DE102017011428A1

DE102017011428A1 - Kühlsystem, das zwei Kühlkreise und ein gemeinsames Ausgleichsgefäß umfasst

Info

Publication number: DE102017011428A1
Application number: DE102017011428.5A
Authority: DE
Inventors: Zoltan Kardos; Ola Hall
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: SE1651710A1; DE102017011428B4; SE540376C2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, das zwei Kühlkreise (1, 2) und ein gemeinsames Ausgleichsgefäß (4) umfasst. Das Kühlsystem umfasst ein Wandelement (5), das einen Innenraum des Ausgleichsgefäßes (4) in eine erste Kammer (4a) und eine zweite Kammer (4b) unterteilt. Eine Stauleitung (1d) des ersten Kühlkreises (1) ist mit der ersten Kammer (4a) verbunden, und eine Entlüftungsleitung (1e) des ersten Kühlkreises (1) ist mit der zweiten Kammer (4b) des Ausgleichsgefäßes (4a) verbunden. Eine Stauleitung (2d) des zweiten Kühlkreises (2) ist mit der zweiten Kammer (4b) verbunden, und es ist eine Entlüftungsleitung (2e) des zweiten Kühlkreises (2) mit der ersten Kammer (4a) des Ausgleichsgefäßes (4) verbunden.

Description

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem, das zwei Kühlkreise und ein gemeinsames Ausgleichsgefäß (Expansionstank) umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, das ein derartiges Kühlsystem umfasst.
Hybridfahrzeuge können durch eine elektrische Leistungseinheit in Kombination mit einer anderen Art von Leistungseinheit angetrieben werden, wie einer Brennkraftmaschine. Die elektrische Leistungseinheit kann eine elektrische Maschine, die alternierend als Motor und Generator arbeitet, einen elektrischen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und Leistungselektronik zum Steuern des Flusses elektrischer Energie zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Maschine umfassen. Die elektrische Maschine, der elektrische Energiespeicher und die Leistungselektronik werden während des Betriebs aufgeheizt und müssen daher gekühlt werden.
Der elektrische Energiespeicher kann eine optimale effiziente Betriebstemperatur innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 25 °C aufweisen. Somit muss der elektrische Energiespeicher durch ein Kühlmittel einer vergleichsweise niedrigen Temperatur abgekühlt werden. Der elektrische Energiespeicher weist eine hohe thermische Masse auf. Somit wird die Temperatur des elektrischen Energiespeichers selbst während Betriebszuständen vergleichsweise langsam verändert, wenn die Last des elektrischen Energiespeichers schnell variiert wird. Die Leistungselektronik und die elektrische Maschine können normalerweise einer höheren Temperatur widerstehen, die bis hin zu etwa 60 bis 70 °C betragen kann. Es ist somit ausreichend, die Leistungselektronik und die elektrische Maschine durch ein Kühlmittel einer höheren Temperatur und in einem getrennten Kühlkreis abzukühlen. Die elektrische Maschine weist eine niedrige thermische Masse auf und sie kann während bestimmter Betriebszustände in hohem Maße geladen werden. Um eine Überhitzung einer Komponente zu vermeiden, die diese Eigenschaften aufweist, muss der Kühlkreis eine hohe Kühlkapazität aufweisen.
Fahrzeuge können jedoch andere Komponenten und Medien umfassen, die durch ein Kühlmittel verschiedener Temperaturen abzukühlen sind. Derartige Komponenten und Medien können eine Brennkraftmaschine, ein hydraulischer Verzögerer, Ladeluft, rezirkulierende Abgase, Motoröl, Getriebeöl usw. sein. Die WO 2011/050892 A1 zeigt ein Hybridfahrzeug, das mit einem ersten Kühlkreis zum Abkühlen einer elektrischen Antriebseinheit und einem zweiten Kühlkreis zum Abkühlen eines Zwischenkühlers ausgestattet ist. Das Kühlsystem umfasst ein gemeinsames Ausgleichsgefäß, das Kühlmittel aus den zwei Kühlkreisen aufnimmt.
Kurzfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Kühlsystems, das zwei Kühlkreise umfasst, die zusammen eine kleinere Größe als zwei getrennte Kühlsysteme derselben Kühlkapazität aufweisen, und eines Fahrzeugs, das ein derartiges Kühlsystem umfasst.
Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch das Kühlsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Gemäß der Erfindung umfasst das Kühlsystem einen ersten Kühlkreis und einen zweiten Kühlkreis, die mit einem gemeinsamen Ausgleichsgefäß versehen sind. Das gemeinsame Ausgleichsgefäß umfasst ein Wandelement, das den Innenraum des Ausgleichsgefäßes in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt. Der erste Kühlkreis umfasst eine Stauleitung, die mit der ersten Kammer verbunden ist, und eine Entlüftungsleitung, die mit der zweiten Kammer verbunden ist. Der zweite Kühlkreis umfasst eine Stauleitung, die mit der zweiten Kammer verbunden ist, und eine Entlüftungsleitung, die mit der ersten Kammer verbunden ist.
