DE102021006005A1 - Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids, Kreislaufsystem und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts (WG) eines in einem Kreislaufsystem (1) umgewälzten Fluids (2), wobei eine Probe des Fluids (2) aus dem Kreislaufsystem (1) in eine Messkammer (3) eingeleitet und dort unter Aufprägung einer Temperaturänderung einer Messung unterzogen wird, um zumindest einen Messwert zu erhalten und wobei der Wassergehalt (WG) des Fluids (2) in Abhängigkeit eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen Messwert und Wassergehalt (WG) bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid (2) ein kohlenwasserstoffbasiertes Fluid (2) verwendet wird, die Probe in der Messkammer (3) unter Messung einer Temperatur (T) eine Abkühlung erfährt, mittels zumindest eines an einer geodätischen tiefen Stelle der Messkammer (3) angeordneten Leitfähigkeitssensors (4) und/oder Refraktometers (5) eine Leitfähigkeit (LF) und/oder ein Brechungsindex der Probe gemessen wird, wobei die Probe so lange abgekühlt wird, bis eine sprunghafte Änderung der Leitfähigkeit (LF) und/oder des Brechungsindex gemessen wird, und wobei anhand eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen Temperatur (T) und Wasseraufnahmefähigkeit (WA) des Fluids (2) auf den Wassergehalt (WG) geschlossen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art, ein Kreislaufsystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 5 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Kreislaufsystem.
  • Kreislaufsysteme werden in Maschinen seit langer Zeit für diverse Zwecke eingesetzt. So umfasst ein Kreislaufsystem zumindest einen Rohr- oder Schlauchabschnitt, durch den ein Fluid strömt, sowie eine Pumpe zum Fördern des Fluids. Als Fluid können beispielsweise Wasser, Kältemittel, Kühlmittel, Alkohole, kohlenwasserstoffbasierte Flüssigkeiten oder dergleichen eingesetzt werden. Es können auch verschiedene Fluide gemischt werden. Beispielsweise werden Kreislaufsysteme bei Fahrzeugen dazu verwendet, Komponenten wie einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, ein Getriebe oder dergleichen zu kühlen und/oder zu schmieren.
  • Bei nasslaufenden elektrischen Antriebsaggregaten sowie zur Direktkühlung von Batteriezellen, beispielsweise einer Traktionsbatterie, werden typischerweise dielektrische kohlenwasserstoffbasierte Kühlmittel bzw. Korrosions- und/oder Frostschutzmittel eingesetzt, wodurch ein direktes Umspülen stromführender Komponenten mit dem Fluid ermöglicht wird, ohne dass es zu Kurzschlüssen kommt. Die elektrische Leitfähigkeit des Fluids muss jedoch kontrolliert werden, um zu verhindern, dass es bei einer zu starken Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit zu Kurzschlüssen kommt. So kommt es über die Zeit zu einer Anreicherung von Partikeln und/oder Wasser in einem entsprechenden Kreislaufsystem, wodurch auch die elektrische Leitfähigkeit des Fluids zunimmt. Hierdurch entsteht der Bedarf den Wassergehalt des Fluids während der Betriebsdauer des Kreislaufsystems zu kontrollieren, um eine unzulässige Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Fluids feststellen zu können.
  • Hierzu wird typischerweise eine Probe des im Kreislaufsystem geförderten Fluids aus dem Kreislaufsystem entnommen und in einem Labor untersucht. Dieses Vorgehen ist jedoch mit einem enormen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden. Zudem muss eine fahrzeugführende Person mit ihrem Fahrzeug hierzu extra eine Werkstatt aufsuchen, sodass die Probe entnommen werden kann.
