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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Reduzierung der Korrosionsneigung
in einem Flüssigkeitskreislauf gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung
zur Reduzierung der Korrosionsneigung in einem Flüssigkeitskreislauf
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Flüssigkeitskreisläufe
werden zum Beispiel als Kühlkreisläufe eingesetzt.
Solche Kühlkreisläufe finden derzeit zum Beispiel
Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen. Da die
Siedetemperatur einer Flüssigkeit mit deren Druck ansteigt,
ist es notwendig, einen solchen Kühlkreislauf in einem
vorgegebenen Druckbereich zu betreiben. Um zum Beispiel bei einer Überhitzung
der Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden, dass der Druck im Kühlkreislauf
ansteigt, ist mindestens ein Ausgleichsbehälter vorgesehen,
in den Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf strömen
kann. Der Ausgleichsbehälter umfasst im Allgemeinen Überdruckventile
und Unterdruckventile. Bei einem Druckanstieg öffnen die Überdruckventile
und im Ausgleichsbehälter enthaltenes Gas kann entweichen.
Auf diese Weise kann der Druck im Kühlkreislauf konstant
gehalten werden. Entsprechend wird bei Entstehen eines Unterdrucks
das Unterdruckventil öffnen und Gas aus der Umgebung kann
in den Ausgleichsbehälter eindringen. Auf diese Weise nimmt
der Flüssigkeitsstand im Ausgleichsbehälter ab
und der Druck im Kühlkreislauf bleibt konstant.
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Ein
weiterer Anwendungsbereich für Kühlkreisläufe
sind zum Beispiel Brennstoffzellen. Insbesondere bei Fahrzeugen
mit Brennstoffzellen-Antriebssystemen werden überwiegend
nicht-isolierte Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzellen eingesetzt.
Um die PEM-Brennstoffzelle betreiben zu können, ist es
erforderlich, die einzelnen Plattenpakete der Brennstoffzelle voneinander
zu isolieren. Die Isolierung wird mit einem Kühlmittel
aus deionisiertem Wasser mit einer Leitfähigkeit von weniger
als 50 μS/cm gewährleistet.
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Während
des Betriebs der Brennstoffzelle mit dem zugehörigen Kühlkreislauf
können durch Korrosion, Abrasion, Auslaugung und Degradation des
Kühlmittels Ionen in das Kühlsystem eingetragen werden,
wodurch die Leitfähigkeit des Kühlmittels ansteigt.
Die Korrosion der Materialien des Kühlkreislaufes und die
Degradation des Kühlmittels entsteht durch Sauerstoff.
Dieser ist zum Beispiel in der Gasphase im Ausgleichsbehälter
enthalten, da als Gasphase im Allgemeinen Luft eingesetzt wird.
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Der
gelöste Sauerstoff im Kühlsystem führt zu
einer Korrosion der Werkstoffe des Kühlsystems. Die entstehenden
Korrosionsprodukte liegen im Allgemeinen als Ionen vor. Durch Degradation
des Kühlmittels mit dem gelösten Sauerstoff entstehen Säuren,
die ebenfalls als Ionen im Wasser gelöst sind. Zudem verstärkt
sich durch die Säurebildung eine Auslaugung der Werkstoffe.
Die Produkte der Auslaugung sind ebenfalls Ionen, die weiterhin
zu einer zunehmenden Leitfähigkeit führen.
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Um
Degradationsprodukte aus einem Kühlmittel, das im Wesentlichen
aus Wasser und Glykol besteht, zu entfernen, ist es beispielsweise
aus
EP-A 1 463 138 bekannt,
einen Filter in den Kühlkreislauf einzusetzen, durch den
Oxidationsprodukte des Glykols aus dem Kühlmittel entfernt
werden. Alternativ wird beschrieben, ein Inertgas in den Kühlkreislauf einzuspritzen,
um die Oxidationsprodukte des Glykols aus dem Kühlmittel
zu spülen. Durch das Einspritzen des Inertgases in das
Kühlsystem wird jedoch nicht der Sauerstoff aus dem Kühlmittel
entfernt, um eine Korrosion des Kühlsystems zu vermeiden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Reduzierung
der Korrosionsneigung in einem Flüssigkeitskreislauf umfasst
der Flüssigkeitskreislauf zumindest einen Ausgleichsbehälter
mit mindestens einem Überdruckventil und/oder mindestens
einem Unterdruckventil. Der Ausgleichsbehälter enthält
zumindest eine Gasphase, wobei Gas aus der Gasphase durch das Überdruckventil
austreten kann oder durch das Unterdruckventil Gas aus der Atmosphäre in
den Ausgleichsbehälter einströmen kann, um den Druck
im Kühlkreislauf im Wesentlichen konstant zu halten. Nach
einem Öffnen des Überdruckventils oder des Unterdruckventils
wird ein Inertgas zum Spülen in den Ausgleichsbehälter
eingeleitet. Dies ist auch bei dem Öffnen des Überdruckventils
notwendig, da mit einem kurzfristigen Nachströmen von Luft beim Öffnen
des Überdruckventils gerechnet werden kann.
