DE102020118119A1

DE102020118119A1 - Wärmeübertrageranordnung, Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertrageranordnung sowie Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020118119A1
Application number: DE102020118119.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Mies
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung (2) für eine Antriebseinrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, mit einem Primärfluideinlassanschluss und einem Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einem Sekundärfluideinlassanschluss (5) und einem Sekundärfluidauslassanschluss (6) für das Sekundärfluid, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager (8) verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager (8) verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg (7) strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg (7) verlaufenden, den Wärmeübertrager (8) umgehenden Bypassströmungsweg (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung (2) einen Entlüftungsanschluss (15) aufweist, der in den Bypassströmungsweg (9) einmündet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertrageranordnung (2) für eine Antriebseinrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Antriebseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, mit einem Primärfluideinlassanschluss und einem Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einem Sekundärfluideinlassanschluss und einem Sekundärfluidauslassanschluss für das Sekundärfluid, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertrageranordnung sowie eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift WO 2009/027492 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Ansaugeinrichtung-Ladeluftkühler-Einheit für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Ansaugeinrichtung mit einem Ansauggehäuse, in das ein Ladeluftkühler zur Kühlung der Verbrennungsluft integriert ist. Der Ladeluftkühler ist über eine Verschraubungseinrichtung mit einem Gehäuseteil des Ansauggehäuses verschraubbar, wobei ein Bauteil der Verschraubungseinrichtung die Wandung des Gehäuseteils durchragt und das Gehäuseteil über die Verschraubungseinrichtung nach Art eines Zugankers mit einer Befestigungskraft beaufschlagbar ist, die in Richtung des Ladeluftkühlers wirkt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübertrageranordnung vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Wärmeübertrageranordnungen Vorteile aufweist, insbesondere ein zuverlässiges Entlüften der Wärmeübertrageranordnung bei gleichzeitig effektiver Übertragung von Wärme zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid sicherstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Wärmeübertrageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg verlaufenden, den Wärmeübertrager umgehenden Bypassströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung einen Entlüftungsanschluss aufweist, denn den Bypassströmungsweg einmündet.
Die Wärmeübertrageranordnung dient dem Temperieren des Primärfluids unter Verwendung des Sekundärfluids. Hierzu werden der Wärmeübertrageranordnung sowohl das Primärfluid als auch das Sekundärfluid zugeführt. In der Wärmeübertrageranordnung erfolgt eine Wärmeübertragung von Wärme zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid, beispielsweise eine Übertragung von Wärme von dem Primärfluid auf das Sekundärfluid, sodass ein Kühlen des Primärfluids erfolgt, oder von dem Sekundärfluid auf das Primärfluid, sodass ein Erwärmen des Primärfluids vorgenommen wird.
Die Wärmeübertrageranordnung weist den Primärfluideinlassanschluss und den Primärfluidauslassanschluss auf. Durch den Primärfluideinlassanschluss wird der Wärmeübertrageranordnung des Primärfluid zugeführt und über den Primärfluidauslassanschluss entnommen. Weiterhin weist die Wärmeübertrageranordnung den Sekundärfluideinlassanschluss und den Sekundärfluidauslassanschluss auf. Über den Sekundärfluideinlassanschluss wird der Wärmeübertrageranordnung das Sekundärfluid zugeführt und über den Sekundärfluidauslassanschluss entnommen.
Das Primärfluid kann grundsätzlich ein beliebiges Fluid sei und einen beliebigen Aggregatzustand, ausgewählt aus den Aggregatzuständen flüssig und gasförmig, aufweisen. Das Primärfluid ist also beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas. Besonders bevorzugt wird als Primärfluid Luft verwendet. Das Sekundärfluid ist hingegen bevorzugt zumindest zeitweise flüssig. Insbesondere wird der Wärmeübertrageranordnung über den Sekundärfluideinlassanschluss vollständig und durchgehend flüssiges Sekundärfluid zugeführt. Vorzugsweise wird der Wärmeübertrageranordnung zudem über den Sekundärfluidauslassanschluss flüssiges Sekundärfluid entnommen, bevorzugt ausschließlich flüssiges Sekundärfluid.
