DE102010056283A1 - Wärmeübertragungssystem - Google Patents

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DE102010056283A1
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Thomas Haltmeier
Dr. Böttcher Christof
Helmut Walter
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Volkswagen AG
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Abstract

Bei dem Wärmeübertragungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem als Wärmepumpenkreislauf (1) ausgebildeten Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Kompressor (4) und einen Heizungswärmetauscher (5) aufweist und mittels zumindest eines Kältemittel-/Fluidwärmetauschers (3, 13, 13') mit einem Fluidkreislauf (2) mit zumindest einer Wärmequelle, insbesondere einer Leistungselektronikkomponente (8) oder einem Elektromotor (9), thermisch gekoppelt oder koppelbar ist, ist zumindest ein Peltier-Wärmetauscher vorgesehen, welcher mit einem Kaltbereich aus dem Fluidkreislauf (2) einen Wärmestrom aufnehmen und mittels zumindest eines thermischen Kopplungselements dem Wärmepumpenkreislauf (1) zur Verfügung stellen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmeübertragungssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Wärmeübertragungssystem.
  • Zum Heizen des Fahrgastraums eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ist es bekannt, einen Kältemittelkreislauf als Wärmepumpenkreislauf auszubilden. Dabei wird ausgehend von einem hohen Temperaturniveau in einem Kühlheizkreislauf bestimmter Komponenten im Fahrzeug, insbesondere elektrischer Komponenten oder eines Verbrennungsmotors ein Wärmestrom in Richtung des Wärmepumpenkreislaufs erzeugt. Dadurch wird dem Kühlheizkreislauf Wärme entzogen und dieser dadurch abgekühlt. Gleichzeitig wird dem Wärmepumpenkreislauf Wärme zugeführt, Es wird also zur Erhöhung der im Wärmepumpenbetrieb zur Verfügung stehenden Wärmemenge in den Wärmepumpenkreislauf ein Wärmetauscher eingebunden, der an eine geeignete Wärmequelle angeschlossen ist.
  • Aus der DE 199 30 148 A1 ist eine Temperatursteuerung in einem Elektrofahrzeug bekannt, die einen Kühlmittelkreislauf aufweist, welcher wiederum einen Primärkreis und einen Sekundärkreis umfasst. Ferner umfasst das Fahrzeug einen Flüssigkeitskühlkreis zum Kühlen der Batterien und des elektrischen Antriebssystems des Fahrzeugs. Der Kühlkreis umfasst dabei einen Abzweigkreis, welcher einen Wärmetauscher des Typs Flüssigkeit/Luft enthält, um zumindest teilweise einen inneren Wärmetauscher in einen Heizmodus des Primärkreises zu entlasten. Aus der US 2008/0202722 A1 ist ein Klimaanlagensystem für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem Kältemittelkreislauf, der eine Mehrzahl von Wärmetauschern aufweist, die als Heizer oder als Verdampfer fungieren können. Ferner ist zumindest ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen, der einen Wärmeaustausch des Kältemittelkreislaufs mit einem separaten Kühlkreislauf ermöglicht. Aus der US 6,118,009 ist bereits ein reversibles Heizventil-Klimaanlagensystem mit einer Wärmepumpe und einem elektrischen Heizer für einen Passagierraum bekannt. Dabei wird mittels eines zusätzlichen Wärmetauschkreislaufs zum Kühlen einer Batterie Wärme von der Batterie zum zusätzlichen Heizen des Passagierraums eingesetzt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, mit einem als Wärmepumpenkreislauf ausgebildeten Kältemittelkreislauf das Thermomanagement des Wärmepumpenkreislaufs zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Wärmeübertragungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug ist mit einem als Wärmepumpenkreislauf ausgebildeten Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Kompressor und einen Heizungswärmetauscher aufweist und mittels zumindest eines Kältemittel-/Fluidwärmetauschers mit einem Fluidkreislauf zumindest einer Wärmequelle, insbesondere einer Leistungselektronikkomponente oder eines Elektromotors, thermisch gekoppelt oder koppelbar ist, versehen. Ein Peltier-Wärmetauscher ist vorgesehen, welcher mit einem Kaltbereich mit dem Fluidkreislauf gekoppelt oder koppelbar ist und aus dem Fluidkreislauf einen Wärmestrom aufnehmen kann und mittels zumindest eines thermischen, mit dem Wärmepumpenkreislauf gekoppelten oder koppelbaren Kopplungselements einen Wärmestrom dem Wärmepumpenkreislauf zur Verfügung stellen kann. Das thermische Kopplungselement kann dabei direkt oder indirekt thermische in den Wärmepumpenkreislauf eingebunden sein.
