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Die Erfindung betrifft eine Kühleranordnung, insbesondere Kühlerpaket, für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeübertrager, der mit einem Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden ist, wobei der Wärmeübertrager einen Kondensationsbereich und einen Unterkühlungsbereich aufweist; und einer Sammlervorrichtung, die bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel stromaufwärts von dem Unterkühlungsbereich und stromabwärts von dem Kondensationsbereich angeordnet ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kühleranordnung anzugeben, bei welcher der Wärmeübertrager mit Kondensationsbereich und Unterkühlungsbereich mehr Einsatzmöglichkeiten bietet und effizient eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleranordnung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also eine Kühleranordnung, insbesondere Kühlerpaket, für ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeübertrager, der mit einem Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs verbindbar oder verbunden ist, wobei der Wärmeübertrager einen Kondensationsbereich und einen Unterkühlungsbereich aufweist; und eine Sammlervorrichtung, die bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel stromaufwärts von dem Unterkühlungsbereich und stromabwärts von dem Kondensationsbereich angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass Kältemittel führende Wärmeübertragerleitungen im Kondensationsbereich und im Unterkühlungsbereich des Wärmeübertragers im Wesentlichen vertikal verlaufen, derart dass sich Kältemittel in dem Kondensationsbereich und dem Unterkühlungsbereich von oben nach unten oder/und von unten nach oben ausbreitet.
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Durch den Einsatz von im Wesentlichen vertikal verlaufenden Wärmeübertragerleitungen, die insbesondere als Flachrohre ausgebildet sein können, kann der Wärmeübertrager nicht nur als Kondensator eingesetzt werden, sondern bei entsprechender Einbindung in einen Kältemittelkreislauf auch als Verdampfer in einem Luftwärmepumpenbetrieb dienen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wärmeübertragerleitungen vertikal verlaufen, so dass an diesen entstehendes Kondensat verbessert nach unten hin ablaufen kann. Dies gilt insbesondere auch für abgetautes Kondensat. Ferner kann aufgrund einer Durchströmung des Wärmeübertragers in vertikaler Richtung, also von unten nach oben oder umgekehrt, eine optimale Anpassung an Lufttemperaturverteilungen erfolgen, die bei einem Fahrzeug anzutreffen sind. Insbesondere für die Verwendung als Luft-Wärmepumpen-Verdampfer können weitere strömungstechnische Änderungen, den Wärmeübertrager betreffend, erforderlich werden, auf die jedoch hier nicht weiter eingegangen werden soll.
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Bei der Kühleranordnung kann sich das Kältemittel in einer oder mehreren Kältemittelfluten in dem Kondensationsbereich des Wärmeübertragers ausbreiten. Der Kondensationsbereich kann also einflutig oder mehrflutig ausgeführt sein. Dabei kann die Anzahl von Kältemittelfluten im Hinblick auf eine zu erzielende Leistung des Wärmeübertragers bzw. eines Gesamtsystems, in dem der Wärmeübertrager eingebunden ist, optimiert werden.
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Bei der Kühleranordnung kann die Sammlervorrichtung relativ zu dem Wärmeübertrager im Wesentlichen horizontal verlaufen und oberhalb oder unterhalb des Wärmeübertragers angeordnet sein.
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Alternativ kann bei der Kühleranordnung die Sammlervorrichtung relativ zu dem Wärmeübertrager im Wesentlichen vertikal verlaufen und seitlich von dem Wärmeübertrager, insbesondere seitlich von dem Unterkühlungsbereich angeordnet sein. Bei einer im Wesentlichen vertikalen Anordnung der Sammlervorrichtung ist insbesondere eine sichere Ein-/Auslagerung und Trennung von Kältemittel ermöglicht.
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Dabei kann die Strömungsrichtung von Kältemittel in der Sammlervorrichtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Unterkühlungsbereich sein. Ferner kann der Wärmeübertrager einen Zuführbereich aufweisen, der strömungstechnisch stromabwärts von dem Kondensationsbereich angeordnet ist, wobei die Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Zuführbereich entgegengesetzt zur Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Kondensationsbereich ist.