  • Zur Bestimmung der Konzentration von Wasser oder Korrosionsfrostschutz in einem Kühlmittel, auch während der Nutzung eines Fahrzeugs, offenbart die DE 10 2020 003 324 A1 ein geeignetes Verfahren. Hierzu wird eine Messkammer mit einem Gemisch aus Wasser bzw. Korrosionsfrostschutz und einem glykolbasierten flüssigen Kühlmittel gefüllt und die Messkammer erwärmt, sodass es zu einer Volumenänderung des in der Messkammer befindlichen Gemisches kommt. Aus der Volumenänderung wird ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Kühlmittels berechnet und in einem Kennfeld bzw. einer Datentabelle des Kühlmittels, die einen Zusammenhang zwischen Wärmeausdehnungskoeffizient und Konzentration von Wasser oder Kühlerforstschutz umfasst, die gesuchte Wasserkonzentration abgelesen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass das hier beschriebene Verfahren ausschließlich bei Fluiden eingesetzt werden kann, die ein ausgeprägtes Wärmeausdehnungsverhalten zeigen. Zudem ist das beschriebene Verfahren vergleichsweise ungenau, da sich bei der Erwärmung der Messkammer auch eine entsprechende Behälterwand mit ausdehnt, was zu Fehlern bzw. Ungenauigkeiten bei der Messung der Volumenänderung führen. Dieser Fehler pflanzt sich entsprechend in die Bestimmung der Wasser- bzw. Korrosionsfrostschutzkonzentration fort.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids anzugeben, welches die Bestimmung des Wassergehalts auch bei einem kohlenwasserstoffbasierten Fluid erlaubt und zudem eine besonders hohe Genauigkeit aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kreislaufsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Kreislaufsystem ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
  • Bei einem Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids der eingangs genannten Art, wird erfindungsgemäß ein kohlenwasserstoffbasiertes Fluid in eine Messkammer eingeleitet und dort abgekühlt, wobei mittels zumindest eines an einer geodätischen tiefen Stelle der Messkammer angeordneten Leitfähigkeitssensors und/oder Refraktometers eine Leitfähigkeit und/oder ein Brechungsindex des sich in der Messkammer befindlichen Fluids gemessen wird, wobei die Probe so lange abgekühlt wird, bis eine sprunghafte Änderung der Leitfähigkeit und/oder des Brechungsindex gemessen wird, und wobei anhand eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen Temperatur und Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids auf den Wassergehalt geschlossen wird.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine zuverlässige und vergleichsweise genaue Wassergehaltsbestimmung auch bei kohlenwasserstoffbasierten Fluiden möglich. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass kohlenwasserstoffbasierte Fluide eine temperaturabhängige Wasseraufnahmefähigkeit aufweisen. Dabei nimmt die Wasseraufnahmefähigkeit mit steigernder Temperatur zu. Dies bedeutet, dass bei einer Abkühlung des Fluids ab einer bestimmten Temperatur eine flüssige Wasserphase aus dem kohlenwasserstoffbasierten Fluid ausfällt. Somit befindet sich dann in der Messkammer ein Gemisch aus einer ersten Phase kohlenwasserstoffbasiertem Fluid und einer Wasserphase. Wasser hat dabei typischerweise eine höhere Dichte als das kohlenwasserstoffbasierte Fluid, sodass es sich aufgrund der Schwerkraft in einem unteren Bereich der Messkammer ansammelt. Dort befinden sich an der geodätischen tiefsten Stelle der Messkammer oder in einer unmittelbaren Nähe hierzu der oder die Leitfähigkeitssensor(en) und/oder Refraktometer zum Messen der Leitfähigkeit und/oder des Brechungsindexes der Flüssigkeit, die den entsprechenden Sensor berührt. Wurde das sich in der Messkammer befindende Fluid, im Folgenden als Probe bezeichnet, noch nicht ausreichend abgekühlt, so liegt das kohlenwasserstoffbasierte Fluid mit gelöstem Wasser als Monophase vor. Wird dann die Probe weiter abgekühlt, sodass die maximale Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids erreicht wurde, so bildet sich Wasser als zweite Phase. Da sich das Wasser im unteren Bereich der Messkammer ansammelt, führt dies zu einem sprunghaften Anstieg der Leitfähigkeit bzw. einer sprunghaften Änderung des Brechungsindexes. Somit lässt sich mit Hilfe des Leitfähigkeitssensors und/oder des Refraktometers feststellen, bei welcher Temperatur der Phasenwechsel auftritt, bzw. die maximale Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids erreicht wurde. Hierzu ist zumindest ein Temperatursensor bevorzugt in einer Nähe zum Leitfähigkeitssensor und/oder Refraktometer angeordnet.