  • Als Kalt- bzw. Warmbereich des Peltier-Wärmetauschers wird hier die Kaltseite bzw. Warmseite einer thermoelektrischen Komponente bezeichnet, die zwischen Fluidpfaden angeordnet ist, in denen ein Medium geführt werden kann, insbesondere das Kältemittel des Kältekreislaufs oder das Fluid des Fluidkreislaufs. Der Peltier-Wärmetauscher weist ein thermisches Koppelelement an seinem Kaltbereich (Kaltseite fluidseitig), ein thermisches Koppelelement an seinem Warmbereich (Warmseite fluidseitig oder kältemittelseitig) und dazwischen liegend, also thermisch in Reihe und thermisch gekoppelt sowohl an den Kaltbereich (Kaltseite) als auch an den Warmbereich (Warmseite) eine thermolelektrische Komponente.
  • Der Fluidkreislauf kann zumindest eine Fluidpumpe aufweisen.
  • Bei dem Wärmeübertragungssystem ist vorzugsweise der Kältemittelkreislauf ferner als Kälteanlagenkreislauf ausgebildet und umfasst Umschaltventile für den Wechsel vom Kälte- auf Wärmepumpenbetrieb im Kältekreislauf sowie weitere Wärmetauscher an die Umgebung, insbesondere einen Kältemittel-/Luft-Wärmetauscher beziehungsweise Kondensator am Frontend.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältemittel-/Fluidwärmetauscher als Peltier-Wärmetauscher ausgebildet und das thermische Koppelelement als ein Warmbereich des Peltier-Wärmetauschers ausgebildet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Zusatz-Fluidkreislauf vorgesehen, der thermisch mittels des Kältemittel-/Fluidwärmetauscher mit dem Wärmepumpenkreislauf und mittels eines Fluid-/Fluidwärmetauschers mit dem Fluidkreislauf gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das thermische Koppelelement als ein Warmbereich des Fluid-/Fluidwärmetauschers ausgebildet ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Peltier-Wärmetauscher als innerer Wärmetauscher des Fluidkreislaufs ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Wärmequelle an einer Position stromab eines Kaltbereichs und stromauf des eines Warmbereichs des Peltier-Wärmetauschers im Fluidkreislauf angeordnet oder anordenbar ist, und zumindest eine Fluidseite des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers stromauf des besagten Kaltbereichs und stromab des besagten Warmbereichs des Peltier-Wärmetauschers im Fluidkreislauf angeordnet oder anordenbar ist. Das thermische Koppelelement ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung als Fluidseite des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers ausgebildet.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Fluidkreislauf zumindest einen Zusatz-Wärmetauscher aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zusatz-Wärmetauscher im Fluidkreislauf unmittelbar stromabwärts der zumindest einen Wärmequelle angeordnet oder anordenbar ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zusatz-Wärmetauscher im Fluidkreislauf zwischen der Fluidseite des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers und dem Kaltbereich des Peltier-Wärmetauschers angeordnet oder anordenbar ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Peltier-Wärmetauscher als Sandwichmodul ausgebildet ist, mit zumindest einem Kalt-Fluidpfad für ein Kalt-Medium und zumindest einem Warm-Fluidpfad für ein Warm-Medium, wobei zwischen je einem Kalt-Fluidpfad und je einem Warm-Fluidpfad zumindest eine thermoelektrische Komponente derart angeordnet ist, dass ihr Warmbereich dem Warm-Fluidpfad und ihr Kaltbereich dem Kalt-Fluidpfad zugeordnet ist, wobei sie thermisch gesehen in Reihenschaltung eingebunden ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest zwei der Warm-Fluidpfade zwischen einem oberen Warmsammler und einem unteren Warmsammler angeordnet sind und zumindest zwei Kalt-Fluidpfade zwischen einem oberen Kaltsammler und einem unteren Kaltsammler angeordnet sind und die Warm-Fluidpfade und die Kalt-Fluidpfade derartig angeordnet sind, dass das Sandwichmodul nach einem Gegenstromprinzip mit oder ohne Umlenkung eines in dem Warm-Fluidpfad oder Kalt-Fluidpfad geführten Mediums betreibbar ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Warm-Medium ein Kältemittel des Kältekreislaufs und das Kalt-Medium ein Fluid des Fluidkreislaufs ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Warm-Medium ein Fluid des Kältekreislaufs und das Kalt-Medium ein Fluid des Fluidkreislaufs ist.
