KR20150042286A - 액체 내의 기체 함량을 측정하기 위한 방법 및 장치 및 상기 장치의 이용 - Google Patents

액체 내의 기체 함량을 측정하기 위한 방법 및 장치 및 상기 장치의 이용 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액체(K)의 가스 함량의 신속하고 신뢰성 있는 제어의 실행에 관한 것이며, 액체(K)의 적어도 일 부분량(M)이 측정 셀(12) 내로 공급되며, 부압이 측정 셀(12) 내에서 설정되며, 파형 측정 신호가 부분량(M)에 방사되며, 파형 측정 신호는 액체(K)의 부분량(M)과의 접촉 후에 하나 이상의 검출기(8, 10)에 의해 측정되며, 액체(K)의 탁도값(TW)이 결정되어 임계값(SW)과 비교되며, 탁도값(TW)이 임계값(SW)보다 크거나 같을 경우, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm) 및 온도(Tm)가 측정되며, 액체(K) 내의 가스 함량이 액체(K) 내의 기체 용해도에 대한 저장된 특성 데이터를 이용하여 압력 및 온도에 따라 결정된다.

Description

액체 내의 기체 함량을 측정하기 위한 방법 및 장치 및 상기 장치의 이용{METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE GAS CONTENT IN A LIQUID, AND USE OF SUCH A DEVICE}
본 발명은 액체 내의 기체 함량을 측정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액체 내의 기체 함량을 측정하기 위한 장치 및 상기 장치의 사용에 관한 것이다.
많은 기술 분야에서, 작동 액체 내의 기체 함량의 측정이 요구되는데, 그 이유는 기체의 존재가 액체의 특성에 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 기체 함량의 측정은 예를 들어 기계 부품의 치수 설계 및 구조를 위해 그리고 바람직한 기체 분리 거동을 갖는 액체의 개발을 위해 중요하다. 특히 윤활제 액 또는 가열액 또는 냉각액의 기체 함량을 아는 것이 중요하다.
액체 내 기체의 측정은 예를 들어 전기 화학 셀, 예를 들어 연료 전지의 에러 없는 작동을 위해 중요하다. 연료 전지의 작동 시에, 발생한 손실 열은 국부적인 과열[이른바 핫 스팟(hot spots)]을 방지하기 위해 연료 전지의 활성화 영역으로부터 전반적으로 제거되어야 한다. 이는 연료 전지를 관류하는 액체 냉각제를 통해 가장 효과적으로 수행된다.
고분자 전해질 박막(PEM) 기술을 기초로 하는 연료 전지를 갖는 연료 전지 스택 내에서, 전해질 박막 또는 촉매 층 반대쪽 면에서 전극이 각각 하나의 이른바 양극판(bipolar plate) 또는 냉각 유닛과 접촉되어 위치한다. 양극판은, 개별 연료 전지들(매체 측)을 분리하며, 셀 스택 내의 전류 흐름을 제공하며, 반응 열을 분리하는 과제를 갖는다.
양극판은 전류 유도 및 반응물 수소 및 산소의 안내에 부가적으로 냉각 기능을 충족시키는데, 냉각제, 특히 물이 상기 양극판을 통해 안내된다. 그의 높은 비열 용량, 작은 전기 전도성, 양호한 매체 호환성 및 낮은 작동 비용으로 인해, PEM-연료 전지에서 주로 탈 이온수(deionate)가 냉각제로서 사용된다. 냉각제는 매우 낮은 전도성만이 허용되며 가능하면 기체가 제거되어야 하며, 그로써 양극판의 표면에는 기체 기포가 고착되지 않아야 하는데, 그 이유는 기체 기포를 갖는 영역이 더 불량하게 냉각될 수 있고 그로 인해 국부적인 과열이 형성되기 때문이다. 그러나 물리적 그리고 구조적 조건으로 인해, 최초에 기체가 없었던 냉각수도 그 사용 시에 기체를 흡수하여 기포를 갖게 되는 것이 배제될 수 없다.
가열수로부터 용존 공기를 제거하기 위해, 대형 가열 설비에서는 이른바 진공 탈기기(degasser)가 사용된다. 또한, 냉각수로부터 기체를 제거하기 위해, 유사한 기기가 연료 전지 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 방법의 목적은, 냉각수 내의 이상 혼합(two phase mixture)(기체/물)을 허용하지 않아서, 양극판에서의 기체 축적 및 국부적인 과열이 발생될 수 없게 하는 것이다.