  • Über den Zusammenhang zwischen Temperatur und Wasseraufnahmefähigkeit lässt sich dann der Wassergehalt des kohlenwasserstoffbasierten Fluids bestimmen. Hierzu wird die Wasseraufnahmefähigkeit auf die Ursprungstemperatur des in die Messkammer eingeleiteten Fluids zurückgerechnet. Der Zusammenhang kann in Form eines Kennfelds und/oder einer Tabelle hinterlegt sein. Das Kennfeld bzw. die in der Tabelle gespeicherten Daten können aus einem Datenblatt entnommen werden oder beispielsweise auch durch Versuche in einem Labor experimentell ermittelt werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass aus der Messkammer abzuführende Wärme über ein Peltierelement und/oder einen separaten fluidbasierten Kühlkreislauf abgeführt wird. Mit Hilfe des Peltierelements lässt sich das Kreislaufsystem besonders flexibel gestalten. So kann die Messkammer an einer beliebigen Stelle im Kreislaufsystem platziert werden und kann dennoch abgekühlt werden. Zudem lassen sich Peltierelemente besonders einfach ansteuern bzw. regeln. Eine Maschine, in die das Kreislaufsystem integriert ist, kann auch über einen separaten Kühlkreislauf verfügen. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Maschine um ein Fahrzeug handeln und bei dem separaten fluidbasierten Kühlkreislauf um einen Kühlkreislauf einer Klimaanlage. So kann beispielsweise die Messkammer in den Verdampfer der Klimaanlage des Fahrzeugs integriert sein bzw. an diesen angeschlossen sein. Hierdurch kann auf das Vorsehen separater Peltierelemente zum Kühlen der Messkammer verzichtet werden.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Druck der Probe in der Messkammer gemessen. In Abhängigkeit des zu analysierenden kohlenwasserstoffbasierten Fluids kann dieses eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Druckabhängigkeit bezüglich der temperaturabhängigen Wasseraufnahmefähigkeit aufweisen. So kann beispielsweise bei einem höheren oder niedrigeren Druck bei gleicher Temperatur die maximale Wasseraufnahmefähigkeit bereits erreicht werden bzw. noch nicht erreicht werden. Mit anderen Worten kann die Wasseraufnahmefähigkeit neben der Temperatur auch noch vom Druck abhängen, wodurch mehrere Wasseraufnahmefähigkeitskennfelder für verschiedene Drücke vorgehalten werden können, um den Einfluss des Drucks auf die Wasseraufnahmefähigkeit berücksichtigen zu können.
  • Bevorzugt wird die Probe in der Messkammer isostatisch abgekühlt. Hierdurch lässt sich der Einfluss abweichender Drücke auf die Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids verhindern. Beispielsweise kann die Messkammer Mittel wie Ventile oder elastische Behälterwände aufweisen, die ein isostatisches Abkühlen der Probe in der Messkammer erlauben.
