DE102007026869B4

DE102007026869B4 - Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Kühlvorrichtung

Info

Publication number: DE102007026869B4
Application number: DE102007026869A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Pflanz Tassilo
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: DE102007026869A1

Abstract

Kühlvorrichtung (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bei welcher Kühlvorrichtung (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) durch einen Motorblock (401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410) und durch ein Kühlernetz geführt wird, wobei der Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs (601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610) mit Verdampfer (701, 702, 703, 704, 705, 706,707, 708, 709, 710), Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) und Kondensator (901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch...

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 21.
Stand der Technik:
Der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors hängt nach thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten stark vom Verhältnis eines durch die Verbrennungstemperatur des eingesetzten Kraftstoffs mit dem Luftsauerstoff gegebenen und durch die für den Verbrennungsmotor verwendeten Werkstoffe nach oben begrenzten oberen Temperaturniveaus von typischerweise etwa 800°C bis 1000°C zu einem durch die Temperatur eines Kühlmittels in einem Kühlkreislauf gegebenen und durch die Wärmeabfuhr des Kühlmittels über ein Kühlernetz des Kühlkreislaufs an die Umgebung nach unten begrenzten, unteren Temperaturniveau von typischerweise etwa 85°C bis 110°C ab.
In modernen Verbrennungsmotoren für den Nutzfahrzeugbereich können Wirkungsgrade von 43%, in der Anwendung als Schiffsdieselantriebe sogar Wirkungsgrade bis zu 51% erreicht werden. Der Wirkungsgrad gibt hierbei die Nutzleistung, Drehmoment an einer Welle bei einer gegebener Drehzahl, im Verhältnis zum aufgewendeten Energieinhalt des eingesetzten Kraftstoffs je Zeiteinheit an. Die restlichen 49% bis 57% des Energieinhalts des Kraftstoffs werden im Wesentlichen als Abwärme über das Abgas, den Kühlkreislauf und die Oberfläche des Motorblocks des Verbrennungsmotors an die Umgebung abgegeben. Eine Änderung dieser Bilanz ist nur durch eine in Anbetracht des Standes der Technik nicht zu erwartende Steigerung des durch den thermodynamischen Wirkungsgrad nach oben hin begrenzten Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors möglich.
Ein Problem ergibt sich demnach, wenn bei vorgegebenem Bauraum für den Kühlkreislauf, insbesondere für das Kühlernetz des Kühlkreislaufs in einem Kraftfahrzeug ein leistungsstärkerer Verbrennungsmotor verwendet werden soll, der bei gleichem Wirkungsgrad zwangsläufig eine größere Abwärme erzeugt. Da das Temperaturniveau des Kühlwassers durch den maximal im Kühlkreislauf herrschenden Druck begrenzt ist und durch den gewünschten hohen Wirkungsgrad nicht erhöht werden kann, und die flächenspezfische Wärmeabfuhr eines Flüssigkeitskühlers maßgeblich von der Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche des Kühlernetzes und der Umgebung abhängig ist, kann bei konventioneller Vorgehensweise die Abfuhr einer größeren Abwärme eines leistungsstärkeren Verbrennungsmotors nur durch eine Vergrößerung der Kühlernetzfläche erfolgen. Bei vorgegebenen Platzverhältnissen werden dabei schnell unüberwindliche Grenzen erreicht. Außerdem ist eine Neuauslegung eines Kühlkreislaufs mitsamt all seinen Komponenten aufwändig und teuer. Ggf. kann eine geringfügige Verbesserung (ca. 2 ... 3%) durch eine erhöhte Durchflussrate erreicht werden. Jedoch ist aufgrund der Gesamtauslegung des Systems auch die durch eine solche Maßnahme erreichte verbesserte Wärmeabfuhr eng begrenzt.
Aus der EP 1 628 095 A2 ist eine Kühlvorrichtung zur Abfuhr von Wärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors bekannt.
Durch DE 102 07 343 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges unter Zuhilfenahme von Klimaanlagenkomponenten bekannt. Um das Bauvolumen und damit die erforderliche Stirnfläche von Kraftfahrzeugen mit einem Kühlkreislauf zur Kühlung des Fahrzeugantriebs und mit Klimaanlage zur Kühlung der Fahrzeugkabine mit einem Kältemittelkreislauf mit Kältemittelverdichter, Kondensator und Verdampfer zu verringern, ist vorgesehen, das Kältemittel in Fahrsituationen, in denen die Klimaanlage nicht zur Kühlung der Fahrzeugkabine eingesetzt ist, im Kältemittelkreislauf zumindest bei erhöhtem Kühlbedarf des Verbrennungsmotors weiter durch den Kältemittelverdichter umzuwälzen und mittels eines Wärmetauschers Wärme vom Kühlkreislauf in den Kältemittelkreislauf zu übertragen und diese Wärme zumindest teilweise am Kondensator an die Umgebung abzugeben. Durch den einen linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess darstellenden Kältemittelkreislauf wird bei gleich bleibendem Temperaturniveau des Kühlkreislaufs durch Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer mehr Wärme vom Kühlkreislauf in den Kältemittelkreislauf übertragen, bei gleichzeitiger Anhebung des Temperaturniveaus am Kondensator auf etwa 130°C und mehr, wodurch eine die Weitergabe des aufgenommenen Wärmestroms an die Umgebung sicherstellende höhere Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung entsteht. Der Kältemittelverdichter wird dabei konventionell, das heißt unter Verwendung vom Fahrzeugantrieb erzeugter mechanischer Energie, gegebenenfalls unter einer mechanisch-elektrisch-mechanischen Umwandlung, angetrieben.
Nachteilig hieran sind der erhöhte Leistungsbedarf zum mechanischen Antrieb des Kältemittelverdichters und die nur eingeschränkte Einsetzbarkeit bei Nutzfahrzeugen, da deren Verbrennungsmotoren im Vergleich zu Personenkraftfahrzeugen üblicherweise dauerhaft unter hoher Last arbeiten.
Durch DE 28 45 418 A1 ist eine Kühlvorrichtung für einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotor bekannt, bei dem Kühlflüssigkeit in einem Kühlkreislauf durch den Motorblock des Verbrennungsmotors und durch ein Kühlernetz geführt wird. Um Verbrennungsmotoren mit größerer Leistung und damit mit größerer Abwärme in Fahrzeuge mit beschränktem Bauraum im Bereich des Kühlernetzes einbauen zu können, ist dabei vorgesehen, den Kühlkreislauf mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs mit Verdampfer, Kältemittelverdichter und Kondensator auszubilden. Dies wird entweder dadurch umgesetzt, dass das Kühlernetz des Kühlkreislaufs den Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs enthält, dessen Kondensator von Umgebungsluft gekühlt wird, oder indem der Motorblock selbst den Verdampfer des Kältemittelkreislaufs bildet. Hierdurch können größere Wärmemengen an die Umgebung abgeführt werden. Nachteilig ist jedoch der erhöhte Leistungsbedarf zum mechanischen Antrieb des Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs.
Zusammenfassend stellen die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Erhöhung der Wärmeabfuhr von Kühlvorrichtungen keine zufrieden stellende Lösung bereit, da vom Verbrennungsmotor erzeugte mechanische Antriebsleistung benötigt wird, gegebenenfalls über eine zwischengeschaltete mechanisch-elektrisch-mechanische Umwandlung, um den Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs anzutreiben.
