DE102011006234A1

DE102011006234A1 - Multikühlmodul für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011006234A1
Application number: DE201110006234
Authority: DE
Inventors: Seung Jin Baek
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-05-31
Also published as: US20120132401A1; JP2012112373A; US8893521B2; JP5766993B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug und genauer ein Multikühlmodul, welches zum gleichzeitigen Kühlen einer Kraftmaschine, von elektrischen Teilen und eines Kondensators durch ein oder mehrere Wärmerohre adaptiert ist. Bei dem Multikühlmodul für ein Fahrzeug sind ein oder mehrere Wärmerohre montiert, um durch zwei oder mehrere Kühlmitteldurchgangsrohre zu gehen, welche durch die gleiche Kühlsystemkerneinheit gehen.

Description

HINTERGRUND
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug. Genauer betrifft dieselbe ein Multikühlmodul, welches zum gleichzeitigen Kühlen einer Kraftmaschine, von elektrischen Teilen und eines Kondensators durch ein oder mehr Wärmerohre adaptiert ist.
(b) Hintergrund der Erfindung
In den letzten Jahren wurden Hybridfahrzeug entwickelt, welche im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor viel Wärme erzeugen und folglich ein hohes Grad an Kühlleistung erfordern, um die Haltbarkeit von elektrischen Teilen einschließlich Motoren beizubehalten.
Um dies zu erzielen, enthält ein herkömmliches Hybridfahrzeug-Kühlgerät einen Kondensator, einen Kühler für elektrische Teile, einen Kraftmaschinenkühler und Kühlgebläse. Der Kühler für elektrische Teile ist zum Kühlen von elektrischen Teilen (z. B. Fahrmotor) adaptiert und vor dem Kraftmaschinenkühler zusammen mit dem Kondensator angeordnet.
In Bezug auf 1 enthält das Kühlgerät 10, wie gezeigt, einen Kühler 12 für elektrische Teile, welcher in Bezug auf die Fahrzeugvorderseite auf der vordersten Seite angeordnet ist, einen Kondensator 14 und einen Kraftmaschinenkühler 16, welche sequentiell in bestimmten Abständen auf der Rückseite des Kühlers 12 für elektrische Teile angeordnet sind, und ein Kühlgebläse 18, welches auf der hintersten Seite zum Ansaugen von Kühlluft angeordnet ist.
Der Kühler 12 für elektrische Teile und der Kondensator 14 führen unabhängig Kühloperationen durch. Hier liefert der Kondensator 14 eine Kühlfunktion. Der Kondensator 14 bildet zusammen mit einem Kompressor und einem Verdampfer ein Kühlsystem. Der Kühler 12 für elektrische Teile arbeitet, um Kühlwasser, welche aus einem Anschlusskasten, verschiedenen Batterien, einer Steuerung und einem Fahrmotor ausgelassen werden, zu kühlen. Der Kraftmaschinenkühler 16 arbeitet, um unabhängig Kühlwasser der Kraftmaschine zu kühlen. Das herkömmliche Kühlgerät erfordert jedoch eine Kühlsystemkerneinheit im Kondensator 14, dem Kraftmaschinenkühler 16 bzw. dem Kühler 12 für elektrische Teile. Daher nimmt solch ein herkömmliches Kühlsystem einen erheblichen Platz ein und daher gilt die Installation in einem begrenzten Installationsraum nicht als vorteilhaft. Dies führt zudem zu erhöhten Herstellungskosten und einem erhöhten Gewicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte in einem Bestreben die oben beschriebenen Probleme zu lösen, welche mit dem Stand der Technik assoziiert werden. Die vorliegende Erfindung liefert im Allgemeinen ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug. Insbesondere liefert die vorliegende Erfindung ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug, welches Bezugskühltemperaturen von Kühlmitteln durch richtiges Einstellen der Stärken von einem oder mehreren Rohren an Abschnitten erfüllt, an welchen die Kühlmittel mit dem Arbeitsfluid innerhalb zumindest eines Wärmerohres Wärme austauschen. An sich wird ein gleichzeitiges Kühlen der Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) für eine Kraftmaschine, elektrische Teile und einen Kondensator durch das Wärmerohr erzielt.
