WO2022189073A1 - Kühlvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2022189073A1
WO2022189073A1 PCT/EP2022/052444 EP2022052444W WO2022189073A1 WO 2022189073 A1 WO2022189073 A1 WO 2022189073A1 EP 2022052444 W EP2022052444 W EP 2022052444W WO 2022189073 A1 WO2022189073 A1 WO 2022189073A1
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cooling device
circuit
inlet
evaporator
motor vehicle
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PCT/EP2022/052444
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Nikolaos Spyrou
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Psa Automobiles Sa
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    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H2001/3286—Constructional features
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling device for a motor vehicle, in particular an air conditioning system and a cooling device for cooling a traction battery of an electrically operated motor vehicle.
  • a cooling circuit for a motor vehicle is known from FR 3077242 B1, which is designed and provided for cooling the motor vehicle interior and for cooling a vehicle battery.
  • the present development is based on the object of providing a cooling device for a motor vehicle, in particular for an electrically operated motor vehicle.
  • the cooling device should be characterized by particularly efficient and energy-saving operation.
  • the objective here is to reduce the temperature of an evaporator for controlling the temperature of the motor vehicle interior. This object is achieved with a cooling device and with a motor vehicle according to the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are the subject matter of dependent patent claims.
  • a cooling device for a motor vehicle includes a first circuit and a second circuit.
  • the first circuit has a compressor, a condenser, a first expansion device and an evaporator.
  • the second circuit is thermally coupled to the first circuit via a heat exchanger.
  • the 10 circuit is also thermally coupled to an energy store.
  • the energy store is preferably an electric battery, typically a traction battery for the electrically operated motor vehicle.
  • the cooling device also has an ejector pump, which is arranged in the first circuit upstream of the compressor and downstream of the heat exchanger.
  • a particularly efficient operation of the cooling device can be achieved by means of the ejector pump.
  • the ejector pump enables the refrigerant flowing through it to be accelerated, thereby
  • the operating pressure in the evaporator can be reduced, which can be accompanied by a temperature reduction in the area of the evaporator.
  • a temperature reduction in the area of the evaporator in turn leads to an improved energy balance and efficient operation of the
  • the first circuit is configured as a refrigerant circuit.
  • a refrigerant typically circulates in the first circuit.
  • the first circuit as a refrigerant circuit
  • the second circuit can also be designed as a coolant circuit. It is thermally coupled to the first circuit. A coolant typically circulates in the second circuit in order to cool the energy store.
  • the ejector pump is arranged downstream of the evaporator in the first circuit. Because the ejector pump is arranged downstream of the evaporator and upstream of the compressor, it can lead to a pressure increase in the first circuit on the compressor side and a pressure reduction in the first circuit on the evaporator side. Both effects
  • the first circuit has a first refrigerant branch and a second refrigerant branch running parallel thereto.
  • the evaporator is arranged in the first refrigerant branch.
  • heat exchanger is arranged in the second refrigerant branch.
  • the first refrigerant branch and the second refrigerant branch open into the ejector pump.
  • the ejector pump is located at the downstream end of the first refrigerant branch and the second refrigerant branch.
  • the ejector pump fulfills a dual function here. On the one hand, it leads to a change in the pressure levels in the area of the evaporator and
  • the first expansion element in the first coolant branch upstream of the Evaporator, ie upstream of the evaporator in terms of flow, arranged the first expansion element.
  • the first expansion element is typically designed as a controllable expansion valve. By means of the first expansion element, the refrigerant can flow through the downstream evaporator
  • a second expansion element is arranged in the second refrigerant branch upstream of the heat exchanger.
  • the second expansion element can also be designed as a controllable expansion valve.
  • the refrigerant flow in the white coolant branch can be adjusted and regulated as required.
  • the first and second expansion devices are independently adjustable and controllable.
  • 15 second expansion element is typically via an electronic control of the cooling device.
  • the ejector pump has a first inlet, a second inlet, an outlet and a mixing chamber.
  • the outlet is fed by the mixing chamber. Refrigerant flowing into the mixing chamber via the first inlet and via the second inlet mixes in the mixing chamber and flows from the mixing chamber via the outlet in the direction of the compressor.
  • the first inlet of the ejector pump is fluidically connected to an outlet of the heat exchanger. This is typically a direct flow connection without the interposition of other components of the cooling device or circuit.
  • a pipe and/or hose line typically runs from the outlet of the heat exchanger into the first inlet of the ejector pump.
  • the second inlet of the ejector pump is fluidically connected to an outlet of the evaporator.