Nach einer Zeitspanne des kontinuierlichen Betriebs des Kühlsystems, leiten die Entlüftungsleitungen Kühlmittel ohne Luft in das Ausgleichsgefäß. Das Kühlmittel verlässt das Ausgleichsgefäß über die Stauleitungen. Somit empfangen die Kühlkreise Kühlmittel von einer der Kammern und leiten das Kühlmittel zurück zu der anderen Kammer. In dem Fall, in dem die Entlüftungsleitungen Kühlmittel mit unterschiedlichen Temperaturen zu dem Ausgleichsgefäß leiten, wird Wärme zwischen den Kühlsystemen in dem Ausgleichsgefäß transferiert. Folglich erlangt der Kühlkreis, der das Kühlmittel der höheren Temperatur in das Ausgleichsgefäß leitet, eine zusätzliche Kühlung in dem Ausgleichsgefäß. Aufgrund dieser Tatsache kühlt der Kühlkreis mit der höheren Kühlmitteltemperatur die Komponente in dem Kühlkreis mittels des Kühlmittels einer niedrigeren Temperatur ab. Somit führt der Wärmetransfer in dem Ausgleichsgefäß zu einer erhöhten Kühlkapazität des Kühlkreises mit der höheren Kühlmitteltemperatur. In Anbetracht dieser Tatsache ist es möglich, den Kühlkreis mit der höheren Kühlmitteltemperatur mit einer niedrigeren Maximalkapazität auszulegen. Folglich kann das Kühlsystem gemäß der Erfindung kleiner ausgestaltet werden als ein herkömmliches Kühlsystem, das zwei vollständig getrennte Kühlkreise umfasst. Des Weiteren führt die Verwendung eines gemeinsamen Ausgleichsgefäßes zu weniger Komponenten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Kühlkreis konfiguriert, um Kühlmittel zu dem Ausgleichsgefäß einer niedrigeren Temperatur zu leiten, als der zweite Kühlkreis hat, und ist der erste Kühlkreis konfiguriert, um eine Komponente mit einer höheren thermischen Masse als die durch den zweiten Kühlkreis abzukühlende Komponente abzukühlen. Der Wärmetransfer zwischen den Kühlkreisen in dem Ausgleichsgefäß erhöht die Kühlkapazität des Kühlkreises, der die höhere Kühlmitteltemperatur aufweist, und verringert zur selben Zeit die Kühlkapazität des Kühlkreises, der die niedrigere Kühlmitteltemperatur aufweist. In dem Fall, in dem der zweite Kühlkreis eine hohe Last aufweist, erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Ausgleichsgefäß von dem zweiten Kühlkreis geleitet wird, und ebenso der Wärmetransfer in dem Ausgleichsgefäß. Der erhöhte Wärmetransfer verringert die Kühlkapazität des ersten Kühlkreises. In dem Fall, in dem die erste Komponente eine hohe thermische Masse aufweist, wird eine zeitweilig verringerte Kühlkapazität des ersten Kühlkreises die Temperatur der ersten Komponente nicht maßgeblich beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst das Ausgleichsgefäß eine Kühlmittelpassage zwischen den Kammern, die konfiguriert ist, um Kühlmittelpegeldifferenzen zwischen den Kammern auszugleichen. Eine solche Kühlmittelpassage kann einen hinreichend großen Flussbereich zur Bereitstellung eines Kühlmittels zwischen den Kammern aufweisen, der Kühlmittelpegeldifferenzen in den Kammern ausgleicht. Die Kühlmittelpassage soll keine übermäßige Strömung zwischen den Kammern zulassen, was die Temperaturdifferenz zwischen den Kammern ausgleicht. Die Strömungspassage kann eine Öffnung sein, die in dem Wandelement bei einem niedrigeren Pegel als einem minimalen Kühlmittelpegel in dem Ausgleichsgefäß angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Ausgleichsgefäß eine Luftpassage zwischen den Kammern aufweisen, die konfiguriert ist, um Druckdifferenzen zwischen den Kammern auszugleichen. Eine solche Luftpassage kann oberhalb des Wandelements angeordnet sein. Sie muss zumindest bei einem höheren Pegel als einem maximalen Kühlmittelpegel in dem Ausgleichsgefäß angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die zweite Entlüftungsleitung konfiguriert, um eine übliche Kühlmittelströmung zu dem Ausgleichsgefäß während eines Betriebszustands bereitzustellen, wenn der zweite Kühlkreis eine niedrige Last aufweist, und um eine zusätzliche Kühlmittelströmung zu dem Ausgleichsgefäß während eines Betriebszustands bereitzustellen, wenn der zweite Kühlkreis eine hohe Last aufweist. Die zusätzliche Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung erhöht die gesamte Kühlmittelströmung in dem zweiten Kühlkreis. Des Weiteren erhöht sie die Kühlmittelströmungsrate aus dem Ausgleichsgefäß zu der zu kühlenden Komponente. Folglich erhöht diese Maßnahme die Kühlkapazität des zweiten Kühlkreises noch weiter.