmas der zu detektierenden gasförmigen Komponenten in der weiteren Gasentladungsröhre ausgebildet ist, wobei die Gasentladungsröhre ist mit der weiteren Gasentladungsröhre derart optisch verbunden ist, dass die Emission der zweiten Gasentladungsröhre zur Anregung der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre verwendbar ist,, wobei die Detektionsvorrichtung zum Erfassen einer Absorption der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre ausgebildet ist.
Ausführungsform 13: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Anregungsvorrichtung weiterhin zum Anregen einer Emission eines Trägergases ausgebildet ist, wobei die Anregungsvorrichtung zum Beleuchten der weiteren Gasentladungsröhre mit dem angeregten Trägergas ausgebildet ist.
Ausführungsform 14: Vorrichtung nach Ausführungsform 1 oder 2, wobei die Anregungsvorrichtung eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung oder einen Radiofrequenzgenerator zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponenten zur Emission von Licht aufweist.
Ausführungsform 15: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Sensoreinheit weiterhin eine Auswertevorrichtung aufweist, wobei die Auswertevorrichtung zum Auswerten eines Spektrums der Emission ausgebildet ist.
Ausführungsform 16: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Auswertevorrichtung ein Spektrometer aufweist.
Ausführungsform 17: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Detektionsvorrichtung mit dem Spektrometer verbunden ist, insbesondere mittels mindestens einer optischen Faser.
Ausführungsform 18: Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertevorrichtung zum Ermitteln einer Herkunft des Gases mittels Auswerten des Spektrums ausgebildet ist.
Ausführungsform 19: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Zufuhreinheit eine Trennvorrichtung aufweist, wobei die Trennvorrichtung zum zumindest teilweisen Auftrennen oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente von dem Gas ausgebildet ist.
Ausführungsform 20: Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Trennvorrichtung eine Trennsäule, insbesondere eine gepackte Säule einen Adsorber oder thermischen Desorber zum zumindest teilweisen Auftrennen oder Aufkonzentrieren er gasförmigen Komponente von dem Gas umfasst.
Ausführungsform 21: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Gas Sauerstoff, Wasserstoff oder Luft ist.
Ausführungsform 22: Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die gasförmige Komponente mindestens eine gasförmige Komponente ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: F, He, Ne, Ar, Xe, Kr, CO₂, CH₄, NH₃, CO, H₂S, N₂, H₂O, NOx.
Ausführungsform 23: Brennstoffzellensystem, umfassend eine Brennstoffzelle, eine Zufuhrleitung zum Zuführen von Gas zu der Brennstoffzelle und eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung mit der Zufuhrleitung fluidverbunden ist.

Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit; und
3 beispielhafte Emissionsspektren gemessen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 100 zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung umfasst eine Sensoreinheit 102 und eine Zufuhreinheit 104. Die Zufuhreinheit 104 ist zum Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu der Sensoreinheit ausgebildet.
Die Sensoreinheit 102 weist zumindest eine Anregungsvorrichtung 106 und eine Detektionsvorrichtung 108 auf. Die Anregungsvorrichtung 106 ist zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet. Die Detektionsvorrichtung 108 ist zum Erfassen der Emission ausgebildet. Die Sensoreinheit 102 weist weiterhin eine Auswertevorrichtung 110 auf. Die Auswertevorrichtung 110 ist zum Auswerten eines Spektrums der Emission ausgebildet. Mit anderen Worten umfasst die Sensoreinheit 102 einen Teil, in den die Gasfraktionen eingeleitet und zur Emission angeregt werden, und einen Teil, in dem Messdaten erfasst und ausgewertet werden. Eine detailliertere Darstellung der Sensoreinheit 102 ist in 2 dargestellt.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sensoreinheit 102. Die Anregungsvorrichtung 106 ist zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Anregungsvorrichtung 106 geeignet, ein Plasma der gasförmigen Komponente zu erzeugen, so dass dieses Licht emittiert. Zu diesem Zweck umfasst die Anregungsvorrichtung 106 mindestens eine Gasentladungsröhre 112. Dabei ist die Anregungsvorrichtung 106 zum Leiten der gasförmigen Komponente durch die Gasentladungsröhre 112 ausgebildet. Die Gasentladungsröhre 112 weist eine erste Elektrode 114 und eine zweite Elektrode 116 auf. Die Anregungsvorrichtung 106 ist zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht mittels Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,2 bis 2 kV an die erste Elektrode 114 und zweite Elektrode 116 ausgebildet. Zu diesem Zweck weist die Sensoreinheit 102 eine geeignete Spannungsquelle 117 auf.
