DE10321295A1

DE10321295A1 - Kühlbox für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE10321295A1
Application number: DE2003121295
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Ing. Jeckel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlbox (1) für ein Kraftfahrzeug. Bei der erfindungsgemäßen Kühlbox (1) kommen bis zu drei verschiedene Kühlvorrichtungen zum Einsatz, wobei jede dieser Kühlvorrichtungen auf einem anderen physikalischen Prinzip beruht. Eine erste Kühlvorrichtung (1.1) ist als Verdampfer (10.2) ausgebildet und der Klimaanlage (10) des Kraftfahrzeugs zuschaltbar. Eine zweite Kühlvorrichtung (2) ist als thermoelektrisches Kühlelement (2) ausgebildet und ebenfalls zuschaltbar. Eine dritte Kühlvorrichtung (3) ist als Kühlakku ausgebildet und wirkt im Falle nicht ausreichender Kühlleistung durch die beiden ersten Kühlvorrichtungen als Puffer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlbox für Kraftfahrzeuge mit einem Kühlfach und einer an einen Kühlkreislauf einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs angeschlossenen ersten Kühlvorrichtung.

Es ist bereits eine Kühlbox für Kraftfahrzeuge aus der DE 40 00 322 A1 bekannt. Diese Kühlbox ist sowohl an den Kühlmittelkreislauf der Klimaanlage als auch an den Warmwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Über Rohrschlangensysteme wird das Kältemittel der Kühlbox zugeführt.

Die bekannte Kühlbox ist ungeeignet, um bei längerem Stillstand des Kraftfahrzeugs oder in Betriebsphasen, in denen der Motor keine ausreichenden Drehzahlen aufweist oder aufgrund der Außentemperatur eine obere Temperaturgrenze erreicht hat, ein bestimmtes Volumen zu kühlen, weil die nötige Kompressionsleistung bei Stillstand oder bei sehr niedrigen Drehzahlen des Motors nicht zur Verfügung steht. Im Falle von zu hoher Temperatur des Motors würde dieser durch das Aufbringen der Kompressionsleistung überhitzen.

Ferner ist aus der DE 36 39 089 A1 eine thermoelektrische Kühlvorrichtung mit einem Peltierblock bekannt. Dieses Halbleiterkühlelement steht in wärmeleitender Verbindung mit einem Rippenwärmetauscher zum Kühlen eines zwangsumwälzten Mediums.

Der Peltierblock hat den Nachteil, dass aufgrund der thermoelektrischen Proportionalität zur Stromstärke I bei Kraftfahrzeugen maximal ein Temperaturunterschied von 30 Kelvin zwischen der warmen und der kalten Seite zu erreichen ist. Bei hohen Außentemperaturen ist eine ausreichende Kühlung beispielsweise zum Erzeugen von Temperaturen unterhalb von 0° Celsius nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlfach derart auszubilden und anzuordnen, dass die Kühlleistung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Motors des Kraftfahrzeugs einstellbar ist und das Volumen des Kühlfachs konstant auf einem niedrigen Temperaturniveau gehalten werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Kühlfach der Kühlbox über mindestens eine zweite Kühlvorrichtung kühlbar ist und die zweite Kühlvorrichtung innerhalb oder außerhalb der Kühlbox angeordnet ist.

Hierdurch wird erreicht, dass bei nicht ausreichender Kühlung durch die erste mit der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs verbundene Kühlvorrichtung oder bei Defekt der ersten Kühlvorrichtung mit Hilfe der zweiten Kühlvorrichtung die gewünschte Temperatur im Kühlfach der Kühlbox einstellbar ist.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die zweite Kühlvorrichtung als thermoelektrisches Kühlelement ausgebildet ist und eine kalte Seite und eine warme Seite aufweist. Ein solches Halbleiterkühlelement wird durch ein Halbleiterelement A gebildet, das beidseitig mit einem Halbleiterelement B beschichtet ist. Durch das Anschließen der äußeren Halbleiterelemente B an eine Gleichstromquelle erwärmt sich die eine Kontaktstelle AB, während sich die andere Kontaktstelle BA abkühlt. Dadurch werden eine kalte Seite und eine warme Seite gebildet. Als Gleichstromquelle dient die Batterie des Kraftfahrzeugs.

Mit Hilfe eines solchen thermoelektrischen Kühlelements ist auch bei Stillstand des Motors eine gewisse Kühlleistung gewährleistet. Bei entsprechend guter Isolation des Kühlfachs kann mit Hilfe der zweiten Kühlvorrichtung zumindest die Temperatur im Kühlfach der Kühlbox über einen längeren Zeitraum gehalten werden.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass die kalte Seite des thermoelektrischen Kühlelements direkt mit dem Innenvolumen des Kühlfachs im Wärmeaustausch oder in Berührung steht. Ein technisch aufwendiger Wärmetauscher mit einer entsprechenden Pumpe ist dadurch nicht notwendig.

Die warme Seite wird je nach Anwendungsbereich durch die Umgebungsluft gekühlt. Zum Kühlen mit Umgebungsluft ist erfindungsgemäß ein Ventilator oder ein Gebläse vorgesehen. Der Luftstrom des Ventilators nimmt beim Vorbeiströmen an der Oberfläche der warmen Seite Wärme auf. Zum besseren Übertragen des Wärmestroms ist die warme Seite ebenso wie die kalte Seite durch Rippen oder durch ein sonstiges Profil vergrößert ausgebildet. Dadurch kann die Temperaturdifferenz zwischen der kalten und der warmen Seite erhöht werden.