본 발명의 과제는, 액체, 예를 들어 냉각제의 기체 함량에 대한 신속하고 신뢰성 있는 제어를 가능케 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 액체 내의 기체 함량 측정 방법에 의해 해결되며,
- 액체의 적어도 일 부분량이 측정 셀 내로 공급되며,
- 부압이 측정 셀 내에서 설정되며,
- 파형 측정 신호가 부분량에 방사되며,
- 측정 신호는 부분량과 접촉 후에 측정되며,
- 액체의 탁도값이 결정되어 임계값과 비교되며,
- 탁도값이 임계값보다 크거나 같을 경우, 측정 셀 내의 압력 및 온도가 측정되며,
- 액체 내의 가스 함량이 액체 내의 기체 용해도에 대한 저장된 특성 데이터를 이용하여 압력 및 온도에 따라 결정된다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 과제는 액체 내의 기체 함량 측정 장치에 의해 해결되며, 상기 장치는,
- 액체의 적어도 일 부분량의 수용을 위한 측정 셀과,
- 측정 셀 내에 부압을 형성하기 위한 수단과,
- 부분량에 파형 측정 신호를 방사하기 위한 측정 신호 송신기와,
- 측정 셀 내에서 부분량과의 접촉 후에 파형 측정 신호의 측정을 위한 하나 이상의 검출기와,
- 측정 셀 내의 압력 및 온도의 결정을 위한 센서와,
- 액체의 탁도값을 결정하고 이를 임계값과 비교하여, 탁도값이 임계값보다 크거나 같을 경우, 액체 내의 기체의 용해도에 대한 저장된 특성 데이터를 이용하여 압력 및 온도에 따라 액체 내의 기체 함량을 결정하기 위해 설치된 분석- 및 제어 유닛을 포함한다.
마지막으로, 본 발명에 따르면, 상기 과제는 전기 화학 셀, 특히 연료 전지의 냉각제 내의 기체 함량을 측정하기 위한 상기 유형의 장치의 사용을 통해 해결된다.
상기 방법과 관련하여 이하 설명되는 장점 및 바람직한 실시예는 바람직하게는 장치 및 그 사용에 전가될 수 있다.
본 발명은 용존 기체를 갖는 액체의 팽창 시에, 기체는 작은 기포 형태로 발생하는데, 이러한 기포는 액체의 혼탁을 야기한다. 이때, 혼탁은 부분량의 액체/기체 혼합물의 변경을 통해 야기되는, 파장에 대한 부분량의 전달 및 반사의 변경을 의미한다. 정량적으로, 이러한 변경은 탁도값으로 표현된다. 기체 함유 여부를 결정할 수 있도록, 먼저 측정 셀 내의 액체의 팽창 시에 액체의 혼탁을 검출하는 것이 필요하다. 이를 위해 센서가 필요하며, 이 센서를 이용하여 혼탁의 발생 시점에서 측정 셀 내의 온도 및 압력이 결정된다. 혼탁 발생 시에 압력 및 온도에 대해 검출된 값은 측정 조건 하에 액체 내의 기체량을 결정하기 위해, 알려진 용해도 특성 곡선과 비교된다. 액체가 예를 들어 물일 경우에, 물 내의 공기 및 다른 기체의 용해도는 주변의 압력 및 온도에 따른다는 것은 이미 알려져 있다. 대안적으로, 용해도에 대한 특성 데이터가 액체 내에 용해된 기체로부터 사전에 실험적으로 검출되어 저장되는데, 이는 나중에 상응하는 액체 내의 기체 함량 측정 시에 사용된다.
따라서, 측정은 아래와 같이 짧게 요약될 수 있다: 측정 셀 내의 압력 및 온도는, 검출 가능한 혼탁이 발생하고 혼탁의 발생 시에 기체량이 기체에 대한 용해도 특성 데이터를 통해 결정되며, 이를 위해 혼탁의 발생 시에 압력값 및 온도값이 사용되는 방식으로 조절된다.
