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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeübertragungseinrichtung mit einer Pumpe und einem Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hybrid oder Elektrofahrzeug mit einer derartigen Wärmeübertragungseinrichtung.
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Aus der
DE 101 28 164 A1 ist eine gattungsgemäße Wärmeübertragungseinrichtung in Form eines Fahrzeug-Kühlsystems für eine temperaturerhöhende Einrichtung bekannt, insbesondere eine Fahrzeugbatterie oder eine Brennstoffzelle mit einem die Einrichtung unter Einbeziehung einer die Luftkonditionierung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs dienenden Klimaanlage kühlenden Kühlmittel. Hierbei ist vorgesehen, dass das Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit ist, die in einem Kühlkreis geführt wird und zu ihrer Kühlung thermisch in den Kältekreis der auf der Klimaanlage eingebunden ist. Hierdurch soll ein Fahrzeug-Kühlsystem geschaffen werden, bei dem deutlich höhere Wärmemengen abgeführt werden können.
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Aus der
DE 10 2011 008 653 A1 ist ein Wärmeübertrager oder Chiller in Scheibenbauweise bekannt, umfassend eine Vielzahl von übereinander gestapelten Stapelscheiben, so dass zwischen diesen ein erster Fluidkanal für ein erstes Fluid sowie ein zweiter Fluidkanal für ein zweites Fluid ausgebildet ist. Die Stapelscheiben besitzen dabei erste Durchbrechungen als ersten Fluidkanal zur Durchführung und Abführung des ersten Fluides sowie zweite Durchbrechungen zur Zuführung und Abführung des zweiten Fluides. Ebenso umfasst der Wärmeübertrager eine Umlenkeinrichtung, die wenigstens eine erste Durchbrechung verschließt, so dass das erste Fluid mäanderförmig durch die wenigstens zwei Abschnitte des ersten Fluidkanals zwischen den Stapelscheiben in entgegengesetzter Richtung durch den Wärmeübertrager geführt ist. Um den Wärmeübertrager möglichst preiswert und zugleich bauraumoptimiert ausbilden zu können, wird eine erste Ein- oder Auslassöffnung von einem Tauchrohr gebildet, wobei das erste Fluid durch das Tauchrohr in den ersten Fluidkanal einleitbar ist, so dass die erste Ein- und Auslassöffnung an der gleichen Seite des Wärmeübertragers angeordnet werden können.
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Insbesondere in modernen Hybrid- oder Elektrofahrzeugen besteht zunehmend ein erhöhter Kühlbedarf, beispielsweise auch zum Kühlen der Fahrzeugbatterien, bei gleichzeitig immer kleiner werdendem Bauraumangebot für entsprechende Kühleinrichtungen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Wärmeübertragungseinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine kostengünstige Herstellung sowie eine kompakte Bauweise auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer gattungsgemäßen Wärmeübertragungseinrichtung mit einer Pumpe und einem Wärmeübertrager diese beiden Bauteile aneinander zu bauen und in eine gemeinsame Baugruppe zu integrieren. Der Wärmeübertrager weist darüber hinaus einen ersten Eingang und einen ersten Ausgang für ein Kältemittels sowie einen zweiten Eingang und einen zweiten Ausgang für ein Kühlmittel auf. Die Pumpe ist dabei mit ihrem Ausgang mit dem zweiten Eingang des Wärmeübertragers direkt verbunden, wodurch bisher erforderliche, aufwändige Schlauchleitungen zwischen dem Wärmeübertrager und der Pumpe entfallen können. Durch die Integration der Pumpe und des Wärmeübertragers in eine gemeinsame Baugruppe baut die erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinrichtung darüber hinaus äußerst kompakt, was insbesondere bei modernen Hybrid- oder Elektrofahrzeugen von großem Vorteil ist, da diese einen erhöhten Kühlbedarf bei gleichzeitig nicht vergrößertem Bauraumangebot besitzen. Von weiterem großem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinrichtung ist, dass ein Fahrzeughersteller das gesamte System aus einer Hand beziehen und vormontiert in seine Fertigungslinie einbauen kann. Durch den Wegfall der bisher erforderlichen zusätzlichen Schlauchleitungen zwischen der Pumpe und dem Wärmeübertrager kann die Wärmeübertragungseinrichtung darüber hinaus kostengünstiger hergestellt werden. Ebenfalls möglich ist die Nutzung von Synergieeffekten, so dass beispielsweise das Kältemittel zur zusätzlichen Kühlung der Pumpe bzw. einer Elektronik der Pumpe, genutzt werden kann.
