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Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelkreis für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kühlmittelverteileinrichtung, welche eine Heizeinrichtung aufweist. Mittels der Heizeinrichtung ist Wärme in ein Kühlmittel einbringbar, welches im Betrieb des Kühlmittelkreises durch die Kühlmittelverteileinrichtung hindurchströmt. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist einen Einlass auf, über welchen Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung einbringbar ist, welches mittels eines in den Kühlmittelkreis und in einen Kältemittelkreis eingebundenen Kältemittelkühlers erwärmbar ist. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist wenigstens einen Auslass auf, über welchen das erwärmte Kühlmittel wenigstens einem Wärmeübertrager des Kühlmittelkreises zuführbar ist. In die Kühlmittelverteileinrichtung ist eine Ventilvorrichtung integriert, mittels welcher ein Kühlmittelstrom durch die Kühlmittelverteileinrichtung hindurch beeinflussbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlmittelkreis.
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Die
DE 10 2020 215 280 A1 beschreibt ein integriertes Kühlmittelerwärmungsmodul für ein Fahrzeug, welches einen wassergekühlten Kondensator umfasst. Der Kondensator weist Kältemitteleinlassstutzen und Kältemittelauslassstutzen sowie Kühlmitteleinlassstutzen und Kühlmittelauslassstutzen auf. Das Kühlmittelerwärmungsmodul umfasst einen Wassererwärmer, welcher an den wassergekühlten Kondensator gekoppelt ist und ein den Kondensator durchströmendes Kühlmittel erwärmt, ein Mehrwegeventil, das mit einem Anbauteil des Wassererwärmers gekoppelt ist und eine Strömungsrichtung des Kühlmittels regelt, sowie eine Wasserpumpe, die mit einem Anbauteil des Wassererwärmers gekoppelt ist und einen Druck des Kühlmittels zwischen dem Mehrwegeventil und dem wassergekühlten Kondensator erzeugt.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass ein solches Kühlmittelwärmungsmodul eine eingeschränkte Funktionalität aufweist.
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Ein Kältemittelkreis, bei welchem zunächst eine Wärmeübertragung von dem Kältemittel, welches den Kältemittelkreis durchströmt, auf ein flüssiges Kühlmittel oder umgekehrt stattfindet, wird auch als indirekter Kältemittelkreis bezeichnet. Denn von dem Kühlmittel, welches in einem Kühlmittelkreis zirkuliert, erfolgt wiederum eine Wärmeübertragung auf Luft, oder es kommt zu einer Aufnahme von Wärme aus der Luft durch das zuvor gekühlte Kühlmittel. Demgegenüber wird ein Kältemittelkreis, bei welchem der beispielsweise als Kondensator ausgebildete Kältemittelkühler Wärme direkt an die Luft abgibt, auch als direkter Kältemittelkreis bezeichnet.
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Wenn in einem Kraftfahrzeug ein indirekter Kältemittelkreis verwendet wird, geht dies in der Regel mit einem erhöhten Bauraumbedarf einher. Denn zum einen ist der in Wärme übertragender Weise mit dem Kältemittelkreis gekoppelte Kühlmittelkreis vorzusehen. Zum anderen haben die in einem Kühlmittelkreis verwendeten Kühlmittelleitungen meist einen größeren Durchmesser als die in einem Kältemittelkreis verwendeten Kältemittelleitungen. Es ist daher insbesondere bei der Verwendung eines indirekten Kältemittelkreises in einem Kraftfahrzeug wünschenswert, wenn der Kühlmittelkreis möglichst kompakt ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kühlmittelkreis der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher eine erweiterte Funktionalität aufweist, und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlmittelkreis anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kühlmittelkreis mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreis für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Kühlmittelverteileinrichtung, welche eine Heizeinrichtung aufweist. Mittels der Heizeinrichtung ist Wärme in ein Kühlmittel einbringbar, welches im Betrieb des Kühlmittelkreises durch die Kühlmittelverteileinrichtung hindurchströmt. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist einen Einlass auf, über welchen Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung einbringbar ist, welches mittels eines in den Kühlmittelkreis und in einen Kältemittelkreis eingebundenen Kältemittelkühlers erwärmbar ist. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist wenigstens einen Auslass auf, über welchen das erwärmte Kühlmittel wenigstens einem Wärmeübertrager des Kühlmittelkreises zuführbar ist. In die Kühlmittelverteileinrichtung ist eine Ventilvorrichtung integriert, mittels welcher ein Kühlmittelstrom durch die Kühlmittelverteileinrichtung hindurch beeinflussbar ist. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist einen weiteren Einlass auf, über welchen Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung einbringbar ist, welches mittels eines in den Kühlmittelkreis und in den Kältemittelkreis eingebundenen Verdampfers kühlbar ist. Die Kühlmittelverteileinrichtung weist wenigstens einen weiteren Auslass auf, über welchen das gekühlte Kühlmittel wenigstens einem weiteren Wärmeübertrager des Kühlmittelkreises zuführbar ist.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung weist folglich eine erweiterte Funktionalität auf. Denn über den Einlass oder ersten Einlass kann das mittels des Kältemittelkühlers erwärmte Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung eingebracht und dem wenigstens einen Auslass oder wenigstens einem ersten Auslass zugeführt werden. Über den weiteren Einlass oder zweiten Einlass kann das Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung eingebracht werden, welches zuvor mittels des Verdampfers gekühlt wurde. Und über den wenigstens einen weiteren Auslass oder wenigstens einen zweiten Auslass der Kühlmittelverteileinrichtung kann dieses gekühlte Kühlmittel dem wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager zugeführt werden.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung ermöglicht somit in kompakter Bauweise sowohl eine Verteilung von erwärmtem Kühlmittel auf den wenigstens einen Wärmeübertrager, welcher zum Erwärmen eines Mediums nutzbar ist, als auch die Zuführung des gekühlten Kühlmittels zu dem wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager, um eine Kühlfunktion zu realisieren. Dies ist vorteilhaft.
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In die Kühlmittelverteileinrichtung ist die Heizeinrichtung integriert, welche es vorzugsweise ermöglicht, in das mittels des Kältemittelkühlers erwärmte Kühlmittel zusätzliche Wärme einzubringen, falls dies wünschenswert ist. Zudem ist in die Kühlmittelverteileinrichtung die Ventilvorrichtung integriert. Dies sorgt für eine sehr kompakte Bauweise der Kühlmittelverteileinrichtung im Vergleich zu einer Anordnung, bei welcher etwa die Heizeinrichtung und die Ventileinrichtung bezogen auf die Kühlmittelverteileinrichtung als externe Bauteile ausgebildet sind. Denn dann sind zwischen diesen externen Bauteilen und der Kühlmittelverteileinrichtung Leitungen vorzusehen. Derartige Leitungen sind vorliegend auf ein Minimum reduziert oder entfallen gänzlich, weil sowohl die Heizeinrichtung als auch die Ventilvorrichtung in die Kühlmittelverteileinrichtung integriert sind.