  • Besonders vorteilhaft findet das der Erfindung folgende Wärmeübertragungssystem Einsatz in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Elektro-, oder Hybridfahrzeug.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder dargestellte, Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination die Erfindung, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen und können insbesondere auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Erfindungen sein. Gleiche, ähnliche und/oder zumindest gleiche Teile sind mit Bezugszeichen versehen.
  • Es zeigen
  • 1 einen Wärmepumpenkreislauf mit einem thermisch gekoppelten Fluidkreislauf,
  • 2 einen Wärmepumpenkreislauf mit einem Fluidkreislauf und einem Zusatz-Fluidkreislauf,
  • 3 einen Wärmepumpenkreislauf mit einem Fluidkreislauf mit einem inneren Wärmetauscher,
  • 4 einen als Sandwich-Modul ausgebildeten Peltier-Wärmetauscher,
  • 5 einen weiteren als Sandwich-Modul ausgebildeten Peltier-Wärmetauscher,
  • 6 einen weiteren als Sandwich-Modul ausgebildeten Peltier-Wärmetauscher.
  • 1 zeigt ein Wärmeübertragungssystem mit einem als Wärmepumpenkreislauf 1 ausgebildeten Kältemittelkreislauf eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs oder eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor mit Niedertemperaturabgasen. Der Wärmepumpenkreislauf 1 ist von einem Kältemittel durchströmbar und dient zum Klimatisieren eines nicht näher dargestellten Innenraums des Kraftfahrzeugs mittels einer Klimaanlage. Es versteht sich, dass die einzelnen Komponenten der Klimaanlage bzw. des Wärmepumpenkreislaufs 1 über ein Steuergerät mit dazugehörigen Sensoren, Aktuatoren und elektrischen Anschlüssen gesteuert bzw. geregelt wird. Der Wärmepumpenkreislauf ist an einen als Kühl-/Heizkreislauf ausgebildeten Fluidkreislauf 2 thermisch gekoppelt, mittels dem zumindest eine Wärmequelle, insbesondere eine Leistungselektronikkomponente 8 oder ein Elektromotor 9 gekühlt werden kann und der gleichzeitig im Wärmepumpenkreislauf 1 Wärme zur Heizung zur Verfügung stellen kann. Der Wärmepumpenkreislauf umfasst zumindest einen Kompressor 4, einen diesem stromabwärts des Kältemittelstroms angeordneten Heizungswärmetauscher 5 und einen diesem nachgeschalteten Expansionsorgan 6. Das Kältemittel zirkuliert in einer Kältemittelleitung 1'. Der Fluidkreislauf 2 umfasst zumindest eine Fluidpumpe 7. Das Fluid zirkuliert in einer Fluidleitung 2'. Kältemittelkreislauf 1 und Fluidkreislauf 2 sind mittels eines Kältemittel-/Fluidwärmetauschers 3 thermisch gekoppelt, der als Peltier-Wärmetauscher ausgebildet ist. Auch der Peltier-Wärmetauscher weist einen Kaltbereich und einen Warmbereich auf, wobei der Kaltbereich thermisch an den Fluidkreislauf koppelt und aus dem Fluidkreislauf einen Wärmestrom aufnehmen kann. Der Warmbereich des Peltier-Wärmetauschers dient als thermisches Kopplungselement und koppelt thermisch an den Wärmepumpenkreislauf 1 und ermöglicht es dem Wärmepumpenkreislauf einen Wärmestrom zur Verfügung zu stellen. Mittels des Peltier-Wärmetauschers kann dem Fluidkreislauf 2 auf sehr effiziente Weise zusätzlich Wärmeleistung entzogen und dem Wärmepumpenkreislauf 1 zugeführt werden.