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Die Kühleranordnung kann einen weiteren Wärmeübertrager aufweisen, wobei bezogen auf eine Hauptrichtung eines Luftstroms durch die Kühleranordnung der weitere Wärmeübertrager einen ersten Wärmeübertrager bildet und der Wärmeübertrager mit Kondensationsbereich und Unterkühlungsbereich einen zweiten Wärmeübertrager bildet. Mit anderen Worten können der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager bezogen auf die Luftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sein.
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In diesem Zusammenhang kann eine mit dem Luftstrom beaufschlagte erste Grundfläche des ersten Wärmeübertragers kleiner sein als eine mit dem Luftstrom beaufschlagte zweite Grundfläche des zweiten Wärmeübertragers, wobei die zweite Grundfläche den Kondensationsbereich alleine oder den Kondensationsbereich und den Unterkühlungsbereich umfasst. Hierdurch ist es möglich den ersten Wärmeübertrager im Hinblick auf einen effizienten Betrieb optimal zu dimensionieren und anzuordnen.
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Eine Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischem oder zumindest teilweise elektrischem Antrieb mit wenigstens einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen Komponente, insbesondere Hochvoltbatterie oder/und Elektromotor und mit wenigstens einem Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums kann eine oben beschriebene Kühleranordnung aufweisen, wobei der Wärmeübertrager, der den Kondensationsbereich und den Unterkühlungsbereich aufweist, mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist. Bei einem solchen Kraftfahrzeug kann der optionale erste Wärmeübertrager mit dem Kühlmittelkreislauf verbunden sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 2 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 3 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 4 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 5 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 6 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 7 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung;
- 8 eine vereinfachte und schematische Perspektivdarstellung eines Beispiels einer Kühleranordnung.
- 9 eine vereinfachte und schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Kühleranordnung.
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In 1 ist in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung eine Kühleranordnung 10 dargestellt, die als Kühlerpaket bezeichnet werden kann. Die Kühleranordnung umfasst einen Wärmeübertrager 14. Ferner ist in der 1 auch ein optionaler Wärmeübertrager 12 gestrichelt dargestellt. Bezogen auf eine Hauptrichtung (schraffierte Konturpfeile) eines Luftstroms LS durch die Kühleranordnung 10 ist der optionale Wärmeübertrager 12 vor dem Wärmeübertrager 14 angeordnet ist. Mit anderen Worten sind der optionale erste Wärmeübertrager 12 und der zweite Wärmeübertrager 14 seriell bzw. in Reihe angeordnet bezogen auf den sie durchströmenden Luftstrom LS.
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Der (zweite) Wärmeübertrager 14 ist mit einem nicht weiter dargestellten Kältemittelkreislauf verbindbar oder verbunden, was durch den schwarzen und den gepunkteten Konturpfeil vereinfacht illustriert ist. Der schwarze Konturpfeil illustriert dabei eine Kältemittelzuführung und der gepunktete Konturpfeil steht stellvertretend für eine Kältemittelabführung.
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Der Wärmeübertrager 14 weist einen Kondensationsbereich 14k und einen Unterkühlungsbereich 14u auf. Ferner umfasst die Kühleranordnung eine Sammlervorrichtung 16, die bezogen auf eine Strömungsrichtung 14s von Kältemittel stromaufwärts von dem Unterkühlungsbereich 14u und stromabwärts von dem Kondensationsbereich 14k angeordnet ist.
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In dem Wärmeübertrager 14 verlaufen Kältemittel führende Wärmeübertragerleitungen, die durch die Pfeile 14s beispielhaft illustriert sind, im Kondensationsbereich 14k und im Unterkühlungsbereich 14u des Wärmeübertragers im Wesentlichen vertikal, derart dass sich Kältemittel in dem Kondensationsbereich 14k und dem Unterkühlungsbereich 14u von oben nach unten oder/und von unten nach oben ausbreitet. Im gezeigten Beispiel der 1 strömt Kältemittel in dem Kondensationsbereich 14k im Wesentlichen von oben nach unten. Im Unterkühlungsbereich 14u strömt Kältemittel im Wesentlichen von unten nach oben. Die Wärmeübertragerleitungen 14s sind insbesondere als Flachrohre ausgebildet.