Technische Aufgabe der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kühlvorrichtung zur Abführung der Abwärme zumindest eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, bei der die benötigte Kühlnetzfläche kleiner gewählt werden kann und dadurch eine leichtere Integration in das Kraftfahrzeug ermöglicht wird. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kühlvorrichtung anzugeben.
Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Anspruchs 20.
Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft demnach eine Kühlvorrichtung bei der zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf durch einen Motorblock des Verbrennungsmotors und durch ein Kühlernetz geführt wird. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Kühlkreislauf der mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs mit Verdampfer, Kältemittelverdichter und Kondensator ausgebildet ist, sowie mindestens einen mit einer Abwärmequelle mindestens des Verbrennungsmotors verbundenen Thermowandler zum Antrieb des Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs durch Umwandlung von Abwärme mindestens des Verbrennungsmotors in zum Antrieb des Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs verwendbare mechanische und/oder elektrische Energie.
Demnach umfasst eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs einen linkslaufenden thermodynamischen Kreisprozess welcher es ermöglicht, bei gleich bleibendem Temperaturniveau des Kühlkreislaufs bzw. des unteren Temperaturniveaus des Verbrennungsmotors durch Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer mehr Wärme vom Kühlkreislauf in den Kältemittelkreislauf zu übertragen, bei gleichzeitiger Anhebung des Temperaturniveaus am Kondensator auf etwa 130°C und mehr, wodurch am Kondensator des Kältemittelkreislaufs eine die Weitergabe des aufgenommenen Wärmestroms an die Umgebung sicherstellende höhere Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung entsteht. Zum Antrieb des Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs wird zumindest teilweise aus der Abwärme des Verbrennungsmotors und/oder von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs gewonnene mechanische oder elektrische Energie verwendet. Es ist erkennbar, dass die Erfindung in jedem Fall dadurch verwirklicht wird, dass aus der bislang als Verlustwärme verloren gehenden Abwärme des Verbrennungsmotors und/oder von anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs mechanische und/oder elektrische Energie gewonnen wird, welche die zumindest teilweise die vom Kältemittelverdichter benötigte Antriebsleistung zur Verfügung stellt.
Dies erfolgt durch mindestens einen mit einem durch mindestens eine Abwärmequelle mindestens des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs gebildeten oberen Temperaturniveau in Verbindung stehenden Thermowandler, zur Umwandlung zumindest eines Teils der Abwärme von dem Verbrennungsmotor in mechanische oder elektrische Energie. Der Begriff Thermowandler umfasst hierbei sowohl Wärmekraftmaschinen, wie beispielsweise kontinuierlich arbeitende Turbomaschinen, periodisch arbeitende Kolbenmaschinen, Heißluftmotoren, insbesondere Stirlingmotoren, als auch thermoelektrische Wandler, wie beispielsweise ein den Seebeck-Effekt nutzendes Thermoelement, und dergleichen. Der Thermowandler kann beispielsweise indirekt über einen Wärmetauscher, einen Arbeitsmittelkreis, eine Heatpipe oder dergleichen, oder direkt mit einer Abwärmequelle, beispielsweise mit dem Abgasstrang verbunden sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass anstelle eines Kühlernetzes der Verdampfer des Kältemittelkreislaufs im Kühlkreislauf angeordnet ist, wobei der von Umgebungsluft gekühlte Kondensator des Kältemittelkreislaufs das Kühlernetz der Kühlvorrichtung bildet.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Motorblock selbst den Verdampfer des Kältemittelkreislaufs bildet.
Vorzugsweise ist mindestens ein Thermowandler als eine im Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordnete Abgasturbine ausgebildet. Die Abgasturbine kann dabei als eine von einem Turbolader des Verbrennungsmotors unabhängige Abgasturbine, oder als Bestandteil des Turboladers ausgebildet sein. In Verbrennungsmotoren mit Turboladern kann ein Teil der Enthalpie des Abgases über die Turboaufladung vom Verbrennungsmotor durch eine Vorverdichtung der angesaugten Luft zurück gewonnen werden. Darüber hinaus verbleibt aber noch ein erheblicher Anteil an Wärmeenergie, zusammengesetzt aus Restenthalpie und Entropie im Abgas, wobei erfindungsgemäß zum Antrieb des Kältemittelverdichters zumindest ein Teil der Restenthalpie des Abgases genutzt wird.
Zwischen Abgasturbine und Kältemittelverdichter kann dabei eine Kupplung angeordnet sein. Die Kupplung kann durch ein Antriebs- und Motormanagement geöffnet und geschlossen werden, um einerseits bedarfsgerecht den Kältemittelkreislauf zu betreiben und um andererseits aber auch die Dynamik der Verbrennungsmotoraufladung nicht zu behindern.
Ebenso ist denkbar, dass die Abgasturbine über eine auch als variable Schaufelgeometrie bezeichnete, verstellbare Schaufelgeometrie verfügt, beispielsweise zur Anpassung der Drehzahl der Abgasturbine an die benötigte Drehzahl des Kältemittelverdichters. Hierdurch kann auf eine Kupplung zwischen Abgasturbine und Kältemittelverdichter verzichtet werden, wodurch Verschleiß und Wartungsaufwand verringert werden. Es versteht sich von selbst, dass das hohe Drehzahlniveau der Abgasturbine bei sämtlichen Ausführungsvarianten der Erfindung mit Abgasturbinen mittels eines Getriebes auf das Drehzahlniveau des Kältemittelverdichters abgesenkt wird.
Vorzugsweise ist die Abgasturbine Teil eines Turboladers des Verbrennungsmotors.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Thermowandler mit einem oberen Temperaturniveau des Kältemittelkreislaufs verbunden ist. Dabei ist denkbar, dass mindestens ein Abwärme mindestens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs in den Kältemittelkreislauf einkoppelnder Wärmetauscher in dem Kältemittelkreislauf angeordnet ist. Hierdurch kann dem Kältemittelkreislauf eine größere Wärmemenge zur Erzeugung von zum Antrieb des Kältemittelverdichters verwendbarer Energie durch den mit dem oberen Temperaturniveau des Kättemittelkreislaufs verbundenen Thermowandler entzogen werden.
Eine zusätzliche, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine die Oberfläche des Motorblocks des Verbrennungsmotors zumindest teilweise bedeckende Wärmeisolation. Durch eine Wärmeisolation kann der Verlust von Abwärme über die Oberfläche des Motorblocks vermieden werden. Dies sorgt für eine Erhöhung des Wärmeeintrags in das Kältemittel. Die Oberfläche des Motorblocks steht damit zwar nicht mehr zur Wärmeabgabe zur Verfügung, aber ein Verzicht auf eine Wärmeabfuhr über die Oberfläche des Motorblocks führt zu einer Erhöhung der Rückgewinnung eines arbeitsfähigen Anteils aus der über den Kühlkreislauf oder durch das Abgas transportierten Abwärme.
Vorzugsweise ist der Kältemittelverdichter zusätzlich vom Verbrennungsmotor antreibbar.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Kältemittelverdichter elektrisch antreibbar sein, wobei zumindest ein Teil der zum Antrieb benötigten elektrischen Energie durch einen Thermowandler aus der Abwärme zumindest des Verbrennungsmotors erzeugt wird. Hierbei kann mindestens ein die Abwärme des Verbrennungsmotors oder einer anderen Fahrzeugkomponente in zum Antrieb des Kältemittelverdichters verwendbare Energie umwandelnder Thermowandler als ein thermoelektrischer Wandler ausgebildet sein.
