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Die Erfindung betrifft eine thermische Konditionierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, das eine als Antrieb des Fahrzeugs dienende elektrische Maschine umfasst.
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Im Gegensatz zu dem, was bei Fahrzeugen, die mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind, der Fall ist, reicht in derartigen Fahrzeugen die von der elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs freigesetzte Wärmemenge von sich aus nicht aus, um den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erwärmen.
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Es wurde daher in Betracht gezogen, Kreisläufe zum Klimatisieren des Fahrgastraums des Fahrzeugs als Wärmepumpe zu betreiben, um diesem Nachteil abzuhelfen. Derartige Lösungen bereiten jedoch Schwierigkeiten, insbesondere im Hinblick auf das Vereisen der Wärmetauscher, welche im Wärmepumpenmodus der Außenluft Wärme entnehmen.
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Darüber hinaus muss die Batterie, die zur Versorgung der elektrischen Maschine dient, auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden, um, was Ladepegel und Lebensdauer anbelangt, optimal zu funktionieren.
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Es ist ferner zu beachten, dass zahlreiche elektrische und/oder elektronische Bauteile, beginnend mit der elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs, Wärme freisetzen und selbst dann, wenn sie nicht ausreichen, um den Fahrgastraum unter allen Umständen zu erwärmen, eine potentielle Wärmequelle darstellen.
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Mit anderen Worten bringen die Probleme der thermischen Regelung, die zu behandeln sind, zahlreiche Parameter ins Spiel, und die bislang vorgeschlagenen Lösungen sind komplex und/oder von begrenzter Leistungsfähigkeit.
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Die Erfindung hat die Lösung der obigen Probleme zur Aufgabe und schlägt zu diesem Zweck eine thermische Konditionierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vor, das eine als Antrieb des Fahrzeugs dienende elektrische Maschine umfasst, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- – einen Kühlfluidkreislauf, der mindestens zur Konditionierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs bestimmt ist,
- – einen ersten Wärmeträgerfluidkreislauf, der zu einer Kühlung der elektrischen Maschine bestimmt ist,
- – einen zweiten Wärmeträgerfluidkreislauf, der zu einer thermischen Regelung eines Bauteils eines Versorgungskreislaufs, insbesondere eine elektrische Versorgungsbatterie, der elektrischen Maschine bestimmt ist,
- – einen Wärmetauscher, der sogenannte erste Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher, der einen ersten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluidkreislauf und dem zweiten Kreislauf gestattet, wobei die Kreisläufe dazu ausgelegt sind, den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher mindestens als Kondensator zu betreiben, um das Wärmeträgerfluid mit Hilfe des Kühlfluids zu erwärmen.
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Die Erfindung schlägt so einen umfassenderen Ansatz vor, der die Verbesserung der Leistungsfähigkeit unter gleichzeitiger Beschränkung der Komplexität gestattet, insbesondere indem sie die Verwendung eines Wärmepumpeneffekts für ein Erwärmen des Fahrgastraums und der Batterie dank des ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauschers gestattet. Sie bieten über die Verbindungen, die zwischen den Wärmeträgerfluidkreisläufen realisiert werden können, darüber hinaus zahlreiche Möglichkeiten.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die gemeinsam oder getrennt verwendet werden können:
- – umfasst der zweite Kreislauf ferner einen zweiten Wärmetauscher, der dazu ausgelegt ist, den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erwärmen,
- – ist der zweite Wärmetauscher eine Heizung,
- – ist der zweite Wärmetauscher relativ zu dem Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher abgezweigt,
- – umfasst die Vorrichtung einen weiteren Wärmetauscher, den sogenannten zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluidkreislauf und dem zweiten Kreislauf gestattet, wobei die Kreisläufe dazu ausgelegt sind, den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher als Kühler zu betreiben, um das Wärmeträgerfluid mit Hilfe des Kühlfluids zu erwärmen,
- – ist der zweite Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher relativ zu dem Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher abgezweigt,
- – umfasst der zweite Kreislauf zwei Pumpen,
- – befindet sich eine erste der Pumpen an einem Zweig, der mit dem Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine versehen ist,
- – umfasst der zweite Kreislauf ferner einen Zweig zur Umgehung des Bauteils des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine,
- – ist der Umgehungszweig mit einem Ventil versehen, vorteilhafterweise mit Durchflussregelung,
- – ist der zweite Kreislauf ferner dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der ersten Pumpe im geschlossenen Kreislauf durch das Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine und den Umgehungszweig hindurch zu leiten,
- – ist der zweite Kreislauf ferner dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der ersten Pumpe im geschlossenen Kreislauf durch das Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine und den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher hindurch zu leiten,