Das Einleiten der gasförmigen Komponenten in die Gasentladungsröhre 112 und Ausleiten der gasförmigen Gaskomponenten aus der Gasentladungsröhre 112 kann über eigene Leitungen erfolgen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in 2 lediglich eine Zuleitung 118 für die gasförmige Komponente dargestellt. Alternativ sind die erste Elektrode 114 und die zweite Elektrode 116 zum Zuführen der gasförmigen Komponente in die Gasentladungsröhre 112 und zum Abführen der gasförmigen Komponenten aus der Gasentladungsröhre 112 ausgebildet. So kann beispielsweise das Zuführen der gasförmigen Komponente in die Gasentladungsröhre 112 mittels der ersten Elektrode 114 erfolgen und das Abführen der gasförmigen Komponenten aus der Gasentladungsröhre 112 kann mittels der zweiten Elektrode 116 erfolgen. Zu diesem Zweck können die Elektroden 114, 116 als Nadeln ausgebildet sein. Dabei kann das Gas durch einen im Inneren der Nadel ausgebildeten Kanal ähnlich wie bei einer Kanüle strömen. Es wird jedoch explizit betont, dass die Elektroden 114, 116 zu diesem Zweck grundsätzlich jede beliebige Form aufweisen können, beispielsweise ringförmig oder sphärisch, wobei das Gas durch geeignete Öffnungen ein- und austreten kann.
Die Gasentladungsröhre 112 ist mit einem Druck von 1,0 bis 100 mbar und bevorzugt 2,0 bis 50 mbar beaufschlagt. Die Anregungsvorrichtung 106 weist eine Druckregelungsvorrichtung 120 auf, wobei die Druckregelungsvorrichtung 120 zum Regeln eines Drucks der Gasentladungsröhre 112 ausgebildet ist.
Die Anregungsvorrichtung 106 weist eine Ulbricht-Kugel 122 auf. Die Ulbricht-Kugel 122 umgibt die Gasentladungsröhre 112. Die in der Gasentladungsröhre 112 entstehende Strahlung ist gerichtet und die eigentliche Detektion kann im 90° Winkel dazu erfolgen. Die Ulbricht-Kugel 122 dient der Signalverstärkung des entstehenden Lichtsignals. Falls die Detektionsvorrichtung 108 ausreichend sensitiv ist, kann die Ulbricht-Kugel 122 entfallen.
Wie in 2 weiter gezeigt ist, weist die Auswertevorrichtung 110 ein Spektrometer 124 auf. Die Detektionsvorrichtung 108 ist mit dem Spektrometer 124 verbunden. Die Verbindung der Detektionsvorrichtung 108 und des Spektrometers 124 ist eine optische Verbindung. So kann die Detektionsvorrichtung 108 mit dem Spektrometer 124 mittels mindestens einer optischen Faser oder im Freistrahl verbunden sein. Das von dem Spektrometer 124 gelieferte Spektrum 125 ist von der Auswertevorrichtung 110 auswertbar. Unter anderem ist die Auswertevorrichtung 110 zum Ermitteln einer Herkunft des Gases mittels Auswerten des Spektrums ausgebildet.
Weiterhin weist die Sensoreinheit 102 einen Auslass 126 (1) auf. Da nur geringe Mengen an Gas entnommen bzw. verwendet werden, kann der Auslass 126 in die Umgebung weisen. Es versteht sich, dass das Gas jedoch wieder zurückgeführt werden kann, beispielsweise in eine Zuleitung für Wasserstoff zu einer Brennstoffzelle. Das zu detektierende Gas kann die Sensoreinheit 102 nach dem Erfassen bzw. Detektieren durch den Auslass verlassen. Der Auslass ist beispielsweise mit der Detektionsvorrichtung 108 verbunden.
Die Sensoreinheit 102 weist weiterhin optional einen Eintrittsspalt 128 und ein Beugungsgitter 130 auf. Der Eintrittsspalt 128 und das Beugungsgitter 130 sind zwischen der Gasentladungsröhre 112 und der Detektionsvorrichtung 108 angeordnet. Die Sensoreinheit 102 weist weiterhin optional einen Verstärker 132 auf. Der Verstärker 132 ist zwischen der Detektionsvorrichtung 108 und der Auswertevorrichtung 110 angeordnet.