Die Abwärmequelle umfasst vorzugsweise einen Abgasstrang und/oder einen Kühlkreislauf und/oder einen Ladeluftkühler des Verbrennungsmotors und/oder eine Bremsanlage und/oder einen Luftkompressor und/oder einen hydraulischen Lüfterantrieb und/oder einen hydraulischen Fahrantrieb und/oder eine elektrische Antriebskomponente und/oder ein oberes Temperaturniveau einer Klima- und/oder Kälteanlage des Kraftfahrzeugs. Weiterhin kann als Abwärmequelle ein Retarder, eine sog. Dauerbremseinrichtung eines Nutzfahrzeugs, in Frage kommen.
Wertere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorsehen, dass zwischen einzelnen Aggregaten jeweils separat steuerbare Kupplungen angeordnet sind. So kann bspw. eine erste steuerbare Kupplung zwischen einer Abgasturbine und/oder einem Turbolader und einem Kältemittelverdichter und/oder einem Getriebe angeordnet sein. Darüber hinaus kann eine zweite steuerbare Kupplung zwischen dem Getriebe und dem Kältemittelverdichter angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine dritte steuerbare Kupplung zwischen dem Getriebe und dem Verbrennungsmotor angeordnet sein. Zudem kann eine vierte steuerbare Kupplung zwischen dem Kältemittelverdichter und einem Elektromotor angeordnet sein.
Mit Hilfe dieser Kupplungen kann Einfluss auf die Dynamik von Motoraufladung und Kältemittelverdichtung genommen werden. Bei einer dynamischen Drehzahlerhöhung kann die erste Kupplung zur Abgasturbine des Turboladers geöffnet und die zweite Kupplung zum Kältemittelverdichter zusammen mit der dritten Kupplung zum Verbrennungsmotor hin geschlossen werden. Das entlastet die Turboaufladung und vermeidet eine Verzögerung des Motorhochlaufs durch die Belastung der Aufladung vom Kältemittelverdichter. Der Kältemittelverdichter wird in dieser Phase kurzzeitig mit geringeren Drehzahlen vom Verbrennungsmotor selbst angetrieben.
Ist die Abgasturbine hoch gelaufen, so kann auch die erste Kupplung geschlossen werden, wodurch der Freilauf die gleitende Mitnahme der Verdichterwelle bei den hohen Drehzahlen der Abgasturbine ermöglicht. Der Verbrennungsmotor wird entlastet und die dritte Kupplung kann wieder geöffnet werden.
Für einen dynamischen kurzzeitigen Vorgang ist es auch denkbar die erste und dritte Kupplung jeweils zu schließen und die zweite Kupplung zu öffnen, um mehr Drehmoment auf die Motorwelle zu geben. Der Antrieb des Kältemittelverdichters kann dann auch wahlweise bei geschlossener vierter Kupplung über einen Elektromotor erfolgen. Wichtig ist hervorzuheben, dass die elektrische Antriebslösung hier nur eine zusätzliche Ergänzung zum mechanischen Antrieb des Kältemittelverdichters darstellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante kann vorsehen, dass wenigstens ein mit dem Bordnetz des Fahrzeugs gekoppelter Antriebsmotor zum Antreiben eines motorbetriebenen Nebenaggregats vorgesehen ist. Es kann auch die Koppelung einer Mehrzahl von Nebenaggregaten mit dem elektrischen Bordnetz vorgesehen sein. Diese Nebenaggregate können die unterschiedlichsten motorbetriebenen Aggregate sein, die bspw. am Verbrennungsmotor angeordnet (z. B. Wasserpumpe, Ölpumpe etc.) oder unabhängig von diesem sein können, bspw. um Komfortfunktionen am Fahrzeug zu erfüllen. Ein solcher Koppelzweig, umfassend einen Wandler, einen Elektromotor und ein Nebenaggregat, kann ggf. in mehrfacher Ausführung vorhanden sein, grundsätzlich auch bei allen anderen erwähnten Ausführungsvarianten. Der Vorteil dieser Nutzung von verfügbarer elektrischer Energie aus dem Bordnetz zum mechanischen Antrieb weiterer Aggregate ermöglicht eine bessere Gesamtenergienutzung im Fahrzeug und auch die zeitliche Entkoppelung zwischen verfügbarer Antriebsleistung des Verbrennungsmotors und nachgefragter Antriebsleistung für die Nebenaggregate, da die Pufferungsfunktion des elektrischen Energiespeichers (Batterie) ausgenutzt werden kann.
Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bei welcher Kühlvorrichtung ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf durch einen Motorblock des Verbrennungsmotors und durch ein Kühlernetz geführt wird, wobei der Kühlkreislauf mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs mit Verdampfer, Kältemittelverdichter und Kondensator ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abwärme mindestens des Verbrennungsmotors in zum Antrieb des Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs verwendbare mechanische und/oder elektrische Energie umgewandelt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zum Antrieb des Kältemittelverdichters zumindest ein Teil der Abwärme eines Verbrennungsmotors und/oder eines Ladeluftkühlers und/oder des Abgases und/oder einer Abgasrückführung und/oder einer Bremsanlage und/oder eines Luftkompressors und/oder eines hydraulischen Lüfterantriebs und/oder eines hydraulischen Fahrantriebes und/oder eines Retarders und/oder einer elektrischen Antriebskomponente und/oder einer Klima- und/oder Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs mittels eines Thermowandlers in mechanische und/oder elektrische Energie umgewandelt wird.
Grundsätzlich umfasst die Erfindung jedes derartige Verfahren, das mittels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten durchführbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einem durch einen Wärmetauscher mit einem Kältemittelkreislauf verbundenen Kühlkreislauf und einem als eine einen Kältemittelverdichter antreibenden Abgasturbine ausgeführten Thermowandler,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einem in den Kühlkreislauf integrierten Kältemittelkreislauf und einem als eine einen Kältemittelverdichter antreibenden Abgasturbine ausgeführten Thermowandler,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einem durch einen Wärmetauscher mit einem Kältemittelkreislauf verbundenen Kühlkreislauf und einem als eine einen Kältemittelverdichter antreibenden Abgasturbine ausgeführten Thermowandler, wobei der Kältemittelverdichter zusätzlich über den Verbrennungsmotor antreibbar ist,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
7 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
8 eine schematische Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung,
9 eine schematische Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, sowie
10 eine schematische Darstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
Wege zur Ausführung der Erfindung:
Die 1 bis 10 zeigen jeweils eine Kühlvorrichtung 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, bei der zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310 und durch einen Motorblock 401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410 des Verbrennungsmotors 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 geführt wird. Die Kühlvorrichtung 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 umfasst einen Kühlkreislauf 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310, der mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 mit Verdampfer 701, 702, 703, 704, 705, 706, 707, 708, 709, 710, Kältemittelverdichter 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810 und Kondensator 901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910 ausgebildet ist, sowie mindestens einen mit einer Abwärmequelle 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010 mindestens des Verbrennungsmotors 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 verbundenen Thermowandler 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110 zum Antrieb des Kältemittelverdichters 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810 des Kältemittelkreislaufs 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 durch Umwandlung von Abwärme mindestens des Verbrennungsmotors 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 in zum Antrieb des Kältemittelverdichters 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810 des Kältemittelkreislaufs verwendbare mechanische und/oder elektrische Energie.