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Der kompakte Aufbau der zentralen, hochintegrierten Kühlmittelverteileinrichtung geht mit einem vorteilhaft geringen Bauraumbedarf des Kühlmittelkreises einher. Dies bringt wiederum einen geringeren Materialeinsatz für den Kühlmittelkreis und für das Kühlmittel selbst mit sich. Folglich weist der Kühlmittelkreis ein vorteilhaft geringes Gewicht auf. Dadurch ist wiederum die Montage des Kühlmittelkreises erleichtert, etwa im Rahmen einer Fertigung des den Kühlmittelkreis aufweisenden Kraftfahrzeugs an einem Montageband oder dergleichen.
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Außerdem sorgen der verringerte Materialeinsatz und das verringerte Gewicht des Kühlmittelkreises für eine Reduzierung der Kosten zum Bereitstellen des Kühlmittelkreises. Darüber hinaus bringt es die Integration insbesondere der Heizeinrichtung und der Ventilvorrichtung in die Kühlmittelverteileinrichtung mit sich, dass ein Anschließen derartiger Komponenten an die Kühlmittelverteileinrichtung bei der Montage entfällt. Vielmehr kann die Kühlmittelverteileinrichtung als besonders weitgehend vormontierte Baugruppe bereitgestellt werden. Dies verringert den Montageaufwand bei der Fertigung des Kühlmittelkreises sowie insbesondere des den Kühlmittelkreis aufweisenden Kraftfahrzeugs.
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Der Kältemittelkühler ist einerseits in den Kühlmittelkreis eingebunden und kann somit von dem Kühlmittel durchströmt werden, welches in dem Kühlmittelkreis enthalten ist. Andererseits ist der Kältemittelkühler in den Kältemittelkreis eingebunden und kann somit von Kältemittel durchströmt werden. Je nach verwendetem Kältemittel kann der Kältemittelkühler als Kondensator ausgebildet sein, mittels welchem das Kältemittel in einen flüssigen Zustand überführbar ist, oder als Gaskühler. In beiden Fällen sorgt das damit einhergehende Abkühlen des Kältemittels für eine Wärmeübertragung von dem Kältemittel auf das den Kältemittelkühler durchströmende Kühlmittel und somit für eine Erwärmung des Kühlmittels.
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Der sowohl von dem Kühlmittel und als auch von dem Kältemittel durchströmbare Verdampfer, welcher einerseits in den Kühlmittelkreis und anderseits in den Kältemittelkreis eingebunden ist, wird auch als Chiller bezeichnet. In dem Chiller findet aufgrund des Verdampfens des Kältemittels eine Wärmeübertragung von dem Kühlmittel auf das Kältemittel statt, welche für das Abkühlen des Kühlmittels sorgt. Auf diese Weise kann an dem weiteren Einlass der Kühlmittelverteileinrichtung das mittels des Verdampfers gekühlte Kühlmittel bereitgestellt werden. Die Verwendung eines solchen Chillers ist vorteilhaft, da mittels des Chillers oder Verdampfers eine besonders weitgehende Abkühlung des Kühlmittels erreicht werden kann. Dies ist für eine Reihe von Kühlzwecken vorteilhaft, wie sie insbesondere in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sein können.
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Das mittels des Kältemittelkühlers erwärmte Kühlmittel und das mittels des Verdampfers gekühlte Kühlmittel kann je nach Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung des jeweiligen Wärmeübertragers für unterschiedliche Heizzwecke beziehungsweise Kühlzwecke in dem Kraftfahrzeug verwendet werden, insbesondere um einen Nutzungskomfort für einen Nutzer des mit dem Kühlmittelkreis ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu erhöhen.
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Beispielsweise kann das erwärmte und/oder das gekühlte Kühlmittel in ein Temperierbehältnis beziehungsweise eine Thermobox eingebracht werden, welche zum Aufnehmen von zu erwärmenden und/oder zu kühlenden Gegenständen und/oder Speisen und/oder Getränken ausgebildet ist. Dementsprechend kann der wenigstens eine Wärmeübertrager und/oder der wenigstens eine weitere Wärmeübertrager in einem solchen Temperierbehältnis beziehungsweise einer solchen Thermobox angeordnet sein.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, mittels des wenigstens einen Wärmeübertragers Flächen oder Oberflächen in dem Kraftfahrzeug zu kühlen oder zu erwärmen, mit welchen ein Insasse des Kraftfahrzeugs in Kontakt kommt oder kommen kann. Beispielsweise kann der wenigstens eine Wärmeübertrager und/oder der wenigstens eine weitere Wärmeübertrager demnach in einem Fahrzeugsitz des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um beispielsweise eine Sitzheizung bereitzustellen und/oder den Sitz zu kühlen.
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Zusätzlich oder alternativ kann durch Integration des wenigstens einen Wärmeübertragers und/oder des wenigstens einen weiteren Wärmeübertragers in ein Innenverkleidungsteil und/oder ein Innenraum-Ausstattungsteil ein Kühlen und/oder ein Erwärmen eines solchen Teils bewirkt werden. Beispielsweise können Flächen wie etwa Oberflächen einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs und/oder einer Instrumententafel des Kraftfahrzeugs und/oder einer Armauflage im Bereich einer Tür oder der Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs oder dergleichen mittels des Wärmeübertragers beziehungsweise des weiteren Wärmeübertragers gekühlt oder erwärmt werden.
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Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, durch Anordnung des wenigstens einen Wärmeübertragers und/oder des wenigstens einen weiteren Wärmeübertragers im Bereich eines Bodens des Kraftfahrzeugs ein Kühlen des Bodens zu bewirken und/oder eine Bodenheizung bereitzustellen.
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In analoger Weise ist es möglich, den wenigstens einen Wärmeübertrager und/oder den wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager im Bereich eines Dachs des Kraftfahrzeugs anzuordnen. Auf diese Weise kann im Betrieb des Kühlmittelkreises über das Dach Wärme oder Kälte in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs eingebracht werden.
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Derartige Heizzwecke und/oder Kühlzwecke können besonders einfach realisiert werden, da die Kühlmittelverteileinrichtung den wenigstens einen Auslass aufweist, über welchen das erwärmte Kühlmittel dem wenigstens einen Wärmeübertrager zugeführt werden kann, und den wenigstens einen weiteren Auslass aufweist, über welchen das gekühlte Kühlmittel dem wenigstens einen weiteren Wärmeübertrager zugeführt werden kann.