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Durch
das Spülen des Ausgleichsbehälters mit dem Inertgas
wird gegebenenfalls beim Öffnen des Überdruckventils
oder des Unterdruckventils eingetretenes sauerstoffhaltiges Gas
wieder verdrängt. Auf diese Weise kann der Sauerstoffgehalt
im Flüssigkeitskreislauf gering gehalten werden und die
Neigung zur Korrosion wird reduziert. Hieraus ergeben sich zum Beispiel
bei Einsatz als Kühlkreislauf in einem Kraftfahrzeug längere
Serviceintervalle für Kühlsysteme-Reinigungssysteme
aufgrund des geringeren Ioneneintrages in das Kühlsystem.
Zudem sinken die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit der
Werkstoffe mit Kühlmittelkontakt, da aufgrund des geringeren
Sauerstoffgehaltes die Korrosionsneigung abnimmt. Es können
somit kostengünstigere Werkstoffe für die Komponenten
des Flüssigkeitskreislaufes ausgewählt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Sauerstoffgehalt
in der Gasphase im Ausgleichsbehälter gemessen. Durch das
Messen des Sauerstoffgehaltes in der Gasphase im Ausgleichsbehälter lässt
sich jeweils der erforderliche Zeitpunkt finden, zu dem ein Spülen
des Ausgleichsbehälters mit dem Inertgas durchgeführt
wird. Hierzu lässt sich zum Beispiel in einem Steuergerät
ein Sollwert für den maximal zulässigen Sauerstoffgehalt
in der Gasphase ablegen. Sobald dieser Sollwert erreicht wird, wird
Inertgas zum Spülen in den Ausgleichsbehälter
eingeleitet.
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Ein
weiterer Vorteil, den Sauerstoffgehalt in der Gasphase im Ausgleichsbehälter
zu messen liegt darin, dass das Einleiten des Inertgases beendet werden
kann, sobald der Sauerstoffgehalt in der Gasphase einen vorgegebenen
unteren Sollwert unterschritten hat. Hierdurch lässt sich
die Spüldauer optimieren.
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Alternativ
ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel jeweils über
einen vorgegebenen Zeitraum den Ausgleichsbehälter mit
dem Inertgas zu spülen. In diesem Fall erfolgt das Spülen
zum Beispiel jeweils nach einem Öffnen des mindestens einen Überdruckventils
oder mindestens einen Unterdruckventils. Eine Vorrichtung, mit der
der Sauerstoffgehalt in der Gasphase im Ausgleichsbehälter
gemessen wird, ist in diesem Fall nicht erforderlich. Die Zeitdauer, über die
in diesem Fall das Inertgas zum Spülen in den Ausgleichsbehälter
eingeleitet wird, ist jedoch so zu wählen, dass auch bei
maximalem Sauerstoffeintrag eine hinreichende Entfernung des sauerstoffhaltigen Gases
durch das Spülen mit dem Inertgas erfolgt. Somit ist zum
Beispiel der Spülzyklus gegebenenfalls länger
als erforderlich, wenn nur eine geringe Sauerstoffmenge in den Ausgleichsbehälter
gelangt ist. Der Verbrauch an Inertgas ist somit größer,
als wenn die Spüldauer durch Messen des Sauerstoffgehaltes
eingestellt wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zum Einleiten
des Inertgases ein Regelventil geöffnet und bei geöffnetem
Regelventil überwacht, ob das mindestens eine Überdruckventil
des Ausgleichsbehälters öffnet. Durch das Einleiten
des Inertgases in den Ausgleichsbehälter steigt zunächst der
Druck im Ausgleichsbehälter an. Sobald der Öffnungsdruck
des Überdruckventiles erreicht ist, öffnet dieses
und im Ausgleichsbehälter enthaltenes Gas kann über
das Überdruckventil entweichen. Auf diese Weise kann das
im Ausgleichsbehälter enthaltene Gas durch das Inertgas
verdrängt und ausgetauscht werden. Wenn bei geöffnetem
Regelventil zum Einleiten des Inertgases das Überdruckventil
jedoch nicht öffnet, deutet dies darauf hin, dass beispielsweise
der Vorratsbehälter, in dem das Inertgas vorgehalten wird,
leer ist und durch einen neuen Vorratsbehälter ersetzt
werden muss oder der Vorratsbehälter mit Inertgas befüllt
werden muss. Um einem Betreiber des Flüssigkeitskreislaufes
einen Hinweis darauf zu geben, dass zum Beispiel der Vorratsbehälter
für das Inertgas leer ist oder dass ein anderes Problem
mit dem Überdruckventil vorliegt, ist es bevorzugt, dass eine
Warnung ausgegeben wird, wenn das Überdruckventil des Ausgleichsbehälters
bei geöffnetem Regelventil nicht öffnet.
