DE102010046460A1

DE102010046460A1 - Mehrzonen-Wärmetauscher zur Verwendung in einem Fahrzeugkühlsystem

Info

Publication number: DE102010046460A1
Application number: DE102010046460A
Authority: DE
Inventors: Ryan J. Ontario Benoit; Rick H. Mich. Rajaie
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: US20110073285A1; DE102010046460B4

Abstract

Ein Mehrzonen-Kühlsystem und -Betriebsverfahren verwendet einen Mehrzonen-Wärmetauscher, der dazu verwendet wird, Fluide in mehreren Kühlkreisläufen in einem Fahrzeug zu kühlen. Der Mehrzonen-Wärmetauscher besitzt eine Zone, die nach Bedarf während Spitzenbetriebsbedingungen für die eine Spitzenkühlung erfordernde Komponente durch einen oder den anderen der Kühlkreisläufe verwendet werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fluidkühlsysteme, die in Kraftfahrzeugen verwendet sind.
Ein Kondensator-, Kühler-, Gebläsemodul (CRFM) für ein Kraftfahrzeug umfasst typischerweise verschiedene separate Wärmetauscher zum Kühlen von Fluiden, die durch verschiedene Fahrzeugsubsysteme strömen. In den jüngsten Fahrzeugen, wie Hybridfahrzeugen, hat mit einer Zunahme der Anzahl von Subsystemen die Anzahl von Kühlkreisläufen zugenommen, und somit hat auch die Anzahl von Wärmetauschern in dem CRFM zugenommen. Überdies ist jeder dieser Wärmetauscher so bemessen, dass er die Kühlanforderungen für seinen jeweiligen Kühlkreislauf unter den Spitzenlastbedingungen dieses bestimmten Kreislaufs erfüllt. Diese Wärmetauscher nehmen dann mehr Einbauraum in dem CRFM ein, als gewünscht ist. Folglich ist es erwünscht, die Spitzenkühlanforderungen für jeden der Kühlkreisläufe zu erfüllen, während der für die Wärmetauscher in dem CRFM erforderliche Einbauraum reduziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform betrifft ein Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug. Das Kühlsystem kann einen Mehrzonen-Wärmetauscher, einen ersten Kühlkreislauf und einen zweiten Kühlkreislauf umfassen. Der Mehrzonen-Wärmetauscher kann eine erste Zone, eine zweite Zone und eine dritte Zone, ein erstes Rückschlagventil zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone, das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der ersten Zone zu der zweiten Zone zulässt, und ein zweites Rückschlagventil zwischen der dritten Zone und der zweiten Zone, das derart konfiguriert ist, dass es nur eine Fluidströmung von der dritten Zone zu der zweiten Zone zulässt, einen Fluideinlass der Zone Eins, einen Fluidauslass der Zone Eins, einen Fluideinlass der Zone Drei, einen Fluidauslass der Zone Drei, einen ersten Fluidauslass der Zone Zwei und einen zweiten Fluidauslass der Zone Zwei besitzen. Der erste Kühlkreislauf kann ein erstes Drei-Wege-Ventil aufweisen, das einen ersten Einlass zur Aufnahme einer Fluidströmung von dem Fluidauslass der Zone Eins, einen zweiten Einlass zur Aufnahme einer Fluidströmung von dem ersten Fluidauslass der Zone Zwei und einen Ventilauslass besitzt, wobei das erste Drei-Wege-Ventil so steuerbar ist, dass es eine Fluidströmung von einem oder dem anderen des ersten Einlasses und des zweiten Einlasses selektiv blockiert. Der zweite Kühlkreislauf kann ein zweites Drei-Wege-Ventil aufweisen, das einen dritten Einlass zur Aufnahme einer Fluidströmung von dem Fluidauslass der Zone Drei, einen vierten Einlass zur Aufnahme einer Fluidströmung von dem zweiten Fluidauslass der Zone Zwei und einen Ventilauslass besitzt, wobei das zweite Drei-Wege-Ventil so steuerbar ist, dass es eine Fluidströmung von einem oder dem anderen des dritten Einlasses und des vierten Einlasses selektiv blockiert.