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Der wenigstens eine mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager kann zum Beheizen von sich in einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs befindender Luft ausgebildet sein. Dementsprechend kann durch den wenigstens einen mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbaren Wärmeübertrager eine nach Art eines Radiators ausgebildete Wärmequelle bereitgestellt sein, mittels welcher sich die Luft in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs über Wärmestrahlung erwärmen lässt.
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Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine weitere, mit dem gekühlten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager als Kühleinrichtung ausgebildet sein, mittels welcher sich in einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs befindende Luft kühlbar ist. Auch dies ist zum Bereitstellen eines angenehmen Raumklimas in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Beheizen eines Luftstroms ausgebildet, welcher in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbar ist. Ein solcher Wärmeübertrager kann somit beispielsweise nach Art eines Heizwärmetauschers ausgebildet sein, mittels welchem sich die Temperatur des in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einzubringenden Luftstrom anheben lässt. Dies ist im Hinblick auf die Bereitstellung eines für Fahrzeuginsassen angenehm warmen Raumklimas in dem Fahrgastraum vorteilhaft.
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Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine weitere, mit dem gekühlten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager als Kühleinrichtung ausgebildet sein, mittels welcher ein Luftstrom kühlbar ist, welcher in einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs einbringbar ist. So kann bei Bedarf, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs ein angenehm kühles Raumklima bereitgestellt werden. Dies ist vorteilhaft.
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Insbesondere können der zum Beheizen des Luftstroms ausgebildete Wärmeübertrager und der als Kühleinrichtung ausgebildete weitere Wärmeübertrager in einem Gehäuse eines Klimageräts des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. So lässt sich in vorteilhafter Weise sowohl ein Kühlen als auch ein Erwärmen des durch das Klimagerät geführten Luftstroms erreichen. Wenn der zum Beheizen des Luftstroms ausgebildete Wärmeübertrager in dem Gehäuse des Klimageräts stromabwärts des als Kühleinrichtung ausgebildeten weiteren Wärmeübertragers angeordnet ist, lässt sich in vorteilhafter Weise ein Erwärmen des Luftstroms erreichen, welcher zuvor mittels der Kühleinrichtung entfeuchtet wurde. Dies ist zum Bereitstellen eines für Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs angenehmen Raumklimas in dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs vorteilhaft. Zugleich kann so ein Beschlagen von Scheiben des Kraftfahrzeugs an ihren dem Fahrgastraum zugewandten Innenseiten besonders weitgehend vermieden werden.
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Insbesondere wenn das den Kühlmittelkreis aufweisende Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist, kann der wenigstens eine weitere, mit dem gekühlten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager in vorteilhafter Weise zum Kühlen von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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Beispielsweise kann der wenigstens eine weitere, mit dem gekühlten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens eines elektrischen Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine weitere, mit dem gekühlten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Kühlen wenigstens einer Leistungselektronikeinrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder eines Ladegeräts des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Hierbei kommt das Ladegerät bei einem Laden eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs zum Einsatz.
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Mittels des wenigstens einen weiteren Wärmeübertragers kann somit in vorteilhafter Weise Wärme von derartigen Komponenten eines als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs abgeführt werden, um eine nachteilige Überhitzung dieser Komponenten zu vermeiden beziehungsweise um die Komponenten in einem für deren Betrieb günstigen Temperaturbereich zu halten. Dies ist vorteilhaft.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Beheizen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der elektrische Energiespeicher des Kraftfahrzeugs thermisch vorkonditioniert werden soll, um ein effizientes Laden, insbesondere Schnellladen, des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen. Des Weiteren kann durch das Beheizen des elektrischen Energiespeichers dafür gesorgt werden, dass der elektrische Energiespeicher rasch seine Betriebstemperatur erreicht, in welcher das Bereitstellen von elektrischer Energie durch den elektrischen Energiespeicher besonders effektiv vonstattengeht und somit die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers sehr gut oder sehr weitgehend ausgenutzt werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Beheizen oder Erwärmen wenigstens eines elektrischen Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens einer Leistungselektronikeinrichtung des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine mit dem erwärmten Kühlmittel beaufschlagbare Wärmeübertrager zum Beheizen oder Erwärmen eines Ladegeräts des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Hierbei kommt das Ladegerät bei einem Laden eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs zum Einsatz.
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Durch das Erwärmen oder Aufwärmen derartiger elektrischer und/oder elektronischer Komponenten des Kraftfahrzeugs kann in vorteilhafter Weise dafür gesorgt werden, dass diese Komponenten rasch in einen Temperaturbereich gebracht werden, welcher für einen effizienten Betrieb derselben günstig ist. Dies ist insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen vorteilhaft.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Heizeinrichtung der Kühlmittelverteileinrichtung als Hochvoltheizeinrichtung ausgebildet ist, welche von einem als Hochvoltbatterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs versorgbar ist. Mittels einer solchen Hochvoltheizeinrichtung beziehungsweise einem solchen Hochvoltheizer kann sehr schnell sehr viel Heizwärme bereitgestellt und in das Kühlmittel eingebracht werden. Dies ist vorteilhaft, da so sehr rasch vergleichsweise viel Wärme für Heizzwecke zur Verfügung steht. Die Wärme des Kühlmittels kann beispielsweise für ein Beheizen eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs genutzt werden und/oder zum Beheizen der Hochvoltbatterie. Letzteres ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Hochvoltbatterie geladen werden soll, insbesondere in einem Schnellladevorgang.
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Der als Hochvoltbatterie ausgebildete elektrische Energiespeicher weist eine Nennspannung von mehr als 60 Volt auf, insbesondere eine Nennspannung von bis zu mehreren hundert Volt. Eine derartige Hochvoltbatterie kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, um den wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, mittels welchem ein Fortbewegen des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist. Dementsprechend kann die Hochvoltbatterie in vorteilhafter Weise in einem elektrifizierten Kraftfahrzeug wie etwa einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung kann insbesondere nach Art einer Verteilplatte oder Kühlmittelverteilplatte ausgebildet sein. In eine derartige, plattenartige Verteileinrichtung lässt sich insbesondere die Heizeinrichtung besonders einfach integrieren, sodass die Heizeinrichtung im Betrieb derselben von dem Kühlmittel umströmt wird. Des Weiteren lässt sich in die plattenartige Kühlmittelverteileinrichtung sehr gut die Ventilvorrichtung integrieren, insbesondere durch Einschrauben wenigstens eines Ventils der Ventilvorrichtung in einen plattenartigen Grundkörper der Kühlmittelverteileinrichtung.
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Der plattenartige Grundkörper der Kühlmittelverteileinrichtung kann insbesondere in einem Gießverfahren hergestellt sein und beispielsweise aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoff gebildet sein. Bei Ausbildung des plattenartigen Grundkörpers aus Kunststoff ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kunststoff bei den im Betrieb des Kühlmittelkreises auftretenden Temperaturen des Kühlmittels temperaturfest ist.