Die Abwärmequelle 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010 kann einen Abgasstrang 1301, 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310 und/oder das obere Temperaturniveau des Kühlkreislaufs 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310 und/oder das obere Temperaturniveau des Kältemittelkreislaufs 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 und/oder einen Ladeluftkühler des Verbrennungsmotors 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 und/oder eine Bremsanlage und/oder einen Luftkompressor und/oder einen hydraulischen Lüfterantrieb und/oder einen hydraulischen Fahrantrieb und/oder eine elektrische Antriebskomponente und/oder ein oberes Temperaturniveau einer Klima- und/oder Kälteanlage des Kraftfahrzeugs umfassen. Die Abwärmequelle kann weiterhin einen (hier nicht näher dargestellten) Retarder des Nutzfahrzeugs umfassen.
Bei den in den 1 bis 10 dargestellten Kühlvorrichtungen 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 sind die Thermowandler 1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110 als kontinuierlich arbeitende Turbomaschinen in Form von im Abgasstrang 1301, 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310 der Verbrennungsmotoren 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 angeordneten Abgasturbinen 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410 ausgebildet.
Bei den Ausführungsbeispielen in den 2 bis 10 ist jeweils der als eine im Abgasstrang 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310 des Verbrennungsmotors 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 angeordnete Abgasturbine 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410 ausgeführte Thermowandler 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110 fest mit dem Turbolader 1502, 1503, 1504, 1505, 1506, 1507, 1508, 1509, 1510 des Verbrennungsmotors 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210 gekoppelt, also Bestandteil des Turboladers 1502, 1503, 1504, 1505, 1506, 1507, 1508, 1509, 1510.
Bei den in 1 und 3 bis 10 dargestellten Kühlvorrichtungen 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 ist anstelle eines Kühlernetzes der Verdampfer des Kältemittelkreislaufs im Kühlkreislauf 301, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310 angeordnet, wobei der von Umgebungsluft gekühlte Kondensator 901, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910 des Kältemittelkreislaufs 601, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 das Kühlernetz 501, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510 der Kühlvorrichtung 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 bildet. Somit umfasst das Kühlernetz des Kühlkreislaufs 301, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310 den Verdampfer 701, 703, 704, 705, 706,707, 708, 709, 710 des Kältemittelkreislaufs 601, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610, dessen Kondensator 901, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910 das von Umgebungsluft gekühlte Kühlernetz 501, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510 der Kühlvorrichtung 101, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110 bildet.
Bei der in 2 dargestellten Kühlvorrichtung 102 ist der Kühlkreislauf 302 Bestandteil des Kältemittelkreislaufs 602 mit Verdampfer 702, Kältemittelverdichter 802 und Kondensator 902. Dabei bildet der Motorblock 402 selbst den Verdampfer 702 des Kältemittelkreislaufs 602.
Zwischen den Abgasturbinen 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408 und den Kältemittelverdichtern 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808 der in den 1 bis 8 dargestellten Kühlvorrichtungen 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 ist jeweils eine Kupplung 1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206, 1207, 1208 angeordnet. Die Kupplungen 1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206, 1207, 1208 können jeweils durch ein Antriebs- und Motormanagement geöffnet und geschlossen werden, um einerseits bedarfsgerecht den jeweiligen Kältemittelkreislauf 601, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 durch mechanische Kopplung der Abgasturbinen 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408 und der Kältemittelverdichter 801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808 zu betreiben und um andererseits aber auch die Dynamik der Verbrennungsmotoraufladung nicht zu behindern.
Bei den Kühlvorrichtungen 106, 107, 109, 110 in den 6, 7, 9 und 10 ist jeweils ein zusätzlicher Thermowandler 1111, 1112, 1113, 1114 mit einem oberen Temperaturniveau des Kältemittelkreislaufs 606, 607, 609, 610 verbunden. Dabei wird bei den Kühlvorrichtungen 106 und 107 in den 6 und 7 Abwärme mindestens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs in den Kältemittelkreislauf 606, 607 mittels Wärmetauschern 1606, 1607 eingekoppelt. Die Wärmetauscher 1606 und 1607 sind der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellt, die in Kreisen angeordneten Bezugszahlen 1, 2 und 3 geben die Zusammengehörenden Wärmetauscher 1606, 1607 an. Durch die Wärmetauscher 1606, 1607 können den Kältemittelkreisläufen 606, 607 größere Wärmemengen zur Erzeugung von zum Antrieb der Kältemittelverdichters 806, 807 verwendbarer Energie durch die mit den oberen Temperaturniveaus der Kältemittelkreisläufe 606, 607 verbundenen Thermowandlern 1111, 1112 entzogen werden.
Bei der in 1 dargestellten Kühlvorrichtung 101 bedeckt eine Wärmeisolation 1701 die Oberfläche des Motorblocks 401 des Verbrennungsmotors 201. Durch die Wärmeisolation 1701 kann der Verlust von Abwärme über die Oberfläche des Motorblocks 401 vermieden werden. Dies sorgt für eine Erhöhung des Wärmeeintrags in den Kühlkreislauf 301 und damit über den Verdampfer 701 in das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 601. Die Oberfläche des Motorblocks 401 steht damit zwar nicht mehr zur Wärmeabgabe zur Verfügung, aber ein Verzicht auf eine Wärmeabfuhr über die Oberfläche des Motorblocks 401 führt zu einer Erhöhung der Rückgewinnung eines arbeitsfähigen Anteils aus der über den Kühlkreislauf 301 oder durch das Abgas transportierten Abwärme.
Bei den Kühlvorrichtungen 103, 110 in den 3 und 10 ist der Kältemittelverdichter 803, 810 zusätzlich vom Verbrennungsmotor 203, 210 über ein Getriebe 1803, 1810 antreibbar.
Bei den Kühlvorrichtungen 103, 109 und 110 in den 3, 9 und 10 ist der Kältemittelverdichter 803, 809, 810 zudem mittels eines Elektroantriebs 1903, 1909, 1910 antreibbar, wobei in den 9 und 10 zumindest ein Teil der zum Antrieb benötigten elektrischen Energie durch jeweils mit Generatoren 2009, 2010 verbundene Thermowandler 1109, 1113, 1114, 1115, 1116 aus der Abwärme zumindest des Verbrennungsmotors 203, 209, 210 erzeugt wird. Hierbei kann mindestens ein die Abwärme des Verbrennungsmotors 209, 210 oder einer anderen Fahrzeugkomponente in zum Antrieb des Kältemittelverdichters 809, 810 verwendbare Energie umwandelnder Thermowandler 1113, 1114, 1115, 1116 als ein thermoelektrischer Wandler ausgebildet sein.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 101 zur Kühlung eines Verbrennungsmotors 201 mit Hilfe eines links laufenden Kreisprozesses. Der zu kühlende Verbrennungsmotor 201 gibt seine Verlustwärme über einen den anstelle eines Kühlernetzes in den Kühlkreislauf 301 integrierten Verdampfer 701 des Kältemittelkreislaufs 601 bildenden Wärmetauscher 2101 an das Kältemittel des als sekundärer Kreis ausgebildeten Kältemittelkreislaufs 601 ab. Die vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird durch den Kältemittelverdichter 801 auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und kann im weiteren Prozessverlauf mit einer größeren Temperaturdifferenz über den durch motorisch betriebene Lüfter 2401 gekühlten, das Kühlernetz 501 der Kühlvorrichtung 101 bildenden Kondensator 901 an die Umgebung abgegeben werden.