- – befindet sich eine zweite der Pumpen zwischen einem Zweig, der mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher versehen ist, und einem Zweig, der mit dem zweiten Wärmetauscher, der zum Erwärmen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist, versehen ist,
- – ist der zweite Kreislauf ferner dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der zweiten Pumpe im geschlossenen Kreislauf in dem Zweig, der mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher versehen ist, und dem Zweig hindurch zu leiten, der mit dem zweiten Wärmetauscher, der zum Erwärmen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist, versehen ist,
- – umfasst der erste Kreislauf einen Wärmetauscher, den sogenannten ersten Vorderseitenwärmetauscher, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass der erste Vorderseitenwärmetauscher mit einem externen Luftstrom Wärme austauscht,
- – ist der erste Kreislauf dazu ausgelegt, ferner weitere elektrische Bauteile des Fahrzeugs zu kühlen,
- – umfasst der erste Kreislauf eine Pumpe,
- – umfasst der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher, den sogenannten zweiten Vorderseitenwärmetauscher, wobei die Vorrichtung so ausgelegt ist, dass der zweite Vorderseitenwärmetauscher mit dem externen Luftstrom Wärme austauscht,
- – ist der zweite Vorderseitenwärmetauscher dazu geeignet, als Kondensator und/oder als Verdampfer betrieben zu werden,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen ersten Zweig, der mit dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher versehen ist, und einen zweiten Zweig, der mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher versehen ist, wobei der erste und zweite Zweig des Kühlfluidkreislaufs zwischen einem Ausgang eines Kompressors des Kühlfluidkreislaufs und einem Knoten des Kühlfluidkreislaufs abgezweigt sind,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen Bevorratungsbehälter für das Kühlfluid, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, das Kühlfluid in dem Bevorratungsbehälter von dem gemeinsamen Knoten zwischen den ersten und zweiten Zweigen des Kühlfluidkreislaufs zirkulieren zu lassen,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen dritten Zweig, der mit einem Wärmetauscher versehen ist, der zum Kühlen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei der dritte Zweig zwischen einem Eingang des Kompressors und dem Knoten des Kühlfluidkreislaufs montiert ist,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen vierten Zweig, der mit dem zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher versehen ist, wobei der vierte Zweig von dem dritten Zweig, zwischen dem Eingang des Kompressors und dem Knoten des Kühlfluidkreislaufs abgezweigt ist,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen fünften Zweig, der die Verbindung eines Eingangs des Kompressors und des zweiten Vorderseitenwärmetauschers gestattet, wobei der Kühlfluidkreislauf ferner dazu ausgelegt ist, in einer ersten Ausgestaltung des Kühlfluidkreislaufs die Zirkulation des Kühlfluids in einer ersten Richtung durch den zweiten Vorderseitenwärmetauscher hindurch zu gestatten, indem der fünfte Zweig umgangen wird, und in einer zweiten Ausgestaltung des Kühlfluidkreislaufs die Zirkulation des Kühlfluids in dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher in der entgegengesetzten Richtung zu gestatten, indem der zweite Zweig benutzt wird,
- – umfasst der Kühlfluidkreislauf einen Speicher am Eingang des Kompressors,
- – ist der Kühlfluidkreislauf dazu ausgelegt, eine unabhängige Zirkulation des Kühlfluids in dem zweiten, dritten und vierten Zweig des Kühlfluidkreislaufs zu gestatten.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform sind der erste und zweite Kreislauf unabhängig.
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In einer Abwandlung sind der erste und zweite Kreislauf miteinander verbunden.
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Gemäß der Abwandlung umfassen der erste und zweite Kreislauf einen ersten Zweig, der mit der elektrischen Maschine versehen ist, und einen zweiten Zweig, der mit dem Bauteil des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine versehen ist, wobei die Zweige von dem ersten Vorderseitenwärmetauscher abgezweigt sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen dieser Abwandlung der Erfindung, die gemeinsam oder getrennt verwendet werden können:
- – umfasst der erste Zweig die Pumpe des ersten Kreislaufs,
- – sind der erste und zweite Kreislauf dazu ausgelegt, eine Zirkulation des Wärmeträgerfluids im geschlossenen Kreislauf zwischen dem ersten Zweig und dem gesamten oder einem Teil des zweiten Kreislaufs zu gestatten,
- – umfasst der erste Zweig ferner einen Wärmegenerator, der dazu ausgelegt ist, das Wärmeträgerfluid zu erwärmen, und/oder einen Wärmespeicher, der dazu ausgelegt ist, Wärme, die aus dem Wärmeträgerfluid stammt, zu speichern und/oder Wärme an das Wärmeträgerfluid zurückzugeben,
- – umfasst der Wärmegenerator einen elektrischen Widerstand, der dazu ausgelegt ist, durch die elektrische Maschine versorgt zu werden, die während einer Bremsphase des Fahrzeugs als Generator betrieben wird,
- – sind der erste und zweite Kreislauf so ausgelegt, dass der Wärmegenerator und der Speicher in Reihe in dieser Reihenfolge durch das Wärmeträgerfluid durchströmt werden.