  • Der prinzipielle Aufbau eines als Sandwich-Modul ausgebildeten Peltier-Wärmetauschers ist in Zusammenhang mit den 46 genauer erläutert. Der Fluidkreislauf 2 weist ferner einen optionalen Wärmetauscher 10 auf, der vorzugsweise als Umweltwärmetauscher ausgebildet ist und insbesondere im Fall relativ hoher Abwärmetemperaturen und/oder -mengen der Leistungselektronikkomponente 8 und/oder des Elektromotors 9 vorteilhaft eingesetzt werden kann. Der erfindungsgemäße Einsatz des Peltier-Wärmetauschers ermöglicht es vor allem bei niedrigen Temperaturen, dass das Temperaturniveau und damit auch die Kältemitteldichte im thermisch gekoppelten Kältemittelkreislauf im Bereich des Ansaugpunktes des Kompressors 4 relativ hoch sind. Damit kann auch bei relativ niedrigen Temperaturen im Fluidkreislauf ein relativ hoher Kältemittelmassenstrom im Kältemittelkreislauf erreicht und damit die erzielbare Leistung erhöht werden. Bei konventionellen Kältemitteln wäre ansonsten bei niedrigen Temperaturen im Kältemittelkreislauf und damit einhergehenden niedrigen Kältemitteldichten im Ansaugpunkt des Kompressors die erzielbare Leistung aufgrund des niedrigen geförderten Massenstroms sehr niedrig. Ferner ermöglicht der Einsatz des Peltier-Wärmetauschers eine beschleunigte Bereitstellung ausreichender Wärmeleistungen für den Kältemittelkreislauf,
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Zusatz-Fluidkreislauf 2a vorgesehen ist. Der Zusatz-Fluidkreislauf 2a ist mittels eines Fluid-/Fluidwärmetauschers 12 mit dem Fluidkreislauf 2 thermisch gekoppelt, wobei dieser mit dem in 1 dargestellten Fluidkreislauf 2 übereinstimmt. Der Fluid-/Fluidwärmetauscher 12 ist als Peltier-Wärmetauscher ausgebildet. Ferner ist der Zusatz-Fluidkreislauf 2a mittels eines Kältemittel-/Fluidwärmetauschers 13 mit dem Wärmepumpenkreislauf 1 thermisch gekoppelt. Vorzugsweise ist der Kältemittel-/Fluidwärmetauscher 13 ohne den Einsatz von Peltier-Elementen ausgebildet. In dem Zusatz-Fluidkreislauf 2a ist ferner eine Fluidpumpe 11 vorgesehen. Der Zusatz-Fluidkreislauf 2a hat eine relativ geringe thermische Masse und kann daher schnell aufgeheizt werden, so dass die Reaktion des Gesamtsystems schneller erfolgen kann. Im Übrigen entspricht die Funktion des Fluid-/Fluidwärmetauschers 13 der Funktion des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers 3 in der 1.
  • In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt mit einem im Fluidkreislauf 2 vorgesehenen inneren Wärmetauscher 12', der als Peltier-Wärmetauscher ausgebildet ist. Die Leistungselektronikkomponente 8 sowie der Elektromotor 9 sind stromab des Kaltbereichs des Wärmetauschers 12' und stromauf seines Warmbereichs im Fluidkreislauf angeordnet. Damit kann ein Wärmestrom aus dem Fluidkreislauf vor den zu kühlenden Komponenten 8 und 9 entnommen und nach den Komponenten 8 und 9 und vor dem Wärmetauscher 13 bzw. der Fluidseite des Wärmetauschers 13 abgegeben werden. Auch der in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann ein optionaler Wärmetauscher 10, analog den Ausführungsform der 1 und 2, vorgesehen sein. Bei ausreichend hohen Temperaturniveaus und großen Abwärmemengen der Komponenten 8 oder 9 im Fluidkreislauf 2 ist eine Abwärmenutzung im Kältekreislauf 1 auch ohne Bestromung der thermoelektrischen Komponenten im Peltier-Wärmetauscher 12' möglich. Der ansonsten vorhandene Nachteil eines thermischen Widerstandes innerhalb des Peltier-Wärmetauschers in Folge der thermischen Reihenschaltung der Peltier-Elemente im nicht bestromten Zustand entfällt daher.