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In
einer ersten Ausführungsform ist der Ausgleichsbehälter
mit einer Zuleitung für die Flüssigkeit verbunden.
In diesem Fall strömt bei einem Überdruck im Flüssigkeitskreislauf über
die Zuleitung Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter.
Der Druck im Ausgleichsbehälter steigt an und das Überdruckventil öffnet. Über
das Überdruckventil wird Gas aus der Gasphase im Ausgleichsbehälter
an die Umgebung oder in einen Gaskreislauf abgegeben. Entsprechend
wird bei einem Unterdruck im Flüssigkeitskreislauf Flüssigkeit
aus dem Ausgleichsbehälter in den Flüssigkeitskreislauf über
die Zuleitung gesaugt. Das Unterdruckventil des Ausgleichsbehälters öffnet sich
und Gas aus der Umgebung strömt in den Ausgleichsbehälter
ein. Auf diese Weise bleibt der Druck im Flüssigkeitskreislauf
im Wesentlichen konstant.
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In
einer bevorzugten, alternativen Ausführungsform ist der
Ausgleichsbehälter im Flüssigkeitskreislauf angeordnet,
wobei eine Zuleitung der Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter
mündet und aus dem Ausgleichsbehälter eine weitere
Leitung abzweigt, durch die die Flüssigkeit wieder in den
Flüssigkeitskreislauf eintritt. Der Ausgleichsbehälter
wird auf diese Weise von der Flüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf
durchströmt. Durch das Durchströmen des Ausgleichsbehälters
mit der Flüssigkeit wird in der Flüssigkeit gelöster
Sauerstoff schneller zum Ausgleichsbehälter transportiert
und kann in diesem aus der Flüssigkeit abgeschieden werden.
Der Sauerstoff sammelt sich in der Gasphase an und kann bei Erreichen
eines maximal zulässigen Sauerstoffgehaltes durch Spülen
mit dem Inertgas aus dem Ausgleichsbehälters entfernt werden.
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Die
Zuleitung für die Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter
befindet sich vorzugsweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
der im Ausgleichsbehälter enthaltenen Flüssigkeit.
Auch die Leitung, durch die die Flüssigkeit wieder in den
Flüssigkeitskreislauf einströmt befindet sich unter
dem Flüssigkeitsspiegel der Flüssigkeit. Bevorzugt
befindet sich die Leitung, durch die die Flüssigkeit in
den Flüssigkeitskreislauf eintritt am Boden des Ausgleichsbehälters.
Wenn nur eine Zuleitung in dem Ausgleichsbehälter vorgesehen
ist, so mündet diese vorzugsweise ebenfalls am Boden des
Ausgleichsbehälters in diesen.
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Das
Inertgas ist ein Gas, das gegenüber der im Ausgleichsbehälter
enthaltenen Flüssigkeit und den Werkstoffen des Flüssigkeitskreislaufes
inert ist. Geeignete Gase sind zum Beispiel Stickstoff, Edelgase,
beispielsweise Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, sowie Kohlendioxid.
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Bevorzugt
ist der Flüssigkeitskreislauf ein Kühlkreislauf.