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst die zweite Entlüftungsleitung eine übliche Strömungspassage, die einen üblichen Strömungsbereich durch die Entlüftungsleitung bereitstellt, und eine zusätzliche Strömungspassage, die einen zusätzlichen Strömungsbereich durch die Entlüftungsleitung und ein Ventilelement bereitstellt, das konfiguriert ist, um eine Kühlmittelströmung durch die zusätzliche Strömungspassage während eines Betriebszustands zu ermöglichen, wenn der zweite Kühlkreis eine hohe Last aufweist. Die übliche Strömung wird derart bemaßt, dass die zweite Entlüftungsleitung eine geeignete Kühlmittelströmungsrate während einer niedrigen Last auf den zweiten Kühlkreis erlangt. Die zusätzliche Strömungspassage wird derart bemaßt, dass die zweite Entlüftungsleitung eine geeignete höhere Kühlmittelströmungsrate während einer hohen Last auf den zweiten Kühlkreis erlangt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst das Kühlsystem eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, um Informationen bezüglich eines Parameters zu empfangen, der auf die Last des zweiten Kühlkreises bezogen ist, und um eine Bewegung des Ventilelements derart zu initiieren, dass es eine Kühlmittelströmung durch die zusätzliche Strömungspassage ermöglicht, wenn der Parameter eine hohe Last des zweiten Kühlkreises angibt. In einem solchen Fall ist es möglich, die Kühlmittelströmung durch die zweite Entlüftungsleitung auf eine einfache Art und Weise zu steuern.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist das Ventilelement konfiguriert, um eine Kühlmittelströmung durch die zusätzliche Strömungspassage zu ermöglichen, wenn der Druck des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Der Druck des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung ist auf die Last auf den zweiten Kühlkreis bezogen. Das Ventilelement kann ein Sperrventil sein. Das Sperrventil kann derart bemaßt sein, um sich bei einem Druck zu öffnen, der eine Grenze zwischen einer niedrigen Last und einer hohen Last des zweiten Kühlkreises definiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist das Ventilelement konfiguriert, um in eine offene Position gestellt zu werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung eine vorbestimmte Temperatur überschreitet. Die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung ist ebenso auf die Last auf den zweiten Kühlkreis bezogen. Das Ventilelement kann einen Ventilkörper, der in der zusätzlichen Strömungspassage angeordnet ist, und einen Thermostat umfassen, der konfiguriert ist, um den Ventilkörper in eine offene Position zu bewegen, wenn die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung die vorbestimmte Temperatur überschreitet. Ein derartiger Thermostat kann eine Regulierungstemperatur aufweisen, die eine Grenze zwischen einer niedrigen Last und einer hohen Last des zweiten Kühlkreises definiert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, umfasst das Kühlsystem eine Ventilvorrichtung, die konfiguriert ist, um in eine Position niedriger Last gestellt zu werden, in der diese die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung zu der ersten Kammer leitet und die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung zu der zweiten Kammer leitet, und in eine Position hoher Last gestellt zu werden, in der diese die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung zu der zweiten Kammer leitet und die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung zu der ersten Kammer leitet. In dem Fall, in dem der zweite Kühlkreis eine niedrige Last aufweist, liegt kein Bedarf vor, um den Wärmetransfer in dem Ausgleichsgefäß zu begünstigen. In diesem Fall fungieren die Kühlkreise als zwei getrennte Kühlkreise. In dem Fall, in dem der zweite Kühlkreis eine hohe Last aufweist, ist sie geeignet, um den Wärmetransfer in dem Ausgleichsgefäß zu begünstigen, um die Kühlkapazität des zweiten Kühlkreises zu erhöhen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Ventilvorrichtung einen Thermostat, der konfiguriert ist, um die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung zu erfassen und um die Ventilvorrichtung in die Position niedriger Last oder die Position hoher Last in Anbetracht dieser Temperatur zu stellen. Der Thermostat kann dimensioniert werden, um eine Regulierungstemperatur aufzuweisen, die eine Grenze zwischen niedriger Last und hoher Last definiert. Der Thermostat kann konfiguriert sein, um eine Bewegung eines Stabs vorzusehen, der mit einer Anzahl von Ventilkörpern versehen ist, hin zu der Position niedriger Last und der Position hoher Last in Anbetracht der Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung.