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Weitere Merkmale, Details und Vorteile der Erfindung treten deutlich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung hervor, die unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen als Beispiel angegeben ist; es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht,
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2 eine erste Ausführungsabwandlung der Vorrichtung,
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3 eine zweite Ausführungsabwandlung der Vorrichtung,
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4 eine dritte Ausführungsabwandlung der Vorrichtung.
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In der nachstehenden Beschreibung werden die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ verwendet. Diese Begriffe beziehen sich im Hinblick auf das betroffene Bauteil auf die Richtung des Fluids in dem betroffenen Kreislauf und die in Betracht gezogene Betriebsart.
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Wie dies in den verschiedenen Figuren veranschaulicht ist, betrifft die Erfindung eine thermische Konditionierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, das eine als Antrieb des Fahrzeugs dienende elektrische Maschine 1 umfasst. Mit anderen Worten ist die Erfindung für Fahrzeuge, so genannte Elektro- oder Hybridfahrzeuge, bestimmt, die einen Antriebsstrang des Fahrzeugs verwenden, der eine elektrische Maschine an Stelle oder zusätzlich zu dem herkömmlicherweise verwendeten Verbrennungsmotor, umfasst. Der Antriebsstrang ist insbesondere dazu ausgelegt, ein mechanisches Moment, das von der elektrischen Maschine 1 bereit gestellt wird, an die Räder des Fahrzeugs zu übertragen.
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Zunächst wird die Vorrichtung beschrieben, bevor bestimmte ihrer Verwendungsformen beschrieben werden, darunter:
- – eine oder mehrere Betriebsarten „Klimatisierung“ zum Kühlen des Fahrgastraums des Fahrzeugs,
- – eine oder mehrere Betriebsarten zum Kühlen elektrischer Bauteile, wie die elektrische Maschine und/oder Bauteile, die mit dem Betrieb der elektrischen Maschine zusammenhängen, wie deren Batterie,
- – eine oder mehrere Betriebsarten „Wärmepumpe“ zum Erwärmen des Fahrgastraums des Fahrzeugs und/oder der elektrischen Bauteile.
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Die Vorrichtung umfasst drei Kreisläufe, namentlich:
- – einen Kühlfluidkreislauf 2,
- – einen ersten Wärmeträgerfluidkreislauf 3, der zu einer Kühlung der elektrischen Maschine bestimmt ist,
- – einen zweiten Wärmeträgerfluidkreislauf 4, der zu einer thermischen Regelung eines Bauteils 5 eines Kreislaufs zur Vorsorgung der elektrischen Maschine 1 bestimmt ist, insbesondere ihrer elektrischen Versorgungsbatterie.
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Das Kühlfluid ist ein Fluid, das unter den Betriebstemperatur- und Betriebsdruckbedingungen des Kühlfluidkreislaufs zum Phasenaustausch bestimmt ist. Es handelt sich zum Beispiel um das unter dem Namen R134 oder R1234yf bekannte Fluid. Das Wärmeträgerfluid ist zum Beispiel eine Flüssigkeit, insbesondere ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, insbesondere Glykol.
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Wie dies in 1 veranschaulicht ist, kann der erste Kreislauf 3 dazu ausgelegt sein, weitere Bauteile 6, 8 des Fahrzeugs zu kühlen. Es handelt sich insbesondere um elektrische Bauteile, das heißt um Bauteile, die über den Joule-Effekt Wärme freisetzen, wie die elektrische Maschine 1 und/oder die Batterie 5. Genauer gesagt kann es sich zum Beispiel um ein elektronisches Modul 6 zum Steuern der elektrischen Maschine und/oder des oder der zugehörigen elektrischen Kreislaufs/Kreisläufe und/oder um ein elektronisches Modul zum Steuern einer Luftkonditionierungsanlage für den Fahrgastraum des Fahrzeugs handeln, wobei die Konditionierungsanlage den Klimatisierungskreislauf 2 umfasst.
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Die elektrische Maschine 1 und die weiteren Bauteile 6, 8 sind hier an zwei parallelen Zweigen 10, 12 des ersten Kreislaufs 3 abgezweigt. Die weiteren Bauteile 6, 8 sind an einem 10 der Zweige in Reihe montiert, und die elektrische Maschine 1 ist an dem anderen 12 der Zweige montiert.
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Der erste Kreislauf 3 kann ferner einen Wärmetauscher 14 umfassen, den sogenannten ersten Vorderseitenwärmetauscher. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass der erste Vorderseitenwärmetauscher 14 mit einem externen Luftstrom FE Wärme austauscht. Der erste Kreislauf 3 umfasst ferner eine Pumpe 16 zur Mitnahme der Wärmeträgerflüssigkeit in den ersten Kreislauf 3.