Die vorliegende Erfindung liefert auch ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug, bei welchem Kühlmitteldurchgangsrohre für die Strömung eines Kühlmittels zum Kühlen der Kraftmaschine, eines Kühlmittels zum Kühlen der elektrischen Teile und eines Kondensatorkühlmittels vorgesehen sind. Insbesondere sind die Kühlmitteldurchgangsrohre konzentrisch gestapelt und angeordnet, wobei Wärmerohre durch die Außenfläche derselben gehen. An sich kann/können ein oder mehrere Wärmerohre Wärme mit dem Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine, dem Kühlmittel für elektrische Teile und dem Kondensatorkühlmittel gleichzeitig austauschen.
In einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug, wobei ein oder mehrere Wärmerohre angeordnet sind, um durch zwei oder mehr Kühlmitteldurchgangsrohre zu gehen, welche durch die gleiche Kühlsystemkerneinheit gehen.
Nach einigen Ausführungsformen können die Kühlmitteldurchgangsrohre eine Vielzahl an verschiedenen Durchgangsrohren enthalten. Beispielsweise können die Kühlmitteldurchgangsrohre nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr, ein Durchgangsrohr für das Kühlmittel für elektrische Teile und ein Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr enthalten.
In einigen Ausführungsformen können die Kühlmitteldurchgangsrohre sequentiell gestapelt und von oben nach unten in der Reihenfolge der Temperatur, beispielsweise in der Reihenfolge von einer Wärmequelle mit einer hohen Temperatur zu einer Wärmequelle mit einer geringen Temperatur, angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen können die Kühlmitteldurchgangsrohre basierend auf der Temperatur sequentiell angeordnet sein, insbesondere vom Wärmsten zum Kältesten, um gestapelt und angeordnet zu sein.
Nach einigen Ausführungsformen können verschiedene Kühlmitteldurchgangsrohre verschiedene Kühlmittel enthalten.
Nach einigen Ausführungsformen können die Temperaturen der Innenflächen der Wärmerohre eine Verdampfungstemperatur eines Arbeitsfluids in den Wärmerohren sein, wenn die Temperaturen der Außenflächen der Wärmerohre Bezugskühltemperaturen der jeweiligen Kühlmittel sind.
Nach einigen Ausführungsformen kann jedes Wärmerohr eine andere Starke an Abschnitten aufweisen, an welchen das Wärmerohr durch die Kühlmitteldurchgangsrohre zum Wärmeaustausch geht.
In einigen Ausführungsformen kann jedes Wärmerohr an Einlässen und Auslässen des jeweiligen Kühlmitteldurchgangsrohres eine andere Stärke aufweisen, wenn eine Vielzahl an Wärmerohren in dem Multikühlmodul konfiguriert ist.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Kraftmaschine, elektrische Teile und ein Kondensator mit einem oder mehreren Wärmerohren gleichzeitig gekühlt werden, um einen einzigen Kühlsystemkernabschnitt zu bilden. Folglich können die Installation der vorliegenden Multikühlmodule innerhalb eines begrenzten Installationsraumes besser ermöglicht und die Herstellungskosten und das Geweicht des Moduls verringert werden.
Es sollte klar sein, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, welche Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, welche eine Vielzahl an Booten und Schiffen. enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, welche aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben werden, welche in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, welche nachstehend nur zur Veranschaulichung gegeben sind und die vorliegende Erfindung folglich nicht beschränken und in welchen:
1 eine Ansicht ist, welche eine Anordnung eines herkömmlichen Kühlgerätes für ein Hybridfahrzeug veranschaulicht;
2 eine Konzeptionsansicht (conceptive view) ist, welche ein Wärmetauschprinzip eines gewöhnlichen Wärmerohres veranschaulicht;
3 eine schematische Ansicht ist, welche ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 Betriebszustände des Multikühlmoduls für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 eine schematische Ansicht ist, welche ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
6 Betriebszustände des Multikühlmoduls für ein Fahrzeug nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen derart detailliert beschrieben werden, dass jemand mit technischen Fähigkeiten, den die vorliegende Erfindung betrifft, die vorliegende Erfindung leicht ausüben kann.
In Bezug auf 2, welche die Struktur und das Prinzip eines Wärmerohres veranschaulicht, ist ein Material, welches als Wärmemittel oder Arbeitsfluid bezeichnet wird, innerhalb des Wärmerohres enthalten. Beispielsweise sind Wasser, Quecksilber, Methanol und Azeton alle Materialien, welche als Wärmemittel oder Arbeitsfluide gelten.
