CN101734142B - 用于额外冷却交通工具冷却系统中的冷却剂的方法和系统 - Google Patents

用于额外冷却交通工具冷却系统中的冷却剂的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却交通工具中的冷却剂的方法，所述交通工具包括由压缩机(10)驱动并带有冷凝器(11)、蒸发器(12)和散热器(7)的制冷剂回路(9)。本发明通过将制冷剂回路的液冷冷凝器(11)和液冷蒸发器(12)在散热器(7)的上游和/或下游与交通工具的冷却回路(2)连接、并通过使用制冷剂回路(9)在散热器(7)下游降低交通工具的冷却回路(2)中的冷却剂温度而实现。本发明还涉及一种用于冷却交通工具中的冷却剂的系统。

Description

用于额外冷却交通工具冷却系统中的冷却剂的方法和系统
技术领域
本发明一般地涉及交通工具中的冷却系统，特别地涉及包括至少一个带有冷凝器和蒸发器的压缩机驱动封闭制冷剂回路的冷却系统。本发明更特别地涉及额外冷却交通工具冷却系统中的冷却剂以使得可更有效地冷却交通工具中的部件的方法和系统，该部件通常通过空冷式低温散热器冷却。
背景技术
交通工具的发展正向越来越先进复杂的系统进行，以用于实现更好的功能性、更高的效率等。这不仅被应用于大型、重型及商用交通工具，并且可以涉及控制部件、中冷器、EGR冷却器等。这些部件中的许多都产生热量，所述热量必须以适合的方式冷却下来。
这些部件通常与交通工具中所谓的被动冷却系统连接，所述被动冷却系统通过空冷散热器冷却掉部分多余的热量。特别地，当交通工具在温暖气候的地区行驶时，实现足够有效的冷却变得越来越困难，因此各个部件都不得不在不利的温度条件下运转。冷却剂的温度和环境空气的温度之间的差减小，散热器冷却掉热量的能力被极大地减小。这意味着，特别地，必须在交通工具中使用更先进、更耐受以及因此更昂贵的能够在更高温度下运转的元件。然而，更高的增压空气和EGR的温度造成更差的发动机效率、导致更高的燃料消耗，并且承受过高热量的例如用于发动机控制的控制部件具有通常更短的寿命，或制造更昂贵。冷却控制部件的已知方法是通过柴油燃料将热量移走。
然而，现有技术没有指出借助于压缩机驱动的制冷剂回路降低交通工具冷却剂温度的简单有效的方法。
发明内容
本发明的一个目的是解决所述问题，并且提出获得更好和更有效地冷却交通工具中部件和元件的方法和系统，所述部件和元件为了有效运转需要更好地冷却。
本发明的另一个目的是用主动冷却代替经由交通工具的空冷散热器的常规被动冷却，所述主动冷却获得比可以由被动冷却达到的效果更有效的冷却剂的冷却，并且例如在交通工具行驶于温暖的环境中时特别地有利。
本发明的另一个目的是提高交通工具中冷却部件和元件的效率，从而实现更低的燃料消耗、更小的环境影响和更低的运转费用。
本发明的另一个目的是使得交通工具中的冷却部件可以基于更少的昂贵元件制成，和/或使得它们的使用寿命可以延长。
本发明的另一个目的是提出一种使用交通工具的常规冷却回路和现有的空冷散热器的解决方案。
本发明的另一个目的是提出一种简单紧凑的解决方案，使其容易地在交通工具中找到容纳的空间。
根据本发明，这些所述和其他目的通过根据本发明所指出的特征的方法和系统实现。
本发明基本上通过将压缩机驱动的制冷剂回路设置在交通工具中、以及将其二次侧与交通工具的现有低温冷却回路连接而实现，所述交通工具的现有低温冷却回路例如用于冷却增压空气、EGR气体、各种控制部件等。更特别地，制冷剂回路的冷凝器与交通工具冷却回路在散热器上游连接，以使得冷却回路中至少部分的加热的冷却剂经过冷凝器的热交换器，由此冷却剂在返回交通工具的冷却回路、直接在散热器之前被进一步加热。这样额外加热的冷却剂流动通过散热器，从而变得比另外的常规情况更温热。由于散热器中的冷却剂和例如借助于风扇冷却散热器的环境空气之间的温度差增大，散热器的冷却效果也增大，即更多的热量可以从散热器散发到环境空气中。
在冷却剂经过散热器并在其中被冷却之后，即刚好在散热器的下游，至少部分冷却剂被引导进入并通过压缩机驱动的制冷剂回路的热交换器，所述热交换器与蒸发器共同组装，在热交换器中冷却剂被进一步冷却。其后冷却剂在散热器下游被泵抽回交通工具的冷却回路，并且行进到交通工具中待冷却的部件。结果实现额外冷却冷却回路的冷却剂，从而确保交通工具中重要部件的足够冷却。
本发明原理上可以实现比被用于冷却散热器的环境空气更冷的交通工具的冷却回路中散热器之后的冷却剂温度。
当然，在运行根据本发明的压缩机系统时存在能量的费用和因此的燃料的费用，但是由于例如交通工具的发动机可以在最佳条件下运转，所以节省了更多的能量和燃料，以导致更高的效率和更低的燃料消耗。
通过在冷却剂经过低温散热器之前增加它的温度，可以因此冷却掉交通工具的冷却剂系统中更多的热量。这是因为环境空气、即横穿通过散热器的冷却空气的温度和被泵抽通过散热器的冷却剂的温度之间的差越大，通常通过散热器发挥的作用越大。
本发明的其他特征和益处通过以下陈述的本发明更详细的描述和附图及其他权利要求指出。
附图说明
参考附图以优选实施方式的形式在下面更详细地描述本发明。
图1表示本领域现有技术，并且示意地示出了基于交通工具中所谓的被动冷却的简单冷却系统。
