DE102015208557B3

DE102015208557B3 - Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in einem Arbeitsfluid-Kreislauf eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, und Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem solchen System

Info

Publication number: DE102015208557B3
Application number: DE102015208557.0A
Authority: DE
Inventors: Tim HORBACH; Jens Niemeyer; Max LORENZ; Daniel STECHER; Mathias Müller; Gerald Fast; Niklas WAIBEL
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2035-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils (x) in einem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) eines Systems (5) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesse, mit folgenden Schritten: Ermitteln eines Wärmestroms an wenigstens einem Wärmeübertrager (11, 17) des Systems (5) zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) strömenden Kreislauf-Mediums; Erfassen einer Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über dem Wärmeübertrager (11, 17), und Ermitteln des Schmierstoffanteils (x) an dem Kreislauf-Medium aus dem ermittelten Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in einem Arbeitsfluid-Kreislauf eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem solchen System.
Systeme zur Durchführung von thermodynamischen Kreisprozesses, beispielsweise Wärmepumpen oder Systeme zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses (ORC), weisen in der Regel Komponenten wie Pumpen und Expansionsmaschinen auf, welche für eine reibungsarme, langlebige und störungsfreie Funktionsweise mit einem Schmierstoff versorgt werden müssen. Dabei ist typischerweise vorgesehen, dass der Schmierstoff zusammen mit einem Arbeitsfluid entlang eines Arbeitsfluid-Kreislaufs des Systems geführt wird. Nachteilig hierbei ist, dass eine Kontrolle über die Menge des in dem Arbeitsfluid-Kreislauf mitgeführten Schmierstoffs und über eine Versorgung der zu schmierenden Komponenten mit dem Schmierstoff schwierig ist. Außerdem treten Leistungsverluste aufgrund des Schmierstoffanteils in dem Arbeitsfluid-Kreislauf auf, da der Schmierstoff als parasitäre Wärmesenke fungiert und keine mechanische Arbeit an der Expansionsmaschine verrichten kann. Aus Sicherheitsgründen wird die Menge an Schmierstoff in dem Arbeitsfluid-Kreislauf in der Regel höher als benötigt gewählt, sodass auch die Leistungsverluste höher als nötig ausfallen. Es ist grundsätzlich möglich, einen Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf mittels einer Dichtemessung zu ermitteln. Dies liefert jedoch nur dann zuverlässige Ergebnisse, wenn sich die Dichten des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits hinreichend unterscheiden. Hinzu kommt, dass für die Dichtemessung teure Sensoren, beispielsweise Corioliswaagen, erforderlich sind.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 000 690 A1 gehen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kontrolle eines Schmierstoffanteils in einem Kältemittel hervor, wobei die Vorrichtung eine Zuleitung zur Zuführung eines Gemischs aus einem Schmierstoff und dem Kältemittel zu der Vorrichtung aufweist, wobei das Kältemittel einen Kältemittelstrom einer Kälteanlage ausbildet, wobei ein der Zuleitung nachgeordnetes Trennmittel zur Trennung von Schmierstoff und Kältemittel und ein dem Trennmittel bezüglich des abgetrennten Schmiermittelstroms nachgeordneter Einspeisepunkt zur Zuführung von abgetrenntem Schmierstoff vorgesehen sind, wobei der Schmierstoff über den Einspeisepunkt in den Kältemittelstrom einbringbar ist, wobei bezüglich des Kältemittelstroms keine Komponenten der Kälteanlage zwischen der Zuleitung und dem Einspeisepunkt angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in einem Arbeitsfluid-Kreislauf eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, ein System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses und eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem solchen System zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in einem Arbeitsfluid-Kreislauf eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird ein Wärmestrom an wenigstens einem Wärmeübertrager eines Systems zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses ermittelt, vorzugsweise gemessen, nämlich ein Wärmestrom zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf strömenden Kreislauf-Medium. Es wird eine Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über dem Wärmeübertrager erfasst, und ein Schmierstoffanteil an dem Kreislauf-Medium wird aus dem ermittelten Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung ermittelt. Das Verfahren weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Insbesondere ist es mithilfe des Verfahrens möglich, den Schmierstoffanteil – auch bei ähnlichen oder identischen Dichten des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs – in sicherer, genauer und einfacher Weise zu bestimmen, wobei insbesondere einfache und mit kostengünstiger Sensorik zu messende und im Übrigen typischerweise ohnehin erfasste thermodynamische Größen zur Ermittlung der Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums herangezogen werden können. Auf eine teure Sensorik kann demnach verzichtet werden. Da mithilfe des Verfahrens der Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf mit geringem Aufwand und in kostengünstiger Weise ermittelt werden kann, ist es nicht nötig, die Schmierstoffmenge aus Sicherheitsgründen höher als benötigt zu wählen. Damit kann zum einen zielgenau eine ausreichende Versorgung der zu schmierenden Komponenten mit Schmierstoff sichergestellt werden, zum anderen können Leistungsverluste aufgrund des als parasitäre Wärmesenke wirkenden Schmierstoffs minimiert werden.
Mit dem Begriff „Kreislauf-Medium” ist hier ein Gemisch aus dem Arbeitsfluid einerseits und dem Schmierstoff andererseits angesprochen, welches entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs geführt wird. Im Rahmen des Verfahrens wird also der Anteil an Schmierstoff in dem Kreislauf-Medium bestimmt.