  • it is typically a direct flow connection, which is typically provided by a hose and/or pipeline.
  • a piece of line that is fluidically connected to the outlet of the evaporator is connected to the second inlet of the ejector pump.
  • the outlet of the ejector pump is fluidically connected to an inlet of the compressor.
  • a direct flow connection can be implemented by means of a fluid and/or gas-carrying line.
  • the suction jet pump has a driving nozzle into which the first inlet of the suction jet pump opens.
  • the driving nozzle of the ejector pump is fluidically connected to the outlet of the heat exchanger. In this way, the kinetic energy
  • the ejector pump has a suction port
  • the ejector pump is typically in direct flow connection with the outlet of the evaporator. In this way, a suction can be provided at the outlet of the evaporator, which can lead to a reduction in the pressure in the evaporator. In other words, it is further in this embodiment
  • the suction pressure on the inlet side of the compressor can also be increased here without increasing the pressure level in the evaporator. Ultimately, this leads to a reduction in the temperature at the evaporator, which can prove to be advantageous for the energy efficiency of the operation of the air conditioning system formed by the first circuit.
  • the energy store, with which the second circuit is thermally coupled is an electric battery. This can be an electric traction battery, from which electrical energy for the
  • the first circuit forms a motor vehicle air conditioning system.
  • the thermal coupling of the first circuit and the second circuit can be used to cool the battery of the motor vehicle
  • the heat exchanger is typically designed as a counterflow heat exchanger. It can also commonly be designed as a so-called chiller.
  • the second circuit has its own coolant pump. That is, the refrigerant circulating in the second circuit can circulate independently of the refrigerants circulating in the first circuit.
  • the cooling capacity of the second circuit can be
  • the present development also relates to a motor vehicle, in particular a passenger car, which a
  • the motor vehicle 25 has the cooling device described above.
  • the motor vehicle typically has a drive, such as an internal combustion engine or an electric motor.
  • the motor vehicle can be designed as a purely electric vehicle or as a hybrid vehicle.
  • the motor vehicle has an energy store in the form of an electric battery
  • the first circuit is thermally coupled to the second circuit of the cooling device described above.
  • the first circuit forms an air conditioning system for the motor vehicle, which is used to control the temperature of the motor vehicle interior.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a motor vehicle equipped with the cooling device
  • FIG 3 shows a basic sketch of a suction jet pump provided in the cooling device.
  • the motor vehicle 1 shown in FIG. 2 has a motor vehicle body 2 with an interior 3 functioning as a passenger compartment.
  • the motor vehicle 1 is also equipped with a drive 4, typically an electric motor.
  • the drive 4 can be supplied with electrical energy by means of an energy store 40 .
  • the energy store 40 can be designed as an electric and chargeable battery 41 .
  • the motor vehicle 1 also has a cooling device 10.
  • the cooling device 10 shown schematically in a block diagram in FIG.
  • first circuit 11 and a second circuit 21 on.
  • the first circuit 11 and the second circuit 21 are thermally coupled to one another via a heat exchanger 20, also commonly referred to as a chiller.
  • the first cycle 11 acts as a motor vehicle air conditioner 5.
  • An outlet of the compressor 12 is fluidly coupled to an inlet of the condenser 13 .
  • An outlet of the condenser 13 is provided with a Inlet of the first expansion element 14 coupled.
  • An outlet of the first expansion device 14 is coupled to the evaporator 15 .
  • the outlet of the evaporator 15 is in turn coupled to an inlet of the compressor 12 .
  • the refrigerant circulating in circuit 11 can be compressed by means of the compressor
  • a compensating tank 26 for receiving and discharging refrigerant can be provided on the condenser.
  • a suction pressure can be increased at the inlet 19 of the compressor 12 by means of the ejector pump 30 without having to raise the pressure level in the evaporator 15 for this purpose.
  • the temperature in the area of the evaporator can be reduced, which is beneficial for the efficiency
  • a suction effect can also be provided at the outlet 17 of the evaporator 15, which equally results in a temperature reduction in the region of the evaporator 15 and with a
  • the first circuit 11 has a first refrigerant branch 16 and a second refrigerant branch 18 running parallel thereto.
  • the first and second refrigerant branches 16, 18 branch out from the
  • the first refrigerant branch 16 has the first expansion element 14, which is the evaporator 15 upstream.
  • the second refrigerant branch 18 has a second expansion element 24 which is upstream of the heat exchanger 20 in terms of flow.
  • An outlet 17 of the evaporator 15 opens into a second inlet 32 of the suction jet pump 30.
