DE102012219706A1

DE102012219706A1 - Cooling device i.e. steam jet ejector cooling device, for cooling combustion engine of motor car, has thermodynamic auxiliary energy source increasing internal energy of working medium based on thermodynamic auxiliary energy

Info

Publication number: DE102012219706A1
Application number: DE201210219706
Authority: DE
Inventors: Joerg Heyse; Jens Ritzert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-04-30

Abstract

The device (1) has a heat circuit device (2) increasing internal energy of a working medium based on heat energy (38), where the working medium flows through the heat circuit device. An energy transmission unit i.e. suction jet pump (8), transfers a part of the internal energy of the working medium to a cold circuit device (3) for driving the cold circuit device. A thermodynamic auxiliary energy source (39) increases the internal energy of the working medium based on thermodynamic auxiliary energy, and comprises a compressor compressing the working medium in a gas phase. The working medium consists of high pressure water vapor (6), low pressure water vapor (16), mixture vapor (18), mixture pressure water (22), low pressure water (28) and high pressure water (30). An independent claim is also included for a combustion engine.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor. Weiterhin betrifft die Erfindung Kühlvorrichtungen für Verbrennungsmotoren.The invention relates generally to vehicles, in particular vehicles with an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to cooling devices for internal combustion engines.

Stand der TechnikState of the art

Aus der US 5,647,221 A ist eine als Dampfstrahlkältemaschine ausgebildete Kühlvorrichtung zur Nutzung der Abwärme, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, bekannt.From the US 5,647,221 A is a designed as a steam jet cooling device for cooling the waste heat, such as an internal combustion engine, known.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind eine Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 sowie ein Verbrennungsmotor mit der Kühlvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgesehen.According to the invention, a cooling device for an internal combustion engine according to claim 1 and an internal combustion engine with the cooling device according to the independent claim are provided.

Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Preferred embodiments of the present invention are indicated in the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Kühlvorrichtung, insbesondere für einen Verbrennungsmotor, eine Kältekreiseinrichtung, eine von einem Arbeitsmedium durchströmbare Wärmekreiseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine innere Energie des Arbeitsmediums basierend auf einer Wärmeenergie zu erhöhen, eine Energieübertragungseinrichtung zum Übertragen eines Teils der inneren Energie des Arbeitsmediums von der Wärmekreiseinrichtung auf die Kältekreiseinrichtung zu deren Antrieb und eine thermodynamische Hilfsenergiequelle zum Erhöhen der inneren Energie des Arbeitsmediums basierend auf einer thermodynamischen Hilfsenergie.According to one aspect of the invention, a cooling device, in particular for an internal combustion engine, comprises a refrigeration cycle device, a heat circuit device through which a working fluid is designed to increase an internal energy of the working fluid based on a heat energy, an energy transmission device for transmitting a part of the internal energy the working medium from the heat circuit device to the refrigeration cycle device for driving it and a thermodynamic auxiliary energy source for increasing the internal energy of the working medium based on a thermodynamic auxiliary energy.

Der obigen Kühlvorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Wärmekreiseinrichtung in erster Linie dazu ausgebildet ist, durch die Aufnahme von Abwärme darstellender Wärmeenergie ein an die Wärmekreiseinrichtung angeschlossenes Objekt, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, zu kühlen. Erst nachrangig soll die Wärmeenergie zum Antrieb der Kältekreiseinrichtung für andere Zwecke, wie beispielsweise den Betrieb einer Klimaanlage, genutzt werden. Im Rahmen der angegebenen Kühlvorrichtung wird jedoch erkannt, dass das ständige Vorhandensein einer ausreichenden Wärmeenergie nicht vorausgesetzt werden kann, da das zu kühlende Objekt beispielsweise nicht ständig betrieben wird. So geht die Tendenz in modernen Fahrzeugen zum Hybridantrieb, in dessen Rahmen der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, wenn der Vortrieb des Fahrzeugs allein durch eine gespeicherte elektrische Energie aufgebracht werden kann. In diesem Falle wäre der Verbrennungsmotor abgeschaltet und gibt folglich auch keine Wärme ab, so dass auch die Kühlkreiseinrichtung und entsprechend die Klimaanlage nicht betrieben werden kann. Das gleiche Problem ergibt sich beim Start des Verbrennungsmotors, wenn dieser noch kalt ist. Soll die Kältekreiseinrichtung hier zur Ladeluftkühlung eines an den Verbrennungsmotor angeschlossenen Turboladers herangezogen werden, so wäre sie in der Startphase des Verbrennungsmotors wirkungslos, was Probleme, wie beispielsweise das bekannte Turboloch, nach sich ziehen kann.The above cooling device is based on the consideration that the heat circuit device is designed primarily to cool an object connected to the heat circuit device, for example an internal combustion engine, by absorbing heat energy representing waste heat. Only subordinate to the heat energy to drive the refrigeration circuit device for other purposes, such as the operation of an air conditioner can be used. In the context of the specified cooling device, however, it is recognized that the constant presence of a sufficient heat energy can not be assumed, since the object to be cooled, for example, is not operated continuously. Thus, the trend in modern vehicles for hybrid drive, in which the engine is turned off when the propulsion of the vehicle can be applied by a stored electrical energy alone. In this case, the internal combustion engine would be switched off and consequently also no heat, so that the cooling circuit device and corresponding to the air conditioning can not be operated. The same problem arises at the start of the engine when it is still cold. If the refrigeration cycle device is to be used here for charge air cooling of a turbocharger connected to the internal combustion engine, then it would be ineffective in the starting phase of the internal combustion engine, which can lead to problems such as the known turbo lag.

