Gassensor-basiertes Analysesystem zur Bestimmung des Reinheitsgrades von Kältemitteln (CONTECT-R). Schlussbericht

Fraunhofer IPM entwickelte, evaluierte und optimierte in CONTECT-R ein funktionsfähiges, kostengünstiges Sensorsystem zum Nachweis der Kältemittel R1234yf und R134a. Durchgeführte FTIR-Messungen zeigten, dass die beiden Kältemittel ihre Absorptionsbanden im identischen Wellenlängenbereich besitzen. Zur Bestimmung des jeweiligen Kältemittels wurde ein Drei-Kammer-Konzept für einen photoakustischen Detektor entwickelt. Die genaue Dimensionierung der aktiven Sensorkomponenten wie Detektions-, Absorptions- und Filterkammer wurde mittels Simulationen festgelegt. Um die Einflüsse der Absorptionsstrecke und der Filterkammerlänge auf das zu detektierende Signal genauer zu evaluieren, wurde die Herstellung unterschiedlicher Geometrien sowie die erzielbare Gasdichtigkeit gequetschter bzw. zugelöteter Befüllungsröhrchen untersucht und verglichen. Zudem wurden IR-Fenster hergestellt und metallisiert. Mit den so entstandenen hermetisch, gasdichten Detektionskammern konnten erfolgreich erstmals die Zielgase R1234yf und R134a bestimmt werden. Ferner wurde ein Messaufbau für die Charakterisierung des gesamten Sensorsystems an eigenen Gasmessplätzen entwickelt. Zuerst wurden kostengünstige Silizium-Fenster als Alternative zu den bisher verwendeten Calciumfluorid-Fenstern im Aufbau untersucht. Weiter wurden unterschiedliche Labortests der Sensoren durchgeführt, bei denen die Wichtigkeit der Filterkammer in der Reduzierung der Querempfindlichkeiten des Störgases auf das detektierte photoakustische Signal bestätigt wurde. Die Messergebnisse zeigten, dass je länger die Filterkammer ist, desto niedriger sind die Querempfindlichkeiten. Gleichzeitig nimmt die Signal-Stärke mit zunehmender Filterkammerlänge ab. Außerdem konnte den Messergebnissen entnommen werden, dass kürzere Absorptionsstrecken von 1 oder 2 mm eine niedrigere Querempfindlichkeit aufweisen als die 3-mm-lange Absorptionsstrecke. Bei den durchgeführten Laboruntersuchungen wurde außerdem gezeigt, dass die Gasdichtigkeit durch Zulöten der gasbefüllten Detektions- und Filterkammer zur Langezeitstabilität des Signals beiträgt.