  • An outlet 23 of the heat exchanger 20 opens into a first inlet 31 of the suction jet pump.
  • the ejector pump 30 has only one
  • the second circuit 21 has a further coolant line 8 which has a coolant pump 28 and one provided in the area of an energy store 40
  • the heat exchanger 20 can be configured as a counterflow heat exchanger.
  • the flow direction of the coolant flowing through the coolant line 8 is opposite to the flow direction of the coolant flowing through the coolant line 6 .
  • the battery heat exchanger 42 is in thermal contact with the energy store 40 and therefore with the battery 41 .
  • the ejector pump 30 has a first inlet 31 and a second inlet 32 as well as a driving nozzle 36 and a suction nozzle 34 .
  • the motive nozzle 36 is connected to the first inlet 31 .
  • the first inlet 31 is connected to the first inlet 31 .
  • the suction nozzle 34 forms the second inlet 32 or is fed by it.
  • the ejector pump 30 has a mixing chamber 35, in which the first inlet 31 and the second inlet, and thus the suction nozzle 34 and the propulsion nozzle 36, open.
  • the outlet 33 of the ejector pump 30 is fed by the mixing chamber 35 . That in the
  • Refrigerant mixed in 30 mixing chamber 35 flows from the mixing chamber 35 through the outlet 33 towards the compressor 12.
  • the kinetic energy of that refrigerant provided by the heat exchanger 20 leads to a suction effect in the area of the second inlet 32, and therefore in the area of the suction connection 34.
  • the suction connection 34 or the second inlet 32 is in 5 flow connection with the outlet 17 of the evaporator 15. In this way In this way, a suction effect can be provided on the outlet side at the evaporator 15, which can lead to the temperature reduction already mentioned and thus to an increase in the efficiency of the air conditioning system 5.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Entwicklung betrifft eine Kühlvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (1) umfassend: - einen ersten Kreislauf (11), welcher einen Kompressor (12), einen Kondensator (13), ein erstes Expansionsorgan (14) und einen Verdampfer (15) aufweist, - einen zweiten Kreislauf (21), welcher mit einem Energiespeicher (40) und über einen Wärmetauscher (20) mit dem ersten Kreislauf (11) thermisch gekoppelt ist, - eine Saugstrahlpumpe (30), welche im ersten Kreislauf (11) stromaufwärts des Kompressors (12) und stromabwärts des Wärmetauschers (20) angeordnet ist.

Description

KÜHLVORRICHTUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Klimaanlage und eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs.
Hintergrund
Für eine hohe Lebensdauer und einen effizienten Betrieb von Kraftfahrzeugbatterien in einem Kraftfahrzeug ist es erforderlich, die Batterie in einem vorgegebenen Temperaturfenster zu betreiben. Bei niedrigen Temperaturen muss die Batterie beheizt oder erwärmt werden. Oftmals müssen derartige Kraftfahrzeugbatterien jedoch gekühlt werden. Es ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der EP 3 010750 B1 grundsätzlich bekannt, einen Hochvoltspeicher mittels einer im Kraftfahrzeug vorgesehenen Klimaanlage zu kühlen
Weiterhin ist aus der FR 3077242 B1 ein Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug bekannt, welcher zur Kühlung des Kraftfahrzeuginnenraums als auch zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie ausgelegt und vorgesehen ist.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Entwicklung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug bereitzustellen. Die Kühlvorrichtung soll sich durch einen besonders effizienten und energiesparenden Betrieb auszeichnen. Es ist dabei Zielsetzung, die Temperatur eines Verdampfers für die Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums herabzusetzen. Diese Aufgabe wird mit einer Kühlvorrichtung und mit einem Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind dabei jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
5 Insoweit ist nach einem Aspekt eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Kühlvorrichtung umfasst einen ersten Kreislauf und einen zweiten Kreislauf. Der erste Kreislauf weist einen Kompressor, einen Kondensator, ein erstes Expansionsorgan und einen Verdampfer auf. Der zweite Kreislauf ist über einen Wärmetauscher mit dem ersten Kreislauf thermisch gekoppelt. Der zweite
10 Kreislauf ist ferner mit einem Energiespeicher thermisch gekoppelt. Bei dem Energiespeicher handelt es sich bevorzugt um eine elektrische Batterie, typischerweise um eine Traktionsbatterie für das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug.