  • Der bei der Erfindung eingesetzte Peltier-Wärmetauscher kann vorteilhaft als Sandwich-Modul ausgebildet sein, der zumindest eine thermoelektrische Komponente beinhaltet, die als thermoelektrischer Wandler arbeitet und zwischen Fluidpfaden angeordnet ist, in denen ein Medium geführt werden kann. Ein derartiger Wandler weist einen Kaltbereich (Kaltseite) und einen Warmbereich (Warmseite) auf, wobei bei einer Bestromung mittels einer angelegten Gleichspannung die Kaltseite als Wärmesenke und die Warmseite als Wärmequelle dient. Bei einer Umkehr der angelegten Spannung wirkt die vorherige Kaltseite als Wärmequelle und die vorherige Warmseite als Wärmesenke. Es kann also durch Zuführen eines elektrischen Gleichstroms ein Wärmestrom erzeugt werden, der abhängig von der Richtung der angelegten elektrischen Spannung in beide Richtungen zwischen den Seiten der thermoelektrischen Komponente gerichtet sein kann. Die thermoelektrische Komponente kann vorzugsweise schicht- oder plattenförmig ausgebildet sein, wobei die Schicht bzw. Platte eine Vielzahl von aus thermoelektrischen Materialien bestehenden Pellets, in erster Linie Halbleitermaterialien, beispielsweise p-Halbleiter und n-Halbleiter umfasst.
  • Als Kalt- bzw. Warmbereich des Peltier-Wärmetauschers wird hier die Kaltseite bzw. Warmseite der thermoelektrischen Komponente bezeichnet, die zwischen den Fluidpfaden angeordnet ist. Die entsprechenden Sandwich-Module sind in den 4 bis 6 dargestellt.
  • Die Strömungsrichtungen des die Fluidpfade durchströmenden Mediums sind in den 4 bis 6 durch Pfeile angedeutet. Die Fluidpfade sind bevorzugt als Flachrohre ausgebildet, zwischen denen die thermoelektrischen Komponenten angeordnet und Wärme leitend mit diesen verbunden oder durch Löt- oder Klebeverbindungen unmittelbar auf die Außenwandungen angebracht sind.
  • In 4 ist eine Ausführungsform eines Peltier-Wärmetauschers, der als Sandwich-Modul 20 ausgebildet ist, dargestellt. Das Sandwich-Modul 20 umfasst Kalt-Fluidpfade 22a, 22b für ein Kalt-Medium und Warm-Fluidpfade 24a, 24b für ein Warm-Medium. Bei dem Warm-Medium kann es sich um ein Kältemittel des Kältekreislaufs und beim Kaltmedium um ein Fluid des Fluidkreislaufs handeln, wobei der betreffende Peltier-Wärmetauscher ein Kältemittel-/Fluidwärmetauscher, beispielsweise der Wärmetauscher 3 in 1 sein kann. Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Warm-Medium und das Kalt-Medium ein Fluid des Fluidkreislaufs sind, wie beispielsweise die Wärmetauscher 12, 12' der 2 bzw. 3.
