DE102022133375A1 - Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem Wärmetauscher, mit einer Zerstäubungsvorrichtung, die geeignet ist Wasser fein zu zerstäuben, mit einem Kühlkreislauf, der zur Kühlung mindestens einer wärmeabgebenden Komponente, insbesondere einer Brennstoffzelle,, ausgelegt ist, wobei der Wärmetauscher und die Zerstäubungsvorrichtung hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäubungsvorrichtung eine Ionisationsvorrichtung zur Ionisation von zerstäubtem Wassertropfen angeordnet ist.

Description

  • Erfindung betrifft ein Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
  • Bisherige Kühlsysteme für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, zum Beispiel mit einem Brennstoffzellensystem, nutzen in der Brennstoffzelle anfallendes Wasser zur Benetzung des im Kühlsystem der Brennstoffzelle verwendeten Wärmetauschers. Die DE102020208714A1 zeigt eine gattungsgemäße Kühlanordnung. Dabei wird das in der Brennstoffzelle entstehende Wasser aufgefangen und über eine Sprühvorrichtung möglichst fein vernebelt und dann durch den Luftstrom auf den Wärmetauscher aufgebracht oder über Tropfvorrichtungen am Wärmetauscher in feinen Tropfen abgegeben. Eine gleichmäßige Benetzung mit möglichst geringer Wasserverwendung ist damit nur mit recht hohem Aufwand möglich.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem für ein Kühlsystem der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat gegen den Stand der Technik den Vorteil, dass durch die Ionisation von fein zerstäubten Wassertropfen über elektrische Felder eine Kraft auf die Wassertropfen ausgeübt werden kann. Damit kann die Flugbahn der Wassertropfen beeinflusst werden. Diese Felder können vorteilhaft durch elektrostatisch geladene Bauteile erzeugt werden, die im oder nahe dem Strömungsbereich der tropfenbeladenen Luftströmung platziert sind. Durch diese dem Kühlsystem hinzufügbare Lenkvorrichtung kann die Verteilung der ionisierten Wassertropfen durch ein optional steuerbares elektrisches Feld so beeinflusst werden, dass die Wasserverteilung über dem Wärmetauscher in vorteilhafter Weise möglichst gleichmäßig bei geringem Wassereinsatz erfolgt. Es kann somit zeitlich und räumlich differenziert auf die Flugbahn der Wassertropfen eingewirkt werden.
  • Daher wird vorliegend ein Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und der abhängigen Ansprüche vorgeschlagen, sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
  • Das Kühlsystem dient insbesondere für die effiziente Kühlung eines Brennstoffzellensystems in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug. Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren fällt bei einem Brennstoffzellensystem eine große Menge an Wärme an, wobei das Kühlmittel eine niedrigere Temperatur aufweist als bei einem Verbrennungsmotor. Auch ohne ein Brennstoffzellensystem kann bei einem batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug größere Mengen Wärme aus dem Antrieb, der Leistungselektronik sowie der Batterie in ein Kühlsystem abgegeben werden. Das Temperaturniveau ist hier ebenfalls deutlich niedriger als bei einem Verbrennungsmotor. Durch die geringere Temperaturdifferenz zur Umgebungsluft muss der Wärmetauscher größer ausgelegt werden, wie bei einem ähnlichen Wärmeanfall bei einem Verbrennungsmotor. Bei großen Außentemperaturen oder sehr hohem Wärmeanfall bei hoher Brennstoffzellenleistung kann der Wärmetauscher somit an seine Grenzen kommen oder müsste so groß dimensioniert werden, dass eine sinnvolle mobile Verwendung in einem Kraftfahrzeug Grenzen gesetzt werden. Es ist aber auch vorstellbar so eine Kühlanordnung auch in anderen Fahrzeugen zum Beispiel in batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen oder auch Hybridfahrzeugen einzusetzen. Der Wärmetauscher, der gekühlt werden soll, kann dabei ein Kühlmittelkühler und/oder Kondensator bzw. Gaskühler sein. Oft sind zwei solcher Kühler als ein Kühlmodul angeordnet, so dass eine Benetzung beider Wärmetauscher erfolgt.