Es ist vorteilhaft, wenn das Sekundärfluid bei seinem Durchströmen der Wärmeübertrageranordnung, also bei seinem Strömen von dem Sekundärfluideinlassanschluss hin zu dem Sekundärfluidauslassanschluss durchgehend und ausschließlich in flüssiger Form vorliegt. Durch thermische Beaufschlagung des Sekundärfluids mit aus dem Primärfluid stammender Wärme kann es jedoch zeitweise zu einem Verdampfen des Sekundärfluids kommen, sodass dieses innerhalb der Wärmeübertrageranordnung zeitweise gasförmig ist.
Das Übertragen der Wärme zwischen dem Primärfluid und dem Sekundärfluid beziehungsweise umgekehrt erfolgt mittels des Wärmeübertragers, welcher Bestandteil der Wärmeübertragungsanordnung ist. Durch den Wärmeübertrager verlaufen sowohl der Primärfluidströmungsweg als auch der Sekundärfluidströmungsweg. Über den Primärfluidströmungsweg sind der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss strömungstechnisch miteinander verbunden. Analog hierzu sind über den Sekundärfluidströmungsweg der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss strömungstechnisch miteinander verbunden. Innerhalb der Wärmeübertrageranordnung sind das Primärfluid und das Sekundärfluid strömungstechnisch vollständig voneinander separiert und stehen lediglich in Wärmeübertragungsverbindung miteinander, nämlich insbesondere und hauptsächlich in dem Wärmeübertrager.
Die Wärmeübertrageranordnung ist beispielsweise Bestandteil der Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Hierzu weist die Antriebseinrichtung ein Antriebsaggregat auf, welches beispielsweise als Brennkraftmaschine, elektrische Maschine oder dergleichen ausgestaltet ist. Das Primärfluid wird dem Antriebsaggregat zumindest zeitweise zugeführt, beispielsweise als Betriebsmittel und/oder zum Kühlen des Antriebsaggregats.
Besonders bevorzugt liegt das Antriebsaggregat in Gestalt der Brennkraftmaschine vor. Dieser wird das Primärfluid zumindest zeitweise zur chemischen Reaktion mit einem Kraftstoff zugeführt. Das Primärfluid wird hierzu in wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Als Primärfluid wird hierbei insbesondere Luft herangezogen, insbesondere mittels eines Verdichters verdichtete Luft. Die Wärmeübertrageranordnung dient hierbei einem Kühlen des Primärfluids beziehungsweise der Luft nach dem Verdichten und vor dem Zuführen in den Brennraum. Entsprechend dient die Wärmeübertrageranordnung als Ladeluftkühler der Antriebseinrichtung.
Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass das Sekundärfluid vorzugsweise durchgehend flüssig die Wärmeübertrageranordnung durchläuft. Weist jedoch das zu temperierende Primärfluid eine zu hohe Temperatur auf, ist also die von dem Primärfluid auf das Sekundärfluid übertragene Wärmemenge sehr hoch, so kann es zu einem Verdampfen des Sekundärfluids kommen, was eine Kühleffizienz der Wärmeübertrageranordnung negativ beeinflusst und zudem zu einer thermischen Zersetzung des Sekundärfluids führen kann. Insbesondere kann in dem Sekundärfluid enthaltenes Glykol durch die übertragene Wärmemenge zerstört werden. Aus diesem Grund verfügt die Wärmeübertrageranordnung über den Bypassströmungsweg, welcher analog zu dem Sekundärfluidströmungsweg den Sekundärfluideinlassanschluss und den Sekundärfluidauslassanschluss strömungstechnisch miteinander verbindet.
Hierbei liegt der Bypassströmungsweg strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg vor. Ein erster Teil des dem Wärmeübertrager über den Sekundärfluideinlassanschluss zugeführte Sekundärfluid strömt insoweit durch den Wärmeübertrager, während ein zweiter Teil des Sekundärfluids den Bypassströmungsweg durchströmt. In anderen Worten wird das der Wärmeübertrageranordnung über den Sekundärfluideinlassanschluss zugeführte Sekundärfluid auf den Sekundärfluidströmungsweg und den Bypassströmungsweg aufgeteilt. Der Sekundärfluidströmungsweg verläuft durch den Wärmeübertrager, wohingegen der Bypassströmungsweg um den Wärmeübertrager herumgeführt ist, diesen also umgeht.