  • Bei dem Peltier-Wärmetauscher der 4 ist zwischen je einem Kalt-Fluidpfad 22a, 22b und einem Warm-Fluidpfad 24a, 24b zumindest eine thermoelektrische Komponente 21 angeordnet, wobei ihr Warmbereich 25 dem Warm-Fluidpfad 24a, 24b und ihr Kaltbereich 23 dem Kalt-Fluidpfad 22a, 22b zugeordnet ist. Die thermoelektrische Komponente 21 wird im Betrieb des Peltier-Wärmetauschers derart bestromt, dass ein Wärmestrom von einer Kaltseite zur Warmseite erzeugt wird. Zur Optimierung des Wärmeübergangs sind die Kalt-Fluidpfade und Warm-Fluidpfade so angeordnet, dass die in ihnen geführten Medien nach dem Gegenstromprinzip aneinander vorbeigeführt werden. Die Kalt-Fluidpfade 22a, 22b sind jeweils zwischen einem oberen und einem unteren Kalt-Sammler 22, 22' angeordnet. Ebenso sind die Warm-Fluidpfade 24a, 24b zwischen einem oberen Warm-Sammler 24 und einem unteren Warm-Sammler 24' angeordnet.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Peltier-Wärmetauschers mit einem Sandwich-Modul 30 und Kalt-Fluidpfaden 22a, 22c sowie Warm-Fluidpfaden 24a und 24c, wobei die Sammler 22, 22' und 24, 24' derart angeordnet sind, dass ein die Fluidpfade durchströmendes Medium nach jeder Durchströmung mäanderförmig seine Richtung ändert.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Peltier-Wärmetauschers mit einem Sandwich-Modul 40 und Kalt-Fluidpfaden 22a, 22b sowie Warm-Fluidpfaden 24a und 24b bei dem ebenfalls, wie in 5 eine Umlenkung von in den Fluidpfaden geführten Medien durch Sammler 22, 22' und 24, 24' bewirkt wird.
  • Die Kalt-Fluidpfade 22a, 22b bzw. Warm-Fluidpfade 24a, 24b sind Teil der entsprechenden Leitungen des Kreislaufs, in denen das Fluid bzw. das Kältemittel zirkuliert.
  • Es versteht sich, dass die in den 13 dargestellten Systemarchitekturen auch mit Peltier-Wärmeaustauschern realisierbar sind, die von den in den 46 dargestellten Ausführungsformen unterschiedlich aufgebaut sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Wärmepumpenkreislauf
    2
    Fluidkreislauf
    2a
    Zusatz-Fluidkreislauf
    3
    Kältemittel-/Fluidwärmetauscher mit integrierten Peltier-Elementen
    4
    Kompressor
    5
    Heizungswärmetauscher
    6
    Drossel
    7
    Fluidpumpe
    8
    Leistungselektronikkomponente
    9
    Elektromotor
    10
    Zusatz-Wärmetauscher
    11
    Fluidpumpe
    12
    Fluid-/Fluid-Wärmetauscher
    12'
    Peltier-Wärmetauscher
    13
    Kältemittel-/Fluidwärmetauscher
    20
    Sandwich-Modul
    21
    thermoelektrische Komponente
    22
    oberer Kalt-Sammler
    22'
    unterer Kalt-Sammler
    22a
    Kalt-Fluidpfad
    22b
    Kalt-Fluidpfad
    22c
    Kalt-Fluidpfad
    23
    Kaltseite
    24
    oberer Warm-Sammler warmes Fluid
    24'
    unterer Warm-Sammler
    24a
    Warm-Fluidpfad
    24b
    Warm-Fluidpfad
    24c
    Warm-Fluidpfad
    25
    Warmseite
    30
    Sandwich-Modul
    40
    Sandwich-Modul
  • 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 19930148 A1 [0003]
    • US 2008/0202722 A1 [0003]
    • US 6118009 [0003]

Claims (12)

  1. Wärmeübertragungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem als Wärmepumpenkreislauf (1) ausgebildeten Kältemittelkreislauf, der zumindest einen Kompressor (4) und einen Heizungswärmetauscher (5) aufweist und mittels zumindest eines Kältemittel-/Fluidwärmetauschers (3, 13, 13') mit einem Fluidkreislauf (2) mit zumindest einer Wärmequelle, insbesondere einer Leistungselektronikkomponente (8) oder einem Elektromotor (9), thermisch gekoppelt oder koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Peltier-Wärmetauscher vorgesehen ist, welcher mit einem Kaltbereich mit dem Fluidkreislauf (2) gekoppelt oder koppelbar ist und aus dem Fluidkreislauf (2) einen Wärmestrom aufnehmen kann und mittels zumindest eines thermischen Kopplungselements einen Wärmestrom dem Wärmepumpenkreislauf (1) zur Verfügung stellen kann.