Basierend auf dieser Idee liegt der angegebenen Kühlvorrichtung die Idee zugrunde, die Kühlvorrichtung mit einer Hilfsenergiequelle zu betreiben, mit der die Kältekreiseinrichtung selbst dann gesichert betrieben werden kann, wenn durch die Wärmekreiseinrichtung nicht genügend Wärmeenergie aufgenommen werden kann. Auf diese Weise ist die Verfügbarkeit der angegebenen Kühleinrichtung, in der eine Kältekreiseinrichtung grundsätzlich mit einer Abwärme nutzenden Wärmekreiseinrichtung betrieben werden soll, verbessert.Based on this idea, the specified cooling device is based on the idea of operating the cooling device with an auxiliary power source, with which the cooling circuit device can be operated safely even if insufficient heat energy can be absorbed by the heating circuit device. In this way, the availability of the specified cooling device, in which a refrigeration circuit device is basically to be operated with a waste heat using heat circuit device, improved.

Darüber hinaus kann die angegebene Kühlvorrichtung auch für energieintensive Kälteverbraucher, wie beispielsweise für die Innenraumklimatisierung oder die Kühlung von LKW-Frachtgütern, verwendet werden, wodurch die maximale Ausbeute und Verwertung der anfallenden Abwärme aus dem Objekt, wie beispielsweise dem Abgas und der Brennkammer eines Verbrennungsmotors, erreicht werden kann. Die Betriebsbereitschaft der Kühlvorrichtung kann dabei auch bei unzureichend anfallender Abwärme, zum Beispiel nach dem Motorstart oder bei zu geringer Motorlast, sichergestellt werden. In addition, the specified cooling device can also be used for energy-intensive refrigeration consumers, such as for the interior air conditioning or cooling of truckloads, whereby the maximum yield and utilization of the waste heat from the object, such as the exhaust gas and the combustion chamber of an internal combustion engine, can be achieved. The operational readiness of the cooling device can be ensured even in the case of insufficient waste heat, for example after the engine starts or if the engine load is too low.

Insgesamt lässt sich durch den Einsatz der angegebenen Kühlvorrichtung trotz elektrischer Zusatzenergieversorgung ein geringerer Energieverbrauch von Fahrzeugen für eine befahrene Strecke beobachten, was besonders bei geringen Fahrgeschwindigkeiten deutlich ist, für welche die Klimatisierungsdauer entlang der Fahrstrecke entsprechend länger ist.Overall, can be observed by the use of the specified cooling device despite additional electric power supply a lower energy consumption of vehicles for a traveled route, which is particularly clear at low speeds, for which the air conditioning is along the route correspondingly longer.

Gegenüber alternativen Kältemaschinen kann die angegebene Kühlvorrichtung die prinzipiellen Vorteile einer Dampfstrahlkältemaschine, wie beispielsweise deren schnelle Dynamik, sowie die in Fahrzeugen etablierte Kältetechnik (auch Kältemittel) nutzen.Compared with alternative chillers, the specified cooling device can use the principal advantages of a steam jet chiller, such as its fast dynamics, as well as established in vehicles refrigeration (including refrigerant).

Die Übertragung der inneren Energie von der Wärmekreiseinrichtung auf die Kältekreiseinrichtung kann in beliebiger Weise erfolgen. So kann, beispielsweise wie in einer Dampfstrahlkältemaschine, eine Saugstrahldüse mit dem die Wärmekreiseinrichtung durchströmenden Arbeitsmedium das die Kältekreiseinrichtung durchströmende Arbeitsmedium mitreißen und so verdichten. Alternativ oder zusätzlich kann ein Teil der inneren Energie aus der Wärmekreiseinrichtung wie in einem Turbolader in mechanische Energie zwischengewandelt und mit einer Turbine zum Bewegen des Arbeitsmediums in der Kältekreiseinrichtung herangezogen werden. Im Rahmen dieser möglichen Aufbauten kann die Hilfsenergiequelle an jeder beliebigen Stelle in der angegebenen Kühlvorrichtung angreifen, wie beispielsweise in der Wärmekreiseinrichtung, in der Übertragung der inneren Energie von der Wärmekreiseinrichtung auf die Kältekreiseinrichtung oder in der Kältekreiseinrichtung selbst. The transfer of internal energy from the heat circuit device to the refrigeration circuit device can be done in any way. Thus, for example, as in a steam jet refrigerator, a suction jet with the working medium flowing through the heat circuit device entrain and thus compress the working medium flowing through the cooling circuit device. Alternatively or additionally, part of the internal energy from the heat circuit device can be converted into mechanical energy as in a turbocharger and used with a turbine to move the working medium in the refrigerant circuit device. Within the scope of these possible constructions, the auxiliary energy source can attack at any point in the specified cooling device, such as in the heat circuit device, in the transmission of internal energy from the heat circuit device to the refrigeration circuit device or in the refrigeration circuit device itself.