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Zweckmäßig ist ein Verbindungsflansch vorgesehen, an dem zumindest der erste Ein- und Ausgang sowie ein Expansionsventil angeordnet sind. Ein derartiges Expansionsventil kann somit ebenfalls einen integralen Bestandteil der aus der Pumpe und dem Wärmeübertrager bestehenden Baugruppe bilden, wodurch eine noch kompaktere Bauform erreicht werden kann. Das Expansionsventil selbst kann beispielsweise als Drossel ausgebildet sein und stromauf des Wärmeübertragers angeordnet werden, so dass vor dem Expansionsventil ein höheres Druckniveau des Kältemittels herrscht als danach.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind an dem Verbindungsflansch nicht nur der erste Ein- und Ausgang und das Expansionsventil, sondern zusätzlich auch der zweite Ein- und Ausgang sowie die Pumpe angeordnet. Bei einer derartigen Ausführungsform sind somit sämtliche Ein- und Auslässe in den Verbindungsflansch integriert, wobei der Verbindungsflansch beispielsweise aus Aluminium ausgebildet sein kann. Um die Beständigkeit gegen das Kältemittel langfristig gewährleisten zu können, sind vorzugsweise Knetlegierungen für den Verbindungsflansch eingesetzt, da Gusslegierungen die erforderliche Beständigkeit oftmals nicht aufweisen. Alternativ hierzu können die Pumpe und der Verbindungsflansch auch an gegenüberliegenden Seiten des Wärmeübertragers angeordnet werden, was je nach vorhandenem Bauraum ebenfalls eine interessante Alternative ist. Innerhalb des Verbindungsflansches kann darüber hinaus eine Kanalstruktur zur Führung des Kältemittels und/oder des Kühlmittels vorgesehen sein. Der Verbindungsflansch besitzt in diesem Fall also integrierte Gänge bzw. Leitungen, in welchen das Kühlmittels bzw. Kältemittel strömt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zumindest Teile der Pumpe, insbesondere deren Elektronik oder ein Stator derselben, mittels des Wärmeübertragers gekühlt. Durch eine geschickte Anordnung bzw. durch eine geschickte Anbindung der Pumpe, insbesondere einer Wasserpumpe, an den Wärmeübertrager, kann ein Temperaturgefälle zur Kühlung der Pumpe, insbesondere zur Kühlung deren Elektronik bzw. deren Stator, genutzt werden. Hierdurch ist es möglich, die Pumpe bzw. einen Elektromotor zum Antrieb der Pumpe insgesamt kleiner zu dimensionieren, wodurch wiederum Bauraum- und Gewichtsvorteile erzielt werden können.
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Zweckmäßig ist der Wärmeübertrager als Stapelscheibenkühler oder als Chiller, das heißt als Verdampfer ausgebildet. Durch die Ausbildung des Wärmeübertragers als Stapelscheibenkühler können je nach Anzahl an Stapelscheiben unterschiedliche Kühlleistungen vergleichsweise einfach realisiert werden. Dabei gilt, dass die Kühlleistung des Wärmeübertragers mit zunehmender Anzahl an Stapelscheiben ebenfalls zunimmt.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 unterschiedliche Ansicht auf eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinrichtung,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei anders angeordneter Pumpe,
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3 eine Schnittdarstellung durch die gemäß der 2 dargestellte Wärmeübertragungseinrichtung,
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4 bis 6 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinrichtung mit jeweils unterschiedlich angeordneter Pumpe.
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Entsprechend den 1 bis 6, weist eine erfindungsgemäße Wärmeübertragungseinrichtung 1 eine Pumpe sowie einen Wärmeübertrager 3 auf. Der Wärmeübertrager 3 kann beispielsweise als Stapelscheibenkühler oder als Chiller, also insbesondere als Verdampfer, ausgebildet sein. Bei einer Ausbildung als Stapelscheibenkühler kann je nach Anzahl der eingesetzten Stapelscheiben eine unterschiedliche Kühlleistung realisiert werden. Der Wärmeübertrager 3 besitzt zudem einen ersten Eingang 4 sowie einen ersten Ausgang 5 für ein Kältemittel sowie einen zweiten Eingang 6 und einen zweiten Ausgang 7 für ein Kühlmittel (vgl. insbesondere 2). Um nunmehr eine möglichst kompakte Bauweise erreichen zu können, sind die Pumpe 2 und der Wärmeübertrager 3 aneinander angebaut und bilden eine gemeinsame Baugruppe, die nicht nur vormontiert, sondern in vormontiertem Zustand auch an einen Fahrzeughersteller geliefert werden kann. Durch die Integration sowohl der Pumpe 2 als auch des Wärmeübertragers 3 in eine gemeinsame Wärmeübertragungseinrichtung 1 entfallen insbesondere die zwischen diesen beiden Komponenten bisher erforderlichen Verbindungsleitungen, wodurch neben dem Bauraumvorteil