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Vorzugsweise ist in die Kühlmittelverteileinrichtung eine erste Pumpeinrichtung integriert, welche zum Fördern des von dem Kältemittelkühler kommenden, erwärmten Kühlmittels ausgebildet ist. Hierbei ist in die Kühlmittelverteileinrichtung eine zweite Pumpeinrichtung integriert, welche zum Fördern des von dem Verdampfer kommenden, gekühlten Kühlmittels ausgebildet ist. Durch die Integration der beiden Pumpeinrichtungen in die Kühlmittelverteileinrichtung wird ein besonders kompakter Aufbau der Kühlmittelverteileinrichtung erreicht. Des Weiteren können Leitungen zwischen den Pumpeinrichtungen und der Kühlmittelverteileinrichtung besonders kurz ausgebildet werden beziehungsweise gänzlich entfallen. Dies ist im Hinblick auf den kompakten Aufbau der die Pumpeinrichtungen aufweisenden Kühlmittelverteileinrichtung vorteilhaft.
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Vorzugsweise umfasst die Ventilvorrichtung zumindest ein erstes in die Kühlmittelverteileinrichtung integriertes Ventil, welches zum Versperren und zum zumindest partiellen Freigeben des Einlasses und des wenigstens einen Auslasses ausgebildet ist. Hierbei umfasst die Ventilvorrichtung zumindest ein zweites in die Kühlmittelverteileinrichtung integriertes Ventil, welches zum Versperren und zum zumindest partiellen Freigeben des weiteren Einlasses und des wenigstens einen weiteren Auslasses ausgebildet ist. So lässt sich sehr einfach und bedarfsgerecht der Kühlmittelstrom beeinflussen, welcher im Betrieb des Kühlmittelkreises durch die Kühlmittelverteileinrichtung hindurchgeführt wird.
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Insbesondere können die Ventile als Mehrwegeventile ausgebildet sein, in welche der Einlass und eine Mehrzahl von Auslässen beziehungsweise der weitere Einlass und eine Mehrzahl der weiteren Auslässe integriert sind. Das Vorsehen derartiger Mehrwegeventile ist für einen besonders kompakten Aufbau der Kühlmittelverteileinrichtung vorteilhaft.
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Insbesondere bei direkten Kältemittelkreisen in elektrifizierten Fahrzeugen können sogenannte Sicherheitskältemittel zum Einsatz kommen, welche im Falle einer Beschädigung des Kältemittelkreises und einem hierbei möglicherweise auftretenden Austritt in die Umgebung des Kältemittelkreises nicht brennen. Derartige, nicht brennbare Kältemittel, etwa in Form von fluorierten und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen können jedoch hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit teilweise ungünstig sein. Als Beispiele für Kältemittel in Form von fluorierten und/oder chlorierten Kohlenwasserstoffen sind etwa die Kältemittel mit den Kurzzeichen R-12, R-134a oder R-1234yf anzugeben. Derartige, insbesondere in Kältemittelkreisen von Kraftfahrzeugen verwendbare Kältemittel können hinsichtlich eines Abbaus von Ozon und/oder hinsichtlich des Treibhauseffekts ungünstig sein, wenn sie in die Umgebung gelangen. Außerdem könnte es bei derartigen, nicht brennbaren Kältemitteln zur Bildung reaktiver Abbauprodukte kommen. Des Weiteren kann als nicht brennbares Kältemittel in dem Kältemittelkreis R-744 (Kohlendioxid) verwendet werden. Vorliegend können in dem Kältemittelkreis, in welchen der Kältemittelkühler und der Verdampfer eingebunden sind, solche nicht brennbaren Sicherheitskältemittel zum Einsatz kommen.
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Aus Gründen der Umweltverträglichkeit, insbesondere im Hinblick auf die Vermeidung des Ozonabbaus und der Entstehung reaktiver Abbauprodukte, kann jedoch auch eine Verwendung von brennbaren Kältemitteln beispielsweise in Form von Kohlenwasserstoffen wie etwa Propan oder Butan oder dergleichen in dem Kältemittelkreis vorteilhaft sein.
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Vorzugsweise sind der in den Kühlmittelkreis eingebundene Kältemittelkühler und der in dem Kühlmittelkreis eingebundene Verdampfer im Betrieb des Kältemittelkreises von einem brennbaren Kältemittel durchströmt. Denn brennbare Kältemittel sind im Hinblick auf ihre Umweltverträglichkeit vorteilhaft. Des Weiteren kann durch eine zentrale Positionierung des Kältemittelkreises in dem Kraftfahrzeug dafür gesorgt werden, dass Beschädigungen des Kältemittelkreises besonders weitgehend vermeidbar sind und dass es selbst im Falle einer Beschädigung des Kältemittelkreises allenfalls zu einer Freisetzung einer sehr geringen Menge an Kältemittel kommt.
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Vorzugsweise ist in wenigstens einem Leitungszweig des Kühlmittelkreises eine Kühlmittelpumpe angeordnet, mittels welcher das Kühlmittel in dem Leitungszweig in einem Kreislauf förderbar ist. Hierbei ist in dem wenigstens einen Leitungszweig zumindest ein elektrischer Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Führen des Kühlmittels im Kreislauf unter Einbeziehung des elektrischen Energiespeichers kann insbesondere dafür genutzt werden, Wärmeunterschiede innerhalb des elektrischen Energiespeichers auszugleichen. Dies ist vorteilhaft.
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Analoges gilt für das Führen des Kühlmittels in dem Leitungszweig im Kreislauf, wenn in den Leitungszweig der zumindest eine elektrische Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angeordnet oder eingebunden ist. Insbesondere wenn der den elektrischen Antriebsmotor umfassende Leitungszweig mit einem Kühler gekoppelt ist, welcher mit Umgebungsluft beaufschlagbar ist, kann zudem ein sehr einfaches und aufwandsarmes Kühlen zumindest des elektrischen Antriebsmotors des Kraftfahrzeug durch Beaufschlagen des Kühlers mit der Umgebungsluft erreicht werden. Dies ist vorteilhaft.
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Des Weiteren können in dem Leitungszweig, in welchem der zumindest eine elektrische Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, zusätzlich oder alternativ ein Ladegerät des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens eine Leistungselektronikeinrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auch dies ist im Hinblick auf eine Vergleichmäßigung der Temperatur derartiger elektrischer und/oder elektronischer Komponenten des Kraftfahrzeugs vorteilhaft. Zudem kann durch Betreiben der Kühlmittelpumpe bei Vorsehen des mit Umgebungsluft beaufschlagbaren Kühlers eine wirkungsvolle Wärmeabfuhr von derartigen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise erreicht werden.