In einer Ausführungsform der angegebenen Kühlvorrichtung umfasst die Hilfsenergiequelle eine Wärmequelle. Da sich die innere Energie, insbesondere eines gasförmigen Mediums, bekanntermaßen aus der Summe der Wärmeenergie und Druckenergie zusammensetzt, heißt das, dass die angegebene Kühlvorrichtung die innere Energie des Arbeitsmediums neben der Abwärme darstellenden Wärmeenergie auch mit einer Hilfswärmeenergie erhöhen kann. Diese Hilfswärmeenergie könnte in beliebiger Weise, wie beispielsweise über eine elektrische Heizung, erzeugt und an einer geeigneten Stelle in die angegebene Kühlvorrichtung eingebracht werden. Alternativ könnte auch eine kraftstoffbetriebene Heizung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, zum Einsatz kommen.In one embodiment of the specified cooling device, the auxiliary power source comprises a heat source. Since the internal energy, in particular a gaseous medium, is known to be composed of the sum of the heat energy and pressure energy, this means that the specified cooling device can increase the internal energy of the working medium in addition to the waste heat heat energy with an auxiliary heat energy. This auxiliary heat energy could be generated in any manner, such as via an electric heater, and introduced at a suitable location in the specified cooling device. Alternatively, a fuel-powered heater, for example in a motor vehicle, could be used.

Dabei kann die Wärmequelle ausgebildet sein, um die innere Energie des Arbeitsmediums in der Wärmekreiseinrichtung zu erhöhen. Das heißt, dass die Hilfsenergiequelle wie das eigentlich zu kühlende Objekt an die Wärmekreiseinrichtung anschließbar sein kann, so dass die Wärmekreiseinrichtung einen Anschluss für das zu kühlende Objekt und einen Anschluss für die Wärmequelle der Hilfsenergiequelle aufweist.In this case, the heat source can be designed to increase the internal energy of the working medium in the heat circuit device. This means that the auxiliary power source, like the actual object to be cooled, can be connectable to the heat circuit device, so that the heat circuit device has a connection for the object to be cooled and a connection for the heat source of the auxiliary energy source.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform umfasst die Hilfsenergiequelle einen Kompressor. Mittels des Kompressors kann die innere Energie des Arbeitsmediums basierend auf einer Hilfsdruckenergie erhöht werden, um die Kältekreiseinrichtung zu betreiben.In an alternative or additional embodiment, the auxiliary power source comprises a compressor. By means of the compressor, the internal energy of the working medium can be increased based on an auxiliary pressure energy to operate the refrigeration cycle device.

Dabei kann der Kompressor zum Verdichten des Arbeitsmediums in einer gasförmigen Phase in der Kältekreiseinrichtung ausgebildet sein.In this case, the compressor for compressing the working medium may be formed in a gaseous phase in the refrigerant circuit device.

In einer besonderen Ausführungsform der angegebenen Kühlvorrichtung kann der Kompressor parallel zur Energieübertragungseinrichtung geschaltet sein. Auf diese Weise kann der Kompressor als Hilfsenergiequelle automatisch die Energieversorgung der Kältekreiseinrichtung übernehmen, wenn die Übertragung der inneren Energie von der Wärmekreiseinrichtung auf die Kältekreiseinrichtung als eigentliche Energiequelle nicht ausreichend ist, da in einer Parallelschaltung zweier Druckquellen immer nur die stärkere Druckquelle wirkt.In a particular embodiment of the specified cooling device, the compressor may be connected in parallel to the energy transmission device. In this way, the compressor can automatically take over the power supply of the refrigeration circuit device as an auxiliary power source, if the transmission of the internal energy from the heat circuit device to the refrigeration circuit device is not sufficient as the actual energy source, since in a parallel connection of two pressure sources always acts only the stronger pressure source.

In einer weiteren Ausführungsform der angegebenen Kühlvorrichtung kann der Kompressor in Reihe zur Energieübertragungseinrichtung geschaltet sein. Der Kompressor kann dabei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums der Kältekreiseinrichtung vor oder nach der Übertragung der inneren Energie von der Wärmekreiseinrichtung auf die Kältekreiseinrichtung angreifen, wobei der Kompressor dabei immer nur einen Differenzdruck zu dem bereits basierend auf der Abwärme aus dem zu kühlenden Objekt erzeugten Druck erzeugen muss, um einen wirkungsvollen Betrieb der Kältekreiseinrichtung sicherzustellen.In a further embodiment of the specified cooling device, the compressor can be connected in series with the energy transmission device. The compressor may act in the direction of flow of the working medium of the refrigeration circuit before or after the transfer of internal energy from the heat circuit to the refrigeration circuit, the compressor always has to generate only a differential pressure to the already generated based on the waste heat from the object to be cooled pressure to ensure effective operation of the refrigeration cycle device.