Unter einem Wärmeübertrager wird eine Einrichtung verstanden, in welcher Wärme zwischen einem Wärmetauschmedium, welches durch den Wärmeübertrager strömt, und dem Kreislauf-Medium, welches ebenfalls durch den Wärmeübertrager strömt, übertragen werden kann. Bei dem Wärmeübertrager kann es sich insbesondere um einen Erhitzer, insbesondere einen Verdampfer, und/oder einen Kühler, insbesondere einen Kondensator, handeln. Als Wärmetauschmedium dient bevorzugt insbesondere ein Fluid, welches heißer oder kälter ist als das Kreislauf-Medium an einem Einlass des Wärmeübertragers, insbesondere Abgas oder ein Kühlmittel einer Brennkraftmaschine in einem Erhitzer oder Verdampfer, oder Kühlwasser in einem Kühler oder Kondensator.
Unter einem Wärmestrom wird eine pro Zeiteinheit in dem Wärmeübertrager zwischen dem Wärmetauschmedium und dem Kreislauf-Medium ausgetauschte Wärmemenge verstanden.
Der Wärmestrom an dem Wärmeübertrager wird vorzugsweise ermittelt, indem ein Massenstrom des Wärmetauschmediums durch den Wärmeübertrager, eine Temperatur des Wärmetauschmediums stromaufwärts des Wärmeübertragers – insbesondere an einem Wärmetauschmedien-Einlass des Wärmeübertragers – und eine Temperatur des Wärmetauschmediums stromabwärts des Wärmeübertragers – insbesondere an einem Wärmetauschmedium-Auslass des Wärmeübertragers – gemessen werden. Aus dem Massenstrom des Wärmetauschmediums durch den Wärmeübertrager und der Temperaturdifferenz des Wärmetauschmediums über dem Wärmeübertrager kann dann der Wärmestrom aus dem oder in das Wärmetauschmedium bestimmt werden. Dieser wird dann vorzugsweise dem Wärmestrom in das oder aus dem Kreislauf-Medium gleichgesetzt. Dies entspricht der Annahme, dass an dem Wärmeübertrager keine Verluste und insbesondere keine Verlustwärmeströme auftreten. Solche Verluste werden vorzugsweise ohnehin bei der Auslegung und Konstruktion eines solchen Wärmeübertragers minimiert, sodass diese Annahme zumindest in hinreichendem Umfang erfüllt ist.
Unter einer Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums wird insbesondere eine thermodynamische Zustandsänderung verstanden. Bei der Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums handelt es sich bevorzugt um einerseits eine Zustandsänderung des Arbeitsfluids und andererseits eine Zustandsänderung des Schmierstoffs, wobei die beiden Zustandsänderungen gemeinsam als Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums betrachtet werden.
Die Zustandsänderung ist insbesondere eine Differenz eines thermodynamischen Zustands des Kreislauf-Mediums stromabwärts des Wärmeübertragers und eines Zustands des Kreislauf-Mediums stromaufwärts des Wärmeübertragers. Dabei wird bevorzugt unter dem Zustand des Kreislauf-Mediums ein Zustand des Arbeitsfluids und ein Zustand des Schmierstoffs verstanden. Die Zustandsänderung bezieht sich also auf eine sich beim Passieren des Wärmeübertragers ergebende Differenz wenigstens eines thermodynamischen Zustands, wobei sich die Zustandsänderung insbesondere durch den in dem Wärmeübertrager übertragenen Wärmestrom ergibt.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein erster Zustand des Kreislauf-Mediums stromaufwärts des Wärmeübertragers erfasst wird, wobei auch ein zweiter Zustand des Kreislauf-Mediums stromabwärts des Wärmeübertragers erfasst wird. Die Zustandsänderung kann in einfacher Weise als Differenz der erfassten Zustände ermittelt werden. Als Zustand wird bevorzugt jeweils – stromaufwärts und stromabwärts des Wärmeübertragers – ein Wertepaar aus einem Druck und einer Temperatur des Kreislauf-Mediums erfasst. Hierbei handelt es sich um einfach messbare und insbesondere typischerweise ohnehin gemessene thermodynamische Größen des Kreislauf-Mediums, die einfach und mit kostengünstiger Sensorik zu messen sind, und aus denen zuverlässig ein thermodynamischer Zustand des Kreislauf-Mediums, insbesondere des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs, ermittelt werden kann.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums eine Enthalpieänderung des Arbeitsfluids und eine Enthalpieänderung des Schmierstoffs ermittelt werden, wobei die Enthalpieänderungen anhand der erfassten Drücke und Temperaturen des Kreislauf-Mediums bestimmt werden. Eine Enthalpieänderung dient in besonders günstiger und einfacher Weise als Zustandsgröße, die zur Ermittlung des Schmierstoffanteils erfasst werden kann. Besonders bevorzugt wird eine spezifische Enthalpieänderung erfasst, das heißt eine Enthalpieänderung, die bezogen ist auf eine Masseneinheit, nämlich als Enthalpieänderung des Arbeitsfluids bezogen auf eine Masseneinheit des Arbeitsfluids, und als Enthalpieänderung des Schmierstoffs bezogen auf eine Masseneinheit des Schmierstoffs in dem Kreislauf.
Die Enthalpien des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs stromaufwärts und stromabwärts des Wärmeübertragers werden bevorzugt aus den oder in Abhängigkeit von den ermittelten Druck- und Temperaturwerten ermittelt, vorzugsweise aus hinterlegten Dampftafeln und/oder Look Up-Tabellen. Auch eine Verwendung von Kennfeldern oder Kennlinien ist möglich. Auf diese Weise ist jeweils für das Arbeitsfluid und den Schmierstoff eine – insbesondere spezifische – Enthalpie stromaufwärts des Wärmeübertragers und stromabwärts des Wärmeübertragers ermittelbar, wobei aus diesen Enthalpien wiederum die Enthalpieänderungen über den Wärmeübertrager als Differenzwerte bestimmt werden können.