auch Kostenvorteile erzielt werden können. Zudem verringert sich auch der Montageaufwand, da die Pumpe 2 direkt oder indirekt über einen Verbindungsflansch 8 (vgl. die 2 bis 4 an den Wärmeübertrager 3 angebunden, insbesondere angeschraubt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Verbindungsflansch 8 vorgesehen, der generell als separates Bauteil zum Wärmeübertrager 3 ausgebildet sein kann und an welchem zumindest der erste Eingang 4 und der erste Ausgang 5 sowie ein Expansionsventil 9 angeordnet sind. Das Expansionsventil 9 kann dabei in der Art einer Drossel ausgebildet sein und regelt dadurch eine Kältemittelzufuhr zum Wärmeübertrager 3. An dem Verbindungsflansch 8 können darüber hinaus auch der zweite Eingang 6 sowie der zweite Ausgang 7 und zudem die Pumpe 2 angeordnet sein. Die Pumpe 2 und der Verbindungsflansch 8 können dabei auf gegenüberliegenden Seiten des Wärmeübertragers 3 angeordnet sein oder aber an derselben Seite des Wärmeübertragers 3, wie dies gemäß den 2 bis 4 dargestellt ist. Selbstverständlich ist auch eine direkte Anbindung der Pumpe 2 an den Wärmeübertrager 3 vorstellbar, wie dies gemäß den 1, 5 und 6 dargestellt ist, ebenso wie eine direkte Anbindung des Expansionsventils 9 an den Wärmeübertrager 3. Eine Verbindung der Pumpe 2 mit dem Wärmeübertrager 3 kann beispielsweise mittels einer Verschraubung, insbesondere sogar durch eine einzige Schraube 10 (vgl. 1) erfolgen. Darüber hinaus ist auch eine Verschraubung der Pumpe 2 mit dem Verbindungsflansch 8 denkbar, insbesondere sofern die Pumpe 2 einen Deckel 11 aufweist, der mit einem Gehäuse 12 der Pumpe 2 unter Einklemmen des Verbindungsflansches 8 verschraubbar ist. Der Verbindungsflansch 8 kann darüber hinaus eine Kanalstruktur 13 (vgl. 3) besitzen und dadurch eine interne Fluidführung ermöglichen. Auch ist denkbar, dass zumindest Teile der Pumpe 2, insbesondere deren Elektronik oder ein Stator derselben, mittels des Wärmeübertragers 3 gekühlt sind, insbesondere von durch den Wärmeübertrager 3 strömendem Kältemittel gekühlt werden. Die Pumpe 2 ist dabei zur Förderung des Kühlmittels ausgebildet und kann rein theoretisch auch von diesem zumindest teilweise gekühlt werden. Üblicherweise ist die Pumpe 2 stromauf des Wärmeübertragers 3 angeordnet und führt diesem somit das Kühlmittel zu. Zur Befestigung der Wärmeübertragungseinrichtung 1 an einer Karosserie oder einem Verbrennungsmotor eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges kann an dem Verbindungsflansch 8 zumindest eine Lasche 14 (vgl. 4) angeordnet sein, über die die gesamte Wärmeübertragungseinrichtung 1 anschraubbar ist.
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Der Verbindungsflansch 8 wird üblicherweise dazu verwendet, das Expansionsventil 9 bzw. die Pumpe 2 am Wärmeübertrager 3 anzubinden, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, die Pumpe 2 und das Expansionsventil 9 direkt am Wärmeübertrager 3 zu befestigen, wie dies beispielsweise gemäß den 1, 5 und 6 gezeigt ist. Durch eine direkte Anordnung der Pumpe 2 am Wärmeübertrager 3 wird das von der Pumpe 2 geförderte Kühlmittel vergleichsweise wenig umgelenkt, wodurch der Fließwiderstand reduziert werden kann. Durch die direkte Anordnung der Pumpe 2 am Wärmeübertrager 3 kann darüber hinaus eine besonders kompakte Bauweise erzielt werden. Im Wärmeübertrager 3 sind zwei Fluidkreisläufe voneinander getrennt, nämlich derjenige des Kühlmittels und derjenige des Kältemittels. Das Expansionsventil 9 regelt dabei den Durchfluss durch den Wärmeübertrager 3 und damit auch die Temperatur. Das Kältemittel wird dabei üblicherweise dazu benutzt um das vergleichsweise wärmere Kühlmittel zu kühlen. Eine derartige Konfiguration findet man insbesondere bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zur Kühlung von Batterien.
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Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertragungseinrichtung 1 kann eine kompakte Baueinheit mit geringem Bauraumbedarf geschaffen werden, wobei ein Fahrzeughersteller zudem den großen Vorteil geboten bekommt, das komplette Systems aus einer Hand zu beziehen und vormontiert in der Fertigungslinie einzubauen. Durch den Wegfall und bisher erforderlichen Leitungen zwischen der Pumpe 2 und dem Wärmeübertrager 3 entfallen auch die hierfür erforderlichen Material- und Montagekosten. Darüber hinaus können Synergieeffekte genutzt werden, insbesondere beispielsweise die Nutzung des Kältemittels zur zusätzlichen Kühlung der Pumpe 2 bzw. deren Pumpenelektronik.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10128164 A1 [0002]
- DE 102011008653 A1 [0003]