15 Die Kühlvorrichtung weist ferner eine Saugstrahlpumpe auf, welche im ersten Kreislauf stromaufwärts des Kompressors und stromabwärts des Wärmetauschers angeordnet ist. Mittels der Saugstrahlpumpe kann ein besonders effizienter Betrieb der Kühlvorrichtung erreicht werden. Die Saugstrahlpumpe ermöglicht es, dass durch sie hindurchströmende Kältemittel zu beschleunigen und dabei einen
20 saugenden Effekt, beispielsweise auf den Ausgang des Verdampfers der Kühlvorrichtung auszuüben. Infolgedessen kann der Betriebsdruck im Verdampfer verringert werden, was mit einer Temperaturminderung im Bereich des Verdampfers einhergehen kann. Eine Temperaturreduzierung im Bereich des Verdampfers führt wiederum zu einer verbesserten Energiebilanz und zu einem effizienten Betrieb der
25 gesamten Kühlvorrichtung, insbesondere für den ersten Kreislauf, welcher typischerweise als Kraftfahrzeugklimaanlage ausgestaltet sein kann.
Weiterhin kann durch Vorsehen der Saugstrahlpumpe stromaufwärts des Kompressors ein eingangsseitig des Kompressors vorgesehener Saugdruck erhöht
30 werden, ohne dass hierfür das Druckniveau im stromaufwärts liegenden Verdampfer des ersten Kreislaufs erhöht werden müsste. Auch dieser Effekt führt zu einer Reduzierung der Temperatur im Bereich des Verdampfers. Dies ermöglicht abermals einen überaus effizienten Betrieb der Kühlvorrichtung und des ersten Kreislaufs. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der erste Kreislauf als Kältemittelkreislauf ausgestaltet ist. Im ersten Kreislauf zirkuliert typischerweise ein Kältemittel. Insbesondere kann der erste Kreislauf als Kältemittelkreislauf einer
5 Kraftfahrzeugklimaanlage ausgestaltet oder ausgebildet sein. Der zweite Kreislauf kann ferner als Kühlmittelkreislauf ausgestaltet sein. Er ist thermisch mit dem ersten Kreislauf gekoppelt. Im zweiten Kreislauf zirkuliert typischerweise ein Kühlmittel, um den Energiespeicher zu kühlen.
10 Nach einerweiteren Ausgestaltung ist die Saugstrahlpumpe stromabwärts des Verdampfers im ersten Kreislauf angeordnet. Dadurch dass die Saugstrahlpumpe stromabwärts des Verdampfers und stromaufwärts des Kompressors angeordnet ist kann sie kompressorseitig zu einer Druckerhöhung im ersten Kreislauf und verdampferseitig zu einer Druckminderung im ersten Kreislauf führen. Beide Effekte
15 wirken sich vorteilhaft auf die Energieeffizienz des Betriebs der Kühlvorrichtung aus.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung weist der erste Kreislauf einen ersten Kältemittelzweig und einen hierzu parallel verlaufenden zweiten Kältemittelzweig auf. Der Verdampfer ist im ersten Kältemittelzweig angeordnet. Der
20 Wärmetauscher ist im zweiten Kältemittelzweig angeordnet. Der erste Kältemittelzweig und der zweite Kältemittelzweig münden in die Saugstrahlpumpe. Strömungstechnisch betrachtet befindet sich die Saugstrahlpumpe am stromabwärts liegenden Ende des ersten Kältemittelzweigs und des zweiten Kältemittelzweigs.
Der erste Kältemittelzweig und der zweite Kältemittelzweig werden über die
25 Saugstrahlpumpe wieder vereinigt und münden über die Saugstrahlpumpe in den Eingang des Kompressors.
Die Saugstrahlpumpe erfüllt hierbei eine Doppelfunktion. Zum einen führt sie zu einer Veränderung der Druckniveaus im Bereich des Verdampfers und
30 eingangsseitig des Kompressors im ersten Kreislauf. Zum anderen bewirkt sie in vorrichtungstechnischer Hinsicht eine Vereinigung von erstem und zweitem Kältemittelzweig.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist im ersten Kühlmittelzweig stromaufwärts des Verdampfers, d. h. dem Verdampfer strömungstechnisch vorgelagert, das erste Expansionsorgan angeordnet. Das erste Expansionsorgan ist typischerweise als regelbares Expansionsventil ausgestaltet. Mittels des ersten Expansionsorgans kann der Durchfluss des Kältemittels durch den nachgelagerten Verdampfer
5 bedarfsgerecht eingestellt, bzw. geregelt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist im zweiten Kältemittelzweig stromaufwärts des Wärmetauschers ein zweites Expansionsorgan angeordnet. Auch das zweite Expansionsorgan kann als regelbares Expansionsventil ausgestaltet sein. Über das
10 zweite Expansionsorgan kann der Kältemittelfluss im weißen Kühlmittelzweig bedarfsgerecht eingestellt und geregelt werden.
