得出冷却剂循环中的流速

摘要

本发明涉及一种转换装置(1)，转换装置(1)引起了输入功率(Pin)转换成输出功率(Pout)，并且因此引起损失功率(δP)，借助于冷却剂循环(3)来冷却转换装置(1)，冷却剂(8)在冷却剂循环(3)中流动。转换装置(1)的监控装置(9)根据转换装置(1)和/或冷却剂循环(3)的运行数据(TV、TL、δP)得出流速(v)，冷却剂(8)在冷却剂循环(3)中以流速(v)流动。监控装置(9)将得出的流速(v)与界限速度(vG)相比较。如果流速(v)达到或者超过界限速度(vG)，监控装置(9)采取特殊反应。只要流速(v)未达到界限速度(vG)，监控装置(9)完全不采取反应或者采取与特殊反应不同的正常反应。监控装置(9)根据借助于冷却剂(8)每单位时间导出的热量、转换装置(1)的局部温度(TL)和流入温度(TV)来得出流速(v)，冷却剂(8)以流入温度(TV)输送给转换装置(1)。流入温度(TV)输送给监控装置(9)作为测量值。监控装置(9)必须已知每单位时间导出的热量和转换装置(1)的局部温度(TL)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却剂循环的监控方法，冷却剂在冷却剂循环中流动，借助于冷却剂来冷却引起损失功率的转换装置，

-其中，监控装置根据转换装置和/或冷却剂循环的运行数据来得出流速，冷却剂以该流速在冷却剂循环中流动，

-其中，监控装置将得出的流速与界限速度比较，

-其中，当流速达到或者超过界限速度时，监控装置采取特殊反应，

-其中，只要流速没有达到界限速度，监控装置完全不采取反应或者采取与特殊反应不同的常规反应，

-其中，监控装置已知转换装置的局部温度。

本发明还涉及一种用于转换装置的监控装置的计算机程序，其中，计算机程序包括机器代码，监控装置能够直接地处理该机器代码，其中，通过监控装置，机器代码的处理能够引起监控装置实施这种监控方法。

本发明还涉及一种转换装置的监控装置，其中，监控装置以这种计算机程序被编程为，使得监控装置实施这种监控方法。

本发明还涉及一种转换装置，借助于该转换装置，在损失功率的作用下，输送至转换装置的输入功率转变成输出功率，其中，转换装置具有冷却剂循环，冷却剂在冷却剂循环中流动，借助于冷却剂来冷却装换装置，其中，转换装置具有监控装置，该监控装置在运行中实施这种监控方法。

背景技术

例如由US 2004/0158428 A1已知这种监控方法。在该监控方法中，在测量技术方面检测流速。如果流速过大或者过小，将会触发出警告。

由CN 102045903 A、由JP-H10225099和由JP H05227648 A已知类似的事实。

还由DE 10 2006 018 771已知一种用于冷却剂循环的监控方法，冷却剂在冷却剂循环中流动，借助于该冷却剂来冷却引起损失功率的转换装置。在该监控装置中，在测量技术方面检测冷却剂的实际温度。检测另外的数值并且由此得出是否充分冷却了转换装置。如果没有充分冷却，(如果可行的话)则增大冷却剂流量，使得实现充分的冷却。如果增大冷却剂流量不再是可行的，那么转换装置会调节运行状态，使得冷却充分。

在转换装置中，输送给转换装置之一的输入功率转换成输出功率。例如，这种转换装置是内燃机和变频器。在内燃机的情况下，在使用的燃料中存储的化学能转换成机械能。在变频器的情况下，电能转换成其他形式的电能，例如由直流电压转换成交流电压，反之亦然。由输入频率的交流电压到输出频率的交流电压的转换也是可行的。输出频率在这种情况下通常与输入频率不同。

在许多情况下，在转换装置中由输入功率转换到输出功率时累积很大的损失功率。损失功率必须从转换装置中导出。

在许多情况下，相应的转换装置具有用于导出损失功率的冷却剂循环，借助于该冷却剂循环来冷却转换装置。冷却剂循环应该尽可能地鲁棒并且耐用。特别地，冷却剂循环应该为抗腐蚀的。抗腐蚀性通常通过选择合适的材料实现。例如这种材料是铝、不锈钢和铜镍铁合金。相应材料的抗腐蚀性通常通过薄的氧化层来实现，在材料的表面上形成该氧化层。