Um keinen zusätzlichen Kraftstoff für den Antrieb des Kältemittelverdichters 801 aufwenden zu müssen, wird dieser von dem als Abgasturbine 1401 ausgebildeten Thermowandler 1101 angetrieben. Die Kupplung 1201 kann durch ein Antriebs- und Motormanagement geöffnet und geschlossen werden, um die Dynamik der Aufladung und der Wärmeabfuhr zu beeinflussen.
Dabei können die bekannten Konzepte von Abgasturbinen mit variabler Schaufelgeometrie zur Drehzahlverstellung des Kältemittelverdichters 801 verwendet werden. Die Kupplung 1201 kann bei einer deratrigen Ausgestaltung der Abgasturbine 1401 auch entfallen.
Es kann wie in 1 dargestellt ein Flüssigkeitsabscheider 2201 verwendet werden, um sicher zu stellen, dass nur gasförmiges Kältemittel dem Kältemittelverdichter 801 zugeführt wird. Dies verhindert Schläge durch Tropfen im Kältemittelverdichter 801. Dabei wird im Niederdruckbereich vor dem Kältemittelverdichter 801 über eine Rückströmleitung 2301 die flüssige Phase des aus dem Verdampfer 701 austretenden Zwei-Phasen-Gemischs wieder vor den Verdampfer geleitet, wo das Kältemittel bei niederem Druck und niederer Temperatur flüssig vorliegt. Der Kältemittelkreislauf 601 umfasst darüber hinaus auf der Niederdruck- und Niedertemperaturseite nach dem Kondensator 901 einen Sammler 3501 und einen Trockner 3601. Zwischen Sammler 3501 bzw. Trockner 3601 und Verdamper 701 ist ein Expansionsventil angeordnet, das generell mit der Bezugsziffer 3004 bezeichnet ist (vgl. 1 bis 7). Bei den weiteren Ausführungsvarianten entspr. 2 bis 7 ist das Expansionsventil 3004 jeweils dem Sammler bzw. dem Trockner nachgeordnet.
Bei geeigneter Auslegung der Kältemittelkreisläufe 601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610 können auch die bekannten Zweistoffgemische, wie etwa Wasser mit Ammoniak, wie aus der Geothermie bekannt, verwendet werden. Neben den bekannten Kältemitteln, wie beispielsweise CO2, R134a, R717 können auch Alkohole, Glykole, für sich allein oder auch mit Wasser als Zweistoffgemische verwendet werden.
Nach dem Kältemittelverdichter 801 kann auf der Hochdruckseite mit hohen Temperaturen vor dem Kondensator 901 wie in 1 dargestellt ein Wärmetauscher 2701 zur Auskopplung von Wärme beispielsweise für Motor- und Abgasnachbehandlungsprozesse und/oder auch für eine Raum- und Kabinenheizung im Kältemittelkreislauf 601 vorgesehen werden. Es ist auch technisch möglich, über diesen Wärmetauscher 2701 einen rechts laufenden thermodynamischen Kreisprozess zur Gewinnung nutzbarer Arbeit, etwa zur Stromerzeugung anzuschließen. Dieser angeschlossene Prozess benötigt dann ein zusätzliches Kühlernetz als Wärmesenke. Die Gewinnung von Arbeit aus einem Wärmestrom bei niedrigen Temperaturen, im Vergleich zu einer Verbrennung, ist aus dem Bereich der Geothermie und der Meerwärmenutzung bekannt. Der optionale Wärmetauscher 2701 wird aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 2 bis 10 nicht mehr dargestellt.
Wichtig ist hervorzuheben, dass durch die Vorschaltung eines wie als Kühler wirkenden Wärmetauschers 2701 vor dem Kondensator 901 das Temperaturniveau nicht zu weit abgesenkt werden darf, da sonst das Ziel einer erhöhten Wärmeabgabe über ein verkleinertes Kühlernetz, das hier durch den Kondensator 901 gebildet wird, nicht erreicht werden kann.
In den 2 bis 10 wird zudem auf die Möglichkeit einer zusätzlichen Einkopplung von Wärme aus anderen Quellen, als aus dem Motorkühlwasser eingegangen. Die Einkopplung eines Wärmestroms erfolgt dabei aber immer über einen Wärmetauscher.
2 zeigt gegenüber 1 eine Reduzierung der Anordnung um den primären Kühlkreislauf 301, so dass nun der Kühlkreislauf 302 Bestandteil des Kältemittelkreislaufs 602 ist. Bei der Verwendung eines neuen Motorkühlmittels sind Wandstärken für den Wärmeübergang, Führungskanäle und Dichtungen neu auszulegen. Der Kältemittelverdichter 802 ist über die Kupplung 1202 mit der gemeinsamen Welle von Turbolader 1502 und Abgasturbine 1402 verbunden.
Die Kupplung 1202 wird durch ein Antriebs- und Motormanagement geöffnet und geschlossen, um einerseits bedarfsgerecht den Kältemittelkreislauf 602 zu betreiben, um andererseits aber auch die Dynamik der Motoraufladung nicht zu behindern.
In einem Flüssigkeitsabschneider 2202 kann die bekannte Bypass-Funktion mit Thermostat wie im herkömmlichen Kühlkreislauf integriert werden, um den Verbrennungsmotor 202 zunächst nach dem Start aufzuwärmen. Solange keine ausreichende Gasmenge des Kältemittels zur Verdichtung vorliegt, wird auch kein Betrieb des Kältemittelverdichters 802 benötigt. Die Umwälzung des flüssigen Kältemittels im Verbrennungsmotor 202 kann in dieser Betriebsphase durch eine Pumpe 2502 unterstützt werden, sofern die sich von selbst einstellende Umwälzung nicht ausreicht. Die Pumpe 2502 ist mit einem elektrischen Antrieb 2602 ausgestattet. Sie kann aber auch über Riemen oder andere bekannte mechanische, pneumatische und hydraulische Einrichtungen angetrieben werden.
3 zeigt eine wertere Möglichkeit, den Kältemittelverdichter 803 mit Hilfe einer mechanischen Übersetzung sowohl von der Abgasturbine 1403, als auch vom Verbrennungsmotor 203 antreiben zu lassen.
Die mechanische Übersetzung kann als mehrstufiges Getriebe 1803 oder im einfachsten Fall als ein Riementrieb ausgeführt sein. Es können auch Freiläufe in die mechanische Übersetzung integriert sein.
Die Kupplungen 1203, hier zur besseren Erläuterung der Funktion auch mit K1, K2, K3, K4 bezeichnet, ermöglichen wieder einen Einfluss auf die Dynamik von Motoraufladung und Kältemittelverdichtung. Bei einer dynamischen Drehzahlerhöhung wird die Kupplung K1 zur Abgasturbine 1403 des Turboladers 1503 geöffnet und K2 zum Kältemittelverdichter 803 zusammen mit der Kupplung K3 zum Verbrennungsmotor 203 hin geschlossen. Das entlastet die Turboaufladung und vermeidet eine Verzögerung des Motorhochlaufs durch die Belastung der Aufladung vom Kältemittelverdichter 803. Der Kältemittelverdichter 803 wird in dieser Phase kurzzeitig mit geringeren Drehzahlen vom Verbrennungsmotor 203 selbst angetrieben.
Ist die Abgasturbine 1403 hoch gelaufen, so kann auch die Kupplung K1 schließen und der Freilauf ermöglicht die gleitende Mitnahme der Verdichterwelle bei den hohen Drehzahlen der Abgasturbine 1403. Der Verbrennungsmotor 203 wird entlastet und die Kupplung K3 kann wieder geöffnet werden.