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Ein erster Knoten 18 der zwei parallelen Zweige 10, 12 ist mit einem Ausgang der Pumpe 16 verbunden. Ein zweiter Knoten 21 der zwei parallelen Zweige 10, 12, der zu dem ersten Knoten 20 entgegengesetzt ist, ist mit dem ersten Vorderseitenwärmetauscher 14 verbunden. Dieser letzte ist mit dem Eingang der Pumpe 16 verbunden. Mit anderen Worten zirkuliert das Wärmeträgerfluid hier in Reihe von der Pumpe 16 durch die zwei parallelen Zweige 10, 12 und dann den ersten Vorderseitenwärmetauscher 14 hindurch, um zu der Pumpe 16 zurückzukehren.
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Die Vorrichtung, insbesondere der zweite Kreislauf 4, umfasst ferner einen ersten Wärmetauscher 22, den sogenannten ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher, der einen ersten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluidkreislauf 2 und dem zweiten Kreislauf 4 gestattet. Die Kreisläufe 2, 3, 4, insbesondere der Kühlfluidkreislauf 2 und der zweite Kreislauf 4, sind ferner dazu ausgelegt, den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 mindestens als Kondensator zu betreiben, um das Wärmeträgerfluid mit Hilfe des Kühlfluids zu erwärmen.
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Der zweite Kreislauf 4 umfasst ferner einen zweiten Wärmetauscher 24, der dazu ausgelegt ist, den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erwärmen, insbesondere eine Heizung.
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Die Vorrichtung, insbesondere der zweite Kreislauf 4, umfasst hier einen weiteren Wärmetauscher 26, den sogenannten zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlfluidkreislauf 2 und dem zweiten Kreislauf 4 gestattet. Die Kreisläufe 2, 3, 4, insbesondere der Kühlfluidkreislauf 2 und der zweite Kreislauf 4, sind ferner dazu ausgelegt, den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 24 mindestens als Kühler zu betreiben, so dass das Wärmeträgerfluid mit Hilfe des Kühlfluids erwärmt wird.
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Der zweite Wärmetauscher 24 ist dazu ausgelegt, den Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erwärmen, wobei der erste Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 und der zweite Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 24 hier relativ zu dem Bauteil 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 an dem ersten Zweig 28, zweiten Zweig 30 bzw. dritten Zweig 32 des zweiten Kreislaufs 3 abgezweigt sind, wobei das Bauteil 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 an einem vierten Zweig 34 des zweiten Kreislaufs 3 montiert ist.
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Der zweite Kreislauf 3 umfasst hier zwei Pumpen 36, 38. Eine erste 36 der Pumpen befindet sich an dem vierten Zweig 34.
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Der zweite Kreislauf 3 ist ferner dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der ersten Pumpe 36 im geschlossenen Kreislauf durch das Bauteil 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 und den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 hindurch zu leiten. Hierzu umfasst er hier ein erstes Ventil 40 und ein zweites Ventil 42. Das erste Ventil 40 befindet sich zwischen dem zweiten 30 und dem dritten 32 Zweig, zum Beispiel auf der Eingangsseite der ersten Pumpe 36, und/oder das zweite Ventil 42 befindet sich an dem dritten Zweig 32, zum Beispiel auf der Eingangsseite der ersten Pumpe 36.
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Eine zweite 38 der Pumpen befindet sich zwischen dem ersten Zweig 28 und dem zweiten Zweig 30. Die erste und zweite Pumpe 36, 38 sind dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid gleichzeitig in dem zweiten Zweig 30 und/oder dritten Zweig 32 zirkulieren zu lassen.
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Es ist zu beachten, dass der zweite Kreislauf 3 ferner dazu ausgelegt ist, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der zweiten Pumpe im geschlossenen Kreislauf in dem ersten Zweig 28 und dem zweiten Zweig 30 hindurch zu leiten, insbesondere dank des ersten Ventils 40 und zweiten Ventils 42.
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Optional ist der zweite Zweig 30 ferner mit einer Einrichtung zur Erwärmung 31 der Wärmeträgerflüssigkeit versehen, hier in Reihe mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 ist mindestens zu einer Konditionierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs bestimmt. Hierfür umfasst er neben dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 und zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 einen Wärmetauscher 44, den sogenannten zweiten Vorderseitenwärmetauscher.