Figurenliste
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft beschrieben werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein Kühlsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Kühlsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3a bis 3c alternative Auslegungen des Ventilelements in 2, und
4a bis 4b ein Kühlsystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt ein Kühlsystem, das einen ersten Kühlkreis 1 und einen zweiten Kühlkreis 2 umfasst, die in einem schematisch gezeigten Fahrzeug 3 angeordnet sind. Der erste Kühlkreis 1 umfasst eine erste Pumpe 1a, die Kühlmittel in dem ersten Kühlkreis 1 zirkulieren lässt, zumindest eine erste Komponente 1b, die durch das zirkulierende Kühlmittel zu kühlen ist, und einen ersten Radiator 1c, in dem das Kühlmittel durch eine Kühlluftströmung abgekühlt wird. Die erste Komponente 1b weist eine hohe thermische Masse auf. Somit variiert die Temperatur der ersten Komponente 1b relativ langsam. Die erste Komponente 1b weist eine vergleichsweise niedrige Betriebstemperatur auf. Somit muss der erste Kühlkreis 1 durch Kühlmittel einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gekühlt werden. Die erste Komponente 1b kann ein elektrischer Energiespeicher in einem Hybridfahrzeug oder einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug sein. Der erste Kühlkreis 1 umfasst weiterhin eine Stauleitung 1d mit einer Längenausdehnung zwischen dem ersten Kühlkreis 1 und einem Ausgleichsgefäß 4, und eine Entlüftungsleitung 1e mit einer Längenausdehnung zwischen der ersten Komponente 1b und dem Ausgleichsgefäß 4.
Der zweite Kühlkreis 2 umfasst eine zweite Pumpe 2a, die ein Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreis 2 zirkulieren lässt, zumindest eine zweite Komponente 2b, die durch das zirkulierende Kühlmittel abzukühlen ist, und einen zweiten Radiator 2c, in dem das Kühlmittel durch eine Kühlluftströmung abgekühlt wird. Die zweite Komponente 2b weist eine niedrige thermische Masse auf. Somit kann die Temperatur der zweiten Komponente 2b schnell variieren. Die zweite Komponente 2b weist eine höhere Betriebstemperatur als die erste Komponente 1b auf. Somit kann die zweite Komponente 2b durch ein Kühlmittel einer höheren Temperatur als die Temperatur des Kühlmittels abgekühlt werden, das die erste Komponente 1b abgekühlt. Die zweite Komponente 2b kann eine elektrische Maschine sein, die alternierend als Motor und Generator in einem Hybridfahrzeug oder in einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug funktioniert. Der zweite Kühlkreis 2 umfasst eine weitere Stauleitung 2d mit einer Längenausdehnung zwischen dem zweiten Kühlkreis 2 und dem Ausgleichsgefäß 4 und eine zweite Entlüftungsleitung 2e mit einer Längenausdehnung zwischen der zweiten Komponente 2b und dem Ausgleichsgefäß 4.
Das Ausgleichsgefäß 4 umfasst ein Wandelement 5, das einen Innenraum des Ausgleichsgefäßes 4 in eine erste Kammer 4a und eine zweite Kammer 4b unterteilt. Das Wandelement 5 umfasst eine Öffnung, die eine Kühlmittelpassage 6a zwischen den Kammern 4a, 4b definiert. Die Kühlmittelpassage 6a ist bei einem niedrigeren Pegel als einem minimalen Kühlmittelpegel in dem Ausgleichsgefäß 4 befindlich. Die Kühlmittelpassage 6a ermöglicht eine Kühlmittelströmung durch das Wandelement 5, was Kühlmittelpegeldifferenzen zwischen der ersten Kammer 4a und der zweiten Kammer 4b ausgleicht. Eine Luftpassage 6b ist in einer Position oberhalb einer Oberkante 5a des Wandelements 5 angeordnet. Die Luftpassage 6b ist bei einem höheren Pegel als einem maximalen Kühlmittelpegel in dem Ausgleichsgefäß 4 befindlich. Die Luftpassage 6b ermöglicht eine Luftströmung zwischen der ersten Kammer 4a und der zweiten Kammer 4b, was Druckdifferenzen zwischen den Kammern 4a, 4b ausgleicht.
Die erste Stauleitung 1d weist eine Längenausdehnung zwischen einer Position unmittelbar stromaufwärts der ersten Pumpe 1a in dem ersten Kühlkreis 1 und der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 auf. Die erste Entlüftungsleitung 1e weist eine Längenausdehnung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 auf. Die zweite Stauleitung 2d weist eine Längenausdehnung zwischen einer Position unmittelbar stromaufwärts der zweiten Pumpe 2a in dem zweiten Kühlkreis 2 und der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 auf. Die zweite Entlüftungsleitung 2e weist eine Längenausdehnung zwischen der zweiten Komponente 2b in dem zweiten Kühlkreis 2 und der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 auf.