액체 내의 휘발성 물질의 용해 거동을 설명하는 헨리 법칙에 근거하는 압력 및 온도의 함수로서의 물 내의 기체의 용해도와 관련된 주제에 대한 많은 자료 수집물 및 공개물이 존재한다. 압력 및 온도의 함수로서의 물 내의 질소의 용해도의 도표적 설명은 예를 들어 발전소 연합의 물리 화학적 자료 수집 / R44의 도면 B I-4.1에서 볼 수 있다. 온도에 따른 물 내의 다양한 기체의 용해도를 표로 나타낸 요약이 1969년판 MESSER GRIESHEIM Gase-Handbuch의 92면, 표 29에 공개되어 있다. 압력 및 온도에 따른 물 내의 공기 용해도에 대한 다른 도표적 설명은 1999년/4월판, J. Spang의 IKZ-Haustechnik, 기사 "Druckausdehnungsgefaesse in Heizungsanlagen" 30면 이하, 도 2에서 볼 수 있다.
따라서, 온도값 및 압력값이 각각의 기체에 대해 관련 저작물과 표로부터 파악될 수 있는 바와 같이, 비교되는 온도값 및 압력값이 문헌으로부터 유래된다(온도 및 압력에 따른 기체의 용해도에 대한 특성 곡선). 이러한 문헌으로부터 특정 온도 및 특정 압력에서 어느 정도의 기체량이 최대로 용해될 수 있는지를 추측한다. 일정한 온도에서 압력이 압력에 대한 값에 미달하거나, 일정한 압력에서 온도가 온도에 대한 값을 초과하면, 기체는 용액으로부터 기포로서 발생하고 혼탁으로서 보여질 수 있다.
바람직하게는, 부분량에는 전자기 측정 신호, 특히 빛이 조사된다. 이를 위해, 광원이 측정 신호 송신기로서 그리고 하나 이상의 광 검출기로서 제공된다. 측정 셀은 광원의 빛에 대해 투과 가능하다.
대안적으로, 바람직하게 부분량에는 음향 측정 신호, 특히 초음파가 방사된다. 이 경우에, 초음파 송신기 및 초음파 검출기가 필요하다.
결정된 탁도값은 하강하는 압력에 따른 액체의 혼합물의 변경에 대한 정도를 나타낸다. 탁도값은 특히 연속으로 또는 몇 초로부터 수 시간까지의 시간 간격으로 결정되어 임계값과 비교된다. 임계값은 액체 내의 혼탁의 발생을 규정한다. 따라서, 측정 시에 탁도값이 임계값에 도달되거나 임계값을 초과하는 경우, 액체의 혼탁이 검출되는데, 이는 정성적으로 액체 내의 기체의 존재를 나타낸다.
기체 함량의 결정을 위해 혼탁의 발생 시에 측정 셀 내의 압력- 및 온도 측정이 고려된다. 존재하는 특성 데이터를 이용하여, 혼탁이 발생하는 온도 및 압력으로부터 용존 기체량이 추정된다. 예를 들어, 주변압보다 약간 낮은 압력에서 혼탁의 조기 발생은 많은 기체량을 나타낸다.
측정 시에 기체가 확인되는 경우, 특히 제어 유닛 또는 시각적 디스플레이에 전달되는 상응하는 신호가 송신된다. 상기 신호를 이용하여 특히 진공 탈기기가 연결되어, 액체가 다시 탈기될때까지 작동된다.
예를 들어 연료 전지와 같은 전기 화학 셀 내의 기체 함량을 측정하기 위한 장치의 사용 시에, 측정 셀이 냉각제 회로를 위한 주 라인에 병렬로 부 라인 또는 바이패스 라인에 배열될 수 있기 때문에, 적은 양의 냉각제만이 측정 셀을 통해 관통 안내된다. 대안적으로, 측정 셀이 주 라인에 일체될 수 있기 때문에, 측정 목적을 위한 냉각제의 바이패스는 요구되지 않는다.
주 라인 내의 주 유동으로부터 작은 부분량이 펌프를 통해 측정 셀 내로 공급되고, 유입 밸브의 폐쇄 후에, 측정 셀 내의 압력이 서서히 감소하고 광학적 측정이 실행되도록 펌프가 제어됨으로써, 액체 내의 기체 함량의 모니터링이 불연속적으로 수행될 수 있다.