图2示意地示出了根据本发明的所谓的主动冷却系统，其中压缩机驱动的制冷剂回路通过管线与交通工具的现有冷却回路连接，并且至少部分冷却剂经过至少一个热交换器以用于压缩机驱动的制冷剂回路中的蒸发器和/或冷凝器。
图3示意地示出了根据图2的本发明的备选实施方式，但是其中交通工具冷却回路中的整个冷却剂流动被引导通过压缩机驱动的制冷剂回路的冷凝器和蒸发器。
图4示意地示出了根据图2的本发明的另一个备选实施方式，但是其中可以调节交通工具冷却回路的冷却剂的量，以使得更大量或更小量的冷却剂可以被引导经过压缩机驱动的制冷剂回路的冷凝器和/或蒸发器。
具体实施方式
图1示出了本领域的现有技术，并且示出了使用普通“被动”冷却的基于交通工具的冷却系统1的简单示例，由此，通常呈水和乙二醇混合物形式的冷却剂例如通过机械驱动泵3泵抽，在大致封闭的冷却回路2中环绕。冷却剂经过交通工具中需要冷却的一个或多个部件4-6。这些部件可以是交通工具的发动机、发动机控制部件、EGR冷却器、中冷器等。冷却剂在被导回泵3之前，流经空冷低温散热器7。散热器7的冷却效果特别受环境空气的温度和经过散热器7的气流速度限制，并且例如在交通工具行驶于高气温地区时，散热器7的冷却效果会显著下降。这意味着不能始终获得足够的冷却，导致交通工具的重要部件和功能的更低效率以及更高的燃料费用。
图2示意地示出了根据本发明的“主动”冷却系统8。压缩机驱动的制冷剂回路9通过系统管线分别在空冷散热器7的上游和下游与交通工具现有低温冷却回路2连接。
压缩机驱动的制冷剂回路9以已知方式包括借助于通常为加压气体的制冷剂介质运转的封闭流动回路。制冷剂回路9以已知方式包括机械驱动的压缩机10、冷凝器11、蒸发器12、干式过滤器13和膨胀装置14，这些元件通过软管和/或管道系统彼此连接。制冷剂回路9通过冷凝器11散发热量，并通过蒸发器12吸收热量。在此冷凝器11和蒸发器12每一个都与它们各自的液基热交换器共同组装。制冷剂回路9的流动通过压缩机10实现，并且从压缩机10流动经过在其中散发热量的冷凝器11、经由干式过滤器13和膨胀装置14、到达在其中吸收热量的蒸发器12、并在其后返回压缩机10。
交通工具冷却回路2中的至少部分冷却剂在其经过部件4-6并被加热后，由第一冷却剂泵15引导从散热器7上游第一汇接点16a通过冷凝器11及其热交换器，在所述热交换器中所述冷却剂被进一步加热。由此被额外加热的冷却剂其后在第二汇接点16b处被引导回冷却回路2、并且其后被引导通过冷却剂在其中被环境空气冷却的散热器7，所述第二汇接点16b同样位于散热器7的上游，但是位于第一汇接点16a的下游。
图1和2表示出了在常规运转情况下可能发生的位于各个位置的典型温度水平的示例。这些温度表示大约30度的环境温度，并且仅仅是示例，当然在不同负载条件的不同运转情况之间可能发生极大的变化。
在散热器7的下游，至少部分这样的空冷冷却剂被第二冷却剂泵17抽取，经由第三汇接点16c、通过蒸发器12的热交换器、并且在冷却剂经由第四汇接点16d被引导回冷却回路2之前在所述热交换器中被进一步冷却，其中所述第四汇接点16d位于散热器7下游，也位于第三汇接点16c下游。
结果是获得了能够在交通工具中更有效地冷却需要更好冷却的部件/元件的被额外冷却的冷却剂。本发明使得可以降低散热器7之后的冷却剂温度以使其实际上低于环境空气的温度。
图3示意地示出了本发明的一个备选实施方式的示例，其中所有的冷却剂经过制冷剂回路的冷凝器和蒸发器。结果是获得了冷却回路2中的单个共用流动，而冷凝器11的热交换器和蒸发器12的热交换器的尺寸以及制冷剂回路的管道尺寸不得不增大。整个冷却剂流动经过冷凝器11和蒸发器12使得可以在这些元件中实现更有效的热交换，提高冷却系统的效率。这一系统中唯一另外需要的构件是单个共用冷却剂泵3，因为除了待冷却的部件4-6处以外没有汇接点或局部流动。
图4示意地示出了本发明的另一个备选实施方式的示例。在冷却回路2中，分别在散热器7的上游和下游设置第一和第二阀18a、b，第一阀位于第一和第二汇接点16a、b之间，而第二阀位于第三和第四汇接点16c、d之间，使得分别经过冷凝器11和蒸发器12的冷却剂的量可以按要求调节。依据每个独立场合的冷却要求，阀18a、b可以被控制为使得它们完全开启或完全关闭，或者它们可以被调节为使得它们逐步地开启或关闭流动，以使得更大或更小量的冷却剂可以被引导通过压缩机驱动的制冷剂回路9的冷凝器11和蒸发器12。
本发明还使得蒸发器12和冷凝器11连同它们各自的热交换器可以共同组装或结合在单个共用部件19中，如图4中虚线框所示，目的是创建紧凑的部件，因为所述建紧凑的部件可以容易地在交通工具中找到容纳的空间并且可以运送热的和冷的液体。
图4中指示的温度值指的是阀18a、b至少部分开启时的运转情况。
以上参考各个优选实施方式对本发明进行了描述。当然，本发明不局限于所描述的实施方式，所述实施方式仅被认为是示例。本发明的其他变化形式因此也完全可以处于附加权利要求的保护范围内。因此，压缩机驱动的制冷剂回路可以仅连接在交通工具现有散热器的下游，从而通过其蒸发器来冷却散热器下游的液体。在所述系统中，冷凝器还可以是空冷的而不是液冷的。