  • Um den Wärmetauscher in der Kühlleistung zu unterstützen ist es deshalb bekannt den Wärmetauscher mit Wasser zu benetzen und durch das verdunstende Wasser einen zusätzlichen Kühleffekt zur ansonsten reinen Luftkühlung zu erzielen. Hierbei kann beispielsweise das in der Brennstoffzelle durch Umsetzung von Wasserstoff entstehende Wasser genutzt werden. Dieses kann in einem Tank aufgefangen und dann für die Benetzung des Wärmetauschers genutzt werden. Es ist aber auch vorstellbar, bei einem durch eine Batterie mit elektrischer Energie versorgten Kraftfahrzeug, Wasser in einem nachfüllbaren Tank bereitzustellen, der beispielsweise bei regelmäßigen Tank- oder Wartungsintervallen aufgefüllt wird.
  • Der Wärmetauscher sollte nicht übermäßig benetzt werden, damit der Wasserverbrauch nicht zu groß wird und trotzdem eine optimale Kühlwirkung durch das verdunstende Wasser entsteht. Denn Wasser, dass ohne Phasenübergang die Umgebung des Wärmetauschers verlässt, kann nicht mehr zur Kühlwirkung beitragen. Hier ist es auch besonders vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher in der Fläche möglichst gleichmäßig benetzt wird.
  • Der Tank mit dem Wasser ist mit einer Zerstäubungsvorrichtung verbunden, die am Wärmetauscher angeordnet ist. Die Zerstäubungsvorrichtung kann unterschiedlich ausgeführt sein und z.B. im Kraftfahrzeug vorhandene Druckluft, Prozessluft aus dem Brennstoffzellensystem oder auch eine Pumpvorrichtung nutzen, um das Wasser fein zu zerstäuben. Meist geschieht dies in einer starr oder beweglich, z.B. rotierenden angeordneten Düse.
  • Ziel ist es das Wasser möglichst fein zerstäubt auszubringen. Die Zerstäubungsvorrichtung kann vor dem Wärmetauscher angeordnet sein, so dass die auf den Wärmetauscher durch den Fahrtwind oder ein zusätzlich angebrachter Lüfter angeblasene Luft die zerstäubten Wassertropfen schon in Richtung des Wärmetauschers mitnimmt. Es ist aber auch vorstellbar, dass die Zerstäubungsvorrichtung am Rand neben dem Luftpfad, hinter dem Wärmetauscher oder in der Ebene des Wärmetauschers um den Wärmetauscher herum angeordnet ist.
  • An der Zerstäubungsvorrichtung ist eine Ionisationsvorrichtung angeordnet, an der eine elektrische Spannung anliegt, die es ermöglicht die fein zerstäubten Wassertropen zu ionisieren und damit elektrisch aufzuladen. Vorzugsweise ist die anliegende Gleichspannung eine Kathode mit Hochspannung größer 48V, insbesondere im Bereich von 70 bis 100 kV. Die Ionisationsvorrichtung besteht dabei aus mehreren Elektroden, die derart angeordnet werden, dass sich die zerstäubten Wassertropfen nach dem Austritt aus der Zerstäubungsvorrichtung zwischen diesen hindurchbewegen und damit negativ aufgeladen werden. Diese negativ geladenen ionisierten Wasserstropfen werden nun von jedem in der Gegend befindlichen relativ dazu positiv geladenen Gegenstand angezogen und können zudem zusätzlich durch ein generiertes elektrisches Feld beeinflusst werden.
