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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Phasenwechselkühlkreislauf, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, welcher zur Steuerung der Verdampfungstemperatur eine Drucksteuereinrichtung aufweist.
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Stand der Technik
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Ein Phasenwechselkühlkreislauf ist im besonderen Maße von der Regelung des Systemdruckes abhängig, da die Verdampfungstemperatur direkt vom Druck abhängt. Dabei muss berücksichtigt werden, dass sich das Volumen des Kühlmittels mit dem Lastzustand verändert. Diese Volumenänderung wird in konventionellen Phasenwechselkühlkreislaufsystemen, welche oberhalb des Umgebungsdruckes betrieben werden, mittels eines federbelasteten Ausgleichsgefäßes kompensiert. Durch eine Veränderung des Systemdrucks und somit der Siedetemperatur des Kühlmittels können im Phasenwechselkühlkreislauf unterschiedliche Kühlleistungen bereitgestellt werden.
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Aus der Patentschrift
DD 2 86 024 A5 ist eine Einrichtung zur lastabhängigen Steuerung der thermischen Belastung bei einer Heißkühlung von Verbrennungskraftmaschinen bekannt. Mit einem Sensor zur Wärmestrommessung an thermisch hoch belasteten Stellen wird deren thermische Belastung angezeigt. Über eine Stelleinrichtung wird in Abhängigkeit der Belastung eine schrittweise Druckveränderung eingeleitet. Mit dieser Einrichtung soll eine thermische Überlastung insbesondere der Brennraumteile vermieden werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 34 39 554 A1 ist ein Kühlkreis für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt. Der Kühlkreislauf enthält eine Drucksteuereinrichtung, welche als Ventilanordnung mit mehreren Ventilen an einer Oberseite eines Ausdehnungsvolumens in einem Ausgleichsbehälter des Kühlkreislaufes ausgebildet ist. Die Ventilanordnung umfasst zwei hintereinander geschaltete, baugleiche Überdruckventile und jeweils ein zu einem Überdruckventil parallel geschaltetes, zentral in diesem angeordnetes Unterdruckventil und Schwimmerventil. Mittels des Schwimmerventiles als Schaltventil erfolgt eine vom Betrieb der Maschine unabhängige Umschaltung von einem niedrigeren Betriebsdruck auf den höheren Betriebsdruck, wenn durch Dampfbildung in der Brennkraftmaschine der Kühlmittelstand im Ausgleichsbehälter die Schaltschwelle des Schwimmerventils überschreitet.
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Aus der Patentschrift
DE 36 15 974 C2 ist ein Kühlsystem mit Verdampfungskühlung für einen Verbrennungsmotor bekannt. Das als geschlossener Kreislauf ausgebildete Kühlsystem umfasst einen Kühlmantel, innerhalb welchem flüssiges Kühlmittel verdampft wird. Weiter ist ein Kühler vorgesehen, welcher das verdampfte Kühlmittel wieder in seine flüssige Phase kondensiert. Mittels einer Zirkulationseinrichtung wird das flüssige Kühlmittel vom Kühler zum Kühlmantel zirkuliert, so dass die Menge des flüssigen Kühlmittels im Kühlmantel auf einer ersten vorbestimmten Höhe aufrechterhalten wird. Im Kühlsystem ist zudem ein Vorratsbehälter vorgesehen, welcher in Flüssigkeitsverbindung mit dem geschlossenen Kreislauf steht. Das Kühlsystem umfasst weiter eine Drucksteuereinrichtung, welche in Form eines Ventils am Vorratsbehälter ausgeführt ist und eine Verbindung zwischen dem Inneren des Vorratsbehälters und der Umgebungsatmosphäre steuert. Das Ventil ist mittels eines Steuergerätes öffenbar, um den im Vorratsbehälter und im Kühlsystem auftretenden Druck zu steuern, wobei das Steuergerät zumindest mit einem Drucksensor zur Erfassung des im Kühlkreislauf auftretenden Druckes signalverbunden ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 37 00 494 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem geschlossenen