  • Bei einem Kreislaufsystem mit einem kohlenwasserstoffbasierten Fluid, einer Messkammer und einer Recheneinheit sind erfindungsgemäß das kohlenwasserstoffbasierte Fluid, die Messkammer und die Recheneinheit zur Durchführung eines im vorigen beschriebenen Verfahrens eingerichtet. So werden von der Recheneinheit die von dem Leitfähigkeitssensor und/oder dem Refraktometer gemessenen Sensordaten weiterverarbeitet bzw. ausgewertet. Zudem umfasst die Recheneinheit den Zusammenhang zwischen Temperatur und Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids, beispielsweise in Form von Kennfeldern und/oder Tabellen. Dabei können für verschiedene Drücke verschiedene Kennfelder bzw. Tabellen vorgehalten werden. Das Kreislaufsystem kann beliebige weitere Komponenten aufweisen wie mehrere Rohr- bzw. Schlauchstränge, Pumpen, Blenden, Ventile, Wärmeübertrager und dergleichen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Kreislaufsystems sieht vor, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Ausgeben einer Warnung zu initiieren, sobald ein kritischer maximaler Wassergehalt detektiert wird. Wird das kohlenwasserstoffbasierte Fluid dazu genutzt elektrische Komponenten zu kühlen bzw. zu schmieren und kommt es dabei in direkten Kontakt zu den entsprechenden Komponenten, so besteht die Gefahr eines Kurzschlusses, sollten die dielektrischen Eigenschaften des Fluids mit der Zeit verlorengehen. Durch die regelmäßige Überprüfung des Wassergehalts des Fluids lässt sich frühzeitig erkennen, wenn zu den typischen Betriebsbedingungen des Kreislaufsystems ein solch ausgeprägter Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit des Fluids droht, sodass es zu einem Kurzschluss kommen kann. Der kritische maximale Wassergehalt wird somit mit einem ausreichenden Sicherheitsabstand zu dem Wassergehalt definiert, zu dem eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit vorliegt, sodass es zu Kurschlüssen kommen kann. Diese Grenze lässt sich im Kennfeld des kohlenwasserstoffbasierten Fluids, sprich im Wasseraufnahmefähigkeits/Temperaturdiagramm durch einen festgelegten Temperaturabstand zur vorgeschriebenen Betriebstemperatur des kohlenwasserstoffbasierten Fluids festlegen. So muss beispielsweise das kohlenwasserstoffbasierte Fluid um mehr als 10 Kelvin, 15 Kelvin, 20 Kelvin oder auch Bruchteile oder Vielfache davon abkühlbar sein, ohne dass es zu einer Bildung einer Wasserphase kommt, damit die entsprechende Ausgabe der Warnung ausbleibt.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kreislaufsystems verjüngt sich der Querschnitt der Messkammer in Richtung einer geodätischen tiefsten Stelle der Messkammer. Hierdurch wird die Detektionsempfindlichkeit der Messkammer für die auftretende Wasserphase verbessert. Aufgrund des Dichteunterschieds sammelt sich flüssiges Wasser in Richtung der Schwerkraft unten in der Messkammer, und die kohlenwasserstoffhaltige Phase lagert sich über dem Wasser an. Der sich in Richtung der geodätisch tiefsten Stelle hin verjüngende Querschnitt hat den Effekt, dass eine Höhe der Wasserphase größer ist, als bei gleichbleibendem Querschnitt. Dies sorgt für eine schnellere vollständige Benetzung des Messkammerbodens mit Wasser, sobald sich die Wasserphase bildet. Dies erhöht auch die Wahrscheinlichkeit, dass der Leitfähigkeitssensor bzw. das Refraktometer von Wasser benetzt werden. Somit können die entsprechenden Sensoren auch bei Bildung der Wasserphase schneller diese detektieren.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kreislaufsystems sieht ferner vor, dass die Messkammer wenigstens zwei Temperatursensoren aufweist und diese insbesondere in eine Höhenrichtung über die Messkammer verteilt sind. Hierdurch lässt sich die Genauigkeit der Temperaturmessung verbessern. So können in der Messkammer lokale Temperaturunterschiede auftreten. Auch können die ölhaltige und die wässrige Phase der Probe eine unterschiedliche Wärmekapazität aufweisen. Bei gleichmäßiger Abkühlung der Messkammer lässt sich das Auftreten zweier Phasen auch durch ein unterschiedliches Abkühlverhalten detektieren bzw. validieren.