Optional umfasst die Detektionsvorrichtung 108 eine elektrische Schaltung 134. Die elektrische Schaltung 134 ist in Form einer Wheatstone`schen Messbrücke 136 ausgebildet. Die Gasentladungsröhre 112 weist einen elektrischen Widerstand 138 auf. Die Wheatstone`sche Messbrücke 136 ist mit dem elektrischen Widerstand 138 verbunden bzw. verschaltet. So umfasst die Wheatstone'sche Messbrücke 136 einen ersten Widerstand 140, einen zweiten Widerstand 142 und einen dritten Widerstand 144. Der durch die Wheatstone`sche Messbrücke 136 abzugleichende bzw. zu bestimmende vierte Widerstand ist der elektrische Widerstand 138 der Gasentladungsröhre 112, der in die Wheatstone'sche Messbrücke 136 integriert ist. Der elektrische Widerstand 138 der Gasentladungsröhre 112 ändert sich je nach Zusammensetzung des Gases. Auf diese Weise ist die Detektionsvorrichtung 108 zum Erfassen und insbesondere Quantifizieren der gasförmigen Komponente mittels Messens des elektrischen Widerstands 138 ausgebildet.
Wie weiter in 1 gezeigt ist, weist die Zufuhreinheit 104 eine optionale Trennvorrichtung 146 auf. Die Trennvorrichtung 146 ist zum zumindest teilweisen Auftrennen bzw. Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente aus dem Gas ausgebildet. Die Trennvorrichtung 146 umfasst bei der gezeigten Ausführungsform eine Trennsäule 148 zum zumindest teilweisen Auftrennen bzw. Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente aus dem Gas, wie beispielsweise eine gepackte Säule. Alternativ kann die Trennvorrichtung 146 einen Adsorber oder thermischen Desorber zum zumindest teilweisen Auftrennen/Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente von dem Gas umfassen. Die Trennvorrichtung 146 kann weiterhin ein Mehrfachventil 150 aufweisen. Das Mehrfachventil 150 ist stromaufwärts der Trennsäule 148 angeordnet. Mittels des Mehrfachventils 150 ist dem Gas ein Trägergas 152 zuführbar. Weiterhin kann die Trennvorrichtung 146 eine Druckanpassungsvorrichtung 154 zum Anpassen eines Drucks des Gases und/oder einen Filter 156 aufweisen, die stromaufwärts des Mehrfachventils 150 angeordnet sind.
Das Gas kann grundsätzlich jedes beliebige Gas sein. Bevorzugt sind die Gase Sauerstoff, Wasserstoff oder Luft. Die zu detektierende gasförmige Komponente ist mindestens eine gasförmige Komponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: F, He, Ne, Ar, Xe, Kr, CO₂, CH₄, NH₃, CO, H₂S, N₂, H₂O, NOx. Für gewisse Anwendungen kann die Trennvorrichtung 146 komplett entfallen. So können beispielsweise Spuren von Gasen ohne Aufkonzentrierung detektiert werden. Das funktioniert beispielweise für die Detektion von CO₂ in Luft.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Vorrichtung 100 lediglich beispielhaft Teil eines Brennstoffzellensystems 158. Das Brennstoffzellensystem 158 umfasst eine Brennstoffzelle 160 und eine Zufuhrleitung 162 zum Zuführen von Gas zu der Brennstoffzelle. Die Vorrichtung ist mit der Zufuhrleitung 162 fluidverbunden. So ist die Trennvorrichtung 146 und genauer die Druckanpassungsvorrichtung 154 und/oder dem Filter 156 mit der Zufuhrleitung 162 fluidverbunden.
Nachstehend wird die Betriebsweise der Vorrichtung und der Sensoreinheit 102 beschrieben. In die Sensoreinheit 102 wird mittels der Zufuhreinheit 104 das Gas in die Anregungsvorrichtung 106 eingeleitet und zur Emission angeregt. Das so emittierte Licht wird von der Detektionsvorrichtung 108 erfasst und von der Auswertevorrichtung 110 ausgewertet. So kommt es durch das elektrische Feld in der Gasentladungsröhre 112 zwischen erster Elektrode 114, die beispielsweise als Anode dient, und zweiter Elektrode 116, die als Kathode dient, bei dem oben genannten Druck zur Bildung eines Plasmas und zur optischen Anregung der Gas-Atome, die daraufhin eine charakteristische Strahlung emittieren. Dadurch sind die Gasfraktionen optisch detektierbar. Alternativ kann ein solches Plasma auch über einen Mikrowellen- oder einen Radiofrequenzgenerator erzeugt werden.