只要冷却液在冷却剂循环中以流速流动，该流速小于预定的速度，则冷却剂循环按规定地工作。然而当流速超过预定的速度时，能够通过侵蚀和磨蚀损害氧化层。由此，引导冷却剂的构件失去了其抗腐蚀性。此外，氧化层的细小的被侵蚀或者被刮掉的颗粒能够如金刚砂一样作用并且由此导致其他损害，例如在冷却剂循环的泵中。预定的速度取决于冷却剂循环的材料、冷却剂循环的几何形状和冷却剂，特别是取决于冷却剂的化学组分，在一些情况下还附加地取决于冷却剂的温度。

在现有技术中，在转换装置的产品说明中经常给出冷却装置的工作点(以体积流量和额定压力)并且此外给出允许的最大压力。此外，给出冷却剂本身(例如水、抑制剂和防冻液的比例)。这种方法并不总是实现期望的结果。特别地，在保守的方法中尽管避免了在冷却剂循环处的损害，但是并不能够完全充分利用转换装置的潜在的功率范围。与之相反的，如果需要充分利用转换装置的潜在的功率范围，那么在较高的功率的情况下存在损害冷却剂循环的风险。

发明内容

本发明的目的在于，实现一种可行性，借助于该可行性能够充分利用转换装置潜在的功率范围，而不冒着损害冷却剂循环的风险，而不必在测量技术方面检测冷却剂的流速。

通过具有权利要求1的特征的监控方法来实现该目的。监控方法的有利的设计方案是从属权利要求2至5的主题。

根据本发明实现了对于冷却剂循环的监控方法，其中，冷却剂在冷却剂循环中流动，借助于该冷却剂来冷却引起损失效率的转换装置。这种方法具有特征为，

-监控装置已知借助于冷却剂每单位时间导出的热量，

-将流入温度输送至监控装置作为测量值，冷却剂以该温度被输送至转换装置，并且

-监控装置根据每单位时间导出的热量、转换装置的局部温度和流入温度来得出流速。

界限速度通常略微处于小于预定速度，从该界限速度起存在侵蚀或磨蚀的危险。例如界限速度能够处于预定速度的高的百分比处(例如95％、98％或99％)或者界限速度能够与预定速度具有预定的距离(例如小于预定速度2cm/s、5cm/s或者10cm/s)。

原则上，能够直接得出流速。然而优选地，设置监控装置根据每单位时间中导出的热量、转换装置的局部温度和流入温度首先得出冷却剂循环的热阻并且之后根据得出的热阻来得出流速。通过监控装置形成转换装置的局部温度和流入温度的差值并且用温度除以每单位时间中导出的热量，使得监控装置能够得出热阻。然后，根据得出的热阻能够得出流速。流速能够例如根据特征线得出。该特征线(即流速作为热阻的函数)能够例如根据冷却剂循环的几何数据或者通过实验计算确定。

优选地，监控装置与转换装置的控制装置连接。替代地，监控装置能够与控制装置形成结构单元。另外替代地，监控装置能够与控制装置相同。在所有三种情况下可行的是，监控装置根据驱控状态的时间上的曲线来得出导出的热量和/或转换装置局部温度，控制装置利用驱控状态驱控转换装置。

替代地，可行的是，监控装置接收导出的热量和/或转换装置的局部温度的直接数值，例如相应的测量值。

可行的是，固定地设置界限速度。替代地，可行的是，监控装置根据冷却液的温度得出界限速度。

此外，通过具有权利要求6的特征的转换装置的监控装置的计算机程序来实现该目的。根据本发明，将开头所述种类的计算机程序设计为，通过监控装置引起机器代码的处理，使得监控装置实施根据本发明的监控方法。