In einer zusätzlichen Ausführungsform umfasst die angegebene Kühlvorrichtung einen Bypasspfad zum Überbrücken des in Reihe zur Energieübertragungseinrichtung geschalteten Kompressors. Auf diese Weise kann die Hilfsenergiequelle in einfacher Weise bei Bedarf aus dem Wirkungskreis der Kühlvorrichtung entfernt werden, um beispielsweise die Kühlleistung der Kältekreiseinrichtung anzupassen.In an additional embodiment, the specified cooling device comprises a bypass path for bypassing the compressor connected in series with the energy transmission device. In this way, the auxiliary power source can be easily removed if necessary from the scope of the cooling device, for example, to adjust the cooling capacity of the refrigeration circuit device.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die angegebene Kühlvorrichtung ein Schaltmittel zum gesteuerten Erhöhen der inneren Energie des Arbeitsmediums basierend auf einer thermodynamischen Hilfsenergie mit der Hilfsenergiequelle. Das Schaltmittel kann die Hilfsenergiequelle direkt oder aber auch über einen Fließpfad durch die Kältekreiseinrichtung steuern. Im Falle des zuvor genannten Bypasspfades kann das Schaltmittel beispielsweise in Form eines Dreiwegeventils steuern, wie viel Arbeitsmedium durch diesen Bypasspfad fließen soll.In a further embodiment, the specified cooling device comprises a switching means for controllably increasing the internal energy of the working medium based on a thermodynamic auxiliary energy with the auxiliary power source. The switching means can control the auxiliary power source directly or else via a flow path through the refrigeration circuit device. In the case of the aforementioned bypass path, the switching means can control, for example, in the form of a three-way valve, how much working fluid should flow through this bypass path.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor eine angegebene Kühlvorrichtung zu dessen Kühlung. Dabei kann der Verbrennungsmotor beispielsweise eine Brennkammer zur Verbrennung eines Kraftstoffs umfassen, die durch die Kühlvorrichtung gekühlt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlvorrichtung auch ein Abgas des Verbrennungsmotors kühlen.According to a further aspect of the invention, an internal combustion engine comprises a specified cooling device for its cooling. In this case, the internal combustion engine may, for example, comprise a combustion chamber for combustion of a fuel, which may be cooled by the cooling device. Alternatively or additionally, the cooling device can also cool an exhaust gas of the internal combustion engine.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Dampfstrahlkältemaschine; 1 a schematic view of a steam jet refrigerator;

2 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotor und einer an den Verbrennungsmotor angeschlossenen Kühlvorrichtung; 2 a schematic view of an internal combustion engine and a cooling device connected to the internal combustion engine;

3 eine schematische Ansicht eines Frontend-Kühlers; 3 a schematic view of a front-end radiator;

4 eine schematische Ansicht einer alternativen Dampfstrahlkältemaschine; und 4 a schematic view of an alternative steam jet refrigerator; and

5 eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Dampfstrahlkältemaschine. 5 a schematic view of another alternative steam jet chiller.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

In den Figuren werden Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.In the figures, elements of identical or comparable function are provided with the same reference numerals and described only once.

Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer Dampfstrahlkältemaschine 1 zeigt.It will open 1 Reference is made, which is a schematic view of a steam jet refrigerator 1 shows.

Die Dampfstrahlkältemaschine 2 kann über einen Wärmekraftkreislauf 2 einen Kältekreislauf 3 antreiben. Im Rahmen des Wärmekreislaufs 2 wird als thermischer Energieträger in einem Hochdruckverdampfer 4 ein Hochdruckwasserdampf 6 erzeugt und in eine Saugstrahlpumpe 8 geleitet. The steam jet chiller 2 can have a thermal power cycle 2 a refrigeration cycle 3 drive. In the context of the heat cycle 2 is used as a thermal energy source in a high-pressure evaporator 4 a high pressure steam 6 generated and in a suction jet pump 8th directed.

Die Saugstrahlpumpe 8 umfasst eine Treibdüse 10 und einen Auslaufdiffusor 12. In der Treibdüse 10 wird der Hochdruckwasserdampf 6 in einer dem Fachmann bekannten Weise bis auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt, so dass die Druckenergie des Hochdruckwasserdampfes 6 in kinetische Strömungsenergie umgesetzt wird. Durch den beschleunigten Hochdruckwasserdampf 6 entsteht in einer zur Treibdüse 10 gehörenden und nicht weiter dargestellten Mischkammer ein Unterdruck, der aus einem Niederdruckverdampfer 14 einen Niederdruckdampf 16 angesaugt. Der Niederdruckdruckdampf 16 vermischt sich in der Mischkammer der Treibdüse 10 mit dem beschleunigten Hochdruckdampf 6. Der Mischdampf 18 aus dem Hochdruckdampf 6 und dem Niederdruckdampf 16 wird im Auslaufdiffusor 12 gesammelt und stoßartig an eine Kühlvorrichtung 20 abgegeben. The suction jet pump 8th includes a motive nozzle 10 and an outlet diffuser 12 , In the motive nozzle 10 becomes the high-pressure water vapor 6 in a manner known to those skilled accelerated up to the speed of sound, so that the pressure energy of the high pressure water vapor 6 is converted into kinetic flow energy. Due to the accelerated high-pressure steam 6 arises in one to the motive nozzle 10 belonging and not shown mixing chamber, a negative pressure, which consists of a low-pressure evaporator 14 a low pressure steam 16 sucked. The low pressure pressure steam 16 mixes in the mixing chamber of the motive nozzle 10 with the accelerated high-pressure steam 6 , The mixed steam 18 from the high pressure steam 6 and the low pressure steam 16 gets in the outlet diffuser 12 collected and jerked to a cooler 20 issued.