Typischerweise sind das erste und das zweite Expansionsorgan unabhängig voneinander regelbar und steuerbarer. Die Ansteuerung von erstem und/oder
15 zweitem Expansionsorgan erfolgt typischerweise über eine elektronische Steuerung der Kühlvorrichtung.
Nach einerweiteren Ausgestaltung weist die Saugstrahlpumpe einen ersten Einlass, einen zweiten Einlass, einen Auslass und eine Mischkammer auf. Der erste Einlass
20 und der zweite Einlass münden in die Mischkammer. Der Auslass wird hingegen von der Mischkammer gespeist. Über den ersten Einlass und über den zweiten Einlass in die Mischkammer einströmendes Kältemittel vermischt sich in der Mischkammer und strömt ausgehend von der Mischkammer über den Auslass in Richtung zum Kompressor.
25
Nach einerweiteren Ausgestaltung ist der erste Einlass der Saugstrahlpumpe strömungstechnisch mit einem Auslass des Wärmetauschers verbunden. Es handelt sich hierbei typischerweise um eine direkte Strömungsverbindung ohne Zwischenschaltung weiterer Komponenten der Kühlvorrichtung oder des Kreislaufs.
30 Typischerweise verläuft eine Rohr- und/oder Schlauchleitung vom Auslass des Wärmetauschers in den ersten Einlass der Saugstrahlpumpe.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Einlass der Saugstrahlpumpe strömungstechnisch mit einem Auslass des Verdampfers verbunden. Auch hier handelt es sich typischerweise um eine direkte Strömungsverbindung, welche typischerweise von einer Schlauch- und/oder Rohrleitung bereitgestellt. Ein mit dem Auslass des Verdampfers strömungstechnisch verbundenes Leitungsstück ist mit dem zweiten Einlass der Saugstrahlpumpe verbunden.
5
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Auslass der Saugstrahlpumpe strömungstechnisch mit einem Einlass des Kompressors verbunden. Auch hier ist eine direkte Strömungsverbindung mittels einer fluid- und/oder gasführenden Leitung zu realisieren.
10
Nach einerweiteren Ausgestaltung weist die Saugstrahlpumpe eine Treibdüse auf, in welche der erste Einlass der Saugstrahlpumpe mündet. Mit anderen Worten ist die Treibdüse der Saugstrahlpumpe strömungstechnisch mit dem Auslass des Wärmetauschers verbunden. Auf diese Art und Weise kann die kinetische Energie
15 des aus dem Wärmetauscher ausströmenden Kältemittels dazu genutzt werden, das über den zweiten Einlass in die Saugstrahlpumpe einströmende Medium zu beschleunigen.
Nach einerweiteren Ausgestaltung weist die Saugstrahlpumpe einen Saugstutzen
20 auf, welcher mit dem zweiten Einlass verbunden oder hiervon gebildet ist. Der Saugstrahlpumpe steht dabei typischerweise mit dem Auslass des Verdampfers in direkter Strömungsverbindung. Auf diese Art und Weise kann am Ausgang des Verdampfers ein Sog bereitgestellt werden, welcher zur Minderung des Drucks im Verdampfer führen kann. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausgestaltung ferner
25 denkbar und vorgesehen, die kinetische Energie des aus dem Wärmetauscher ausströmenden Mediums zu nutzen, um das aus dem Verdampfer ausströmende Medium zu beschleunigen und insgesamt den eingangsseitigen Druck am nachgelagerten Kompressor zu erhöhen.
30 Die Erhöhung des eingangsseitigen Saugdrucks am Kompressor kann hierbei auch ohne Erhöhung des Druckniveaus im Verdampfer erfolgen. Dies führt letztlich dazu, die Temperatur am Verdampfer zu reduzieren, was sich vorteilhaft auf die Energieeffizienz des Betriebs der vom ersten Kreislauf gebildeten Klimaanlage erweisen kann. Nach einerweiteren Ausgestaltung ist der Energiespeicher, mit welchem der zweite Kreislauf thermisch gekoppelt ist, eine elektrische Batterie. Es kann sich hierbei um eine elektrische Traktionsbatterie handeln, aus welcher elektrische Energie für den
5 Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung bildet der erste Kreislauf eine Kraftfahrzeugklimaanlage. Durch die thermische Kopplung von erstem Kreislauf und zweitem Kreislauf kann eine Kühlung der Batterie des Kraftfahrzeugs mittels der
10 Kraftfahrzeugklimaanlage bedarfsgerecht und besonders energieeffizient erreicht werden.
Der Wärmetauscher ist typischerweise als Gegenstrom-Wärmetauscher ausgebildet. Er kann gemeinhin auch als sogenannter Chiller ausgestaltet sein.