Bei einem Start der Pumpen 1a, 2a in den Kühlkreisen 1, 2, können Luftblasen in der Kühlmittelströmung vorhanden sein, die über die Entlüftungsleitungen 1e, 2e zu dem Ausgleichsgefäß 4 gerichtet ist. Nach einer Zeitspanne des kontinuierlichen Betriebs wird im Wesentlichen lediglich Kühlmittel über die Entlüftungsleitungen 1e, 2e zu dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet. Der erste Kühlkreis 1 empfängt Kühlmittel über die erste Stauleitung 1d von der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4, und es empfängt der zweite Kühlkreis 2 Kühlmittel über die zweite Stauleitung 1d von der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4. Der erste Kühlkreis 1 richtet einen Teil der Kühlmittelströmung von der ersten Komponente 1b über die erste Entlüftungsleitung 1e zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4, und es leitet der zweite Kühlkreis 2 einen Teil der Kühlmittelströmung von der zweiten Komponente 2b über die zweite Entlüftungsleitung 2e zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4. Der erste Kühlkreis 1 und der zweite Kühlkreis 2 leiten Kühlmittel verschiedener Temperaturen zu den Kammern 4a, 4b des Ausgleichsgefäßes 4. Somit empfangen die Kammern 4a, 4b Kühlmittel verschiedener Temperaturen. Der erste Kühlkreis 1 leitet Kühlmittel der niedrigeren Temperatur zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes, und er empfängt Kühlmittel der höheren Temperatur von der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4. Der zweite Kühlkreis 2 leitet Kühlmittel höherer Temperatur zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes, und er empfängt Kühlmittel niedrigerer Temperatur von der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4.
Folglich wird Wärmeenergie zwischen den Kühlkreisen 1, 2 in dem Ausgleichsgefäß 4 transferiert. In dem Fall, in dem der zweite Kühlkreis 2 eine hohe Last aufweist, erhöht sich die Temperatur des Kühlmittels, das zu dem Ausgleichsgefäß 4 von dem zweiten Kühlkreis 2 geleitet wird, und somit der Wärmetransfer in dem Ausgleichsgefäß 4. Der erhöhte Wärmetransfer verringert die Kühlkapazität des ersten Kühlkreises, und erhöht die Kühlkapazität des zweiten Kühlkreises. Da die erste Komponente 1b eine hohe thermische Masse aufweist, wird eine zeitweilig verringerte Kühlkapazität des ersten Kühlkreises 1 die Temperatur der ersten Komponente 1b nicht maßgeblich beeinflussen. Die erhöhte Kühlkapazität des zweiten Kühlkreises 2 verhindert eine Erwärmung der zweiten Komponente 2b auf eine zu hohe Temperatur. In Anbetracht dieser Tatsache ist es möglich, den zweiten Kühlkreis 2 mit einer niedrigeren maximalen Kapazität auszulegen. Folglich kann das Kühlsystem gemäß der Erfindung kleiner als ein übliches Kühlsystem ausgelegt werden, das zwei vollständig getrennte Kühlkreises aufweist.
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Kühlsystems. In diesem Fall umfasst die zweite Entlüftungsleitung 2e eine übliche Strömungspassage 7 mit einem Strömungsbereich, der eine übliche Strömungsrate durch die Entlüftungsleitung 2e definiert, und eine zusätzliche Strömungspassage 8, die in der Lage ist, einen zusätzlichen Strömungsbereich durch die Entlüftungsleitung 2e vorzusehen. Die zusätzliche Strömungspassage 8 ist parallel zu der üblichen Strömungspassage 7 angeordnet. Die zusätzliche Strömungspassage 8 umfasst ein Ventilelement 9, das die Strömung durch die zusätzliche Strömungspassage 8 steuert.
Während eines Betriebszustands, wenn der zweite Kühlkreis 2 eine niedrige Last aufweist, wird das Ventilelement 9 in eine geschlossene Position gestellt. Die zusätzliche Strömungspassage 8 wird geschlossen, und es wird die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e durch die übliche Strömungspassage 7 definiert. Während eines Betriebszustands, wenn der zweite Kühlkreis 2 eine hohe Last aufweist, dann wird das Ventilelement 9 in eine offene Position gestellt. Der erhöhte Strömungsbereich in der zweiten Entlüftungsleitung 2e erhöht die Kühlmittelströmungsrate aus der zweiten Komponente 2b über die zweite Entlüftungsleitung 2e zu dem Ausgleichsgefäß 4. Die erhöhte Kühlmittelströmungsrate zu der ersten Kammer des Ausgleichsgefäßes 4 führt zu einer entsprechenden erhöhten Kühlmittelströmungsrate von der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 zu dem zweiten Kühlkreis 2. Die erhöhte Kühlmittelströmungsrate erhöht den Wärmetransfer zwischen den Kühlkreisen 1, 2 in dem Ausgleichsgefäß 4 und die Kühlkapazität des zweiten Kühlkreises 2.
