DE102014204257A1

DE102014204257A1 - Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102014204257A1
Application number: DE102014204257.7A
Authority: DE
Inventors: Richard Brümmer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-10
Also published as: EP3114333A1; WO2015132383A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine erste Wärmequelle und eine zweite Wärmequelle, mit einem Kühler und zumindest einer ersten Kühlmittelpumpe, wobei zwischen der ersten Wärmequelle, der zweiten Wärmequelle und dem Kühler eine Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen ist, wobei eine Thermostatanordnung mit zumindest zwei Thermostatventilen in der Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen sind, um eine abgestufte Temperaturverteilung des Kühlmittels zu erreichen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung insbesondere zur Kühlung von Aggregaten eines Kraftfahrzeuges, insbesondere mit zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind so genannte Abgaswärmenutzungsvorrichtungen, auch WHR-Vorrichtungen genannt (WHR: Waste Heat Recovery), bekannt. Bei diesen Vorrichtungen wird die im Abgas verfügbare Wärme genutzt, um über eine Wärme-Kraft-Maschine Energie zur Verfügung zu stellen, die zum Antrieb des Fahrzeugs als mechanische Energie genutzt werden kann.
Dabei wird in der Regel die Abwärme aus der Wärme-Kraft-Maschine über das Kühlsystem des Fahrzeuges abgeführt. Die dafür optimalen Temperaturen liegen im Allgemeinen unter den Temperaturen, die für die Motorkühlung des Verbrennungsmotors erforderlich sind. Eine allgemeine Absenkung des Temperaturniveaus im Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors hätte jedoch eine Unterkühlung des Verbrennungsmotors und damit eine erhöhte NOx-Konzentration und einen schlechteren Motorwirkungsgrad zur Folge. Somit liegt ein Bedarf für eine Kühlung mit zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen vor. Auch bei anderen Anwendungen im Fahrzeug gibt es Wärmequellen im Kühlsystem mit unterschiedlichem Temperaturniveau. Als Beispiel sei die Kühlung von Komponenten eines Hybridfahrzeuges erwähnt, bei welchen auch unterschiedliche Temperaturniveaus für verschiedene Komponenten vorteilhaft sein können.
Die JP 2011-169191 A offenbart eine Abgaswärmenutzungsvorrichtung mit einem Kühlkreislauf und einem Verdampfer, wobei ein Thermostat der Kühlmittelstrom zwischen dem Kühler und dem Motor und Verdampfer steuert.
Die US 201310152880 A1 offenbart ein Thermostatgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, wobei in dem Gehäuse zwei Thermostate mit abgestuften Öffnungstemperaturen vorgesehen sind, wobei ein einziger Kühlkreis gesteuert wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung insbesondere zur Kühlung von Aggregaten eines Kraftfahrzeuges, zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und einen Betrieb auf zwei Temperaturniveaus erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine erste Wärmequelle und eine zweite Wärmequelle, mit einem Kühler und zumindest einer ersten Kühlmittelpumpe, wobei zwischen der ersten Wärmequelle, der zweiten Wärmequelle und dem Kühler eine Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen ist, wobei eine Thermostatanordnung mit zumindest zwei Thermostatventilen in der Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen ist, um eine abgestufte Temperaturverteilung des Kühlmittels zu erreichen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Thermostatanordnung mit dem ersten Thermostat und dem zweiten Thermostat zu einer Baueinheit zusammengefasst ist. So kann eine einfache Bauweise mit integrierten Fluidleitungen erreicht werden, was Kosten einsparen kann.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Thermostat und das zweite Thermostat in einem Gehäuse der Thermostatanordnung angeordnet sind. So kann in einfacher Weise die Baueinheit erreicht werden, wobei in dem Gehäuse bevorzugt durch Bohrungen oder ähnliches Kanäle vorgesehen sein können.