Das heißt, dass der Hochdruckdampf 6 mit dem größten Druck in die Saugstrahlpumpe 8 eintritt. Der stoßartig aus der Saugstrahlpumpe 8 austretende Mischdampf 18 erzeugt in der Saugstrahlpumpe 8 stoßartig Unterdrücke, die den Unterdruckdampf 16 in die Saugstrahlpumpe 8 einsaugen. Damit weist der Unterdruckdampf 16 den geringsten Druck an den Anschlüssen der Saugstrahlpumpe 8 auf.That is, the high pressure steam 6 with the greatest pressure in the suction jet pump 8th entry. The jerky from the suction jet pump 8th exiting mixed steam 18 generated in the suction jet pump 8th jerkingly suppressing the vacuum vapor 16 in the suction jet pump 8th imbibe. This indicates the vacuum vapor 16 the lowest pressure at the connections of the suction jet pump 8th on.

An der Kühlvorrichtung 20 wird der Mischdampf 18 gekühlt und zu einem Mischdruckwasser 22 kondensiert. Das Mischdruckwasser 22 wird dann einerseits über eine drucksenkende Drossel 24 an den Unterdruckverdampfer 14 und andererseits über eine drucksteigernde Pumpe 26 an den Hochdruckverdampfer 4 aufgeteilt. Aus dem Niederdruckwasser 28 beziehungsweise dem Hochdruckwasser 30 werden dann entsprechend im Niederdruckverdampfer 14 beziehungsweise im Hochdruckverdampfer 4 der Niederdruckdampf 16 beziehungsweise der Hochdruckdampf 16 erzeugt.At the cooler 20 becomes the mixed vapor 18 cooled and to a mixed pressure water 22 condensed. The mixed pressure water 22 is then on the one hand via a pressure-reducing throttle 24 to the vacuum evaporator 14 and on the other hand via a pressure-increasing pump 26 to the high pressure evaporator 4 divided up. From the low pressure water 28 or the high-pressure water 30 are then correspondingly in the low pressure evaporator 14 or in the high-pressure evaporator 4 the low pressure steam 16 or the high-pressure steam 16 generated.

Im Ergebnis nehmen das Hochdruckwasser 6 und das Niederdruckwasser 16 entsprechend im Hochdruckverdampfer 14 beziehungsweise im Niederdruckverdampfer 14 thermische Energie auf und geben sie in der Kühlvorrichtung 20 wieder ab. Für den Wärmeaustausch können am Hochdruckverdampfer 6, am Niederdruckverdampfer 16 und an der Kühlvorrichtung 20 entsprechend Hochdruckheizanschlüsse 32, Niederdruckheizanschlüsse 34 beziehungsweise Kühlanschlüsse 36 ausgebildet sein, über die durch die Wärmetauscher 6, 16, 20 ein entsprechendes Wärmetransportmedium, wie beispielsweise ebenfalls Wasser, geleitet werden kann, um im Rahmen des Wärmetausches Wärmeenergie 38 an den Hochdruckdampf 6 und den Niederdruckdampf 16 abzugeben beziehungsweise in der Kühlvorrichtung 20 Wärmeenergie 38 aus dem Mischdampf 18 aufzunehmen. As a result, take the high pressure water 6 and the low pressure water 16 accordingly in the high pressure evaporator 14 or in a low-pressure evaporator 14 Apply thermal energy and place in the cooler 20 again. For the heat exchange can on the high-pressure evaporator 6 , at the low-pressure evaporator 16 and at the cooler 20 according to Hochdruckheizanschlüsse 32 , Low pressure heating connections 34 or cooling connections 36 be formed over through the heat exchanger 6 . 16 . 20 a corresponding heat transfer medium, such as, for example, water, can be passed to heat energy in the context of heat exchange 38 to the high pressure steam 6 and the low pressure steam 16 leave or in the cooling device 20 Thermal energy 38 from the mixed steam 18 take.

Sollte die im Wärmekraftkreislauf 2 aufgenommene Wärmeenergie 38 nicht ausreichen, um den Kältekreislauf 3 zu betreiben, so kann das Hochdruckwasser 30 im Rahmen der vorliegenden Ausführung mit einer Heizung 39 zusätzlich aufgeheizt werden. Should be in the thermal power cycle 2 absorbed heat energy 38 not enough to the refrigeration cycle 3 to operate, so can the high pressure water 30 in the present embodiment with a heater 39 be heated in addition.