Dampf-Flüssigkeits-Kühlkreislauf bekannt. Die Brennkraftmaschine ist mit einem Kühlmantel versehen, welcher einem hohen Wärmefluss ausgesetzt ist. Innerhalb des Kühlmantels kommt es in Folge des hohen Wärmeflusses zum Verdampfen des flüssigen Kühlmittels. Der Kühlmantel ist mit einem Kondensator fluidverbunden, wobei mittels einer Dampfleitung verdampftes Kühlmittel aus dem Kühlmantel dem Kondensator und weiter mittels einer Flüssigkeitsleitung flüssiges Kühlmittel vom Kondensator dem Kühlmantel zuführbar ist. Weiter ist im Kühlkreislauf ein Ausgleichsbehälter zur Aufnahme von flüssigem Kühlmittel integriert, welches über eine Flüssigkeitspumpe mit dem Kühlmantel fluidverbunden ist, um einen vorbestimmten Flüssigkeitspegel im dem Kühlmantel sicherzustellen. Der Ausgleichsbehälter weist eine Öffnung gegenüber der Atmosphäre auf, um die Entwicklung eines überatmosphärischen Druckes zu vermeiden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 40 37 644 A1 ist eine verdampfungsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein von einem Kühlmittel durchströmbares, druckbeaufschlagbares Kühlsystem mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Der Ausgleichsbehälter ist mittels einer Verbindungsleitung an einen Bereich mit verdampftem Kühlmittel des Kühlsystems angeschlossen. Weiter ist dem Ausgleichsbehälter ein Hilfsmittel zur Reduzierung des Innendruckes im Kühlsystem zugeordnet.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 41 02 853 A1 ist eine verdampfungsgekühlte Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein von einem Kühlmittel durchströmbares, druckbeaufschlagbares Kühlsystem mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist. Der Ausgleichsbehälter ist mittels einer Verbindungsleitung an einen Bereich mit flüssigem Kühlmittel des Kühlsystems angeschlossen. Weiter ist dem Ausgleichsbehälter ein Hilfsmittel zur Reduzierung des Innendruckes im Kühlsystem zugeordnet, wobei eine relativ bewegliche, flüssigkeitsdichte Trennwand vorgesehen ist, die den Ausgleichsbehälter in einen flüssiges Kühlmittel enthaltenden Raum und einen Federraum unterteilt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2017 102 893 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit Verdampfungskühlung und Abwärmenutzung bekannt, umfassend in einem gemeinsamen Leitungssystem eines Dampfkreislaufsystems einen ersten Wärmeübertrager innerhalb der Brennkraftmaschine zur Verdampfung von flüssigem Kühlmittel unter Aufnahme von Brennkraftmaschinenabwärme, welcher als Brennkraftmaschinenkühlmantel ausgebildet ist, eine Förderpumpe zur Zuführung von flüssigem Kühlmittel in den ersten Wärmeübertrager, und eine Drucksteuereinrichtung zur Veränderung des Drucks und somit der Siedetemperatur des Kühlmittels im ersten Wärmeübertrager in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Die Drucksteuereinrichtung wird durch einen Druckbehälter gebildet, welcher mittels einer Ventileinrichtung mit dem Leitungssystem des Dampfkreislaufsystems verbunden ist. Im Fall einer Druckerhöhung im Dampfkreislaufsystem ist Kühlmittel unter Überdruck im Druckbehälter gespeichert, welches für die Druckerhöhung bei geöffnetem Ventil in das Leitungssystem abgelassen werden kann. Im Fall einer Druckverringerung im Dampfkreislaufsystem herrscht im Druckbehälter Unterdruck, so dass Kühlmittel für eine Druckverringerung bei geöffnetem Ventil aus dem Leitungssystem in den Druckbehälter abgelassen wird. Demnach stellt der Druckbehälter einen Pufferspeicher dar, in welchem Kühlmittel entweder mit Unterdruck oder mit Überdruck gespeichert ist.