DE102022114017A1 - Cooling device, control device and cooling system for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (10) zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung, umfassend zumindest ein Kühlmodul (20). Das Kühlmodul (20) umfasst einen ersten Kanal (22) für das Kühlfluid, einen zweiten Kanal (24) für ein Verdunstungskühlfluid und luftkühlbare Kühlelemente (50), vorzugsweise Kühllamellen, die zur thermischen Kopplung am ersten Kanal (22) angeordnet sind, auf. Der zweite Kanal (24) weist eine Perforation (60) zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente (50) mit dem Verdunstungskühlfluid auf. Der zweite Kanal (24) ist innerhalb des ersten Kanals (22) integriert und/oder angeordnet und weist einen mit dem ersten Kanal (22) gemeinsamen Außenwandungsabschnitt auf, der den Kühlelementen (50) zugewandt ist und an dem die Perforation (60) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen des Kühlfluides mittels der Kühlvorrichtung (10) und ein Kraftfahrzeug, umfassend die Kühlvorrichtung (10).The invention relates to a cooling device (10) for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling, comprising at least one cooling module (20). The cooling module (20) comprises a first channel (22) for the cooling fluid, a second channel (24) for an evaporative cooling fluid and air-coolable cooling elements (50), preferably cooling fins, which are arranged on the first channel (22) for thermal coupling. The second channel (24) has a perforation (60) for discharging the evaporative cooling fluid and for wetting the cooling elements (50) with the evaporative cooling fluid. The second channel (24) is integrated and/or arranged within the first channel (22) and has an outer wall section common to the first channel (22), which faces the cooling elements (50) and on which the perforation (60) is formed is. The invention further relates to a method for cooling the cooling fluid by means of the cooling device (10) and a motor vehicle comprising the cooling device (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung, ein Verfahren zum Kühlen des Kühlfluides mittels der Kühlvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, umfassend die Kühlvorrichtung. Die Erfindung betrifft alternativ oder zusätzlich ferner eine Steuervorrichtung für eine zum Kühlen eines Kühlfluides ausgebildete Kühlungsvorrichtung, vorzugsweise der Kühlvorrichtung, ein Kühlsystem mit der Kühlungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, umfassend das Kühlsystem.The invention relates to a cooling device for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling, a method for cooling the cooling fluid by means of the cooling device and a motor vehicle comprising the cooling device. Alternatively or additionally, the invention further relates to a control device for a cooling device designed to cool a cooling fluid, preferably the cooling device, a cooling system with the cooling device and a motor vehicle comprising the cooling system.
Eine der größten Herausforderungen bei dem Betrieb von mit Brennstoffzellen antreibbaren Kraftfahrzeugen ist die Kühlung der Brennstoffzellensysteme bei hohen Umgebungstemperaturen. Eine mögliche Lösung ist der Einsatz eines fahrzeugautarken Verdunstungskühlungssystems, bei dem das Produktwasser der Brennstoffzelle gesammelt wird, um es auf den Frontwärmekühler im Fahrzeug aufzuspritzen und dadurch eine Kühlleistungssteigerung durch Verdunstung des aufgespritzten Wassers auf der Kühleroberfläche zu erzielen. Das Verdunstungswasser kann z. B. aber auch durch das Füllen eines Wassertanks zur Verfügung gestellt werden.One of the biggest challenges in operating vehicles powered by fuel cells is cooling the fuel cell systems at high ambient temperatures. A possible solution is the use of a vehicle-autonomous evaporative cooling system, in which the product water from the fuel cell is collected in order to spray it onto the front heat cooler in the vehicle and thereby achieve an increase in cooling performance through evaporation of the sprayed water on the cooler surface. The evaporation water can e.g. B. can also be provided by filling a water tank.
Das grundlegende Prinzip dabei ist die Ausnutzung der nötigen Verdunstungsenthalpie für den Phasenwechsel des Wassers von flüssig zu gasförmig. Dadurch lassen sich lokal sehr hohe Wärmestromdichten durch den gleichzeitig stattfindenden Stoff- und Wärmeübergang erzielen. Dabei erfolgt eine Nicht-adiabate Verdunstung auf der Kühleroberfläche (d. h. den Kühllamellen und den Rohroberflächen), wobei die Verdunstung des Wassers gleichzeitig mit einer Wärmeübertragung vom Kühler auf das Wasser stattfindet. Gleichzeitig erfolgt eine adiabate Verdunstung im Luftstrom. Ist die Kühlluft noch nicht vollständig gesättigt (die relative Luftfeuchtigkeit ist kleiner als 100%), so kühlt sich die eintretende Kühlluft durch die entzogene Verdunstungswärme ab. Die Lufteintrittstemperatur sinkt, die Temperaturdifferenz zwischen Kühlfluid und eintretender Kühlluft wird vergrößert. Dadurch steigt die Wärmeübertragungsfähigkeit des Kühlers. Zusätzlich wird der in den Kühler eintretende Wärmekapazitätsstrom der Kühlluft durch das eingespritzte Wasser erhöht. Folglich wird die ganzheitliche Wärmeabfuhr verbessert.The basic principle is to utilize the necessary enthalpy of evaporation for the phase change of water from liquid to gaseous. This makes it possible to achieve locally very high heat flux densities through the simultaneous mass and heat transfer. Non-adiabatic evaporation occurs on the cooler surface (i.e. the cooling fins and the pipe surfaces), with the evaporation of the water occurring simultaneously with heat transfer from the cooler to the water. At the same time, adiabatic evaporation occurs in the air flow. If the cooling air is not yet completely saturated (the relative humidity is less than 100%), the incoming cooling air cools down due to the extracted heat of evaporation. The air inlet temperature drops and the temperature difference between the cooling fluid and the incoming cooling air increases. This increases the heat transfer ability of the cooler. In addition, the heat capacity flow of the cooling air entering the cooler is increased by the injected water. Consequently, the holistic heat dissipation is improved.
Eine bekannte, fahrzeugseitige Umsetzung ist die Anbringung einer oder mehrerer Düsen im Luftstrom (stromaufwärts) für die gezielte Wassereinspritzung. Die Düsen sind dabei so angeordnet, dass die Oberfläche des Kühlers benetzt und dabei der Luftstrom befeuchtet wird. Diese bekannte Anordnung der Düsen bringt jedoch einige Nachteile mit sich.A well-known vehicle-side implementation is the attachment of one or more nozzles in the air flow (upstream) for targeted water injection. The nozzles are arranged in such a way that the surface of the cooler is wetted and the air flow is humidified. However, this known arrangement of the nozzles has some disadvantages.
Die Düsen müssen in der Fahrzeugfront untergebracht werden, was zusätzlichen Bauraum benötigt und dabei, durch die Verblockung des Luftpfads, den Kühlluftmassenstrom unter sonst gleichen Randbedingungen erniedrigt. Die Kühlleistung des Wärmeübertrages wird entsprechend reduziert. Bei der konventionellen Wärmeübertragung stellt der luftseitige Wärmeübergang typischerweise den limitierenden Faktor der gesamten Wärmeübertragung dar. Für die Abführung einer hohen Abwärmemenge mittels konventioneller Kühlung an die Umgebung wird eine sehr hohe Luftmenge benötigt, was wiederum einen hohen elektrischen Energieeinsatz in Form von Lüfterleistung bedeutet. Eine Einbringung der Düsen führt zu einem weiteren Hindernis, das die Kühlluft überwinden muss, um eine ausreichende Kühlwirkung zur Verfügung stellen zu können.The nozzles have to be accommodated in the front of the vehicle, which requires additional installation space and, by blocking the air path, reduces the cooling air mass flow under otherwise identical conditions. The cooling performance of the heat transfer is reduced accordingly. In conventional heat transfer, the air-side heat transfer typically represents the limiting factor of the entire heat transfer. To dissipate a large amount of waste heat to the environment using conventional cooling, a very large amount of air is required, which in turn means a high use of electrical energy in the form of fan power. Introducing the nozzles creates a further obstacle that the cooling air must overcome in order to be able to provide a sufficient cooling effect.
Ferner wird die Kühlleistungssteigerung durch die Verdunstungskühlung mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit geringer, da durch eine sekundäre Luftdurchströmung des Kühlers, die u. a. vom zur Verfügung stehenden Bauraum des Kühlers abhängt, ein großer Teil des aufgespritzten Wassers am Kühler vorbei geleitet wird.Furthermore, the increase in cooling performance due to evaporative cooling is lower at higher vehicle speeds, since a secondary air flow through the cooler, which, among other things, depends on the space available for the cooler, a large part of the sprayed water is directed past the cooler.
Zudem ändert sich der Sprühkegel der Düsen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die besprühte Fläche kann folglich nur für einen Betriebspunkt (maßgeblich charakterisiert durch Fahrzeuggeschwindigkeit und Lüfterdrehzahl eines Lüfters) optimiert werden. Dies erfordert einen hohen Applikationsaufwand bei der Inbetriebnahme und Erprobung des Kraftfahrzeugs.In addition, the spray cone of the nozzles changes depending on the vehicle speed. The sprayed area can therefore only be optimized for one operating point (mainly characterized by vehicle speed and fan speed of a fan). This requires a high level of application effort when commissioning and testing the motor vehicle.
Das Aufspritzen des Wassers kann zudem im Kraftfahrzeug trotz aufwendiger Düsenausrichtung nicht die komplette Kühleroberfläche benetzen. Die nicht optimale Positionierung der Düsen aufgrund eines beschränkten Bauraums und durch andere Fahrzeugbauteile führt dazu, dass ein Teil der Kühleroberfläche nicht vom Wasser erreicht wird und für die Kühlleistungssteigerung ungenutzt bleibt.In addition, the spraying of water cannot wet the entire radiator surface in the motor vehicle, despite the complex nozzle alignment. The non-optimal positioning of the nozzles due to limited installation space and other vehicle components means that part of the radiator surface is not reached by water and remains unused to increase cooling performance.
Die Wassermenge kann auch nicht optimal verteilt aufgespritzt werden, da an manchen Stellen eine für die Verdunstung unter gegebenen äußeren Randbedingungen zu hohe Wassermenge aufgespritzt wird. Das überschüssige nicht verdunstete Wasser trägt nicht zur Kühlleistungssteigerung bei und bleibt ungenutzt.The amount of water cannot be sprayed on in an optimally distributed manner, since in some places the amount of water is sprayed on which is too high for evaporation under the given external conditions. The excess water that has not evaporated does not contribute to increasing cooling performance and remains unused.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Lösung bereitzustellen, mit der die Nachteile der bisherigen Lösungen zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst effiziente Technik zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung bereitzustellen.It is therefore the object of the invention to provide such a solution with which the disadvantages of previous solutions are at least partially avoided. In particular, it is an object of the invention to provide the most efficient possible technology for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.The task is solved by the features of the independent claims. Advantageous further developments are specified in the dependent claims and the description.