15
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Kühlvorrichtung weist der zweite Kreislauf eine eigene Kühlmittelpumpe auf. Das heißt, dass das im zweiten Kreislauf zirkulierende Kühlmittel unabhängig von den im ersten Kreislauf zirkulierenden Kältemittel zirkulieren kann. Die Kühlleistung des zweiten Kreislaufs kann
20 insbesondere durch das zweite Expansionsorgan und mittels der Kühlmittelpumpe bedarfsgerecht eingestellt werden.
Nach alledem und nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Entwicklung ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, welcher eine
25 zuvor beschriebene Kühlvorrichtung aufweist. Das Kraftfahrzeug weist typischerweise einen Antrieb, etwa einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor auf. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug oder als Hybrid-Fahrzeug ausgestaltet sein. Für den Betrieb eines Elektromotors weist das Kraftfahrzeug einen Energiespeicher in Form einer elektrischen Batterie auf, welche
30 mit dem zweiten Kreislauf der oben beschriebenen Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt ist. Der erste Kreislauf bildet hingegen eine Klimaanlage für das Kraftfahrzeug, welche der Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums dient.
Kurzbeschreibung der Figuren Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Entwicklung werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert. Hierbei zeigen:
5
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Kühlvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines mit der Kühlvorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs und
10
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer in der Kühlvorrichtung vorgesehenen Saugstrahlpumpe.
Detaillierte Beschreibung
15
Das in Fig. 2 gezeigte Kraftfahrzeug 1 weist eine Kraftfahrzeugkarosserie 2 mit einem als Fahrgastzelle fungierenden Innenraum 3 auf. Das Kraftfahrzeug 1 ist ferner mit einem Antrieb 4, typischerweise einem Elektromotor ausgestattet. Der Antrieb 4 ist mittels eines Energiespeichers 40 mit elektrischer Energie versorgbar.
20 Der Energiespeicher 40 kann als elektrische und aufladbare Batterie 41 ausgestaltet sein.
Das Kraftfahrzeug 1 verfügt ferner über eine Kühlvorrichtung 10. Die in Fig. 1 schematisch in einem Blockschaltbild dargestellte Kühlvorrichtung 10 weist einen
25 ersten Kreislauf 11 und einen zweiten Kreislauf 21 auf. Der erste Kreislauf 11 und der zweite Kreislauf 21 sind über einen Wärmetauscher 20, gemeinhin auch als Chiller bezeichnet, thermisch miteinander gekoppelt. Der erste Kreislauf 11 fungiert als Kraftfahrzeugklimaanlage 5. Erweist einen Kompressor 12, einen Kondensator 13, ein erstes Expansionsorgan 14 und einen Verdampfer 15 auf, die in dieser
30 Reihenfolge strömungstechnisch im ersten Kreislauf 11 über eine Kältemittelleitung 6 miteinander verbunden sind.
Ein Auslass des Kompressors 12 ist mit einem Einlass des Kondensators 13 strömungstechnisch gekoppelt. Ein Auslass des Kondensators 13 ist mit einem Einlass des ersten Expansionsorgans 14 gekoppelt. Ein Auslass des ersten Expansionsorgans 14 ist mit dem Verdampfer 15 gekoppelt. Der Auslass des Verdampfers 15 ist wiederum mit einem Einlass des Kompressors 12 gekoppelt. Mittels des Kompressors kann das im Kreislauf 11 zirkulierende Kältemittel
5 verdichtet werden.
Im Kondensator 13 wird thermische Energie des Kältemittels an die Umgebung abgegeben. Mittels des ersten Expansionsorgans 14 erfolgt eine Expansion des Kältemittels, derzufolge das Kältemittel abkühlt und schließlich im Bereich des
10 Verdampfers 15 wiederum thermische Energie aus der Umgebung aufnehmen kann. Am Kondensator kann ein Ausgleichsgefäß 26 zur Aufnahme und Abgabe von Kältemittel vorgesehen sein.