Ein herkömmliches Wärmerohr weist die allgemeine Form eines Rohres (d. h. eine hohle, rohrförmige Struktur) auf, in welchem ein Arbeitsfluid enthalten ist, und das Innere des Rohres steht üblicherweise unter Vakuum. Bei dem oben erwähnten Wärmerohr (z. B., wie in 2 gezeigt) wird das flüssige Arbeitsfluid (welches üblicherweise einen niedrigen Siedepunkt aufweist) innerhalb des Vakuumrohres in einem Verdampfer erhitzt und dann zu einem Kondensator befördert. Das Arbeitsfluid gibt dann Wärme im Kondensator ab und wird in einer Wärmeabstrahleinheit auf konvektive Weise abgekühlt. Das folglich gekühlte Arbeitsfluid kehrt dann zum Verdampfer zurück, um eine Kühlfunktion an Teilen durchzuführen.
Das derart betriebene Wärmerohr kann in wärmeabstrahlenden elektronischen Teilen, wie beispielsweise eine CPU eines Hochleistungsrechners, oder in einem Kühlschrank oder einer Klimaanlage als Wärmetauscher zum Absorbieren von Wärme installiert werden.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können das Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) in den Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohren 110, 111, den Durchgangsrohren 120, 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und den Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohren 130, 131 gleichzeitig gekühlt werden, indem sie durch ein oder mehrere Wärmerohre 140 gehen.
Um dies zu erzielen, enthält ein Multikühlmodul nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 3 veranschaulicht, beispielsweise eine Vielzahl an Wärmerohren 140, welche vorgesehen sind, um gleichzeitig durch die Innenbereiche des Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohres 110, des Durchgangsrohres 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 zu gehen, welche in drei Reihen parallel angeordnet und mit der gleichen Kühlsystemkerneinheit 100 verbunden sind.
D. h., das Wärmerohr 140 kann, wie in 3 veranschaulicht, vorgesehen sein, um das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110, das Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 gleichzeitig zu kreuzen und dieselben zu durchlaufen, welche in einer Kühlsystemkerneinheit (oder Wärmeabstrahlrippen-Kerneinheit) parallel angeordnet sind, so dass ein Kühlmittel durch die Innenbereiche der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 strömt, wodurch das an der Außenfläche des Wärmerohres 140 vorbeiströmende Kühlmittel gekühlt werden kann.
Bei einem herkömmlichen Fahrzeug sind ein Kühler für elektrische Teile, ein Kondensator und ein Kraftmaschinenkühler in Bezug auf die Vorderseite eines Fahrzeugs üblicherweise nach hinten und vorne angeordnet. Bei der vorliegenden Erfindung sind das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110, das Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 in Bezug auf die Vorderseite eines Fahrzeugs jedoch von oben nach unten angeordnet.
Angesichts der Änderung des Zustands des Arbeitsfluids aufgrund des Wärmeaustausches des Wärmerohres 140 befindet sich insbesondere das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130, dessen Kühlmittel die niedrigste Bezugskühltemperatur aufweist, an einem unteren Abschnitt des Wärmerohres 140. Das Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110 sind auf der Oberseite des Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohres 130 sequentiell angeordnet und gestapelt. Diese Struktur wird dann mit der gleichen Kühlsystemkerneinheit 100 verbunden, welche zum Tragen der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 vorgesehen ist.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Kühlsystemkerneinheit 100 eine Struktur aufweisen, durch welche Außenluft zugeführt und abgelassen werden kann, und zudem eine Vielzahl an Wärmeabstrahlrippen aufweisen, welche die Wärmeübertragungseffizienz des Wärmerohres 140 maximieren kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können das Wärmerohr 140 und die Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 beispielsweise konfiguriert sein, um durch die Kühlsystemkerneinheit 100 zu gehen und an dem Weg derselben vorbeizugehen bzw. vorbeizuführen, wodurch die Wärmeabstrahlrippen der Kühlsystemkerneinheit mit dem Wärmerohr 140 und/oder einem oder mehreren Rohren der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 in Kontakt geraten können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Wärmerohr 140 in der Kühlsystemkerneinheit 100 vorgesehen. Hier wird bevorzugt, dass eine Vielzahl an Wärmerohren 140 vorgesehen ist, um die Wärmeaustauscheffizienz zu erhöhen. Nach den Ausführungsformen der Erfindung kann eine Vielzahl an Wärmerohren 140 beispielsweise zickzackförmig, wie in der Querschnittsansicht der 3 gezeigt, oder in anderen geeigneten Anordnungen angeordnet sein.