Insbesondere ist der Flüssigkeitskreislauf ein Kühlkreislauf
zur Kühlung einer Brennstoffzelle. Da bei einer PEM-Brennstoffzelle
der Kühlkreislauf auch zur Isolation der einzelnen Plattenpakete
dient, ist es notwendig, die Leitfähigkeit vorzugsweise
kleiner als 50 μS/cm zu halten. Dies ist über
einen längeren Zeitraum jedoch nur möglich, wenn
die Ionenkonzentration in der Flüssigkeit nicht ansteigt. Da
durch das erfindungsgemäße Verfahren die Sauerstoffkonzentration
niedrig gehalten wird, bleibt auch die Bildung von Ionen durch Korrosion
der Werkstoffe des Flüssigkeitskreislaufes als auch durch
Säurebildung im Kühlmittel gering. Eine längere
Standzeit der Flüssigkeit kann so realisiert werden.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduzierung der
Korrosionsneigung in einem Flüssigkeitskreislauf umfasst
zumindest einen Ausgleichsbehälter mit mindestens einem Überdruckventil und/oder
mindestens einem Unterdruckventil. Der Flüssigkeitskreislauf
ist mit dem Kühlkreislauf zumindest über eine
Zuleitung verbunden. In dem Ausgleichsbehälter ist zumindest
eine Gasphase enthalten. Der Ausgleichsbehälter ist mit
einem Vorratsbehälter für ein Inertgas verbunden
und über ein Regelventil kann die Zugabe von Inertgas in
den Ausgleichsbehälter geregelt werden. Mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lässt sich das erfindungsgemäße
Verfahren durchführen. In der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird somit die Neigung zur Korrosionsbildung reduziert.
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Um
zu vermeiden, dass das Inertgas mit einem zu hohen Druck in den
Ausgleichsbehälter einströmt, ist es bevorzugt,
zwischen dem Vorratsbehälter für das Inertgas
und dem Ausgleichsbehälter einen Druckminderer zu positionieren.
Der Druckminderer kann sowohl zwischen dem Vorratsbehälter
für das Inertgas und dem Regelventil als auch zwischen dem
Regelventil und dem Ausgleichsbehälter positioniert sein.
Vorzugsweise ist der Druckminderer zwischen dem Vorratsbehälter
für das Inertgas und dem Regelventil positioniert.
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Das
Regelventil, über das die Zugabe von Inertgas in den Ausgleichsbehälter
geregelt werden kann, ist zum Beispiel ein Proportionalventil oder
ein Taktventil. Durch den Einsatz des Regelventils kann die Menge
an Inertgas, die dem Ausgleichsbehälter zugegeben wird,
präzise gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt dabei vorzugsweise über
ein Steuergerät, das mit dem Regelventil verbunden ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist im Ausgleichsbehälter
ein Sauerstoffsensor enthalten, um den Sauerstoffgehalt in der Gasphase
zu messen. Wenn ein Sauerstoffsensor vorgesehen ist, so ist dieser
vorzugsweise ebenfalls mit dem Steuergerät verbunden. Anhand
des Sauerstoffgehaltes kann so über das Steuergerät
das Öffnen und Schließen des Regelventils gesteuert
werden, um den Sauerstoffgehalt durch Spülen des Ausgleichsbehälters
mit dem Inertgas unter einem vorgegebenen Minimalwert zu halten.
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In
einer Ausführungsform ist der Ausgleichsbehälter
im Flüssigkeitskreislauf aufgenommen, so dass die im Flüssigkeitskreislauf
umlaufende Flüssigkeit den Ausgleichsbehälter
durchströmt. Dadurch, dass die im Flüssigkeitskreislauf
umlaufende Flüssigkeit den Ausgleichsbehälter
durchströmt, wird in der Flüssigkeit enthaltener
Sauerstoff zum Ausgleichsbehälter transportiert. Im Ausgleichsbehälter
kann der Sauerstoff aus der Flüssigkeit abgeschieden werden
und in die im Ausgleichsbehälter enthaltene Gasphase übergehen.
Dies führt ebenfalls zu einer Verringerung der Korrosion
der Komponenten des Flüssigkeitskreislaufes und einer Verringerung
der Degradation der Flüssigkeit.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
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2 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung gezeigt.
