SE0850102A1 - Metod och system för överkylning av kylvätskan i ett fordons kylsystem. - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 värme får i allmänhet kortare livslängd eller blir dyra att tillverka. Ett känt sätt att kyla styrenheter är att föra bort värmen med hjälp av dieselbränslet.

Känd teknik visar dock inte hur man på ett enkelt och effektivt sätt kan sänka temperaturen på ett fordons kylvätska med hjälp av en kompressordriven köldmediekrets.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL OCE VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Uppfinningens ändamål är att lösa nämnda problem och att påvisa en metod och ett system som ger en bättre och mer effektiv kylning av de enheter och komponenter i fordonet som behöver bättre kylning för att arbeta effektivt.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att ersätta den normala passiva kylningen, via fordonets luftkylda radiator, med en aktiv kylning som ger en effektivare nedkylning av kylvätskan än den som en passiv kylning kan åstadkomma, vilket t.ex. är särskilt fördelaktigt när fordonet framförs i varma omgivningar.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att förbättra verkningsgraden för de kylda enheterna och komponenterna i fordonet och därmed uppnå lägre bränsleförbrukning, mindre miljöpåverkan och lägre driftskostnader.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att de kylda enhet- erna i fordonet skall kunna tillverkas med hjälp av billigare komponenter och/eller att deras livslängd skall kunna förlängas.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att påvisa en lösning som utnyttjar fordonets normala kylkrets och befintliga luftkylda radiator.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är påvisa en enkel kompakt lösning som är lättplacerad i ett fordon. 10 15 20 25 30 35 Dessa nämnda, och ytterligare ändamål, uppnås enligt uppfinn- ingen genom en metod och ett system enligt de i patentkraven l och 6 angivna särdragen.

Uppfinningen åstadkoms principiellt genom att en kompressor- driven köldmediekrets anordnas i fordonet och vars sekundärsida ansluts till fordonets befintliga lågtemperaturs kylkrets, som exempelvis används för att kyla laddluften, EGR-gaserna, olika styrenheter mm. Närmare bestämt ansluts koldmediekretsens kondensor till fordonets kylkrets uppströms radiatorn så att åtminstone en del av den uppvärmda kylvätskan i kylkretsen passerar kondensorns värmeväxlare. Där upphettas kylvätskan ytterligare varefter den återförs till fordonets kylkrets strax före radiatorn. Den sålunda extra uppvärmda kylvätskan strömmar in genom radiatorn som följaktligen blir varmare än annars normalt skulle vara fallet. Eftersom skillnaden i temperatur mellan kylvätskan i radiatorn och den omgivande luften, som kyler radiatorn t.ex. med hjälp av en fläkt, ökar så ökar även radiatorns kyleffekt, dvs. mera värme kan avges från radiatorn till den omgivande luften.

Efter det att kylvätskan passerat och kylts i radiatorn, alltså strax nedströms radiatorn, leds åtminstone en del av kylvätskan in i och genom den kompressordrivna koldmediekretsens värme- växlare som är sammanbyggd med förångaren, och kyls där ytter- ligare. Kylvätskan pumpas därefter åter in i fordonets kylkrets nedströms radiatorn och flödar vidare ut till de enheter som skall kylas i fordonet. Detta resulterar i en "överkylning" av kylkretsens kylvätska och säkerställer en tillräcklig kylning av vitala enheter i fordonet.

Med hjälp av uppfinningen är det principiellt möjligt att åstadkomma en kylvätsketemperatur i fordonets kylkrets, efter radiatorn, som till och med är kallare än den omgivande luft som används för kylningen av radiatorn. 10 15 20 25 30 35 Det kostar naturligtvis energi och därmed bränsle att driva ett kompressorsystem enligt uppfinningen men det sparar ännu mera energi och bränsle genom att t.ex. fordonets motor kan arbeta vid optimala betingelser vilket ger bättre verkningsgrad och lägre bränsleförbrukning.