Die optischen Signale werden dann an den Spektrometer 124 weitergeleitet. Die Spektren der Gase lassen sich dann leicht voneinander unterscheiden. Diese Strahlung wird auf diese Weise detektiert. Dazu sind keine großen Gasmengen notwendig, um ein für eine Detektion ausreichendes optisches Signal zu erzeugen. Dabei ergeben sich je nach Gasfraktion bzw. gasförmiger Komponente unterschiedliche Signale. Die charakteristische Strahlung unterschiedlicher Gase, die zwischen den Elektroden zum Leuchten gebracht werden, unterscheidet sich deutlich voneinander.
3 zeigt beispielhafte Emissionsspektren gemessen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auf der X-Achse 164 ist die Wellenlänge in nm aufgetragen. Auf der Y-Achse 166 ist die Intensität dimensionslos in counts aufgetragen. Als gasförmige Komponenten wurden Argon (Ar), Helium (He) und Neon (Ne) detektiert. Das Emissionsspektrum von Ar ist mit 168 bezeichnet. Das Emissionsspektrum von He ist mit 170 bezeichnet. Das Emissionsspektrum von Ne ist mit 172 bezeichnet. Aus 3 ist ersichtlich, dass sich die Emissionsspektren 168, 170, 172 dieser gasförmigen Komponenten deutlich unterscheiden. Insbesondere ist eine Unterscheidung der optischen Signale dieser gasförmigen Komponenten aufgrund von wenigen Wellenlängen möglich.
Die Vorrichtung 100 kann wie folgt modifiziert werden. Es besteht die Möglichkeit, die Gasentladungsröhre 112 mit deutlich höheren Spannungen zu betreiben, dann kommt es zu einer Funkenentladung. Die Funkenentladungen kommen auch bei deutlich höherem Druck zustande, womit eine genaue Druckregulierung innerhalb der Gasentladungsröhre 112 nicht notwendig ist. Bei den optischen Signalen der Funkenentladung kommt es zu zusätzlichen Signalen, die von den Materialien der Kathode/Anode herrühren. Durch die hohe Lichtintensität der einzelnen Funken ist ein dauerhafter Betrieb nicht notwendig, da das Signal mit wenigen Überschlägen erhalten werden kann. In allen Fällen kann von einer langen Lebensdauer und geringen Wartungskosten für die Sensoreinheit ausgegangen werden.
Alle Widerstände der Wheatstone'schen Messbrücke 136 können durch Gasentladungsröhren ersetzt werden. Durch zwei Gasentladungsröhren fließt das Trägergas und durch die anderen beiden Gasentladungsröhren die zu messende gasförmige Komponente. Dadurch gleich sich die Messbrücke automatisch ab.
Die Detektionsvorrichtung 108 kann alternativ oder zusätzlich zur Erfassung des emittierten Lichts zum Erfassen einer Absorption des emittierten Lichts ausgebildet sein. So kann die Anregungsvorrichtung 106 neben der oben beschriebenen Gasentladungsröhre 112 eine weitere oder zweite Gasentladungsröhre (nicht näher gezeigt) aufweisen. Diese weitere Gasentladungsröhre ist mit zu detektierenden gasförmigen Komponenten gefüllt. Die Anregungsvorrichtung 106 ist zum Bilden eines Plasmas der zu detektierenden gasförmigen Komponenten in der weiteren Gasentladungsröhre ausgebildet. Die Gasentladungsröhre 112 ist mit der weiteren Gasentladungsröhre derart optisch verbunden, dass die Emission der zweiten Gasentladungsröhre zur Anregung der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre 112 verwendet werden kann. Die Detektionsvorrichtung 108 ist zum Erfassen einer Absorption der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre ausgebildet. Mit anderen Worten kann eine alternative, effiziente Detektion durch eine zweite Gasentladungsröhre erreicht werden, die mit den Gasen, welche detektiert werden sollen, gefüllt ist und auch ein Plasma erzeugt. Die in dieser zweiten Gasentladungsröhre entstehende Strahlung wird nun durch die erste Gasentladungsröhre 112 geleitet. Eine Absorption der in die erste Gasentladungsröhre 112 geleiteten Strahlung findet nur dann statt, wenn sich das entsprechende Gas in der eigentlichen Messzelle befindet. Eine solche Lichtquelle ist ideal zur Messung der Absorption geeignet, da es bei Emission von Atomzuständen keine Verschiebung zwischen Absorption und Emission gibt. Die Gasentladungsröhre, welche mit zu detektierenden Komponenten gefüllt ist, wird somit als Lichtquelle verwendet. Die von ihr emittierten Strahlung enthält nur Wellenlängen, welche zu den detektierenden Komponenten passt und daher optimal absorbiert wird. Die weitere Gasentladungsröhre dient also als perfekte Lichtquelle um die Absorption der ersten zu messen. Mittels der weiteren Gasentladungsröhre 112 kann zudem eine Kalibrierung der Detektionsvorrichtung 108 vorgenommen werden.
In Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer einzigen Gasentladungsröhre eine bevorzugte Ausführungsform, bei der auch due Ulbricht-Kugel ggf. entfallen kann. In diesem Fall benötigt die Gasentladungsröhre nur einen optischen Ausgang sowie die Gas- und Stromzuleitungen. Für die „Durchleuchtung“ mit dem Licht einer anderen Gasentladungsröhre werden zwei optische Zugänge benötigen, die sich direkt gegenüberliegen und in deren Mitte sich die ursprüngliche bzw. eigentliche Gasentladungsröhre befindet.
Die Anregungsvorrichtung 106 kann weiterhin zum Anregen einer Emission eines Trägergases ausgebildet sein. Die Anregungsvorrichtung 106 kann zum Beleuchten der weiteren Gasentladungsröhre 112 mit dem angeregten Trägergas ausgebildet sein. Die Unterdrückung eines potentiellen Hintergrunds durch ein Trägergas könnte somit zudem durch stimulierte Emission erreicht werden. Hierzu wird die Messzelle mit Strahlung des Trägergases beleuchtet, welches durch stimulierte Emission in den Grundzustand überführt wird.
Die dadurch entstehende Strahlung ist gerichtet und die eigentliche Detektion kann im 90° Winkel dazu erfolgen. Ein Vergleich der Emissionen in Richtung der stimulierten Emission und im 90° Winkel dazu kann hier die Detektionseffizienz zusätzlich erhöhen.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas
102: Sensoreinheit
104: Zufuhreinheit
106: Anregungsvorrichtung
108: Detektionsvorrichtung
110: Auswertevorrichtung
112: Gasentladungsröhre
114: erste Elektrode
116: zweite Elektrode
117: Spannungsquelle
118: Zuleitung
120: Druckregelungsvorrichtung
122: Ulbricht-Kugel
124: Spektrometer
126: Auslass
125: Spektrum
128: Eintrittsspalt
130: Beugungsgitter
132: Verstärker
134: elektrische Schaltung
136: Wheatstonesche Messbrücke
138: elektrische Widerstand der Gasentladungsröhre
140: erster Widerstand
142: zweiter Widerstand
144: dritter Widerstand
146: Trennvorrichtung
148: Trennsäule
150: Mehrfachventil
152: Trägergas
154: Druckanpassungsvorrichtung
156: Filter
158: Brennstoffzellensystem
160: Brennstoffzelle
162: Zufuhrleitung
164: X-Achse
166: Y-Achse
168: Emissionsspektrum von Ar
170: Emissionsspektrum von Ne
172: Emissionsspektrum von He

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19780491 B4 [0003]
US 7169490 B2 [0004]
DE 102015010427 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (100) zum Erfassen von mindestens einer gasförmigen Komponente in einem Gas, umfassend eine Sensoreinheit (102) und eine Zufuhreinheit (104), wobei die Zufuhreinheit (104) zum Zuführen mindestens einer gasförmigen Komponente zu der Sensoreinheit (102) ausgebildet ist, wobei die Sensoreinheit (102) eine Anregungsvorrichtung (106) und eine Detektionsvorrichtung (108) aufweist, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet ist, wobei die Detektionsvorrichtung (108) zum Erfassen der Emission und/oder einer Absorption der gasförmigen Komponente ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anregungsvorrichtung (106) mindestens eine Gasentladungsröhre (112) umfasst, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum Leiten der gasförmigen Komponente durch die Gasentladungsröhre (112) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Gasentladungsröhre (112) mit einem Druck von 1,0 bis 100 mbar und bevorzugt 2,0 bis 50 mbar beaufschlagt ist.
Vorrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasentladungsröhre (112) eine erste Elektrode (114) und eine zweite Elektrode (116) aufweist, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum optischen Anregen der gasförmigen Komponente zur Emission von Licht mittels Anlegen einer elektrischen Spannung von 0,2 bis 2 kV an die erste Elektrode (114) und zweite Elektrode (116) ausgebildet ist, wobei die erste Elektrode (114) und die zweite Elektrode (116) insbesondere zum Zuführen der gasförmigen Komponente in die Gasentladungsröhre (112) und zum Abführen der gasförmigen Komponenten aus der Gasentladungsröhre (112) ausgebildet sind.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Anregungsvorrichtung (106) eine Druckregelungsvorrichtung (120) aufweist, wobei die Druckregelungsvorrichtung (120) zum Regeln eines Drucks der Gasentladungsröhre (112) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Gasentladungsröhre (112) einen elektrischen Widerstand (138) umfasst, wobei die Detektionsvorrichtung (108) zum Erfassen und insbesondere Quantifizieren der gasförmigen Komponente mittels Messens des elektrischen Widerstands (138) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Detektionsvorrichtung (108) eine elektrische Schaltung (134) aufweist, wobei die elektrische Schaltung (134) mit dem elektrischen Widerstand (138) verbunden oder verschaltet ist, wobei die elektrische Schaltung (134) insbesondere in Form einer Wheatstone`schen Messbrücke (136) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Anregungsvorrichtung (106) eine Ulbricht-Kugel (122) aufweist, wobei die Ulbricht-Kugel (122) die Gasentladungsröhre (112) umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Anregungsvorrichtung (106) eine weitere Gasentladungsröhre (112) aufweist, wobei die weitere Gasentladungsröhre (112) mit zu detektierenden gasförmigen Komponenten gefüllt ist, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum Bilden eines Plasmas der zu detektierenden gasförmigen Komponenten in der weiteren Gasentladungsröhre (112) ausgebildet ist, wobei die Gasentladungsröhre (112) mit der weiteren Gasentladungsröhre (112) derart optisch verbunden ist, dass die Strahlung der weiteren Gasentladungsröhre (112) zur Anregung der gasförmige Komponente in der Gasentladungsröhre (112) verwendbar ist, wobei die Detektionsvorrichtung (108) zum Erfassen einer Absorption der gasförmigen Komponente in der Gasentladungsröhre (112) ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anregungsvorrichtung (106) weiterhin zum Anregen einer Emission eines Trägergases ausgebildet ist, wobei die Anregungsvorrichtung (106) zum Beleuchten der weiteren Gasentladungsröhre (112) mit dem angeregten Trägergas ausgebildet ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anregungsvorrichtung (106) eine Mikrowellenerzeugungsvorrichtung oder einen Radiofrequenzgenerator zum Bilden eines Plasmas der gasförmigen Komponenten zur Emission von Licht aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (102) weiterhin eine Auswertevorrichtung (110) aufweist, wobei die Auswertevorrichtung (110) zum Auswerten eines Spektrums der Emission ausgebildet ist wobei die Auswertevorrichtung (110) bevorzugt ein Spektrometer (124) aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zufuhreinheit (104) eine Trennvorrichtung (146) aufweist, wobei die Trennvorrichtung (146) zum zumindest teilweisen Auftrennen/Separieren oder Aufkonzentrieren der gasförmigen Komponente von dem Gas ausgebildet ist, wobei die Trennvorrichtung (146) bevorzugt eine Trennsäule (148), insbesondere eine gepackte Säule, einen Adsorber oder thermischen Desorber zum zumindest teilweisen Auftrennen/Separieren oder Aufkonzentrieren er gasförmigen Komponente von dem Gas umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gas Sauerstoff, Wasserstoff oder Luft ist und/oder wobei die gasförmige Komponente mindestens eine gasförmige Komponente ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: F, He, Ne, Ar, Xe, Kr, CO₂, CH₄, NH₃, CO, H₂S, N₂, H₂O, NOx.
Brennstoffzellensystem (158), umfassend eine Brennstoffzelle, eine Zufuhrleitung (162) zum Zuführen von Gas zu der Brennstoffzelle (160) und eine Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung mit der Zufuhrleitung (162) fluidverbunden ist.