그러나 대안적으로, 액체가 탁도값의 측정을 위해 측정 셀 내로 연속으로 유입된다. 이를 위해, 바람직하게는 냉각제를 측정 셀 내로 연속으로 공급하기 위한 조절 밸브가 제공된다. 측정 셀 내의 압력 하강을 위해, 조절 밸브는, 측정을 위해 필요하고 온도에 따른 원하는 압력값이 일정한 펌프 회전수에서 설정되도록 제어된다. 측정 셀 내의 압력은 혼탁이 나타날 때까지 서서히 하강한다. 이 시점에서 측정된 압력 및 온도로부터 기체 적재가 결정될 수 있다. 방법의 실행을 위한 한계는 비등압을 조금 초과하는 압력이다(비등압보다 약 50밀리바 초과). 이러한 압력 한계 위에서, 액체 내에 기체가 함유되어 있는지의 여부가 혼탁의 발생을 통해 확인될 수 있다.
고정된 스로틀 밸브 및 펌프에 의한 압력 하강은 다른 대안을 나타낸다. 이러한 평가는 상기 문단에 설명된 바와 같이 수행된다.
액체의 작은 부분량 또는 부피로 그리고 발생된 최소 기체량으로 작동되는 것이 상술된 측정의 장점이기 때문에, 측정은 높은 민감도를 특징으로 한다. 다른 장점은, 측정이 완전 자동으로 그리고 조작자의 개입 없이 실행될 수 있다는 것이다. 전기 화학 셀에 대한 냉각제의 기체 함량이 측정되는 경우, 검사된 부분량이 폐기되는 것이 아니라, 혼탁의 측정 후에 특히 전기 화학 셀의 냉각제 회로로 다시 펌핑된다.
바람직한 실시예에 따르면, 측정 셀 내의 압력 및/또는 온도는 비등점보다 높게 유지되도록 제어된다. 이때, 비등점은 상경계에서의 포인트로서 액체의 위상 그래프(증기압 곡선) 내에서 액체/기체 형태로 규정되며, 위상 그래프에서 포화 온도 또는 비등 온도 및 포화 압력 또는 비등압이 도달된다. 특히, 측정 셀 내의 압력은 상응하는 온도에서 측정 중에 비등압보다 대략 50밀리바 높게 유지되도록 제어된다. 측정 셀 내의 압력의 하강 시에, 비등압의 상응하는 온도가 도달될 경우, 액체는 작은 기포 형태로 증발된다. 이러한 방식의 증기 기포는 액체 내의 용존 기체와 같이 혼탁에 대해 동일한 작용을 한다. 비등 기포로 인한 혼탁값에 대한 측정 결과의 변조를 방지하기 위해 온도- 및 압력 센서가 필요하며, 이들의 신호들을 이용하여 혼탁이 액체의 증발 또는 탈기의 효과인지가 구별될 수 있다. 따라서, 방법의 실행 중에, 압력 및 온도가 비등점에 대한 접근에 대해 적시에 반응할 수 있도록, 특히 연속으로 또는 짧은 시간 간격으로 측정된다.
바람직한 변형예에 따르면, 임계값은 절대값(numerical value)으로서 사전 설정된다. 이때, 임계값은 분석 유닛 내에 저장된 값일 수 있으나, 각각의 측정 이전에 새롭게 입력될 수도 있다.
부분량 내의 기체 함량에 의해 야기되지 않으나, 액체의 전달- 및 반사 특성에 영향을 미치는 액체의 변경, 예를 들어 (예를 들어, 광원의 약화를 통한) 측정 구성 요소의 변경 또는 오염 또는 변색을 인식하기 위해, 부압이 설정되기 전에, 유용하게도 기준값의 결정을 위한 광 측정이 실행된다(즉, 아직 시스템 압력일 때). 기준값은 초기에, 측정 셀 내의 압력이 아직 하강되지 않았을 때, 특히 광 측정 또는 초음파 측정을 통해 얻어지고 그 혼탁과 관련하여 액체의 초기 상태를 규정한다. 이로써, 기준값에 대한 혼탁값의 변경은 액체 내의 기체의 존재에 대한 표시일 수도 있다.