Bevorzugt erfolgt im Rahmen des Verfahrens an dem Wärmeübertrager ein Phasenübergang des Arbeitsfluids. Insbesondere wird das Arbeitsfluid bevorzugt in einem Verdampfer verdampft und/oder in einem Kondensator kondensiert. Der Schmierstoff vollzieht hingegen keinen Phasenübergang und bleibt insbesondere entlang des gesamten Arbeitsfluid-Kreislaufs in flüssiger Phase. Ein Phasenübergang des Arbeitsfluids an dem Wärmeübertrager erhöht in vorteilhafter Weise die Enthalpieänderung des Arbeitsfluids über dem Wärmeübertrager, sodass sich ein besonders großer Unterschied in den Enthalpieänderungen zwischen dem Schmierstoff einerseits, der keinen Phasenübergang vollzieht, und dem Arbeitsfluid ergibt. Das Verfahren kann dann mit besonders hoher Genauigkeit aufgrund der großen Unterschiede in den Enthalpieänderungen zwischen dem Arbeitsfluid einerseits und dem Schmierstoff andererseits durchgeführt werden.
Es wird aber auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass kein Phasenübergang in dem Wärmeübertrager stattfindet. Auch in diesem Fall kann das Verfahren mit hoher Genauigkeit und sicher durchgeführt werden, wenn sich die Wärmekapazitäten des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits hinreichend unterscheiden. Auch in diesem Fall ergeben sich Enthalpieänderungsunterschiede zwischen den beiden Stoffen über den Wärmeübertrager, die ausreichen, um den Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf sicher und hinreichend genau zu bestimmen.
Besonders bevorzugt liegt das Arbeitsfluid stromabwärts und stromaufwärts des Wärmeübertragers jeweils in definierter Phase vor. Insbesondere ist das Arbeitsfluid bevorzugt stromabwärts oder stromaufwärts des Wärmeübertragers vollständig flüssig oder vollständig gasförmig. In diesem Fall hängt die Enthalpie des Arbeitsfluids eindeutig von der Temperatur stromabwärts oder stromaufwärts des Wärmeübertragers ab, wobei die Enthalpie des Arbeitsfluids beispielsweise keine Funktion der Temperatur ist, wenn das System im Nassdampfgebiet arbeitet. In diesem Fall ist das Verfahren zwar auch durchführbar, es bedeutet aber einen größeren Aufwand, die Enthalpieänderung des Arbeitsfluids mit Sicherheit bestimmen zu können. Um eine definierte Phase des Arbeitsfluids stromaufwärts und stromabwärts des Wärmeübertragers zu gewährleisten, wird das System bevorzugt entweder ohne Phasenübergang, oder aber mit Überhitzung betrieben, sodass ein Nassdampfgebiet vermieden wird.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass ein Massenstrom des Kreislauf-Mediums entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs bestimmt wird, wobei der Massenstrom zur Ermittlung des Schmierstoffanteils herangezogen wird. Insbesondere wird in sehr einfacher und typischerweise ohnehin vorgesehener Weise ein Gesamt-Massenstrom des Kreislauf-Mediums, also eine Summe der Massenströme des Schmierstoffs einerseits und des Arbeitsfluids andererseits, bestimmt. Der Massenstrom wird insbesondere mit den spezifischen Enthalpieänderungen des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits verrechnet, um den Schmierstoffanteil zu bestimmen.
Vorzugsweise wird der Massenstrom auch verwendet, um eine absolute Schmierstoffmenge in dem Arbeitsfluid-Kreislauf zu ermitteln. Sind einerseits der Schmierstoffanteil in dem Kreislauf-Medium und andererseits der Gesamtmassenstrom des Kreislauf-Mediums bekannt, kann daraus ohne weiteres der absolute Massenstrom an Schmierstoff und somit eine absolute Schmierstoffmenge in dem Arbeitsfluid-Kreislauf bestimmt werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Schmierstoffanteil gemäß folgender Gleichung ermittelt wird:
Dabei ist
der Schmierstoffanteil, das heißt der Anteil des Schmierstoff-Messenstroms ṁ_s am Gesamt-Massenstrom ṁ_g, Δh_AF ist die spezifische Enthalpieänderung des Arbeitsfluids, Q . ist der Wärmestrom in dem Wärmeübertrager, ṁ_g ist der Gesamt-Massenstrom in dem Arbeitsfluid-Kreislauf, und Δh_S ist die spezifische Enthalpieänderung des Schmierstoffs über dem Wärmeübertrager.
Die Gleichung (1) kann in folgender Weise hergeleitet werden: Es wird angenommen, dass ein Wärmestrom Q ._WT , der einem Wärmetauschmedium entnommen wird, vollständig dem Kreislauf-Medium insgesamt zugeführt wird, was der Annahme entspricht, dass in dem Wärmeübertrager keine Verluste auftreten: Q ._WT = Q ._W = Q ._AF+S. (2)
Dabei ist Q ._WT der dem Wärmetauschmedium entnommene Wärmestrom, und Q ._AF+S ist der dem Kreislauf-Medium insgesamt zugeführte Wärmestrom.