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 38 09 136 A1 ist eine Einrichtung zur Verdampfungskühlung einer Brennkraftmaschine bekannt, welche einen Kühlkreislauf und einen Heizkreislauf umfasst. Weiter ist eine Ventilanordnung vorgesehen, die während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine eine Zirkulation flüssigen und dampfförmigen Kühlmittels nur im Heizkreislauf zulässt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 058 575 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit Druckluft gestütztem Kühlsystem bekannt. Das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor auf, welcher mit einem Flüssigkeitskühlsystem zur Kühlung des Verbrennungsmotors ausgestattet ist. Das Flüssigkeitskühlsystems steht während des Betriebs des Verbrennungsmotors unter einem vorgegebenen Überdruck. Weiter weist das Kraftfahrzeug ein Druckluftsystem auf, welche das Kühlsystem in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors zeitweise mit Druckluft versorgt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 37 16 555 A1 ist eine Befüll-, Entlüftungs- und Drucksteuer-Vorrichtung für den Flüssigkeits-Kühlkreis von Kraft- und Arbeitsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen bekannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Phasenwechselkühlkreislauf mit verbesserter Drucksteuereinrichtung bereitzustellen.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch einen Phasenwechselkühlkreislauf mit Drucksteuereinrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung stellt einen erfindungsgemäß vorteilhaften Phasenwechselkühlkreislauf mit verbesserter Drucksteuereinrichtung bereit, welcher unter anderem für verdampfungsgekühlte Brennkraftmaschinen einsetzbar ist. Mittels der erfindungsgemäßen Drucksteuereinrichtung ist ein Druck und somit eine Siedetemperatur eines Kühlmittels im Phasenwechselkühlkreislauf veränderbar, so dass unterschiedliche Kühlleistungen bereitgestellt werden können. Mittels der Drucksteuereinrichtung wird anhand eines Solldrucks eine Sollsiedetemperatur eingestellt.
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Der erfindungsgemäße Phasenwechselkühlkreislauf umfasst in einem gemeinsamen Leitungssystem mit dem darin zirkulierenden Kühlmittel einen Kühlkreislauf und die Drucksteuereinrichtung. Im Kühlkreislauf des Phasenwechselkühlkreislaufs sind wenigstens ein erster Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme aus einer Wärmequelle auf das Kühlmittel, wenigstens ein zweiter Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme vom Kühlmittel zu einer Wärmesenke und eine Förderpumpe für die Zirkulation des Kühlmittels im Leitungssystem vorgesehen.
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In der erfindungsgemäßen Drucksteuereinrichtung des Phasenwechselkühlkreislaufs ist ein Kühlmittelbehälter zur Aufnahme von Kühlmittel vorgesehen. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind der Kühlkreislauf und die Drucksteuereinrichtung mittels eines Ventilsystems für eine Steuerung des Drucks im Kühlkreislauf zu dem gemeinsamen Leitungssystem miteinander verbunden. Dazu ist das Ventilsystem für die Drucksteuerung im Kühlkreislauf zwischen dem zweiten Wärmeübertrager und der Förderpumpe angeordnet.
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Demnach ist der erste Wärmeübertrager mit dem zweiten Wärmeübertrager, der zweite Wärmeübertrager mit dem Ventilsystem, das Ventilsystem mit dem Kühlmittelbehälter und mit der Förderpumpe und die Förderpumpe wiederum mit dem ersten Wärmeübertrager fluidverbunden. Innerhalb der jeweiligen Fluidverbindung können weitere Elemente eines Phasenwechselkühlkreislaufs angeordnet sein.
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Mittels des Ventilsystems ist die Drucksteuereinrichtung mit dem Kühlkreislauf fluidverbindbar, wobei die Fluidverbindung zwischen dem Kühlkreislauf und der Drucksteuereinrichtung in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf hergestellt oder nicht hergestellt ist. Dazu weist das Ventilsystem mehrere Ventile auf, welche eine Druckbegrenzung und eine Solldruckregelung bereitstellen.
