-
Die Erfindung betrifft einen Temperierbehälter für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem ersten Wärmeübertrager für die Temperierung einer ersten Temperaturzone des Temperierbehälters, mit einem zweiten Wärmeübertrager für die Temperierung einer zweiten Temperaturzone des Temperierbehälters, mit wenigstens einem Wandelement, das die erste Temperaturzone von der zweiten Temperaurzone trennt, und mit einem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf, der mit dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager verbunden ist, wobei der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf einen Kältemittelverdichter und wenigstens ein dem ersten Wärmeübertrager zugeordnetes Expansionsventil aufweist.
-
Temperiereinrichtungen für Kraftfahrzeuge zum Kühlen und Heizen sind beispielsweise unter dem Einsatz von Vortex-Röhren bekannt aus der
KR 2009 01 216 14A und der
KR 2008 00 259 90A . Die
KR 2001 00 177 08A zeigt ein Kühl- und Heizmodul, das thermoelektrisch betrieben wird.
-
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Temperierbehälter für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem ein gleichzeitiges Kühlen und Wärmen von entsprechendem Gut ermöglicht ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Temperierbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Vorgeschlagen wird also ein Temperierbehälter für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit
einem ersten Wärmeübertrager für die Temperierung einer ersten Temperaturzone des Temperierbehälters;
einem zweiten Wärmeübertrager für die Temperierung einer zweiten Temperaturzone des Temperierbehälters;
wenigstens einem Wandelement, das die erste Temperaturzone von der zweiten Temperaurzone trennt;
einem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf, der mit dem ersten Wärmeübertrager und dem zweiten Wärmeübertrager verbunden ist,
wobei der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf einen Kältemittelverdichter und wenigstens ein dem ersten Wärmeübertrager zugeordnetes Expansionsventil aufweist, und
wobei der zweite Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Wärmeübertrager vorgeschaltet ist, derart dass die zweite Temperaturzone mittels des zweiten Wärmeübertragers erwärmbar ist und dass die erste Temperaturzone mittels des ersten Wärmeübertragers kühlbar ist.
-
Mittels eines derartigen Aufbaus kann ein Temperierbehälter, der auch als Thermobox bezeichnet werden kann, mit einer Art Zwei-Kammersystem und aktiver individueller Temperierung der Kammern bereitgestellt werden. Dabei ist der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf als einfacher für die Zwecke des Temperierbehälters ausgeführter Kältemittelkreislauf ausgeführt.
-
Bei dem Temperierbehälter kann das Wandelement in seiner Position innerhalb des Temperierbehälters relativ zu dem ersten Wärmeübertrager und relativ zu dem zweiten Wärmeübertrager veränderbar sein. Hierdurch kann je nach Bedarf die erste oder die zweite Temperaturzone vergrößert bzw. verkleinert werden. Ist es beispielsweise gewünscht, dass der Temperierbehälter nur zur Kühlung eingesetzt werden soll, kann das Wandelement in Richtung zu dem zweiten Wärmeübertrager bewegt bzw. versetzt werden, so dass die zweite Temperaturzone möglichst klein ist und die erste Temperaturzone möglichst groß.
-
Bei dem Temperierbehälter kann die Position des Wandelements manuell oder/und automatisch einstellbar sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Wandelement innerhalb des Temperierbehälters an verschieden Positionen angeordnet werden kann, derart dass das Temperierbehältervolumen in unterschiedlichen Verhältnissen auf die beiden Temperaturzonen verteilt werden kann, beispielsweise in Prozent: 50/50 oder 30/70 oder 10/90.
-
Bei dem Temperierbehälter kann das Wandelement eine thermisch isolierende Trennwand sein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sich die beiden unterschiedlich temperierten Temperaturzonen thermisch kaum gegenseitig beeinflussen, insbesondere ist der Eintrag von Wärme aus der zweiten Temperaturzone in die kühlere erste Temperaturzone ausgeschlossen bzw. minimiert.
-
Bei dem Temperierbehälter können der erste Wärmeübertrager oder/und der zweite Wärmeübertrager mit einem Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden sein, derart dass der erste Wärmeübertrager oder/und der zweite Wärmeübertrager in thermischer Wirkverbindung mit dem Kühlmittelkreislauf steht, um einen im Betrieb des Temperierbehälters im Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf auftretenden Wärmeüberschuss oder Wärmemangel zumindest teilweise auszugleichen. In einem solchen Fall können die beiden Wärmeübertrager als indirekt wirkende Wärmeübertrager ausgeführt sein, wobei thermische Energie zwischen dem Kältemittel des Temperierbehälter-Kältemittelkreislaufs und dem Kühlfluid des Kühlmittelkreislauf austauschbar ist.