Der dem Wärmetauschmedium entnommene Wärmestrom Q ._WT , der gleich dem Wärmestrom Q ._W in dem Wärmeübertrager ist, kann demnach dargestellt werden als Summe der Enthalpieänderungen pro Zeiteinheit des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits pro Zeiteinheit: Q ._WT = ΔH_AF + ΔH_S. (3)
Dabei ist ΔH_AF die Enthalpieänderung des Arbeitsfluids über dem Wärmetauscher pro Zeiteinheit, und ΔH_S ist die Enthalpieänderung des Schmierstoffs über dem Wärmeübertrager pro Zeiteinheit. Diese nach der Zeit abgeleiteten Enthalpieänderungen können wiederum über die entsprechenden, zeitunabhängigen spezifischen Enthalpieänderungen des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits multipliziert mit dem Massenstrom an Arbeitsfluid einerseits und Schmierstoff andererseits ausgedrückt werden, wobei diese Massenströme wiederum ausgedrückt werden können als Produkt des Gesamt-Massenstroms in dem Arbeitsfluid-Kreislauf mit den Anteilen an Arbeitsfluid einerseits und Schmierstoff andererseits an dem Kreislauf-Medium: Q ._W = (1 – x)ṁ_gΔh_AF + xṁ_gΔh_S. (4)
Löst man diese Gleichung (4) nach dem Schmierstoffanteil x auf, ergibt sich die Gleichung (1).
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Wärmestrom an einem Verdampfer und/oder an einem Kondensator gemessen wird. Sowohl bei dem Verdampfer als auch bei dem Kondensator handelt es sich um Wärmeübertrager, welche zur Messung des Wärmestroms im Rahmen des Verfahrens geeignet sind, um so den Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf zu bestimmen. Es ist möglich, dass der Wärmestrom bei einer Ausführungsform des Verfahrens nur an einem Verdampfer bestimmt wird. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Wärmestrom nur an einem Kondensator bestimmt wird. Es ist auch eine Ausführungsform des Verfahrens möglich, bei welcher der Wärmestrom sowohl an einem Verdampfer als auch an einem Kondensator bestimmt wird. In diesem Fall ist es insbesondere möglich, aus den an dem Verdampfer und den an dem Kondensator gemessenen Messwerten jeweils einen Schmierstoffanteil zu bestimmen, und diese Schmierstoffanteile zu einem Ergebnis-Schmierstoffanteil zu verrechnen, insbesondere einen Mittelwert aus den Schmierstoffanteilen zu bilden. Hiermit kann gegebenenfalls die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden.
Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass als thermodynamischer Kreisprozess ein organischer Rankine-Kreisprozess durchgeführt wird, und/oder dass das System zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses als Wärmepumpe, als Klimaanlage oder als zur Durchführung eines Dampfkraft-Prozesses eingerichtetes System betrieben wird. Bei allen diesen Anwendungen ist das Verfahren in sicherer, einfacher und kostengünstiger Weise einsetzbar, um den Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf des Systems zu bestimmen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein System zur Durchführung eines thermodynamsichen Kreisprozesses geschaffen wird, welches einen Arbeitsfluid-Kreislauf aufweist, in dem eine Arbeitsfluid-Fördereinrichtung, ein erster Wärmeübertrager zum Heizen des Arbeitsfluids, eine Expansionsmaschine, und ein zweiter Wärmeübertrager zum Kühlen des Arbeitsfluids angeordnet sind. Dabei sind die hier aufgelisteten Komponenten vorzugsweise in der genannten Reihenfolge entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs vorgesehen und durch den Arbeitsfluid-Kreislauf miteinander in Fluidverbindung. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass es eingerichtet ist, um einen Wärmestrom an wenigstens einem der Wärmeübertrager zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf strömenden Kreislauf-Medium zu messen, wobei es weiter eingerichtet ist, um eine Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über dem wenigstens einen Wärmeübertrager zu erfassen, und wobei es weiter eingerichtet ist, um den Schmierstoffanteil an dem Kreislauf-Medium aus dem gemessenen Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung zu ermitteln. Insbesondere ist das System bevorzugt eingerichtet zur Durchführung einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit dem System insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Arbeitsfluid-Fördereinrichtung ist vorzugsweise als Pumpe ausgebildet. Der erste Wärmeübertrager zum Heizen des Arbeitsfluids ist bevorzugt als Verdampfer ausgebildet, wobei er insbesondere eingerichtet ist, um eine Überhitzung des Arbeitsfluids stromabwärts des ersten Wärmeübertragers zu bewirken. Der zweite Wärmeübertrager ist vorzugsweise als Kondensator ausgebildet.
Die Expansionsmaschine ist vorzugsweise als Schraubenmaschine oder als Kolbenmaschine ausgebildet. Es ist aber auch eine Ausbildung der Expansionsmaschine als Turbine oder in anderer geeigneter Weise möglich.
Das System weist vorzugsweise stromaufwärts von wenigstens einem der Wärmeübertrager einen ersten Kreislaufmedien-Drucksensor und einen ersten Kreislaufmedien-Temperatursensor auf. Weiterhin weist das System vorzugsweise stromabwärts desselben Wärmeübertragers der beiden Wärmeübertrager einen zweiten Kreislaufmedien-Drucksensor und einen zweiten Kreislaufmedien-Temperatursensor auf. Mithilfe dieser Temperatur- und Drucksensoren ist es möglich, thermodynamische Zustände des Kreislauf-Mediums, insbesondere des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs, stromaufwärts und stromabwärts des wenigstens einen Wärmeübertragers zu ermitteln.