Dabei ist es auch zweckmäßig, wenn die erste Wärmequelle eine Hochtemperaturwärmequelle ist und die zweite Wärmequelle eine Niedertemperaturwärmequelle ist, wobei die Temperatur der Hochtemperaturwärmequelle über der Temperatur der Niedertemperaturwärmequelle liegt. So kann beispielsweise ein Abgasverdampfer als Niedertemperaturwärmequelle eingesetzt werden und ein Verbrennungsmotor als Hochtemperaturwärmequelle.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Thermostatanordnung für jedes Thermostat einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf und einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf aufweist. Dies bewirkt, dass in die Thermostatanordnung zumindest zwei Zuleitungen und zwei Abführungen von Kühlmittel aufweist, um das Kühlmittel auf zwei Temperaturniveaus zu betreiben bzw. die Wärmequellen auf zwei Temperaturniveaus zu betreiben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn parallel zu dem Kühler einen den Kühler umgehenden Bypass vorgesehen ist, welcher insbesondere in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist. Falls der Bypass nicht in die Thermostatanordnung integriert ist, so kann er zumindest an diese angeschlossen sein.
Auch ist es besonders zweckmäßig, wenn eine zweite Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, welche insbesondere in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist. Dabei fördert die zweite Kühlmittelpumpe das Kühlmittel bevorzugt durch die zweite Wärmequelle. Alternativ kann die zweite Kühlmittelpumpe auch außerhalb der Thermostatanordnung oder des Gehäuses angeordnet sein.
Weiterhin ist es bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zweckmäßig, wenn die zweite Wärmequelle, welche insbesondere als Niedertemperaturwärmequelle ausgebildet ist, in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist. Alternativ kann die zweite Wärmequelle auch außerhalb der Thermostatanordnung oder des Gehäuses angeordnet sein.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Thermostatanordnung Kühlfluidleitungen aufweist, die bevorzugt in das Gehäuse integriert sind. Alternativ können die Fluidleitungen auch außerhalb der Thermostatanordnung oder des Gehäuses angeordnet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle,
8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle, und
9 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Wärmequelle und mit einer zweiten Wärmequelle.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1 mit einer ersten Wärmequelle 2 und mit einer zweiten Wärmequelle 3. Die erste Wärmequelle 2 ist beispielhaft als Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei die zweite Wärmequelle als Kondensator einer Abgaswärmenutzungsvorrichtung ausgebildet ist.
Um das unterschiedliche Temperaturniveau für die erste und die zweite Wärmequelle 2, 3 zu erreichen, ist eine Kühlmittelleitungsverschaltung 4 mit zwei Thermostaten 5, 6, also eine Thermostatverschaltung 7, vorgesehen.
Sind im konkreten Anwendungsfall auch mehr als zwei Wärmequellen 2, 3 zu kühlen, kann auch der Einsatz von mehr als zwei Thermostaten 5, 6 erwogen werden. Dabei können beispielsweise bei drei Wärmequellen auch drei Thermostate vorgesehen sein. Allgemein können beispielsweise bei N Wärmequellen auch N Thermostate vorgesehen sein mit N einer ganzen Zahl. Die Thermostate können gemäß der Erfindung auch in eine Baugruppe integriert sein.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung sieht die Kühlung von zumindest zwei oder mehr Wärmequellen vor, die auf unterschiedlichem Temperaturniveau arbeiten.
Die nachfolgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele wird anhand von Beispielen mit zwei Thermostaten vorgenommen. Ebenso gut können auch mehr als zwei Thermostaten für insbesondere auch mehr als zwei Wärmequellen vorgesehen sein. Im Falle von mehr als zwei Thermostaten sind statt einer Hochtemperaturwärmequelle und einer Niedertemperaturwärmequelle bevorzugt weitere Wärmequellen auf unterschiedlichem Temperaturniveau vorhanden.
Der Kühlkreislauf mit der Kühlmittelleitungsverschaltung ist dabei nicht zwingend der Hauptkühlkreislauf des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Der Kühlkreislauf kann auch ein gesonderter Kreislauf oder ein Nebenzweig des Hauptkreislaufs sein. Auch kann für die Kühlung der zweiten Wärmequelle ein zweiter, unabhängiger Kreislauf verwendet werden, wobei es dennoch vorteilhaft sein kann, die Thermostate für beide Kreisläufe und ggf. zusätzliche Komponenten der Kühlvorrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen.