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Vorzugsweise ist an den wenigstens einen Auslass der Kühlmittelverteileinrichtung eine Kühlmittelleitung angeschlossen, welche mit einem Kühler gekoppelt ist, wobei der Kühler im Betrieb des Kühlmittelkreises mit aus einer Umgebung des Kühlmittelkreises stammender Luft beaufschlagbar ist. Bei Integration des Kühlmittelkreises in das Kraftfahrzeug kann die Luft insbesondere aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammen. Die Kopplung des wenigstens einen Auslasses der Kühlmittelverteileinrichtung mit einem solchen Kühler ermöglicht es, Wärme aus dem Kühlmittel an die Umgebung abzuführen. Dies kann in Betriebszuständen des Kühlmittelkreises vorteilhaft sein, in welchen das erwärmte Kühlmittel ansonsten eine unerwünscht starke Erwärmung in dem wenigstens einen Wärmeübertrager des Kühlmittelkreises bewirken würde.
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Es kann es vorteilhaft sein, an dem Kühler eine Abgabe von Wärme an die aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs stammende Luft zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann der Kühler mittels einer Umgehungsleitung des Kühlmittelkreises umgehbar ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Kühler mittels einer luftseitigen Absperreinrichtung versperrbar ausgebildet sein. Eine solche Absperreinrichtung kann beispielsweise nach Art einer Kühlerjalousie ausgebildet sein. Bei geschlossener Kühlerjalousie ist nämlich verhindert, dass aus der Umgebung stammende Luft auf den Kühler auftrifft.
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Durch das Umgehen des Kühlers mittels der Umgehungsleitung des Kühlmittelkreises und/oder durch das Versperren des Kühlers mittels der luftseitigen Absperreinrichtung kann auf sehr einfache und wirkungsvolle Weise dafür gesorgt werden, dass dem wenigstens einen Wärmeübertrager das erwärmte Kühlmittel besonders verlustfrei zugeführt wird.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis auf. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug einen Kältemittelkreis auf, in welchen der Kältemittelkühler und der Verdampfer des Kühlmittelkreises eingebunden sind. In einem derartigen Kraftfahrzeug lässt sich die erweiterte Funktionalität des Kühlmittelkreises besonders sinnvoll und vielfältig nutzen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder als Lastkraftwagen oder dergleichen Nutzfahrzeug, oder als Personenbus ausgestaltet.
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Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet. Insbesondere in derartigen elektrifizierten Kraftfahrzeugen ist das Vorsehen des in wärmeübertragender Weise mit dem Kältemittelkreis gekoppelten Kühlmittelkreises vorteilhaft.
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Die für den erfindungsgemäßen Kühlmittelkreis beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kühlmittelkreises beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 schematisch einen Kühlmittelkreis eines Kraftfahrzeugs, welcher eine zentrale, hochintegrierte Kühlmittelverteileinrichtung aufweist; und
- 2 stark schematisiert das Kraftfahrzeug, welches als Elektrofahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet ist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Kühlmittelkreis 10 gezeigt, wie er in einem Kraftfahrzeug 12 (vergleiche 2) zum Einsatz kommen kann. Der Kühlmittelkreis 10 weist als zentrales Bauteil beziehungsweise als zentrale Baugruppe eine hochintegrierte Kühlmittelverteileinrichtung 14 auf. Von dieser zentralen Kühlmittelverteileinrichtung 14 aus kann je nach Bedarf erwärmtes oder gekühltes Kühlmittel jeweiligen Wärmeübertragern zugeführt werden, welche in den Kühlmittelkreis 10 eingebunden und dementsprechend von dem Kühlmittel durchströmbar sind, welches welche in dem Kühlmittelkreis 10 enthalten ist.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung 14 weist einen ersten Einlass 16 auf, über welchen mittels eines Kältemittelkühlers 18 erwärmtes Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eingebracht werden kann beziehungsweise eintreten kann. Der Kältemittelkühler 18 kann als Kondensator oder als Gaskühler ausgebildet sein, welcher in einen Kältemittelkreis 20 des Kraftfahrzeugs (vergleiche 2) eingebunden ist.
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Der Kältemittelkreis 20 weist einen Verdichter 22 oder Kältemittelverdichter auf, welcher den Kältemittelkühler 18 im Betrieb des Kältemittelkreises 20 mit dem verdichteten und somit heißen Kältemittel beaufschlagt. An dem Kältemittelkühler 18, welcher vorliegend sowohl in den Kältemittelkreis 20 als auch in den Kühlmittelkreis 10 eingebunden ist, findet im Betrieb des Kältemittelkreises 20 eine Wärmeabgabe von dem verdichteten, heißen Kältemittel auf das Kühlmittel statt, welches dem Kältemittelkühler 18 zugeführt wird. Dies führt zum Erwärmen des vorliegend flüssigen Kühlmittels.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung 14, welche einen vorzugsweise plattenartig ausgebildeten Grundkörper 24 aufweist, kann auch als Kühlmittelverteilplatte oder Verteilplatte bezeichnet werden. Die Kühlmittelverteileinrichtung 14 oder Kühlmittelverteilplatte weist einen ersten Auslass 26 auf, über welchen das im Betrieb des Kältemittelkreises 20 mittels des Kältemittelkühlers 18 erwärmte Kühlmittel einem Wärmeübertrager 28 zugeführt werden kann. Dies kann dem Zweck dienen, einen vorliegend als Hochvoltbatterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 30 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) zu erwärmen.
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Ein solches Erwärmen der Hochvoltbatterie beziehungsweise des elektrischen Energiespeichers 30 ist beispielsweise vorteilhaft, um die Hochvoltbatterie rasch auf ihre Betriebstemperatur zu bringen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, den elektrischen Energiespeicher 30 zu erwärmen, wenn der elektrische Energiespeicher 30 geladen werden soll, insbesondere in einem Schnellladevorgang.
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Um besonders viel Wärme in das Kühlmittel einzubringen, welches über den ersten Auslass 26 dem Wärmeübertrager 28 zugeführt werden kann, ist in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eine Heizeinrichtung 32 integriert. Die Heizeinrichtung 32 ist vorliegend als Hochvoltheizeinrichtung beziehungsweise Hochvoltheizer ausgebildet. Dementsprechend kann die Heizeinrichtung 32 von dem vorliegend als Hochvoltbatterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher 30 des Kraftfahrzeugs 12 mit elektrischer Energie versorgt werden. Mittels der Heizeinrichtung 32 kann des Weiteren auch dann Wärme in das Kühlmittel eingebracht werden, welches durch die Kühlmittelverteileinrichtung 14 hindurchströmt, wenn der Kältemittelkreis 20 gar nicht in Betrieb ist.