Zum Ermöglichen der gleichzeitigen Kühlung der in dem Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110, dem Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und dem Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 enthaltenen Kühlmittel, welche alle vorzugsweise andere Bezugskühltemperaturen aufweisen, durch das Wärmerohr 140, kann die Rohrstärke an den Abschnitten des Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohres 110, des Durchgangsrohres 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und des Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohres 130, an welchen der Wärmeaustausch ausgeführt wird, angemessen modifiziert und eingestellt werden. Die Verdampfungstemperatur (z. B. 55°C) des Arbeitsfluids zum Austauschen der Wärme im Rohr 142 des Wärmerohres 140 durch Zustandsänderungen als Wärmemittel bleibt konstant. Daher kann die Stärke der Rohre derart bestimmt werden, dass die Temperatur auf der Innenfläche des Wärmerohres 140 gleich oder ähnlich der Verdampfungstemperatur (Siedepunkt) des Arbeitsfluids im Wärmerohr 140 sein kann, um den Kühlmitteln in den Kühlmitteldurchgangsrohren 110, 120 und 130 zu entsprechen, welche unterschiedliche Bezugskühltemperaturen erfordern.
Beim Multikühlmodul der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 im Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres 140 angeordnet sein. Das Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110 können dann über dem Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 sequentiell angeordnet sein und sich beispielsweise im Wärmeabstrahlungsabschnitt des Wärmerohres 140 befinden. Der Kondensationsabschnitt des Wärmerohres 140 kann Außenluft ausgesetzt und/oder mit der Kühlsystemkerneinheit 100 verbunden werden.
Wenn eine Vielzahl an Wärmerohren 140 in der Kühlsystemkerneinheit 100 angeordnet ist, kann jedes Wärmerohr 140 vorzugsweise Rohre 142 mit einer unterschiedlichen Stärke am Einlass und Auslass aufweisen, durch welche sich die Kühlmittel der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 bewegen.
In Anbetracht der Temperaturschwankung der Kühlmittel während des Wärmeaustausches, während dieselben entlang der Kühlmitteldurchgangsrohren 110, 120 und 130 strömen, kann das Wärmerohr 140, welches an den Einlässen der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 angeordnet ist, in einigen Ausführungsformen ausgebildet sein, um eine größere Stärke als das Wärmerohr 140 aufzuweisen, welches an den Auslässen der Kühlmitteldurchgangsrohre 110, 120 und 130 angeordnet ist.
Nachstehend wird zum Erläutern des Operationszustands des Multikühlmoduls nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angenommen, dass die Bezugskühltemperaturen, welche durch das Kraftmaschinenkühlmittel, das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmittel erfordert werden, 100°C, 80°C bzw. 55°C betragen.
Unter der Annahme, dass die Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids der Wärmerohre 140 55°C beträgt, ist das Arbeitsfluid am Verdampfungsabschnitt des Wärmerohres 140 in einem flüssigen Zustand von 55°C. Wenn die Temperatur des Kondensatorkühlmittels über 55°C beträgt, wird die Temperatur des Kondensatorkühlmittels aufgrund des Wärmeaustausches verringert und das Arbeitsfluid verdampft, um vaporisiert zu werden.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels der Durchgangsrohre 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile unter 80°C beträgt, wird die Temperatur des Kühlmittels für elektrische Teile aufgrund des Wärmeaustausches verringert und das Arbeitsfluid auch verdampft, um vaporisiert zu werden.
Dann steigt das im Wärmerohr 140 verdampfte Arbeitsfluid durch die mittigen/inneren Abschnitte der Rohre 140 auf und das verflüssigte Arbeitsfluid fließt entlang den Innenflächen der Rohre 142 abwärts, um zum Verdampfungsabschnitt zurückzukehren. Ein Teil des verflüssigten Arbeitsfluids wird aufgrund des Wärmeaustausches mit dem Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile wieder vaporisiert und verdampft und ein Teil des verflüssigten Arbeitsfluids bleibt in einem flüssigen Zustand, um zum Verdampfungsabschnitt zu fließen.