Im ersten Kreislauf 11 ist eine Saugstrahlpumpe 30 stromaufwärts des Kompressors
15 12 und stromabwärts des Wärmetauschers 20, bzw. stromabwärts des Verdampfers 15 angeordnet. Mittels der Saugstrahlpumpe 30 kann am Einlass 19 des Kompressors 12 ein Saugdruck erhöht werden, ohne hierfür das Druckniveau im Verdampfer 15 anheben zu müssen. Infolge dessen kann die Temperatur im Bereich des Verdampfers verringert werden, was sich vorteilhaft auf die Effizienz
20 und den Energieverbrauch zum Betrieb des ersten Kreislaufs 11 auswirken kann.
Mittels der Saugstrahlpumpe 30 kann aber auch am Auslass 17 des Verdampfers 15 ein Saugeffekt bereitgestellt werden, welcher gleichermaßen zu einer Temperaturabsenkung im Bereich des Verdampfers 15 und mit einer
25 dementsprechenden Effizienzsteigerung einhergehen kann.
Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt weist der erste Kreislauf 11 einen ersten Kältemittelzweig 16 und einen hierzu parallel verlaufenden zweiten Kältemittelzweig 18 auf. Die ersten und zweiten Kältemittelzweige 16, 18 verzweigen aus der
30 gemeinsamen Kältemittelleitung 6 stromabwärts des Kondensators 13. Der erste Kältemittelzweig 16 weist das erste Expansionsorgan 14 auf, welches dem Verdampfer 15 vorgelagert ist. Der zweite Kältemittelzweig 18 weist ein zweites Expansionsorgan 24 auf, welches dem Wärmetauscher 20 strömungstechnisch vorgelagert ist. Ein Auslass 17 des Verdampfers 15 mündet in einen zweiten Einlass 32 der Saugstrahlpumpe 30. Ein Auslass 23 des Wärmetauschers 20 mündet in einen ersten Einlass 31 der Saugstrahlpumpe. Die Saugstrahlpumpe 30 weist nur einen
5 einzigen Auslass 33 auf, welcher mit dem Einlass 19 des Kompressors 12 in unmittelbarer Strömungsverbindung steht.
Der zweite Kreislauf 21 weist eine weitere Kühlmittelleitung 8 auf, welche eine Kühlmittelpumpe 28 und einen im Bereich eines Energiespeichers 40 vorgesehenen
10 Batteriewärmetauscher 42 mit dem Wärmetauscher 20 energetisch bzw. thermisch koppelt. Der Wärmetauscher 20 kann als Gegenstromwärmetäuscher ausgestaltet sein. Die Strömungsrichtung des durch die Kühlmittelleitung 8 strömenden Kühlmittels ist der Strömungsrichtung des durch die Kühlmittelleitung 6 strömenden Kühlmittels entgegengesetzt.
15
Der Batteriewärmetauscher 42 steht mit dem Energiespeicher 40, mithin mit der Batterie 41 in thermischem Kontakt.
Aus der Zusammenschau der Figuren 1 und 3 ist der interne Aufbau der
20 Saugstrahlpumpe 30 und ihrer Anschlüsse, bzw. ihre strömungstechnische Kopplung mit den übrigen Komponenten der Kühlvorrichtung 10 näher hervor. Die Saugstrahlpumpe 30 weist einen ersten Einlass 31 und einen zweiten Einlass 32 sowie eine Treibdüse 36 und einen Saugstutzen 34 auf. Die Treibdüse 36 ist mit dem ersten Einlass 31 verbunden. Mit anderen Worten mündet der erste Einlass 31
25 in die Treibdüse 36. Der Saugstutzen 34 bildet den zweiten Einlass 32 oder wird hiervon gespeist. Des Weiteren weist die Saugstrahlpumpe 30 eine Mischkammer 35 auf, in welcher der erste Einlass 31 und der zweite Einlass, mithin der Saugstutzen 34 und die Treibdüse 36 münden. Der Auslass 33 der Saugstrahlpumpe 30 wird von der Mischkammer 35 gespeist. Das in der