Für einen dynamischen kurzzeitigen Vorgang ist es auch denkbar die Kupplungen K1 und K3 zu schließen und die Kupplung K2 zu öffnen, um mehr Drehmoment auf die Motorwelle zu geben. Der Antrieb des Kältemittelverdichters 803 kann dann auch wahlweise bei geschlossener Kupplung K4 über einen Elektromotor 1903 erfolgen. Wichtig ist hervorzuheben, dass die elektrische Antriebslösung hier nur eine zusätzliche Ergänzung zum mechanischen Antrieb des Kältemittelverdichters 803 darstellt. Die Möglichkeit einer Verwendung eines elektrischen Antriebs als Hauptantrieb wird in den 9 und 10 erläutert.
Bei allen Ausführungsbeispielen kann ein Energiemanagement auf einem Steuergerät laufen und abhängig von den Betriebspunkten der Teilsysteme, die energie- oder dynamik- oder emissionsoptimierte Steuerung übernehmen. Für die Steuerung werden die Drehzahlen des Verbrennungsmotors der Abgasturbinen für ein oder mehrere Turbolader bzw. Kältemittelverdichter die anfallenden Wärmemengen von Motor und anderen Fahrzeugsystemen, die Motorlast und die Temperaturen, allgemein die Kennfelder der Komponenten im System benötigt. Mit zusätzlicher Kenntnis von beispielsweise einer nahenden Steigung kann das System im Rahmen seiner Speicherfähigkeit und Zeitkonstanten entsprechend vorgesteuert werden, um möglichst energiearm und mit möglichst wenig Geschwindigkeitsverlust die Steigung überwinden zu können. Neben einer Optimierung nach Kriterien wie minimaler Energieeinsatz und maximaler Dynamik, kann auch nach Kriterien für minimale Emissionen, etwa im Hinblick auf Schadstoffe, CO2-Ausstoß, Geräuschentwicklung und dergleichen gesteuert und geregelt werden.
4 zeigt die Möglichkeit vor und nach dem als Hauptverdampfer vorgesehenen Verdampfer 704 weitere Wärmetauscher 2804 und Zusatzverdampfer einzuführen. Als Beispiel werden die Wärmetauscher 2804 der Ladeluftkühlung dargestellt. Auch diese Wärmetauscher sind, wie bereits zu den 6 und 7 beschrieben, geteilt dargestellt. Die in Kreisen angegebenen Ziffern 1 und 2 geben die Zugehörigkeit der Teile der Wärmetauscher 2804 an. Ein Wärmetauscher 2804 des Ladeluftkühlers ist einmal zur Vorwärmung des flüssigen Kältemittels vor dem Hauptverdampfer 704 und ein weiterer Teil des Ladeluftkühlers als Zusatzverdampfer nach dem Hauptverdampfer 704 angeordnet.
Zur Unterstützung des Kondensationsvorgangs kann mit Hilfe eines als Rekuperator 2904 ausgeführten Wärmetauschers die Restwärme nach dem Verflüssigen im Kondensator 904 reduziert werden und zu einer ersten geringen Vorwärmung des flüssigen Kältemittels nach einem Expansionsventil 3004 beitragen. So kann sichergestellt werden, dass in der flüssigen Phase des Kältemittels keine Gasanteile mehr enthalten sind.
Grundsätzlich können alle im Fahrzeug vorkommenden Wärmequellen über Wärmetauscher in die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung integriert werden.
Neben einer seriellen Anordnung gibt es auch wie in 5 dargestellt die Möglichkeit mit parallelen Zweigen Wärmetauscher 2805 anzuschließen. Werden in diese Zweige noch Ventile 3105 eingebracht, so kann auch zwischen den Wärmeströmen ausgewählt und über ein Energiemanagement die Wärme für einzelne Teilsysteme gezielt abgeführt werden. Als Beispiel für die Einkopplung von Wärme sind in 5 die Kühler für die Ladeluft dargestellt. Es können aber auch andere Wärmequellen, wie etwa flüssigkeitsgekühlte elektrische Komponenten wie Elektromotoren, Generatoren, Leistungselektronik und elektrische Widerstände als Vorwärmer eingebaut werden. Grundsätzlich kann jedes Teilsystem im Fahrzeug seine Verlustwärme in dieser Weise an das Kältemittel abgeben. Eine Parallelschaltung von Zusatzverdampfern nach dem Hauptverdampfer 705 ist auf gleiche Weise möglich, wenn auch in 5 nicht dargestellt.
6 stellt eine zweistufige Verdichtung mit Zwischenkühlung zur Motoraufladung dar. Die beiden Ladeluftkühler 1606 mit den in Kreisen angeordneten Ziffern 1 und 2, auch als Vorwärmer bezeichnet, geben ihre Wärme an den Kältemittelkreislauf 606 ab. Die zweite Verdichterstufe 3706 kann auch von einer eigenen Abgasturbine angetrieben werden. Es ist auch denkbar, aber nicht mehr dargestellt, einen zweiten Kältemittelverdichter, in gleicher Weise wie bei der dargestellten ersten Aufladungsstufe, an eine zweite Abgasturbine anzuschließen. Darüber hinaus sind die bekannten mechanischen, hydraulischen pneumatischen und elektrischen Lösungen für den Antrieb der Kältemittelverdichter möglich.
Ein Wärmetauscher 1608 kann dabei als Zusatzverdampfer nach dem Hauptverdampfer 706 angeordnet sein, der beispielsweise die Wärme ganz oder nur teilweise aus dem Abgas abführt. Es ist auch möglich nur die Wärme eines Teilstroms aus dem Abgas in den Kältemittelkreislauf 606 mit einem Wärmetauscher 1608 einzubringen. Das Übertragen von Wärme mit dem als Zusatzverdampfer ausgeführten Wärmetauscher 1608 stellt neben der Kühlungsaufgabe auch sicher, dass das Kältemittel vollständig verdampft ist und der Einbau eines Flüssigabscheiders 2201, wie in 1 dargestellt, entfallen kann.
Mit einer Turbomaschine 3411 auf der Hochdruck- und Hochtemperaturseite des Kältemittelkreises 606 ist es möglich, einen Anteil von arbeitsfähiger Energie auszukoppeln. Dies verringert Druck und Temperatur im Kältemittelkreislauf 606. Bei entsprechender Wahl eines sehr hohen Temperatur- und Druckniveaus, verbleibt noch eine ausreichend hohe Temperaturdifferenz zur Umgebung hin, um im Vergleich zum herkömmlichen Temperaturniveau ein Kühlernetz mit geringeren Abmessungen einsetzen zu können. Die ausgekoppelte Arbeit der Turbomaschine 3411 im Kältemittelkreislauf 606 enthält Anteile der Verdichterarbeit des Kältemittelverdichters 806, der Abwärme des Verbrennungsmotors 206 sowie der Abwärme dessen Abgas. Mit der ausgekoppelten Arbeit lassen sich Nebenaggregate antreiben. Ist der Anteil sehr hoch, können auch Antriebsmomente für den Fahrantrieb bereit gestellt werden.
Auch hier trägt die Auslegung des Kühlernetzes als letzte Wärmesenke, mit einem verbleibenden hohen Temperaturniveau in jedem Fall dazu bei, die restliche Verlustenergie über ein möglichst kleines Kühlernetz an die Umgebung abgeben zu können.