Eine Ausführungsform betrifft ein Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug, das einen Mehrzonen-Wärmetauscher, der eine erste Zone, eine zweite Zone und eine dritte Zone umfasst; einen ersten Kühlkreislauf, der eine Strömung eines Fluides durch eine erste Fahrzeugkomponente bereitstellt, um die erste Fahrzeugkomponente zu kühlen, wobei der erste Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone lenkt; einen zweiten Kühlkreislauf, der eine Strömung des Fluides durch eine zweite Fahrzeugkomponente bereitstellt, um die zweite Fahrzeugkomponente zu kühlen, wobei der zweite Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone lenkt; ein erstes Ventil, das eine Fluidströmung von einer oder der anderen der ersten Zone und der zweiten Zone in den ersten Kühlkreislauf selektiv zulässt; ein zweites Ventil, das eine Fluidströmung von einer oder der anderen der dritten Zone und der zweiten Zone in den zweiten Kühlkreislauf selektiv zulässt; und einen Controller umfasst, der das erste und das zweite Ventil in Eingriff bringt, um ein Schalten des ersten und zweiten Ventils zu steuern.
Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrzonen-Kühlsystems in einem Fahrzeug, das einen ersten Kühlkreislauf, um einer ersten Fahrzeugkomponente eine Kühlung bereitzustellen, und einen zweiten Kühlkreislauf aufweist, um einer zweiten Fahrzeugkomponente eine Kühlung bereitzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in eine erste Zone eines Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während eines ersten Betriebszustands für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird; (b) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in eine dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während eines ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (c) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der ersten Zone zu einer zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die erste Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; (d) bei der Ausführung von Schritt (c) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während des ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (e) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der dritten Zone zu der zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die zweite Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; und (f) bei der Ausführung von Schritt (e) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während des ersten Betriebszustandes für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass eine reduzierte Anzahl von Wärmetauschern in dem CRFM des Fahrzeugs verwendet wird, während dennoch eine angemessene Kühlung für Spitzenkühllasten der verschiedenen Kühlkreisläufe bereitgestellt wird. Diese reduzierte Anzahl von Wärmetauschern kann die Kosten reduzieren und das Einbauen des CRFM in dem Fahrzeug verbessern.
Ein Vorteil einer Ausführungsform besteht darin, dass zwei separate Kühlmittelkreisläufe, die dasselbe Kühlmittel verwenden und Spitzenlasten typischerweise unter verschiedenen Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, über verschiedene Zonen eines einzelnen Wärmetauschers mit einer gemeinsam genutzten Zone arbeiten, die die zusätzliche Kühlkapazität bereitstellt, um die verschiedenen Spitzenlastbedingungen der beiden Kreisläufe zu berücksichtigen. Tatsächlich ist eine zusätzliche Reservekühlkapazität für jeden Kreislauf verfügbar, wenn ein Zustand mit hoher Kühllast für einen der beiden Kreisläufe entsteht, wodurch eine variable Kühlkapazität für jeden dieser beiden Kreisläufe ermöglicht wird. Tatsächlich wirkt dieser eine Mehrzonen-Wärmetauscher als im Wesentlichen vier Wärmetauscher, während der Einbauraum minimiert ist.
Ein Vorteil einer Ausführungsform kann darin bestehen, dass der Gebrauch des Mehrzonen-Wärmetauschers eine Reduzierung des Fahrzeugluftwiderstandes, eine Reduzierung des Leistungsverbrauchs der Kühlmittelpumpe des Motorgebläses und einen reduzierten Gesamtdruckabfall in den Fluiden über das CRFM ermöglicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Schaubild eines Abschnitts eines Fahrzeugs.
2 ist ein schematisches Schaubild von Abschnitten eines Mehrzonen-Kühlsystems, das in einem ersten Modus arbeitet.
3 ist ein schematisches Schaubild ähnlich zu 2, das jedoch in einem Betrieb in einem zweiten Modus gezeigt ist.
4 ist ein schematisches Schaubild ähnlich zu 2, das jedoch in einem Betrieb in einem dritten Modus gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein Abschnitt eines Fahrzeugs 20 schematisch gezeigt. Das Fahrzeug 20 kann verschiedene Typen von Kühlsystemen aufweisen, wie beispielsweise ein Getriebeölkühlsystem 22, ein Kältemittelsystem 24 für ein Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlagen-(HVAC-)System sowie ein Mehrzonen-Kühlsystem 26. Typischerweise besitzen diese Kühlsysteme Wärmetauscher, die nahe einer vorderen Öffnung des Fahrzeugs befestigt sind, was üblicherweise als ein Kondensator-, Kühler-, Gebläsemodul (CRFM) 28 bezeichnet ist. Das Getriebeölkühlsystem 22 kann einen Wärmetauscher 30 (Ölkühler) aufweisen, der in dem CRFM 28 zur Kühlung von Öl in einem Getriebeölkreislauf 32 montiert ist, die Getriebeöl von einem Getriebe (nicht gezeigt) bringt, und zurück an dieses liefert. Das Kältemittelsystem 24 kann einen Kondensator 34 aufweisen, der in dem CRFM 28 montiert ist, um Wärme von durch einen Kältemittelkreislauf 36 strömendem Kältemittel zu entfernen. Das CRFM 28 weist auch ein Gebläse 38 auf, das dazu verwendet wird, Luft durch die Wärmetauscher in dem CRFM 28 zu ziehen.