Die 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1 mit einer ersten Wärmequelle 2 und mit einer zweiten Wärmequelle 3 eine Kühlmittelleitungsverschaltung 4 mit zwei Thermostaten 5, 6, wobei die Thermostate 5, 6 in einer Thermostatverschaltung 7 in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet sind. In der Kühlmittelleitungsverschaltung 4 ist weiterhin ein Kühler 9 und zumindest eine Kühlmittelpumpe 10 vorgesehen. Im Beispiel der 1 ist auch eine zweite Kühlmittelpumpe 11 vorgesehen.
Die Kühlmittelleitungsverschaltung 4 ist dabei derart ausgeführt, dass eine Rücklaufleitung 12 am Ausgang 13 der ersten Wärmequelle 2 vorgesehen ist, welche mit dem Eingang 14 des Kühlers 9 verbunden ist. Die zweite Wärmequelle 3 wird am Ausgang 15 des Kühlers 9 über die Leitung 16 angeschlossen, so dass der Eingang 17 der zweiten Wärmequelle 3 mit dem Vorlauf aus dem Kühler 9 verbunden ist. Die zweite Kühlmittelpumpe 11 ist in den Vorlauf der Leitung 16 verschaltet. Der Anschluss der zweiten Wärmequelle 3 an den Vorlauf der Leitung 16 erfolgt vorteilhaft, weil dort die Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf am niedrigsten ist.
Der Ausgang 18 der zweiten Wärmequelle 3 ist über die Leitung 19 mit dem Thermostaten 6 verbunden, welcher über die Leitung 20 über die Pumpe 10 mit dem Eingang 21 zur ersten Wärmequelle 2 verbunden ist.
Gleichzeitig ist das Thermostat 6 über die Leitungen 22, 23 mit dem Thermostat 5 verbunden und über die Leitungen 22, 24 mit dem Ausgang 15 des Kühlers 9. Weiterhin ist das Thermostat 5 über die Leitung 25 über die Pumpe 10 mit dem Eingang 21 verbunden und über die Bypassleitung 26 mit dem Ausgang 13 der ersten Wärmequelle 2.
Um eine Unterkühlung der zweiten Wärmequelle 3 zu verhindern, wird über den austrittsseitigen Thermostat 6 auf die Kühlmittelaustrittstemperatur geregelt. Ist der Massenstrom im Kühler 9 klein und damit die Temperatur sehr niedrig, kehrt sich die Strömungsrichtung in der Leitung 24 zwischen Hauptthermostat 5 und Eintritt der zweiten Pumpe 11 um, die Temperatur im Zulauf der zweiten Wärmequelle 3 wird angehoben.
Gegebenenfalls kann auch ein nicht dargestelltes Überdruckventil vorgesehen sein, um die Überbrückung der zweiten Wärmequelle 3, wie beispielsweise eines es WHR-Kondensators, bei teilweise geöffnetem zweitem Thermostaten 6 zu verhindern. Dieses Überdruckventil auch in die Baugruppe integriert sein oder getrennt ausgebildet sein. Eine solche Bauform der Baugruppe wäre sehr effizient, weil sie mit nur wenigen Anschlüssen auskommen würde.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 101 mit einer ersten Wärmequelle 102 und mit einer zweiten Wärmequelle 103. Die erste Wärmequelle 102 ist wiederum beispielhaft als Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei die zweite Wärmequelle 103 beispielhaft als Kondensator einer Abgaswärmenutzungsvorrichtung (WHR) ausgebildet ist.
Es ist wiederum eine Kühlmittelleitungsverschaltung 104 mit zwei Thermostaten 105, 106, also eine Thermostatverschaltung 107, vorgesehen.