3a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Ventilelements 9 in 2. In diesem Fall wird das Ventilelement als ein drehbarer Ventilkörper 9a ausgelegt, der einen kreisförmigen Strömungsweg 7a, der eine übliche Strömungspassage definiert, und einen geraden Strömungsweg 8a umfasst, der die zusätzliche Strömungspassage definiert. Eine Steuereinheit 10 ist konfiguriert, um Informationen von einem Sensor 11 bezüglich der Temperatur oder des Drucks des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung 2e zu empfangen. Der Druck und/oder die Temperatur des Kühlmittels sind/ist auf die Last auf den zweiten Kühlkreis 2 bezogen. In dem Fall, in dem die Steuereinheit 10 Informationen von dem Sensor empfängt, die angeben, dass die Last auf den zweiten Kühlkreis 2 niedrig ist, stellt sie das Ventilelement in eine Drehposition, in der der gerade Strömungsweg 8a von dem Kühlmittelströmungsweg in der zweiten Entlüftungsleitung 2e getrennt wird. In diesem Fall fließt das Kühlmittel in der Entlüftungsleitung 2e über den kreisförmigen Strömungsweg 7a durch das Ventilelement 9a. In dem Fall, in dem die Steuereinheit 10 Informationen von dem Sensor empfängt, die angeben, dass die Last auf der zweiten Kühlkreis 2 hoch ist, stellt sie das Ventilelement 9a in eine Drehposition, in der der gerade Strömungsweg 8a mit dem Kühlmittelströmungsweg in der zweiten Entlüftungsleitung 2e verbunden ist. In diesem Fall fließt das Kühlmittel in der zweiten Entlüftungsleitung 2e durch das Ventilelement 9a über den kreisförmigen Strömungsweg 7a sowie über den gerade Strömungsweg 8a.
3b zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Ventilelements 9 in 2. In diesem Fall wird das Ventilelement als ein Sperrventil 9b ausgelegt. Das Sperrventil 9b ist konfiguriert, um sich zu öffnen, wenn der Kühlmitteldruck in der Entlüftungsleitung 2e einen vorbestimmten Druck überschreitet, der eine Grenze zwischen einer niedrigen Last und einer hohen Last des zweiten Kühlkreises 2 definiert. In dem Fall, in dem der Kühlmitteldruck niedriger als der vorbestimmte Druck ist, wird das Sperrventil 9b geschlossen, und wird die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e über eine übliche Strömungspassage 7b hin zu dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet. In diesem Fall, in dem der Kühlmitteldruck höher als der vorbestimmte Druck ist, wird das Sperrventil 9b geöffnet, und wird die Kühlmittelströmung über die übliche Strömungspassage 7b sowie über eine zusätzliche Strömungspassage 8b hin zu dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet.
3c zeigt ein weiteres drittes Ausführungsbeispiel des Ventilelements 9 in 2. In diesem Fall umfasst das Ventilelement 9c einen beweglich angeordneten Ventilkörper 9c₁ und einen Thermostat 9c₂. Der bewegliche Ventilkörper 9c₁ ist beweglich zwischen einer geschlossenen Position, in der er eine zusätzliche Strömungspassage 8c abdeckt, und einer offenen Position angeordnet, in der er die zusätzliche Strömungspassage 8c freigibt. Der Thermostat 9c₂ wird bei einer vorbestimmten Temperatur ausgedehnt, bei der er den beweglichen Ventilkörper aus der geschlossenen Position in die offene Position bewegt. Eine Kühlmitteltemperatur oberhalb der vorbestimmten Temperatur definiert eine hohe Last des zweiten Kühlkreises 2. Eine übliche Strömungspassage 7c wird bei der Seite des Ventilelements 9c angeordnet.
In dem Fall, in dem die Kühlmitteltemperatur unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegt, wird die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e über die übliche Strömungspassage 7c hin zu dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet. In dem Fall, in dem sich die Kühlmitteltemperatur oberhalb der vorbestimmten Temperatur befindet, wird die Kühlmittelströmung über die übliche Strömungspassage 7c sowie über eine zusätzliche Strömungspassage 8c hin zu dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet.
4a und 4b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kühlsystems. In diesem Fall umfasst das Kühlsystem eine Ventilvorrichtung 12, die ein Ventilgehäuse 13 umfasst. Ein Thermostat 14 ist bei einem Ende des Ventilgehäuses 13 in thermischem Kontakt mit der Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e angeordnet. Der Thermostat 14 ist über einen Stab 15 mit einem ersten Paar von Ventilkörpern 16 und einem zweiten Paar von Ventilkörpern 17 verbunden. Das erste Paar von Ventilkörpern 16 ist beweglich in Bezug auf ein erstes Paar von stationär angeordneten Ventilsitzen 16a angeordnet. Das zweite Paar von Ventilkörpern 17 ist beweglich in Bezug auf ein zweites Paar von stationär angeordneten Ventilsitzen 17a angeordnet. Das Ventilgehäuse 13 umfasst einen ersten Einlass 18, der Kühlmittel aus der ersten Entlüftungsleitung 1e empfängt, und einen zweiten Einlass 19, der Kühlmittel aus der zweiten Entlüftungsleitung 2e empfängt. Das Ventilgehäuse 13 umfasst einen ersten Auslass 20, der Kühlmittel aus dem Ventilgehäuse 13 zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 leitet. Das Ventilgehäuse 13 umfasst einen zweiten Auslass 21, der Kühlmittel aus dem Ventilgehäuse 13 zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 leitet. Das Ventilgehäuse 13 umfasst einen dritten Auslass 22, der Kühlmittel aus dem Ventilgehäuse 13 hin zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 leitet. Das Ventilgehäuse 13 umfasst einen vierten Auslass 23, der Kühlmittel aus dem Ventilgehäuse 13 zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 leitet.