-
Bei dem Temperierbehälter können der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager an gegenüberliegenden Behälterwänden angeordnet sein. Hierdurch sind die beiden Wärmeübertrager möglichst weit voneinander entfernt angeordnet und können in optimaler Weise auf die jeweils zugeordnete Temperaturzone einwirken.
-
Bei dem Temperierbehälter kann dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf oder dem Temperierbehälter wenigstens ein elektrisches Heizelement zugeordnet sein, das derart angeordnet ist, dass von dem elektrischen Heizelement abgegebene thermische Energie mittelbar oder unmittelbar auf die zweite Temperaturzone wirkt. Mittels eines solchen elektrischen Heizelements kann also beispielsweise das stromabwärts von dem Kältemittelverdichter austretende Kältemittel (zusätzlich) erwärmt werden, bevor es im zweiten Wärmeübertrager Wärme an die zweite Temperaturzone des Temperierbehälters abgibt. Weitere Optionen des Wärmeeintrags über ein elektrisches Heizelement in den Kältemittelkreislauf stellen der Kältemittelverdichter oder auch der von ihm stromaufwärts befindliche Kältemittelleitungsabschnitt dar. Alternativ kann ein an dem Temperierbehälter angeordnetes elektrisches Heizelement dazu eingesetzt werden, die Luft in der zweiten Temperaturzone unmittelbar zu erwärmen.
-
Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb und mit wenigstens einem oben beschriebenen Temperierbehälter, wobei das Kraftfahrzeug einen Hochvoltspeicher aufweist, der mittels eines Kühlmittelkreislaufs temperierbar, insbesondere kühlbar ist, wobei der Temperierbehälter mit seinem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf in einem hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, insbesondere zumindest teilweise in einem heckseitigen Kofferraum angeordnet ist, und wobei das Kraftfahrzeug einen Klima-Kältemittelkreislauf aufweist, der von dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf getrennt ist.
-
Bei dem Kraftfahrzeug kann der Temperierbehälter wenigstens eine verschließbare Öffnung aufweisen, die einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugewandt ist, derart dass zu temperierendes Gut vom Innenraum her in den Temperierbehälter, insbesondere dessen erste oder zweite Temperaturzone, einfüllbar oder aus diesem entnehmbar ist.
-
Ferner kann bei dem Kraftfahrzeug ein in dem Temperierbehälter angeordnetes Wandelement bei manueller Verstellung seiner Position durch die Öffnung zum Innenraum des Kraftfahrzeugs greifbar sein. Insbesondere kann das Wandelement bzw. die Trennwand vom Innenraum her aus dem Temperierbehälter entnommen und wieder, ggf. an anderer Stelle, eingesetzt werden.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Temperierbehälters und eines Temperierbehälter-Kältemittelkreislaufs;
- 2 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Temperierbehälters und eines Temperierbehälter-Kältemittelkreislaufs mit optionalem elektrischem Heizelement;
- 3 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Temperierbehälters und eines Temperierbehälter-Kältemittelkreislaufs und optionale Verbindungen zu einem Kühlmittelkreislaufs eines Kraftfahrzeugs.
-
In den 1 bis 3 ist jeweils ein Temperierbehälter 10 ersichtlich mit einem dem Temperierbehälter 10 zugeordneten Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12. Der Temperierbehälter 10 kann beispielsweise im Bereich eines Kofferraums 14 eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Der Temperierbehälter 10 kann ferner eine zu einer Sitzeinrichtung 16 (beispielsweise Rückbank oder nebeneinander angeordnete Einzelsitze bzw. Sitzschalen) verschließbare Öffnung 18 aufweisen. Hierzu kann beispielsweise ein Deckel- bzw. Türelement 20 vorgesehen sein. Die Öffnung 18 kann also dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugewandt sein, derart, dass zu temperierendes Gut, beispielsweise Kühlgut oder warmzuhaltendes Gut, vom Innenraum her in den Temperierbehälter 10 einfüllbar oder aus diesem entnehmbar ist.
-
Sollte eine Befüllung und Entleerung des Temperierbehälters 10 zusätzlich über den Kofferraum 14 eines Fahrzeuges erfolgen können, kann zusätzlich zu dem dem Innenraum zugewandten Deckel- bzw. Türelement 20 mindestens ein weiteres (nicht dargestelltes) Deckel- bzw. Türelement vorgesehen sein. Der Temperierbehälter 10 weist somit mindestens ein Deckel- bzw. Türelement 20 auf.
-
Der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 weist einen Kältemittelverdichter 22 auf. In dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 ist ein erster Wärmeübertrager 24 für die Temperierung einer ersten Temperaturzone TZ1 des Temperierbehälters 10 angeordnet. Ferner umfasst der Kältemittelkreislauf 12 einen zweiten Wärmeübertrager 26 für die Temperierung einer zweiten Temperaturzone TZ2 des Temperierbehälters 10.