Das Prinzip dieser Dampfstrahlkältemaschine 1 soll im Rahmen der vorliegenden Ausführung in einem in 2 gezeigten Verbrennungsmotor 40 genutzt werden, der in einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug zu dessen Antrieb verbaut ist und über einen in 2 dargestellten Kühlkreislauf 41 gekühlt werden kann. Dabei sollte die im Rahmen der Dampfstrahlkältemaschine 1 abzugebende Wärmeenergie 38 beispielsweise über die Kühlanschlüsse 34 und ein entsprechendes die Kühlanschlüsse 34 durchströmendes Kühlmedium, wie beispielsweise Wasser, an einen in 3 gezeigten Frontend-Kühler 43 des Fahrzeugs abgegeben werden, der somit die abzugebende Wärmeenergie 38 aus der Dampfstrahlkältemaschine 1 abführt.The principle of this steam jet chiller 1 is intended in the context of the present embodiment in an in 2 shown internal combustion engine 40 be used, which is installed in a non-illustrated vehicle to its drive and a in 2 illustrated cooling circuit 41 can be cooled. It should be in the context of steam jet chiller 1 thermal energy to be delivered 38 for example, via the cooling connections 34 and a corresponding the cooling connections 34 flowing cooling medium, such as water, to an in 3 shown front-end radiator 43 be issued of the vehicle, thus the heat energy to be delivered 38 from the steam jet chiller 1 dissipates.

Der Verbrennungsmotor 40 erzeugt im Rahmen seiner Verbrennung eine Abwärme, die zum Erwärmen des Hochdruckwassers 30 im Hochdruckverdampfer 4 verwendet werden soll, so dass mit dem entstehenden Hochdruckwasserdampf 6 der Niederdruckwasserdampf 16 in der Saugstrahlpumpe 8 angesaugt werden kann. Damit kann der den Niederdruckwasserdampf 16 erzeugende Niederdruckverdampfer 14 beispielsweise an eine nicht weiter dargestellte Klimaanlage in dem Fahrzeug zur Kühlung des Innenraums des Fahrzeugs angeschlossen werden, wodurch alternative Kühlkonzepte, die eine elektrische oder mechanische Energiezufuhr voraussetzen, überflüssig sind.The internal combustion engine 40 generates as part of its combustion a waste heat, which is used to heat the high-pressure water 30 in the high-pressure evaporator 4 should be used, so that with the resulting high pressure water vapor 6 the low pressure water vapor 16 in the suction jet pump 8th can be sucked. This can be the the low pressure water vapor 16 generating low-pressure evaporator 14 For example, be connected to an air conditioning system, not shown, in the vehicle for cooling the interior of the vehicle, whereby alternative cooling concepts that require an electrical or mechanical power supply are superfluous.

Zur technischen Umsetzung des zuvor beschriebenen Konzepts wird dem Hochdruckverdampfer 4 ein vom Verbrennungsmotor 40 aufgeheiztes Kühlwasser zugeführt, das zuvor zur weiteren Aufheizung noch durch einen Abgaswärmetauscher 44 geleitet werden kann. Mit dem Abgaswärmetauscher 44 kann damit ein gegenüber dem Verbrennungsmotor 40 heißeres Abgas aus dem Verbrennungsmotor 40 auf eine Temperatur abgekühlt werden, die als Betriebstemperatur für einen nicht gezeigten Katalysator des Fahrzeugs geeignet ist. In der vorliegenden Ausführung ist der Abgaswärmetauscher 44 damit im Kühlkreislauf 41 stromabwärts des Verbrennungsmotors 40 angeordnet. Er kann jedoch zur Anhebung der Prozesstemperatur in nicht gezeigter Weise auch stromabwärts des Hochdruckverdampfers 4 in der Dampfstrahlkältemaschine 1 angeordnet werden und so den Hochdruckwasserdampf 6 weiter aufheizen.For technical implementation of the concept described above, the high pressure evaporator 4 one from the combustion engine 40 supplied heated cooling water, the previously for further heating nor by an exhaust gas heat exchanger 44 can be directed. With the exhaust gas heat exchanger 44 can thus be compared to the internal combustion engine 40 hotter exhaust gas from the internal combustion engine 40 be cooled to a temperature which is suitable as operating temperature for a catalyst, not shown, of the vehicle. In the present embodiment, the exhaust gas heat exchanger 44 so that in the cooling circuit 41 downstream of the internal combustion engine 40 arranged. However, it can be used to increase the process temperature in a manner not shown also downstream of the high-pressure evaporator 4 in the steam jet chiller 1 be arranged and so the high pressure water vapor 6 continue to heat up.