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Die Kühlmittelverteileinrichtung 14 weist vorliegend einen zweiten Auslass 34 auf, über welchen das mittels des Kältemittelkühlers 18 und/oder mittels der Heizeinrichtung 32 erwärmte Kühlmittel einem Wärmeübertrager in Form eines Heizwärmetauschers 36 zugeführt werden kann, welcher so wie der Wärmeübertrager 28 in den Kühlmittelkreis 10 eingebunden ist. Der Heizwärmetauscher 36 ist vorzugsweise in vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise in einem Gehäuse eines Klimageräts des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet. Ein durch das Gehäuse des Klimageräts hindurchströmender Luftstrom kann dementsprechend mittels des Heizwärmetauschers 36 erwärmt werden, bevor dieser Luftstrom in einen Fahrgastraum 38 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) gelangt.
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Nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers 28 und/oder des Heizwärmetauschers 36 kann das Kühlmittel wieder dem Kältemittelkühler 18 zugeführt werden. Hierfür können entsprechende, an den Heizwärmetauscher 36 und an den Wärmeübertrager 28 angeschlossene Kühlmittelleitungen 40 des Kühlmittelkreises 10 in einem Knotenpunkt 42 zusammengeführt sein, welcher stromaufwärts des Kältemittelkühlers 18 in dem Kühlmittelkreis 10 angeordnet ist.
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Das mittels des Kältemittelkühlers 18 und/oder mittels der Heizeinrichtung 32 erwärmte Kühlmittel kann vorliegend an einem dritten Auslass 44 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 aus der Kühlmittelverteileinrichtung 14 abgeführt werden. Von dem dritten Auslass 44 führt vorliegend eine Kühlmittelleitung 46 zu einem Kühler 48, welcher als Niedertemperaturkühler ausgebildet sein kann. Der Kühler 48 ist mit aus einer Umgebung 50 des Kühlmittelkreises 10 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) stammender Luft beaufschlagbar.
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Um zu verhindern, dass in dem Kühler 48 eine Wärmeabgabe an die Luft stattfindet, welche aus der Umgebung 50 des Kühlmittelkreises 10 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs 12 stammt, kann dem Kühler 48 eine luftseitige Absperreinrichtung 52 zugeordnet sein. Die luftseitige Absperreinrichtung 52 kann beispielsweise als Kühlerjalousie ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ zu der Absperreinrichtung 52 kann der Kühlmittelkreis 10 eine Umgehungsleitung 56 oder Bypassleitung aufweisen, über welche das Kühlmittel den Kühler 48 umgehen kann. Auch auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass an dem Kühler 48 eine Abgabe von Wärme aus dem Kühlmittel an die Luft aus der Umgebung 50 stattfindet. Zum Beaufschlagen des Kühlers 48 mit der aus der Umgebung 50 stammenden Luft weist der Kühlmittelkreis 10 vorliegend einen Lüfter 54 auf.
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Das von dem Kühler 48 oder von der Umgehungsleitung 56 her kommende Kühlmittel kann vorliegend dem Knotenpunkt 42 und/oder einer Vielzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 zugeführt werden, beispielsweise wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor 58, 60, welcher zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 12 ausgebildet ist (vergleiche 2).
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Das über den dritten Auslass 44 aus der Kühlmittelverteileinrichtung 14 abgeführte, erwärmte Kühlmittel, welches anschließend den Kühler 48 oder die Umgehungsleitung 56 durchströmt, kann beispielsweise dafür genutzt werden, den wenigstens einen elektrischen Antriebsmotor 58, 60 zu erwärmen oder aufzuwärmen und so in einen für einen effizienten Betrieb des Antriebsmotors 58, 60 geeigneten Temperaturbereich zu bringen. Dies ist insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen vorteilhaft.
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Je nach Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 12 kann beispielsweise der erste elektrische Antriebsmotor 58 zum Antreiben der Räder an einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 12 ausgebildet sein und der zweite elektrische Antriebsmotor 60 zum Antreiben der Räder an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 12. Zusätzlich oder alternativ können einer der elektrischen Antriebsmotoren 58, 60 zum Antreiben wenigstens eines in Fahrtrichtung linken Rads des Kraftfahrzeugs 12 und der andere der elektrischen Antriebsmotoren 58, 60 zum Antreiben wenigstens eines in Fahrtrichtung rechten Rads des Kraftfahrzeugs 12 ausgebildet sein.
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Das zum Temperieren der Antriebsmotoren 58, 60 verwendete Kühlmittel kann vorliegend zusätzlich zum Temperieren wenigstens einer Leistungselektronikeinrichtung 62 des Kraftfahrzeugs 12 verwendet werden, wobei in 1 zwei Leistungselektronikeinrichtungen 62 schematisch und beispielhaft gezeigt sind. In analoger Weise kann das Kühlmittel zum Temperieren eines Ladegeräts 64 des Kraftfahrzeugs 12 verwendet werden, welches beim Laden des elektrischen Energiespeichers 30 zum Einsatz kommt.
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So wie für die Antriebsmotoren 58, 60 beschrieben, kann dementsprechend das erwärmte Kühlmittel dafür genutzt werden, die wenigstens eine Leistungselektronikeinrichtung 62 und das Ladegerät 64 bei Bedarf zu erwärmen oder aufzuwärmen, um einen effizienten Betrieb derartiger elektronischer und/oder elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 zu ermöglichen. Ein derartiges Aufwärmen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn niedrige Umgebungstemperaturen vorliegen.
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Das von dem Kühler 48 oder von der Umgehungsleitung 56 her kommende Kühlmittel kann demnach zunächst den elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 etwa in Form der wenigstens einen Leistungselektronikeinrichtung 62, des wenigstens einen elektrischen Antriebsmotors 58, 60 und des Ladegeräts 64 zugeführt werden, bevor es zu dem Knotenpunkt 42 gelangt, welcher stromaufwärts des Kältemittelkühlers 18 in dem Kühlmittelkreis 10 angeordnet ist.
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Stromaufwärts dieses Knotenpunkts 42 ist bei der vorliegend beispielhaft gezeigten Ausgestaltung des Kühlmittelkreises 10 in einer Kühlmittelleitung 90 des Kühlmittelkreises 10 ein Ventil 98 angeordnet. In einer ersten Schaltstellung des Ventils 98 ist ein Strömungsweg für das Kühlmittel hin zu dem Knotenpunkt 42 freigegeben. Durch Verbringen des Ventils 98 in die erste Schaltstellung kann somit sichergestellt werden, dass das Kühlmittel nach dem Aufwärmen der vorstehend beispielhaft genannten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 zu dem Kältemittelkühler 18 rückgeführt wird.