  • Die Zerstäubungsvorrichtung und die Ionisationsvorrichtung können auch als bauliche Einheit ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise. So ist es vorstellbar, dass die Zerstäubungsvorrichtung in ihrem Auslassbereich elektrisch von der restlichen Zerstäubungsvorrichtung isoliert ist und somit die Ionisationsvorrichtung formt. Damit werden die Wassertropfen während der Zerstäubung ionisiert.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist das verwendete Wasser eine besonders geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Das Wasser kann dabei eine elektrische Leitfähigkeit kleiner 100 µS/cm, insbesondere kleiner 50 µS/cm, aufweisen. Besonders vorteilhaft ist dies in Kombination mit einer Zerstäubungsvorrichtung und Ionisationsvorrichtung als bauliche Einheit. So können Kurzschlussströme über das Wasser verhindert werden und die in die Zerstäubungsvorrichtung baulich integrierte Ionisationsvorrichtung noch einfacher gestaltet werden.
  • In dem erfindungsgemäßen Kühlsystem ist der Wärmetauscher Anode, so dass die negativ ionisierten Wassertropfen angezogen werden. Dies kann auch noch durch den über den Wärmetauscher strömenden Luftstrom unterstützt werden. Ein ionisierter Wassertropfen sucht den kürzesten Weg zum Wärmetauscher, so dass ohne weitere Beeinflussung zwar der überwiegende Teil des Wassers vorteilhafterweise, tatsächlich auf dem Wärmetauscher abgeschieden wird, aber die Abscheidung unter Umständen noch nicht so gleichmäßig ist, wie gewünscht. Der Luftstrom entsteht durch Fahrtwind bei der Bewegung eines Fahrzeugs oder wird durch einen entsprechend vor oder hinter der Zerstäubungsvorrichtung angeordneten Lüfter erzeugt.
  • Daher ist in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem eine elektrostatische Lenkvorrichtung vorgesehen, die durch die Erzeugung von elektrischen Feldern die negativ ionisierten Wassertropfen gezielt ablenken kann und somit das Auftreffen auf den Wärmetauscher vorteilhaft beeinflussen. Durch eine entsprechende Auslegung der elektrostatischen Lenkvorrichtung kann somit ein gleichmäßigerer Auftrag der Wassertropfen auf dem Wärmetauscher ermöglicht werden. Die elektrostatische Lenkvorrichtung sowie die Ionisationsvorrichtung sind an einer gemeinsamen oder getrennten elektrischen Spannungsquellen angeschlossen. Es ist auch denkbar, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die Steuerung und Regelung der entsprechenden elektrischen Vorrichtungen ermöglicht. Dabei ist es auch vorstellbar, dass die elektrostatische Lenkvorrichtung sowie die Ionisationsvorrichtung auf einem gleichen Spannungsniveau oder mit unterschiedlichen Spannungen, betrieben werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrostatische Lenkvorrichtung weitestgehend in einer Ebene E parallel zur Wirkfläche des Wärmetauschers angeordnet. Die elektrostatische Lenkvorrichtung kann um die Zerstäubungsvorrichtung herum angeordnet sein, so dass die zerstäubten Wassertropfen, die durch die Ionisationsvorrichtung hindurch gelangen, entsprechend mit einem in der elektrostatischen Lenkvorrichtung anliegendem elektrischen Feld beeinflusst werden können. Die elektrostatische Lenkvorrichtung kann dabei derart aufgebaut sein, dass mit zunehmendem Abstand von der Zerstäubungsvorrichtung die Ablenkwirkung abnimmt. Hierdurch werden nahe der Zerstäubungsvorrichtung weniger zerstäubte Wassertropfen hindurchgelassen wie in einem entfernteren Abstand. Somit kann eine homogenere Verteilung der fein zerstäubten Wassertropfen erzielt werden.