Sind im konkreten Anwendungsfall auch mehr als zwei Wärmequellen 102,103 zu kühlen, kann auch der Einsatz von mehr als zwei Thermostaten 105, 106 erwogen werden. Dabei können beispielsweise bei drei Wärmequellen auch drei Thermostate vorgesehen sein. Allgemein können beispielsweise bei N Wärmequellen auch N Thermostate vorgesehen sein mit N einer ganzen Zahl. Die Thermostate können gemäß der Erfindung auch in eine Baugruppe integriert sein. Die nachfolgende Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele wird anhand von Beispielen mit zwei Thermostaten vorgenommen. Ebenso gut können auch mehr als zwei Thermostaten für insbesondere auch mehr als zwei Wärmequellen vorgesehen sein. Im Falle von mehr als zwei Thermostaten sind statt einer Hochtemperaturwärmequelle und einer Niedertemperaturwärmequelle bevorzugt weitere Wärmequellen auf unterschiedlichem Temperaturniveau vorhanden.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 101 mit einer ersten Wärmequelle 102 und mit einer zweiten Wärmequelle 103 und mit einer Kühlmittelleitungsverschaltung 104 mit zwei Thermostaten 105, 106, wobei die Thermostate 105, 106 in einer Thermostatverschaltung 107 in einem gemeinsamen Gehäuse 108 angeordnet sind. In der Kühlmittelleitungsverschaltung 104 ist weiterhin ein Kühler 109 und zumindest eine Kühlmittelpumpe 110 vorgesehen. Im Beispiel der 2 ist optional auch eine zweite Kühlmittelpumpe 111 vorgesehen. Die Kühlmittelleitungsverschaltung 104 ist dabei derart ausgeführt, dass eine Rücklaufleitung 112 am Ausgang 113 der ersten Wärmequelle 102 vorgesehen ist, welche mit dem Eingang 114 des Kühlers 109 verbunden ist. Die zweite Wärmequelle 103 wird am Ausgang 115 des Kühlers 109 über die Leitung 116 angeschlossen, so dass der Eingang 117 der zweiten Wärmequelle 103 mit dem Vorlauf aus dem Kühler 109 verbunden ist. Dabei verläuft die Leitung 116 teilweise im Gehäuse 108, wobei die Leitung 150 vom Kühler 109 von seinem Ausgang 115 zu einem Eingang 152 des Gehäuses 108 führt. Weiterhin führt eine Leitung 151 von einem Ausgang 153 des Gehäuses zum Eingang 117 der zweiten Wärmequelle.
Die zweite Kühlmittelpumpe 111 ist nicht wie in 1 in den Vorlauf der Leitung 116 verschaltet, sondern in den Rücklauf 119 nach dem Ausgang 118. Der Anschluss der zweiten Wärmequelle 103 an den Vorlauf der Leitung 116 erfolgt vorteilhaft, weil dort die Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf am niedrigsten ist.
Der Ausgang 118 der zweiten Wärmequelle 103 ist über die Leitung 119 mit dem Thermostaten 106 verbunden, welcher über die Leitung 120 über die Pumpe 110 mit dem Eingang 121 zur ersten Wärmequelle 102 verbunden ist. Gleichzeitig ist das Thermostat 106 über die Leitung 122 mit dem Ausgang des Kühlers 109 verbunden. Das Thermostat 105 ist über die Leitung 125 über die Pumpe 110 mit dem Eingang 121 verbunden und über die Bypassleitung 126 mit dem Ausgang 113 der ersten Wärmequelle 102. Darüber hinaus ist das erste Thermostat 105 mittels der Leitung 124 mit dem Ausgang des Kühlers verbunden.
Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der 1 wird beim Ausführungsbeispiel nach 2 warmes Kühlwasser vom Kondensatoraustritt 118 über die Leitung 112 zugemischt, um die Eintrittstemperatur anzuheben. Bei hohem Abwärmebedarf der Wärmequelle 103 und damit hohem Temperaturunterschied zwischen Aus- und Eintritt 118, 117 wird durch den austrittsseitigen Thermostaten 106 die Eintrittstemperatur abgesenkt, wodurch im Falle des Kondensators der Kondensationsdruck im Kondensator annähernd konstant gehalten wird. Auch bei anderen Wärmequellen kann es zweckmäßig sein, bei hoher Leistungsabgabe mit etwas niedrigeren Kühlmitteltemperaturen zu fahren, um den höheren Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenseite des Wärmeübertragers auszugleichen.
Die Pumpe 111 liegt auf der Austrittsseite, sie kann, wie bei den anderen Ausführungsbeispielen, auch auf der Eintrittsseite der zweiten Wärmequelle liegen,
Die 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 201 ähnlich der Kühlvorrichtung 101 der 2. Dabei unterscheidet sich lediglich die Anordnung des Gehäuses und der zweiten Kühlmittelpumpe. Die Kühlvorrichtung 201 ist mit einer ersten Wärmequelle 202 und mit einer zweiten Wärmequelle 203 und mit einer Kühlmittelleitungsverschaltung 204 mit zwei Thermostaten 205, 206 vorgesehen, wobei die Thermostate 205, 206 in einer Thermostatverschaltung 207 vorgesehen sind.