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Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass der zweite Vorderseitenwärmetauscher 44 mit dem externen Luftstrom FE Wärme austauscht. Der erste Vorderseitenwärmetauscher 14 und der zweite Vorderseitenwärmetauscher 44 sind hier in der Zirkulationsrichtung des Luftstroms FE in Reihe montiert, wobei der zweite Vorderseitenwärmetauscher Vorderseitenwärmetauscher 44 dazu bestimmt ist, als erster von dem externen Luftstrom FE durchströmt zu werden.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 umfasst einen ersten Zweig 46, der mit dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 versehen ist, und einen zweiten Zweig 48, der mit dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 versehen ist. Der erste Zweig 46 und zweite Zweig 48 des Kühlfluidkreislaufs 2 sind zwischen einem Ausgang 52 eines Kompressors 50 des Kühlfluidkreislaufs 2 und einem Knoten 53 des Kühlfluidkreislaufs 2 abgezweigt.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 umfasst hier einen dritten Zweig 54, der mit einem Wärmetauscher 56 versehen ist, insbesondere einem Verdampfer, der zum Kühlen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist. Der dritte Zweig ist zwischen einem Eingang 60 des Kompressors und dem Knoten 53 des Kühlfluidkreislaufs 2 montiert, das heißt, dem gemeinsamen Knoten zwischen dem ersten Zweig 46 und dem zweiten Zweig 48 des Kühlfluidkreislaufs 2.
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Der zweite Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 befindet sich vorteilhafterweise an einem vierten Zweig 58, der von dem dritten Zweig abgezweigt ist, das heißt, zwischen dem Eingang 60 des Kompressors und dem Knoten 53 des Kühlfluidkreislaufs 2.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 kann ferner einen Speicher 62 für das Kühlfluid umfassen, am Eingang des Kompressors 50.
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Der zweite Vorderseitenwärmetauscher 44 ist vorteilhafterweise dazu geeignet, als Kondensator und/oder als Verdampfer betrieben zu werden,
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Hierfür umfasst der Kühlfluidkreislauf 2 hier einen fünften Zweig 64, der die Verbindung des Eingangs des Speichers 64 und des zweiten Vorderseitenwärmetauschers 44 gestattet.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 ist ferner dazu ausgelegt, Folgendes zu gestatten:
- – in einer ersten Ausgestaltung des Kühlfluidkreislaufs die Zirkulation des Kühlfluids in einer ersten Richtung durch den zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 hindurch, das heißt in der Figur von oben nach unten, indem der fünfte Zweig 64 umgangen wird, mit Hilfe eines Teils des ersten Zweigs 46 des Kühlfluidkreislaufs 2, der mit dem Ausgang des Kompressors 50 verbunden ist, und
- – in einer zweiten Ausgestaltung des Kühlfluidkreislaufs die Zirkulation des Kühlfluids in dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 in der entgegengesetzten Richtung, indem der zweite Zweig 64 als Rückleitung zu dem Kompressor 50 benutzt wird.
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Eine derartige Ausgestaltung des Kühlkreislaufs ist insbesondere insofern vorteilhaft, als sie eine Kontinuität des Zustands des Kühlfluids gestattet. Genauer gesagt ist das Fluid im Bereich des Knotens 53 des Kühlfluidkreislaufs in flüssiger Phase, unabhängig davon, ob man sich in der Betriebsart „Klimatisierung“ oder in der Betriebsart „Wärmepumpe“ befindet. Die Wechsel in der Betriebsart werden auf diese Weise vereinfacht.
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Ein derartiges Ergebnis wird insbesondere durch Parallelsetzen des ersten Zweigs 46 und zweiten Zweigs 48 zwischen dem Eingang des Verdampfers 50 und dem Knoten 53 des Kühlfluidkreislaufs möglich, und zwar in Kombination mit:
- – dem Anschluss des dritten Zweigs 54 und/oder vierten Zweigs 58 an dem Eingang des Kompressors, von dem Knoten 53 des Kühlfluidkreislaufs aus, wo der erste Zweig 46 und der zweite Zweig 48 angeschlossen werden,
- – dem Vorhandensein des fünften Verbindungszweigs 64,
- – der Verwendung einer Anordnung von Ventilen, die gestattet, die Zirkulation des Fluids in dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 umzukehren und vorteilhafterweise das Fluid in jeden der Zweige strömen zu lassen oder nicht.
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Diesbezüglich ist zu beachten, dass die Ausgestaltung die Beschränkung der Anzahl von Ventilen gestattet, die zur Realisierung der gewünschten Funktionen einzusetzen sind.
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Genauer gesagt kann der Kühlfluidkreislauf in diesem Sinne ein erstes Ventil 66 umfassen, das sich an dem ersten Zweig 46 des Kühlfluidkreislaufs 2 befindet, und/oder ein zweites Ventil 68 umfassen, das sich an dem zweiten Zweig 48 des Kühlfluidkreislaufs 2 befindet, hier am Ausgang des Kompressors 50. Er umfasst ferner ein drittes Ventil 70 an dem fünften Zweig 64.
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Er umfasst hier ferner Rückschlagventile 72a, 72b an jedem des ersten Zweig 46 und zweiten Zweig 48, auf der Seite des gemeinsamen Knotens 53. Ein Entlastungsventil 74 kann von dem Rückschlagventil 72a des ersten Zweigs 46 des Kühlfluidkreislaufs 2 abgezweigt sein.