  • Es wäre auch vorstellbar, dass die elektrostatische Lenkvorrichtung einer dem Strömungspfad der Luft angepasste dreidimensionale Form annimmt, um einen bestmöglichen Einfluss auf die zielgerichtete Ablenkung der Wassertropfen zu nehmen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die elektrostatische Lenkvorrichtung in mindestens zwei voneinander unabhängig schaltbare Segmente aufgeteilt. Durch eine Steuerung können die mindestens zwei Segmente unabhängig An und/oder Aus und/oder in der Stärke ihre Wirkung variabel geschaltet werden. Es ist so denkbar, dass durch eine entsprechende Steuerung der mindestens zwei Segmente eine differenziertere Verteilung der Wassertropfen erzielt wird.
  • Ist beispielsweise die elektrostatische Lenkvorrichtung in Form eines Spinnennetzes aufgebaut und dieses in mehrere Segmente unterteilt wäre es vorstellbar, dass eine entsprechende Steuerung wechselseitig reihum und nach außen hin einzelnen Segmenten wechselweise an und ausschaltet. So können nicht nur reihum in Winkelabschnitten einzelne Segmente unterteilt, sondern auch von der Mitte des Spinnennetzes hinweg einzelne Segmente nach außen weg schaltbar sein. Dies ist auch in einer Kombination denkbar. Die elektrostatische Lenkvorrichtung kann aber auch in anderen geometrischen Anordnungen segmentiert und aufgebaut sein die hier nicht abschließend dargestellt werden können.
  • In vorteilhafter Weise ist die elektrostatische Lenkvorrichtung derart ausgelegt, dass die Ablenkwirkung der elektrostatischen Lenkvorrichtung mit Abstand von der Zerstäubungsvorrichtung abnimmt. Die Wassertropfen werden von dem relativ positiv geladenen Wärmetauscher angezogen, zudem werden die Wassertropfen während der Fahrt des Kraftfahrzeugs vom Fahrtwind beziehungsweise von einem zusätzlich angeordneten Lüfter auf den Wärmetauscher zubewegt und beschleunigt. Durch die abnehmende Ablenkwirkung wird sichergestellt, dass die feinen Wassertropfen besonders gleichmäßig auf die Wirkfläche des Wärmetauschers verteilt werden und damit eine besonders effektive Kühlwirkung erzielt wird. Im Endeffekt wird somit erreicht, dass trotz einer eventuell vorhandenen starken Strömung mehr Wassertropfen die äußere Peripherie des Wärmetauschers benetzen können.
  • Die elektrostatische Lenkvorrichtung kann beispielsweise aus chemisch resistenten metallischen Werkstoffen ausgebildet sein oder aus Metall, dass zum Schutz vor Korrosion mit Kunststoff überzogen wird oder auch aus entsprechend geeigneten Kunststoffen bestehen. So ist es denkbar feine Silberdrähte oder aber auch ein aus einem leitenden Kunststoff bestehendes Gitter zu verwenden. Wichtig ist hierbei, dass eine entsprechende Hochspannung angelegt werden kann, damit ein entsprechend auf die Wassertropfen einwirkendes elektrisches Feld erzeugt werden kann.