Vor dem Entnehmen des Sekundärfluids aus der Wärmeübertrageranordnung über den Sekundärfluidauslassanschluss wird das entlang des Sekundärfluidströmungsweg strömende Sekundärfluid wieder mit dem entlang des Bypassströmungswegs strömenden Sekundärfluid zusammengeführt. Das entlang des Sekundärfluidströmungsweg strömende Sekundärfluid weist hierbei stromabwärts des Wärmeübertragers eine Temperatur auf, welche von seiner Temperatur stromaufwärts des Wärmeübertragers verschieden ist, nämlich durch das Temperieren des Primärfluids. Das entlang des Bypassströmungswegs strömende Sekundärfluid erfährt hingegen keine Veränderung seiner Temperatur, sodass die Temperatur dieses Sekundärfluids stromabwärts des Bypassströmungswegs seiner Temperatur stromaufwärts des Bypassströmungswegs entspricht, zumindest in etwa beziehungsweise nahezu entspricht.
Bei dem Zusammenführen des Sekundärfluids, also des ersten Teils und des zweiten Teils des Sekundärfluids, wird das Sekundärfluid temperiert, insbesondere wird der derjenige Teil des Sekundärfluids, welcher den Wärmeübertrager durchlaufen hat, durch das Sekundärfluid, welches über den Bypassströmungsweg strömt, abgekühlt. Hierdurch wird effektiv verhindert, dass verdampftes Sekundärfluid durch den Sekundärfluidauslassanschluss auch aus der Wärmeübertrageranordnung austritt. Vielmehr wird das Sekundärfluid vor dem Austreten bevorzugt so weit abgekühlt, dass es (wieder) vollständig in flüssigem Zustand vorliegt und/oder erst gar kein Sieden beziehungsweise Verdampfen auftritt. Hierdurch wird eine besonders hohe Effizienz der Wärmeübertrageranordnung erzielt.
Zum Entlüften der Wärmeübertrageranordnung weiß diese den Entlüftungsanschluss auf. Über den Entlüftungsanschluss wird ein Fluid, beispielsweise ein Gas, insbesondere in dem Sekundärfluid enthaltene Luft und/oder gasförmiges Sekundärfluid, aus der Wärmeübertrageranordnung abgeführt, beispielsweise zusammen mit flüssigem Sekundärfluid. Vorzugsweise mündet der Entlüftungsanschluss an einer geodätisch höchsten Stelle der Wärmeübertrageranordnung in diese ein, sodass das in der Wärmeübertrageranordnung vorliegende Gas aufgrund seiner im Vergleich zu dem Sekundärfluid geringeren Dichte in Richtung des Entlüftungsanschlusses aufsteigt und durch diesen entnommen werden kann.
Besonders effektiv ist das Entlüften der Wärmeübertrageranordnung über den Entlüftungsanschluss zudem, wenn der Entlüftungsanschluss strömungstechnisch gesehen möglichst weit von dem Sekundärfluideinlassanschluss entfernt ist, damit das Fluid beziehungsweise Gas hinreichend Zeit hat, aus dem Sekundärfluid abgeschieden zu werden. Wird jedoch durch den Entlüftungsanschluss Sekundärfluid entnommen, welches aufgrund des Temperierens des Primärfluids eine hohe Temperatur aufweist, so kann dies thermisch nachteilig sein. Dies gilt insbesondere, falls das durch den Entlüftungsanschluss entnommene Fluid einem Vorlauf zugeführt wird, der strömungstechnisch an den Sekundärfluideinlassanschluss angeschlossen ist. In diesem Fall wird das der Wärmeübertrageranordnung zugeführte Sekundärfluid vor einem Erreichen des Sekundärfluideinlassanschlusses aufgewärmt, sodass das Temperieren des Primärfluid lediglich mit geringerer Effizienz erfolgen kann.
Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, dass der Entlüftungsanschluss in den Bypassströmungsweg einmündet. Der Entlüftungsanschluss mündet also nicht stromaufwärts oder stromabwärts des Bypassströmungswegs in die Wärmeübertrageranordnung ein, sondern vielmehr in den Bypassströmungsweg. Das bedeutet, dass der Entlüftungsanschluss an einer Stelle in den Bypassströmungsweg einmündet, welche stromabwärts einer ersten Zweigstelle und stromaufwärts einer zweiten Zweigstelle liegt. An der ersten Zweigstelle wird das der Wärmeübertrageranordnung durch den Sekundärfluideinlassanschluss zugeführte Sekundärfluid auf den Sekundärfluidströmungsweg und den Bypassströmungsweg aufgeteilt. An der zweiten Zweigstelle werden der Sekundärfluidströmungsweg und der Bypassströmungsweg nachfolgend wieder zusammengeführt, sodass das durch sie strömende Sekundärfluid nachfolgend gemeinsam durch den Sekundärfluidauslassanschluss aus der Wärmeübertrageranordnung austritt.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Wärmeübertragungsanordnung ist sichergestellt, dass durch den Entlüftungsanschluss lediglich Fluid aus der Wärmeübertrageranordnung abgeführt wird, welches eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweist, insbesondere eine niedrigere Temperatur als dasjenige Sekundärfluid, welches den Wärmeübertrager beziehungsweise den Sekundärfluidströmungsweg durchlaufen hat. Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausgestaltung selbstverständlich, falls durch den Entlüftungsanschluss permanent das Fluid zum Entlüften der Wärmeübertrageranordnung entnommen wird, also eine aktive Entlüftung vorliegt. Beispielsweise ist es vorgesehen, durch den Entlüftungsanschluss permanent einen bestimmten Volumenstrom beziehungsweise Massenstrom des Fluids abzuführen. Das durch den Entlüftungsanschluss entnommene Fluid setzt sich zum Beispiel zu beliebigen Anteilen aus Sekundärfluid, einem aus dem Sekundärfluid ausgeschiedenem Gas und/oder verdampftem beziehungsweise gasförmigem Sekundärfluid zusammen, wobei nicht jeder dieser Bestandteile notwendigerweise vorliegen muss.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das der Wärmeübertrageranordnung durch den Sekundärfluidauslassanschluss entnommene Sekundärfluid gekühlt wird, beispielsweise mittels eines weiteren Wärmeübertragers, und erneut dem Sekundärfluideinlassanschluss zugeführt wird. Besonders bevorzugt wird das der Wärmeübertrageranordnung durch den Entlüftungsanschluss entnommene Fluid dem Sekundärfluid zugeführt, sodass nachfolgend das Fluid wieder einen Bestandteil des Sekundärfluids darstellt. Beispielsweise wird das Fluid in das abgekühlte Sekundärfluid, also stromabwärts des weiteren Wärmetauschers, in das Sekundärfluid eingebracht. Insbesondere erfolgt dies über einen Ausgleichsbehälter oder dergleichen, in welchem gasförmige Bestandteile des Fluids zurückgehalten werden, sodass das dem Sekundärfluid beigemengte Fluid größtenteils oder sogar vollständig flüssig ist. Eine derartige Ausgestaltung der Wärmeübertrageranordnung erzielt eine besonders hohe Kühleffizienz und zudem eine effektive Entlüftung.
Eine Weiterbildung der Findung sieht vor, dass der Bypassströmungsweg bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmeübertrageranordnung geodätisch oberhalb des Wärmeübertragers angeordnet ist. In der Wärmeübertrageranordnung anfallendes Gas, beispielsweise verdampft es Sekundärfluid und Strich oder aus dem Sekundärfluid abgeschiedenes Gas, werden aufgrund ihrer geringeren Dichte geodätisch nach oben transportiert. Entsprechend ist es sinnvoll, an dieser Stelle den Entlüftungsanschluss anzuordnen, sodass folglich auch der Bypassströmungsweg sinnvollerweise oberhalb des Wärmeübertragers vorliegt. Erneut dient diese Ausgestaltung der Wärmeübertrageranordnung einer besonders effektiven Entlüftung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Entlüftungsanschluss bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmeübertrageranordnung an einer geodätisch höchsten Stelle des Bypassströmungswegs einmündet. Beispielsweise ist der Bypassströmungsweg mit einer in Strömungsrichtung zunehmenden oder abnehmenden geodätischen Höhe ausgebildet. Vorzugsweise steigt der Bypassströmungsweg mit zunehmendem strömungstechnischem Abstand von dem Sekundärfluideinlassanschluss an, gewinnt also geodätisch gesehen an Höhe. Hierdurch wird Gas in Strömungsrichtung transportiert, nämlich in Richtung des Sekundärfluidauslassanschlusses, und kann auf diesem Weg auf einfache Art und Weise durch den Entlüftungsanschluss entnommen werden.