Genom att öka temperaturen på kylvätskan innan den passerar genom lågtemperatursradiatorn kan man alltså kyla bort mera värme från fordonets kylvätskesystem. Detta på grund av att en radiator generellt ger ifrån sig mera effekt ju större skill- naden är mellan den omgivande luftens temperatur, alltså den kylluft som passerar tvärs genom radiatorn, och temperaturen på den kylvätska som pumpas genom radiatorn.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av den följande mer detaljerade beskrivningen av uppfinningen samt av bifogade ritningar och övriga patentkrav.

KORTFATTAD RITNINGSFÖRTECKNING Uppfinningen beskrivs härefter närmare i nägra föredragna utföringsexempel med ledning av bifogade ritningar.

Figur 1 representerar känd teknik inom omradet och visar schema- tiskt ett enkelt kylsystem baserat på s.k. passiv kylning i ett fordon.

Figur 2 visar schematiskt ett uppfinningsenligt s.k. aktivt kyl- system där en kompressordriven köldmediekrets med hjälp av led- ningar kopplats till fordonets befintliga kylkrets och där ät- minstone en del av kylvätskan passerar åtminstone en av värme- växlarna för förängaren och/eller kondensorn i den kompressor- drivna köldmediekretsen. 10 15 20 25 30 35 Figur 3 visar schematiskt ett alternativt utföringsexempel, av uppfinningen enligt figur 2, men där hela kylvätskeflödet i for- donets kylkrets leds genom den kompressordrivna köldmediekret- sens kondensor och förångare.

Figur 4 visar schematiskt ett ytterligare alternativt utförings- exempel, av uppfinningen enligt figur 2, men dar mängden kyl- vätska från fordonets kylkrets kan regleras så att en större eller mindre mängd kan ledas via den kompressordrivna köldmedie- kretsens kondensor och/eller förångare.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar alltså känd teknik inom området och figuren illu- strerar ett enkelt exempel på ett fordonsbaserat kylsystem 1 med vanlig "passiv" kylning, dvs kylvätskan, som vanligtvis består av en vatten- och glykolblandning, pumpas runt i en väsentligen sluten kylkrets 2 med hjälp av en exempelvis mekaniskt driven pump 3. Kylvätskan passerar genom en eller flera enheter 4-6 i fordonet som skall kylas. Dessa kan vara fordonets motor, en motorstyrenhet, en EGR-kylare, en laddluftkylare osv. Kylvätskan flödar vidare genom en luftkyld lågtemperaturs radiator 7 varefter den återförs till pumpen 3. Radiatorns 7 kyleffekt begränsas bl.a. av den omgivande luftens temperatur och luftens hastighet genom radiatorn 7 och sjunker betydligt t.ex. när fordonet framförs i regioner med hög lufttemperatur. Detta medför att tillräcklig kylning inte alltid kan erhållas vilket resulterar i sämre verkningsgrad hos vitala enheter och funktioner i fordonet, och bränslekostnaderna ökar.