Das Thermostat 206 ist mit der zweiten Wärmequelle 203 in einem gemeinsamen Gehäuse 108 angeordnet. In der Kühlmittelleitungsverschaltung 204 ist weiterhin ein Kühler 209 und zumindest eine Kühlmittelpumpe 210 vorgesehen. Im Beispiel der 3 ist optional auch eine zweite Kühlmittelpumpe 211 vorgesehen. Die Kühlmittelleitungsverschaltung 204 ist dabei derart ausgeführt, dass eine Rücklaufleitung 212 am Ausgang 213 der ersten Wärmequelle 202 vorgesehen ist, welche mit dem Eingang 214 des Kühlers 209 verbunden ist. Die zweite Wärmequelle 203 wird am Ausgang 215 des Kühlers 209 über die Leitung 216 angeschlossen, so dass der Eingang 217 der zweiten Wärmequelle 203 mit dem Vorlauf aus dem Kühler 209 verbunden ist. Dabei verläuft die Leitung 216 teilweise im Gehäuse 208, wie insbesondere ihr Ende hin zur zweiten Wärmequelle, wobei die Leitung 250 vom Kühler 209 von seinem Ausgang 215 zu einem Eingang 252 des Gehäuses 208 führt. Die zweite Kühlmittelpumpe 211 ist in den Vorlauf der Leitung 216 verschaltet.
Der Ausgang 218 der zweiten Wärmequelle 203 ist über die Leitung 219 mit dem Thermostaten 206 verbunden, welcher über die Leitung 220 über die Pumpe 210 mit dem Eingang 221 zur ersten Wärmequelle 202 verbunden ist. Gleichzeitig ist das Thermostat 206 über die Leitung 222 mit dem Ausgang des Kühlers 209 verbunden. Das Thermostat 205 ist über die Leitung 225 über die Pumpe 210 mit dem Eingang 221 verbunden und über die Bypassleitung 226 mit dem Ausgang 213 der ersten Wärmequelle 202. Darüber hinaus ist das erste Thermostat 205 mittels der Leitung 224 mit dem Ausgang des Kühlers verbunden.
Ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der 1 wird beim Ausführungsbeispiel nach 3 warmes Kühlwasser vom Kondensatoraustritt 218 über die Leitung 212 zugemischt, um die Eintrittstemperatur anzuheben. Bei hohem Abwärmebedarf der Wärmequelle 203 und damit hohem Temperaturunterschied zwischen Aus- und Eintritt 218, 217 wird durch den austrittsseitigen Thermostaten 206 die Eintrittstemperatur abgesenkt, wodurch im Falle des Kondensators der Kondensationsdruck im Kondensator annähernd konstant gehalten wird. Auch bei anderen Wärmequellen kann es zweckmäßig sein, bei hoher Leistungsabgabe mit etwas niedrigeren Kühlmitteltemperaturen zu fahren, um den höheren Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenseite des Wärmeübertragers auszugleichen.
Um kürzere Totzeiten in der Temperaturregelung mit einem austrittsseitigen Thermostaten 206 zu ermöglichen, kann der zweite Thermostat 206 auf der Ein- oder Austrittsseite baulich in die zweite Wärmequelle 203 integriert werden. Wird ein Bypass-Thermostat 206 verwendet, kann man die Pumpe 111 entweder mit integrieren, oder den Bypass 222 aus dem Gehäuse 208 herausführen, wie in 3 gezeigt.
Die 4 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 2, bei welchem das Thermostat 306 eingangsseitig der zweiten Wärmequelle 303 angeordnet ist, wodurch der Nachteil der Totzeiten in der Regelung reduziert werden kann oder ganz entfällt. Der zweite Thermostat 306 kann also ohne Nachteile in der Regelung baulich dicht am Hauptthermostat 305 platziert werden, wodurch diese Bauform regelungstechnisch besonders unkompliziert ist. Dabei ist das Thermostat 306 mit dem Thermostat 305 in einem Gehäuse 308 verbaut, wobei die erste Wärmequelle 302 und die zweite Wärmequelle 303 und der Kühler 309 entsprechend 2 angeschlossen sind, wobei die zweite Kühlmittelpumpe 311 ebenso eingangsseitig der zweiten Wärmequelle 303 angeordnet ist. Die erste Kühlmittelpumpe 310 ist eingangsseitig der ersten Wärmequelle 302 angeordnet.