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Für die Druckbegrenzung im Kühlkreislauf weist das Ventilsystem ein erstes Ventil auf, welches den Kühlkreislauf mit dem Kühlmittelbehälter schaltbar fluidverbindet oder nicht fluidverbindet. Das erste Ventil ist als Sicherheitsventil ausgeführt, mittels welchem ein Druck im Kühlkreislauf auf einen Maximaldruck begrenzt ist. Dazu kann das erste Ventil insbesondere als ein selbststeuerndes Sicherheitsventil mit einem voreingestellten Betätigungsverhalten oder als ein fremdgesteuertes Sicherheitsventil mit einem veränderbaren Betätigungsverhalten ausgeführt ein. Demnach wird durch das erste Ventil in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf eine Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Kühlmittelbehälter hergestellt oder nicht hergestellt.
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Für eine Solldruckregelung im Kühlkreislauf weist das Ventilsystem ein zweites Ventil und ein drittes Ventil auf. Mittels des zweiten Ventils ist der Kühlkreislauf in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf für eine Zirkulation des Kühlmittels mit der Förderpumpe schaltbar freigegeben oder versperrt. Dazu kann das zweite Ventil insbesondere als ein selbststeuerndes Regelventil mit einem voreingestellten Betätigungsverhalten oder als ein fremdgesteuertes Regelventil mit einem veränderbaren Betätigungsverhalten ausgeführt sein, so dass der Druck im Kühlkreislauf regelbar ist. Demnach wird durch das zweite Ventil in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf eine Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Förderpumpe hergestellt oder nicht hergestellt. Mittels des dritten Ventils ist der Kühlmittelbehälter in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf für eine Förderung von Kühlmittel mit der Förderpumpe aus dem Kühlmittelbehälter in den Kühlkreislauf schaltbar freigegeben oder versperrt. Dazu kann das dritte Ventil insbesondere als ein selbststeuerndes Rückschlagventil mit einem voreingestellten Betätigungsverhalten oder als ein fremdgesteuertes Rückschlagventil mit einem veränderbaren Betätigungsverhalten ausgeführt ein. Demnach wird durch das dritte Ventil in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf eine Fluidverbindung zwischen dem Kühlmittelbehälter und Förderpumpe hergestellt oder nicht hergestellt.
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Innerhalb des Kühlmittelbehälters ist hauptsächlich flüssiges Kühlmittel aufgenommen, wobei der Druck im Kühlmittelbehälter im Bereich des atmosphärischen Umgebungsdrucks liegt. Der Kühlmittelbehälter ist erfindungsgemäß vorteilhaft als druckloser Flüssigkeitsspeicher ausgeführt, so dass kein signifikanter Druckunterschied zwischen dem Inneren des Kühlmittelbehälters und der Umgebung eingestellt ist. Die Drucksteuereinrichtung mit dem Kühlmittelbehälter und mit dem Ventilsystem ersetzt ein herkömmliches Ausgleichsgefäß. Da im Kühlmittelbehälter hauptsächlich flüssiges Kühlmittel bei Umgebungsdruck aufgenommen ist und der Kühlmittelbehälter mittels des Ventilsystems mit dem Kühlkreislauf verbindbar ist, kann gegenüber einem herkömmlichen Ausgleichsgefäß mit Drucksteuerung für Phasenwechselkühlkreisläufe Bauraum und Fertigungsaufwand eingespart werden, sowie eine Anordnung des Kühlmittelbehälters an beliebiger Stelle erfolgen.