Das System weist vorzugsweise an demselben Wärmeübertrager, dem auch die Kreislaufmedien-Temperatur- und -Drucksensoren zugeordnet sind, einen ersten Wärmetauschmedien-Temperatursensor an einer Wärmetauschmedien-Einlassseite sowie einen zweiten Wärmetauschmedien-Temperatursensor an einer Wärmetauschmedien-Auslassseite auf, sodass mithilfe der Messwerte der beiden Wärmetauschmedien-Temperatursensoren eine Temperaturdifferenz über den Wärmetauscher für das Wärmetauschmedium erfassbar ist. Weiterhin weist das System vorzugsweise einen Wärmetauschmedien-Massenstromsensor im Bereich desselben Wärmeübertragers auf, welcher auch die Wärmetauschmedien-Temperatursensoren aufweist. Aus der gemessenen Temperaturdifferenz und dem gemessenen Massenstrom des Wärmetauschmediums ist es möglich, einen Wärmestrom zwischen dem Wärmetauschmedium und dem Kreislauf-Medium in dem Wärmeübertrager zu bestimmen.
Das System weist bevorzugt einen Kreislaufmedien-Massenstromsensor – vorzugsweise stromabwärts der Arbeitsfluid-Fördereinrichtung und stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers – auf, der eingerichtet ist, um einen Gesamt-Massenstrom des Kreislauf-Mediums in dem Arbeitsfluid-Kreislauf zu bestimmen.
Das System weist bevorzugt ein Steuergerät auf, welches mit den Kreislaufmedien-Temperatur- und -Drucksensoren, dem Wärmetauschmedien-Massenstromsensor, den Wärmetauschmedien-Temperatursensoren, und vorzugsweise mit dem Kreislaufmedien-Massenstromsensor wirkverbunden ist, um Messwerte dieser Sensoren zu erfassen und hieraus den Wärmestrom an dem wenigstens einen Wärmeübertrager sowie die Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über den Wärmeübertrager zu bestimmen, und schließlich hieraus den Schmierstoffanteil an dem Kreislauf-Medium zu ermitteln.
Es wird ein Ausführungsbeispiel des Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass es eingerichtet ist zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreislaufs, und/oder dass es als Wärmepumpe, als Klimaanlage oder als System zur Durchführung eines Dampfkraft-Prozesses eingerichtet ist.
Besonders bevorzugt ist der erste Wärmeübertrager zum Heizen des Arbeitsfluids mit einer Abgasleitung und/oder mit einer Kühlmittelleitung einer Brennkraftmaschine wirkverbunden, sodass in dem Wärmeübertrager als Wärmetauschmedium Abgas und/oder Kühlmittel der Brennkraftmaschine zum Heizen des Arbeitsfluids, insbesondere zum Verdampfen des Arbeitsfluids, genutzt werden kann.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Systems ist die Expansionsmaschine mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Leistung wirkverbunden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine und einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses geschaffen wird, wobei das System ausgebildet ist nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Anordnung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem System erläutert wurden.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt mit dem ersten Wärmeübertrager des Systems zur Versorgung des ersten Wärmeübertragers mit einem Wärmetauschmedium von der Brennkraftmaschine, insbesondere mit Abgas und/oder mit einem Kühlmittel, fluidverbunden.
Eine Abgasleistung der Brennkraftmaschine ist bevorzugt mit dem Wärmetauschmedien-Einlass des ersten Wärmeübertragers zum Heizen des Arbeitsfluids des Systems verbunden, sodass Abgas der Brennkraftmaschine als Wärmetauschmedium in dem ersten Wärmeübertrager zum Heizen des Arbeitsfluids, insbesondere zum Verdampfen des Arbeitsfluids, genutzt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Kühlmittelleitung der Brennkraftmaschine mit dem Wärmetauschmedien-Einlass des ersten Wärmeübertragers zum Heizen des Arbeitsfluids wirkverbunden ist, sodass das Kühlmittel der Brennkraftmaschine zum Heizen des Arbeitsfluids verwendet werden kann.
Mithilfe der Anordnung ist es in vorteilhafter Weise möglich, Abwärme der Brennkraftmaschine zu nutzen und mittels der Expansionsmaschine und gegebenenfalls einem mit dieser wirkverbundenen Generator in mechanische und/oder elektrische Energie zu wandeln.
Es ist auch möglich, dass die Expansionsmaschine mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden ist, sodass mechanische Leistung an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zurückgegeben werden kann.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit einem System zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, und
2 eine schematische, diagrammatische Darstellung der Grundlagen einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 1, die eine Brennkraftmaschine 3 und ein System 5 zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses aufweist.
Das System 5 weist einen Arbeitsfluid-Kreislauf 7 auf, entlang dessen im Betrieb des Systems 5 ein Kreislauf-Medium, welches ein Gemisch aus einem Arbeitsfluid und einem Schmierstoff ist, mittels einer Fördereinrichtung 9, die bevorzugt als Pumpe ausgebildet ist, gefördert wird. Stromabwärts der Arbeitsfluid-Fördereinrichtung 9 ist in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 ein erster Wärmeübertrager 11 zum Heizen des Arbeitsfluids, hier ein Verdampfer, angeordnet. Stromabwärts des ersten Wärmeübertragers 11 ist in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 eine Expansionsmaschine 13 angeordnet, die vorzugsweise als Schraubenmaschine, als Kolbenmaschine, als Turbine oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet ist. Die Expansionsmaschine 13 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Generator 15 antriebswirkverbunden, wobei die Expansionsmaschine 13 eingerichtet ist, um den Generator 15 anzutreiben und derart mittels des Generators 15 elektrische Leistung zu erzeugen.