-
In dem Tempererierbehälter 10 ist wenigstens ein Wandelement 28 angeordnet, das die erste Temperaturzone TZT1 von der zweiten Temperaurzone TZ2 trennt.
-
Der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 ist also mit dem ersten Wärmeübertrager 24 und dem zweiten Wärmeübertrager 26 verbunden, wobei der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 den Kältemittelverdichter 22 und wenigstens ein dem ersten Wärmeübertrager 24 zugeordnetes Expansionsorgan 30 in der bevorzugten Ausführungsform als Expansionsventil 30 aufweist. In dem Kältemittelkreislauf 12 kann ein hochdruckseitiger oder ein niederdruckseitiger Kältemittelsammler vorgesehen sein. Als Kältemittel für den Temperierbehälter-Kältekreislauf 12 kann beispielsweise R744 eingesetzt werden, insbesondere auch für einen Gefrierbetrieb in der ersten Temperaturzone TZ1.
-
In dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 ist der zweite Wärmeübertrager 26 in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Wärmeübertrager 24 vorgeschaltet ist, derart dass die zweite Temperaturzone TZ2 mittels des zweiten Wärmeübertragers 26 erwärmbar ist und dass die erste Temperaturzone TZ1 mittels des ersten Wärmeübertragers 24 kühlbar ist. Mit anderen Worten arbeitet der erste Wärmeübertrager 24 als Verdampfer und der zweite Wärmeübertrager 26 arbeitet als Gaskühler/Kondensator.
-
Das Wandelement 28 kann in seiner Position innerhalb des Temperierbehälters 10 relativ zu dem ersten Wärmeübertrager 24 und relativ zu dem zweiten Wärmeübertrager 26 verändert werden. Dies ist durch die gestrichelten Linien mit dem Bezugszeichen 28 und den Doppelpfeil illustriert. Ein solche Veränderung oder Einstellung der Position des Wandelements 28 kann dabei manuell oder/und automatisch erfolgen. Das Wandelement 28 kann insbesondere als thermisch isolierende Trennwand ausgeführt sein, so dass ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Temperaturzonen TZ1 und TZ2 minimiert ist.
-
Der Temperierbehälter 10 kann dabei so ausgeführt sein, dass das Wandelement 28 in vertikaler Lage oder in horizontaler Lage positioniert ist. Zwischenlagen oder alternative Ausrichtungen der Trennwand 28 sind ebenfalls denkbar. Entsprechend können der erste Wärmeübertrager 24 und der zweite Wärmeübertrager 26 in ihrer Anbringung an den Temperierbehälter 10 passend angeordnet sein, insbesondere an gegenüberliegenden Seitenwänden oder an einer oberen und unteren Wandung des Temperierbehälters 10 vorgesehen sein.
-
Während 1 die einfachste Ausführung des Temperierbehälters 10 illustriert, zeigt 2 beispielhaft optionale im Zusammenhang mit dem Temperierbehälter 10 einsetzbare elektrische Heizelemente 32a, 32b.
-
Das Heizelement 32a ist dabei dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 zugeordnet. Das Heizelement 32b ist dem Temperierbehälter 10 zugeordnet. Die Heizelement 32a, 32b können für einen Temperierbehälter 10 einzeln oder in Kombination vorgesehen sein. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend, dass beide optional dargestellten Heizelemente 32a, 32b bei einem Temperierbehälter 10 eingesetzt werden.
-
Jedes Heizelement 32a, 32b ist derart angeordnet, dass von dem elektrischen Heizelement 32a, 32b abgegebene thermische Energie mittelbar oder unmittelbar auf die zweite Temperaturzone TZ2 wirkt. Das Heizelement 32a, das thermische Energie mit dem Kältemittelkreislauf 12 austauscht, wirkt also mittelbar auf die zweite Temperaturzone TZ2. Das Heizelement 32b, das beispielsweise in oder an einer Wand 34 des Temperierbehälters 10 angeordnet sein kann, wirkt unmittelbar auf die zweite Temperaturzone TZ2, insbesondere durch Konvektion.
-
3 zeigt den Temperierbehälter 10 und den Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 in Kombination mit einem Kühlmittelkreislauf 36 eines Kraftfahrzeugs.