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Dieser Kühlfluidkreislauf 2 ist hier ferner dazu ausgelegt, eine unabhängige Zirkulation des Kühlfluids in dem ersten Zweig 46, zweiten Zweig 48, dritten Zweig 54 und vierten Zweig 58 des Kühlfluidkreislauf 2 zu gestatten, insbesondere mit Hilfe der Ventile 66, 68, die oben erwähnt sind, und/oder von Ventilen 76, 78, die sich an dem dritten Zweig 54 und vierten Zweig 58 des Kühlfluidkreislaufs 2 befinden, insbesondere auf der Seite des dem ersten Zweig 46 und zweiten Zweig 48 des Kühlfluidkreislaufs 2 gemeinsamen Knotens 53.
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Der Wärmetauscher 56, der zum Kühlen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist, kann mit dem zweiten Wärmetauscher 24, der zum Erwärmen des Fahrgastraums des Fahrzeugs ausgelegt ist, in einem nicht dargestellten Luftkonditionierungsgehäuse verbunden sein, um den Luftstrom FH, dessen Temperatur dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung geregelt wird, in Richtung des Fahrgastraums des Fahrzeugs zu leiten.
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Wie dies weiter unten entwickelt wird, gilt es zu verstehen, dass sich mit einer derartigen Vorrichtung unter anderem gleichzeitig eine Wärmeregelung des Fahrgastraums des Fahrzeugs und der Batterie 5 durchführen lässt, und zwar unter Verwendung eines Wärmepumpeneffekts, der durch den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 bewirkt wird.
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In 1 sind der erste und zweite Kreislauf 3, 4 unabhängig. Wie dies in den folgenden Figuren veranschaulicht ist, können der erste und zweite Kreislauf 3, 4 ferner miteinander verbunden sein. So kann man über Wärmetransfers zwischen den Kreisläufen verfügen.
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Wie dies in 2 veranschaulicht ist, umfassen der erste und zweite Kreislauf 2, 3:
- – einen ersten Zweig 80, der einem Teil de ersten Kreislaufs 3 entspricht und insbesondere die Pumpe 16 des ersten Kreislaufs 3, die elektrische Maschine 1 und/oder die zu dieser parallel montierten Bauteile 8 umfasst,
- – einen zweiten Zweig 82, der den ersten Kreislauf und zweiten Kreislauf 3, 4 verbindet.
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Der zweite Zweig 82 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs ist zum Beispiel mit dem Bauteil 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 versehen.
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Die ersten und zweiten Zweige 80, 82 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs sind hier von dem ersten Vorderseitenwärmetauscher 14 abgezweigt.
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Der zweite Kreislauf 2 umfasst vorteilhafterweise einen Zweig zur Umgehung 84 des Bauteils 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1. Der zweite Kreislauf 2 ist ferner dazu ausgelegt, das Wärmeträgerfluid mit Hilfe der ersten Pumpe 36 des zweiten Kreislaufs 4 im geschlossenen Kreislauf durch das Bauteil 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 und den Umgehungszweig 84 hindurch zu leiten. Auf diese Weise kann eine Homogenisierung des Bauteils 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1 vorgenommen werden.
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Der erste und zweite Kreislauf 3, 4 sind dazu ausgelegt, eine Zirkulation des Wärmeträgerfluids im geschlossenen Kreislauf zwischen dem ersten Zweig 80 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs und dem gesamten oder einem Teil des zweiten Kreislaufs 3, insbesondere seinem dritten Zweig 32, zu gestatten.
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Die oben erwähnten Zirkulationen werden hier durch das erste Verbindungsventil 86, zweite Verbindungsventil 88, dritte Verbindungsventil 90 und/oder vierte Verbindungsventil 92 ermöglicht. Das erste Verbindungsventil 86 befindet sich an dem zweiten Zweig 82 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs, zwischen dem ersten Kreislauf 3 und dem vierten Zweig 34 des zweiten Kreislaufs 4, auf der Eingangsseite der Pumpe 16 des ersten Kreislaufs 2. Das zweite Verbindungsventil 88 befindet sich an dem Umgehungszweig 84. Das dritte Verbindungsventil 90 befindet sich an dem vierten Zweig 34 des zweiten Kreislaufs 4 auf der Seite des Bauteils 5 des Kreislaufs zur Versorgung der elektrischen Maschine 1, die zu der ersten Pumpe 36 des zweiten Kreislaufs 4 entgegengesetzt ist, hier stromabwärts eines Verbindungspunkts 96 des Umgehungskreislaufs 84 und stromaufwärts eines Verbindungsteils 97 des ersten Kreislaufs 3. Das vierte Verbindungsventil 94 befindet sich an dem ersten Kreislauf 3 stromabwärts eines Knotens 99 der ersten und zweiten Zweige 80, 82 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs.