Das Mehrzonen-Kühlsystem 26 umfasst einen Mehrzonen-Wärmetauscher 40, der in dem CRFM 28 enthalten sein kann und mit zwei verschiedenen Kühlkreisläufen, nämlich einem ersten Kühlkreislauf 42 und einem zweiten Kühlkreislauf 44, verbunden ist. Der erste Kühlkreislauf 42 kann beispielsweise ein Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors sein und kann einen herkömmlichen Typ eines Kühlmittelgemisches enthalten, wie Wasser und Ethylenglykol. Dieser Kühlmittelkreislauf 42 kann das Kühlmittel beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor 50 und einen HVAC-Heizkörper (nicht gezeigt) führen. Dieser Kühlkreislauf kann dazu verwendet werden, eine andere Komponente oder ein anderes Subsystem, wenn so erforderlich, zu kühlen, wie beispielsweise eine Batteriepackung oder batterieverwandte elektronische Komponenten. Der Begriff ”Komponente”, wie hier verwendet ist, umfasst bei Bezugnahme auf Objekte, die durch den Kühlkreislauf gekühlt werden, ein Subsystem oder Subsysteme und betrifft einfach ein oder mehrere Objekte, die durch das Fluid in diesem bestimmten Kreislauf gekühlt werden. Der erste Kühlkreislauf 42 kann eine elektronisch steuerbare Pumpe 46 zum Pumpen des Kühlmittels durch den Kreislauf 42 sowie ein elektronisch steuerbares 3-Wege-Ventil 48 zum Umlenken der Kühlmittelströmung durch den Kreislauf 42 aufweisen.
Der zweite Kühlkreislauf 44 kann ein Kühlkreislauf für Antriebsstrangelektronik sein, die dasselbe Kühlmittelgemisch wie der erste Kühlkreislauf 42 enthält. Dieser Kühlmittelkreislauf 44 kann das Kühlmittel beispielsweise durch Antriebsstrangelektronik führen, wie ein Traktionswechselrichtermodul 52. Der zweite Kühlkreislauf 44 kann eine elektronisch steuerbare Pumpe 54 zum Pumpen des Kühlmittels durch den Kreislauf 44 und ein elektronisch steuerbares 3-Wege-Ventil 56 zum Umlenken der Kühlmittelströmung durch den Kreislauf 44 aufweisen. Die Ventile 48, 56 können separat von dem Mehrzonen-Wärmetauscher 40 sein, an diesem oder in diesem montiert sein.
Ein elektronischer Controller 58 kann mit den Pumpen 46, 54 und den Ventilen 48, 56 (wie durch gestrichelte Linien in 1 gezeigt) verbunden sein und deren Betrieb steuern. Der Controller kann separat von dem Fahrzeugcontroller oder ein Teil eines anderen Fahrzeugcontrollers sein, wie ein Antriebsstrangsteuermodul, und kann aus einer beliebigen Kombination von Hardware und Software aufgebaut sein, wie dem Fachmann bekannt ist.
Der Mehrzonen-Wärmetauscher 40 steht in Wechselwirkung mit sowohl dem ersten als auch zweiten Kühlkreislauf 42, 44. Dieser Wärmetauscher 40 ist ein einzelner Wärmetauscher, der in drei Zonen aufgeteilt ist, nämlich eine erste Zone 60, eine zweite Zone 62 und eine dritte Zone 64. Das Kühlmittel in dem Wärmetauscher 40 kann nicht von der ersten Zone 60 in die zweite Zone 62 strömen, außer durch ein Rückschlagventil 66 der Zone 1-2, und kann nicht direkt von der zweiten Zone 62 zurück in die erste Zone 60 strömen (d. h. ohne Strömung durch den ersten Kühlkreislauf 42). Das Kühlmittel in dem Wärmetauscher 40 kann nicht von der dritten Zone 64 in die zweite Zone 62 strömen, außer durch ein Rückschlagventil 68 der Zone 3-2, und kann nicht direkt von der zweiten Zone 62 zurück in die dritte Zone 64 strömen (d. h. ohne Strömung durch der zweiten Kühlkreislauf 44). Zusätzlich erlaubt der Wärmetauscher 40 keine direkte Kühlmittelströmung zwischen der ersten Zone 60 und der dritten Zone 64.