Claims (4)

1.一种用于冷却交通工具的冷却回路中的冷却剂的方法，所述交通工具包括由压缩机（10）驱动并且带有冷凝器（11）、蒸发器（12）和散热器（7）的制冷剂回路（9），
其特征在于，
-将所述制冷剂回路的冷凝器（11）在所述散热器（7）的上游与所述交通工具的冷却回路（2）连接，将蒸发器（12）在散热器（7）的下游与所述交通工具的冷却回路（2）连接，以及
-使用所述制冷剂回路（9）以在散热器（7）下游降低所述交通工具的冷却回路（2）中的冷却剂温度，
-将所述交通工具的冷却回路（2）中的冷却剂冷却到环境空气温度以下的温度。
2.一种用于冷却交通工具的冷却回路中的冷却剂的系统，所述系统包括由压缩机（10）驱动并带有冷凝器（11）、蒸发器（12）和散热器（7）的制冷剂回路（9），
其特征在于，
-所述制冷剂回路（9）在所述散热器（7）的上游和下游与所述交通工具的冷却回路（2）连接，以及
-所述制冷剂回路（9）适于在所述散热器（7）下游降低所述交通工具的冷却回路（2）中的冷却剂温度。
3.根据权利要求2的系统，
其特征在于，
-所述制冷剂回路（9）适于将所述冷却回路（2）中的冷却剂冷却到环境空气温度以下的温度，
-来自所述冷却回路（2）的冷却剂流动受到控制以使得至少部分冷却剂经过所述制冷剂回路（9）的冷凝器（11）和蒸发器（12）。
4.根据权利要求2-3中任一项的系统，
其特征在于，
-至少一个阀（18a、b）设置在所述散热器（7）的上游和/或下游，并且适于控制所述交通工具的冷却回路（2）中的流动以使得至少部分冷却剂经过所述冷凝器（11）和蒸发器（12）。
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