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Die an dem zweiten Kreislauf und/oder den Wärmeträgerfluidkreisläufen vorgesehene Ventilanordnung kann dazu ausgelegt ein, eine Regelung des Durchflusses des Wärmeträgerfluids durch den Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 hindurch zu gestatten. Das zweite Ventil 88 kann insbesondere mit variablem Durchfluss vorgesehen sein. Auf diese Weise lässt sich bewirken, dass ein geringer Durchfluss durch den Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 hindurch vorliegt, was gestattet, Wärmeträgerflüssigkeit sehr geringer Temperatur zum Kühlen der Batterie und einen besseren Betrieb des Kühlfluidkreislaufs zu haben, wobei sich der Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 in einem Niederdruckteil von diesem letzten befindet,
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Wie dies in 3 veranschaulicht ist, kann der erste Zweig ferner einen Wärmegenerator 98 umfassen, der dazu ausgelegt ist, das Wärmeträgerfluid zu erwärmen, und/oder einen Wärmespeicher 100 umfassen, der dazu ausgelegt ist, Wärme, die aus dem Wärmeträgerfluid stammt, zu speichern und/oder Wärme an das Wärmeträgerfluid zurückzugeben. Der Wärmegenerator 98 umfasst zum Beispiel einen elektrischen Widerstand, der dazu ausgelegt ist, durch die elektrische Maschine 1 versorgt zu werden, die während einer Bremsphase des Fahrzeugs als Generator betrieben wird. Der erste und zweite Kreislauf 3, 4 sind so ausgelegt, dass der Wärmegenerator 98 und der Speicher 100 in Reihe in dieser Reihenfolge durch das Wärmeträgerfluid durchströmt werden.
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Es ist zu verstehen, dass eine derartige Lösung das Speichern von Wärme während der Betriebsphasen des Fahrzeugs, die das erlauben, und, falls erforderlich, deren Rückgabe gestattet.
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Wie dies in 4 veranschaulicht ist, kann der Kühlfluidkreislauf an Stelle des Speichers 62 einen Bevorratungsbehälter 102 für das Kühlfluid umfassen.
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Die Vorrichtung ist dazu ausgelegt ist, das Kühlfluid in dem Bevorratungsbehälter 102 von dem gemeinsamen Knoten 53 zwischen dem ersten 46 und zweiten 48 Zweig des Kühlfluidkreislaufs 2 zirkulieren zu lassen.
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Der dritte 54 und vierte 58 Zweig des Kühlfluidkreislaufs sind hier zwischen dem Eingang 60 des Kompressors 52 und einem Ausgang 104 des Bevorratungsbehälters für das Kühlfluid abgezweigt. Der fünfte Zweig 64 ist direkt an den Eingang 60 des Kompressors 52 angeschlossen. Das Rückschlagventil 72 zum Umgehen des Entlastungsventils 74 ist unnötig geworden.
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Der Kühlfluidkreislauf 2 kann ferner einen internen Wärmetauscher 106 umfassen, der dazu bestimmt ist, einen Wärmeaustausch zu gestatten zwischen dem Kühlfluid, das einerseits stromaufwärts eines Anschlusses 108 des fünften Zweigs 64 an dem Eingang des Kompressors 50 und stromabwärts eines ersten dem dritten Zweig 54 und vierten Zweig 58 des Kühlfluidkreislaufs 2 gemeinsamen Knotens 110 und andererseits stromaufwärts eines zweiten gemeinsamen Knotens 112 zwischen dem dritten Zweig 54 und vierten Zweig 58 des Kühlfluidkreislaufs 2 und stromabwärts eines gemeinsamen Knotens 114 zwischen dem Eingang 104 des Bevorratungsbehälters 102 für das Kühlfluid und einem Eingang des Entlastungsventils 74, das in der Zirkulationsrichtung des Fluids in der zweiten Ausgestaltung stromabwärts mit dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 verbunden ist, abgenommen wird.
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Im Folgenden sind verschiedene Betriebsarten der erfindungsgemäßen Verrichtung in Verbindung mit der Ausführungsform in 3 ausgeführt.
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Gemäß einer ersten Betriebsart zirkuliert das Kühlfluid in Reihe von dem Kompressor 50 durch den zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44, das Rückschlagventil 72a, den Verdampfer 56 und den Speicher 62 hindurch, um zu dem Kompressor 50 zurückzukehren. Man ist dann in einer herkömmlichen Betriebsart für eine Konditionierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs.