Da das Arbeitsfluid auf der Innenfläche des Wärmerohres 140 in einen Abschnitt fließt, in welchem die Rohrstärke zunimmt, ist es bei 55°C noch als Flüssigkeit vorhanden und tauscht Wärme mit dem Kühlmittel für elektrische Teile.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels des Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohres 110, welche über dem Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile angeordnet ist, über 100°C beträgt, wird die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels aufgrund des Wärmeaustausches verringert und das Arbeitsfluid vaporisiert, um zum Kondensationsabschnitt aufzusteigen.
Das aufsteigende, vaporisierte Arbeitsfluid (bei 55°C in einem gasförmigen Zustand) wird der Außenluft ausgesetzt, um im Kondensationsabschnitt gekühlt und verflüssigt zu werden, und kehrt folglich zum Verdampfungsabschnitt zurück.
Für die oben beschriebene Operation können im Multikühlmodul der vorliegenden Erfindung das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110, das Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130 von oben nach unten gemäß den Bezugskühltemperaturen der Kühlmittel in Bezug auf die Vorderseite des Fahrzeugs gestapelt und angeordnet sein. Beispielsweise können die Rohre von oben nach unten in der Reihenfolge Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 130, Durchgangsrohr 120 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110 vom Verdampfungsabschnitt (ein unterer Abschnitt der 3) zum Wärmeabstrahlungsabschnitt des Wärmerohres 140 gestapelt und angeordnet sein. Der Kondensationsabschnitt (ein oberer Abschnitt in 3) des Wärmerohres 140 kann in einigen Ausführungsformen der Außenluft ausgesetzt werden, um das Arbeitsfluid zu kühlen, dessen Temperatur erhöht ist.
Indessen wird ein Wärmeaustauschprozess, wenn das Kühlmittel des Wärmetauschers (beispielsweise ein Kraftmaschinenkühler) von einer Bezugskühltemperatur abweicht, in Bezug auf die in 4 gezeigte Ausführungsform beschrieben werden.
Wenn die Temperatur der Außenfläche des Wärmerohres 140 eine Bezugskühltemperatur in einem Wärmeaustauschabschnitt ist, in welchem dasselbe Wärme mit dem Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 110 austauscht, kann das Wärmerohr 140 der vorliegenden Erfindung eine Rohrstärke „d” einsetzten, durch welche die Temperatur der Innenfläche (Kontaktfläche, welche mit dem Arbeitsfluid in Kontakt gerät) 55°C (d. h. eine Verdampfungstemperatur des Arbeitsfluids) beträgt, wobei, wenn die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels 100°C beträgt, die Temperatur der Innenfläche des Wärmerohres 140 55°C beträgt (d. h. die gleiche Temperatur wie die Temperatur des flüssigen Arbeitsfluids auf der Innenfläche des Wärmerohres 140), wobei das Kraftmaschinenkühlmittel den Temperaturzustand wie in 4A beibehält.
Indessen überschreitet die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels 100°C, wie in 4B veranschaulicht, wenn die Kraftmaschine unzureichend gekühlt wird, wodurch die Temperatur der Innenfläche des Wärmerohres 140 die Temperatur des Arbeitsfluids (d. h. 55°C) überschreitet, was verursacht, dass die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels durch den Wärmeaustausch verringert und das Arbeitsfluid vaporisiert wird.
Wie in 4C veranschaulicht, kann die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels unter 100°C fallen, wobei die Temperatur der Innenfläche des Wärmerohres 140 unter die Temperatur des Arbeitsfluids (d. h. 55°C) fällt, was verursacht, dass die Temperatur des Kraftmaschinenkühlmittels durch den Wärmeaustausch erhöht und die Temperatur des Arbeitsfluids verringert wird.
Indessen wird ein Multikühlmodul für ein Fahrzeug nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben werden.
Wie in 5 veranschaulicht, sind im Multikühlmodul für ein Fahrzeug eine Vielzahl an Wärmerohren 141 vorgesehen, um vertikal zu sein und in einigen Ausführungsformen gleichzeitig durch ein Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, ein Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und ein Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 zu gehen, welche jeweils hohl sind.
Wie in 5 veranschaulicht sind mit anderen Worten die Wärmerohre 141 montiert, um durch das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 zu gehen, welche in einer Kühlsystemkerneinheit (oder einem Abstrahlrippenkern) 100 koaxial gestapelt und angeordnet sind. Die innerhalb der Innenbereiche der Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 strömenden und an den Außenflächen der Wärmerohre 141 vorbeiströmenden Kühlmittel können folglich gekühlt werden.