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Vorliegend ist in einem Leitungszweig 66 des Kühlmittelkreises 10 eine Kühlmittelpumpe 68 angeordnet, welche es ermöglicht, das zum Temperieren der Leistungselektronikeinrichtungen 62, der Antriebsmotoren 58, 60 und des Ladegeräts 64 verwendete Kühlmittel in dem Leitungszweig 66 in einem Kreislauf zu fördern, in welchen der Kühler 48 eingebunden ist.
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In analoger Weise kann der Kühlmittelkreis 10 einen weiteren Leitungszweig 70 aufweisen, in welchem eine weitere Kühlmittelpumpe 72 und der Wärmeübertrager 28 angeordnet sind. Mittels dieser weiteren Kühlmittelpumpe 72 kann in dem weiteren Leitungszweig 70 das von dem ersten Auslass 26 her kommende Kühlmittel in einem Kreislauf geführt werden, insbesondere um Temperaturunterschiede innerhalb des elektrischen Energiespeichers 30 auszugleichen.
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Vorliegend weist die Kühlmittelverteileinrichtung 14 einen weiteren Einlass 74 oder zweiten Einlass auf, über welchen Kühlmittel in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eingebracht werden kann, welches mittels eines Verdampfers 76 kühlbar ist. Der Verdampfer 76 ist vorliegend in den Kühlmittelkreis 10 eingebunden und somit von dem Kühlmittel durchströmbar, welches im Betrieb des Kühlmittelkreises 10 durch die Kühlmittelverteileinrichtung 14 hindurchströmt. Des Weiteren ist der Verdampfer 76 in den Kältemittelkreis 20 eingebunden. Ein solcher, von einem Kältemittel und einem flüssigen Kühlmittel durchströmter Verdampfer 76 wird auch als Chiller bezeichnet.
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Im Betrieb des Kältemittelkreises 20 wird das von dem Kältemittelkühler 18 kommende gekühlte oder kondensierte Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung 78 des Kältemittelkreises 20 entspannt. Die Expansionseinrichtung 78 kann als Expansionsventil, insbesondere als thermisches Expansionsventil ausgebildet sein. In dem Verdampfer 76 nimmt das verdampfende Kältemittel Wärme auf und sorgt somit für eine Abkühlung des Kühlmittels, welches anschließend über den weiteren Einlass 74 oder zweiten Einlass 74 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eingebracht wird. Das von dem Verdampfer 76 kommende, entspannte Kältemittel wird anschließend wieder mittels des Verdichters 22 verdichtet, welcher insbesondere als elektrischer Kältemittelverdichter ausgebildet sein kann.
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Das mittels des Verdampfers 76 gekühlte Kühlmittel, welches an dem weiteren Einlass 74 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 gelangt, kann einem weiteren Auslass oder vierten Auslass 80 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 zugeführt werden. Von dem vierten Auslass 80 aus kann das gekühlte Kühlmittel einem als Kühleinrichtung 82 ausgebildeten weiteren Wärmeübertrager zugeführt werden, welcher in den Kühlmittelkreis 10 eingebunden ist. Mittels dieser Kühleinrichtung 82 kann vorliegend der Luftstrom gekühlt werden, welcher in den Fahrgastraum 38 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) eingebracht werden kann. Die Kühleinrichtung 82, welche vorzugsweise zusammen mit dem Heizwärmetauscher 36 in dem Gehäuse des Klimageräts des Kraftfahrzeugs 12 angeordnet ist, kann daher auch als Kaltwärmetauscher bezeichnet werden. Denn der in den Fahrgastraum 38 des Kraftfahrzeugs 12 (vergleiche 2) eingebrachte Luftstrom, welcher die Kühleinrichtung 82 überströmt, wird mittels der Kühleinrichtung 82 gekühlt.
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Vorliegend kann das an dem weiteren Einlass 74 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eingebrachte und somit gekühlte Kühlmittel über den ersten Auslass 26 auch dem Wärmeübertrager 28 zugeführt werden, welcher dem Temperieren des elektrischen Energiespeichers 30 dient. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager 28 dann nicht zum Erwärmen des elektrischen Energiespeichers 30 genutzt wird, sondern zum Kühlen des elektrischen Energiespeichers 30.
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Der erste Auslass 26 kann vorliegend auch als weiterer Auslass 26 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 bezeichnet werden, da über diesen das gekühlte Kühlmittel aus der Kühlmittelverteileinrichtung 14 abgeführt werden kann. In analoger Weise kann dem elektrischen Energiespeicher 30 zugeordnete Wärmeübertrager 28 als weiterer Wärmeübertrager 28 bezeichnet werden, da diesem Wärmeübertrager 28 das gekühlte Kühlmittel zugeführt werden kann. Diese Konvention gilt vorliegend für alle diejenigen Auslässe und Wärmeübertrager des Kühlmittelkreises 10, sofern über diese Auslässe der Kühlmittelverteileinrichtung 14 dem jeweiligen Wärmeübertrager das gekühlte Kühlmittel zugeführt werden kann. Dies soll nachfolgend anhand weiterer Beispiele erläutert werden.
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Das an dem weiteren Einlass 74 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eintretende, mittels des Verdampfers 76 gekühlte Kühlmittel kann nämlich an dem dritten Auslass 44 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 in die Kühlmittelleitung 46 eingebracht werden und zum Kühlen der vorstehend beispielhaft erwähnten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 verwendet werden, also beispielsweise zum Kühlen der Leistungselektronikeinrichtungen 62, der elektrischen Antriebsmotoren 58, 60 und des Ladegeräts 64. Dementsprechend ist in 1 gezeigt, dass diesen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 jeweilige weitere Wärmeübertrager 84 zugeordnet sind. Mittels der dieser weiteren Wärmeübertrager 84 lässt sich im Betrieb des Kühlmittelkreises 10 ein Kühlen der dem jeweiligen weiteren Wärmeübertrager 84 zugeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponente des Kraftfahrzeugs 12 erreichen.
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Auch der dritte Auslass 44 kann daher als weiterer Auslass 44 bezeichnet werden. Und ebenso können die weiteren Wärmeübertrager 84 als Wärmeübertrager 84 bezeichnet werden, weil diesen wahlweise das gekühlte oder das an dem ersten Einlass 16 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eintretende, mittels des Kältemittelkühlers 18 und/oder mittels der Heizeinrichtung 32 erwärmte Kühlmittel zugeführt werden kann.
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Gemäß 1 ist in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eine erste Pumpeinrichtung 86 integriert, welche zum Fördern des von dem Kältemittelkühler 18 her kommenden, erwärmten Kühlmittels ausgebildet ist. Dementsprechend ist die erste Pumpeinrichtung 86 vorliegend dazu ausgebildet, das Kühlmittel von dem ersten Einlass 16 zu wenigstens einem der Auslässe 26, 34, 44 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 zu fördern, über welche das erwärmte Kühlmittel aus der Kühlmittelverteileinrichtung 14 abgeführt werden kann.