Eine Weiterbildung der Findung sieht vor, dass der Bypassströmungsweg in einer Bypassleitung vorliegt, die mittels einer Trennwand von einer in einem Gehäuse der Wärmeübertrageranordnung ausgebildeten und den Wärmeübertrager aufnehmenden Aufnahmekammer separiert ist. Die Wärmeübertrageranordnung weist das Gehäuse auf, an welchem der Primärfluideinlassanschluss, der Primärfluidauslassanschluss, des Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss ausgebildet sind. Der Sekundärfluidströmungsweg und der Bypassströmungsweg verlaufen vorzugsweise vollständig und durchgehend in dem Gehäuse. Alternativ können sie teilweise auch außerhalb des Gehäuses vorliegen und hierbei zum Beispiel durch ein Rohr oder einen Schlauch verlaufen.
In dem Gehäuse liegen die Bypassleitung und die Aufnahmekammer vor, welche mittels der Trennwand voneinander separiert sind. Die Aufnahmekammer dient der Aufnahme des Wärmeübertragers. Bevorzugt weist die Trennwand eine Erstreckung in Strömungsrichtung auf, welche einer Erstreckung des Wärmeübertragers entspricht. Selbstverständlich kann die Trennwand jedoch auch zumindest einseitig oder sogar beidseitig über den Wärmeübertrager überstehen. Die Trennwand besteht beispielsweise aus einem wärmeisolierenden Material, sodass eine wärmetechnische Beeinflussung des entlang des Bypassströmungswegs strömenden Sekundärfluids durch das Primärfluid weitgehend ausgeschlossen ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung und die Aufnahmekammer von einer an den Sekundärfluideinlassanschluss angeschlossenen gemeinsamen Verteilkammer ausgehen und in eine an den Sekundärfluidauslassanschluss angeschlossene gemeinsame Sammelkammer einmünden. Die Verteilkammer und die Sammelkammer sind voneinander beabstandet in dem Gehäuse ausgebildet. Sie sind strömungstechnisch über die Bypassleitung und die Aufnahmekammer beziehungsweise den Wärmeübertrager miteinander verbunden, nämlich insbesondere ausschließlich.
Der Sekundärfluideinlassanschluss mündet in die Verteilkammer und der Sekundärfluidauslassanschluss in die Sammelkammer ein. Entsprechend sind der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss ausschließlich über die Verteilkammer, die Bypassleitung und den Wärmetauscher sowie die Sammelkammer, in der genannten Reihenfolge, strömungstechnisch miteinander verbunden. Die Verteilkammer dient dem verteilen des Sekundärfluids auf die Bypassleitung und die Aufnahmekammer, wohingegen in der Sammelkammer das durch die Bypassleitung und die Aufnahmekammer beziehungsweise den Wärmetauscher strömende Sekundärfluid wieder zusammengeführt werden. Hierdurch werden die bereits genannten Vorteile erzielt.