  • Bevorzugt weist eine in einem Ausgleichsbehälter angeordnete Messkammer eine Klappe zum Ein- und Ausleiten der Probe auf und eine außerhalb des Ausgleichsbehälters angeordnete Messkammer zumindest ein Ventil zum Ein- und Ausleiten der Probe auf. Wie bereits erwähnt lässt sich die Messkammer in einer beliebigen Stelle in das Kreislaufsystem integrieren. Oftmals verfügen Kreislaufsysteme über Sammel-, Auffang- oder Ausgleichsbehälter, in der die entsprechende Messkammer angeordnet werden kann. Dies ermöglicht ein vollständiges Umspülen der Messkammer mit dem zu untersuchenden Fluid. Um das Fluid in die Messkammer einzulassen bzw. aus dieser abzugeben kann in einem solchen Fall eine Klappe in eine Wandung der Messkammer integriert sein. Die Messkammer kann jedoch auch an einer beliebigen Stelle in ein Leitungsnetz des Kreislaufsystems integriert sein. Hierzu wird ein Zweig des Kreislaufsystems an das oder die entsprechenden Ventile der Messkammer angeschlossen. Dies ermöglicht auch eine Zu- und Abfuhr des Fluids bei einer in der Verdampfungskammer einer Klimaanlage angeordneten Messkammer. Bei einer Integration der Messkammer in den Ausgleichsbehälter ist eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der Messkammer im Kreislaufsystem möglich.
  • Erfindungsgemäß umfasst ein Fahrzeug ein im vorigen beschriebenes Kreislaufsystem. Dies ermöglicht es den Wassergehalt eines kohlenwasserstoffbasierten Fluids im Betrieb des Fahrzeugs zu messen. Somit lassen sich Aussagen über die Leitfähigkeit des Fluids machen, wodurch ausreichend früh Warnmeldungen generiert werden können, wenn die Leitfähigkeit sich einer definierten kritischen Grenze annähert. Wird das kohlenwasserstoffbasierte Fluid beispielsweise zur Direktkühlung von Batterieeinzelzellen einer Traktionsbatterie, zur Direktkühlung und/oder Schmierung elektrischer Antriebsaggregate oder dergleichen genutzt, so lassen sich hiermit Kurzschlüsse vermeiden. Hierdurch lässt sich auch der Komfort für den Fahrzeughalter steigern, da dieser zur Leitfähigkeitsbestimmung des Fluids nicht extra eine Werkstatt aufsuchen muss. Analog lässt sich natürlich eine entsprechend generierte Warnmeldung an eine Werkstatt übertragen, sodass die Werkstatt frühzeitig das kohlenwasserstoffbasierte Fluid im Kreislaufsystem austauschen kann. Hierzu können beispielsweise Diagnosedaten während eines Wartungsintervalls aus einem Fahrzeugsteuergerät ausgelesen werden oder die Warnmeldung auch bereits Over-The-Air, sprich drahtlos, an die Werkstatt übertragen werden. Das Weiterleiten von Daten kann dabei auch mittelbar über einen Cloudserver des Fahrzeugherstellers erfolgen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Wassergehalts eines in einem Kreislaufsystem umgewälzten Fluids und des Kreislaufsystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kreislaufsystems;
    • 2 eine detaillierte Ansicht einer Messkammer vor und nach einer Abkühlung bis zur Bildung einer Ölphase und einer Wasserphase;
    • 3 eine schematische Darstellung einer alternativen Messkammer;
    • 4 ein Wasseraufnahmefähigkeits/Temperaturdiagramm; und
    • 5 ein Diagramm einer über einer enddimensionierten Wasseraufnahmefähigkeit aufgetragenen Leitfähigkeit.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kreislaufsystem 1 mit einer Rohrleitung 10, einer Umwälzpumpe 11, zwei Wärmeübertragern 12 sowie einer in einem Ausgleichsbehälter 7 angeordneten Messkammer 3. Bei den Wärmeübertragern 12 kann es sich beispielsweise um einen Verdampfer einer Klimaanlage sowie die Direktumspülung von zu kühlenden Batteriezellen handeln. Generell kann das Kreislaufsystem 1 auch beliebig viele weitere Stränge und/oder sonstige Komponenten aufweisen. Anstelle der Wärmeübertrager 12 kann des Kreislaufsystem 1 auch beispielsweise ein zu schmierendes Aggregat wie eine Antriebsmaschine oder ein Getriebe aufweisen.