Figur 2 visar schematiskt ett "aktivt" kylsystem 8 enligt upp- finningen. En kompressordriven köldmediekrets 9 har via ett ledningssystem kopplats in till fordonets befintliga lågtempera- turs kylkrets 2 uppströms respektive nedströms den luftkylda radiatorn 7. 10 15 20 25 30 35 Den kompressordrivna koldmediekretsen 9 består på känt sätt av en hermetiskt sluten flödeskrets som arbetar med hjälp av ett koldmedium, vanligen en gas under tryck. Koldmediekretsen 9 innefattar på känt sätt en mekaniskt driven kompressor 10, en kondensor 11, en forångare 12, ett torkfilter 13 samt ett expansionsorgan 14 och dessa komponenter är sammankopplade med varandra genom ett slang- och/eller rorledningssystem. Kold- mediekretsen 9 avger värme via kondensorn 11 och tar upp värme via forångaren 12. Både kondensorn 11 och förångaren 12 är här sammanbyggda med var sin vätskebaserad värmeväxlare. Koldmedie- kretsens 9 flode åstadkoms av kompressorn 10 och går från kom- pressorn 10 genom kondensorn 11, där värme avges, via tork- filtret 13 och expansionsorganet 14 till forångaren 12, där värme upptas, och därefter åter till kompressorn 10. Åtminstone en del av kylvätskan i fordonets kylkrets 2 leds, efter att ha passerat enheter 4-6 och värmts upp och med hjälp av en forsta kylvätskepump 15, från en forsta forgrening 16a uppstroms radiatorn 7 genom kondensorn 11 och dess värmeväxlare där den värms upp ytterligare. Den sålunda extra uppvärmda kylvätskan återfors därefter till kylkretsen 2 i en andra forgrening 16b, också placerad uppstroms radiatorn 7 men ned- stroms den första förgreningen l6a, och leds därefter genom radiatorn 7 där kylvätskan kyls med hjälp av omgivande luft.

I figur l och 2 anges, vid ett flertal punkter, exempel på typiska temperaturnivåer som kan uppstå vid ett normalt drift- fall. Temperaturerna är representativa for en omgivningstempera- tur av ca 3O grader och är enbart exempel och kan självklart variera kraftigt mellan olika driftfall med olika belastnings- fall etc.

Nedstroms radiatorn 7 pumpas åtminstone en del av den nu luft- kylda kylvätskan via en tredje forgrening 160 in genom forångarens 12 värmeväxlare, med hjälp av en andra kylvätskepump 17, där den kyls ytterligare varefter kylvätskan leds tillbaka 10 15 20 25 30 35 till kylkretsen 2 via en fjärde förgrening 16d placerad ned- ströms radiatorn 7 och även nedströms den tredje förgreningen 16c.

På detta sätt åstadkoms en extra kall kylvätska som effektivare kan kyla de enheter/komponenter i fordonet som behöver en bättre kylning. Genom uppfinningen kan kylvätskans temperatur efter radiatorn 7 sänkas så att den till och med understiger den omgivande luftens temperatur.

Figur 3 visar schematiskt ett alternativt utföringsexempel av uppfinningen, där all kylvätska passerar köldmediekretsens kondensor och förängare. Därmed bildas ett gemensamt flöde i kylkretsen 2 och dimensionen på kondensorns 11 och förångarens 12 värmeväxlare samt pä köldmediekretsens rörledningar mäste ökas. Genom att hela kylvatskeflödet passerar kondensorn 11 och förångaren 12 kan en effektivare värmeväxling uppnås i dessa komponenter vilket ökar verkningsgraden i kylsystemet. Endast en gemensam kylvatskepump 3 behövs dessutom i detta system eftersom inga förgreningspunkter eller delflöden finns, annat an vid de enheter 4-6 som skall kylas.

Figur 4 visar schematiskt ett ytterligare alternativt utförings- exempel av uppfinningen. Genom att anordna en första och en andra ventil 18a,b i kylkretsen 2, uppströms respektive ned- ströms radiatorn 7 och mellan den första och andra respektive den tredje och fjärde förgreningen 16a-d, kan mängden kylvätska som passerar genom kondensorn 11 resp. förångaren 12 valfritt regleras. Antingen kan ventilerna 18a,b styras så att de är helt öppna eller helt stängda alternativt kan ventilerna 18a,b regle- ras så att de gradvis öppnar eller stänger flödet så att en större eller mindre mängd kylvätska kan ledas genom det kom- pressordrivna köldmediesystemets 9 kondensor 11 och förängare 12 beroende av behovet av kylning vid varje enskilt tillfälle. 10 15 20 Enligt uppfinningen är det också möjligt att förångaren 12 och kondensorn 12, med sina respektive värmeväxlare, är sammanbyggda och integrerade i en gemensam enhet 19, vilket indikeras med en streckad box i figur 4, i syfte att skapa en kompakt enhet som är lätt att placera i fordonet och som kan leverera både varm och kall vätska.