Während des Betriebs des Kühlsystems erfasst der Thermostat 14 die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung 2e. In dem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels niedriger als die Regulierungstemperatur des Thermostats 14 ist, werden der Stab 15 und die Ventilpaare 16, 17 in eine Position niedriger Last gestellt, die in 4a gezeigt ist. Die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung 1e tritt in das Ventilgehäuse 13 über den ersten Einlass 18 ein. Das erste Paar von Ventilkörpern 16 und das erste Paar von Ventilsitzen 16a sind in Relation zueinander derart positioniert, dass die Kühlmittelströmung aus der ersten Entlüftungsleitung 1e aus dem Ventilgehäuse 13 über den ersten Auslass 20 und hin zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 geleitet wird. Die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e tritt in das Ventilgehäuse 13 über den zweiten Einlass 19 ein. Das zweite Paar von Ventilkörpern 17 und das zweite Paar von Ventilsitzen 17a sind in Relation zueinander derart positioniert, dass die Kühlmittelströmung aus der zweiten Entlüftungsleitung 2e aus dem Ventilgehäuse 13 über den dritten Auslass 22 und hin zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 geleitet wird.
In dem Fall, in dem die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung 2e höher als die Regulierungstemperatur des Thermostats 14 ist, sieht der Thermostat 14 eine Bewegung des Stabs 15 und der Ventilpaare 16, 17 zu einer Position hoher Last vor, die in 4b gezeigt ist. In der Position hoher Last sind das erste Paar von Ventilkörpern 16 und das erste Paar von Ventilsitzen 16a in Relation zueinander derart positioniert, dass die Kühlmittelströmung aus der ersten Entlüftungsleitung 1e aus dem Ventilgehäuse 13 über den zweiten Auslass 21 und hin zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4 geleitet wird. Das zweite Paar von Ventilkörpern 17 und das zweite Paar von Ventilsitzen 17a sind in Relation zueinander derart positioniert, dass die Kühlmittelströmung aus der zweiten Entlüftungsleitung 2e aus dem Ventilgehäuse 13 über den vierten Auslass 23 und hin zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4 geleitet wird.
Folglich wird in der Position niedriger Last die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung 1e hin zu der ersten Kammer 4a in dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet, und wird die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e zu der zweiten Kammer 4b in dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet. In diesem Fall empfängt der erste Kühlkreis 1 das Kühlmittel und leitet diese zu der ersten Kammer 4a des Ausgleichsgefäßes 4. Der zweite Kühlkreis empfängt Kühlmittel und leitet dieses zu der zweiten Kammer 4b des Ausgleichsgefäßes 4. In diesem Fall weist der zweite Kühlkreis 2 eine niedrige Last auf, und hat der zweite Kühlkreis kein Problem, eine gewünschte Abkühlung der zweiten Komponente bereitzustellen. In diesem Fall liegt im Wesentlichen kein Wärmetransfer zwischen den Kühlkreisen 1, 2 vor.
In der Position hoher Last wird die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung 1e zu der zweiten Kammer 4b in dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet, und wird die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung 2e zu der ersten Kammer 4a in dem Ausgleichsgefäß 4 geleitet. In diesem Fall empfängt der erste Kühlkreis Kühlmittel aus dem zweiten Kühlkreis 2 in dem Ausgleichsgefäß 4, und es empfängt der zweite Kühlkreis Kühlmittel aus dem ersten Kühlkreis 1 in dem Ausgleichsgefäß 4. Aufgrund dieser Tatsachen liegt ein effektiver Wärmetransfer zwischen den Kühlkreisen 1, 2 in dem Ausgleichsgefäß vor. Der zweite Kühlkreis 2 erlangt eine Erhöhung in der Kühlkapazität und in seiner Fähigkeit zum Durchführen einer gewünschten Abkühlung der zweiten Komponente 2b. Gleichzeitig erlangt der erste Kühlkreis eine verringerte Kühlkapazität. Da die erste Komponente 1b eine hohe thermische Masse aufweist, wird eine zeitweilig verringerte Abkühlung der ersten Komponente 1b deren Temperatur nicht maßgeblich beeinflussen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann frei innerhalb des Schutzbereichs der Patentansprüche variiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/050892 A1 [0004]

Claims

Kühlsystem, das zwei Kühlkreise (1, 2) und ein gemeinsames Ausgleichsgefäß (4) umfasst, wobei das Kühlsystem eine erste Stauleitung (1d), die sich zwischen dem ersten Kühlkreis (1) und dem Ausgleichsgefäß (4) erstreckt, eine zweite Stauleitung (2d), die sich zwischen dem zweiten Kühlkreis (2) und dem Ausgleichsgefäß (4) erstreckt, eine erste Entlüftungsleitung (1e), die sich zwischen dem ersten Kühlkreis (1) und dem Ausgleichsgefäß (4) erstreckt, und eine zweite Entlüftungsleitung (2e) umfasst, die sich zwischen dem zweiten Kühlkreis (2) und dem Ausgleichsgefäß (4) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem ein Wandelement (5) umfasst, das einen Innenraum des Ausgleichsgefäßes (4) in eine erste Kammer (4a) und eine zweite Kammer (4b) unterteilt, wobei die erste Stauleitung (1d) mit der ersten Kammer (4a) verbunden ist, die zweite Stauleitung (2d) mit der zweiten Kammer (4b) verbunden ist, die erste Entlüftungsleitung (1e) zumindest während bestimmter Betriebszustände mit der zweiten Kammer (4b) verbunden ist und die zweite Entlüftungsleitung (2e) zumindest während bestimmter Betriebszustände mit der ersten Kammer (4a) verbunden ist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreis (1) konfiguriert ist, um Kühlmittel zu dem Ausgleichsgefäß (4) einer niedrigeren Temperatur als die des zweiten Kühlkreises (2) zu leiten, und dadurch, dass der erste Kühlkreis (1) konfiguriert ist, um eine Komponente (1b) mit einer höheren thermischen Masse als eine Komponente (2b) abzukühlen, die durch den zweiten Kühlkreis (2) abzukühlen ist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgefäß (4) eine Kühlmittelpassage (6a) zwischen den Kammern (4a, 4b) umfasst, die konfiguriert ist, um Kühlmittelpegeldifferenzen zwischen den Kammern (4a, 4b) auszugleichen.