Gemäß einem ersten allgemeinen Aspekt wird eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung umfasst zumindest ein Kühlmodul. Das zumindest eine Kühlmodul weist einen ersten Kanal für das Kühlfluid (d. h. zur Führung des Kühlfluides), einen zweiten Kanal für ein Verdunstungskühlfluid (d. h. zur Führung des Verdunstungskühlfluides), und luftkühlbare Kühlelemente, die zur thermischen Kopplung am ersten Kanal angeordnet sind, auf. Die luftkühlbaren Kühlelemente können z. B. als Kühllamellen ausgeführt sein und/oder eine Lamellen- und Louvergeometrie aufweisen. Ferner können Kühlluftpfade zur Hindurchführung von hindurchströmender Kühlluft in den Kühlelementen und/oder zwischen den Kühlerelementen und den ersten Kanal ausgebildet sein. Die Kühlluftpfade können insbesondere senkrecht zu einer Längsrichtung des ersten Kanals und/oder einer Strömungsrichtung des Kühlfluides im ersten Kanal verlaufen.According to a first general aspect, a cooling device for cooling a cooling fluid using air and evaporative cooling is provided. The cooling device includes at least one cooling module. The at least one cooling module has a first channel for the cooling fluid (i.e. for guiding the cooling fluid), a second channel for an evaporative cooling fluid (i.e. for guiding the evaporative cooling fluid), and air-coolable cooling elements which are arranged on the first channel for thermal coupling. The air-coolable cooling elements can, for. B. be designed as cooling fins and / or have a fin and louver geometry. Furthermore, cooling air paths for the passage of cooling air flowing through can be formed in the cooling elements and/or between the cooler elements and the first channel. The cooling air paths can in particular run perpendicular to a longitudinal direction of the first channel and/or a flow direction of the cooling fluid in the first channel.
Der erste Kanal und die luftkühlbaren Kühlelemente dienen zweckmäßig als Wärmeübetrager eines Wärmestroms vom Kühlfluid auf eine Kühlluft. Die an Oberflächen der Kühlelemente und des ersten Kanals entlang strömende (und damit durch die Kühlluftpfade hindurchströmende) Kühlluft kann so Wärme des meist heißen Kühlfluides aufnehmen. Die treibende Kraft für die Wärmeübertragung ist dabei die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlfluid und der Kühlluft. Maßgeblich für die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrages kann neben dem Wärmeleitwiderstand und der Temperatur der Massenstrom der Kühlluft sein, der durch einen Druckverlust entlang der Kühlluftpfade und der wärmeübertragenden Oberflächen beeinflusst ist.The first channel and the air-coolable cooling elements expediently serve as heat exchangers of a heat flow from the cooling fluid to a cooling air. The cooling air flowing along the surfaces of the cooling elements and the first channel (and thus flowing through the cooling air paths) can thus absorb heat from the mostly hot cooling fluid. The driving force for heat transfer is the temperature difference between the cooling fluid and the cooling air. In addition to the thermal conduction resistance and the temperature, the mass flow of the cooling air, which is influenced by a pressure loss along the cooling air paths and the heat-transferring surfaces, can be decisive for the performance of the heat transfer.
Der zweite Kanal weist eine Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid auf. Der zweite Kanal ist innerhalb des ersten Kanals integriert und/oder angeordnet (z. B. eingesetzt). Der zweite Kanal weist ferner einen mit dem ersten Kanal gemeinsamen Außenwandungsabschnitt auf, der den Kühlelementen zugewandt ist und an (und/oder in) dem die Perforation ausgebildet ist. Der erste Kanal ist zweckmäßig vom zweiten Kanal fluidisch getrennt, wobei insbesondere ein Innenraum des ersten Kanals fluidisch von der Perforation getrennt ist.The second channel has a perforation for discharging the evaporative cooling fluid and for wetting the cooling elements with the evaporative cooling fluid. The second channel is integrated and/or arranged (e.g. inserted) within the first channel. The second channel further has an outer wall section common to the first channel, which faces the cooling elements and on (and/or in) which the perforation is formed. The first channel is expediently fluidly separated from the second channel, with in particular an interior of the first channel being fluidly separated from the perforation.
Die Kühlvorrichtung kann z. B. eine Kombination eines (bekannten) Wärmeübertragers, umfassend den ersten Kanal für das Kühlfluid und die luftkühlbaren Kühlelemente, und eine oder mehrere (integrierte) Ausbringvorrichtungen (oder Aufdüsvorrichtungen) zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides, umfassend den zweiten Kanal für das Verdunstungskühlfluid, darstellen. Die Kühlvorrichtung kann daher auch als Hybridkühlvorrichtung bezeichnet sein.The cooling device can e.g. B. a combination of a (known) heat exchanger, comprising the first channel for the cooling fluid and the air-coolable cooling elements, and one or more (integrated) dispensing devices (or spraying devices) for dispensing the evaporative cooling fluid, comprising the second channel for the evaporative cooling fluid. The cooling device can therefore also be referred to as a hybrid cooling device.
Durch die vorliegende Offenbarung gemäß dem ersten allgemeinen Aspekt wird somit eine Lösung mit einer verbesserten Kühlung, insbesondere einer effizienteren Nutzung der Verdunstungskühlung durch Benetzen mit dem Verdunstungskühlfluid, bereitgestellt.The present disclosure according to the first general aspect thus provides a solution with improved cooling, in particular a more efficient use of evaporative cooling by wetting with the evaporative cooling fluid.
Die Anordnung des zweiten Kanals und der Perforation führt dazu, dass die Oberflächen der Kühlelemente möglichst direkt mit dem Verdunstungskühlfluid benetzt werden können, d. h. es wird eine im Wesentlichen ausschließliche nicht-adiabatische Verdunstungskühlung umgesetzt. Die nicht-adiabate Verdunstungskühlung ist wesentlich effektiver hinsichtlich einer möglichen erzielbaren Kühlleistungssteigerung bei gleicher Wassermenge gegenüber der adiabaten Verdunstung (Befeuchtung der Kühlluft durch das Verdunstungskühlfluid). Daher kann die adiabate Verdunstung, deren Verhältnis zwischen erzielter Kühlleistungssteigerung und eingesetzter Menge an Verdunstungskühlfluid deutlich geringer ist als bei einer direkten Benetzung der Kühloberflächen, mit der Kühlvorrichtung möglichst vermieden oder zumindest stark reduziert werden.The arrangement of the second channel and the perforation means that the surfaces of the cooling elements can be wetted as directly as possible with the evaporative cooling fluid, i.e. H. Essentially exclusive non-adiabatic evaporative cooling is implemented. Non-adiabatic evaporative cooling is significantly more effective in terms of a possible increase in cooling performance with the same amount of water compared to adiabatic evaporation (humidification of the cooling air by the evaporative cooling fluid). Therefore, the adiabatic evaporation, the ratio between the increase in cooling performance achieved and the amount of evaporative cooling fluid used is significantly lower than with direct wetting of the cooling surfaces, can be avoided if possible or at least greatly reduced with the cooling device.
Durch die Anordnung des zweiten Kanals innerhalb des ersten Kanals (und damit zumindest abschnittsweise innerhalb des Kühlfluides) nimmt das Verdunstungskühlfluid ferner bereits einen Teil der abzuführenden Abwärme durch Wärmeleitung aus dem Kühlfluid auf. Da sich die Verdunstungsenthalpie von z. B. Wasser als Verdunstungskühlfluid bei zunehmender Temperatur in dem Bereich von 25°C und 100°C nur geringfügig ändert, hat der Wärmestrom des Kühlfluides auf das Verdunstungskühlfluid nur eine zu vernachlässigende Reduzierung der Kühlleistungssteigerung durch Verdunstung zur Folge. Zudem kann die vom Verdunstungskühlfluid aufgenommene Wärme beim Ausbringen durch die Perforation an die Kühlluft übergeben werden.By arranging the second channel within the first channel (and thus at least in sections within the cooling fluid), the evaporative cooling fluid also absorbs part of the waste heat to be dissipated from the cooling fluid by heat conduction. Since the enthalpy of evaporation varies from e.g. B. Water as an evaporative cooling fluid only changes slightly with increasing temperature in the range of 25 ° C and 100 ° C, the heat flow of the cooling fluid to the evaporative cooling fluid only results in a negligible reduction in the increase in cooling performance due to evaporation. In addition, the heat absorbed by the evaporative cooling fluid can be transferred to the cooling air when discharged through the perforation.
Ferner findet bekanntermaßen durch Wärmeleitung ein Wärmestrom aus dem Kühlfluid im ersten Kanal über dessen Außenwandung an die Kühlelemente, insbesondere Kühllamellen, statt. Vorbeiströmende Kühlluft, die typischerweise eine geringere Temperatur als das Kühlfluid aufweist, nimmt Wärme von den Oberflächen der Kühlelemente auf und kühlt die Kühlelemente dadurch. Der erste Kanal kann selbst nicht von der Kühlluft durchströmt werden, sodass er bauartbedingt dazu führt, dass der luftseitige Druckverlust der Kühlluft bei der Durchströmung durch die Kühlvorrichtung erhöht wird. Umso höher der Druckverlust, desto geringer der Kühlluftmassenstrom, und damit die Kühlleistung. Da der zweite Kanal innerhalb des ersten Kanals angeordnet ist, führt dieser zu keiner weiteren Erhöhung des Druckverlusts. Im Vergleich dazu sind die Düsen zur Ausbringung des Verdunstungskühlfluides gemäß dem Stand der Technik stromaufwärts vor einem Wärmeübertrager angeordnet, stellen daher ein Hindernis für die Kühlluft in Richtung des Wärmeübertragers dar, und tragen so zusätzlich zum Druckverlust bei.Furthermore, as is known, a heat flow from the cooling fluid in the first channel via its outer wall to the cooling elements, in particular cooling fins, takes place through heat conduction. Cooling air flowing past, which typically has a lower temperature than the cooling fluid, absorbs heat from the surfaces of the cooling elements and thereby cools the cooling elements. The first channel itself cannot be flowed through by the cooling air, so that due to its design, it leads to the air-side pressure loss of the cooling air Flow through the cooling device is increased. The higher the pressure loss, the lower the cooling air mass flow and thus the cooling performance. Since the second channel is arranged within the first channel, this does not lead to any further increase in pressure loss. In comparison, the nozzles for dispensing the evaporative cooling fluid according to the prior art are arranged upstream of a heat exchanger, therefore represent an obstacle for the cooling air in the direction of the heat exchanger, and thus additionally contribute to the pressure loss.
Aufgrund der Anordnung des zweiten Kanals ist die Perforation derart angeordnet, dass das Verdunstungskühlfluid in Kühlluftpfade, die durch die Kühlelemente und den ersten Kanal gebildet sind, hinein ausgebracht (bzw. injiziert) werden. Entsprechend sind Oberflächenabschnitte der Kühlelemente den einzelnen Öffnungen der Perforation vorzugsweise direkt gegenüberliegend angeordnet. Dies führt dazu, dass die wärmeübertragenden Oberflächen der Kühlelemente gleichmäßiger bzw. homogener mit dem Verdunstungskühlfluid benetzt werden, wodurch gleichzeitig eine geringere Filmhöhe des Verdunstungskühlfluides auf den Oberflächen erzielt wird. Eine Benetzung der wärmeübertragendenden Oberflächen und ein Zuwachs der Filmhöhe führt nämlich dazu, dass der für die Luftdurchströmung maßgebliche geometrische Querschnitt verengt wird. Der Luftmassenstrom unterliegt einem höheren Druckverlust. Bei gleichen Randbedingungen stellt sich daher ein geringerer Luftmassenstrom ein und die Wärmeübertragung sinkt. Dieser Effekt kann durch die gleichmäßige Vernetzung stark reduziert werden.Due to the arrangement of the second channel, the perforation is arranged such that the evaporative cooling fluid is discharged (or injected) into cooling air paths formed by the cooling elements and the first channel. Accordingly, surface sections of the cooling elements are preferably arranged directly opposite the individual openings of the perforation. This results in the heat-transferring surfaces of the cooling elements being wetted more evenly or homogeneously with the evaporative cooling fluid, which simultaneously results in a lower film height of the evaporative cooling fluid on the surfaces. Wetting of the heat-transferring surfaces and an increase in the film height leads to the geometric cross section that is important for the air flow being narrowed. The air mass flow is subject to a higher pressure loss. With the same boundary conditions, a lower air mass flow occurs and the heat transfer decreases. This effect can be greatly reduced by uniform networking.
