DE102018118871A1

DE102018118871A1 - Kühlkreislauf und Verfahren zur Beeinflussung von Kühlmitteleigenschaft

Info

Publication number: DE102018118871A1
Application number: DE102018118871.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Kratzsch; Heike Haller
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-02-06

Abstract

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Wechselintervall eines Kühlmittels durch Zugabe von Substanzen bzw. Zusatzmitteln nach einer vorbestimmten Gebrauchsdauer verlängert werden kann.Es wird ein Kühlkreislauf für ein flüssiges Kühlmittel vorgeschlagen, durch den das Kühlmittel bewegbar ist, umfassend mindestens eine Maschinenbaugruppe die über Kanalabschnitte mit einer Kühlvorrichtung verbunden ist. Erfindungsgemäß umfasst der Kühlkreislauf mindestens ein Depot für ein Zusatzmittel, wobei das Depot ein Trennelement aufweist, durch das die Einleitung des Zusatzmittels in das Kühlmittel steuerbar oder regelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlkreislauf und ein Verfahren zur Beeinflussung von Kühlmitteleigenschaften. Der Kühlkreislauf kann dabei der Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges oder eines stationären Kühlkreislaufes sein.
Kühlmittel, wie sie beispielsweise in Nutzfahrzeugen und PKWs eingesetzt werden, sind aufgrund der Beanspruchung einem Alterungsprozess unterworfen. Insbesondere beim Einsatz von zusätzlichen zu kühlenden Aggregaten in Nutzfahrzeugen ist die Belastung des Kühlmittels hoch, da zusätzlich zur Motorkühlung auch Wärmeenergie des Aggregates mittels des Kühlmittels über den Kühler abgeführt werden muss. Ein derartiges Aggregat kann beispielsweise ein Wasserretarder oder Kompressor sein.
Messungen haben ergeben, dass sich insbesondere der pH-Wert eines Kühlmittels, im laufenden Betrieb verändert, wodurch Funktionseigenschaften des Kühlmittels beeinträchtigt werden. Insbesondere einzelne Additive im Kühlmittel verlieren ihre Wirksamkeit bzw. verlassen ihren Wirksamkeitsbereich. Daher müssen Kühlmittel in regelmäßigen Abständen gewechselt werden.
Um die Wechselintervalle zu verlängern könnte der Zustand des Kühlmittels mittels messbaren Werten bestimmt werden. So ist aus der DE10 2005 043 699 A1 eine Sensoreinheit bekannt, welche mindestens eine Messinformation zur Ermittlung eines Korrosionsschutzmittelanteils in einem Fluid eines Fluidsystems für ein Fahrzeug erzeugt, wobei ein Widerstandswert oder ein Impedanzwert des eingetauchten Referenzleiters und des Reaktionsleiters zur Ermittlung des Korrosionsschutzmittelanteils im Fluid des Fluidsystems als Messinformation ausgebbar sind.
Die US 2014/0303831 offenbart ein Verfahren zur Bewertung des Zustandes einer Fahrzeugkühlflüssigkeit auf Basis der Temperatur und Leitfähigkeit der Flüssigkeit.
Es hat sich allerdings herausgestellt, dass Messungen relativ aufwendig sind und im Alltag schwer umsetzbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen durch die das Wechselintervall der Kühlflüssigkeit verlängert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Wechselintervall eines Kühlmittels durch Zugabe von Substanzen bzw. Zusatzmitteln verlängert werden kann.
Es wird ein Kühlkreislauf für ein flüssiges Kühlmittel vorgeschlagen, durch den das Kühlmittel bewegbar ist, umfassend mindestens eine Maschinenbaugruppe die über Kanalabschnitte mit einer Kühlvorrichtung verbunden ist. Erfindungsgemäß umfasst der Kühlkreislauf mindestens ein Depot für ein Zusatzmittel, wobei das Depot ein Trennelement aufweist, durch das die Einleitung des Zusatzmittels in das Kühlmittel steuerbar oder regelbar ist. Das Trennelement ist also derart ausgelegt, dass dieses zu einer vorbestimmten Zeit eine Einleitung des Zusatzmittels in den Kühlkreislauf ermöglicht. Idealerweise ist dieser Zeitpunkt so gewählt, dass bestimmte Eigenschaften des Kühlmittels, die mit fortschreitendem Betrieb nachlassen, wieder verbessert bzw. aktiviert werden.
In einer ersten Ausführung kann das Trennelement eine Kapsel aus einem kühlmittellöslichen Material sein, die das Depot bildet. Die Kapseln werden in das Kühlmittel gegeben. Nach einer vorbestimmbaren Zeit löst sich die Kapsel auf und gibt das Zusatzmittel frei. Durch die Zugabe von Kapseln mit unterschiedlichen Auflösezeiten kann die Freigabe kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.
Unterschiedliche Auflösezeiten können durch entsprechende Materialwahl oder Materialdicken des Trennelementes bzw. der Hülle erreicht werden.
In einer weiteren Ausführung kann das Trennelement ein kühlmittellösliches Matrixmaterial sein, in das das Zusatzmaterial eingebettet ist. Mit der allmählichen Auflösung des Matrixmaterials wird die kontinuierliche Abgabe des Zusatzmittels gewährleistet. Depots können an einer oder mehreren Stellen im Kühlkreislauf in ein Bauteil eingelassen sein.
Das Depot kann aber auch ein Raum sein, der mit einem stopfenförmigen Trennelement verschlossen ist. Dabei kann der Stopfen derart ausgelegt sein, dass dieser bei nachlassender Korrosionsschutzwirkung des Kühlmittels derart korrodiert, dass eine Verbindung zwischen Raum und Kühlmittelstrom entsteht.
Alternativ kann das stopfenförmige Trennelement durch Kavitation aufgelöst werden. Dafür ist, in Strömungsrichtung des Kühlmittelstroms gesehen, vor dem Stopfen ein Strömungskörper angeordnet, mittels dem im Bereich des Stopfens Kavitation entsteht, die den Stopfen zerstört.
Weiterhin ist es denkbar, dass das Depot eine Dosiereinrichtung mit einem Trennelement ist, das eine steuerbare Abgabe von Zusatzmittel in das Kühlmittel ermöglicht.
Das Zusatzmittel kann beispielsweise Natriumhydroxid oder Natronlauge sein, die sich als besonders wirksam herausgestellt haben. Weiterhin kann eine ähnliche Wirkung auf das Kühlmittel erzielt werde, wenn Kaliumhydroxid oder eine andere Lauge verwendet wird.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Beeinflussung von Kühlmitteleigenschaften eines flüssigen Kühlmittels, das durch einen Kühlkreislauf strömt, umfassend eine Maschinenbaugruppe die über Kanalabschnitte mit einer Kühlvorrichtung verbunden ist. Dabei weist der Kühlkreislauf mindestens ein Depot für ein Zusatzmittel auf, wobei das Depot ein Trennelement aufweist, durch das die Einleitung des Zusatzmittels in das Kühlmittel gesteuert oder geregelt wird.
Dabei kann die Einleitung des Zusatzmittels vorzugsweise dadurch gesteuert und/oder geregelt werden, dass eine der folgenden Werkstoffeigenschaften genutzt wird:

- Auflösung des Trennelementes
- Auflösung in Abhängigkeit des pH-Wertes
- Korrosion des Trennelementes
- Zerstörung des Trennelementes durch Kavitation

Weiterhin besteht die Option, dass das Trennelement eine Vorrichtung ist, die eine steuerbare Abgabe von Zusatzmittel in das Kühlmittel ermöglicht, wobei diese dadurch gesteuert und/oder geregelt wird, dass der pH-Wert oder die Korrosionsschutzeigenschaften des Kühlmittels gemessen werden.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 Zugabemittel in Kapsel
2 Zugabemittel in eine Matrix eingebettet
3 a, b Zugabemittelbehälter mit Stopfen
4 Diagramm aus dem die Wirkung des Zugabemittels hervorgeht

1 zeigt wie das Zugabemittel 2 in einer Kapsel 4 eingeschlossen ist. Die Kapseln 4 schwimmen im Kühlmittel 10 bzw. Kühlwasser und können beispielsweise in einem Käfig an Ort und Stelle gehalten werden . Wie dargestellt kann die Wandstärke der Kapseln unterschiedlich dick sein, wobei die Dicke der Wandstärke die Auflösegeschwindigkeit des Kapselmaterials bzw. des Trennelements 3 bestimmt. Weiterhin kann mittels der Anzahl und Größe der Kapseln ein bestimmter zeitlicher Verlauf umgesetzt werden mit dem das Zusatzmittel 2 in das Kühlwasser 10 gelangt.
2 zeigt eine alternative Lösung, wie das Zugabemittel in das Kühlwasser eingeleitet werden kann. Hier ist das Zusatzmittel 2 in eine Matrix 5 eingebettet, die das Depot 1 bildet. Das Bauteil 11 des Kühlkreislaufs weist für das Depot 1 eine Aussparung in dem Bauteil 11 auf. Die Dimensionen der Aussparung bestimmen im Wesentlichen den zeitlichen Ablauf der Einbringung von Zusatzmittel in das Kühlwasser. In 3 sind zwei weitere Varianten des Depots 1 dargestellt. Beide Varianten weisen einen Stopfen 7 auf, der das Trennelement 3 ist. Die Stopfen 7 haben in den Varianten unterschiedliche Materialeigenschaften. So ist der Stopfen in 7 beispielsweise so ausgelegt, dass er korrodiert, wenn die Kühlwassereigenschaften nicht mehr stimmen bzw. korrosiv wirken. In 3b ist dagegen vorgesehen, dass sich der Stopfen 7 durch Kavitation auflöst. Der Strömungskörper 9 bewirkt, das im Bereich des Stopfens 7 eine Strömung entsteht die eine Kavitationswirkung auf den Stopfen 7 hat.
In einer weiteren nicht dargestellten Variante, kann das Zusatzmittel aus dem Behälter durch eine Dosiereinrichtung dem Kühlkreislauf zugegeben werden. Die Öffnung des Behälters kann mit elektrischen, hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Mechanismen erfolgen.
In 4 ist ein Diagramm dargestellt, aus dem die Wirkung des Zugabemittels hervorgeht. Mittels eines Laboraufbaus konnte die positive Wirkung der Zugabe von Natronlauge / Natriumhydroxid zu gealtertem Kühlmittel nachgewiesen werden.
In dem Diagramm ist der Stromverlauf einer Eisenwerkstoffpaarung (Bimetallpaarung) für gealtertes Kühlmittel sowie nach Zugabe weniger Tropfen Natronlauge dargestellt. Durch die Zugabe von Natronlauge kann der Stromfluss zwischen den Elektroden und somit die Korrosionsgeschwindigkeit der Elektroden erheblich reduziert werden. Erste Abschätzungen zeigen, dass eine bereits erheblich geschädigte Kühlmittelmenge von 70I (entspricht einer typischen Füllmenge für ein Nutzfahrzeug) mit weniger als 0,51 Natriumhydroxid gemäß der Grafik ertüchtigt werden kann.
Nicht dargestellt sind Lösungen bei denen eine Vorrichtung vorgesehen ist, bei der das Trennelement eine steuerbare Abgabe von Zusatzmittel in das Kühlmittel 10 ermöglicht. Die Steuerung kann beispielsweise auf Basis des pH-Werts oder die Korrosionsschutzeigenschaften des Kühlmittels basieren, die gemessen werden.
Bezugszeichenliste