  • Das erfindungsgenmäße Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, beinhaltet einen Wärmetauscher mit einer Zerstäubungsvorrichtung, die geeignet ist Wasser fein zu zerstäuben, einen Kühlkreislauf, der zur Kühlung mindestens einer wärmeabgebenden Komponente, insbesondere einer Brennstoffzelle, ausgelegt ist, wobei der Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlkreislauf und der Umgebung dient, wobei der Wärmetauscher und die Zerstäubungsvorrichtung hintereinander angeordnet sind und an der Zerstäubungsvorrichtung eine Ionisationsvorrichtung zur Ionisation von zerstäubtem Wassertropfen angeordnet ist. Das Verfahren ermöglicht eine besonders effiziente und gleichmäßige Benetzung des Wärmetauschers mit Wasser, dass aus der Zerstäubungsvorrichtung abgegeben wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die nachfolgenden Figurenbeschreibungen beschrieben. In dieser zeigen:
    • 1 ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für ein Brennstoffzellensystem
    • 2 die frontale Sicht auf die Ablenkvorrichtung und den Wärmetauscher, wobei die Ablenkvorrichtung nicht aktiviert ist
    • 3 die frontale Sicht auf die Ablenkvorrichtung und den Wärmetauscher, wobei die Ablenkvorrichtung aktiviert ist
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug wird in dieser Ausführungsform durch ein Brennstoffzellensystem mit elektrischer Energie versorgt und besteht aus mindestens einer Brennstoffzelle FC als wärmeabgebende Komponente HC, einem Wärmetauscher 2 zum Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmittel und der Umgebung, einem Kühlkreislauf K, welches den Wärmetauscher 2 mit der mindestens einen Brennstoffzelle FC verbindet. In dem Kühlkreislauf K ist zudem eine Kühlmittelpumpe P angeordnet. Die Kühlmittelpumpe P dient dazu das Kühlmittel im Kühlkreislauf K zwischen den einzelnen Komponenten im Kühlkreislauf K zirkulieren zu lassen.
  • Im Bereich vor dem Wärmetauscher 2 ist eine Zerstäubungsvorrichtung 3 angeordnet, die es ermöglicht feine Wassertropfen WT auszubringen. Die Wassertropfen WT werden aus Wasser W gebildet, das beispielsweise aus einem Vorratstank stammt. Das Wasser W kann beispielsweise das bei der Brennstoffzelle FC anfallende Prozesswasser sein. Die Wasserstropfen WT verlassen die Zerstäubungsvorrichtung 3 und werden in dieser Ausführung der Erfindung von einer im Austrittsbereich der Zerstäubungsvorrichtung 3 angeordneten Ionisationseinrichtung 4 elektrisch aufgeladen. Hierfür ist die Ionisationseinrichtung 4 an einer elektrischen Spannungsquelle 6 angeschlossen. Es ist auch vorstellbar, dass die Ionisationseinrichtung 4 und die Zerstäubungseinrichtung 3 baulich in einer Einheit angeordnet sind, so dass die Wassertropfen WT direkt am Auslass der Zerstäubungsvorrichtung 3 elektrisch aufgeladen werden. Hierfür muss der vordere Bereich der Zerstäubungsvorrichtung 3 vom restlichen Bereich elektrisch isoliert werden oder eine elektrisch isolierte Anordnung einer Ionisationseinrichtung 4 direkt am Auslass angebracht werden. Dieser zur Ionisation des Wassers W vorgesehene Bereich ist dann ebenfalls an eine Spannungsquelle 6 angeschlossen.
  • Das Wasser W, welches in der Zerstäubungsvorrichtung 3 verwendet wird, ist Prozesswasser, welches in der Brennstoffzelle FC gebildet wurde. Dieses Wasser W ist von besonderer Reinheit und weist eine besonders niedrige elektrische Leitfähigkeit kleiner 100 µS/cm, insbesondere kleiner 50 µS/cm, auf. Dies begünstigt die elektrische Aufladung bzw. Ionisation direkt im Austrittsbereich der Zerstäubungsvorrichtung 3, da durch das Wasser W kein Kurzschluss zu mit der Erde verbundenen Bauteilen auftreten kann.
  • Die elektrisch aufgeladenen Wassertropfen WT werden von dem relativ zu den elektrisch aufgeladenen Wassertropfen WT positiv geladenen Wärmetauscher 2 angezogen. Dies wird von einem Luftstrom L unterstützt, der entweder vom Fahrtwind eines Fahrzeugs 11 oder durch einen Lüfter 8 erzeugt wird. Dieser Luftstrom L nimmt die Wassertropfen WT ebenfalls in Richtung des Wärmetauschers 2 mit, damit diese dort abgeschieden werden können.