此外，通过具有权利要求7的特征的监控装置来实现该目的。根据本发明，监控装置利用根据本发明的计算机程序被编程为，使得监控装置在运行中实施根据本发明的监控方法。

此外，通过具有权利要求8的特征的转换装置实现该目的。根据本发明的转换装置的有利的设计方案是从属权利要求9的内容。

根据本发明，转换装置具有根据本发明的监控装置，该监控装置在运行中实施根据本发明的监控方法。

优选地，转换装置构造为变频器。该应用表示为特别频繁且关键的应用情况。

附图说明

根据下面结合附图对实施例的描述，更清楚地解释本发明的特性、特征和优点以及如何实现他们的方式和方法。在此，在示意图中示出了：

图1示出了转换装置，

图2示出了流程图，

图3示出了特征线，

图4示出了另外的转换装置和

图5示出了另外的流程图。

具体实施方式

根据图1，借助于转换装置1，将输送给转换装置1的输入功率Pin转换成输出功率Pout，该输出功率由转换装置1给出。输出功率Pout比输入功率Pin小。在输入功率Pin与输出功率Pout之间的差值对应于由转换装置1引起的损失功率δP。转换装置1根据图1中的示意图构造为变频器。借助于变频器，能够例如将直流电压(能够通过在转换装置1的输入端的“+”和“-”来识别)转换成交流电压(具体为三相交流电压，能够通过在转换装置1的输出端的三根导线来识别)。但是，转换装置1的其他的设计方案也是可行的。特别地，变频器还能够在相反的方向上工作或者转换装置1能够被设计成其他类型，例如设计作为内燃机。

在许多情况下，借助于控制装置2控制转换装置1。在这种情况下，控制装置2将相应的控制信号C传递给转换装置1。控制信号C确定相应的驱控状态Z，控制装置2利用该驱控状态来驱控转换装置1。

转换装置1具有冷却剂循环3。冷却剂循环3通常包括冷却主体4、热交换器5、水泵6以及在冷却主体4、热交换器5与水泵6之间的配属的导线7。冷却剂8在冷却剂循环3中流动，借助于冷却剂来冷却转换装置1。冷却剂8经常为水，能够在水中添加特定的添加剂。借助于冷却主体4热量从转换装置1中导出。该热量基本上与损失功率δP相一致。因此，之后将导出的热量与损失功率δP看成一样的。借助于热交换器5，从冷却剂循环3中导出需要的热量，例如排出到环境中。水泵6负责将充分数量的冷却剂8从冷却主体4引导至热交换器5，并且从热交换器5再次引导至冷却主体4。水泵6经常为可调节的水泵。如果情况确实如此，水泵6由控制装置2控制。

此外，转换装置1具有监控装置9。监控装置9利用计算机程序10被编程。计算机程序10包括机器代码11，该机器代码11由监控装置9直接处理。根据监控装置9利用计算机程序10的编程和于此相应的机器代码11的处理，通过监控装置9实现了监控装置9实施监控方法，该方法在下面结合图2被详细地阐明。

根据图2监控装置9在步骤S1中接收转换装置1和/或冷却剂循环3的运行数据。

根据本发明，运行数据至少包括冷却剂循环3的流入温度TV、即冷却剂8以这种温度输入到冷却主体4。通常借助于相应的温度传感器12在测量技术方面检测流入温度TV。此外，转换装置1的局部温度TL作为另外的运行数据输入给监控装置9。局部温度TL(在变频器中例如为半导体的阻挡层温度)通常借助于相应的温度传感器13在测量技术方面被检测。输入功率Pin和输出功率Pout或者损失功率δP的测量值或者计算得出的值和因此每单位时间中导出的热量的特征值的结果能够被输送到监控装置9作为另外的运行数据。

在步骤S2中，监控装置9能够例如首先得出热阻Rth。通过监控装置9形成局部温度TL与流入温度TV的差值并且将该差值除以输入功率Pin和输出功率Pout的差值，监控装置能够特别地得出根据图2中的示意图的热阻Rth。输入功率Pin和输出功率Pout的差值对应于如上所述的、损失功率δP和因此基本上每单位时间导出的热量。此后，在步骤S3中，监控装置9能够根据得出的热阻Rth得出流速v。

根据得出的热阻Rth，能够例如根据图3中的示意图根据监控装置9已知的特征线K来得出流速v，特征线K描述了作为热阻Rth的函数的流速v的函数曲线(或者相反)。特征线K能够例如根据冷却剂循环3的几何数据或者基于测量顺序来得出。从在图3中的特征线K的示意图中还特别明显的是，热阻Rth在高体积流量和因此高的流速v时趋向于恒定值，而在较小体积流量时热阻升高。