바람직하게는, 기준값은 결정되는 즉시 한계값과 비교된다. 이러한 비교로부터, 장치의 자체 모니터링이 유도되는데, 이러한 모니터링을 이용하여 오염 또는 기기 결함이 인식될 수 있다. 주변압에서, 액체의 혼탁이 기준값과 한계값의 비교를 통해 확인되는 경우, 이는 특히 측정 장치의 확실한 오염을 나타낸다. 임계값이 사전 규정되었을 경우, 한계값은 임계값을 통해 형성될 수 있거나 임계값의 함수일 수 있다(예를 들어, 한계값은 임계값의 80%에 해당한다). 정상의 경우에, 기준값은 한계값보다 작은데, 즉, 액체는 주변압 또는 시스템 압에서 "깨끗하다".
임계값에 대한 사전 결정된 절대값에 대안적으로, 다른 바람직한 변형예에 따라 임계값은 측정된 기준값을 기초로 하여 계산된다. 임계값을 구하기 위해, 특히 기준값에는 공차 범위(Δ)가 가산되고, 이를 통해 혼탁의 증가가 정량적으로 표시된다. 혼탁값이 기준값을 공차 범위(Δ)만큼 초과하는 경우(즉, 혼탁값이 임계값에 도달되고 임계값보다 클 경우), 액체의 혼탁이 존재한다.
탁도값의 결정을 위해, 바람직하게는 측정 셀 내에서 액체와 접촉된 후의 측정 신호 강도가 사용된다. 혼탁이 강하면 강할수록, 액체 내의 기체량도 많다.
바람직한 변형예에 따르면, 측정 셀이 측정 신호 송신기와 검출기 사이에 위치하도록 검출기가 배열됨으로써, 액체를 통해 전달되는 파형 측정 신호의 부분이 측정된다. 대안적인 변형예에 따르면, 검출기는 측정 셀의 측면에 배열되며, 측정 셀의 측면에는 측정 신호 송신기도 위치함으로써, 액체로부터 반사된 측정 신호의 부분이 측정된다. 또한, 전달된 측정 신호뿐만 아니라 반사된 측정 신호도 측정되는 측정 시스템도 가능한다. 이때, 액체 내의 기체 기포는 관통하는 빛의 강도를 약화시키고, 따라서 산란 측정 신호의 부분을 증가시킴으로써, 탁도값이 증가되는 것도 고려된다. 측정 신호 송신기의 노화 및 빛 투과 측정 셀의 오염은 측정 신호 및 산란 측정 신호의 관통되는 파장의 강도를 약화시키고, 즉 탁도값은 일정하게 유지된다.
에러없는 측정과 관련하여, 액체의 속도는, 기체 기포가 측정 셀의 벽으로부터 세척되도록 조절된다. 이에 의해, 특히 측정 셀을 통한 액체의 부분량의 연속적인 순환 시에 측정 결과의 바람직하지 못한 영향이 방지된다.
본 발명의 실시예가 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도 1은 연료 전지의 냉각제의 기체 함량을 불연속적으로 모니터링하기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 연료 전지의 냉각제의 기체 함량을 연속적으로 모니터링하기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 액체 내의 기체 부분을 측정하기 위한 장치의 제3 변형 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 측정 셀의 배열을 도시한 도면이다.
동일한 도면 부호는 다양한 도면에서 동일한 의미를 갖는다.
도 1에는 상세히 도시되지 않은 연료 전지를 위한 액체 냉각제(K), 여기서는 냉각수의 기체 함량의 측정을 위한 제1 장치(2)가 도시된다. 장치(2)는 유입 밸브(4), 도시된 실시예에서 광원인 파형 측정 신호용 측정 신호 송신기(6), 개방된 눈으로 상징적으로 도시된 두 개의 검출기(8, 10) 및 광원(6)의 빛에 대해 투과되는 측정 셀(12)을 포함한다. 광원(6)으로서 LED, 백열등, 가스 방전 램프 등이 적합하다. 각각의 광 검출기는 예를 들어 포토 트랜지스터, 포토 다이오드 또는 포토 레지스터를 포함할 수 있다.
광 측정에 대안적으로, 측정 신호 송신기(6)는 여기에 더 상세히 도시되지 않은 초음파 송신기일 수 있고, 이에 상응하여 검출기(8, 10)는 초음파 검출기일 수 있다.
도시된 실시예에서, 광 검출기(8, 10)를 이용하여 광원(6)으로부터의 빛이 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)와 접촉된 후에 측정된다. 이 경우에, 제1 광 검출기(8)는 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)를 통해 전달되는 빛의 측정을 위해 제공되며, 이때 제1 광 검출기는 측정 셀(12)이 광 검출기와 광원(6) 사이에 위치하도록 배열된다. 제2 광 검출기(10)는 광원(6)과 같이 측정 셀(12)의 동일한 면에 배열되며, 이때 냉각수(K)의 부분량(M)으로부터 반사된 빛을 측정한다.