Insbesondere kann eines von zwei Kühlmitteldurchgangsrohren, welche aus dem Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, dem Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und dem Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 ausgewählt werden, in das andere der zwei Kühlmitteldurchgangsrohe eingeführt werden. Die zwei ausgewählten Kühlmitteldurchgangsrohre werden wiederum in das übrige Kühlmitteldurchgangsrohr eingeführt, um eine Dreifachschicht zu bilden.
Wie in 1 gezeigt, sind ein Kühler 12 für elektrische Teile, ein Kondensator 14 und ein Kraftmaschinenkühler 16 in Bezug auf die Vorderseite eines Fahrzeugs herkömmlich zwar von vorne nach hinten angeordnet, aber das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, das Rohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 sind derart koaxial gestapelt und angeordnet, dass dieselben im Allgemeinen an der gleichen Position in Bezug auf die Vorderseite eines Fahrzeugs nach der vorliegenden Erfindung angeordnet sind.
Insbesondere wird die Konfiguration der Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 unter Berücksichtigung der Temperaturen der durch die Innenbereiche derselben strömenden Kühlmittel weiter beschrieben werden. Das Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine, welches die höchste Temperatur der Kühlmittel aufweist, strömt durch das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111. Das Kühlmittel, welches durch das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile strömt, weist die zweithöchste Temperatur auf. An sich wird das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111 in das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile eingeführt und das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile in das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 eingeführt. Folglich sind die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 gemäß den Temperaturen der Kühlmittel derart sequentiell angeordnet, dass dieselben koaxial gestapelt sind. Die Struktur wird mit der Kühlsystemkerneinheit 100 verbunden, welche zum Tragen derselben vorgesehen ist.
Es sollte klar sein, dass die Kühlsystemkerneinheit 100 eine Struktur aufweist, durch welche Außenluft zugeführt und abgelassen werden kann, und zudem eine Vielzahl an Wärmeabstrahlrippen aufweisen kann, um dadurch den Wärmeübertragungseffekt durch die Wärmerohre 141 zu erhöhen oder zu maximieren.
Beispielsweise können die Wärmeabstrahlrippen in der Kühlsystemkreneinheit 100 vorgesehen sein und konfiguriert sein, um mit den Wärmerohren 141 und den Kühlmitteldurchgangsrohren 111, 121 und 131 in Kontakt zu geraten.
Wie hierin erörtert, betrifft die Kühlmitteltemperatur eine Temperatur eines Kühlmittels, welches in eines der Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 nach dem Kühlen zugeführt wurde und aus der Kraftmaschine, den elektrischen Teilen oder dem Kondensator abgelassen wird.
Nach einigen Ausführungsformen geht zumindest ein Wärmerohr 141 gleichzeitig und vertikal durch die Außenflächen der Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131, um das Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine, das Kühlmittel zum Kühlen der elektrischen Teile und das Kondensatorkühlmittel durch den Wärmeaustausch des Arbeitsfluids gleichzeitig zu kühlen. Es wird bevorzugt, dass eine Vielzahl an Wärmerohren 141 vorgesehen ist, um die Wärmeaustauscheffizienz zu erhöhen.
Da das Arbeitsfluid Wärme durch die Phasenänderungen innerhalb der Wärmerohre 141 als Wärmemittel basierend auf der Verdampfungstemperatur (z. B. 55°C) austauscht, sind nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 in der Reihenfolge (von innen nach außen) Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 koaxial gestapelt, um Wärme der durch dieselben strömenden Kühlmittel gleichzeitig abzustrahlen. Die Temperaturzustände und Bezugstemperaturen, welche wiederherzustellen sind, unterscheiden sich, was ein effektives Abstrahlen der Wärme der Kühlmittel ermöglicht.
Wie oben erwähnt wurde, sind mit anderen Worten die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 gemäß den Temperaturen der Kühlmittel sequentiell und konzentrisch konfiguriert, was folglich ermöglicht Wärme der Kühlmittel zusätzlich abzustrahlen, welche durch die Kühlmitteldurchgangsrohre 111 und 112 strömen, welche auf der Innenseite der Kühlmittel angeordnet sind, welche durch die Kühlmitteldurchgangsrohre 121 und 131 strömen.
Wie in 6 veranschaulicht wird beispielsweise für das Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine Wärme durch das Kühlmittel zum Kühlen von elektrischen Teilen, welches auf der Außenfläche des Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohres 111 strömt, sowie durch die Wärmerohre 141 abgestrahlt. Für das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile wird Wärme durch das Kondensatorkühlmittel, welches auf der Außenfläche des Durchgangsrohres für das Kühlmittel für elektrische Teile strömt, sowie durch die Wärmerohre 141 abgestrahlt.