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Das erste Ventil ist in besonders vorteilhafter Weise derart angeordnet beziehungsweise mit dem Kühlkreislauf fluidverbunden, dass der Kühlmittelbehälter über das erste Ventil mit einem Bereich des Kühlkreislaufs fluidverbindbar ist, in welchem hauptsächlich flüssiges Kühlmittel aufgenommen ist. Dazu ist das erste Ventil in Zirkulationsrichtung des Kühlmittels im Kühlkreislauf nach dem zweiten Wärmeübertrager und vor dem ersten Wärmeübertrager, insbesondere vor der Förderpumpe im Kühlkreislauf integriert. Das zweite Ventil ist in besonders vorteilhafter Weise in Zirkulationsrichtung des Kühlmittels im Kühlkreislauf nach dem zweiten Wärmeübertrager und vor dem ersten Wärmeübertrager im Kühlkreislauf integriert.
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Das dritte Ventil ist in besonders vorteilhafter Weise in Zirkulationsrichtung des Kühlmittels im Kühlkreislauf nach dem zweiten Ventil und vor der Förderpumpe im Kühlkreislauf integriert, so dass der Kühlmittelbehälter über das dritte Ventil mit dem Kühlkreislauf zwischen zweitem Ventil und Förderpumpe fluidverbindbar ist. Demnach ist das dritte Ventil in Zirkulationsrichtung des Kühlmittels im Kühlkreislauf nach dem zweiten Ventil angeordnet.
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In erfindungsgemäß besonders vorteilhafter Weise sind das erste Ventil und das zweite Ventil zu einem Mehrwegeventil zusammengefasst, welches als mehrstufiges Druckschaltventil ausgeführt ist. Das Druckschaltventil ist zur Kühlmittelaufnahme mit dem zweiten Wärmeübertrager, zur Kühlmittelabgabe mit der Förderpumpe und zur Kühlmittelabgabe mit dem Kühlmittelbehälter fluidverbunden. Demnach ist ein Kühlmitteleingang des Druckschaltventils mit dem zweiten Wärmeübertrager, ein erster Kühlmittelausgang mit der Förderpumpe und ein zweiter Kühlmittelausgang mit dem Kühlmittelbehälter fluidverbunden. Der erste Kühlmittelausgang und der zweite Kühlmittelausgang des Druckschaltventils werden in Abhängigkeit des über den Kühlmitteleingang am Druckschaltventil anliegenden Drucks im Kühlkreislauf in mehreren Stufen geschalten. Dazu kann das Druckschaltventil insbesondere als ein selbststeuerndes Druckschaltventil mit einem voreingestellten Betätigungsverhalten oder als ein fremdgesteuertes Druckschaltventil mit einem veränderbaren Betätigungsverhalten ausgeführt ein. Die Betätigung des Druckschaltventils wird dabei durch den über den Kühlmitteleingang anliegenden Druck im Kühlkreislauf betätigt.
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Ein Ventilkörper des Druckschaltventils ist entgegen dem über den Kühlmitteleingang anliegenden Druck im Kühlkreislauf belastet, so dass das Druckschaltventil in einer Grundstellung die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Förderpumpe und die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Kühlmittelbehälter absperrt, wenn der Druck im Kühlkreislauf kleiner als der durch die Belastung des Ventilkörpers bestimmte Solldruck ist. Ist der Druck im Kühlkreislauf gleich oder größer als der durch die Belastung des Ventilkörpers bestimmte Solldruck, wird die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Förderpumpe durch den Ventilkörper freigegeben, so dass eine Zirkulation von Kühlmittel durch den Kühlkreislauf in einer ersten Schaltstellung des Druckschaltventils ermöglicht wird. Erreicht der Druck im Kühlkreislauf den Maximaldruck, wird die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager und Kühlmittelbehälter durch den Ventilkörper freigegeben, so dass eine Evakuierung von Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf in den Kühlmittelbehälter in einer zweiten Schaltstellung des Druckschaltventils ermöglicht wird. Das Druckschaltventil weist demnach ausgehend von einer Grundstellung als Sperrstellung die auf die Grundstellung folgende erste Schaltstellung als Druckregelstellung und die auf die erste Schaltstellung folgende zweite Schaltstellung als Maximaldruckstellung auf.