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Eine
Vorrichtung zur Reduzierung der Korrosionsneigung in einem Flüssigkeitskreislauf
umfasst einen Ausgleichsbehälter 1. Mit Hilfe
des Ausgleichsbehälters 1 werden Druckschwankungen
im Flüssigkeitskreislauf ausgeglichen. Hierzu enthält
der Ausgleichsbehälter üblicherweise eine Flüssigphase 3 und
eine Gasphase 5. Bei einer Zunahme des Drucks im Flüssigkeitskreislauf
nimmt durch einströmende Flüssigkeit in den Ausgleichsbehälter 1 der
Druck im Ausgleichsbehälter 1 zu. Ein am Ausgleichsbehälter angeordnetes Überdruckventil 7 öffnet
und aus dem Ausgleichsbehälter 1 kann Gas aus
der Gasphase 5 ausströmen, bis ein Druckausgleich
erreicht ist. Sobald der gewünschte Solldruck wieder hergestellt
ist, schließt das Überdruckventil 7 wieder.
Entsprechend wird bei einer Druckabnahme im Flüssigkeitskreislauf ein
am Ausgleichsbehälter 1 angebrachtes Unterdruckventil
geöffnet. Durch das Unterdruckventil strömt Gas
aus der Umgebung in die Gasphase 5 des Ausgleichsbehälters 1.
Der Druck im Ausgleichsbehälter 1 bleibt so konstant
und damit auch der Druck im Flüssigkeitskreislauf. Wenn
der Flüssigkeitskreislauf unter einem Überdruck
betrieben wird, ist das Unterdruckventil zum Beispiel mit einem
Gasvorratsbehälter verbunden, aus dem Gas in den Ausgleichsbehälter 1 einströmt.
Anstelle eines Überdruckventils 7 und eines davon
verschiedenen Unterdruckventils ist es alternativ auch möglich,
ein kombiniertes Überdruck-/Unterdruckventil einzusetzen. Dieses öffnet
sowohl bei Erreichen eines zulässigen maximalen Drucks
als auch bei Erreichen eines zulässigen minimalen Drucks,
um den Druck im Ausgleichsbehälter 1 auszugleichen.
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Das Überdruckventil 7 bzw.
das Unterdruckventil ist in der hier dargestellten Ausführungsform mit
einem Steuergerät 9 verbunden. An das Steuergerät 9 wird
eine Zustandsrückmeldung des Überdruckventils 7 bzw.
des Unterdruckventils geleitet. Auf diese Weise wird vom Steuergerät 9 erfasst,
ob das Überdruckventil 7 bzw. das Unterdruckventil
geöffnet hat. Wenn das Überdruckventil 7 bzw.
das Unterdruckventil geöffnet war, ist es möglich,
dass aus der Umgebung sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere Luft,
in den Ausgleichsbehälter 1 eingeströmt
ist. Der Sauerstoff kann zur Korrosion einzelner Komponenten des
Flüssigkeitskreislaufes oder zur Degradation der Flüssigkeit
führen. Um dies zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren
ist der Ausgleichsbehälter 1 über eine
Zuleitung 11 mit einem Vorratsbehälter 13 für
ein Inertgas verbunden. Sobald sauerstoffhaltiges Gas in den Ausgleichsbehälter 1 eingedrungen
ist oder der Sauerstoffgehalt im Ausgleichsbehälter einen
zulässigen Maximalwert überschreitet, wird aus dem
Vorratsbehälter 13 Inertgas in den Ausgleichsbehälter 1 eingeleitet.
Das Inertgas, das in den Ausgleichsbehälter 1 eingeleitet
wird verdrängt das sauerstoffhaltige Gas aus der Gasphase 5.
Der Sauerstoffgehalt in der Gasphase 5 wird reduziert.
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Die
Zugabe des Inertgases in den Ausgleichsbehälter wird über
ein Regelventil 15 gesteuert. Sobald Inertgas in den Ausgleichsbehälter 1 einströmen
soll, wird das Regelventil 15 geöffnet. Sobald
der Sauerstoffgehalt in der Gasphase 5 im Ausgleichsbehälter 1 einen
Mindestwert unterschritten hat, wird die Zufuhr des Inertgases durch
Schließen des Regelventils 15 beendet. Das Regelventil 15 kann
zum Beispiel ein Proportionalventil oder ein Taktventil sein. Um
die Zufuhr des Inertgases aus dem Vorratsbehälter 13 in
den Ausgleichsbehälter 1 zu steuern, ist das Regelventil 15 ebenfalls
mit dem Steuergerät 9 verbunden. Auf diese Weise
ist es zum Beispiel möglich, ein Spülen des Ausgleichsbehälters 1 mit
dem Inertgas zu beginnen, sobald das Überdruckventil 7 oder
das Unterdruckventil geöffnet gewesen ist.