  • Für eine besonders vorteilhafte Verteilung der Wassertropfen WT ist zwischen der Zerstäubungsvorrichtung 3 und dem Wärmetauscher 2 eine elektrostatische Lenkvorrichtung 5 angeordnet. Diese elektrostatische Lenkvorrichtung 5 erzeugt elektrische Felder, die die elektrisch aufgeladenen Wassertropfen WT beeinflussen können. Hierfür ist die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 an einer oder mehreren Spannungsquellen 7,7' angeschlossen. Die durch die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 erzeugten elektrischen Felder können die Wassertropfen WT in ihrer Flugbahn zum Wärmetauscher 2 derart ablenken, dass eine möglichst gleichmäßige Benetzung des Wärmetauschers 2 ermöglicht wird.
  • Mit zur Zerstäubungsvorrichtung 3 zunehmendem Abstand kann in vorteilhafter Weise die Ablenkwirkung der Lenkvorrichtung 5 abnehmen, so dass mit zunehmendem Abstand mehr Wassertropfen WT durch die Lenkvorrichtung 5 gelangen können. Dies ermöglicht eine gleichmäßigere Benetzung des Wärmetauschers 2. Die abnehmende Wirkung der Lenkvorrichtung 5 kann beispielsweise durch eine entsprechende konstruktive Gestaltung der Lenkvorrichtung 5 ermöglicht werden, indem die Abstände zwischen elektrisch aufgeladenen Bauteilen der elektrischen Lenkvorrichtung vergrößert sind und somit die elektrischen Felder unterschiedlich stark wirken.
  • Die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 kann in einzelnen Segmenten L1, L2 aufgebaut sein, so dass mindestens zwei Segmente L1 und L2 vorhanden sind. Idealerweise besteht die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 aus einer Vielzahl von einzelnen Segmenten L1, L2, die spinnennetzartig ein Netz vor dem Wärmetauscher 2 aufspannen. Dabei ist die elektrostatische Lenkvorrichtung weitestgehend in einer Ebene E angeordnet, die weitestgehend parallel zum Wärmetauscher 2 orientiert ist. Es ist aber auch vorstellbar, die Ebene in einen Winkel zum Wärmetauscher 2 zu orientieren. In entsprechenden Ausgestaltungen der Erfindung wäre es auch vorstellbar, die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 gekrümmt auszubilden, wenn bei einer entsprechenden Strömungsführung somit eine noch bessere Benetzungswirkung erzielbar wäre.
  • Es ist vorstellbar, dass die einzelnen Segmente L1, L2 der elektrostatischen Lenkvorrichtung 5 durch eine Steuerung 10 An und/oder Aus und/oder in der Stärke ihrer Wirkung variabel geschaltet werden. Durch wechselweises Schalten in Rotationsrichtung und /oder in Richtung der Ausdehnung des Spinnennetzes und auch der Variation der Stärke des elektrischen Feldes kann so eine statische oder dynamische Beeinflussung der Wassertropfen WT auf ihrem Weg zum Wärmetauscher 2 ermöglicht werden, so dass eine möglichst gleichmäßige Benetzung des Wärmetauschers 2 mit dem Wasser W und damit eine vorteilhafte optimale Kühlwirkung erzielt wird.
  • Die 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 in der frontalen Draufsicht auf den Wärmetauscher 2. Man erkennt die spinnenförmig ausgebildete elektrostatische Lenkvorrichtung 5. Aus der Zerstäubungsvorrichtung 3 treten fein zerstäubte Wassertropfen WT aus, die um die Zerstäubungsvorrichtung 3 herum eine dichte Wolke bilden. Die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 ist in 2 nicht aktiviert, so dass keine Ablenkung stattfindet. Daher konzentrieren sich die Wassertropfen WT in der Mitte des Wärmetauschers 2 und würden bei aktiviertem Lüfter 8 oder bei Fahrtwind und dem damit einhergehenden Luftstrom L ungleichmäßig in dem mittigen Bereich des Wärmetauschers 2 abgeschieden.
  • Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 in der frontalen Draufsicht auf den Wärmetauscher 2, wobei im Unterschied zu 2 die elektrostatische Lenkvorrichtung 5 angeschaltet ist und somit die Wassertropfen WT zum Teil nach außen hin abgelenkt werden, so dass eine gleichmäßigere Verteilung der Wassertropfen WT auf dem Wärmetauscher 2 ermöglicht wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
    2
    Wärmetauscher
    3
    Zerstäubungsvorrichtung
    4
    Ionisationsvorrichtung
    5
    Lenkvorrichtung
    6
    Erste Spannungsquelle
    7,7`
    Zweite Spannungsquelle
    8
    Lüfter
    9
    Erdung
    10
    Steuervorrichtung
    11
    Kraftfahrzeug
    W
    Wasser
    WT
    Wassertropfen
    K
    Kühlkreislauf
    HC
    Wärmeabgebende Komponente
    FC
    Brennstoffzelle
    L
    Luftstrom
    P
    Pumpe
    L1, L2
    Segmente
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102020208714 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1), - mit einem Wärmetauscher (2), - mit einer Zerstäubungsvorrichtung (3), die geeignet ist Wasser (W) fein zu Wassertropfen (WZ) zu zerstäuben, - mit einem Kühlkreislauf (K), der zur Kühlung mindestens einer wärmeabgebenden Komponente (HC), insbesondere einer Brennstoffzelle (FC), ausgelegt ist, - wobei der Wärmetauscher (2) und die Zerstäubungsvorrichtung (3) hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäubungsvorrichtung (3) eine lonisationsvorrichtung (4) zur Ionisation der zerstäubten Wassertropfen (WT) angeordnet ist.
  2. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsvorrichtung (3) und die Ionisationsvorrichtung (4) eine Baueinheit bilden.
  3. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Zerstäubungsvorrichtung (3) und dem Wärmetauscher (2) eine elektrostatische Lenkvorrichtung (5) angeordnet ist.
  4. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) relativ zu den ionisierten zerstäubten Wassertropfen (WT) positiv geladen ist.
  5. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Lenkvorrichtung (5) weitestgehende in einer Ebene (E) parallel zur Wirkfläche des Wärmetauschers (2) angeordnet ist.
  6. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-5 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrostatische Lenkvorrichtung (5) in mindestens zwei Segmente (L1, L2) unterteilt ist, die durch eine Steuerung (10) An und/oder Aus und/oder in der Stärke ihrer Wirkung variabel geschaltet werden können.
  7. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser (W) eine elektrische Leitfähigkeit kleiner 100 µS/cm insbesondere kleiner 50 µS/cm aufweist.
  8. Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-7 dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Ionisationsvorrichtung (4) angeschlossene erste Spannungsquelle (6) und/oder eine an der an der elektrostatischen Lenkvorrichtung (5) angeschlossene mindestens zweite Spannungsquelle (7,7`) eine Hochspannungs-Gleichspannung ist, insbesondere im Spannungsbereich von größer 10 kV, insbesondere im Bereich von 70 bis 100 kV.
  9. Kraftfahrzeug (11) mit einem Kühlsystem für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (1), mit einem Wärmetauscher (2), - mit einer Zerstäubungsvorrichtung (3), die geeignet ist Wasser (W) fein zu Wassertropfen (WT) zu zerstäuben, - mit einem Kühlkreislauf (K), der zur Kühlung mindestens einer wärmeabgebenden Komponente (HC), insbesondere einer Brennstoffzelle (FC), ausgelegt ist, - wobei der Wärmetauscher (2) und die Zerstäubungsvorrichtung (3) hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zerstäubungsvorrichtung (3) eine Ionisationsvorrichtung (4) zur Ionisation von zerstäubtem Wassertropfen (WT) angeordnet ist.
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