-
Der Kühlmittelkreislauf 36 kann mit wenigstens einer elektrischen Antriebs- oder Speicherkomponente 38, hier beispielsweise einer Batterie des Kraftfahrzeugs, zu deren Kühlung verbunden sein. Der Kühlmittelkreislauf 36 kann einen Chiller 40a aufweisen, der mit einem angedeuteten und nicht weiter dargestellten Fahrzeug-Kältemittelkreislauf 41 (primär zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugs dienend und/oder für eine aktive Batteriekühlung einsetzbar) verbunden ist, und/oder einen über Umgebungsluft gekühlten Niedertemperatur-Kühler 40b. Der Chiller 40a und der Niedertemperatur-Kühler 40b sind hier stark vereinfacht als gestricheltes Rechteck dargestellt. Über den Chiller 40a bzw. den Niedertemperatur-Kühler 40b kann an der elektrischen Komponente (Batterie) 38 entstehende Wärme abgegeben werden. Der Kühlmittelkreislauf 36 umfasst ferner mindestens eine Pumpe 42, die für eine Zirkulation von Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 36 sorgt.
-
Der Kühlmittelkreislauf 36 kann stromabwärts oder stromaufwärts von der elektrischen Komponente 38 mit dem ersten Wärmeübertrager 24 bzw. dem zweiten Wärmeübertrager 26 des Temperierbehälter-Kältemittelkreislaufs 12 verbunden und somit thermisch gekoppelt sein.
-
Der Kühlmittelkreislauf 36 kann also eine erste Zusatzschleife 44 aufweisen, die stromaufwärts von der elektrischen Komponente 38 abzweigt und in thermischer Wirkverbindung mit dem ersten Wärmeübertrager 24 steht.
-
Ferner kann der Kühlmittelkreislauf 36 eine zweite Zusatzschleife 46 aufweisen, die stromabwärts von der elektrischen Komponente 38 abzweigt und in thermischer Wirkverbindung mit dem zweiten Wärmeübertrager 24 steht.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass die erste Zusatzschleife 44 und die zweite Zusatzschleife 46 auch jeweils einzeln vorgesehen sein können. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend, dass in einer konkreten Umsetzung beide Zusatzschleifen 44, 46 angeordnet bzw. eingesetzt werden.
-
Durch die thermische Wirkverbindung zwischen dem Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 und dem Kühlmittelkreislauf 36 kann ein optimierter Betrieb, insbesondere ein optimiertes Thermomanagement in Bezug auf den Temperierbehälter durchgeführt werden. Insbesondere kann in dem Temperierbehälter-Kältemittkreislauf 12 ein Heizdefizit am ersten Wärmeübertrager 24 (Verdampfer) durch Zuführen von Kühlmittel über die erste Zusatzschleife 44 kompensiert bzw. gedeckt werden. Mit anderen Worten führt das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf 36 zusätzliche Wärme zum ersten Wärmeübertrager 24, um das Kältemittel optimal verdampfen zu können.
-
Ferner kann in dem Temperierbehälter-Kältemittkreislauf 12 ein Wärme- bzw. Heizüberschuss am zweiten Wärmeübertrager 26 (Gaskühler/Kondensator) durch Zuführen von Kühlmittel über die zweite Zusatzschleife 46 kompensiert werden. Mit anderen Worten führt das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf 36 überschüssige Wärme aus dem zweiten Wärmeübertrager 26 ab.
-
Um die Zusatzschleifen 44, 46 bedarfsweise zuschalten oder umgehen zu können, sind beispielhaft entsprechende Ventileinrichtungen 48, 50, 52, 54 beispielhaft in 3 illustriert. Das Einbinden oder Umgehen der Zusatzschleifen 44, 46 kann dabei insbesondere auch davon abhängig gemacht werden, in welchem Zustand sich der Kühlmittelkreislauf 36 und die darin eingebundene, zu temperierende, elektrische Komponenten 38 befinden.
-
Die Festlegung u.a. von Schaltzeitpunkten und der Schaltdauer von den genannten Zusatzschleifen 44, 46, von den elektrischen Heizelementen 32a, 32b und weiteren für den ordnungsgemäßen Betrieb der Thermobehälteranordnung wird von einem Zusammenwirken nicht dargestellter Sensoren und Steuergeräten bestimmt. Dies gilt auch für den Betrieb des Kältemittelkreises 12 sowie der weiteren in die Gesamtfunktion „Temperierbehälter“ eingebunden Systemabschnitte, wie bspw. dem Kühlmittelkreislauf 36.
-
Eine genaue Positionierung, insbesondere Reihenfolge in der Anordnung der Komponenten in dem Kühlmittelkreislauf 30 kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich ausgeführt werden und ist gemäß der an das System gesetzten Anforderungen entsprechend festzulegen.
-
Der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 und der oben kurz erwähnte Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugs) sind voneinander gesondert vorgesehen. Mit anderen Worten besteht zwischen ihnen keine Kältemittel-Verbindung. Allerdings stehen der Temperierbehälter-Kältemittelkreislauf 12 und der Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugs) zumindest mittelbar in thermischer Wirkverbindung miteinander.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- KR 20090121614 A [0002]
- KR 20080025990 A [0002]
- KR 20010017708 A [0002]