Die 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 401 mit einer ersten Wärmequelle 402 und mit einer zweiten Wärmequelle 403 und mit einer Kühlmittelleitungsverschaltung 404 mit zwei Thermostaten 405, 406, wobei die Thermostate 405, 406 in einer Thermostatverschaltung 407 in einem gemeinsamen Gehäuse 408 angeordnet sind. In der Kühlmittelleitungsverschaltung 404 ist weiterhin ein Kühler 409 und zumindest eine Kühlmittelpumpe 410 vorgesehen. Im Beispiel der 5 ist optional auch eine zweite Kühlmittelpumpe 411 vorgesehen. Die Kühlmittelleitungsverschaltung 404 ist dabei derart ausgeführt, dass eine Rücklaufleitung 412 am Ausgang 413 der ersten Wärmequelle 402 vorgesehen ist, welche mit dem Eingang 414 des Kühlers 409 verbunden ist. Die zweite Wärmequelle 403 wird am Ausgang 415 des Kühlers 409 über die Leitung 416 angeschlossen, so dass der Eingang 417 der zweiten Wärmequelle 403 mit dem Vorlauf aus dem Kühler 409 verbunden ist. Die zweite Kühlmittelpumpe 411 ist in den Vorlauf der Leitung 416 verschaltet. Der Anschluss der zweiten Wärmequelle 403 an den Vorlauf der Leitung 416 erfolgt vorteilhaft, weil dort die Kühlmitteltemperatur im Kühlkreislauf am niedrigsten ist.
Der Ausgang 418 der zweiten Wärmequelle 403 ist über die Leitung 419 mit dem Thermostaten 406 verbunden, welcher über die Leitung 420, das Thermostat 405 und die Leitung 421 über die Pumpe 410 mit dem Eingang 422 zur ersten Wärmequelle 402 verbunden ist. Gleichzeitig ist das Thermostat 406 über die Leitung 423 bzw. 424 mit dem Ausgang des Kühlers 409 verbunden. Auch ist das Thermostat 406 mit der Leitung 425 mit dem Bypass 426 verbunden. Das Thermostat 405 ist über die Leitung 421 über die Pumpe 410 mit dem Eingang 422 verbunden und über die Bypassleitung 426 mit dem Ausgang 413 der ersten Wärmequelle 402. Darüber hinaus ist das erste Thermostat 405 mittels der Leitung 424 mit dem Ausgang des Kühlers 409 verbunden.
Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Motoreintrittstemperatur besonders exakt vom Thermostat 405 als Hauptthermostat geregelt werden kann, da die Mischung der Kühlmittelmassenströme vom Kühler 409 und von der zweiten Wärmequelle 403 schon vor dem Hauptthermostat 405 erfolgt. Um einen Strömungskurzschluß des Kühlmittelkühlers 409 bei geöffnetem Hauptthermostat 405 zu verhindern, wurden zwei Überdruckventile 430, 431 vorgesehen, die als aktive oder passive Bauelemente auch mit in das Gehäuse 408 bzw. in das Verteilermodul integriert werden können. Wird die Leitung 424 vom Austritt des zweiten Thermostaten 406 nicht zum Bypass 426 sondern zur Leitung zum Kühlmittelkühlereintritt geführt, kann die mögliche Kühleraustrittstemperatur im Schwachlastfall mit nahezu geschlossenem Hauptthermostat 405 noch weiter abgesenkt werden.
Die 6 zeigt in Abänderung der 5, dass die Pumpe 511 auch mit in das Gehäuse 508 integrierbar ist. Dieses Beispiel zeigt stellvertretend für die anderen Bauformen, dass auch die Hauptpumpe 510 und/oder die zweite Pumpe 511 in die Einheit 508 integriert werden kann.