Hinzu kommt, dass die Filmhöhe des Verdunstungskühlfluides auf den Oberflächen einen zusätzlichen Wärmeleitwiderstand zwischen Kühlfluid und Kühlluft bildet, der überwunden werden muss. Eine geringere Filmhöhe, die durch die Kühlvorrichtung erzielt werden kann, führt somit auch dazu, dass der Wärmeleitwiderstand möglichst geringgehalten wird. In addition, the film height of the evaporative cooling fluid on the surfaces forms an additional thermal conduction resistance between the cooling fluid and the cooling air, which must be overcome. A lower film height, which can be achieved by the cooling device, also means that the thermal conduction resistance is kept as low as possible.
Weisen die Kühlelemente eine Lamellen- und Louvergeometrie auf, so kann durch die gleichmäßigere Benetzung mit dem Verdunstungskühlfluid ferner ein Bedecken der Louver mit dem Verdunstungskühlfluid verhindert oder zumindest eingeschränkt werden. Ein Bedecken der Louver hätte zur Folge, dass der turbulatorische Effekt der Louver reduziert wird bzw. ganz verschwindet. Die Luftströmung durch die Kühlelemente wäre dadurch weniger turbulent oder sogar auch laminar. Das Verhältnis der Wärmeleitung im Luftstrom würde gegenüber dem konvektiven Wärmetransport in der Kühlluft (im Vergleich zur konventionellen Kühlung ohne Verdunstungskühlung) geringer, d. h. dem Kühlfluid würde weniger Wärme entzogen.If the cooling elements have a lamella and louver geometry, the more uniform wetting with the evaporative cooling fluid can also prevent or at least limit the louvers from being covered with the evaporative cooling fluid. Covering the Louver would result in the turbulatory effect of the Louver being reduced or completely disappearing. The air flow through the cooling elements would therefore be less turbulent or even laminar. The ratio of heat conduction in the air flow would be lower than the convective heat transport in the cooling air (compared to conventional cooling without evaporative cooling), i.e. H. Less heat would be removed from the cooling fluid.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann der gemeinsame Außenwandungsabschnitt durch einen Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals und einen Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals gebildet sein, die angrenzend zueinander (z. B. überlappend) angeordnet sind und gemeinsame Durchgänge (z. B. fluchtend angeordnete Durchgänge im Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals und dem Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals) zur Ausbildung der Perforation aufweisen. Die gemeinsamen Durchgänge sind fluidisch abgedichtet zu einem Innenraum des ersten Kanals ausgebildet.According to a particular embodiment, the common outer wall section can be formed by an outer wall section of the second channel and an outer wall section of the first channel, which are arranged adjacent to one another (e.g. overlapping) and have common passages (e.g. aligned passages in the outer wall section of the second Channel and the outer wall section of the first channel) to form the perforation. The common passages are designed to be fluidically sealed to an interior of the first channel.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Kanal durch ein erstes Rohr, insbesondere ein Flachrohr, ausgebildet sein. Der zweite Kanal kann durch ein zweites Rohr, insbesondere ein Rundrohr, ausgebildet sein. Ein Wandungsabschnitt des zweiten Rohrs, in dem erste Öffnungen ausgebildet sind, kann an einem Wandungsabschnitt des ersten Rohrs, in dem fluchtend zu den ersten Öffnungen angeordnete zweite Öffnungen ausgebildet sind, zur Ausbildung der Perforation anliegen. Dies bietet eine einfach umsetzbare Ausführungsform der Kühlvorrichtung.According to one embodiment, the first channel can be formed by a first tube, in particular a flat tube. The second channel can be formed by a second tube, in particular a round tube. A wall section of the second tube, in which first openings are formed, can rest on a wall section of the first tube, in which second openings arranged in alignment with the first openings are formed, to form the perforation. This offers an easy-to-implement embodiment of the cooling device.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann das zumindest eine Kühlmodul mehrere Kühlmodule umfassen, die angrenzend nebeneinander angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Kühlelemente eines der mehreren Kühlmodule zusätzlich zur thermischen Kopplung am ersten Kanal eines weiteren der mehreren Kühlmodule angeordnet sind. Die Kühlmodule können in einer Ebene angeordnet und gleich ausgerichtet sein. Die Kühlmodule können insbesondere einen Stapel bilden. Dies bietet z. B. die Möglichkeit, die Kühlvorrichtung für den entsprechenden Anwendungsfall und den Bauraum anzupassen. Die Anzahl der Kühlmodule und damit die Anzahl der ersten Kanäle kann z. B. von der Menge an zu kühlendem Kühlfluid und der Temperatur, auf die das Kühlfluid runtergekühlt werden soll, abhängen.According to one embodiment variant, the at least one cooling module can comprise a plurality of cooling modules which are arranged adjacent to one another, in particular in such a way that the cooling elements of one of the plurality of cooling modules are arranged on the first channel of another one of the plurality of cooling modules in addition to the thermal coupling. The cooling modules can be arranged in one plane and aligned in the same way. The cooling modules can in particular form a stack. This offers e.g. B. the possibility of adapting the cooling device to the corresponding application and the installation space. The number of cooling modules and thus the number of the first channels can e.g. B. depend on the amount of cooling fluid to be cooled and the temperature to which the cooling fluid is to be cooled down.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlvorrichtung ferner eine erste Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine zweite Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können mit zumindest einem Verdunstungskühlfluid-Reservoir fluidisch verbunden sein. Ferner kann eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung zum Einstellen eines Fluidmassenstroms des Verdunstungskühlfluides, das der ersten Zuführleitung und der zweiten Zuführleitung zugeführt wird, zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der ersten Zuführleitung und zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der zweiten Zuführleitung angeordnet sein. Der zweite Kanal kann ein erstes Ende, das mit der ersten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der zweiten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen. Mittels der ersten und zweiten Zuführleitung kann der zweite Kanal somit beidseitig, z. B. mit dem gleichen Fluiddruck, mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden. Dadurch kann das Verdunstungskühlfluid aus den Öffnungen der Perforation gleichmäßig austreten und die Kühlelemente so gleichmäßig benetzt werden.According to one embodiment, the cooling device may further comprise a first supply line for the evaporative cooling fluid and a second supply line for the evaporative cooling fluid. The first supply line and the second supply line can be fluidly connected to at least one evaporative cooling fluid reservoir. Furthermore, an evaporative cooling fluid delivery device for adjusting a fluid mass flow of the evaporative cooling fluid, which is supplied to the first supply line and the second supply line, between the evaporative cooling fluid reservoir and the first Supply line and be arranged between the evaporative cooling fluid reservoir and the second supply line. The second channel may have a first end that is fluidly connected to the first supply line and a second end that is fluidly connected to the second supply line. By means of the first and second supply lines, the second channel can thus be used on both sides, e.g. B. with the same fluid pressure as the evaporative cooling fluid. This allows the evaporative cooling fluid to emerge evenly from the openings of the perforation and the cooling elements to be wetted evenly.
Gemäß einer Ausführungsform können die erste Zuführleitung und/oder die zweite Zuführleitung zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal, insbesondere anliegend, angeordnet sein. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum zweiten Kanal verlaufen. Die erste Zuführleitung, die zweite Zuführleitung und die zweiten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden. Dadurch wird eine möglichst einfach umsetzbare Konstruktion für die Zuführung und das Ausbringen des Verdunstungskühlfluides erzielt. Durch die endseitige Anordnung der ersten Zuführleitung und/oder der zweiten Zuführleitung kann ferner bereits einen Teil der abzuführenden Abwärme durch Wärmeleitung aus dem Kühlfluid aufgenommen werden.According to one embodiment, the first feed line and/or the second feed line can be arranged at least in sections at the end of the first channel, in particular adjacent to it. The first supply line and the second supply line can run parallel to one another at least in sections. The first feed line and the second feed line can run at least in sections perpendicular to the second channel. The first supply line, the second supply line and the second channels of the plurality of cooling modules can form a ladder-shaped line arrangement for the evaporative cooling fluid. This results in a design that is as easy to implement as possible for supplying and discharging the evaporative cooling fluid. Due to the end-side arrangement of the first supply line and/or the second supply line, part of the waste heat to be dissipated can also be absorbed from the cooling fluid by heat conduction.
Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Kanäle der mehreren Kühlmodule, z. B. mäanderförmig, miteinander fluidisch verbunden sein. Insbesondere kann ein Ende des ersten Kanals eines der mehreren Kühlmodule mit einem Ende des ersten Kanals eines angrenzenden der mehreren Kühlmodule fluidisch verbunden sein. Die fluidisch verbundenen ersten Kanäle können zwei Enden zum Anschließen eines Kühlfluidkreislaufes (und/oder Einbinden der ersten Kanäle in einen Kühlfluidkreislauf) aufweisen. Die zweiten Kanäle der mehreren Kühlmodule können, insbesondere durch die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung, miteinander fluidisch verbunden sein.According to one embodiment, the first channels of the plurality of cooling modules, e.g. B. meandering, fluidly connected to each other. In particular, an end of the first channel of one of the plurality of cooling modules can be fluidly connected to an end of the first channel of an adjacent one of the plurality of cooling modules. The fluidically connected first channels can have two ends for connecting a cooling fluid circuit (and/or integrating the first channels into a cooling fluid circuit). The second channels of the plurality of cooling modules can be fluidly connected to one another, in particular through the first supply line and the second supply line.
Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Perforation in Längsrichtung des zweiten Kanals erstrecken. Die Kühlelemente können im Wesentlichen in Längsrichtung des ersten Kanals angeordnet sein. Eine Breite der Kühlelemente kann kleiner oder im Wesentlichen gleich einer Breite des ersten Kanals sein. Die dadurch gleichmäßige Verteilung der Öffnungen der Perforation entlang der Kühlelemente verhilft zu einer gleichmäßigeren Benetzung der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid.According to one embodiment, the perforation can extend in the longitudinal direction of the second channel. The cooling elements can be arranged essentially in the longitudinal direction of the first channel. A width of the cooling elements can be smaller than or substantially equal to a width of the first channel. The resulting uniform distribution of the openings of the perforation along the cooling elements helps to ensure more uniform wetting of the cooling elements with the evaporative cooling fluid.
Gemäß einer Ausführungsvariante können der erste Kanal und der zweite Kanal parallel zueinander und/oder in einer gleichen Ebene verlaufen. Der zweite Kanal kann sich beidseitig über den ersten Kanal hinaus erstrecken und/oder endseitig (an beiden Endseiten des ersten Kanals) aus dem ersten Kanal, vorzugsweise fluiddicht, herausgeführt sein.According to one embodiment variant, the first channel and the second channel can run parallel to one another and/or in the same plane. The second channel can extend beyond the first channel on both sides and/or can be led out of the first channel at the end (on both end sides of the first channel), preferably in a fluid-tight manner.