Stromabwärts der Expansionsmaschine 13 ist in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 ein zweiter Wärmeübertrager 17 zum Kühlen des Arbeitsfluids angeordnet, der hier als Kondensator ausgebildet ist. Stromabwärts des zweiten Wärmeübertragers 17 ist dann wiederum die Arbeitsfluid-Fördereinrichtung 9 angeordnet, womit der Arbeitsfluid-Kreislauf 7 geschlossen ist.
Ein erster Wärmetauschmedien-Einlass 19 des ersten Wärmeübertragers 11 ist mit einer Fluidleitung 21 der Brennkraftmaschine 3 fluidverbunden. Bei der Fluidleitung 21 kann es sich um eine Abgasleitung oder um eine Kühlmittelleitung der Brennkraftmaschine 3 handeln. Auf diese Weise ist es möglich, in dem ersten Wärmeübertrager 11 Abwärme der Brennkraftmaschine 3 entweder in Form von Abgas oder in Form von Kühlmittel der Brennkraftmaschine 3 nutzbar zu machen und an das Arbeitsfluid in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zu übertragen. Das Abgas oder das Kühlmittel fungieren als erstes Wärmetauschmedium in dem ersten Wärmeübertrager 11. Ein erster Wärmetauschmedien-Auslass 23 ist mit einer Ableitung 25 für das Wärmetauschmedium verbunden. Dabei kann es sich um eine weitere Abgasverrohrung, die insbesondere zu einem Auspuff oder zu einem Abgasnachbehandlungssystem führen kann, handeln, oder die Ableitung 25 führt zurück in einen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine 3. In dem ersten Wärmeübertrager 11 wird ein erster Wärmestrom Q ._W,1 von dem ersten Wärmetauschmedium auf das Kreislauf-Medium übertragen.
Ein zweiter Wärmetauschmedien-Einlass 27 des zweiten Wärmeübertragers 17 ist vorzugsweise mit einem Kühlwasserzulauf fluidverbunden, wobei ein zweiter Wärmetauschmedien-Auslass 29 vorzugsweise mit einem Kühlwasserablauf fluidverbunden ist. In diesem Fall dient das durch den zweiten Wärmeübertrager 17 strömende Kühlwasser als zweites Wärmetauschmedium in demselben. In dem zweiten Wärmeübertrager 17 wird ein zweiter Wärmestrom Q ._W,2 von dem Kreislauf-Medium auf das zweite Wärmetauschmedium übertragen.
In dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 ist ein Kreislaufmedien-Massenstromsensor 31 zur Messung eines Gesamt-Massenstrom des Kreislauf-Mediums, also einer Summe der Massenströme des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs, angeordnet. Bevorzugt ist der Kreislaufmedien-Massenstromsensor 31 stromabwärts der Arbeitsfluid-Fördereinrichtung 9 und stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers 11 angeordnet.
Dem ersten Wärmetauschmedien-Einlass 19 des ersten Wärmeübertragers 11 ist ein erster Wärmetauschmedien-Temperatursensor 33 zugeordnet, der eine Temperatur des den ersten Wärmeübertrager 11 durchströmenden ersten Wärmetauschmediums stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers 11 misst. Dem ersten Wärmetauschmedien-Auslass 23 des ersten Wärmeübertragers 11 ist ein zweiter Wärmetauschmedien-Temperatursensor 45 zugeordnet, welcher die Temperatur des aus dem ersten Wärmeübertrager 11 austretenden ersten Wärmetauschmediums misst. Weiterhin ist dem ersten Wärmeübertrager 11 ein Wärmetauschmedien-Massenstromsensor 37 zugeordnet, welcher einen den ersten Wärmeübertrager 11 durchströmenden Massenstrom des ersten Wärmetauschmediums misst. Aus der Temperaturdifferenz des ersten Wärmetauschmediums zwischen dem ersten Wärmetauschmedien-Einlass 19 und dem ersten Wärmetauschmedien-Auslass 23 sowie dem Wärmetauschmedien-Massenstrom durch den ersten Wärmeübertrager 11 ist der erste Wärmestrom Q ._W,1 zwischen dem ersten Wärmetauschmedium und dem den ersten Wärmeübertrager 11 durchströmenden Kreislauf-Medium ermittelbar.
Zusätzlich oder alternativ sind in völlig analoger Weise bevorzugt dem zweiten Wärmetauschmedien-Einlass 27 und dem zweiten Wärmetauschmedien-Auslass 29 des zweiten Wärmeübertragers 17 jeweils ein dritter und vierter Wärmetauschmedien-Temperatursensor sowie dem zweiten Wärmeübertrager 17 ein zweiter Wärmetauschmedien-Massenstromsensor zugeordnet. Mittels dieser Sensoren ist der zweite Wärmestrom Q ._W,2 zwischen dem den zweiten Wärmeübertrager 17 durchströmenden zweiten Wärmetauschmedium und dem den zweiten Wärmeübertrager 17 durchströmenden Kreislauf-Medium ermittelbar.
In dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 sind vorzugsweise stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers 11 ein erster Drucksensor 39 und ein erster Temperatursensor 41 zur Ermittlung eines Drucks und einer Temperatur des Kreislauf-Mediums angeordnet. Stromabwärts des ersten Wärmeübertragers 11 sind ein zweiter Drucksensor 43 und ein zweiter Temperatursensor 45 zur Ermittlung eines Drucks und einer Temperatur des Kreislauf-Mediums stromabwärts des ersten Wärmeübertragers 11 und stromaufwärts der Expansionsmaschine 15 angeordnet.
In völlig analoger Weise sind zusätzlich oder alternativ bevorzugt stromauf- und stromabwärts des zweiten Wärmeübertragers 17 entsprechende dritte und vierte Druck- und Temperatursensoren zur Erfassung eines Drucks und einer Temperatur des Kreislauf-Mediums angeordnet, und zwar insbesondere ein dritter Druck- und ein dritter Temperatursensor zwischen der Expansionsmaschine 15 und dem zweiten Wärmeübertrager 17, sowie ein vierter Druck- und ein vierter Temperatursensor zwischen dem zweiten Wärmeübertrager 17 und der Arbeitsfluid-Fördereinrichtung 9.
Mithilfe der Druck- und Temperatursensoren für das Kreislauf-Medium in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 9 sind Zustandsänderungen des Kreislauf-Mediums über die entsprechenden Wärmeübertrager 11, 17 ermittelbar. Dabei ist es insbesondere möglich, spezifische Enthalpien für das Arbeitsfluid und für den Schmierstoff an den entsprechenden Messstellen zu ermitteln und Enthalpieänderungen über den Wärmeübertragern 11, 17 zu berechnen. Die spezifischen Enthalpien werden vorzugsweise abhängig von den gemessenen Druck- und Temperaturwerten aus Dampftafeln und/oder Look Up-Tabellen bestimmt.
Es ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Steuergerät vorgesehen, welches mit den zuvor beschriebenen Sensoren wirkverbunden ist, um die Messwerte der Sensoren aufzunehmen und daraus letztlich einen Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 zu bestimmen. Dies ist mithilfe des Verfahrens in besonders einfacher und auch kostengünstiger Weise möglich, weil die hier beschriebenen Sensoren kostengünstig erhältlich sind, wobei sie ohne weiteres an dem System 5 vorgesehen werden können, und typischerweise ohnehin zur Durchführung des thermodynamischen Kreisprozesses vorgesehen sind.
Das System 5 ist im Übrigen bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Grundlagen einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7. Dabei ist hier eine Temperatur T des Kreislauf-Mediums aufgetragen gegen eine spezifische Enthalpie h.
Eine erste, durchgezogene Kurve K1 stellt die Temperatur des Kreislauf-Mediums aufgetragen gegen die spezifische Enthalpie des Arbeitsfluids in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 dar. Eine zweite, strichpunktierte Kurve K2 stellt die Temperatur des Kreislauf-Mediums aufgetragen gegen die spezifische Enthalpie des Schmierstoffs in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 dar. Dabei ist die Entwicklung der beiden Kurven K1, K2 hier dargestellt ausgehend von einer Temperatur T_V,e, welche die Temperatur des Kreislauf-Mediums stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers 11, vorzugsweise die Temperatur des Kreislauf-Mediums an einem Verdampfereingang, ist, und einer – höheren – Temperatur T_V,a, welche die Temperatur des Kreislauf-Mediums stromabwärts des ersten Wärmeübertragers 11, vorzugsweise die Temperatur des Kreislauf-Mediums an einem Verdampfer-Ausgang, ist.
Das Diagramm gemäß 2 zeigt, dass sich zwischen dem Verdampfereintritt und dem Verdampferaustritt sowohl die spezifische Enthalpie des Schmierstoffs um einen Enthalpiebetrag Δh_S, als auch die spezifische Enthalpie des Arbeitsfluids um einen Enthalpiebetrag Δh_AF erhöht. Bei dem hier dargestellten Beispiel erfolgt in dem Verdampfer ein Phasenübergang des Arbeitsfluids, sodass hier insbesondere die spezifische Verdampfungsenthalpie Δh_V einen wesentlichen Anteil an der Gesamtenthalpieerhöhung des Arbeitsfluids hat. Insbesondere unterscheiden sich aufgrund der spezifischen Verdampfungsenthalpie Δh_V des Arbeitsfluids die spezifischen Enthalpieänderungen des Arbeitsfluids Δh_AF und des Schmierstoffs Δh_SSt besonders deutlich.
In 2 ist aber auch die erste, durchgezogene Kurve K1 mit einem gestrichelten Abschnitt 47 ergänzt, der anzeigt, wie die Temperatur-Enthalpie-Kurve für das Arbeitsfluid verlaufen würde, wenn kein Phasenübergang in dem ersten Wärmeübertrager 11 stattfinden würde. Es ist erkennbar, dass auch in diesem Fall ein deutlicher Unterschied in den spezifischen Enthalpieänderungen des Arbeitsfluids einerseits und des Schmierstoffs andererseits existieren würde, der eine Durchführung des Verfahrens erlauben würde.
In 2 ist auch noch ein Quotient aus dem ersten Wärmestrom Q ._W,1 zwischen dem Wärmetauschmedium und dem Kreislauf-Medium in dem ersten Wärmeübertrager 11 bezogen auf den Gesamtmassenstrom ṁ_g in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 dargestellt.
Anhand der in dem Diagramm gemäß 2 dargestellten Größen lässt sich nach Gleichung (1) der Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf berechnen.