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Die Sammlervorrichtung 16, die auch als Sammlerflasche oder Sammlerrohr bezeichnet werden kann, erstreckt sich im Wesentlich horizontal unterhalb des Wärmeübertragers 14. Wie durch die entsprechenden Pfeile 14s angedeutet, strömt Kältemittel von dem Kondensationsbereich 14k in die Sammlervorrichtung 16 und von dort in den Unterkühlungsbereich 14u.
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In 2 ist in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung ein weiteres Beispiel einer Kühleranordnung 10 dargestellt, die im Wesentlichen die gleichen Bauteile bzw. Komponenten aufweist, wie das Beispiel der 1. Zusätzlich zu dem Wärmeübertrager 14 ist auch in 2 beispielhaft ein optionaler Wärmeübertrager 12 gestrichelt dargestellt. Der optionale (erste) Wärmeübertrager 12 weist im Vergleich mit dem Beispiel der 1 eine andere Dimensionierung und Positionierung auf relativ zu dem (zweiten) Wärmeübertrager 14.
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Der (zweite) Wärmeübertrager 14 ist auch hier mit einem nicht weiter dargestellten Kältemittelkreislauf verbindbar oder verbunden, was durch den schwarzen und den gepunkteten Konturpfeil vereinfacht illustriert ist. Der schwarze Konturpfeil illustriert dabei eine Kältemittelzuführung und der gepunktete Konturpfeil steht stellvertretend für eine Kältemittelabführung.
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Der Wärmeübertrager 14 weist einen Kondensationsbereich 14k und einen Unterkühlungsbereich 14u auf. Ferner umfasst die Kühleranordnung eine Sammlervorrichtung 16, die bezogen auf eine Strömungsrichtung 14s von Kältemittel stromaufwärts von dem Unterkühlungsbereich 14u und stromabwärts von dem Kondensationsbereich 14k angeordnet ist.
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In dem Wärmeübertrager 14 verlaufen Kältemittel führende Wärmeübertragerleitungen, die durch die Pfeile 14s beispielhaft illustriert sind, im Kondensationsbereich 14k und im Unterkühlungsbereich 14u des Wärmeübertragers im Wesentlichen vertikal, derart dass sich Kältemittel in dem Kondensationsbereich 14k und dem Unterkühlungsbereich 14u von oben nach unten oder/und von unten nach oben ausbreitet. Im gezeigten Beispiel der 2 strömt Kältemittel in dem Kondensationsbereich 14k im Wesentlichen von unten nach oben. Im Unterkühlungsbereich 14u strömt Kältemittel im Wesentlichen von oben nach unten. Die Wärmeübertragerleitungen 14s sind insbesondere als Flachrohre ausgebildet.
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Die Sammlervorrichtung 16, die auch Sammlerflasche oder Sammlerrohr bezeichnet werden kann, erstreckt sich im Wesentlich horizontal oberhalb des Wärmeübertragers 14. Wie durch die entsprechenden Pfeile 14s angedeutet, strömt Kältemittel von dem Kondensationsbereich 14k in die Sammlervorrichtung 16 und von dort in den Unterkühlungsbereich 14u.
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3 zeigt ein zur 1 ähnliches Beispiel einer Kühleranordnung 10. In diesem Beispiel ist der Wärmeübertrager 14 so ausgebildet, dass zwei Kältemittelfluten 14f gebildet werden. Der übrige Aufbau entspricht im Wesentlichen demjenigen aus dem Beispiel der 1, so dass auf die obige Beschreibung hingewiesen wird.
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4 zeigt ein zur 2 ähnliches Beispiel einer Kühleranordnung 10. In diesem Beispiel ist der Wärmeübertrager 14 so ausgebildet, dass zwei Kältemittelfluten 14f gebildet werden. Der übrige Aufbau entspricht im Wesentlichen demjenigen aus dem Beispiel der 2, so dass auf die obige Beschreibung hingewiesen wird.