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In
der hier dargestellten Ausführungsform ist in der Gasphase 5 im
Ausgleichsbehälter 1 ein Sauerstoffsensor 17 enthalten.
Mit dem Sauerstoffsensor 17 lässt sich der Sauerstoffgehalt
in der Gasphase 5 im Ausgleichsbehälter 1 messen.
Sobald der Sauerstoffgehalt in der Gasphase 5 eine zulässige
maximale Konzentration überschritten hat, wird das Regelventil 15 geöffnet,
um den Ausgleichsbehälter 1 mit dem im Vorratsbehälter 13 enthaltenen
Inertgas zu spülen. Der Sauerstoffgehalt wird weiterhin
mit dem Sauerstoffsensor 17 erfasst. Sobald beim Spülen
die Sauerstoffkonzentration in der Gasphase 5 einen unteren
Sollwert erreicht hat, wird das Regelventil 15 geschlossen
und die Einleitung des Inertgases in den Ausgleichsbehälter 1 beendet.
Um das Öffnen und Schließen des Regelventils 15 anhand
des Sauerstoffgehaltes, der mit dem Sauerstoffsensor 17 ermittelt
wird, zu steuern, ist der Sauerstoffsensor 17 ebenfalls
mit dem Steuergerät 9 verbunden.
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Die
Zuleitung 11 für das Inertgas mündet
vorzugsweise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 19 in den
Gasraum des Ausgleichsbehälters 1.
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In
der Zuleitung für das Inertgas in den Ausgleichsbehälter 1 kann
ein Druckminderer 25 aufgenommen sein. Mit dem Druckminderer 25 wird
der Druck des einströmenden Inertgases in den Ausgleichsbehälter 1 reduziert.
Durch Verwendung des Druckminderers 25 kann der Vorratsbehälter 13 für das
Inertgas mit einem höheren Druck betrieben werden. Dies
erlaubt ein größeres Inertgasvolumen im Vorratsbehälter 13.
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Der
Zulauf der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskreislauf
erfolgt über einen Zulauf 21. Der Zulauf 21 mündet
vorzugsweise unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 19 in
die Flüssigphase 3 im Ausgleichsbehälter 1.
Wenn der Ausgleichsbehälter 1 nicht von der Flüssigkeit
des Flüssigkeitskreislaufes durchströmt wird,
mündet in diesen lediglich ein Zulauf 21. Der Zulauf 21 befindet
sich in diesem Fall üblicherweise am Boden des Ausgleichsbehälters 1.
Bei einem Überdruck im Flüssigkeitskreislauf strömt
dann Flüssigkeit über den Zulauf 21 in
den Ausgleichsbehälter 1 und bei einem Unterdruck
im Flüssigkeitskreislauf wird Flüssigkeit aus der
Flüssigphase 3 im Ausgleichsbehälter 1 über
den Zulauf 21 in den Flüssigkeitskreislauf strömen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ausgleichsbehälter 1 jedoch
von der Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufes
durchströmt. In diesem Fall mündet der Zulauf 21 in
die Flüssigphase 3 des Ausgleichsbehälters 1 und
weiterhin ist ein Ablauf 23 vorgesehen, der aus dem Ausgleichsbehälter 1 abzweigt.
Der Ablauf 23 ist dabei vorzugsweise am Boden des Ausgleichsbehälters 1 angeordnet.
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Die
Größe des Vorratsbehälters 13 und
damit die Menge des im Vorratsbehälter 13 enthaltenen Inertgases
ist abhängig von der Größe des Ausgleichsbehälters 1.
Je größer der Ausgleichsbehälter 1 ist
umso mehr Gas muss auch im Vorratsbehälter 13 enthalten
sein. Weiterhin ist die Größe des Vorratsbehälters 13 abhängig
vom benötigten Druck des Gases. Je höher der Druck
ist, bei dem der Flüssigkeitskreislauf betrieben wird,
umso höher muss auch der Druck des Gases im Ausgleichsbehälter 13 sein und
umso mehr Gas wird benötigt, um den Druck im Ausgleichsbehälter 1 herstellen
zu können. Auch ist die Größe des Vorratsbehälters 13 von
den Befüllungsintervallen abhängig. Je häufiger
ein Spülen des Ausgleichsbehälters 1 erforderlich
ist, umso mehr Gas wird benötigt.