Im Rahmen des Verfahrens wird also bevorzugt ein Wärmestrom an wenigstens einem der Wärmeübertrager 11, 17 des Systems 5 gemessen, der zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 strömenden Kreislauf-Medium ausgetauscht wird. Es wird eine Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über den wenigstens einen Wärmeübertrager 11, 17 erfasst, insbesondere indem ein Zustand des Kreislauf-Mediums stromaufwärts des Wärmeübertragers 11, 17 und ein Zustand des Kreislauf-Mediums stromabwärts des Wärmeübertragers 11, 17 erfasst werden, wobei als Zustand jeweils ein Druck und eine Temperatur des Kreislauf-Mediums erfasst werden. Als Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums werden insbesondere eine spezifische Enthalpieänderung des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs ermittelt, wobei die spezifischen Enthalpieänderungen des Arbeitsfluids und des Schmierstoffs anhand der erfassten Drücke und Temperaturen des Kreislauf-Mediums bestimmt werden, insbesondere aus Stoffdaten, besonders bevorzugt aus Dampftafeln und/oder Look Up-Tabellen.
Der Schmierstoffanteil an dem Kreislauf-Medium wird aus dem gemessenen Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung ermittelt.
Es wird bevorzugt ein Massenstrom des Kreislauf-Mediums entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs 7 bestimmt, wobei der Massenstrom zur Ermittlung des Schmierstoffanteils und bevorzugt zur Ermittlung einer absoluten Schmierstoffmenge in dem Arbeitsfluid-Kreislauf verwendet wird.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels des Verfahrens insbesondere bei dem System 5 und/oder der Anordnung 1 in einfacher, sicherer und zugleich kostengünstiger Weise ein Schmierstoffanteil in dem Arbeitsfluid-Kreislauf 7 bestimmt werden kann, sodass es nicht mehr nötig ist, die Schmierstoffmenge höher zu wählen, als dies für eine effiziente Schmierung, insbesondere der Expansionsmaschine 13 nötig ist. Hierdurch können insbesondere Leistungsverluste aufgrund des als parasitäre Wärmesenke wirkenden Schmierstoffs verringert werden. Zur Bestimmung des Schmierstoffanteils bedarf es keiner teuren Sensorik, sondern lediglich einfacher Massenstrom-, Druck- und Temperatursensoren, die vorzugsweise ohnehin bei einem derartigen System 5 vorgesehen sind.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Schmierstoffanteils (x) in einem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) eines Systems (5) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesse, mit folgenden Schritten: – Ermitteln eines Wärmestroms an wenigstens einem Wärmeübertrager (11, 17) des Systems (5) zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) strömenden Kreislauf-Medium; – Erfassen einer Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über dem Wärmeübertrager (11, 17), und – Ermitteln des Schmierstoffanteils (x) an dem Kreislauf-Medium aus dem ermittelten Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zustand des Kreislauf-Mediums stromaufwärts des Wärmeübertragers (11, 17) und ein zweiter Zustand des Kreislauf-Mediums stromabwärts des Wärmeübertragers (11, 17) erfasst wird, wobei als Zustand jeweils ein Druck und eine Temperatur des Kreislauf-Mediums erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Enthalpieänderung des Arbeitsfluids und eine Enthalpieänderung des Schmierstoffs ermittelt werden, wobei die Enthalpieänderungen anhand der erfassten Drücke und Temperaturen des Kreislauf-Mediums bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenstrom des Kreislauf-Mediums entlang des Arbeitsfluid-Kreislaufs (7) bestimmt wird, wobei der Massenstrom zur Ermittlung des Schmierstoffanteils (x) und bevorzugt zur Ermittlung einer absoluten Schmierstoffmenge in dem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffanteil (x) nach folgender Gleichung berechnet wird:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmestrom an einem Verdampfer und/oder an einem Kondensator des Systems (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem System als thermodynamischer Kreisprozess ein organischer Rankine-Kreisprozess betrieben wird, und/oder dass das System (5) als Wärmepumpe, als Klimaanlage, oder als Dampfkraft-Prozess betrieben wird.
System (5) zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses, mit einem Arbeitsfluid-Kreislauf (7), in dem eine Arbeitsfluid-Fördereinrichtung (9), ein erster Wärmeübertrager (11) zum Heizen eines in dem Arbeitsfluid-Kreislauf (7) strömenden Arbeitsfluids, eine Expansionsmaschine (13) und ein zweiter Wärmeübertrager (17) zum Kühlen des Arbeitsfluids angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das System (5) eingerichtet ist, um einen Wärmestrom an wenigstens einem der Wärmeübertrager (11, 17) zwischen einem Wärmetauschmedium und einem in dem Arbeitsfluid-Kreislauf strömenden Kreislauf-Medium, welches das Arbeitsfluid und einen Schmierstoff aufweist, zu ermitteln, wobei das System (5) eingerichtet ist zur Erfassung einer Zustandsänderung des Kreislauf-Mediums über dem wenigstens einen Wärmeübertrager (11, 17), und wobei das System (5) eingerichtet ist, um einen Schmierstoff-Anteil an dem Kreislauf-Medium aus dem ermittelten Wärmestrom und der erfassten Zustandsänderung zu ermitteln, wobei das System (5) bevorzugt eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
System (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das System eingerichtet ist zur Durchführung eines organischen Rankine-Kreisprozesses, und/oder dass das System (5) ausgebildet ist als Wärmepumpe, als Klimaanlage, oder als System zur Durchführung eines Dampfkraft-Prozesses.
Anordnung (1), mit einer Brennkraftmaschine (3) und einem System (5) nach einem der Ansprüche 8 und 9.