Die Reihenfolge von Verdampfern 704, 705, 706, 707, Wärmetauschern 2804, 2904, 2805, 1606, 1607, 1608, 1609, Kondensatoren 904, 905, 906, 907 bzw. Kühlem und die Auslegung der Turbomaschinen 3411, 3412, 3413 wie in 4 bis 7 dargestellt, richten sich nach dem Temperaturniveau der einbezogenen Systeme. Es könnte auch ein Wärmetauscher nach den Turbomaschinen 3411, 3412, vor den Kondensatoren 706, 707 in den Kältemittelkreisläufen 606, 607 eingesetzt werden.
Die Abgaswärme des Verbrennungsmotors 207 kann auch wie in 7 dargestellt über einen Wärmetauscher 1609, hier als Zwischenerhitzer bezeichnet, in das Kältemittel geleitet werden, um auch aus dem Abgas noch arbeitsfähige Energieanteile zu rekuperieren. Die abgegebene Leistung der Turbomaschinen 3412, 3413 kann zum Betrieb von Nebenaggregaten, Generatoren oder auch für den Fahrzeugantrieb verwendet werden.
8 zeigt eine Möglichkeit, das Druckgefälle zwischen Hoch- und Niederdruckseite des Kältemittelkreises 608 zu nutzen, in dem das beispielsweise in 4 dargestellte Expansionsventil 3004 durch eine Turbomaschine 3414 ersetzt wird. Damit lässt sich noch ein arbeitsfähiger Anteil aus der in das vom Kältemittelverdichter 808 in das Kältemittel eingebrachten Arbeit zurückgewinnen, der noch im flüssigen Aggregatzustand des Kältemittels enthalten ist. Als Beispiel für die Nutzung der abgegebenen Turbomaschinenarbeit ist in 8 ein Generator 3308 zur Stromerzeugung dargestellt. Es kann auch wieder Leistung für Nebenaggregate oder den Fahrzeugantrieb selbst abgenommen werden.
9 zeigt eine Kühlvorrichtung 109, bei der zum Antrieb des Kältemittelverdichters eine mechanisch-elektrisch-mechanische Wandlung eingesetzt wird. Die als Abgasturbine 1409 und Turbomaschinen 3415, 3416 ausgeführten Thermowandler 1109, 1113, 1115 treiben Generatoren 2009 an, deren abgegebene, aus der Abwärme des Verbrennungsmotors 209 gewonnene Leistung zum Antrieb des Turboladers 1509 und des Kältemittelverdichters 809 über Elektromotoren 1909, 1911 verwendet wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, Komponenten leichter an verschiedenen Plätzen im Fahrzeug unterzubringen, wodurch mehr Freiheit für die Integration von Teilsystemen im Fahrzeug erreicht wird.
9 zeigt dabei die mechanische Entkopplung des Kältemittelverdichters 809 von den Turbomaschinen 3415, 3416 mit Hilfe eines Elektromotors 1909 und ebenso die Entkopplung von Turbolader 1509 und Abgasturbine 1409. Die elektrische Energie, die an verschiedenen Stellen im System durch Generatoren 2009, beispielsweise an der Abgasturbine 1409, der Motorwelle, den Turbomaschinen 3415, 3416 im Hoch- und Niederdruckbereich des Kältemittelkreislaufs 609 abgenommen wird, kann über ein elektrisches Netz auf einfache Weise zu den Verbrauchern übertragen werden.
Durch die Integration eines elektrischen Speichers 3209 (9), 3210 (10) ergibt sich zusätzlich die Möglichkeit einer zeitlichen Trennung von Verbrauch und Erzeugung der Energie und eröffnet die Möglichkeit des bedarfsgerechten Betriebes aller Systeme. Unnötiger Verbrauch durch zwangsgekoppelte und nur gering entkoppelte Teilsysteme kann damit entfallen.
So kann beispielsweise der Kältemittelverdichter 809 unabhängig von der Drehmomenterzeugung der Abgasturbine 1409 im Voraus oder auch verzögert betrieben werden. Der Drehzahlverlauf des Kältemittelverdichters 809 ist unabhängig von der Drehzahl der Abgasturbine 1409 oder des Verbrennungsmotors 209. Ein Teil der Energie zum Antrieb des Kältemittelverdichters 809 kann auch aus einem Bremsvorgang stammen, der zurück gewonnen und in der Batterie gespeichert worden ist. Die Antriebsenergie muss nicht mehr aus einer zugeordneten Quelle stammen, sondern kann von verschiedenen Quellen zu unterschiedlichen Zeiten entstanden und gespeichert worden sein. Dies eröffnet neue Möglichkeiten des Energiemanagements im Fahrzeug.
Eine wertere Vorteilhafte Option kann die Koppelung zusätzlicher Nebenaggregate mit dem elektrischen Bordnetz sein. Diese Nebenaggregate sind allgemein mit NA bezeichnet. Dies können die unterschiedlichsten motorbetriebenen Aggregate sein, die bspw. am Verbrennungsmotor angeordnet oder unabhängig von diesem sein können, bspw. um Komfortfunktionen am Fahrzeug zu erfüllen. Der in 9 angedeutete Zweig, umfassend einen Wandler, einen Elektromotor 1912 und ein Nebenaggregat NA, kann ggf. in mehrfacher Ausführung vorhanden sein, grundsätzlich auch bei allen anderen gezeigten Ausführungsvarianten. Der Vorteil dieser Nutzung von verfügbarer elektrischer Energie aus dem Bordnetz zum mechanischen Antrieb weiterer Aggregate ermöglicht eine bessere Gesamtenergienutzung im Fahrzeug und auch die zeitliche Entkoppelung zwischen verfügbarer Antriebsleistung des Verbrennungsmotors und nachgefragter Antriebsleistung für die Nebenaggregate, da die Pufferungsfunktion des elektrischen Energiespeichers (Batterie) ausgenutzt werden kann.
10 zeigt eine Reduzierung der elektrischen Systeme. Für den Antrieb des Kältemittelverdichters 810 kann wahlweise das Antriebsmoment von einem elektrischen Antrieb 1910 oder von der Motorwelle kommen. Es ist auch eine Addition von Drehmomenten möglich. Anstelle der Abgasturbine 1410 treibt auch hier ein Elektromotor 1910 über ein Getriebe 1810 bzw. über eine mechanische Übersetzung den Kältemittelverdichter 810 an.
Ein redundanter Antrieb des Kältemittelverdichters 810 erfolgt neben der Abgasturbine 1410 oder dem Elektromotor 1910 direkt durch den Verbrennungsmotor 210, wodurch die Zuverlässigkeit des Fahrantriebes insgesamt erhöht wird, da bei einem Schaden der Abgasturbine 1410 oder des Elektromotors 1910 die Kühlvorrichtung 110 trotzdem sicher arbeitet. Einschränkungen ergäben sich im Schadensfall nur durch eine Energie optimierte Betriebsführung. Das Fahrzeug könnte aber seinen Betrieb mit Einschränkung fortsetzten. Dies gilt für alle vorangegangenen Konzepte, wie in den Vorgängerfiguren dargestellt, mit mehrfacher Antriebsmöglichkeit des Kältemittelverdichters.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung und dem Betrieb von Kraftfahrzeugen, sowie der Herstellung von Kraftfahrzeugantrieben gewerblich anwendbar.