Die Verdampfungsabschnitte (welche im Allgemeinen die unteren Abschnitt nahe den Kühlmitteldurchgangsrohren 111, 121, 131 sind) der Wärmerohre 141 gehen durch die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131, um den Wärmeaustausch der Kühlmittel durch die Wärmerohre 141 zuzulassen. Die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 liegen zudem so, um zuzulassen, dass die durch dieselben strömenden Kühlmittel an den Oberflächen der Verdampfungsabschnitte vorbeiströmen.
Wie in 5 veranschaulicht, sind die Kondensationsabschnitte (welche sich im Allgemeinen an den oberen Abschnitten befinden, welche von den Kühlmitteldurchgangsrohren 111, 121, 131 entfernt positioniert sind) der Wärmerohre 141 Außenluft durch die Kühlsystemkerneinheit 100 ausgesetzt.
Nachstehend werden die Operationszustände des Multikühlmoduls nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Angenommen, dass sich das Arbeitsfluid innerhalb der Wärmerohre 141 in einem flüssigen Zustand bei oder unter 55 Grad Celsius befindet und die Kühlmittel (d. h. das Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine, das Kühlmittel zum Kühlen elektrischer Teile und das Kondensatorkühlmittel), welche den Kühlmitteldurchgangsrohren 111, 121 und 131 zugeführt werden, eine Temperatur aufweisen, welche höher als die des Arbeitsfluids ist, werden die Temperaturen der Kühlmittel durch einen Wärmeaustausch mit dem Arbeitsfluid verringert während die Kühlmittel an den Oberflächen der Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre 141 vorbeiströmen.
Zudem wird eine Temperaturverringerung durch die Kühlmittel der Kühlmitteldurchgangsrohre 121 und 131 erzielt, welche sich auf der Außenseite befinden, wobei in diesem Fall die Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen der Kraftmaschine zudem durch das Kühlmittel zum Kühlen elektrischer Teile verringert wird und die Temperatur des Kühlmittels zum Kühlen elektrischer Teile zudem durch das Kondensatorkühlmittel verringert wird.
Die Temperaturverringerung wird zudem durch die Kühlsystemkerneinheit 100 erzielt, welche zulässt, dass alle Kühlmittel effektiv Wärme abstrahlen.
Das Arbeitsfluid wird dann durch den Wärmeaustausch mit den Kühlmitteln, welche durch die Kühlmitteldurchgangsrohre 111, 121 und 131 strömen, vaporisiert und das vaporisierte Arbeitsfluid steigt zu den Kondensationsabschnitten der Wärmerohre 141 auf.
Das Arbeitsfluid (von welchem in diesem Fall angenommen wird, dass es sich bei 55 Grad Celsius in einem gasförmigen Zustand befindet), welches vaporisiert wurde und aufgestiegen ist, wird dann Außenluft unter 55 Grad Celsius in den Kondensationsabschnitten ausgesetzt, um dadurch gekühlt und verflüssigt zu werden. Das verflüssigte Arbeitsfluid kehrt folglich zu den Verdampfungsabschnitten zurück.
Für die oben beschriebenen Operationen sind im Multikühlmodul der vorliegenden Erfindung das Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr 111, das Durchgangsrohr 121 für das Kühlmittel für elektrische Teile und das Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr 131 gemäß den Temperaturen der Kühlmittel konfiguriert, welche durch dieselben strömen, um konzentrisch gestapelt und angeordnet zu sein, während sie ferner durch die Verdampfungsabschnitte der Wärmerohre 141 derart durchdrungen werden, dass die Kühlmittel durch die Wärmerohre 141 gekühlt werden können.
Im Multikühlsystem für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung können ein Kraftmaschinenkühlmittel (Kühlmittel zum Kühlen der Kraftmaschine), ein Kühlmittel für elektrische Teile (Kühlmittel zum Kühlen elektrischer Teile) und ein Kondensatorkühlmittel durch ein oder mehrere Wärmerohre 140 und 141 gleichzeitig gekühlt werden. Zudem ist eine Kühlsystemkerneinheit 100 ausreichend und das Modul kann innerhalb eines begrenzten Installationsraumes vorteilhaft installiert werden.