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Neben
der hier dargestellten Ausführungsform mit nur einem Überdruckventil 7 und
einem nicht dargestellten Unterdruckventil ist es auch möglich, dass
der Ausgleichsbehälter 1 mehrere Überdruckventile 7 und
mehrere Unterdruckventile aufweist.
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Weiterhin
ist es auch möglich, dass der Ausgleichsbehälter 1 einen
abnehmbaren Deckel aufweist, über den beispielsweise Flüssigkeit
für den Flüssigkeitskreislauf nachgefüllt
werden kann. Wenn in den Flüssigkeitskreislauf Flüssigkeit
nachgeführt wurde, ist im Allgemeinen auch Sauerstoff in
den Ausgleichsbehälter 1 eingedrungen. Aus diesem Grund
erfolgt eine Spülung des Ausgleichsbehälters 1 durch
Einleiten von Inertgas aus dem Vorratsbehälter 13 auch
nach dem Nachfüllen von Flüssigkeit.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine
erste Spülung mit Inertgas wird zum Beispiel durchgeführt,
wenn der Flüssigkeitskreislauf neu befüllt wird
oder Komponenten des Flüssigkeitskreislaufes ausgetauscht
oder ergänzt wurden. Eine entsprechende Routine ist zum
Beispiel im Steuergerät 9 hinterlegt. In einem
ersten Schritt 31 wird das System gestartet. Nach dem Start
des Systems in Schritt 31 wird zunächst in einem
Schritt 33 geprüft, ob neue Komponenten in den
Flüssigkeitskreislauf verbaut wurden oder ob Flüssigkeit
nachgefüllt oder ausgetauscht worden ist.
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Wenn
dies der Fall ist, wird in einem dritten Schritt 35 eine
Initialspülung des Flüssigkeitskreislaufes mit
dem Inertgas durchgeführt. Hierzu wird das Regelventil 15 geöffnet
und es kann Inertgas aus dem Vorratsbehälter 13 in
den Ausgleichsbehälter 1 einströmen.
Das Regelventil wird offen gehalten, bis eine vorgegebene Zeitdauer
erreicht wurde oder bis der mit dem Sauerstoffsensor 17 gemessene
Sauerstoffgehalt einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet.
Dies wird in einem vierten Schritt 37 geprüft.
Sobald die vorgegebene Zeitdauer erreicht wurde oder die minimale
Sauerstoffkonzentration, die im Steuergerät 9 hinterlegt
ist, unterschritten wurde, wird die Spülung mit dem Inertgas
durch Schließen des Regelventils 15 in einem fünften
Schritt 39 beendet.
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Die
Schritte 31 bis 39 werden jeweils nur dann durchgeführt,
wenn eine Erstspülung erforderlich ist. Dies ist dann der
Fall, wenn beispielsweise ein Deckel des Ausgleichsbehälters 1 geöffnet
wurde, um Flüssigkeit nachzufüllen oder wenn neue Komponenten
in den Flüssigkeitskreislauf eingesetzt wurden. Weiterhin
wird eine Erstspülung durchgeführt, wenn die im
Flüssigkeitskreislauf enthaltene Flüssigkeit ausgetauscht
worden ist.
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Nach
dem Durchführen der Erstspülung wird durch das
Steuergerät 9 kontinuierlich überwacht,
ob das Überdruckventil 7 oder das Unterdruckventil
geöffnet haben. Dies erfolgt in einem sechsten Schritt 41.
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Um
zu vermeiden, dass Inertgas aus dem Vorratsbehälter 13 an
die Umgebung abgegeben werden kann, bleibt das Regelventil 15 geschlossen, solange
das Überdruckventil 7 oder das Unterdruckventil
geöffnet ist.
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Aus
diesem Grund wird nach dem Prüfen, ob das Überdruckventil
bzw. Unterdruckventil geöffnet hat zunächst im
Steuergerät 9 ein Merker gesetzt, dass Luft in
den Flüssigkeitskreislauf eingedrungen ist. Dies erfolgt
in einem siebten Schritt 43. In einem achten Schritt 45 wird
geprüft, ob das Überdruckventil oder das Unterdruckventil
geschlossen ist. Erst wenn weder ein Überdruckventil 7 noch
ein Unterdruckventil geöffnet ist, wird in einem neunten
Schritt 47 das Regelventil 15 geöffnet.