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Ist der Phasenwechselkühlkreislauf als Brennkraftmaschinenkühlung ausgeführt, so ist der erste Wärmeübertrager als Brennkraftmaschinenkühlmantel und der zweite Wärmeübertrager als Brennkraftmaschinenkühler ausgebildet. Die Brennkraftmaschine stellt somit die Wärmequelle und der Brennkraftmaschinenkühler die Wärmesenke dar.
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Im Grundzustand ist der Kühlkreislauf kalt und mit flüssigem Kühlmittel auf Umgebungsdruck gefüllt. Im Kühlmittelbehälter befindet sich eine zusätzliche Kühlmittelmenge, um kleinere Kühlmittelverluste im Betrieb des Phasenwechselkühlkreislaufes zu kompensieren. Beim Start des Systems wird mittels der Förderpumpe das Kühlmittel entlang des Kühlkreislaufes in den ersten Wärmeübertrager gepumpt. Dort wird über den ersten Wärmeübertrager Wärme von der Wärmequelle auf das Kühlmittel übertragen. Mittels der Förderpumpe wird das erwärmte Kühlmittel weiter zum Kondensator und zum Ventilsystem der Drucksteuereinrichtung gepumpt. Das zweite als Druckregelventil arbeitende Ventil bleibt geschlossen, bis der Kühlkreislauf den Solldruck erreicht hat. Dadurch saugt die Förderpumpe über das dritte als Rückschlagventil arbeitende Ventil Kühlmittel aus dem Kühlmittelbehälter und steigert somit den Druck im Kühlreislauf bis auf den Solldruck. Der Saugdruck der Förderpumpe fällt dazu bis unterhalb des Umgebungsdrucks im Kühlmittelbehälter ab, so dass das dritte Ventil aufgrund des Überdrucks im Kühlmittelbehälter gegenüber der Saugseite der Förderpumpe öffnet und Kühlmittel aus dem Kühlmittelbehälter in den Kühlkreislauf einströmt.
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Ist der Solldruck im Kühlkreislauf erreicht, öffnet das zweite als Druckregelventil arbeitende Ventil und führt der Förderpumpe das Kühlmittel mit dem Solldruck auf der Saugseite zu, wodurch das dritte als Rückschlagventil arbeitende Ventil schließt. Wird dem Kühlmittel weiter Wärme zugeführt, beginnt die Verdampfung des Kühlmittels. Im Kühlkreislauf wird das Kühlmittel nun mittels der Förderpumpe zirkuliert, wobei das Kühlmittel bereichsweise als flüssiges Kühlmittel, als dampfförmiges Kühlmittel oder als Gemisch von flüssigem und dampfförmigen Kühlmittel vorliegt. Das in dem Leitungssystem des Phasenwechselkühlkreislaufs zirkulierende Kühlmittel wird mittels der Förderpumpe im hauptsächlich flüssigen Aggregatzustand dem ersten Wärmeübertrager zugeführt. Unter Aufnahme von Wärme von der Wärmequelle wird das flüssige Kühlmittel im ersten Wärmeübertrager wenigstens teilweise verdampft. Anschließend wird das verdampfte Kühlmittel unter Wärmeabgabe an die Wärmesenke im zweiten Wärmeübertrager wenigstens teilweise wieder verflüssigt. Das Kühlmittel wird dann im Sinne eines Kreislaufsystems mittels der Förderpumpe wieder dem ersten Wärmeübertrager zugeführt und so der Kühlkreislauf gebildet.