Das so aufgeheizte Kühlwasser 46 wird im Normalbetrieb des Kühlkreislaufs 41 über ein noch zu beschreibendes Bypassventil 48 an einen Ölwärmetauscher 50 geleitet, über den mit dem aufgeheizten Kühlwasser 46 ein Motoröl 52 des Fahrzeugs gekühlt werden kann, das dem Ölwärmetauscher 50 mit einer Ölpumpe 54 zugeführt wird. Auf diese Weise wird dem aufgeheizten Kühlwasser 46 weitere Wärmeenergie 38 zum Betrieb der Dampfstrahlkältemaschine 1 zugeführt. Sollte die Temperatur des aufgeheizten Kühlwassers 46 zum Betrieb der Dampfstrahlkältemaschine 1 weiterhin zu gering sein, so kann dieses optional über ein beispielsweise geregelt ausgeführtes Heizelement 56 auf die notwendige Temperatur aufgeheizt werden, bevor es über die Hochdruckanschlüsse 32 der Dampfstahlkältemaschine 1 zugeführt wird.The thus heated cooling water 46 is in normal operation of the cooling circuit 41 via a bypass valve to be described later 48 to an oil heat exchanger 50 passed over the with the heated cooling water 46 an engine oil 52 the vehicle can be cooled, the oil heat exchanger 50 with an oil pump 54 is supplied. In this way, the heated cooling water 46 additional heat energy 38 for operation of the steam jet chiller 1 fed. Should the temperature of the heated cooling water 46 for operation of the steam jet chiller 1 continue to be too low, so this can optionally have a running example, running heater 56 be heated to the necessary temperature before passing through the high pressure connections 32 the steam steel chiller 1 is supplied.

In der Dampfstrahlkältemaschine 1 wird das aufgeheizte Kühlwasser 46 gekühlt und nach dessen Wiedereintritt in den Kühlkreislauf 41 über die Hochdruckanschlüsse 32 als gekühltes Kühlwasser 42 zur Abkühlung des Verbrennungsmotors 40 über ein weiteres Bypassventil 48 wieder zu diesem zurückgeleitet. Die Rückleitung des gekühlten Kühlwassers 42 zum Verbrennungsmotor 40 kann dabei über eine Treibpumpe 58 erfolgen.In the steam jet chiller 1 becomes the heated cooling water 46 cooled and after its re-entry into the cooling circuit 41 over the high pressure connections 32 as cooled cooling water 42 for cooling the internal combustion engine 40 via another bypass valve 48 returned to this again. The return of the cooled cooling water 42 to the internal combustion engine 40 can use a propellant pump 58 respectively.

Auf diese Weise kann die Abwärme des Verbrennungsmotors 40 als Wärmeenergie 38, unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Betriebsweise der Dampfstrahlkältemaschine 1, zur Kühlung der Fahrgastzelle in dem bereits erwähnten Fahrzeug verwendet werden. Andere Kühlkonzepte sollen jedoch durch die beschriebene Ausführung nicht ausgeschlossen werden.In this way, the waste heat of the engine 40 as heat energy 38 taking into account the above-described operation of the steam jet refrigerator 1 be used to cool the passenger compartment in the vehicle already mentioned. However, other cooling concepts should not be excluded by the described embodiment.

Sollte während des Betriebs des Kühlkreislaufs 41 eine Kühlung des Motoröls 52 durch den Kühlkreislauf 41 zu Problemen führen, so kann das Motoröl 52 im Rahmen der vorliegenden Ausführung über ein Bypassventil 48 am Ölwärmetauscher 50 vorbeigeleitet werden, so dass der Kühlkreislauf 41 keinen Einfluss mehr auf das Motoröl 52 hat. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn das Motoröl 52 ausreichend gekühlt ist oder die Temperatur des in den Ölwärmetauscher 50 eintretenden Motoröls 52 bereits so niedrig ist, dass das in den Ölwärmetauscher 50 eintretende Motoröl 52 Wärmeenergie aus dem aufgeheizten Kühlwasser 46 aufnimmt und nicht an dieses abgibt.Should during the operation of the cooling circuit 41 a cooling of the engine oil 52 through the cooling circuit 41 cause problems, so can the engine oil 52 in the present embodiment via a bypass valve 48 at the oil heat exchanger 50 be bypassed, so that the cooling circuit 41 no longer affect the engine oil 52 Has. This could be the case, for example, if the engine oil 52 is sufficiently cooled or the temperature of the oil heat exchanger 50 entering engine oil 52 already so low is that in the oil heat exchanger 50 entering engine oil 52 Heat energy from the heated cooling water 46 receives and does not give to this.

Das in Fließrichtung des Kühlwassers 42, 46 betrachtet stromabwärts des Abgaswärmetauschers 44 angeordnete Bypassventil 38 kann das aufgeheizte Kühlwasser 46 beispielsweise während eines Starts des oben genannten Fahrzeugs an der Dampfstrahlkältemaschine 1 vorbeileiten und zum Aufheizen eines Getriebes 60 des Fahrzeugs nutzen. Dazu wird das aufgeheizte Kühlwasser 46 beispielsweise durch einen entsprechenden Getriebewärmetauscher 62 geleitet, der die Wärme aus dem aufgeheizten Kühlwasser 46 zum Getriebe 60 transportiert. Auf diese Weise wird das Getriebe 60 in einer Startphase des Fahrzeugs schneller geheizt.That in the flow direction of the cooling water 42 . 46 considered downstream of the exhaust gas heat exchanger 44 arranged bypass valve 38 can the heated cooling water 46 for example, during a start of the above-mentioned vehicle on the steam jet refrigerator 1 pass by and for heating a transmission 60 use of the vehicle. This is the heated cooling water 46 for example, by a corresponding transmission heat exchanger 62 passed the heat from the heated cooling water 46 to the gearbox 60 transported. This is how the transmission works 60 heated faster in a starting phase of the vehicle.