Gemäß einer Ausführungsform kann das mindestens eine Kühlmodul einen dritten Kanal für das Verdunstungskühlfluid aufweisen. Der dritte Kanal kann z. B. außerhalb am ersten Kanal, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Der dritte Kanal kann eine den Kühlelementen zugewandte Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen. Durch die Anordnung des dritten Kanals kann die möglichst gleichmäßige Vernetzung der Kühlelemente noch weiter verbessert werden. Insbesondere kann der dritte Kanal dazu dienen, Außenbereiche der Kühlelemente zu benetzen, die von der Perforation des zweiten Kanals nur schwierig erreicht werden können.According to one embodiment, the at least one cooling module can have a third channel for the evaporative cooling fluid. The third channel can e.g. B. be arranged outside the first channel, preferably adjacent. The third channel can have a perforation facing the cooling elements for discharging the evaporative cooling fluid and for wetting the cooling elements with the evaporative cooling fluid. By arranging the third channel, the networking of the cooling elements can be improved even further. In particular, the third channel can serve to wet outer areas of the cooling elements that can only be reached with difficulty by the perforation of the second channel.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann der dritte Kanal insbesondere an einer, vorzugsweise in Strömungsrichtung der entlang der Kühlelemente strömenden Kühlluft gesehenen, Vorderseite des ersten Kanals angeordnet sein. Der dritte Kanal und der zweite Kanal können parallel zueinander verlaufen. Der dritte Kanal kann durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal aufweisen. Durch diese Ausbildung und Anordnung des dritten Kanals kann der zusätzliche Druckverlust der Kühlluft möglichst geringgehalten werden. Ist der dritte Kanal an der Vorderseite des ersten Kanals angeordnet, so erzeugt der dritte Kanal einen Windschatten für den ersten Kanal und zusätzlich einen luftleitenden Effekt, sodass der Druckverlust für die Kühlluft durch den zusätzlichen dritten Kanal nur unwesentlich gesteigert wird.According to an embodiment variant, the third channel can be arranged in particular on a front side of the first channel, preferably seen in the flow direction of the cooling air flowing along the cooling elements. The third channel and the second channel can run parallel to each other. The third channel can be formed by a round tube and/or have the same dimensions as the second channel. This design and arrangement of the third channel allows the additional pressure loss of the cooling air to be kept as low as possible. If the third channel is arranged at the front of the first channel, the third channel creates a slipstream for the first channel and additionally an air-conducting effect, so that the pressure loss for the cooling air is only slightly increased by the additional third channel.
Der dritte Kanal kann z. B. durch eine Klebe-, Schweiß oder Schraubverbindung am ersten Kanal angebracht sein. Dadurch ist es möglich, den dritten Kanal getrennt von der Anordnung des ersten und zweiten Kanals zu fertigen und später modular anzubringen.The third channel can e.g. B. be attached to the first channel by an adhesive, weld or screw connection. This makes it possible to manufacture the third channel separately from the arrangement of the first and second channels and to attach it later in a modular manner.
Die Perforation des dritten Kanals kann in einer Außenwandung des dritten Kanals ausgebildet sein und sich in Längsrichtung des dritten Kanals (und vorzugsweise parallel zur Perforation des zweiten Kanals) erstrecken. Die Perforation des dritten Kanals kann zu den Kühlelementen hin angeschrägt ausgebildet sein.The perforation of the third channel may be formed in an outer wall of the third channel and extend in the longitudinal direction of the third channel (and preferably parallel to the perforation of the second channel). The perforation of the third channel can be tapered towards the cooling elements.
Gemäß einer Ausführungsvariante können der dritte Kanal und der zweite Kanal fluidisch getrennt ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung kann ferner eine dritte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine vierte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der dritte Kanal kann ein erstes Ende, das mit der dritten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der vierten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen. Dadurch kann auch der dritte Kanal beidseitig, z. B. mit dem gleichen Fluiddruck, mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden. Zudem ist es möglich, dass der zweite und dritte Kanal unabhängig voneinander mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden können, um so das Ausbringen des Verdunstungskühlfluides je nach Kühlungsbedarf und für eine möglichst gleichmäßige Benetzung für beide Kanäle eigenständig einstellen zu können.According to one embodiment variant, the third channel and the second channel can be designed to be fluidically separated. The cooling device can further comprise a third supply line for the evaporative cooling fluid and a fourth supply line for the evaporative cooling fluid. The third channel may have a first end fluidly connected to the third supply line and a second end fluidly connected to the fourth supply line. This means that the third channel can also be used on both sides, e.g. B. with the same fluid pressure as the evaporative cooling fluid. In addition, it is possible for the second and third channels to be supplied with the evaporative cooling fluid independently of one another in order to be able to independently adjust the application of the evaporative cooling fluid depending on the cooling requirement and for the most even wetting possible for both channels.
Die dritte Zuführleitung und die vierte Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die dritte Zuführleitung und die vierte Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum dritten Kanal verlaufen. Die dritte Zuführleitung, die vierte Zuführleitung und die dritten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine (zweite) leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.The third feed line and the fourth feed line can run parallel to one another at least in sections. The third feed line and the fourth feed line can run at least in sections perpendicular to the third channel. The third supply line, the fourth supply line and the third channels of the plurality of cooling modules can form a (second) ladder-shaped line arrangement for the evaporative cooling fluid.
Es ist ferner auch möglich, dass das zumindest eine Kühlmodul weitere Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweist. Das mindestens eine Kühlmodul kann z. B. einen vierten Kanal für das Verdunstungskühlfluid aufweisen. Der vierte Kanal kann z. B. außerhalb am ersten Kanal, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Der vierte Kanal kann eine den Kühlelementen zugewandte Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen.It is also possible for the at least one cooling module to have further channels for the evaporative cooling fluid. The at least one cooling module can z. B. have a fourth channel for the evaporative cooling fluid. The fourth channel can e.g. B. be arranged outside the first channel, preferably adjacent. The fourth channel can have a perforation facing the cooling elements for discharging the evaporative cooling fluid and for wetting the cooling elements with the evaporative cooling fluid.
Der vierte Kanal kann an einer, insbesondere in Strömungsrichtung der entlang der Kühlelemente strömenden Kühlluft gesehenen, Rückseite des ersten Kanals angeordnet sein. Der vierte Kanal und der zweite Kanal können parallel zueinander verlaufen. Der vierte Kanal kann durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal aufweisen. Der vierte Kanal kann z. B. durch eine Klebe-, Schweiß oder Schraubverbindung am ersten Kanal angebracht werden.The fourth channel can be arranged on a rear side of the first channel, particularly as seen in the flow direction of the cooling air flowing along the cooling elements. The fourth channel and the second channel can run parallel to each other. The fourth channel can be formed by a round tube and/or have the same dimensions as the second channel. The fourth channel can e.g. B. can be attached to the first channel by an adhesive, weld or screw connection.
Die Perforation des vierten Kanals kann in einer Außenwandung des vierten Kanals ausgebildet sein und sich in Längsrichtung des vierten Kanals (und vorzugsweise parallel zur Perforation des zweiten Kanals) erstrecken. Die Perforation des dritten Kanals kann zu den Kühlelementen hin angeschrägt ausgebildet sein.The perforation of the fourth channel may be formed in an outer wall of the fourth channel and extend in the longitudinal direction of the fourth channel (and preferably parallel to the perforation of the second channel). The perforation of the third channel can be tapered towards the cooling elements.
Der vierte Kanal, der dritte Kanal und der zweite Kanal können fluidisch getrennt ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung kann ferner eine fünfte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine sechste Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der vierte Kanal kann ein erstes Ende, das mit der fünften Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der sechsten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen.The fourth channel, the third channel and the second channel can be designed to be fluidically separated. The cooling device may further comprise a fifth supply line for the evaporative cooling fluid and a sixth supply line for the evaporative cooling fluid. The fourth channel may have a first end fluidly connected to the fifth supply line and a second end fluidly connected to the sixth supply line.
Die fünfte Zuführleitung und die sechste Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die fünfte Zuführleitung und die sechste Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum vierten Kanal verlaufen. Die fünfte Zuführleitung, die sechste Zuführleitung und die vierten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine (dritte) leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.The fifth feed line and the sixth feed line can run parallel to one another at least in sections. The fifth feed line and the sixth feed line can run at least in sections perpendicular to the fourth channel. The fifth supply line, the sixth supply line and the fourth channels of the plurality of cooling modules can form a (third) ladder-shaped line arrangement for the evaporative cooling fluid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der erste Kanal, der zweite Kanal und die Kühlelemente (und vorzugsweise der dritte Kanal und der vierte Kanal) des zumindest einen Kühlmoduls das gleiche Material, vorzugsweise ein Metall, z. B. Aluminium, umfassen. Dadurch kann z. B. eine gute Wärmeleitfähigkeit vom Kühlfluid innerhalb des ersten Kanals zu den Kühlelementen bzw. zum Verdunstungskühlfluid in den anderen Kanälen gewährleistet sein. Aluminium ist er dabei besonders geeignet, da Aluminium neben der hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit und ein niedriges spezifisches Gewicht aufweist, was für die Fertigung der Kühlvorrichtung besonders geeignet ist.According to a further embodiment, the first channel, the second channel and the cooling elements (and preferably the third channel and the fourth channel) of the at least one cooling module can be the same material, preferably a metal, e.g. B. aluminum. This can z. B. good thermal conductivity from the cooling fluid within the first channel to the cooling elements or to the evaporative cooling fluid in the other channels can be guaranteed. Aluminum is particularly suitable because, in addition to its high thermal conductivity, aluminum also has high strength, good corrosion resistance and a low specific weight, which is particularly suitable for the production of the cooling device.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Kühlfluides bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart. Das Verfahren umfasst ferner ein Zuführen des Kühlfluides in den ersten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls der Kühlvorrichtung und ein Zuführen eines Verdunstungskühlfluides in den zweiten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls der Kühlvorrichtung. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbringen des Verdunstungskühlfluides mittels der Perforation der Kühlvorrichtung und ein Benetzen der Kühlelemente der Kühlvorrichtung mit dem Verdunstungskühlfluid.According to a further general aspect of the invention, a method for cooling a cooling fluid is provided. The method includes providing the cooling device as disclosed herein. The method further comprises supplying the cooling fluid into the first channel of the at least one cooling module of the cooling device and supplying an evaporative cooling fluid into the second channel of the at least one cooling module of the cooling device. The method further comprises discharging the evaporative cooling fluid by means of the perforation of the cooling device and wetting the cooling elements of the cooling device with the evaporative cooling fluid.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen zuvor rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale der Kühlvorrichtung auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.To avoid repetition, features of the cooling device that were previously disclosed purely in accordance with the device should also be considered disclosed in accordance with the method and can be claimed.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung kann vorzugsweise an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auf diese Weise kann Fahrtluft als Kühlluft, die entlang der Kühlelemente vorbeiströmt, verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Kühlvorrichtung einen Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms umfassen.According to a further general aspect of the invention, a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, is provided with the cooling device as disclosed herein. The cooling device can preferably be arranged on a vehicle front of the motor vehicle. This way you can drive air can be used as cooling air that flows past the cooling elements. Alternatively or additionally, the cooling device can include a fan for generating a cooling air flow.
Gemäß einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs kann die Kühlvorrichtung, insbesondere der erste Kanal des zumindest einen Kühlmoduls, in einem Kühlkreislauf für eine Brennstoffzellenanordnung eingebunden sein.According to one embodiment of the motor vehicle, the cooling device, in particular the first channel of the at least one cooling module, can be integrated in a cooling circuit for a fuel cell arrangement.
Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb sein. Dadurch kann die Kühlungsproblematik von Brennstoffzellen bei hohen Umgebungstemperaturen zumindest teilweise behoben werden. Der Einsatz der Kühlvorrichtung kann zur Effizienz- und Leistungssteigerung der Kühlung führen.The motor vehicle can be a motor vehicle with a fuel cell drive. This can at least partially solve the cooling problem of fuel cells at high ambient temperatures. The use of the cooling device can lead to an increase in the efficiency and performance of the cooling system.
Das Kraftfahrzeug kann ferner ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein. Die Kühlvorrichtung kann z. B. zur verbesserten Kühlung beim Schnellladen beitragen. Beim Schnellladen im Stand fehlt die Fahrtluft als Kühlluft für die Kühlung der Fahrzeugbatterien und den weiteren zu kühlenden Komponenten. Eine Verdunstungskühlung mittels der Kühlvorrichtung kann die Kühlleistung erheblich steigern. Im Fahrbetrieb entstehen wesentlich geringere Abwärmemengen als beim Schnellladen. Durch die Kühlvorrichtung kann die Auslegung der Komponenten des fahrzeugseitigen Kühlsystems reduziert und dadurch vergünstigt werden. Somit kann das gesamte Kühlsystem des Kraftfahrzeugs kleiner dimensioniert werden. Als Wasserquelle, z. B. zum Füllen eines Reservoirs für das Verdunstungskühlfluid, bietet sich z. B. ein stationärer Wasseranschluss an Ladestationen an.The motor vehicle can also be an electrically driven motor vehicle. The cooling device can e.g. B. contribute to improved cooling during fast charging. When fast charging while stationary, the driving air is missing as cooling air for cooling the vehicle batteries and the other components that need to be cooled. Evaporative cooling using the cooling device can significantly increase the cooling performance. Significantly lower amounts of waste heat are generated when driving than during fast charging. The cooling device allows the design of the components of the vehicle-side cooling system to be reduced and thereby made cheaper. The entire cooling system of the motor vehicle can therefore be made smaller. As a water source, e.g. B. for filling a reservoir for the evaporative cooling fluid, z. B. a stationary water connection at charging stations.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung (z. B. ein Fahrzeugsteuergerät) für eine zum Kühlen eines Kühlfluides ausgebildete Kühlungsvorrichtung (zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung), z. B. der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart, eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. In der Kühlungsvorrichtung sind luftkühlbare Kühlungselemente, z. B. die Kühlelemente wie hierin offenbart, für eine erhöhte Kühlwirkung zusätzlich mit einem Verdunstungskühlfluid benetzbar.According to a further general aspect of the invention, a control device (e.g. a vehicle control unit) for a cooling device designed to cool a cooling fluid (for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling), e.g. B. the cooling device as disclosed herein of a motor vehicle. Air-coolable cooling elements, e.g. B. the cooling elements as disclosed herein can also be wetted with an evaporative cooling fluid for an increased cooling effect.
Die Steuervorrichtung ist ausgebildet, zum Kühlen des Kühlfluides auf eine Solltemperatur einen Luftmassenstrom einer entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft und einen Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen.The control device is designed to adjust an air mass flow of cooling air flowing along the cooling elements and a fluid mass flow of the evaporative cooling fluid to wet the cooling elements in order to cool the cooling fluid to a target temperature.
Die Steuervorrichtung kann grundlegend für jede Kühlungsvorrichtung verwendet werden, die zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung ausgeführt ist, z. B. die Kühlvorrichtung wie hierin offenbart.The control device can basically be used for any cooling device designed to cool a cooling fluid using air and evaporative cooling, e.g. B. the cooling device as disclosed herein.
Der Begriff „Steuervorrichtung“ kann sich zweckmäßig auf eine Elektronik (z. B. mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin die Begriffe „Einstellen“ und/oder „Steuern“ verwendet werden, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ und/oder „Verarbeiten“ umfasst bzw. gemeint sein.The term “control device” can usefully refer to electronics (e.g. with microprocessor(s) and data memory) which, depending on its training, can take on control tasks and/or regulation tasks and/or processing tasks. Even if the terms “setting” and/or “control” are used here, they can also appropriately include or mean “rules” or “control with feedback” and/or “processing”.
Durch die vorliegende Offenbarung wird somit eine Lösung mit einer verbesserten Kühlung, insbesondere einer effizienteren Nutzung der Verdunstungskühlung durch Benetzen mit dem Verdunstungskühlfluid bereitgestellt. Insbesondere wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die eine Betriebsstrategie der Verdunstungskühlung zum möglichst effizienten Verteilen und Ausbringen des Verdunstungskühlfluides umsetzen kann.The present disclosure thus provides a solution with improved cooling, in particular a more efficient use of evaporative cooling by wetting with the evaporative cooling fluid. In particular, a control device is provided which can implement an evaporative cooling operating strategy for distributing and dispensing the evaporative cooling fluid as efficiently as possible.
So sind der Luftmassenstrom und der Fluidmassenstrom gleichzeitig, insbesondere voneinander abhängig, derart einstellbar, dass eine nötige Kühlleistung erzielt wird, um das Kühlfluid auf die Solltemperatur zu kühlen.The air mass flow and the fluid mass flow can be adjusted simultaneously, in particular depending on one another, in such a way that the necessary cooling performance is achieved in order to cool the cooling fluid to the target temperature.
Ferner führt das gleichzeitige Einstellen des Luftmassenstroms und des Fluidmassenstroms zu einer erhöhten Verdunstungsrate, welche das Verhältnis des ausgebrachten Verdunstungskühlfluides zur verdunstenden Menge des Verdunstungskühlfluides beschreibt. Furthermore, the simultaneous adjustment of the air mass flow and the fluid mass flow leads to an increased evaporation rate, which describes the ratio of the evaporative cooling fluid applied to the evaporating amount of the evaporative cooling fluid.
Das Verdunstungskühlfluid kann entsprechend zur gezielten Wasserverdunstung mit höherer Effizienz genutzt werden.The evaporative cooling fluid can be used for targeted water evaporation with higher efficiency.
Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, die Solltemperatur, z. B. in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, zu bestimmen und/oder aus mehreren hinterlegten Solltemperaturen auszuwählen. Der Betriebszustand kann einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise unter zusätzlicher Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit, umfassen. Der Betriebszustand kann einen Ladebetrieb des (elektrisch antreibbaren) Kraftfahrzeugs (im Stand) umfassen.The control device can also be designed to set the target temperature, e.g. B. depending on an operating state of the motor vehicle, to be determined and / or selected from several stored target temperatures. The operating state can include driving operation of the motor vehicle, preferably with additional consideration of the vehicle speed. The operating state can include charging operation of the (electrically driven) motor vehicle (while stationary).
Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen Soll-Luftmassenstrom, auf den der Luftmassenstrom einzustellen ist, anhand von, z. B. in einem Speicher der Steuervorrichtung, hinterlegten Kennfeldern in Abhängigkeit von einem bestimmten Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zu bestimmen. Die Kennfelder können (auf fachmännisch bekannte Weise) z. B. durch Simulationen und/oder Experimente, z. B. Erprobungsfahrten mit dem Kraftfahrzeug, bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, zunächst die notwendige Menge an Verdunstungskühlfluid zur Benetzung der Kühlungselemente zu bestimmen, um anschließend den Luftmassenstrom zu bestimmen, der für eine möglichst optimierte Verdunstungskühlung bzw. eine möglichst optimierte Kombination der Luft- und Verdunstungskühlung nötig ist.According to a special embodiment, the control device can further be designed to determine a target air mass flow to which the air mass flow is to be adjusted based on, for. B. in a memory of the control device, to determine stored maps depending on a specific fluid mass flow of the evaporative cooling fluid. The maps can be done (in a professional manner). nically known way) e.g. B. through simulations and/or experiments, e.g. B. test drives with the motor vehicle. This makes it possible to first determine the necessary amount of evaporative cooling fluid for wetting the cooling elements in order to then determine the air mass flow that is necessary for the most optimized possible evaporative cooling or the most optimized combination of air and evaporative cooling.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Soll-Luftmassenstrom ferner in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Größen zu bestimmen:
- - eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs,
- - eine Luftgeschwindigkeit einer Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung,
- - eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung, und/oder
- - eine Lufttemperatur der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung.
- - a vehicle speed of the motor vehicle,
- - an air speed of a cooling air before entering the cooling device and / or after exiting the cooling device,
- - a humidity of the cooling air before entering the cooling device and/or after exiting the cooling device, and/or
- - an air temperature of the cooling air before entering the cooling device and / or after exiting the cooling device.
Dadurch kann z. B. berücksichtigt werden, wieviel an verdunstetem Verdunstungskühlfluid durch die Kühlluft aufnehmbar ist und/oder inwieweit ein aktives Einstellen des Luftmassenstroms notwendig bzw. nötig ist.This can z. B. take into account how much evaporated evaporative cooling fluid can be absorbed by the cooling air and / or to what extent an active adjustment of the air mass flow is necessary or necessary.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen Soll-Fluidmassenstrom, auf den der Fluidmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einer Austrittstemperatur des Kühlfluides beim Austritt aus der Kühlungsvorrichtung und der Solltemperatur zu bestimmen. Entsprechend kann so berücksichtigt werden, wie viel an Verdunstungskühlfluid notwendig ist, um das Kühlfluid auf die gewünschte Solltemperatur runter zu kühlen.According to a further special embodiment variant, the control device can further be designed to determine a target fluid mass flow to which the fluid mass flow is to be adjusted, depending on an outlet temperature of the cooling fluid when it exits the cooling device and the target temperature. Accordingly, it can be taken into account how much evaporative cooling fluid is necessary to cool the cooling fluid down to the desired target temperature.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Soll-Fluidmassenstrom zusätzlich in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Größen zu bestimmen:
- - eine Eintrittstemperatur des Kühlfluides beim Eintritt in die Kühlungsvorrichtung;
- - ein Füllstand eines Verdunstungskühlfluid-Reservoirs; und/oder
- - ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs.