Eine Weiterbildung der Findung sieht vor, dass der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss auf der jeweils der Bypassleitung abgewandten Seite in die Verteilkammer und die Sammelkammer einmünden. Beispielsweise münden sie also geodätisch gesehen von unten in die Verteilkammer beziehungsweise die Sammelkammer ein. Hierdurch wird sichergestellt, dass in der Wärmeübertrageranordnung vorliegendes Gas zuverlässig durch den Entlüftungsanschluss abgeführt wird und nicht zu dem Sekundärfluidauslassanschluss gelangt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung und die Aufnahmekammer zwischen der Verteilkammer und der Sammelkammer jeweils durchgehend gerade verlaufen. Hierunter ist zu verstehen, dass eine Längsmittelachse der Bypassleitung sowie eine Längsmittelachse der Aufnahmekammer durchgehend gerade sind. Hierdurch wird ein Strömungswiderstand der Wärmeübertrageranordnung so gering wie möglich gehalten.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertrageranordnung für eine Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, insbesondere einer Wärmeübertrageranordnung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Wärmeübertrageranordnung über einen Primärfluideinlassanschluss und einen Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einen Sekundärfluideinlassanschluss und einen Sekundärfluidauslassanschluss für das Sekundärfluid verfügt, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Dabei ist vorgesehen, dass der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg verlaufenden, den Wärmeübertrager umgehenden Bypassströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung einen Entlüftungsanschluss aufweist, denn den Bypassströmungsweg einmündet, wobei in dem Sekundärfluid enthaltenes Fluid durch den Entlüftungsanschluss abgeführt wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Wärmeübertrageranordnung beziehungsweise dieser Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Wärmeübertrageranordnung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Aussagen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Beispielsweise wird bei dem Betreiben der Wärmeübertrageranordnung ein Durchsatz des Sekundärfluids durch den Bypassströmungsweg derart gewählt wird, dass eine Temperatur des Sekundärfluids an dem Sekundärfluidauslassanschluss kleiner ist als eine Siedetemperatur des Sekundärfluids. Hierdurch wird zuverlässig vermieden, dass gasförmiges Sekundärfluid durch den Sekundärfluidanschluss aus der Wärmeübertrageranordnung austritt oder das gasförmige Sekundärfluid überhaupt erst entsteht. Besonders vorteilhaft wird also bereits ein Verdampfen beziehungsweise Sieden des Sekundärfluids verhindert.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsaggregat und einer Wärmeübertrageranordnung zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, insbesondere einer Wärmeübertrageranordnung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei dem Antriebsaggregat zumindest zeitweise das mittels der Wärmeübertrageranordnung temperierte Primärfluid zugeführt wird, wobei die Wärmeübertrageranordnung über einen Primärfluideinlassanschluss und einen Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einen Sekundärfluideinlassanschluss und einen Sekundärfluidauslassanschluss für das Sekundärfluid verfügt, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Dabei ist vorgesehen, dass der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg verlaufenden, den Wärmeübertrager umgehenden Bypassströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung einen Entlüftungsanschluss aufweist, der in den Bypassströmungsweg einmündet.
Erneut wird hinsichtlich der Vorteile und möglicher vorteilhafter Weiterbildungen auf die weiteren Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung verwiesen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sekundärfluideinlassanschluss und der Sekundärfluidauslassanschluss an eine Sekundärfluidleitung eines Sekundärfluidkreislaufs strömungstechnisch angeschlossen sind und eine an den Entlüftungsanschluss strömungstechnisch angeschlossene Entlüftungsleitung auf ihrer dem Entlüftungsanschluss abgewandten Seite an die Sekundärfluidleitung strömungstechnisch angeschlossen ist. Die Sekundärfluidleitung ist Bestandteil des Sekundärfluidkreislaufs, in welchem das Sekundärfluid zumindest zeitweise umgewälzt wird.
Beispielsweise enthält der Sekundärfluidkreislaufs einen weiteren Wärmeübertrager und eine Fluidfördereinrichtung, insbesondere eine Fluidpumpe. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Sekundärfluid durch den Sekundärfluidauslassanschluss aus der Wärmeübertrageranordnung entnommen und mithilfe der Fluidfördereinrichtung dem weiteren Wärmeübertrager zugeführt wird. Nach dem Durchströmen des weiteren Wärmeübertragers wird das Sekundärfluid erneut der Wärmeübertrageranordnung zugeführt, nämlich über den Sekundärfluideinlassanschluss.
Die Entlüftungsleitung ist bevorzugt strömungstechnisch zwischen dem weiteren Wärmeübertrager und dem Sekundärfluideinlassanschluss an die Sekundärfluidleitung strömungstechnisch angeschlossen ist, sodass das in der Entlüftungsleitung vorliegende Fluid an dieser Stelle dem Sekundärfluid beigemengt wird und nachfolgend einen Bestandteil von diesem bildet. Auf die hieraus resultierenden Vorteile wurde bereits hingewiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige

Figur eine schematische Darstellung eines Teils einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, welche über eine Wärmeübertrageranordnung mit einem Wärmeübertrager verfügt.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs, welche lediglich teilweise gezeigt ist. So ist insbesondere eine Wärmeübertrageranordnung 2 dargestellt, die zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluid vorgesehen und ausgebildet ist. Die Wärmeübertrageranordnung 2 ist hierzu in einem Sekundärfluidkreislaufs 3 angeordnet, in welchem zumindest zeitweise das Sekundärfluid umgewälzt wird, beispielsweise mittels einer entsprechenden Fluidfördereinrichtung.