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In den Beispielen der 3 und 4 ist kein (erster) Wärmeübertrager 12 dargestellt. Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass auch bei einer mehrflutigen Ausgestaltung des (zweiten) Wärmeübertragers 14 ein (erster) Wärmeübertrager vorhanden sein, der insbesondere einen Bereich der ersten Kältemittelflut 14f (in den 3 und 4 jeweils rechts) zumindest teilweise abdecken bzw. überlappen kann.
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5 zeigt bezüglich des Kondensationsbereichs 14k und des Unterkühlungsbereichs 14u einen Wärmeübertrager 14, der im Wesentlichen demjenigen der 2 entspricht. Bei diesem Beispiel einer Kühleranordnung 10 ist die Sammlervorrichtung 16 allerdings seitlich von dem Wärmeübertrager 14 und im Wesentlichen vertikal verlaufend angeordnet. Auch in diesem Beispiel sind die Wärmeübertragerleitungen 14s so ausgestaltet, dass die Sammlervorrichtung 16 strömungstechnisch zwischen dem Kondensationsbereich 14k und dem Unterkühlungsbereich 14u angeordnet ist.
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6 zeigt ein zur 5 ähnliches Beispiel. Allerdings ist der Kondensationsbereich 14k etwas anders ausgebildet, so dass Kältemittel, das zur Sammlervorrichtung 16 geführt wird, zumindest teilflächig und/oder per Überbrückungsleitung oder durch eine vergleichbare Kältemittelüberführungsvorrichtung hinter dem Unterkühlungsbereich 14u bzw. an diesem vorbei geführt wird. Ferner ist in 6 an einer geeigneten Stelle ein in Luftströmungsrichtung LS vorgeschalteter, optionale (erster) Wärmeübertrager 12 gezeigt.
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7 zeigt ein Beispiel einer Kühleranordnung 10, wobei der Wärmeübertrager 14 einen Zusammenführ- und Zuführbereich 14z aufweist, im weiteren Verlauf vereinfacht als Zuführbereich 14z bezeichnet, der strömungstechnisch stromabwärts von dem Kondensationsbereich 14k angeordnet ist, wobei die Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Zuführbereich 14z entgegengesetzt zur Strömungsrichtung von Kältemittel in dem Kondensationsbereich 14k ist. Der Zuführbereich 14z ist in diesem Beispiel zwischen dem Kondensationsbereich 14k und dem Unterkühlungsbereich 14u angeordnet. Auch im Beispiel der 7 ist die Sammlervorrichtung 16 seitlich und im Wesentlichen vertikal verlaufend angeordnet.
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8 zeigt ein Beispiel einer Kühleranordnung 10, die ähnlich zu demjenigen Beispiel der 7 ist. Der Zuführbereich 14z ist hier allerdings unterhalb und seitlich von dem Unterkühlungsbereich ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Zuführbereich 14z benachbart zu der Sammlervorrichtung 16 angeordnet.
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In den Beispielen der 7 und 8 ist jeweils ein optionaler (erster) Wärmeübertrager 12 gestrichelt dargestellt.
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Für die oben beschriebenen Beispiele, in denen der optionale erste Wärmeübertrager 12 dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, dass der erste Wärmeübertrager 12 eine mit dem Luftstrom LS beaufschlagte erste Grundfläche 12a aufweist, die kleiner ist als eine mit dem Luftstrom LS beaufschlagte zweite Grundfläche 14a des zweiten Wärmeübertragers 14. Dabei kann die zweite Grundfläche 14a den Kondensationsbereich 14k alleine oder den Kondensationsbereich 14k und den Unterkühlungsbereich 14u umfassen.
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9 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Draufsicht ein verbrennungsmotorisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 50 mit einer oben beschriebenen Kühleranordnung 10 mit einem optionalen ersten Wärmeübertrager 12 und einem zweiten Wärmeübertrager 14. Der Wärmeübertrager 14 ist mit einem nicht weiter dargestellten Kältemittelkreislauf zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums verbunden. Der optionale (erste) Wärmeübertrager 12 kann beispielswiese mit einem Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von wenigstens einer elektrischen Komponente, insbesondere Hochvoltbatterie oder/und Elektromotor verbunden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3843306 A1 [0002]
- DE 102017109313 A1 [0002]
- DE 112014004473 T5 [0002]