1: Depot
2: Zusatzmittel
3: Trennelement
4: Kapsel
5: Matrixmaterial
6: Raum
7: Stopfen
8: Strömungsrichtung
9: Strömungskörper
10: Kühlmittel
11: Bauteil

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 102005043699 A1 [0004]
US 2014/0303831 [0005]

Claims

Kühlkreislauf für ein flüssiges Kühlmittel (10) das durch den Kühlkreislauf, umfassend mindestens eine Maschinenbaugruppe die über Kanalabschnitte mit einer Kühlvorrichtung verbunden sind, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf mindestens ein Depot (1) für ein Zusatzmittel (2) umfasst, wobei das Depot (1) ein Trennelement (3) aufweist, durch das die Einleitung des Zusatzmittels in das Kühlmittel steuerbar oder regelbar ist.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (3) eine Kapsel (4) aus einem kühlmittellöslichen Material ist, die das Depot (1) bildet.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (3) ein kühlmittellösliches Matrixmaterial (5) ist, in das das Zusatzmaterial (2) eingebettet ist.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Depot (1) ein Raum (6) ist, der mit einem stopfenförmigen Trennelement (3) verschlossen ist, wobei der Stopfen (7) bei nachlassender Korrosionsschutzwirkung des Kühlmittels derart korrodiert, dass eine Verbindung zwischen Raum (6) und Kühlmittelstrom (10) entsteht.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Depot (1) ein Raum (6) ist, der mit einem stopfenförmigen Trennelement (3) verschlossen ist, wobei in Strömungsrichtung (8) des Kühlmittelstroms (10) vor dem Stopfen (7) ein Strömungskörper (9) angeordnet ist, mittels dem im Bereich des Stopfens (7) Kavitation entsteht, die den Stopfen (7) zerstört.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Depot (1) eine Dosiereinrichtung mit einem Trennelement ist, das eine steuerbare Abgabe von Zusatzmittel in das Kühlmittel (10) ermöglicht.
Kühlkreislauf nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmittel (2) Natriumhydroxid, Natronlauge, Kaliumhydroxid, Kalilauge oder andere Lauge ist.
Verfahren zur Beeinflussung von Kühlmitteleigenschaft eines flüssigen Kühlmittels (10), das durch einen Kühlkreislauf, umfassend mindestens eine Maschinenbaugruppe die über Kanalabschnitte mit einer Kühlvorrichtung verbunden ist, strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf mindestens ein Depot (1) für ein Zusatzmittel (2) umfasst, wobei das Depot (1) ein Trennelement (3, 5, 7) aufweist, durch das die Einleitung des Zusatzmittels (2) in das Kühlmittel (10) gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung des Zusatzmittels (2) dadurch gesteuert und/oder geregelt wird, dass eine der folgenden Werkstoffeigenschaften genutzt wird: - Auflösung des Trennelementes - Auflösung in Abhängigkeit des pH-Wertes - Korrosion des Trennelementes - Zerstörung des Trennelementes durch Kavitation
Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement eine Vorrichtung ist, die eine steuerbare Abgabe von Zusatzmittel in das Kühlmittel (10) ermöglicht, wobei diese dadurch gesteuert und/oder geregelt wird, dass der pH-Wert oder die Korrosionsschutzeigenschaften des Kühlmittels gemessen werden.