Die Wärmeübertrageranordnung 2 verfügt über ein Gehäuse 4, an welchem ein Primärfluideinlassanschluss und ein Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid (beide nicht dargestellt) angeordnet sind. Weiterhin verfügt die Wärmeübertrageranordnung 2 über einen Sekundärfluideinlassanschluss 5 sowie über einen Sekundärfluidauslassanschluss 6. Der Sekundärfluideinlassanschluss 5 und der Sekundärfluidauslassanschluss 6 sind über einen in der Wärmeübertrageranordnung 2 beziehungsweise dem Gehäuse 4 verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg 7 strömungstechnisch miteinander verbunden.
Der Sekundärfluidströmungsweg 7 verläuft durch einen Wärmeübertrager 8, der schlussendlich dem Temperieren des Primärfluids mithilfe des Sekundärfluids dient. Strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg 7 liegt ein Bypassströmungsweg 9 vor, über welchen der Sekundärfluideinlassanschluss 5 und der Sekundärfluidauslassanschluss 6 zusätzlich miteinander in Strömungsverbindung stehen. Sowohl der Sekundärfluidströmungsweg 7 als auch der Bypassströmungsweg 9 gehen von einer Verteilkammer 10 aus und münden in eine Sammelkammer 11 ein. In die Verteilkammer 10 mündet zudem der Sekundärfluideinlassanschluss 5 und in die Sammelkammer 11 der Sekundärfluidauslassanschluss 6 ein. Der Bypassströmungsweg 9 liegt in einer Bypassleitung 12 vor, die im Gehäuse 4 ausgebildet ist. Die Bypassleitung 12 ist mittels einer Trennwand 13 von einer Aufnahmekammer 14 separiert, in welcher der Wärmeübertrager 8 angeordnet ist.
Um ein zuverlässiges Entlüften der Wärmeübertrageranordnung 2 zu realisieren, mündet in den Bypassströmungsweg 9 beziehungsweise in die Bypassleitung 12 ein Entlüftungsanschluss 15 ein. Über diesen wird zumindest zeitweise ein Fluid aus der Wärmeübertrageranordnung 2, genauer gesagt aus der Bypassleitung 12, entnommen. Das Fluid setzt sich zu beliebigen Teilen aus dem Sekundärfluid, aus dem Sekundärfluid abgeschiedenem Gas und verdampftem Sekundärfluid zusammen.
Das Fluid wird aus der Wärmeübertragungsanordnung 2 abgeführt und stromaufwärts der Wärmeübertrageranordnung 2 in eine Sekundärfluidleitung 16 eingebracht, nämlich stromaufwärts des Sekundärfluideinlassanschlusses 5. Der Entlüftungsanschluss 15 ist an einer geodätisch höchsten Stelle der Bypassleitung 2 angeordnet beziehungsweise mündet dort in diese ein. Die Bypassleitung 12 ist wiederum geodätisch gesehen oberhalb der Aufnahmekammer 14 und mithin oberhalb des Wärmeübertragers 8 angeordnet. Hierdurch wird ein zuverlässiges Abscheiden des Gases und/oder des verdampftem Sekundärfluids aus der Wärmeübertrageranordnung 2 gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: Wärmeübertrageranordnung
3: Sekundärfluidkreislaufs
4: Gehäuse
5: Sekundärfluideinlassanschluss
6: Sekundärfluidauslassanschluss
7: Sekundärfluidströmungsweg
8: Wärmeübertrager
9: Bypassströmungsweg
10: Verteilkammer
11: Sammelkammer
12: Bypassleitung
13: Trennwand
14: Aufnahmekammer
15: Entlüftungsanschluss
16: Sekundärfluidleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/027492 A1 [0002]

Claims

Wärmeübertrageranordnung (2) für eine Antriebseinrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, mit einem Primärfluideinlassanschluss und einem Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einem Sekundärfluideinlassanschluss (5) und einem Sekundärfluidauslassanschluss (6) für das Sekundärfluid, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager (8) verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager (8) verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg (7) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg (7) verlaufenden, den Wärmeübertrager (8) umgehenden Bypassströmungsweg (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung (2) einen Entlüftungsanschluss (15) aufweist, der in den Bypassströmungsweg (9) einmündet.
Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypassströmungsweg (9) bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmeübertrageranordnung (2) geodätisch oberhalb des Wärmeübertragers (8) angeordnet ist.
Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungsanschluss (15) bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Wärmeübertragungsanordnung (2) an einer geodätisch höchsten Stelle des Bypassströmungswegs (9) einmündet.
Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypassströmungsweg (9) in einer Bypassleitung (12) vorliegt, die mittels einer Trennwand (13) von einer in einem Gehäuse (4) der Wärmeübertrageranordnung (2) ausgebildeten und den Wärmeübertrager (8) aufnehmenden Aufnahmekammer (14) separiert ist.
Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (12) und die Aufnahmekammer (14) von einer an den Sekundärfluideinlassanschluss (5) angeschlossenen gemeinsamen Verteilkammer (10) ausgehen und in eine an den Sekundärfluidauslassanschluss (6) angeschlossene gemeinsame Sammelkammer (11) einmünden.
Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) auf der jeweils der Bypassleitung (12) abgewandten Seite in die Verteilkammer (10) und die Sammelkammer (11) einmünden.
Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (12) und die Aufnahmekammer (14) zwischen der Verteilkammer (10) und der Sammelkammer (11) jeweils durchgehend gerade verlaufen.
Verfahren zum Betreiben einer Wärmeübertrageranordnung (2) für eine Antriebseinrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, insbesondere einer Wärmeübertrageranordnung (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeübertrageranordnung (2) über einen Primärfluideinlassanschluss und einen Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einen Sekundärfluideinlassanschluss (5) und einen Sekundärfluidauslassanschluss (6) für das Sekundärfluid verfügt, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager (8) verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager (8) verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg strömungstechnisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg (7) verlaufenden, den Wärmeübertrager (8) umgehenden Bypassströmungsweg (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung (2) einen Entlüftungsanschluss (15) aufweist, der in den Bypassströmungsweg (9) einmündet, wobei in dem Sekundärfluid enthaltenes Fluid durch den Entlüftungsanschluss abgeführt wird.
Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Antriebsaggregat und einer Wärmeübertrageranordnung (2) zum Temperieren eines Primärfluids mittels eines Sekundärfluids, insbesondere einer Wärmeübertrageranordnung (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Antriebsaggregat zumindest zeitweise das mittels der Wärmeübertrageranordnung (2) temperierte Primärfluid zugeführt wird, wobei die Wärmeübertrageranordnung (2) über einen Primärfluideinlassanschluss und einen Primärfluidauslassanschluss für das Primärfluid sowie einen Sekundärfluideinlassanschluss (5) und einen Sekundärfluidauslassanschluss (6) für das Sekundärfluid verfügt, wobei der Primärfluideinlassanschluss und der Primärfluidauslassanschluss über einen durch einen Wärmeübertrager (8) verlaufenden Primärfluidströmungsweg und der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) über einen strömungstechnisch von dem Primärfluidströmungsweg getrennt durch den Wärmeübertrager (8) verlaufenden Sekundärfluidströmungsweg (7) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) zusätzlich über einen strömungstechnisch parallel zu dem Sekundärfluidströmungsweg (7) verlaufenden, den Wärmeübertrager (8) umgehenden Bypassströmungsweg (9) strömungstechnisch miteinander verbunden sind, und dass die Wärmeübertrageranordnung (2) einen Entlüftungsanschluss (15) aufweist, der in den Bypassströmungsweg (9) einmündet.
Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärfluideinlassanschluss (5) und der Sekundärfluidauslassanschluss (6) an eine Sekundärfluidleitung (16) eines Sekundärfluidkreislaufs (3) strömungstechnisch angeschlossen sind und eine an den Entlüftungsanschluss (15) angeschlossene Entlüftungsleitung auf ihrer dem Entlüftungsanschluss (15) abgewandten Seite an die Sekundärfluidleitung (16) strömungstechnisch angeschlossen ist.