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Des Weiteren ist in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 vorliegend eine zweite Pumpeinrichtung 88 integriert, welche zum Fördern des von dem Verdampfer 76 her kommenden, gekühlten Kühlmittels ausgebildet ist. Mittels dieser zweiten Pumpeinrichtung 88 lässt sich dementsprechend das Kühlmittel von dem zweiten Einlass 74 zu einem der weiteren Auslässe 26, 44, 80 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 fördern, über welche das gekühlte Kühlmittel aus der Kühlmittelverteileinrichtung 14 abgeführt werden kann.
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Das von den Wärmeübertragern 84 sowie der Kühleinrichtung 82 und dem Wärmeübertrager 28 her kommende Kühlmittel kann vorliegend über weitere Kühlmittelleitungen 90 des Kühlmittelkreises 10 wieder einer Eingangsseite des Verdampfers 76 oder Chillers zugeführt werden. Hierfür können diese Kühlmittelleitungen 90, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, in einem weiteren Knotenpunkt 92 des Kühlmittelkreises 10 zusammengeführt sein.
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Wie vorstehend beschrieben kann das mittels des Verdampfers 76 gekühlte Kühlmittel in den Wärmeübertragern 84 dazu genutzt werden, die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 wie etwa die Leistungselektronikeinrichtungen 62 und/oder die elektrischen Antriebsmotoren 58, 60 und/oder das Ladegerät 64 zu kühlen. Um sicherzustellen, dass das von derartigen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs 12 her kommende Kühlmittel zu dem Verdampfer 76 rückgeführt wird, kann das in der Kühlmittelleitung 90 angeordnete Ventil 98 in eine zweite Schaltstellung verbracht werden. In der zweiten Schaltstellung des Ventils 98 ist der Strömungsweg für das Kühlmittel hin zu dem Knotenpunkt 42 versperrt, welcher stromaufwärts des Kältemittelkühlers 18 angeordnet ist. Demgegenüber ist ein Strömungsweg für das Kühlmittel hin zu dem Knotenpunkt 92 freigegeben, welcher stromaufwärts des Verdampfers 76 angeordnet ist.
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Um einzustellen, ob das Kühlmittel von dem ersten Einlass 16 der Kühlmittelverteileinrichtung 14 einem der Auslässe 26, 34, 44 oder einer Mehrzahl dieser Auslässe 26, 34, 44 zugeführt wird, kann in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 wenigstens ein Ventil einer Ventilvorrichtung integriert sein. Das wenigstens eine Ventil kann insbesondere als Mehrwegeventil ausgebildet sein. Ein entsprechendes, dem Einlass 16 sowie den Auslässen 26, 34, 44 zugeordnetes erstes Ventil ist in 1 schematisch durch eine Mehrzahl von Symbolen 94 veranschaulicht. Dementsprechend ist aus der Verwendung der Symbole 94 in 1 ersichtlich, dass wenigstens ein entsprechendes erstes Ventil in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 integriert sein kann.
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Die Ventilvorrichtung der Kühlmittelverteileinrichtung 14 umfasst vorliegend vorzugsweise wenigstens ein weiteres Ventil, mittels welchem bewirkt werden kann, dass das an dem weiteren Einlass 74 in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 eintretende, gekühlte Kühlmittel einem der Auslässe 26, 44, 80 oder weiteren Auslässe 26, 44, 80 zugeführt wird. Dementsprechend kann in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 wenigstens ein zweites Ventil integriert sein, welches insbesondere ebenfalls als Mehrwegeventil ausgebildet sein kann. Dieses zweite Ventil ist in 1 durch weitere Symbole 96 veranschaulicht, welche im Bereich des zweiten Einlasses 74 sowie der Auslässe 26, 44, 80 oder weiteren Auslässe 26, 44, 80 dargestellt sind.
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Zusätzlich oder alternativ können an den Positionen der vorliegend beispielhaft gezeigten Symbole 94, 96 jeweilige Ventile angeordnet und somit in die Kühlmittelverteileinrichtung 14 integriert sein. Auch durch derartige, einzelne Ventile kann die Ventilvorrichtung der Kühlmittelverteileinrichtung 14 bereitgestellt sein.
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Die vorliegend beispielhaft gezeigte zentrale und hochintegrierte Kühlmittelverteilplatte beziehungsweise Kühlmittelverteileinrichtung 14 kann auch in einem einfacheren als dem vorliegend zur Erläuterung eine möglichen Anwendung gezeigten Kühlmittelkreis 10 zum Einsatz kommen beziehungsweise in vorteilhafter Weise verwendet werden.
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In 2 sind der Kühlmittelkreis 10 und der zum Wärmeaustausch mit dem Kühlmittelkreis 10 ausgebildete Kältemittelkreis 20 des Kraftfahrzeugs 12 lediglich stark schematisiert und nicht im Hinblick auf eine tatsächliche Einbauposition realitätsgetreu dargestellt. Dasselbe gilt für den elektrischen Energiespeicher 30 des Kraftfahrzeugs 12 und die beispielhaft und schematisch gezeigten elektrischen Antriebsmotoren 58, 60 des Kraftfahrzeugs 12.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlmittelkreis
- 12
- Kraftfahrzeug
- 14
- Kühlmittelverteileinrichtung
- 16
- Einlass
- 18
- Kältemittelkühler
- 20
- Kältemittelkreis
- 22
- Verdichter
- 24
- Grundkörper
- 26
- Auslass
- 28
- Wärmeübertrager
- 30
- Energiespeicher
- 32
- Heizeinrichtung
- 34
- Auslass
- 36
- Heizwärmetauscher
- 38
- Fahrgastraum
- 40
- Kühlmittelleitung
- 42
- Knotenpunkt
- 44
- Auslass
- 46
- Kühlmittelleitung
- 48
- Kühler
- 50
- Umgebung
- 52
- Absperreinrichtung
- 54
- Lüfter
- 56
- Umgehungsleitung
- 58
- Antriebsmotor
- 60
- Antriebsmotor
- 62
- Leistungselektronikeinrichtung
- 64
- Ladegerät
- 66
- Leitungszweig
- 68
- Kühlmittelpumpe
- 70
- Leitungszweig
- 72
- Kühlmittelpumpe
- 74
- Einlass
- 76
- Verdampfer
- 78
- Expansionseinrichtung
- 80
- Auslass
- 82
- Kühleinrichtung
- 84
- Wärmeübertrager
- 86
- Pumpeinrichtung
- 88
- Pumpeinrichtung
- 90
- Kühlmittelleitung
- 92
- Knotenpunkt
- 94
- Symbol
- 96
- Symbol
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020215280 A1 [0002]