  • Im Kreislaufsystem 1 wird ein Fluid 2 umgewälzt. Erfindungsgemäß handelt es sich dabei um ein kohlenwasserstoffbasiertes Fluid 2. Während der Lebensdauer des Kreislaufsystems 1 kommt es zu einer Anreicherung von Wasser und/oder Partikeln im Fluid 2, sodass die dielektrischen Eigenschaften des Fluids 2 mit der Zeit verlorengehen und entsprechend die Leitfähigkeit des Fluids 2 steigt. Wird das Fluid 2 zur Direktkühlung bzw. Schmierung elektronischer Komponenten verwendet, so droht in diesem Fall ein Kurzschluss. Dies gilt es zu verhindern, indem die Leitfähigkeit des Fluids 2 überwacht wird und entsprechend ausreichend früh das Fluid 2 ausgetauscht wird.
  • 2 zeigt die Messkammer 3 in einer vergrößerten Darstellung. Dabei zeigt 2a) die Messkammer 3 vor einer Abkühlung und 2b) nach einer ausreichend langen Abkühlung, sodass aufgrund einer temperaturabhängigen Wasseraufnahmefähigkeit des Fluids 2 sich eine ölhaltige Phase 13.1 und eine wasserhaltige Phase 13.2 gebildet haben.
  • Die Messkammer 3 umfasst zumindest eine Behälterwand 14 zur Abgrenzung der Messkammer 3 gegenüber einer Umgebung, Mittel zum Einleiten bzw. Ausleiten des Fluids 2, hier in Form einer Klappe 8, zumindest einen Temperatursensor 6 sowie zumindest einen Leitfähigkeitssensor 4 und/oder ein Refraktometer 5. Generell kann die Messkammer 3 auch weitere Temperatursensoren 6 sowie einen Drucksensor 15 umfassen. Der Leitfähigkeitssensor 4 und/oder das Refraktometer 5 sind in eine Höhenrichtung H betrachtet an einer geodätischen tiefen Stelle der Messkammer 3 angeordnet. Insbesondere befinden sich die entsprechenden Sensoren an der geodätisch tiefsten Stelle, wie in 2 dargestellt. Aufgrund eines Dichteunterschieds von Öl und Wasser lagert sich die wasserhaltige Phase 13.2 in die Höhenrichtung H betrachtet unter der ölhaltigen Phase 13.1 ab. So benetzt die wasserhaltige Phase 13.2 den Leitfähigkeitssensor 4 und/oder das Refraktometer 5. Mit Hilfe der Sensoren lässt sich so das Auftreten der wasserhaltigen Phase 13.2 detektieren.
  • Insbesondere sind mehrere Temperatursensoren 6 in die Höhenrichtung H betrachtet übereinander angeordnet. Somit lassen sich Rückschlüsse über das Bilden verschiedener Phasen ziehen, da die entsprechenden Phasen 13.1 und 13.2 eine unterschiedliche Wärmekapazität aufweisen können und sich somit bei gleichmäßiger Wärmeabfuhr unterschiedlich schnell abkühlen. Zumindest ein Temperatursensor 6 ist jedoch in der Nähe zum Leitfähigkeitssensor 4 und/oder Refraktometer 5 angeordnet, um die Temperatur der wasserhaltigen Phase 13.2 zu ermitteln.