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Das Wärmeträgerfluid kann seinerseits gleichzeitig:
- – in geschlossenem Kreislauf in dem ersten Kreislauf 3 und in geschlossenem Kreislauf in der Batterie 5 und deren Umgehungszweig 84 zirkulieren, um eine Homogenisierung der Batterie vorzunehmen, oder
- – in dem ersten Kreislauf 3 und der Batterie 5 zirkulieren, indem es den zweiten Zweig 82 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs durchströmt, um eine Kühlung der Batterie 5 mit Hilfe des ersten Vorderseitenwärmetauschers 44 vorzunehmen, oder
- – in dem ersten Kreislauf 3 und in geschlossenem Kreislauf zwischen der Batterie 5 und dem zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26, wobei das Kühlfluid ferner in den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 fließt, um eine Kühlung der Batterie 5 mit Hilfe des zweiten Vorderseitenwärmetauschers 26 vorzunehmen.
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Gemäß einer weiteren Betriebsart, die eine Entfeuchtung des Fahrgastraums gestattet, zirkuliert das Wärmeträgerfluid in zwei unterschiedlichen geschlossenen Kreisläufen:
- – in dem ersten Kreislauf 3,
- – zwischen der Batterie 5 und deren Umgehungszweig 84 und/oder
- – zwischen dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 und der Heizung 24.
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Das Kühlfluid zirkuliert dann von dem Kompressor 50 aus durch den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22, den Verdampfer 46 und den Speicher 62 hindurch, um zu dem Kompressor 50 zurückzukehren.
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Es findet dann eine Entfeuchtung der Luft durch den Verdampfer 46 und eine Erwärmung der Luft durch die Heizung 24 statt, die mit Wärmeträgerfluid versorgt wird, das durch den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 erwärmt wird.
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In dieser Betriebsart kann das Kühlfluid ferner parallel in dem zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 und dem Rückschlagventil 72a zirkulieren. Dieser letzte Fall wird verwendet, wenn die durch den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 bereit gestellte Leistung höher ist als die benötigte Heizleistung. Es findet dann eine Ableitung der überschüssigen Heizleistung an der Vorderseite statt.
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Gemäß einer weiteren Betriebsart zirkuliert das Kühlfluid von dem Kompressor 50 aus durch den ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22, das Entlastungsventil 74, den zweiten Vorderseitenwärmetauscher 44 und den Speicher 62 hindurch, indem es den fünften Zweig 64 durchströmt, um zu dem Kompressor 50 zurückzukehren. Sie wird dann als Wärmepumpe betrieben.
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Das Wärmeträgerfluid kann je nach Bedarf gleichzeitig auf verschiedene Arten zirkulieren. Zum Beispiel zirkuliert es in zwei verschiedenen geschlossenen Kreisläufen:
- – in dem ersten Zweig 80 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs und dem dritten Zweig 32 des zweiten Kreislaufs 4,
- – zwischen der Batterie 5 und deren Umgehungszweig 84 und/oder
- – zwischen dem ersten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 22 und der Heizung 24, zum Erwärmen insbesondere des Fahrgastraums.
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Der erste Vorderseitenwärmetauscher 14 wird dann nicht von dem Wärmeträgerfluid durchströmt.
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Es kann darüber hinaus eine Hebelwirkung auf den zweiten Wärmeträger-Kühlmittel-Wärmetauscher 26 ausgehend von der abgegebenen und/oder in dem ersten Kreislauf 2 gespeicherten Wärme erreicht werden, indem man das Kühlfluid in dem entsprechenden Zweig sowie gegebenenfalls in dem mit dem Kondensator versehenen Zweig 54 zirkulieren lässt.
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Alternativ kann das Wärmeträgerfluid nur in dem ersten 28, zweiten 30 und vierten Zweig 34 des zweiten Kreislaufs 4 zirkulieren, um ferner eine Erwärmung der Batterie durch die Wärmepumpe zu gestatten, oder nur in dem ersten Zweig 28 und zweiten Zweig 30 des zweiten Kreislaufs 4 und dem ersten Zweig 80 des miteinander verbundenen ersten und zweiten Kreislaufs zirkulieren, um ferner eine Speicherung von Wärme ausgehend von der Wärmepumpe zu gestatten.
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Es sind ferner weitere Betriebsarten möglich, die insbesondere einen Betrieb in der Betriebsart „Wärmepumpe“ gestatten und gleichzeitig das Vereisen des zweiten Vorderseitenwärmetauschers 44 verhindern, mit einer Zirkulationsart des Kühlfluids, die ganz oder teilweise derjenigen ähnlich ist, welche die Entfeuchtung und eine Zirkulation des Wärmeträgerfluids gemäß sämtlichen oder einem Teil der Zirkulationen gestattet, die bereits im Zusammenhang mit dem Betrieb als Wärmepumpe aufgeführt wurden.
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Es ist ferner möglich, das Kühlfluid nicht zirkulieren zu lassen. Dann wird nur die Wärme des Speichers 100 für die Erwärmungszwecke verwendet. Darüber hinaus kann man das Wärmeträgerfluid nicht in dem zweiten Kreislauf 4 zirkulieren lassen, wenn seine Temperatur geringfügig niedriger ist als die Umgebungstemperatur.