Die 7 zeigt in Abänderung der 5 bzw. der 6, dass die T-Stücke 640, 641 zwischen Kühler 609 und zweiter Wärmequelle 603, wie beispielsweise WHR-Kondensator, auch mit in die Baueinheit des Gehäuses 608 integriert werden können. Dadurch wird die Verrohrung der Komponenten untereinander vereinfacht.
Die 8 zeigt in Abänderung der 5 bzw. der 6 bzw. der 7, dass das Thermostat 706 auch eintrittsseitig der zweiten Wärmequelle 703 angeordnet werden kann.
Die 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher sich im Aufbau mit zwei parallelen Bypässen 850, 851 sich die beiden Thermostate 806, 805 und ggf. die Drossel in einer Baugruppe 808 zusammenfassen lassen.
Durch die Integration entsteht eine kompakte Baueinheit, die ohne aufwändige Verschlauchung der Thermostate untereinander auskommt. Der Montageaufwand und der Bauraumbedarf werden dadurch verringert. Außerdem werden die erforderliche Kühlmittelmenge und die Fahrzeugmasse reduziert. Die Gefahr von Undichtigkeiten verringert sich.
Wird der Bypass auch in die Baueinheit bzw. das Gehäuse integriert, wird die Länge der Rohrleitungen im Bypass verkürzt. Dadurch erreicht man eine direkte Rückkopplung ohne nennenswerte Totzeit. Die Temperaturregelung neigt weniger zum Schwingen und der Thermostat reagiert schneller und genauer auf Temperaturschwankungen im Kühlmittel.
Die Baueinheit bzw. das Gehäuse kann dazu jeweils einen Anschluss für den Vor- und Rücklauf der Niedertemperaturwärmequelle und jeweils einen Anschluss für die Hochtemperaturwärmequelle, beispielsweise in Form des Verbrennungsmotors, den Bypass und den Kühleraustritt beinhalten. Das integrierte Thermostatmodul kann dabei eine geschlossene Einheit sein, oder sie kann auch direkt am Motorblock oder am Anschluss der Wasserpumpe angebracht sein.
Das Modul bzw. das Gehäuse kann ferner auch den kompletten Bypass enthalten. Außerdem ist eine Bauform möglich, bei der in das Thermostatmodul auch die zweite Kühlmittelpumpe integriert wird, die das Kühlwasser durch eine oder mehrere Wärmequellen fördert. Sollten mehr als zwei Temperaturniveaus vorhanden sein, lassen sich auch mehr als zwei Thermostaten zu einer Baugruppe integrieren. Bei einigen Bauformen sind noch weitere aktive oder passive Ventile oder Drosseln zur Strömungsführung im Kühlkreislauf vorgesehen, die bei Bedarf auch in die Baugruppe integriert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-169191 A [0004]
US 201310152880 A1 [0005]

Claims

Kühlvorrichtung, insbesondere zur Kühlung von Aggregaten eines Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Wärmequelle und einer zweiten Wärmequelle, mit einem Kühler und zumindest einer ersten Kühlmittelpumpe, wobei zwischen der ersten Wärmequelle, der zweiten Wärmequelle und dem Kühler eine Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen ist, wobei eine Thermostatanordnung mit zumindest zwei Thermostatventilen in der Kühlmittelleitungsverschaltung vorgesehen ist, um eine abgestufte Temperaturerteilung des Kühlmittels zu erreichen.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostatanordnung mit dem ersten Thermostat und dem zweiten Thermostat zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Thermostat und das zweite Thermostat in einem Gehäuse der Thermostatanordnung angeordnet sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wärmequelle einen Hochtemperaturwärmequelle ist und die zweite Wärmequelle eine Niedertemperaturwärmequelle ist, wobei die Temperatur der Hochtemperaturwärmequelle über der Temperatur der Niedertemperaturwärmequelle liegt.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostatanordnung für jedes Thermostat einen jeweiligen Kühlmittelvorlauf und einen jeweiligen Kühlmittelrücklauf aufweist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Kühler einen diesen umgehenden Bypass vorgesehen ist, welcher insbesondere in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, welche insbesondere in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wärmequelle, welche insbesondere als Niedertemperaturwärmequelle ausgebildet ist, in die Thermostatanordnung, wie in das Gehäuse, integriert ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostatanordnung Kühlfluidleitungen aufweist, die bevorzugt in das Gehäuse integriert sind.