Nach der vorliegenden Erfindung muss ein Bereich einer Öffnung für die Kühleffizienz des Fahrzeugs nicht vergrößert werden, was ermöglicht den Freiheitsgrad in der Ausgestaltung zu verbessern, um eine Volumenzunahme des Kühlmoduls zu verhindern und die Herstellungskosten und das Gewicht zu verringern.
Nach der vorliegenden Erfindung muss zudem das Volumen des Kühlgebläses nicht erhöht werden, wodurch ermöglicht wird die Lade-/Entladeleistung zu verbessern.

Zudem kann das Multikühlmodul nach der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Arten an Fahrzeugen mit mehr als drei Arten des Wärmeaustausches sowie Hybridfahrzeuge angewendet werden, wie beispielsweise jene, welche in Tabelle 1 aufgelistet sind. Tabelle 1

	Hybridfahrzeug	Benzinfahrzeug	Brennstoffzellenfahrzeug	Allgemeine Eigenschaft
Wärmetauscher 1	Kühler zum Kühlen der Kraftmaschine	Kühler zum Kühlen der Kraftmaschine	Kühler zum Kühlen des Stapels	Wärmeabstrahlungstemperatur: hoch
Wärmetauscher 2	Kondensator	Kondensator	Kondensator	Wärmeabstrahlungstemperatur: mittel
Wärmetauscher 3	Kühler zum Kühlen elektrischer Teile	Keine oder Ölkühlung	Keine oder Ölkühlung	Wärmeabstrahlungstemperatur: niedrig

Die Erfindung wurde in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben. Es wird jedoch von jemandem mit technischen Fähigkeiten eingesehen werden, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werde können ohne von den Prinzipien und dem Wesen der Erfindung abzuweichen, deren Bereich in den beiliegenden Ansprüchen und den Äquivalenten derselben definiert ist.

Claims

Multikühlmodul für ein Fahrzeug, aufweisend: ein oder mehrere Wärmerohre; zwei oder mehrere Kühlmitteldurchgangsrohre; und eine Kühlsystemkerneinheit, wobei ein oder mehrere Wärmerohre angeordnet sind, um durch zwei oder mehrere Kühlmitteldurchgangsrohre zu gehen, welche durch die gleiche Kühlsystemkerneinheit gehen.
Multikühlmodul nach Anspruch 1, wobei die Kühlmitteldurchgangsrohre ein Kraftmaschinenkühlmitteldurchgangsrohr, ein Durchgangsrohr für das Kühlmittel für elektrische Teile und ein Kondensatorkühlmitteldurchgangsrohr enthalten.
Multikühlmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlmitteldurchgangsrohre von oben nach unten in der Reihenfolge von einer Wärmequelle mit einer hohen Temperatur zu einer Wärmequelle mit einer niedrigen Temperatur sequentiell gestapelt und angeordnet sind.
Multikühlmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlmitteldurchgangsrohe in der Reihenfolge vom Heißesten zum Kältesten sequentiell angeordnet sind.
Multikühlmodul nach Anspruch 1, wobei die Kühlmitteldurchgangsrohre jeweils verschiedene Kühlmittel enthalten.
Multikühlmodul nach Anspruch 1, wobei, wenn die Temperaturen der Außenflächen der Wärmerohre Bezugskühltemperaturen entsprechender Kühlmittel sind, die Temperaturen der Innenflächen der Wärmerohre eine Verdampfungstemperatur eines Arbeitsfluids sind, welches in den Wärmerohren vorgesehen ist.
Multikühlmodul nach Anspruch 1 oder 6, wobei jedes Wärmerohr eine andere Stärke an Abschnitten aufweist, an welchen das Wärmerohr durch die Kühlmitteldurchgangsrohre für den Wärmeaustausch geht.
Multikühlmodul nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl an Wärmerohren in einem Multikühlmodul konfiguriert ist und wobei jedes Wärmerohr eine andere Stärke an Einlässen und Auslässen des jeweiligen Kühlmitteldurchgangsrohres aufweist.
Fahrzeug mit dem Multikühlmodul nach Anspruch 1.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist.
Verfahren zum gleichzeitigen Kühlen einer Kraftmaschine, von elektrischen Teilen und einem Kondensator eines Fahrzeugs unter Verwendung des Multikühlmoduls nach Anspruch 1, um durch das eine oder die mehreren Wärmerohre zu kühlen.