- - an inlet temperature of the cooling fluid when entering the cooling device;
- - a level of an evaporative cooling fluid reservoir; and or
- - an operating state of the motor vehicle.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, eine Zufuhr des Verdunstungskühlfluides in Abhängigkeit von zumindest der Austrittstemperatur des Kühlfluides zu aktivieren oder zu deaktivieren. Dadurch kann die Verdunstungskühlung je nach Bedarf hinzugeschaltet werden bzw. die Kühlungsvorrichtung nur mit der Luftkühlung betrieben werden, wenn dies für die notwendige Kühlung ausreichend ist.According to one embodiment, the control device can further be designed to activate or deactivate a supply of the evaporative cooling fluid depending on at least the outlet temperature of the cooling fluid. This means that evaporative cooling can be switched on as required or the cooling device can only be operated with air cooling if this is sufficient for the necessary cooling.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides durch eine Regelung, vorzugsweise mittels einer PI-Regelung, einzustellen.According to an embodiment variant, the control device can further be designed to adjust the fluid mass flow of the evaporative cooling fluid by means of a control, preferably by means of a PI control.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kühlsystem bereitgestellt. Das Kühlsystem umfasst die Steuervorrichtung wie hierin offenbart, und eine Kühlungsvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides, aufweisend luftkühlbare Kühlungselemente, die mit einem oder mehreren Kanälen für das Kühlfluid thermisch gekoppelt sind und für eine erhöhte Kühlwirkung zusätzlich mit einem Verdunstungskühlfluid benetzbar sind. Die Kühlungsvorrichtung kann z. B. die Kühlvorrichtung wie hierin offenbart und die Kühlungselemente können die Kühlelemente wie hierin offenbart sein. Die ein oder mehreren Kanäle für das Kühlfluid können dem ersten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls wie hierin offenbart entsprechen.According to a further general aspect of the invention, a cooling system is provided. The cooling system includes the control device as disclosed herein, and a cooling device for cooling a cooling fluid, comprising air-coolable cooling elements that are thermally coupled to one or more channels for the cooling fluid and are additionally wettable with an evaporative cooling fluid for an increased cooling effect. The cooling device can e.g. B. the cooling device as disclosed herein and the cooling elements may be the cooling elements as disclosed herein. The one or more channels for the cooling fluid may correspond to the first channel of the at least one cooling module as disclosed herein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlungsvorrichtung ferner mehrere Ausbringungseinrichtungen zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und Benetzen der Kühlungselemente aufweisen, auf die der von der Steuervorrichtung einstellbare Fluidmassenstrom aufteilbar ist. Die mehreren Ausbringeinrichtungen können den zweiten Kanal und den dritten Kanal (und vorzugsweise den vierten Kanal) des zumindest einen Kühlmoduls wie hierin offenbart umfassen. Es ist z. B. auch möglich, dass die Anordnung aus der dritten Zuführleitung, der vierten Zuführleitung und den dritten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer ersten Ausbringungseinrichtung entspricht, die Anordnung aus der ersten Zuführleitung, der zweiten Zuführleitung und den zweiten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer zweiten Ausbringungseinrichtung entspricht, und vorzugsweise die Anordnung aus der fünften Zuführleitung, der sechsten Zuführleitung und den vierten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer dritten Ausbringungseinrichtung entspricht.According to one embodiment, the cooling device can further have a plurality of delivery devices for delivering the evaporative cooling fluid and wetting the cooling elements, into which the fluid mass flow adjustable by the control device can be divided. The plurality of delivery devices may include the second channel and the third channel (and preferably the fourth channel) of the at least one cooling module as disclosed herein. It is Z. B. also possible that the arrangement of the third feed line, the fourth feed line and the third channels of the plurality of cooling modules as disclosed herein corresponds to a first delivery device, the arrangement of the first feed line, the second feed line and the second channels of the plurality of cooling modules as disclosed herein discloses corresponds to a second delivery device, and preferably the arrangement of the fifth feed line, the sixth feed line and the fourth channels of the plurality of cooling modules as disclosed herein corresponds to a third delivery device.
Gemäß einer Ausführungsform können die mehreren Ausbringungseinrichtungen in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft hintereinander angeordnet sein.According to one embodiment, the plurality of delivery devices can be arranged one behind the other in the flow direction of the cooling air flowing along the cooling elements.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, mehrere, vorzugsweise zumindest teilweise unterschiedliche, Teil-Fluidmassenströme des Verdunstungskühlfluides für die mehreren Ausbringungseinrichtungen zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen. Die mehreren Teil-Fluidmassenströme können jeweils einem der mehreren Ausbringungseinrichtungen zugeführt werden. Dadurch kann mittels der Steuervorrichtung eine für die Verdunstung optimale Verteilung der Menge an Verdunstungskühlfluid auf die einzelnen Ausbringungseinrichtungen und -positionen umgesetzt werden.According to one embodiment variant, the control device can also be designed to have several, preferably to set at least partially different partial fluid mass flows of the evaporative cooling fluid for the plurality of delivery devices for wetting the cooling elements. The multiple partial fluid mass flows can each be supplied to one of the multiple delivery devices. As a result, the control device can be used to implement an optimal distribution of the amount of evaporation cooling fluid to the individual delivery devices and positions for evaporation.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen ersten Soll-Teil-Fluidmassenstrom, auf den ein Teil-Fluidmassenstrom für eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen einzustellen ist, anhand zumindest eines hinterlegten Fluid-Kennfelds in Abhängigkeit von einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Lufttemperatur vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung zu bestimmen. Daten für das zumindest eine Fluid-Kennfeld können (auf fachmännisch bekannte Weise) z. B. durch Simulationen und/oder Experimente, z. B. Erprobungsfahrten mit dem Kraftfahrzeug, bestimmt werden. Die eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen kann z. B. einer in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft vordersten Ausbringungseinrichtung der mehreren Ausbringungseinrichtungen entsprechen. Dadurch kann die Ausbringmenge an Verdunstungskühlfluid optimiert werden, um z. B. die erreichbaren Oberflächen der Kühlungselemente möglichst gleichmäßig zu benetzen und gleichzeitig eine maximal verdunstbare Menge an Verdunstungskühlfluid (bzw. einen oberen Grenzwert der Luftfeuchtigkeit) nicht zu überschreiten. Eine zu hohe Ausbringmenge würde zu einer höheren Filmhöhe des Verdunstungskühlfluids und damit zu einem erhöhten kühlluftseitigen Druckverlust und zu einer geringeren Kühlleistung führen.According to one embodiment, the control device can further be designed to provide a first target partial fluid mass flow, to which a partial fluid mass flow for one of the multiple application devices is to be set, based on at least one stored fluid map depending on an air humidity and/or an air temperature Determine entry into the cooling device. Data for the at least one fluid map can (in a manner known to those skilled in the art) e.g. B. through simulations and/or experiments, e.g. B. test drives with the motor vehicle. One of the several delivery devices can z. B. correspond to a frontmost delivery device of the plurality of delivery devices in the flow direction of the cooling air flowing along the cooling elements. This allows the application rate of evaporative cooling fluid to be optimized, e.g. B. to wet the accessible surfaces of the cooling elements as evenly as possible and at the same time not to exceed a maximum evaporable amount of evaporative cooling fluid (or an upper limit of air humidity). An application rate that is too high would lead to a higher film height of the evaporative cooling fluid and thus to an increased pressure loss on the cooling air side and to a lower cooling performance.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen um den ersten Soll-Teil-Fluidmassenstrom reduzierten, verbleibenden Fluidmassenstrom, vorzugsweise gleichmäßig, auf die verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen aufzuteilen.According to one embodiment, the control device can further be designed to distribute, preferably uniformly, a remaining fluid mass flow reduced by the first target partial fluid mass flow among the remaining of the plurality of delivery devices.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen ersten Teil-Fluidmassenstrom einer der mehreren Ausbringungseinrichtungen um einen konstanten Wert, beispielsweise um 5 %, zu reduzieren, wenn eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung oberhalb einer hinterlegten Schwelle, z. B: eine relative Luftfeuchtigkeit von 95 %, liegt. Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, einen jeweiligen Teil-Fluidmassenstrom der verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen, vorzugsweise gleichmäßig, zu reduzieren, bis die Luftfeuchtigkeit unterhalb der hinterlegten Schwelle liegt. Dadurch kann z. B. einer zu hohen Ausbringmenge an Verdunstungskühlfluid vorgebeugt werden.According to an embodiment variant, the control device can further be designed to reduce a first partial fluid mass flow of one of the plurality of delivery devices by a constant value, for example by 5%, if the humidity of the cooling air after exiting the cooling device is above a set threshold, e.g. B: a relative humidity of 95%. The control device can further be designed to reduce a respective partial fluid mass flow of the remaining of the plurality of application devices, preferably uniformly, until the air humidity is below the stored threshold. This can z. B. an excessively high application rate of evaporative cooling fluid can be prevented.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Kühlsystem ferner ein Verdunstungskühlfluid-Reservoir und eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung, die (in Bezug auf einen Verdunstungskühlfluidstrom und/oder fluidisch) zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und zum Einstellen des Fluidmassenstroms durch die Steuervorrichtung steuerbar ist, umfassen. Die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung kann z. B. jeweils eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, ein Ventil und/oder ein Druckminderer, zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und einer von mehreren Ausbringungseinrichtungen der Kühlungsvorrichtung aufweisen. Das Verdunstungskühlfluid-Reservoir kann ausgebildet sein, das Verdunstungskühlfluid ungewärmt und/oder mit einer Temperatur von zwischen (typischerweise) 25 und 45 °C bereitzustellen.According to one embodiment, the cooling system may further include an evaporative cooling fluid reservoir and an evaporative cooling fluid conveying device, which is arranged (with respect to an evaporative cooling fluid flow and/or fluidically) between the evaporative cooling fluid reservoir and the cooling device and can be controlled by the control device for adjusting the fluid mass flow, include. The evaporative cooling fluid conveying device can, for. B. each have a conveyor device, in particular a pump, a valve and / or a pressure reducer, between the evaporative cooling fluid reservoir and one of several delivery devices of the cooling device. The evaporative cooling fluid reservoir may be designed to provide the evaporative cooling fluid unheated and/or at a temperature of between (typically) 25 and 45°C.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann das Kühlsystem ferner eine Luftfördereinrichtung, vorzugsweise einen Lüfter, umfassen. Ein Parameter der Luftfördereinrichtung, vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit, kann zum Einstellen des Luftmassenstroms durch die Steuervorrichtung steuerbar sein. Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, den Parameter der Luftfördereinrichtung in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom zu bestimmen und die Luftfördereinrichtung zum Einstellen des bestimmten Parameters zu steuern.According to one embodiment variant, the cooling system can further comprise an air conveying device, preferably a fan. A parameter of the air delivery device, preferably a rotational speed, can be controllable by the control device to adjust the air mass flow. The control device can further be designed to determine the parameter of the air delivery device as a function of the air mass flow and to control the air delivery device to set the specific parameter.
Das Kühlsystem kann ferner zumindest eine Kühlfluid-Sensoreinrichtung umfassen, die an einem Kühlfluideintritt und/oder Kühlfluidaustritt der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und mit der Steuervorrichtung zum Erfassen einer Eintrittstemperatur und/oder Austrittstemperatur des Kühlfluides signaltechnisch verbunden ist.The cooling system can further comprise at least one cooling fluid sensor device, which is arranged at a cooling fluid inlet and/or cooling fluid outlet of the cooling device and is connected in terms of signals to the control device for detecting an inlet temperature and/or outlet temperature of the cooling fluid.