Der Mehrzonen-Wärmetauscher 40 umfasst auch einen Einlass 70 der Zone Eins in die erste Zone 60, der eine Fluidströmung von der Pumpe 46 in dem ersten Kühlkreislauf 42 aufnimmt, einen Auslass 72 der Zone Eins, der eine Fluidströmung von der ersten Zone 60 in Richtung eines ersten Einlasses des 3-Wege-Ventils 48 in dem ersten Kühlkreislauf 42 lenkt, und einen ersten Auslass 74 der Zone Zwei, der eine Fluidströmung von der zweiten Zone 62 in Richtung einem zweiten Einlass des 3-Wege-Ventils 48 in dem ersten Kühlkreislauf 42 lenkt. Ein Auslass 76 von dem 3-Wege-Ventil 48 führt das Fluid in den Rest des ersten Kühlkreislaufs 42 (wie den Verbrennungsmotor 50). Alternativ dazu kann die Pumpe 46 zwischen dem 3-Wege-Ventil 48 und dem Verbrennungsmotor 50 anstatt zwischen dem Motor 50 und dem Einlass 70 der Zone Eins angeordnet sein, wenn dies so gewünscht ist.
Ein Einlass 78 der Zone Drei in die dritte Zone 64 nimmt Fluid in die dritte Zone 64 von der Pumpe 54 in dem zweiten Kühlkreislauf 44 auf, ein Auslass 80 der Zone Drei führt eine Fluidströmung von der dritten Zone 64 in Richtung eines ersten Einlasses des 3-Wege-Ventils 56 in dem zweiten Kühlkreislauf 44 und ein zweiter Auslass 82 der Zone Zwei führt eine Fluidströmung von der zweiten Zone 62 in Richtung einem zweiten Einlass des 3-Wege-Ventils 56. Ein Auslass 84 von dem 3-Wege-Ventil 56 führt das Fluid in den Rest des zweiten Kühlkreislaufs 44 (wie das Traktionswechselrichtermodul 52). Alternativ dazu kann die Pumpe 54 zwischen dem 3-Wege-Ventil 56 und dem Traktionswechselrichtermodul 52 anstatt zwischen dem Wechselrichtermodul 52 und dem Einlass 78 der Zone Drei angeordnet sein, wenn dies so gewünscht ist.
Somit ist zur Fluidströmung die erste Zone 60 stets mit dem ersten Kühlkreislauf 42 verbunden, die dritte Zone 64 ist stets mit dem zweiten Kühlkreislauf 44 verbunden und die zweite Zone 62 kann mit dem ersten oder zweiten Kreislauf 42, 44 oder keinem der Kühlkreisläufe verbunden sein. Dies ermöglicht drei getrennte Moden einer Kühlmittelkühlung für den Mehrzonen-Wärmetauscher 40, wenn er mit dem ersten und zweiten Kühlkreislauf 42, 44 wechselwirkt.
Die Pfeile an den Fluidlinien in den 1 und 2 zeigen die Strömung von Fluiden für einen ersten Betriebsmodus. In diesem Modus arbeiten der erste und der zweite Kühlkreislauf 42, 44 beide unter normalen Kühllasten. Die Pumpen 46, 54 sind aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 72 der Zone Eins durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem ersten Auslass 74 der Zone Zwei blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 80 der Zone Drei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem zweiten Auslass 82 der Zone Zwei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nur durch die erste Zone 60, und das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 strömt nur durch die dritte Zone 64. Fluid strömt nicht durch die zweite Zone 62, und so trägt diese Zone nicht zu der Kühlung des Kühlmittels bei. Während die Kühlkapazität der ersten Zone 60 kleiner als die Spitze ist, die zum Kühlen in dem ersten Kühlkreislauf 42 unter Spitzenlastbedingungen notwendig ist, ist die Wärmetauscherkapazität der ersten Zone 60 so bemessen, dass sie ausreichend ist, um die Kühlanforderungen unter Normallastbedingungen für den erste Kühlkreislauf 42 zu erfüllen. Dasselbe gilt für die dritte Zone 64 und den zweiten Kühlkreislauf 44.