Alternativ oder zusätzlich kann das gekühlte Kühlwasser 42 nach dem Passieren der Treibpumpe 58 über einen Frontend-Wärmetauscher 64 zum Frontendkühler 43 geleitet werden, wenn die Temperatur des gekühlten Kühlwassers 42 nicht ausreicht, den Verbrennungsmotor 40 zu kühlen. Das hat in einer Startphase des Verbrennungsmotors 40 zudem den Vorteil, dass das gekühlte Kühlwasser 42 nicht unnötig abgekühlt wird und das Getriebe 60 so noch schneller aufgeheizt werden kann.Alternatively or additionally, the cooled cooling water 42 after passing the propellant pump 58 via a front-end heat exchanger 64 to the front end cooler 43 be routed when the temperature of the cooled cooling water 42 is not enough, the internal combustion engine 40 to cool. This has in a starting phase of the internal combustion engine 40 In addition, the advantage that the cooled cooling water 42 not unnecessarily cooled and the gearbox 60 so can be heated even faster.

Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer alternativen Dampfstrahlkältemaschine 1 zeigt.It will open 4 Reference is made, which is a schematic view of an alternative steam jet chiller 1 shows.

In der alternativen Dampfstrahlkältemaschine 1 kann der Betrieb des Kältekreises 3 mit einem Hilfskompressor 66 sichergestellt werden. Der Hilfskompressor 66 ist in der vorliegenden Ausführung von der Kühlvorrichtung 20 aus gesehen in Reihe zur Saugstrahlpumpe 8 angeordnet und komprimiert dem Niederdruckdampf 16 vor. Dabei kann der Hilfskompressor 66 über ein an sich bekanntes Dreiwegeventil 68 und einen Bypasspfad 70 aus dem Kältekreis 3 entfernt werden.In the alternative steam jet chiller 1 can the operation of the refrigeration circuit 3 with an auxiliary compressor 66 be ensured. The auxiliary compressor 66 is in the present embodiment of the cooling device 20 seen in series with the suction jet pump 8th arranged and compressed the low-pressure steam 16 in front. In this case, the auxiliary compressor 66 via a known three-way valve 68 and a bypass path 70 from the refrigerant circuit 3 be removed.

Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine schematische Ansicht einer weiteren alternativen Dampfstrahlkältemaschine 1 zeigt. It will open 5 Reference is made, which is a schematic view of another alternative steam jet chiller 1 shows.

In der Ausführung gemäß 5 wirkt der Hilfskompressor 66 parallel zur Saugstrahlpumpe 8 und kann diese gegebenenfalls über das Dreiwegeventil 68 überbrücken.In the execution according to 5 acts the auxiliary compressor 66 parallel to the suction jet pump 8th and this may optionally be via the three-way valve 68 bridged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5647221A [0002]

Claims

Cooling device ( 1 ), in particular for an internal combustion engine ( 40 ), comprising: - a refrigeration circuit device ( 3 ); - one of a working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) throughflowable heat circuit device ( 2 ), which is designed to generate an internal energy of the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) based on a heat energy ( 38 ) increase; An energy transfer device ( 8th ) for transferring part of the internal energy of the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) from the heat circuit device ( 2 ) to the refrigeration circuit device ( 3 ) to their drive; and - a thermodynamic auxiliary energy source ( 39 . 66 ) to increase the internal energy of the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) based on a thermodynamic auxiliary energy.

Cooling device ( 1 ) according to claim 1, wherein the auxiliary power source ( 39 . 66 ) a heat source ( 39 ).

Cooling device ( 1 ) according to claim 2, wherein the heat source ( 39 ) is adapted to the internal energy of the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) in the heat circuit device ( 2 ) increase.

Cooling device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the auxiliary power source ( 39 . 66 ) a compressor ( 66 ).

Cooling device ( 1 ) according to claim 4, wherein the compressor ( 66 ) for compressing the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) in a gaseous phase ( 16 ) in the refrigeration circuit device ( 3 ) is set up.

Cooling device ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the compressor ( 66 ) parallel to the energy transfer device ( 8th ) is switched.

Cooling device ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the compressor ( 66 ) in series with the energy transfer device ( 8th ) is switched.

Cooling device ( 1 ) according to claim 7, comprising a bypass path ( 70 ) for bridging in series with the energy transfer device ( 8th ) connected compressor ( 66 ).

Cooling device ( 1 ) according to one of the preceding claims, comprising a switching means ( 68 ) for the controlled increase of the internal energy of the working medium ( 6 . 16 . 18 . 22 . 28 . 30 ) based on a thermodynamic auxiliary energy with the auxiliary power source ( 39 . 66 ).

Internal combustion engine ( 40 ), comprising a combustion chamber for combustion of a fuel and a cooling device ( 1 ) according to any one of the preceding claims for cooling the combustion chamber.