Das Kühlsystem kann ferner zumindest eine Luft-Sensoreinrichtung umfassen, die vor und/oder hinter der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und mit der Steuervorrichtung zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur signaltechnisch verbunden ist.The cooling system can further comprise at least one air sensor device which is arranged in front of and/or behind the cooling device and is connected in terms of signals to the control device for detecting air humidity and/or air temperature.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit dem Kühlsystem wie hierin offenbart bereitgestellt. Die Kühlungsvorrichtung des Kühlsystems kann vorzugsweise an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auf diese Weise kann Fahrtluft, die entlang der Kühlungselemente vorbeiströmt, als Kühlluft, verwendet werden.According to a further general aspect of the invention, a motor vehicle, preferably a commercial vehicle, is provided with the cooling system as disclosed herein. The cooling device of the cooling system can preferably be arranged on a vehicle front of the motor vehicle. In this way, air that flows past the cooling elements can be used as cooling air.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Kühlvorrichtung und der Steuervorrichtung beliebig miteinander kombinierbar, jedoch sollen die Kühlvorrichtung und die Steuervorrichtung auch unabhängig voneinander beanspruchbar sein. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht von Kühlmodulen einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; -
2 eine schematische Schrägansicht der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; -
3-5 schematische Ausschnitte der Kühlvorrichtung mit verschiedenen Perforation-Konfigurationen; -
6-10 schematische Schräganschnitte der Kühlvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung; -
11 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; -
12 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; -
13 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele einer Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung; -
14 schematische Darstellung von Kennfeldern zur Bestimmung eines ersten Soll-Teil-Fluidmassenstroms; -
15 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Regelung zum Einstellen des Fluidmassenstroms; und -
16 schematische Anordnungen der Steuervorrichtung, der Kühlungsvorrichtung und Sensoreinrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
-
1 a schematic sectional view of cooling modules of a cooling device according to an embodiment of the present disclosure; -
2 a schematic oblique view of the cooling device according to an embodiment of the present disclosure; -
3-5 schematic sections of the cooling device with various perforation configurations; -
6-10 schematic oblique sections of the cooling device according to further exemplary embodiments of the present disclosure; -
11 a schematic representation of a control device according to an embodiment of the present disclosure; -
12 a schematic representation of a cooling system according to an embodiment of the present disclosure; -
13 schematic representations of various exemplary embodiments of an evaporative cooling fluid conveying device; -
14 schematic representation of characteristic maps for determining a first target partial fluid mass flow; -
15 a schematic representation of an exemplary control for adjusting the fluid mass flow; and -
16 schematic arrangements of the control device, the cooling device and sensor devices according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Zum vereinfachten Vergleich sind die gezeigten Kühlvorrichtungen 10, 10A-10D bzw. Kühlungsvorrichtung 150 in den Figuren bezüglich der angezeigten X-, Y- und Z-Richtung gleich ausgerichtet.The exemplary embodiments shown in the figures are at least partially the same, so that similar or identical parts are provided with the same reference numbers and for their explanation reference is also made to the description of the other exemplary embodiments or figures in order to avoid repetitions. For simplified comparison, the
Jedes Kühlmodul 20 weist einen ersten Kanal 22 für das Kühlfluid und einen zweiten Kanal 24 für ein Verdunstungskühlfluid auf. Der erste Kanal 22 und der zweite Kanal 24 können insbesondere parallel zueinander und/oder in einer gleichen Ebene verlaufen. Der erste Kanal 22 kann durch ein erstes Rohr, insbesondere ein Flachrohr, ausgebildet sein. Der zweite Kanal 24 kann durch ein zweites Rohr, insbesondere ein Rundrohr, ausgebildet sein.Each cooling
Jedes Kühlmodul 20 weist ferner luftkühlbare Kühlelemente 50, vorzugsweise Kühllamellen, auf. Die Kühlelemente 50 sind zur thermischen Kopplung, vorzugsweise in Längsrichtung, am ersten Kanal 22 angeordnet.Each cooling
Der zweite Kanal 24 weist eine Perforation 60 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente 50 mit dem Verdunstungskühlfluid auf. Ferner ist der zweite Kanal 24 innerhalb des ersten Kanals 22 integriert und/oder angeordnet, insbesondere derart, dass der zweite Kanal 24 einen mit dem ersten Kanal 22 gemeinsamen Außenwandungsabschnitt aufweist, der den Kühlelementen 50 zugewandt ist und an dem die Perforation 60 ausgebildet ist.The
Der gemeinsame Außenwandungsabschnitt kann insbesondere durch einen Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals 24 und einen Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals 22 gebildet sein, die angrenzend zueinander, z. B. überlappend, angeordnet sind und gemeinsame Durchgänge zur Ausbildung der Perforation 60 aufweisen. Die Perforation 60 kann sich insbesondere in Längsrichtung des zweiten Kanals 24 erstrecken.The common outer wall section can in particular be formed by an outer wall section of the
Umfasst die Kühlvorrichtung 10 mehrere Kühlmodule 20, so können diese mehreren Kühlmodule 20 angrenzend nebeneinander angeordnet sein, insbesondere derart, dass die Kühlelementen 50 eines der mehreren Kühlmodule 20 zusätzlich zur thermischen Kopplung am ersten Kanal 22 eines weiteren der mehreren Kühlmodule 20 angeordnet sind.If the
Die mehreren Kühlmodule 20 sind insbesondere parallel zueinander in einer Ebene ausgerichtet. Die ersten Kanäle 22 der mehreren Kühlmodule können miteinander fluidisch verbunden sein. Ferner können die zweiten Kanäle 24 der mehreren Kühlmodule miteinander fluidisch verbunden sein.The plurality of
Jedes Kühlmodul 20 kann weitere Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweisen, z. B. einen dritten Kanal 26 und/oder einen vierten Kanal 28.Each cooling
Die weiteren Kanäle können insbesondere außerhalb am ersten Kanal 22, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Weist das Kühlmodul 20 den dritten Kanal 26 und den vierten Kanal 28 auf, so können die beiden Kanäle 26, 28 insbesondere an zwei gegenüberliegenden Außenflächen des ersten Kanals 22 anliegen.The further channels can in particular be arranged outside the
Die außerhalb am ersten Kanal 22 angeordneten Kanäle 26, 28 können ferner jeweils eine den Kühlelementen 50 zugewandte Perforation 62, 64 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente 50 mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen. Die Perforation 62 kann sich in Längsrichtung des dritten Kanals 26 und die Perforation 64 kann sich in Längsrichtung des vierten Kanals 28 erstrecken.The
Die weiteren Kanäle, z. B. der dritte Kanal 26 und der vierte Kanal 28, und der zweite Kanal 24 können voneinander fluidisch getrennt ausgebildet sein und/oder parallel zueinander verlaufen. Ferner können die weiteren Kanäle analog zum zweiten Kanal 24 ausgebildet sein, d. h. jeweils durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal 24 aufweisen.The other channels, e.g. B. the
Im Betrieb der Kühlvorrichtung 10 wird das Kühlfluid dem ersten Kanal 22 und das Verdunstungskühlfluid dem zweiten Kanal 24, und optional zusätzlich den dritten und vierten Kanälen 26, 28 zugeführt. Wärme des Kühlfluides wird per Wärmeleitung an die Kühlelemente 50 übertragen, die wiederum durch die an den Oberflächen der Kühlelemente 50 entlang strömende Kühlluft gekühlt werden. Die Strömungsrichtung der Kühlluft, die durch den Pfeil in
Die Kühlvorrichtung 10 z. B. in einem Kraftfahrzeug zu Kühlung von Fahrzeugkomponenten, insbesondere von einer Brennstoffzellenanordnung, verbaut werden. In dem Fall kann die Kühlvorrichtung 10 insbesondere an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um den Fahrtwind als Kühlluft zu nutzen.The cooling device 10 z. B. can be installed in a motor vehicle to cool vehicle components, in particular a fuel cell arrangement. In this case, the
Die Kühlvorrichtung 10 kann ferner eine erste Zuführleitung 32 und eine zweite Zuführleitung 34 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der zweite Kanal 24 jedes Kühlmoduls 20 kann ein erstes Ende, das mit der ersten Zuführleitung 32 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der zweiten Zuführleitung 32 fluidisch verbunden ist, aufweisen.The
Die erste Zuführleitung 32 und/oder die zweite Zuführleitung 34 können zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal 22 angeordnet sein. Die erste Zuführleitung 32 kann an einer ersten Endseite des ersten Kanals 22 und die zweite Zuführleitung 34 kann an einer der ersten Endseite gegenüberliegenden zweiten Endseite des ersten Kanal 22 angeordnet sein.The
Die erste Zuführleitung 32 und die zweite Zuführleitung 34 können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum zweiten Kanal 22 verlaufen. Insbesondere können die erste Zuführleitung 32, die zweite Zuführleitung 34 und die zweiten Kanäle 24 der mehreren Kühlmodule 20 eine leiterförmige Leitungsanordnung (d. h. in Form einer Leiter mit Sprossen und zwei Holmen) für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.The
Umfasst jedes Kühlmodul 20 den dritten Kanal 26, so kann die Kühlvorrichtung 10 ferner eine dritte Zuführleitung 36 und eine vierte Zuführleitung 38 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der dritte Kanal 26 kann ein erstes Ende, das mit der dritten Zuführleitung 36 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der vierten Zuführleitung 38 fluidisch verbunden ist, aufweisen.If each cooling
Umfasst jedes Kühlmodul 20 den vierten Kanal 28, so kann die Kühlvorrichtung 10 ferner eine fünfte Zuführleitung 40 und eine sechste Zuführleitung 42 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der vierte Kanal 28 kann ein erstes Ende, das mit der fünften Zuführleitung 40 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der sechsten Zuführleitung 42 fluidisch verbunden ist, aufweisen.If each cooling
Die weiteren Zuführleitungen 36, 38, 40, 42 können ebenfalls zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal 22 angeordnet sein. Ferner können die dritte Zuführleitung 36 und die vierte Zuführleitung 38 zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum dritten Kanal 26 verlaufen. Die fünfte Zuführleitung 40 und die sechste Zuführleitung 42 können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum vierten Kanal 28 verlaufen. Insbesondere können die weiteren Zuführleitungen 36, 38, 40, 42 so angeordnet sein, dass die dritte Zuführleitung 36, die vierte Zuführleitung 38 und die dritten Kanäle 26 der mehreren Kühlmodule 20 eine zweite leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden und/oder die fünfte Zuführleitung 40, die vierte Zuführleitung 42 und die vierten Kanäle 28 der mehreren Kühlmodule 20 eine dritte leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.The
Die
Die Perforation 60, die im zweiten Kanal 24 und im ersten Kanal 22 ausgebildet ist, und die Perforation 64 des viertens Kanals 28 können analog zur Perforation 62 ausgebildet bzw. ausgerichtet sein. Die in den
Kühlvorrichtung 10A (
Die Kühlvorrichtungen 10B (
Die Kühlvorrichtungen 10D (
Die Steuervorrichtung 100 ist ausgebildet, zum Kühlen des Kühlfluides auf eine Solltemperatur einen Luftmassenstrom einer entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft und einen Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen.The
Für den Luftmassenstrom und den Fluidmassenstrom als Ausgangsgrößen kann die Steuervorrichtung 100 verschiedene Eingangsgrößen berücksichtigen.The
So kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, einen Soll-Fluidmassenstrom, auf den der Fluidmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einer Kühlfluidtemperatur, insbesondere einer Austrittstemperatur des Kühlfluides beim Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150, und der Solltemperatur zu bestimmen. Der Soll-Fluidmassenstrom kann z. B. zusätzlich von einer Eintrittstemperatur des Kühlfluides beim Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150, einem Kraftfahrzeug-Betriebszustand und/oder einem Füllstand eines Verdunstungskühlfluid- Reservoirs 70 abhängen.Thus, the
Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, einen Soll-Luftmassenstrom, auf den der Luftmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einem bestimmten Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von einer Lufttemperatur, -geschwindigkeit und/oder -feuchtigkeit der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 zu bestimmen. Ferner kann auch ein Kraftfahrzeug-Betriebszustand, z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, berücksichtigt werden. Der Soll-Luftmassenstrom kann insbesondere anhand von hinterlegten Kennfeldern in Abhängigkeit von den genannten Parametern bestimmt werden.The
Das Kühlsystem 200 kann ferner ein Verdunstungskühlfluid-Reservoir 70 und eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72, die zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet ist und zum Einstellen des Fluidmassenstroms durch die Steuervorrichtung 100 steuerbar ist, umfassen. Hierzu kann die Steuervorrichtung 100 und die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 über die Signalverbindung 102 signaltechnisch verbunden sein.The
Das Kühlsystem 200 kann ferner eine Luftfördereinrichtung 90, insbesondere einen Lüfter, umfassen. Ein Parameter der Luftfördereinrichtung 90, vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit, kann zum Einstellen des Luftmassenstroms durch die Steuervorrichtung 100 steuerbar sein. Hierzu kann die Steuervorrichtung 100 und die Luftfördereinrichtung 90 über die Signalverbindung 104 signaltechnisch verbunden sein.The
Die Kühlungsvorrichtung 150 kann in einem Kühlfluidkreis 122, der insbesondere zur Kühlung einer Antriebsvorrichtung 120 für ein Kraftfahrzeug, z. B. einer Brennstoffzellenanordnung, und vorzugsweise weiteren Kraftfahrzeug-Komponenten vorgesehen ist, eingebunden sein.The
Die Kühlungsvorrichtung 150 kann ferner mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und Benetzen der Kühlungselemente aufweisen, auf die der von der Steuervorrichtung 100 einstellbare Fluidmassenstrom aufteilbar ist. Die mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 können insbesondere in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft hintereinander angeordnet sein.The
Liegen mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 vor, so kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, mehrere Teil-Fluidmassenströme des Verdunstungskühlfluides für die mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen, wobei die mehreren Teil-Fluidmassenströme jeweils einem der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zugeführt werden. Dazu kann die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 entsprechend ausgebildet und von der Steuervorrichtung 100 steuerbar sein.If there are
Zur Zuführung des jeweiligen Teil-Fluidmassenstroms zur entsprechenden Ausbringungseinrichtung 152, 154, 156 kann die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 mit jedem der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 separat über jeweils eine Teil-Fluidverbindung 74A fluidisch verbunden sein. Die Aufteilung der Fluidverbindung 74 in die mehreren Teil-Fluidverbindungen 74A kann auch unabhängig von der Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72, z. B. vor der Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72, erfolgen.To supply the respective partial fluid mass flow to the
So kann z. B. jeweils ein Druckminderer 72A und ein Ventil 72B in jedem der Teil-Fluidverbindungen 74A angeordnet sein. Das Verdunstungskühlfluid kann durch Druckerzeugung, z. B. Druckluft, innerhalb dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir 70 gefördert werden. Auch die Druckerzeugung kann von der Steuervorrichtung 100 steuerbar sein. Alternativ kann jeweils eine Pumpe 72C, insbesondere eine Hochdruck-Pumpe, in jedem der Teil-Fluidverbindungen 74A angeordnet sein. Ferner alternativ kann eine einzelne Pumpe 72D in der Fluidverbindung 74 und jeweils ein Ventil 72B in jedem der Teil-Fluidverbindungen 74A angeordnet seinSo can e.g. B. a
Die Aufteilung des einzustellenden Fluidmassenstroms in mehrere Teil-Fluidmassenströme kann z. B. dadurch erfolgen, dass ein erster Soll-Teil-Fluidmassenstrom, auf den ein Teil-Fluidmassenstrom für eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 einzustellen ist, durch die Steuervorrichtung 100 anhand eines oder mehrerer hinterlegter Fluid-Kennfelder bestimmt wird. Daten der Fluid-Kennfelder können z. B. über Stoffdaten, welche simulativ oder experimentell oder aus Literaturwerten bestimmt werden können, umfassen. Eine solche Bestimmung anhand der Fluid-Kennfelder ist beispielhaft in
Beispielsweise kann ein Algorithmus, welcher auf der Steuervorrichtung softwareseitig implementiert ist, einen Kühllufteintrittszustand an zumindest einem Ausbringort der einen der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, umfassend die Lufttemperatur Tair und die Luftfeuchtigkeit yair, bestimmen. Anhand des Kühllufteintrittszustands und der Fluid-Kennfelder kann der erste Soll-Teil-Fluidmassenstrom ṁWasser z. B. durch Interpolation berechnet werden.For example, an algorithm that is implemented in software on the control device can determine a cooling air inlet state at at least one delivery location of one of the
Ferner kann z. B. auch ein Luftmassenstrom ṁAir eines Abschnitts der Kühlungselemente, z. B. einer einzelnen Lamelle am zumindest einen Ausbringort berücksichtigt werden. Die Luftmassenstrom ṁAir kann über eine hinterlegte Gesamtfrontfläche einer einzelnen Lamelle und den hinterlegten Fluid-Kennfeldern zu Bestimmung des gesamten Soll-Luftmassenstroms berechnet werden.Furthermore, e.g. B. also an air mass flow ṁ Air of a section of the cooling elements, e.g. B. a single slat can be taken into account at at least one application location. The air mass flow ṁ Air can be calculated using a stored total front area of an individual slat and the stored fluid maps to determine the entire target air mass flow.
Das Ergebnis anhand der Fluid-Kennfelder kann auch eine maximal verdunstbare Wassermenge sein, aus der sich der Soll-Teil-Fluidmassenstrom ṁWasser bestimmen lässt. Die tatsächliche eingespritzte Wassermenge sollte stets geringer als der maximal verdunstbare Wassermenge sein.The result based on the fluid maps can also be a maximum evaporable amount of water, from which the target partial fluid mass flow ṁ water can be determined. The actual amount of water injected should always be less than the maximum amount of water that can be evaporated.
Die eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, für die der erster Soll-Teil-Fluidmassenstrom bestimmt und eingestellt wird, kann insbesondere der in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft vordersten Ausbringungseinrichtung 152, 154, 156 entsprechen. Der um den ersten Soll-Teil-Fluidmassenstrom reduzierte, verbleibende Fluidmassenstrom, kann vorzugsweise gleichmäßig, auf die verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 aufgeteilt werden.The one of the plurality of
Dieses Vorgehen kann einer zu hohen Ausbringmenge vorbeugen. Wird die maximal verdunstbare Wassermenge überschritten, so würde Wasser an den Kühlungselementen, z. B. in den Lamellen, unmittelbar nach den Ausbringorten auskondensieren und zu einem erhöhten kühlluftseitigen Druckverlust führen. Dies würde die eintretende Kühlluftmenge reduzieren und zu einer geringeren Kühlleistung führen.This procedure can prevent an application rate that is too high. If the maximum amount of water that can be evaporated is exceeded, water would reach the cooling elements, e.g. B. in the slats, condense immediately after the delivery locations and lead to an increased pressure loss on the cooling air side. This would reduce the amount of cooling air entering and lead to lower cooling performance.
Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, einen ersten Teil-Fluidmassenstrom einer der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 um einen konstanten Wert, beispielsweise um 5 %, zu reduzieren, wenn eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 oberhalb einer hinterlegten Schwelle, z. B. einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95%, liegt. Diese Korrektur kann insbesondere dann durchgeführt werden, nachdem der Luftmassenstrom und der Fluidmassenstrom eingestellt worden sind.The
Ist die Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 weiterhin zu hoch, so kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, einen jeweiligen Teil-Fluidmassenstrom der verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, vorzugsweise gleichmäßig, zu reduzieren, bis die Luftfeuchtigkeit unterhalb der hinterlegten Schwelle liegt.If the humidity of the cooling air continues to be too high after it exits the
Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, den Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides durch eine Regelung einzustellen.The
Eine beispielhafte Regelung (umfassend eine Regelstrategie und -strecke) zum Einstellen des Fluidmassenstroms ist in
Umfasst die Kühlungsvorrichtung 150 mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 (in der
Wie ferner in
Zum Erfassen der verschiedenen Parameter, die für das Einstellen des Fluid- und Luftmassenstroms berücksichtigt werden, kann die Steuervorrichtung 100 signaltechnisch mit verschiedenen Sensoreinrichtungen verbunden sein.
Das Kühlsystem 200 kann ferner zumindest eine Kühlfluid-Sensoreinrichtung 110, 112 und zumindest eine Luft-Sensoreinrichtung 114, 116 umfassen. Die Steuervorrichtung 100 kann über eine Signalverbindung 106A mit einer Kühlfluid-Sensoreinrichtung 110 an einem Kühlfluideintritt zum Erfassen einer Temperatur des Kühlfluides bei Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 signaltechnisch verbunden sein. Die Steuervorrichtung 100 kann ferner über eine Signalverbindung 106B mit einer Kühlfluid-Sensoreinrichtung 112 an einem Kühlfluidaustritt zum Erfassen einer Temperatur des Kühlfluides bei Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 signaltechnisch verbunden sein.The
Die Steuervorrichtung 100 kann ferner über die Signalverbindungen 108A, 108B mit den Luft-Sensoreinrichtungen 114, 116 signaltechnisch verbunden sein. Die Luft-Sensoreinrichtung 114 kann vor der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet sein und zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 ausgebildet sein. Die Luft-Sensoreinrichtung 116 kann hinter der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet sein und zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 ausgebildet sein.The
In
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale der unabhängigen Ansprüche jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche offenbart.The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims, regardless of the claims referred to. In particular, the individual features of the independent claims are each disclosed independently of one another. In addition, the features of the subclaims are also disclosed independently of all features of the independent claims.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- KühlvorrichtungCooling device
- 2020
- KühlmodulCooling module
- 2222
- Erster KanalFirst channel
- 2424
- Zweiter KanalSecond channel
- 2626
- Dritter KanalThird channel
- 2828
- Vierter KanalFourth channel
- 3232
- Erste ZuführleitungFirst feed line
- 3434
- Zweite ZuführleitungSecond feed line
- 3636
- Dritte ZuführleitungThird feed line
- 38, 38A, 38B38, 38A, 38B
- Vierte ZuführleitungFourth feed line
- 4040
- Fünfte ZuführleitungFifth feed line
- 4242
- Sechste ZuführleitungSixth feed line
- 5050
- Luftkühlbare KühlelementeAir-coolable cooling elements
- 60, 62, 6460, 62, 64
- Perforationperforation
- 7070
- Verdunstungskühlfluid-ReservoirEvaporative cooling fluid reservoir
- 7272
- Verdunstungskühlfluid-FördereinrichtungEvaporative cooling fluid conveyor
- 72A, 72B, 72C72A, 72B, 72C
- Fördereinrichtungfunding facility
- 7474
- FluidverbindungFluid connection
- 74A74A
- Teil-FluidverbindungPartial fluid connection
- 9090
- LuftfördereinrichtungAir conveying device
- 100100
- SteuervorrichtungControl device
- 102, 104102, 104
- SignalverbindungSignal connection
- 106A, 106B106A, 106B
- SignalverbindungSignal connection
- 108A, 108B108A, 108B
- SignalverbindungSignal connection
- 110, 112110, 112
- Kühlfluid-SensoreinrichtungCooling fluid sensor device
- 114, 116114, 116
- Luft-SensoreinrichtungAir sensor device
- 120120
- AntriebsvorrichtungDrive device
- 122122
- KühlfluidkreislaufCooling fluid circuit
- 150150
- KühlungsvorrichtungCooling device
- 152, 154, 156152, 154, 156
- AusbringungseinrichtungDelivery facility
- 150150
- KühlungselementeCooling elements
- 200200
- KühlsystemCooling system
Claims (18)
Priority Applications (2)
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DE102022114017.2A DE102022114017A1 (en) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | Cooling device, control device and cooling system for cooling a cooling fluid by means of air and evaporative cooling |
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2023
- 2023-05-22 WO PCT/EP2023/063630 patent/WO2023232537A1/en unknown
Patent Citations (1)
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DE19804636A1 (en) | 1998-02-06 | 1999-08-12 | Behr Gmbh & Co | Hybrid cooler for an internal combustion motor |
Also Published As
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