3 zeigt einen zweiten Betriebsmodus, bei dem der erste Kühlkreislauf 42 unter Spitzenkühllastbedingungen arbeitet und der zweite Kühlkreislauf unter normalen Kühllastbedingungen arbeitet. Beispielsweise kann der Motor 50 eine Spitzenkühlung erfordern, während das Traktionswechselrichtermodul 52 nur eine normale Kühlung benötigt. In diesem Betriebsmodus sind die Pumpen 46, 54 aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 wird so geschaltet, dass es eine Fluidströmung von dem ersten Auslass 74 von Zone Zwei durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem Auslass 72 von Zone Eins blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 80 von Zone Drei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem zweiten Auslass 82 von Zone Zwei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 nur durch die dritte Zone 64 des Mehrzonen-Wärmetauschers 40. Jedoch strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nun durch die erste Zone 60, durch das Rückschlagventil 66 von Zone 1-2 und durch die zweite Zone 62. Diese Strömung durch zwei Zonen des Wärmetauschers 40 erhöht die Kühlkapazität signifikant, wodurch die Spitzenkühlanforderungen für den ersten Kühlkreislauf 42 erfüllt werden. Das Rückschlagventil 68 von Zone 2-3 blockiert die Strömung des Kühlmittels von der zweiten Zone 62 in die dritte Zone 64. Auch kann nach Bedarf die Pumpe 46 eine variable Kapazität besitzen und eingestellt werden, um das Kühlen des ersten Kühlkreislaufs 42 unter Spitzenkühllastbedingungen weiter zu verbessern.
4 zeigt einen dritten Betriebsmodus, bei dem der erste Kühlkreislauf 42 unter normalen Kühllastbedingungen arbeitet und der zweite Kühlkreislauf unter Spitzenkühllastbedingungen arbeitet. Beispielsweise kann der Motor 50 nur eine normale Kühlung erfordern, während das Traktionswechselrichtermodul 52 eine Spitzenkühlung erfordert. In diesem Betriebsmodus sind die Pumpen 46, 54 aktiviert, das erste 3-Wege-Ventil 48 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem Auslass 72 von Zone Eins durch den Auslass 76 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem ersten Auslass 74 von Zone Zwei blockiert, und das zweite 3-Wege-Ventil 56 ist so eingestellt, dass es eine Fluidströmung von dem zweiten Auslass 82 von Zone Zwei durch den Auslass 84 des 3-Wege-Ventils führt und eine Strömung von dem Auslass 80 von Zone Drei blockiert. Demgemäß strömt das Kühlmittel in dem ersten Kühlkreislauf 42 nur durch die erste Zone 60 des Mehrzonen-Wärmetauschers 40. Jedoch strömt das Kühlmittel in dem zweiten Kühlkreislauf 44 nun durch die dritte Zone 64, durch das Rückschlagventil 68 von Zone 3-2 und durch die zweite Zone 62. Diese Strömung durch zwei Zonen des Wärmetauschers 40 erhöht die Kühlkapazität signifikant, wodurch Spitzenkühlanforderungen für den zweiten Kühlkreislauf 44 erfüllt werden. Das Rückschlagventil 66 von Zone 1-2 blockiert die Strömung des Kühlmittels von der zweiten Zone 62 in die erste Zone 60. Auch kann nach Bedarf die Pumpe 54 eine variable Kapazität besitzen und so eingestellt werden, dass sie das Kühlen in dem zweiten Kühlkreislauf 44 unter Spitzenkühllastbedingungen weiter verbessert.