  2. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-/Fluidwärmetauscher (3) als Peltier-Wärmetauscher und das thermische Koppelelement als ein Warmbereich des Peltier-Wärmetauschers ausgebildet ist.
  3. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatz-Fluidkreislauf (2a) vorgesehen ist, der thermisch mittels des Kältemittel-/Fluidwärmetauscher (13) mit dem Wärmepumpenkreislauf (1) und mittels eines als Peltier-Wärmetauscher ausgebildeten Fluid-/Fluidwärmetauschers (12) mit dem Fluidkreislauf (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das thermische Koppelelement als ein Warmbereich des als Peltier-Wärmetauscher ausgebildeten Fluid-/Fluidwärmetauschers (12) ausgebildet ist.
  4. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Wärmetauscher (12') des Fluidkreislaufs (2) vorgesehen ist, der als Peltier-Wärmetauscher als ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Wärmequelle des Fluidkreislaufs (2) an einer Position stromab eines Kaltbereichs und stromauf eines Warmbereichs des Peltier-Wärmetauscher im Fluidkreislauf (2) angeordnet oder anordenbar ist, und das thermische Koppelelement als Fluidseite des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers (13) ausgebildet ist, welche stromauf des besagten Kaltbereichs und stromab des besagten Warmbereichs des Peltier-Wärmetauschers im Fluidkreislauf (2) angeordnet oder anordenbar ist.
  5. Wärmeübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkreislauf (2) zumindest einen Zusatz-Wärmetauscher 10 aufweist.
  6. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 5, soweit auf Anspruch 2 oder 3 zurück bezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Wärmetauscher (10) im Fluidkreislauf (2) unmittelbar stromabwärts der zumindest einen Wärmequelle angeordnet oder anordenbar ist.
  7. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 5, soweit auf Anspruch 4 zurück bezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Wärmetauscher (10) im Fluidkreislauf (2) zwischen der Fluidseite des Kältemittel-/Fluidwärmetauschers (13) und dem Kaltbereich des Peltier-Wärmetauschers (12') angeordnet oder anordenbar ist.
  8. Wärmeübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Peltier-Wärmetauscher als Sandwichmodul (20, 30, 40) ausgebildet ist, mit zumindest einem Kalt-Fluidpfad (22a, 22b) für ein Kalt-Medium und zumindest einem Warm-Fluidpfad (24a, 24b) für ein Warm-Medium, wobei zwischen je einem Kalt-Fluidpfad (22a, 22b) und je einem Warm-Fluidpfad (24a, 24b) zumindest eine thermoelektrische Komponente (21) derart angeordnet ist, dass ihr Warmbereich (25) dem Warm-Fluidpfad (24a, 24b) und ihr Kaltbereich (23) dem Kalt-Fluidpfad (22a, 22b) zugeordnet ist.
  9. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Warm-Fluidpfade (24a, 24b) zwischen einem oberen Warmsammler (24') und einem unteren Warmsammler (24') angeordnet sind und/oder zumindest zwei Kalt-Fluidpfade (22a, 22b) zwischen einem oberen Kaltsammler (22) und einem unteren Kaltsammler (22') angeordnet sind und die Warm-Fluidpfade (24a, 24b) und die Kalt-Fluidpfade (22a, 22b) derartig angeordnet sind, dass das Sandwichmodul nach einem Gegenstromprinzip mit oder ohne Umlenkung von in dem Warm-Fluidpfad (24a, 24b) oder Kalt-Fluidpfad (22a, 22b) geführten Medien betreibbar ist.
  10. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Warm-Medium ein Kältemittel des Kältekreislaufs und das Kalt-Medium ein Fluid des Fluidkreislaufs (2) ist.
  11. Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Warm-Medium ein Fluid des Kältekreislaufs und das Kalt-Medium ein Fluid des Fluidkreislaufs (2) ist.
  12. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Wärmeübertragungssystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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