  • 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Messkammer 3. Bei der hier gezeigten Messkammer 3 verjüngt sich der Querschnitt der Messkammer 3 in die Höhenrichtung H betrachtet in Richtung der geodätisch tiefsten Stellen der Messkammer 3. Dies hat den Vorteil, dass beim Bilden der wasserhaltigen Phase 13.2 der vollständige Boden der Messkammer 3 schneller von Wasser benetzt wird. Dies erhöht die Empfindlichkeit der Messkammer 3 zur Detektion von Wasser. Ferner sind in 3 anstelle der Klappe 8 als Zu- bzw. Abführmittel für das Fluid 2 zwei Ventile 9 dargestellt. Generell können die Ventile 9 an einer beliebigen Stelle an die Messkammer 3 angeschlossen sein. Die Messkammer 3 kann auch ein einziges Ventil 9 zum Zu- und Abführen des Fluids 2 aufweisen. Ferner weist die in 3 dargestellte Messkammer 3 lediglich zwei Temperatursensoren 6 und einen einzigen Leitfähigkeitssensor 4 auf.
  • 4 zeigt ein Wasseraufnahmefähigkeits/Temperaturdiagramm des Fluids 2. Dieses kann auch als Kennfeld aufgefasst werden. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Temperatur T dargestellt und auf der Ordinate die Wasseraufnahmefähigkeit WA. In das Diagramm eingezeichnet ist eine Grenzlinie 16, welche einen ersten Bereich 17.1, in dem das Fluid 2 in einer Phase vorliegt gegenüber einem Bereich 17.2 abgrenzt, in dem das Fluid 2 in der ölhaltigen Phase 13.1 und der wasserhaltigen Phase 13.2 vorliegt. Die Grenzlinie 16 ist temperaturabhängig und steigt mit zunehmender Temperatur an. Beim Abkühlen des Fluids 2 und Erreichen der Grenzlinie 16 wird die maximale Aufnahmefähigkeit des Fluids 2 erreicht, sodass die wasserhaltige Phase 13.2 ausfällt.
  • Das Bilden der wasserhaltigen Phase 13.2 lässt sich mit Hilfe des Leitfähigkeitssensors 4 und/oder dem Refraktometer 5 erkennen. Zur Veranschaulichung dient 5, welche ein Diagramm zeigt mit einer auf der Abszisse aufgetragenen Wasseraufnahmefähigkeit WA, geteilt durch den Wassergehalt WG und einer auf der Ordinate aufgetragenen Leitfähigkeit LF. 5 zeigt beispielhaft eine Ausführung mit der Leitfähigkeit LF als Messgröße. Entsprechende Aussagen lassen sich jedoch auch auf die Messung des Brechungsindexes übertragen.
  • Wird das Fluid 2 abgekühlt, so bleibt der Wassergehalt WG konstant, die Wasseraufnahmefähigkeit WA nimmt jedoch ab. Dies führt dazu, dass sich die Höhe des auf der Abszisse abgetragenen Werts reduziert. Erreicht diese Größe den Wert 1, so kommt es zu einer sprunghaften Änderung der Leitfähigkeit LF. Dies ist mit Hilfe des Leitfähigkeitssensors 4 messbar. Die Höhe der Leitfähigkeitsänderung liegt dabei in einer Größenordnung von 103 S/m und ist in 5 im Diagramm durch einen Pfeil mit dem Bezugszeichen ΔLF symbolisiert. Beim Erreichen der in 4 gezeigten Grenzlinie 16 entspricht die Wasseraufnahmefähigkeit WF dem Wassergehalt WG, wodurch der gesuchte Wassergehalt WG aus dem Hinterlegten Zusammenhang von Temperatur T und Wasseraufnahmefähigkeit WA bestimmt werden kann.