Zum Betrieb dieses Mehrzonen-Kühlsystems 26 in dem Fahrzeug 20 besitzen der erste und zweite Kühlkreislauf dasselbe Kühlmittelgemisch, und die Spitzenlastbedingungen dieser Kreisläufe besitzen wenig oder keine Überlappung (d. h. wenn ein Kreislauf eine Spitzenkühlkapazität anfordert, kann die andere mit einer wesentlich vernünftigeren Kühlkapazität reguliert werden). Zusätzlich ist es, während diese Ausführungsform mit zwei Kühlkreisläufen, die mit dem Mehrzonen-Wärmetauscher 40 Wechselwirken, diskutiert worden ist, vorstellbar, dass eine andere Ausführungsform beispielsweise einen dritten Kühlkreislauf und den Zusatz einer weiteren Zone, eines weiteren Rückschlagventils, einer weiteren Pumpe, eines weiteren 3-Wege-Ventils und entsprechender Einlässe und Auslässe von dem Wärmetauscher 40 besitzen kann.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, die in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Mehrzonen-Kühlsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug, umfassend: einen Mehrzonen-Wärmetauscher, der eine erste Zone, eine zweite Zone und eine dritte Zone besitzt; einen ersten Kühlkreislauf, der derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung eines Fluides durch eine erste Fahrzeugkomponente zum Kühlen der ersten Fahrzeugkomponente bereitstellt, wobei der erste Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone führt; einen zweiten Kühlkreislauf, der derart konfiguriert ist, dass er eine Strömung des Fluides durch eine zweite Fahrzeugkomponente zum Kühlen der zweiten Fahrzeugkomponente bereitstellt, wobei der zweite Kühlkreislauf derart konfiguriert ist, dass er eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone lenkt; zumindest ein erstes Ventil, das derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von einer oder der anderen der ersten Zone und der zweiten Zone in den ersten Kühlkreislauf ermöglicht; zumindest ein zweites Ventil, das derart konfiguriert ist, dass es selektiv eine Fluidströmung von einer oder der anderen der dritten Zone und der zweiten Zone in den zweiten Kühlkreislauf ermöglicht; und einen Controller, der das erste und zweite Ventil steuerbar in Eingriff bringt, um ein Schalten des ersten und zweiten Ventils zu steuern.
Mehrzonen-Kühlsystem nach Anspruch 1, mit einem dritten Ventil, das eine Fluidströmung von der zweiten Zone in die erste Zone blockiert.
Mehrzonen-Kühlsystem nach Anspruch 2, mit einem vierten Ventil, das die Fluidströmung von der zweiten Zone in die dritte Zone blockiert.
Mehrzonen-Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlkreislauf eine erste Pumpe aufweist, die steuerbar ist, um das Fluid selektiv durch den ersten Kühlkreislauf zu pumpen.
Verfahren zum Betrieb eines Mehrzonen-Kühlsystems in einem Fahrzeug, das einen ersten Kühlkreislauf, um einer ersten Fahrzeugkomponente eine Kühlung bereitzustellen, und einen zweiten Kühlkreislauf aufweist, um einer zweiten Fahrzeugkomponente eine Kühlung bereitzustellen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in eine erste Zone eines Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während eines ersten Betriebszustands für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird; (b) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in eine dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während eines ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (c) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der ersten Zone zu einer zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die erste Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; (d) bei der Ausführung von Schritt (c) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der dritten Zone während des ersten Betriebszustandes für die zweite Fahrzeugkomponente geführt wird; (e) eine Fluidströmung von dem zweiten Kühlkreislauf in die dritte Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers, von der dritten Zone zu der zweiten Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den zweiten Kühlkreislauf von der zweiten Zone während eines Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs, bei dem eine Spitzenkühlung für die zweite Fahrzeugkomponente erforderlich ist, geführt wird; und (f) bei der Ausführung von Schritt (e) eine Fluidströmung von dem ersten Kühlkreislauf in die erste Zone des Mehrzonen-Wärmetauschers und zurück in den ersten Kühlkreislauf von der ersten Zone während des ersten Betriebszustandes für die erste Fahrzeugkomponente geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Schritt (c) ferner umfasst, dass eine Drehzahl einer ersten Pumpe in dem ersten Kühlkreislauf erhöht wird, um die Fluidströmung während des Spitzenbetriebszustandes des ersten Kühlkreislaufs zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Schritt (e) ferner umfasst, dass eine Drehzahl einer zweiten Pumpe in dem zweiten Kühlkreislauf erhöht wird, um die Fluidströmung während des Spitzenbetriebszustandes des zweiten Kühlkreislaufs zu erhöhen.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend, dass ein erstes Rückschlagventil zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone bereitgestellt wird, wodurch die Fluidströmung von der zweiten Zone in die erste Zone blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, umfassend, dass ein zweites Rückschlagventil zwischen der dritten Zone und der zweiten Zone bereitgestellt wird, wodurch die Fluidströmung von der zweiten Zone in die erste Zone blockiert wird.