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Je nach Wärmestrom von der Wärmequelle verdampft ein veränderlicher Anteil des flüssigen Kühlmittels. Steigt der Druck infolge einer zunehmenden Verdampfung im ersten Wärmeübertrager und führt zu einem Druckanstieg im Kreislauf über den Maximaldruck öffnet das erste als Sicherheitsventil arbeitende Ventil und flüssiges Kühlmittel entweicht in den Kühlmittelbehälter bis der Druck des Kühlmittels im Kühlkreislauf wieder unter den Maximaldruck fällt und das erste als Sicherheitsventil arbeitende Ventil wieder schließt. Währenddessen bleibt das zweite als Druckregelventil arbeitende Ventil geöffnet, so dass Kühlmittel mittels der Förderpumpe weiter im Kühlkreislauf zirkuliert. Fällt der Druck infolge einer abnehmenden Verdampfung im ersten Wärmeübertrager und führt zu einem Druckabfall im Kreislauf unter den Solldruck, schließt das zweite als Druckregelventil arbeitende Ventil und flüssiges Kühlmittel wird mittels der Förderpumpe aus dem Kühlmittelbehälter, bis der Solldruck wieder erreicht ist und das zweite als Druckregelventil arbeitende Ventil wieder für eine Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf öffnet.
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Für die Steuerung der Drucksteuereinrichtung ist eine mit der Drucksteuereinrichtung signalverbundene Steuereinheit vorgesehen, welche wenigstens einen Sensor zur Ermittlung von Betriebsbedingungen der Wärmequelle umfasst. Mit der Steuereinheit ist das Betätigungsverhalten des als fremdgesteuertes Sicherheitsventil ausgeführten ersten Ventils und / oder des als fremdgesteuertes Regelventil ausgeführten zweiten Ventils und / oder des als fremdgesteuertes Rückschlagventil ausgeführten dritten Ventils veränderbar.
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Ausführungsbeispiel Phasenwechselkühlkreislauf
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Beispielhaft wird hier eine vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Phasenwechselkühlkreislaufs mit einer Drucksteuereinrichtung dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
- 1, 2, 3 und 4 eine schematische Darstellung des Phasenwechselkühlkreislaufs 1 mit Drucksteuereinrichtung 2 in verschiedenen Betriebszuständen.
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Die vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Phasenwechselkühlkreislaufs 1 mit der Drucksteuereinrichtung 2, dargestellt in 1, 2, 3 und 4, umfasst in einem gemeinsamen Leitungssystem mit einem darin zirkulierenden Kühlmittel einen Kühlkreislauf 3 und die Drucksteuereinrichtung 2, wobei die Drucksteuereinrichtung 2 und der Kühlkreislauf 3 mittels eines Ventilsystems 4 schaltbar miteinander fluidverbunden oder nicht miteinander fluidverbunden sind.
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Der Kühlkreislauf 3 umfasst einen ersten Wärmeübertrager 5 zur Aufnahme von Wärme von einer Wärmequelle 51 durch das im Kühlkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel, einen zweiten Wärmeübertrager 6 zur Abgabe von Wärme an eine Wärmesenke 61 durch das im Kühlkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel, und eine Förderpumpe 7 für die Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3. Dabei ist der erste Wärmeübertrager 5 mit dem zweiten Wärmeübertrager 6, der zweite Wärmeübertrager 6 mit dem Ventilsystem 4, das Ventilsystem 4 mit der Förderpumpe 7 und die Förderpumpe 7 wiederum mit dem ersten Wärmeübertrager 5 fluidverbunden. Die Drucksteuereinrichtung 2 umfasst einen drucklosen Kühlmittelbehälter 8. Der Kühlmittelbehälter 8 ist mit dem Ventilsystem 4 fluidverbunden.