장치(2)는 냉각수(K)용 주 라인(14)에 병렬로 배열된다. 부 라인(16)을 통해 유입 밸브(4)가 개방된 상태에서 냉각수(K)의 부분량(M)이 주 라인(14)으로부터 측정 셀(12) 내로 공급된다. 측정 셀(12)이 특히 냉각수(K)로 완전히 충전되는 경우, 유입 밸브(4)는 폐쇄된다. 이어서, 냉각수(K)의 혼탁에 대한 기준값(RW)이 얻어지는 기준 측정이 실행된다. 이 경우에, 혼탁에 의해, 측정 셀 내의 기체 기포의 형성으로 인한 액체의 전달 거동 또는 반사 거동의 변경이 표시된다. 기준값(RW)은 마찬가지로 장치(2)의 부분인 분석- 및 제어 유닛(18) 내에 저장된다. 도시된 실시예에서, 장치(2)의 구성 요소의 제어를 위한 그리고 측정 결과의 분석을 위한 단 하나의 유닛이 제공되며, 대안적으로, 두 개의 별도의 유닛이 이 두 기능을 담당할 수 있다.
측정에 대한 냉각수(K) 내의 변색 또는 오염물의 영향 또는 광원(6)의 노화 또는 약화의 영향을 최소화 또는 더욱이 방지하기 위해, 기준값(RW)이 분석- 및 제어 유닛(18) 내에서 사전 결정된 고정된 한계값(GW)과 비교된다. 기준값(RW)이 한계값(GW)에 상응하거나 한계값을 초과할 경우, 장치(2)의 기능이 검사된다. 이러한 방식으로, 오염 또는 기기 결함이 조기에 인식되는 장치(2)의 자체 모니터링이 수행된다. 정상의 경우에, 기준값(RW)은 한계값(GW)보다 작은데, 이때 냉각수(K)는 측정을 실행하기에 충분히 깨끗하다.
기준 측정 후에, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm)은 하강한다. 측정 셀(12) 내의 압력(Pm) 및 온도(Tm)는 압력 센서(20) 및 온도 센서(22)에 의해 모니터링된다. 냉각수(K)가 용존 기체를 포함할 경우, 기체는 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)의 팽창 시에 냉각수(K)의 혼탁을 야기하는 작은 기포 형태로 발생된다. 그러나 비등점(비등압 및 비등 온도)의 도달 시에 냉각수(K) 자체가 혼탁에 대한 측정 결과에 영향을 미치는 작은 기포 형태로 증발되기 때문에, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm) 및 경우에 따라 온도(Tm)는, 항상 비등점보다 높게 유지되고, 특히 비등점보다 적어도 50밀리바 초과하여 유지되도록 조절된다.
부압에서의 광 측정을 기초로 하여, 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)에 대한 탁도값(TW)이 결정된다. 탁도값(TW)의 결정을 위해, 투과된 또는 반사된 빛을 검출하는 단지 하나의 광 검출기(8, 10)만 제공되는 것으로 충분하다. 탁도값(TW)의 결정을 위해, 특히 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)와의 접촉 후의 광의 강도가 고려된다.
결정된 탁도값(TW)은 분석-및 제어 유닛(18)에 공급되며 임계값(SW)과 비교된다. 임계값(SW)은 절대값으로서 사전 설정될 수 있으나, 임계값(SW)은, 대안적으로 임계값이 기준값(RW)을 따르는 방식으로, 측정별로 특정하게 규정될 수 있다. 탁도값(TW)이 사전 결정된 공차 범위 내에 유지되고 임계값(SW)에 도달되지 않는 경우, 그로부터, 냉각수(K) 내에 기체 기포가 발생하지 않는다는 것이 추론된다. 이 경우에, 측정 셀(12) 내에서 측정된 냉각수(K)의 부분량(M)은 펌프(24)를 통해 주 유동 라인(14) 내로 다시 공급된다. 펌프(24)는 특히 분석-및 제어 유닛(18)에 의해 제어된다.