  • Das in 5 dargestellte Diagramm veranschaulicht somit das Vorgehen zur Erkennung, wann die in 4 dargestellte Grenzlinie 16 erreicht wird. Die Wasseraufnahmefähigkeit WF kann auch druckabhängig sein. Optional kann die Messkammer 3, wie in 2 und 3 dargestellt, auch einen Drucksensor 15 aufweisen, um den Druck des Fluids 2 zu messen. Entsprechend kann ein für den aktuell gemessenen Druck zutreffendes Kennfeld des Fluids 2 zur Bestimmung des Wassergehalts WG verwendet werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Abkühlung des Fluids 2 isostatisch.
  • 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 102020003324 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Wassergehalts (WG) eines in einem Kreislaufsystem (1) umgewälzten Fluids (2), wobei eine Probe des Fluids (2) aus dem Kreislaufsystem (1) in eine Messkammer (3) eingeleitet und dort unter Aufprägung einer Temperaturänderung einer Messung unterzogen wird, um zumindest einen Messwert zu erhalten und wobei der Wassergehalt (WG) des Fluids (2) in Abhängigkeit eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen Messwert und Wassergehalt (WG) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid (2) ein kohlenwasserstoffbasiertes Fluid (2) verwendet wird, die Probe in der Messkammer (3) unter Messung einer Temperatur (T) eine Abkühlung erfährt, mittels zumindest eines an einer geodätischen tiefen Stelle der Messkammer (3) angeordneten Leitfähigkeitssensors (4) und/oder Refraktometers (5) eine Leitfähigkeit (LF) und/oder ein Brechungsindex der Probe gemessen wird, wobei die Probe so lange abgekühlt wird, bis eine sprunghafte Änderung der Leitfähigkeit (LF) und/oder des Brechungsindex gemessen wird, und wobei anhand eines hinterlegten Zusammenhangs zwischen Temperatur (T) und Wasseraufnahmefähigkeit (WA) des Fluids (2) auf den Wassergehalt (WG) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messkammer (3) abzuführende Wärme über ein Peltierelement und/oder einen separaten fluidbasierten Kühlkreislauf abgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck der Probe in der Messkammer (3) gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe in der Messkammer (3) isostatisch abgekühlt wird.
  5. Kreislaufsystem (1) mit einem kohlenwasserstoffbasiertem Fluid (2), einer Messkammer (3) und einer Recheneinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenwasserstoffbasierte Fluid (2), die Messkammer (3) und die Recheneinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet sind.
  6. Kreislaufsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist das Ausgeben einer Warnung zu initiieren, sobald ein kritischer maximaler Wassergehalt detektiert wird.
  7. Kreislaufsystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt der Messkammer (3) in Richtung einer geodätischen tiefsten Stelle der Messkammer (3) hin verjüngt.
  8. Kreislaufsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkammer (3) wenigstens zwei Temperatursensoren (6) aufweist und diese insbesondere in eine Höhenrichtung (H) über die Messkammer (3) verteilt sind.
  9. Kreislaufsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Ausgleichsbehälter (7) angeordnete Messkammer (3) eine Klappe (8) zum Ein- und Ausleiten der Probe aufweist und eine außerhalb des Ausgleichsbehälters (7) angeordnete Messkammer (3) zumindest ein Ventil (9) zum Ein- und Ausleiten der Probe aufweist.
  10. Fahrzeug, gekennzeichnet durch ein Kreislaufsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020003324A1 (de) 2020-06-03 2020-08-13 Daimler Ag Verfahren zum Ermitteln der Konzentration von Wasser oder Korrosionsfrostschutz in einem Kühlmittel

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020003324A1 (de) 2020-06-03 2020-08-13 Daimler Ag Verfahren zum Ermitteln der Konzentration von Wasser oder Korrosionsfrostschutz in einem Kühlmittel

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