Bezugszeichenliste

101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110: Kühlvorrichtung
201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210: Verbrennungsmotor
301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310: Kühlkreislauf
401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410: Motorblock
501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510: Kühlernetz
601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610: Kältemittelkreislauf
701, 702, 703, 704, 705, 706,707, 708, 709, 710: Verdampfer
801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810: Kältemittelverdichter
901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910: Kondensator
1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010: Abwärmequelle
1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116: Thermowandler
1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206, 1207, 1208: Kupplung
1301, 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310: Abgasstrang
1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410: Abgasturbine
1502, 1503, 1504, 1505, 1506, 1507, 1508, 1509, 1510: Turbolader
1606, 1607, 1608, 1609: Wärmetauscher
1701: Wärmeisolation
1803, 1810: Getriebe
1903, 1909, 1910, 1911, 1912: Elektroantrieb, Elektromotor
2009, 2010: Generator
2101: Wärmetauscher
2201, 2202: Flüssigkeitsabscheider
2301: Rückströmleitung
2401: Lüfter
2502: Pumpe
2602: elektrischer Antrieb
2701: Wärmetauscher
2804, 2805: Wärmetauscher
2904: Rekuperator
3004: Expansionsventil
3105: Ventil
3209, 3210: elektrischer Speicher
3308: Generator
3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416: Turbomaschine
3501: Sammler
3601: Trockner
3706: Verdichterstufe
K1, K2, K3, K4: Kupplung
M: Motor, Elektromotor
NA: Nebenaggregate

Claims

Kühlvorrichtung (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bei welcher Kühlvorrichtung (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) durch einen Motorblock (401, 402, 403, 404, 405, 406, 407, 408, 409, 410) und durch ein Kühlernetz geführt wird, wobei der Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs (601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610) mit Verdampfer (701, 702, 703, 704, 705, 706,707, 708, 709, 710), Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) und Kondensator (901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910) ausgebildet ist, gekennzeichnet durch mindestens einen mit einer Abwärmequelle (1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010) mindestens des Verbrennungsmotors verbundenen Thermowandler (1101, 1102,1103,1104,1105,1106,1107, 1108, 1109, 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, 1116) zur Umwandlung von Abwärme mindestens des Verbrennungsmotors (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) in zum Antrieb des Kältemittelverdichters (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) verwendbare mechanische und/oder elektrische Energie.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Kühlernetzes der Verdampfer (701, 702, 703, 704, 705, 706,707, 708, 709, 710) des Kältemittelkreislaufs (601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610) im Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) angeordnet ist, wobei der Kondensator (901, 902, 903, 904, 905, 906, 907, 908, 909, 910) des Kältemittelkreislaufs (601, 602, 603, 604, 605, 606, 607, 608, 609, 610) das Kühlernetz (501, 502, 503, 504, 505, 506, 507, 508, 509, 510) der Kühlvorrichtung (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110) bildet.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorblock (402) selbst den Verdampfer (702) des Kältemittelkreislaufs (602) bildet.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Thermowandler (1101, 1102, 1103, 1104, 1105, 1106, 1107, 1108, 1109, 1110) als eine im Abgasstrang (1301, 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310) des Verbrennungsmotors (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) angeordnete Abgasturbine (1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410) ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine zwischen Abgasturbine (1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408) und Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808) angeordnete Kupplung (1201, 1202, 1203, 1204, 1205, 1206, 1207, 1208).
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410) über eine verstellbare Schaufelgeometrie verfügt,.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbare Schaufelgeometrie zur Anpassung der Drehzahl der Abgasturbine (1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410) an die benötigte Drehzahl des Kältemittelverdichters (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) vorgesehen ist
Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturbine (1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408) Teil eines Turboladers (1502, 1503, 1504, 1505, 1506, 1507, 1508) des Verbrennungsmotors (202, 203, 204, 205, 206, 207, 208) ist
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Thermowandler (1111, 1112, 1113, 1114, 3411, 3412, 3413, 3416) mit einem oberen Temperaturniveau des Kältemittelkreislaufs (606, 607, 609, 610) verbunden ist
Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens einen in dem Kältemittelkreislauf (604, 605, 606, 607) angeordneten, Abwärme mindestens einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs in den Kältemittelkreislauf (604, 605, 606, 607) einkoppelnden Wärmetauscher (2804, 2904, 2805, 1606, 1607, 1608, 1609).
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Oberfläche des Motorblocks (401) des Verbrennungsmotors (201) zumindest teilweise bedeckende Wärmeisolation (1701).
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter (803, 810) zusätzlich vom Verbrennungsmotor (203, 210) antreibbar ist
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelverdichter (803, 809, 810) elektrisch antreibbar ist, wobei zumindest ein Teil der zum Antrieb benötigten elektrischen Energie durch einen Thermowandler (1103, 1109, 1113, 1115) aus der Abwärme zumindest des Verbrennungsmotors (203, 209, 210) erzeugt wird.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmequelle (1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, 1007, 1008, 1009, 1010) einen Abgasstrang (1301, 1302, 1303, 1304, 1305, 1306, 1307, 1308, 1309, 1310) und/oder einen Kühlkreislauf (301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308, 309, 310) und/oder einen Ladeluftkühler des Verbrennungsmotors (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) und/oder eine Bremsanlage und/oder einen Luftkompressor und/oder einen hydraulischen Lüfterantrieb und/oder einen hydraulischen Fahrantrieb und/oder eine elektrische Antriebskomponente und/oder ein oberes Temperaturniveau einer Klima- und/oder Kälteanlage und/oder einen Retarder des Kraftfahrzeugs umfasst
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einzelnen Aggregaten jeweils separat steuerbare Kupplungen (K1, K2, K3, K4) angeordnet sind.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste steuerbare Kupplung (K1) zwischen einer Abgasturbine (1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, 1408, 1409, 1410) und/oder einem Turbolader (1502, 1503, 1504, 1505, 1508, 1507, 1508, 1509, 1510) und einem Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) und/oder einem Getriebe (1803, 1810) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite steuerbare Kupplung (K2) zwischen dem Getriebe (1803, 1810) und dem Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 806, 807, 808, 809, 810) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte steuerbare Kupplung (K3) zwischen dem Getriebe (1803, 1810) und dem Verbrennungsmotor (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte steuerbare Kupplung (K4) zwischen dem Kältemittelverdichter (801, 802, 803, 804, 805, 808, 807, 808, 809, 810) und einem Elektromotor (1903) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein mit dem Bordnetz des Fahrzeugs gekoppelter Antriebsmotor (1912) zum Antreiben eines motorbetriebenen Nebenaggregates (NA) vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Kühlvorrichtung zur Abfuhr zumindest eines Teils der Abwärme eines flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, bei welcher Kühlvorrichtung ein Kühlmittel in einem Kühlkreislauf durch einen Motorblock und durch ein Kühlernetz geführt wird, wobei der Kühlkreislauf mindestens teilweise als Bestandteil eines Kältemittelkreislaufs mit Verdampfer, Kältemittelverdichter und Kondensator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Abwärme mindestens des Verbrennungsmotors in zum Antrieb des Kälteemittelverdichters verwendbare mechanische und/oder elektrische Energie umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Kältemittelverdichters zumindest ein Teil der Abwärme eines Verbrennungsmotors und/oder eines Ladeluftkühlers und/oder des Abgases und/oder einer Abgasrückführung und/oder einer Bremsanlage und/oder eines Luftkompressors und/oder eines hydraulischen Lüfterantriebs und/oder eines hydraulischen Fahrantriebes und/oder eines Retarders und/oder einer elektrischen Antriebskomponente und/oder einer Klima- und/oder Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs mittels eines Thermowandlers in mechanische und/oder elektrische Energie umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, das mit einer Kühlvorrichtung gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20 durchgeführt wird.