De i figur 4 angivna temperaturvärdena visar ett driftsfall där ventilerna 18a,b är åtminstone delvis öppna.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till några olika föredragna utföringsformer. Naturligtvis är uppfinningen inte begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan de skall endast betraktas som exempel. Även andra varianter av uppfinn- ingen är alltså fullt möjliga inom ramen för bifogade patent- kravs skyddsomfång. Det är sålunda möjligt att den kompressor- drivna köldmediekretsen endast kopplas in nedströms fordonets befintliga radiator och därvid, via sin förångare, kyler vätskan nedströms radiatorn. Det är i ett sådant system också möjligt att kondensorn är luftkyld istället för vätskekyld.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRÄV

1. l. Metod för kylning av kylvatska i ett fordon innefattande en (9), (10), en förångare (7), köldmediekrets och med en (ll), som drivs av en kompressor kondensor (l2) samt en radiator kännetecknad av, (ll) till fordonets kylkrets (2) (7), för att sanka kylvatskans - anslutning av köldmediekretsens våtskekylda kondensor och/eller vatskekylda förångare (l2) uppströms och/eller nedströms radiatorn och - anvandning av koldmediekretsen (9) temperatur i fordonets kylkrets (2) nedströms radiatorn (7).

2. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av, (ll) så att kondensorn (7). till fordonets (ll) - anslutning av kondensorn kylkrets (2) uppströms radiatorn (7) vårmer den kylvåtska som tillförs radiatorn

3. Metod enligt patentkrav l, kännetecknad av, (l2) till fordonets (12) - anslutning av förångaren kylkrets (2) nedströms radiatorn (7) så att förångaren kyler kylvatskan som avges från radiatorn (7).

4. Metod enligt något av patentkraven l-3, kännetecknad av, - kylning av kylvatskan i fordonets kylkrets (2) till en temperatur som understiger den omgivande luftens temperatur.

5. Metod enligt något av patentkraven l-4, kännetecknad av, - styrning av kylvatskeflödet från kylkretsen (2) så att åtminstone en del av kylvatskan passerar köldmediekretsens (9) (ll) (12). kondensor och/eller förångare 10 15 20 25 30 10

6. System för kylning av kylvatska i ett fordon innefattande en köldmediekrets (9) (10), (ll), och med en (7), som drivs av en kompressor kondensor en föràngare (12) samt en radiator kännetecknad av, - att köldmediekretsen (9) ar ansluten till fordonets kylkrets (7), ar anordnad att sanka kylvatskans (7). (2) uppströms och/eller nedströms radiatorn och - att köldmediekretsen (9) temperatur i fordonets kylkrets (2) nedströms radiatorn

7. System enligt patentkrav 6, kännetecknad av, (11) ar ansluten till fordonets kylkrets (2) (ll) och darmed ökar radiatorns - att kondensorn så att kondensorn varmer den (7), uppströms radiatorn (7) kylvatska som tillförs radiatorn (7) kyleffekt.

8. System enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknad av, (12) ar ansluten till fordonets kylkrets (2) (12) - att förångaren så att förångare kyler den (7)- nedströms radiatorn (7) kylvatska som avges från radiatorn

9. System enligt något av patentkraven 6-8, kännetecknad av, - att köldmediekretsen (9) ar anordnad att kyla kylvatskan i kylkretsen (2) till en temperatur som understiger den omgivande luftens temperatur.

10. System enligt något av patentkraven 6-9, kännetecknad av, (18a,b) - att åtminstone en ventil är anordnad uppströms och/- eller nedströms radiatorn (7) och anordnad att styra flödet i fordonets kylkrets (2) (ll) så att átmisntone en del av kylvatskan passerar kondensorn och/eller förångaren (12).