그러나 탁도값(TW)이 임계값(SW)에 도달되는 경우 또는 임계값을 초과하는 경우, 이는 냉각수(K) 내에 기체가 함유된다는 표시이다. 냉각수(K) 내의 기체량에 대한 정보를 얻기 위해, 어느 압력(Pm)에서 그리고 어느 온도(Tm)에서 측정 셀(12) 내의 냉각수(K)의 혼탁이 발생하는지가 고려된다. 이 경우에, 디스플레이(26)는 냉각수(K) 내의 기체 함량을 표시하는데 사용될 수 있다. 이에 추가로, 예를 들어 임계값(SW)과 탁도값(TW)의 비교에 대한 결과도 디스플레이(26)를 통해 표시될 수 있다. 또한, 냉각수(K) 내에 기체가 검출된 경우, 즉, 측정 셀(12) 내의 혼탁의 발생 시에, 탈기 장치, 특히 여기에 도시되지 않고 장치(2)의 하류에 연결된 진공 탈기기가 활성화되도록 하는 제어 신호(28)가 송신된다. 측정 셀(12) 내의 측정 후에, 마찬가지로 냉각수(K)의 부분량(M)이 진공 탈기기 내에서 처리된다.
도 2에 따른 냉각수(K) 내의 기체 함량의 모니터링을 위한 장치(2)와 도 1에 따른 장치(2)의 실질적인 차이점은, 제2 실시예의 배열은 연속 측정을 위해 적합하다는 것이다. 이를 위해, 유입 밸브(4)는 조절 밸브(30)로 대체된다. 조절 밸브(30)는 측정 셀(12) 내로의 냉각수(K)의 공급을 조절하기 위해 분석-및 제어 유닛(18)에 의해 제어된다. 펌프(24)의 회전수가 일정할 경우, 조절 밸브(30)는 천천히 폐쇄된다. 이 경우에, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm)은 기체 기포가 형성될 때까지 하강한다. 이때, 부분량(M) 내의 기체 함량의 측정을 위한 한계는 비등압보다 약 50밀리바 높다. 측정 범위 내에서 측정 셀(12) 내에 혼탁이 발생함으로써, 냉각수(K) 내에 기체가 함유되어 있는지의 여부가 확인될 수 있다. 또한, 혼탁의 발생 시에, 압력(Pm) 및 온도(Tm)의 추가의 평가를 통해 기체 함량이 측정될 수 있다.
도 3에 따르면 냉각수(K)는 고정된 스로틀 밸브(32)를 통해 측정 셀(12) 내로 유동한다. 펌프 회전수는, 측정 셀(12) 내에서, 혼탁이 발생할 때까지 점점 더 낮아지는 압력이 설정되도록 변경된다. 스로틀 밸브(32)를 통해 특히 적어도 100밀리바의 압력차가 형성될 경우 측정이 개시된다.
도시된 모든 도면에서, 부 라인(16)을 통해 바이패스 되는 냉각수(K)의 부분량(M)을 이용하여 탁도값(TW)의 측정이 수행된다. 대안적으로, 냉각수(K) 내의 기체 함량의 모니터링을 위한 장치(2)는 주 라인(14)에 직접 일체됨으로써, 전체 냉각제 유동이 측정 목적을 위한 장치(2)를 통해 유도된다.
측정은 통상 초기압 미만에서 약 100바의 압력차에서 시작된다.
또한, 도시된 모든 실시예에서 측정 셀(12)의 전방에는 큰 직경을 갖는 플러싱 밸브(34)가 제공되는데, 이는 도 3에만 도시된다. 기체 기포가 측정 셀(12)의 벽에 고착된 경우, 이는 큰 관류를 허용하는 플러싱 밸브(34)를 이용하여 세척된다. 이로써, 측정 결과의 변조가 방지된다.
측정 셀(12)의 세정이 도 4를 참조로 상세히 설명된다. 측정 셀(12)은 중심 축을 중심으로 나사 형태로 꼬여진 측정 셀(12) 내 유동을 형성하는 두 개의 연결부를 통해 보완된다. 이는, 도 4에 도시된 바와 같이 연결부가 세정 사이클에 대해 반경 방향으로 배열될 경우 달성될 수 있다. 또한, 이를 위해 이미 고려된 플러싱 밸브(34)에 추가로, 세정과 측정 사이에서 전환되는 두 개의 추가 밸브(36, 38)가 요구된다.