在步骤S4中，监控装置9将得出的流速v与界限速度vG相比较。

可行的是，固定地预设监控装置9的界限速度vG。但是优选地，监控装置9在步骤S4之前的步骤S5中得出界限速度vG。在这种情况下，监控装置9根据冷却液8的温度TR得出界限速度vG。在得出界限速度vG的范畴内，监控装置9还利用冷却剂循环3的材料和冷却剂8的化学组分。然而监控装置9必须只能预设一次这些数值，因为在转换装置1和冷却剂循环3的运行中不能改变这些数值。

优选地，使用这种温度作为冷却液8的温度TR，该温度出现在冷却剂循环3的回流中，即随后冷却剂8流过冷却主体4。只要利用温度TR，就借助于相应的温度传感器14检测该温度TR。因为步骤S5仅仅是可选地存在的，在图2中步骤S5以虚线示出。然而还能够替代地应用流入温度TV。然而，最好应用回流温度TR，因为回流温度TR高于流入温度TV，并且界限速度vG(只要存在任何界限速度vG的温度相关性)在较高的温度的情况下通常低于在较低的温度的情况下。

如果监控装置9在步骤S4中确定流速v达到或者超过了界限速度vG，那么监控装置9跳转到步骤S6。在步骤S6中，监控装置9采取特殊反应。例如，监控装置9能够发出警报信息M1。警报信息M1能够例如经由人机接口15输出至操作员16。替代地或者附加地，能够输出至控制装置2。在这种情况下，控制装置2能够例如调节水泵6的驱控，使得流速v减小。必要时，控制装置2能够附加地调节转换装置1的驱控，使得积累较低的损失功率δP。替代地或者附加地，输出至其他装置17处是可行的，例如远程的计算装置，该计算装置未连接在转换装置1和水泵6的控制器中。监控装置9由步骤S6返回至步骤S1。

相反地，如果监控装置9在步骤S4中确定流速v未达到界限速度vG，可行的是，监控装置9由步骤S4直接返回至步骤S1。在这种情况下，监控装置9完全不采取反应。例如不输出警报信息M1。替代地，可行的是，监控装置9在流速v未达到界限速度vG的情况下，跳转到步骤S7。因为步骤S7仅为可选择地存在，步骤S7(类似于步骤S5)在图2中以虚线示出。

如果步骤S7存在，监控装置9在步骤S7中采取正常反应。例如监控装置9能够给出OK信息M2。OK信息M2能够以同样的方式和方法如警报信息M1经由人机接口15输出至操作员16和/或其他装置17。

正常反应是一种与特殊反应不同的反应。如果例如给出警报信息M1引起了驱控人机接口15的信号灯，使得使信号灯闪烁红光，那么输出OK信息M2包括使信号灯持续亮起绿灯。显而易见地，其他方法也是可行的。

随后结合图4和图5阐明了转换装置1的另外的可行的设计方案并且与此相匹配的监控装置9的运行状态。

在根据图4的如在图4中通过虚线框示出的设计方案中，实现了以下三种可行性之一：

-监控装置9与控制装置2连接或者

-监控装置9与控制装置2形成结构单元或者

-监控装置9与控制装置2相同。

在这种情况下可行的是，控制装置2将控制装置2已知的数据传递给监控装置9。具体地，在这种情况下控制装置2将控制信号C或者由此产生的驱控状态Z传递至监控装置9。根据图5在步骤S11中，监控装置9接收控制信号C或者驱控状态Z。

在步骤S12中，在这种情况下，监控装置9根据控制信号C或者驱控状态Z得出损失功率δP(或者导出的热量)和/或转换装置1的局部温度TL。必要时，在上下文中，监控装置9还能够考虑前面的控制信号C或者驱控状态Z，使得监控装置根据驱控状态Z的时间上的曲线得出损失功率δP(或者导出的热量)和/或转换装置1的局部温度。

在步骤S13中，监控装置9(类似于图2的步骤S1)接收流入温度TV(并且或许还接收回流温度TR)。

在步骤S13之后紧接着步骤S14至S19。步骤S14至S19与图2的步骤S2至S7 1:1对应。因此，参考相应的步骤S2至S7的实施。

本发明具有许多优点。特别地，能够在线并且几乎实时地得出当前流速v。在此基础上，能够在需要时采取安全相关的反应。为了检测需要的测量值，通常能够使用已经存在的组件。能够保护冷却剂循环3的氧化层并且因此明显提高冷却剂循环3的使用寿命。

尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不被公开的实例限制，并且本领域的技术人员能够在不脱离本发明的保护范围内推导出其他变体方案。