Da weder ein Überdruckventil 7 noch ein Unterdruckventil
geöffnet ist, wird auf diese Weise vermieden, dass Inertgas
an die Umgebung austreten kann.
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Da
durch das Einströmen des Inertgases aus dem Vorratsbehälter 13 in
den Ausgleichsbehälter 1 der Druck im Ausgleichsbehälter 1 ansteigt, öffnet
in einem zehnten Schritt 49 das Überdruckventil 7.
Dies wird vom Steuergerät 9 erfasst. Sobald das Überdruckventil 7 geöffnet
hat, kann das sauerstoffhaltige Gas aus der Gasphase 5 des
Ausgleichsbehälters 1 durch das einströmende
Inertgas verdrängt werden. Mit Öffnen des Überdruckventils 7 im zehnten
Schritt 49 wird in einem elften Schritt 51 entweder
ein Timer gesetzt oder der Sauerstoffgehalt auf den zu erreichenden
Sollwert gesetzt. Während des Zulaufs des Inertgases in
den Ausgleichsbehälter 1 läuft der Timer,
bis die vorgegebene Zeitdauer erreicht ist. Dies wird in Schritt 53 geprüft.
Alternativ ist es auch möglich, während der Zugabe
des Inertgases kontinuierlich den Sauerstoffgehalt in der Gasphase 5 im
Ausgleichsbehälter 1 mit Hilfe des Sauerstoffsensors 17 zu
messen. In diesem Fall wird in Schritt 53 geprüft, ob
die Sauerstoffkonzentration in der Gasphase 5 den vorgegebenen
Minimalwert erreicht hat. Sobald dies der Fall ist wird wieder zum
fünften Schritt 39 zurückgegangen und
das Regelventil 15 geschlossen, um die Zugabe des Inertgases
zu beenden.
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Wenn
im zehnten Schritt 49 das Überdruckventil 7 nicht öffnet,
wird in einem dreizehnten Schritt 55 eine Meldung ausgegeben.
Die im dreizehnten Schritt 55 ausgegebene Meldung kann
zum Beispiel beinhalten, dass der Vorratsbehälter 13 für
das Inertgas ausgetauscht werden muss. Alternativ ist es auch möglich,
eine Warnmeldung auszugeben, die besagt, dass das Überdruckventil 7 nicht
geöffnet hat und zu untersuchen ist, was Ursache hierfür
ist. Wenn diese Untersuchung ergibt, dass kein Gas mehr oder nicht
genügend Gas im Vorratsbehälter 13 enthalten
ist, wird auch in diesem Fall der Vorratsbehälter 13 ausgetauscht
oder neu befüllt.
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Mit
der Meldung im dreizehnten Schritt 55 wird das System im
vierzehnten Schritt 57 beendet. Nach dem Austausch des
Vorratsbehälters 13 oder dem Wiederbefüllen
des Vorratsbehälters 13 erfolgt eine Neuinitiierung
und das System startet wieder mit dem Systemstart in Schritt 31 mit
einer Erstspülung.
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Um
eine dauerhafte Funktionalität des Verfahrens bzw. der
Vorrichtung zu erzielen ist es weiterhin möglich, zu überprüfen,
ob der vom Sauerstoffsensor 17 gemessene Sauerstoffgehalt
plausibel ist. Dies kann insbesondere in Kombination mit einer Rückmeldung
des Überdruckventils 7 bzw. des Unterdruckventils
erfolgen, wenn Sauerstoff in den Ausgleichsbehälter 1 eingedrungen
ist. Weiterhin ist es möglich, um einen rechtzeitigen Austausch
des Vorratsbehälters 13 oder ein rechtzeitiges
Auffüllen des Vorratsbehälters 13 zu
gewährleisten, den Füllstand des Vorratsbehälters 13 zu
prüfen. Zudem ist eine regelmäßige Funktionsprüfung
des Regelventils 15 sinnvoll, um zu gewährleisten,
dass dieses bei Bedarf, das heißt wenn eine Spülung
durchgeführt werden soll, auch korrekt öffnet
und anschließend wieder schließt.
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Die
Zustandsmeldung des Überdruckventils 7 bzw. des
Unterdruckventils, das heißt die Meldung, ob das Überdruckventil 7 bzw.
Unterdruckventil geöffnet oder geschlossen ist, kann zum
Beispiel durch einen einfachen Kontaktschalter, der mit dem Überdruckventil 7 bzw.
dem Unterdruckventil verbunden ist, erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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