측정을 위해 플러싱 밸브(34 또는 36)는 폐쇄되고, 밸브(38)는 개방된다. 이 경우에, 측정 셀(12)를 통한 축방향 유동이 형성된다.
기포가 고착된 벽의 정화를 위해, 플러싱 밸브(34 및 36)는 개방되고, 밸브(38)는 폐쇄되며, 회전식 유동이 형성된다. 측정 셀 내용물의 회전을 통해, 벽에서는, 측정 셀(12)이 동일한 밸브 직경에서 축방향으로 관류될 수도 있을 경우보다 더 높은 유동 속도가 달성된다. 플러싱 밸브(34, 36)를 위해, 반경 방향 관류 시에, 측정 셀(12)의 순수 축방향 관류 시 보다 더 작은 직경이 사용될 수 있다. 대안적으로, 플러싱 밸브(34)는 스로틀 밸브 또는 조절 밸브로 대체될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 액체(K) 내의 가스 함량의 측정 방법이며,
    - 액체(K)의 적어도 일 부분량(M)이 측정 셀(12) 내로 공급되며,
    - 부압이 측정 셀(12) 내에서 설정되며,
    - 파형 측정 신호가 부분량(M)에 방사되며,
    - 측정 신호는 부분량(M)과의 접촉 후에 측정되며,
    - 액체(K)의 탁도값(TW)이 결정되어 임계값(SW)과 비교되며,
    - 탁도값(TW)이 임계값(SW)보다 크거나 같을 경우, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm) 및 온도(Tm)가 측정되며,
    - 액체(K) 내의 가스 함량이 액체(K) 내의 기체 용해도에 대한 저장된 특성 데이터를 이용하여 압력 및 온도에 따라 결정되는, 액체(K) 내의 가스 함량 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 부분량(M)에는 전자기 측정 신호, 특히 빛이 조사되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 부분량(M)에는 음향 측정 신호, 특히 초음파가 방사되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 셀(12) 내의 압력(Pm) 및/또는 온도(Tm)는 비등점보다 높게 유지되도록 제어되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 임계값(SW)은 절대값으로서 사전 설정되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 부압이 설정되기 전에, 기준값(RW)의 결정을 위해 파형 측정 신호에 의한 측정이 실행되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 기준값(RW)은 한계값(GW)과 비교되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 임계값(SW)은 기준값(RW)을 기초로 하여 계산되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 탁도값(TW)의 결정을 위해, 측정 셀(12) 내에서 액체(K)와의 접촉 후의 파형 측정 신호의 강도가 사용되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 액체(K)를 통해 전달 가능한 파형 측정 신호의 부분이 측정되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 액체(K)로부터 반사된 파형 측정 신호의 부분이 측정되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 액체(K)의 속도는, 기체 기포가 측정 셀(12)의 벽으로부터 세척되도록 조절되는, 액체 내의 가스 함량 측정 방법.
  13. 액체(K) 내의 가스 함량의 측정을 위한 장치(2)이며,
    상기 장치는,
    - 액체(K)의 적어도 일 부분량(M)의 수용을 위한 투명 측정 셀(12)과,
    - 측정 셀(12) 내에 부압을 형성하기 위한 수단과,
    - 부분량(M)에 파형 측정 신호를 방사하기 위한 측정 신호 송신기(6)와,
    - 측정 셀(12) 내에서 부분량(M)과의 접촉 후에 파형 측정 신호의 측정을 위한 하나 이상의 검출기(8, 10)와,
    - 측정 셀(12) 내의 압력(P) 및 온도(T)의 결정을 위한 센서(20, 22)와,
    - 액체(K)의 탁도값(TW)을 결정하고 이를 임계값(SW)과 비교하여, 탁도값(TW)이 임계값(SW)보다 크거나 같을 경우, 액체(K) 내의 기체의 용해도에 대한 저장된 특성 데이터를 이용하여 압력(Pm) 및 온도(Tm)에 따라 액체 내의 기체 함량을 결정하기 위해 설치된 분석- 및 제어 유닛(18)을 포함하는, 액체(K) 내의 가스 함량의 측정을 위한 장치.
  14. 전기 화학 셀, 특히 연료 전지의 냉각제(K) 내의 가스 함량의 측정을 위한 제13항에 따른 장치(2)의 사용.
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