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Das Ventilsystem 4 umfasst ein erstes als Sicherheitsventil arbeitendes Ventil 41, welches den Kühlkreislauf 3 für eine Druckbegrenzung mit dem Kühlmittelbehälter 8 schaltbar fluidverbindet oder nicht fluidverbindet. Mittels des ersten Ventils 41 wird in Abhängigkeit vom Druck des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 eine Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Kühlmittelbehälter 8 hergestellt, wenn ein Maximaldruck erreicht ist. Dadurch kann Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf 3 entweichen und so der Druck des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 reduziert werden. Das Ventilsystem 4 umfasst weiter ein zweites als Regelventil arbeitendes Ventil 42, welches den Kühlkreislauf 3 für eine Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 mit der Förderpumpe 7 schaltbar freigibt oder versperrt. Mittels des zweiten Ventils 42 wird in Abhängigkeit vom Druck des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 eine Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Förderpumpe 7 hergestellt, wenn ein Solldruck erreicht ist. Das Ventilsystem 4 umfasst weiter ein drittes als Rückschlagventil arbeitendes Ventil 43, welches den Kühlkreislauf 3 für eine Kühlmittelzufuhr aus dem Kühlmittelbehälter 8 in den Kühlkreislauf 3 mit dem Kühlmittelbehälter 8 schaltbar fluidverbindet oder nicht fluidverbindet. Mittels des dritten Ventils 43 wird in Abhängigkeit des Drucks im Kühlkreislauf 3 eine Fluidverbindung zwischen dem Kühlmittelbehälter 8 und Förderpumpe 7 hergestellt, wenn der Druck im Kühlkreislauf 3 geringer als der Druck im Kühlmittelbehälter 8 ist. Das dritte Ventil 43 ist in Zirkulationsrichtung des Kühlmittels im Kühlkreislauf 3 nach dem zweiten Ventil 42 angeordnet.
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In dieser vorteilhaften Ausführung sind das erste Ventil 41 und das zweite Ventil 42 zu einem als mehrstufiges Druckschaltventil arbeitenden Mehrwegeventil 9 zusammengefasst, dargestellt in 4. Das Mehrwegeventil 9 ist zur Kühlmittelaufnahme über einen Kühlmitteleingang 91 mit dem zweiten Wärmeübertrager 6, zur Kühlmittelabgabe über einen ersten Kühlmittelausgang 92 mit der Förderpumpe 7 und zur Kühlmittelabgabe über einen zweiten Kühlmittelausgang 93 mit dem Kühlmittelbehälter 8 fluidverbunden. Der erste Kühlmittelausgang 92 und der zweite Kühlmittelausgang 93 des Mehrwegeventils 9 werden in Abhängigkeit des über den Kühlmitteleingang 91 am Mehrwegeventil 9 anliegenden Drucks im Kühlkreislauf 3 in mehreren Stufen geschalten.
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In der Grundstellung, dargestellt in 1, ist die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Förderpumpe 7, sowie die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Kühlmittelbehälter 8 versperrt und die Fluidverbindung zwischen Kühlmittelbehälter 8 und Förderpumpe 7 ist freigegeben. In der ersten Schaltstellung, dargestellt in 2 und 4, ist die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Förderpumpe 7 freigegeben und die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Kühlmittelbehälter 8 sowie die Fluidverbindung zwischen Kühlmittelbehälter 8 und Förderpumpe 7 versperrt. In der zweiten Schaltstellung, dargestellt in 3, ist die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Förderpumpe 7 sowie die Fluidverbindung zwischen zweitem Wärmeübertrager 6 und Kühlmittelbehälter 8 freigegeben und die Fluidverbindung zwischen Kühlmittelbehälter 8 und Förderpumpe 7 versperrt.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
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- 1
- Phasenwechselkühlkreislauf
- 2
- Drucksteuereinrichtung
- 3
- Kühlkreislauf
- 4
- Ventilsystem
- 41
- erstes Ventil
- 42
- zweites Ventil
- 43
- drittes Ventil
- 5
- erster Wärmeübertrager
- 51
- Wärmequelle
- 6
- zweiter Wärmeübertrager
- 61
- Wärmesenke
- 7
- Förderpumpe
- 8
- Kühlmittelbehälter
- 9
- Mehrwegeventil
- 91
- Kühlmitteleingang
- 92
- erster Kühlmittelausgang
- 93
- zweiter Kühlmittelausgang