Kühlsystem gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgefäß (4) eine Luftpassage (6b) zwischen den Kammern (4a, 4b) umfasst, die konfiguriert ist, um Druckdifferenzen zwischen den Kammern (4a, 4b) auszugleichen.
Kühlsystem gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Entlüftungsleitung (2e) konfiguriert ist, um eine übliche Kühlmittelströmung zu dem Ausgleichsgefäß (4) während eines Betriebszustands bereitzustellen, zu dem der zweite Kühlkreis eine niedrige Last aufweist, und um eine zusätzliche Kühlmittelströmung zu dem Ausgleichsgefäß (4) während eines Betriebszustands bereitzustellen, zu dem der zweite Kühlkreis eine hohe Last aufweist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Entlüftungsleitung (2e) eine übliche Strömungspassage (7, 7a-c), die einen üblichen Strömungsbereich durch die Entlüftungsleitung (2e) vorsieht, und eine zusätzliche Strömungspassage (8, 8a-c) umfasst, die einen zusätzlichen Strömungsbereich durch die Entlüftungsleitung (2e) und ein Ventilelement (9, 9a-c) vorsieht, das konfiguriert ist, um eine Kühlmittelströmung durch die zusätzliche Strömungspassage (8, 8a-c) während eines Betriebszustands zu ermöglichen, zu dem der zweite Kühlkreis (2) eine hohe Last aufweist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem eine Steuereinheit (10) umfasst, die konfiguriert ist, um Informationen bezüglich eines Parameters zu empfangen, der auf die Last des zweiten Kühlkreises (2) bezogen ist, und um eine Bewegung des Ventilelements (9a) in eine offene Position zu initiieren, wenn der Parameter angibt, dass der zweite Kühlkreis (2) eine hohe Last aufweist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9b) konfiguriert ist, um in eine offene Position gestellt zu werden, wenn der Druck des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) einen vorbestimmten Druck überschreitet.
Kühlsystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement ein Sperrventil (9b) ist.
Kühlsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9c) konfiguriert ist, um in eine offene Position gestellt zu werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Kühlsystem gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilelement (9c) einen Ventilkörper (9c₁), der in der zusätzlichen Strömungspassage (8c) angeordnet ist, und einen Thermostat (9c₂) umfasst, das konfiguriert ist, um den Ventilkörper (9c₁) in eine offene Position zu bewegen, wenn die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Kühlsystem gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem eine Ventilvorrichtung (12) umfasst, die konfiguriert ist, um in eine Position niedriger Last gestellt zu werden, in der diese die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung (1e) hin zu der ersten Kammer (4a) leitet, und die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) hin zu der zweiten Kammer (4b) leitet, und in eine Position hoher Last gestellt zu werden, in der diese die Kühlmittelströmung in der ersten Entlüftungsleitung (1e) hin zu der zweiten Kammer (4b) leitet und die Kühlmittelströmung in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) hin zu der ersten Kammer (4a) leitet.
Kühlsystem gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (12) einen Thermostat (14) umfasst, der konfiguriert ist, um die Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) zu erfassen und die Ventilvorrichtung in die Position niedriger Last oder die Position hoher Last in Anbetracht dieser Temperatur zu stellen.
Kühlsystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermostat (14) konfiguriert ist, um eine Bewegung eines Stabs (15), der mit einer Anzahl von Ventilkörpern (16, 17) versehen ist, in die Position niedriger Last und die Position hoher Last in Anbetracht der Temperatur des Kühlmittels in der zweiten Entlüftungsleitung (2e) bereitzustellen.
Fahrzeug, das ein Kühlsystem gemäß zumindest einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 14 umfasst.