30 Mischkammer 35 vermischte Kältemittel strömt von der Mischkammer 35 durch den Auslass 33 hin zum Kompressor 12.
In der vorliegend gezeigten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das vom Wärmetauscher 20 strömende Kältemittel über den ersten Einlass 31 und damit über die Treibdüse 36 in die Mischkammer 35 einströmt. Die kinetische Energie jenes vom Wärmetauscher 20 bereitgestellten Kältemittels führt zu einer Sogwirkung im Bereich des zweiten Einlasses 32, mithin im Bereich des Saugstutzens 34. Der Saugstutzen 34 oder der zweite Einlass 32 steht in 5 Strömungsverbindung mit dem Auslass 17 des Verdampfers 15. Auf diese Art und Weise kann auslassseitig am Verdampfer 15 eine Sogwirkung bereitgestellt werden, die zu der bereits erwähnten Temperaturabsenkung und damit zu der Effizienzsteigerung der Klimaanlage 5 führen kann. io Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltungen der Entwicklung, zu welcher im Rahmen der Entwicklung weitere zahlreiche Varianten denkbar sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Entwicklung als einschränkend auszulegen. Die
15 vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine oder einige mögliche Implementierung(en) eines Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Kraftfahrzeugkarosserie
5 3 Innenraum
4 Antrieb
5 Kraftfahrzeugklimaanlage
6 Kältemittelleitung
8 Kühlmittelleitung io 10 Kühlvorrichtung
11 Kreislauf
12 kommen Professor
13 Kondensator
14 Expansionsorgan
15 15 Verdampfer
16 Kältemittelzweig
17 Auslass
18 Kältemittelzweig
19 Einlass
20 20 Wärmetauscher
21 Kreislauf
23 Auslass
24 Expansionsorgan
26 Ausgleichsgefäß
25 28 Kühlmittelpumpe
30 Saugstrahlpumpe
31 Einlass
32 Einlass
33 Auslass
30 34 Sausstutzen
36 Treibdüse
40 Energiespeicher
41 Batterie
42 Batteriewärmetauscher

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kühlvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (1) umfassend: einen ersten Kreislauf (11), welcher einen Kompressor (12), einen
5 Kondensator (13), ein erstes Expansionsorgan (14) und einen Verdampfer (15) aufweist, einen zweiten Kreislauf (21), welcher mit einem Energiespeicher (40) und über einen Wärmetauscher (20) mit dem ersten Kreislauf (11) thermisch gekoppelt ist,
10 eine Saugstrahlpumpe (30), welche im ersten Kreislauf (11) stromaufwärts des Kompressors (12) und stromabwärts des Wärmetauschers (20) angeordnet ist.
2. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Saugstrahlpumpe (30) stromabwärts des Verdampfers (15) im ersten Kreislauf (11) angeordnet ist.
15
3. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Kreislauf (11) einen ersten Kältemittelzweig (16) und einen hierzu parallel verlaufenden zweiten Kältemittelzweig (18) aufweist, wobei der Verdampfer (15) im ersten Kältemittelzweig (16) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (20) im zweiten
20 Kältemittelzweig (18) angeordnet ist und wobei der erste Kältemittelzweig (16) und der zweite Kältemittelzweig (18) in die Saugstrahlpumpe (30) münden.
4. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei im ersten Kältemittelzweig (16) stromaufwärts des Verdampfers (15) das erste Expansionsorgan (14) angeordnet
25 ist.
5. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei im zweiten Kältemittelzweig (18) stromaufwärts des Wärmetauschers (20) ein zweites Expansionsorgan (24) angeordnet ist.
30
6. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Saugstrahlpumpe (30) einen ersten Einlass (31), einen zweiten Einlass (32), einen Auslass (33) und eine Mischkammer (35) aufweist, wobei der erste Einlass (31) und der zweite Einlass (32) in die Mischkammer münden (35) und wobei der Auslass (33) von der Mischkammer (35) gespeist wird.
7. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der erste Einlass (31)
5 strömungstechnisch mit einem Auslass (23) des Wärmetauschers (20) verbunden ist.
8. Kühlvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zweite Einlass (32) der Saugstrahlpumpe (30) strömungstechnisch mit einem Auslass (17) des
10 Verdampfers (15) verbunden ist.
9. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei der Auslass (33) der Saugstrahlpumpe (30) strömungstechnisch mit einem Einlass (19) des Kompressors (11) verbunden ist.
15
10. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, wobei die Saugstrahlpumpe (30) eine Treibdüse (36) aufweist, in welche der erste Einlass (31) mündet.
20 11. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, wobei die Saugstrahlpumpe (30) einen Saugstutzen (34) aufweist, welcher mit dem zweiten Einlass (32) verbunden oder hiervon gebildet ist.
12. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
25 Energiespeicher (40) eine elektrische Batterie (41) aufweist.
13. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Kreislauf (11) eine Kraftfahrzeugklimaanlage (5) bildet.
30 14. Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kreislauf (21) eine Kühlmittelpumpe (28) aufweist.
15. Kraftfahrzeug (1) mit einer Kühlvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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