Die Temperatur des Innenvolumens wird über einen elektrischen Schalter des thermoelektrischen Kühlelements geregelt. Eine solche Ausgestaltung ohne Wärmetauscher findet auch hinsichtlich der Gewichtsersparnis bei mobilen Kühlboxen Anwendung.

Wenn das Gewicht und die Kosten der Kühlbox weniger relevant sind, ist es allerdings vorteilhaft, dass das Innenvolumen des Kühlfachs und die kalte Seite des thermoelektrischen Kühlelements über einen Wärmetauscher im Wärmeaustausch stehen. Mit einem Wärmetauscher kann der Wärmeaustausch auf der gesamten Innenfläche des Kühlfachs erfolgen. Hierzu fließt das wärmetauschende Medium durch Leitungen, die über eine Teilfläche oder über die gesamte Innenfläche des Kühlfachs verteilt angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die erste Kühlvorrichtung als Verdampfer ausgebildet ist und der Verdampfer über mindestens ein magnetisches Ventil in den Kühlkreislauf der Klimaanlage integrierbar ist. In Kombination mit der zweiten Kühlvorrichtung ist hierfür entsprechender Bauraum in der Kühlbox erforderlich.

Eine weitere vorteilhafte Lösung besteht darin, die Kühlmittelleitungen der Klimaanlage auch in der Kühlbox vorzusehen. Somit ist ein zweiter Verdampfer in der Kühlbox nicht notwendig, was zu einer Kosten- und Gewichtsersparnis führt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass das magnetische Ventil über die Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors regelbar ist.

Die Kompressionsleistung für die Klimaanlage ist abhängig von der Drehzahl des Motors des Kraftfahrzeugs. Bei sehr niedrigen Drehzahlen und somit geringer Kompressionsleistung kann es erforderlich sein, den Verdampfer der Kühlbox von der Kühlmittelversorgung zu trennen. Auch für den Fall, dass kein Bedarf an der Kühlung der Kühlbox besteht, kann der Verdampfer vom System der Klimaanlage mit Hilfe des magnetischen Ventils getrennt werden.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass das thermoelektrische Kühlelement über die Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors schaltbar ist. Bei ausreichender Kompressionsleistung für die Klimaanlage und den Verdampfer ist eine zusätzliche Kühlung durch das thermoelektrische Kühlelement nicht notwendig. Erst bei entsprechendem Bedarf an zusätzlicher Kühlleistung wird das thermoelektrische Kühlelement zugeschaltet.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass das magnetische Ventil und/oder das thermoelektrische Kühlelement in Abhängigkeit der Temperatur des Innenvolumens im Kühlfach regelbar und/oder schaltbar sind, denn bei erreichter Temperatur im Kühlfach ist das Aufbringen weiterer Kühlleistung durch den Verdampfer oder das thermoelektrische Kühlelement nicht notwendig.

Eine solche Regelung erlaubt es bei einer zu hohen Temperatur im Kühlfach, eine oder beide Kühlvorrichtungen zuzuschalten. Dabei werden über die Steuerung des Kraftfahrzeugs entsprechende Prioritäten gesetzt, welche der beiden zusätzlichen Kühlvorrichtungen zuerst abgeschaltet wird oder zum Einsatz kommt. Dabei sind neben den Fahrzeugparametern wie Drehzahl, Öl- und Kühlwassertemperatur auch die Außentemperatur und die gewünschte Temperatur im Kühlfach maßgebend.

Vorteilhaft ist es ferner, dass das Kühlfach eine von der Fahrgastzelle aus bedienbare, elektrische Steckverbindung und von Hand bedienbare Anschlüsse für den Kühlkreislauf aufweist. Die damit erreichte Mobilität der Kühlbox bietet einen vielfältigen Einsatz einer Kühlbox in verschiedenen Fahrzeugen.

Hierzu ist es beispielsweise vorgesehen, einer Anschlussseite der Kühlbox eine Adapterplatte zuzuordnen, die entsprechende Gegenstücke für die Anschlüsse und die Steckverbindung aufweist. Somit kann die Kühlbox durch einfaches Aufstellen auf die Adapterplatte in Betrieb genommen werden. Auch kann die Kühlbox mit oder ohne Adapterplatte zumindest mit dem thermoelektrischen Kühlelement an eine feste Stromversorgung angeschlossen werden, um eine gewisse Kühlleistung zu erreichen.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass zusätzlich zur zweiten Kühlvorrichtung eine dritte Kühlvorrichtung innerhalb des Kühlfachs vorgesehen ist und die dritte Kühlvorrichtung als Kühlakku oder als passives Kühlelement ausgebildet ist. Ein solcher Kühlakku wird während der Phase ausreichender Kühlleistung abgekühlt. Bei nicht ausreichender Kühlleistung durch die erste oder zweite Kühlvorrichtung wirkt ein solches passives Kühlelement als Puffer, der bei nicht ausreichender Kühlleistung das Temperaturniveau im Kühlfach halten kann.

Der Einsatz von drei auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhenden Kühlvorrichtungen hat mit den entsprechenden Regelungen eine flexible und energiesparende Kühlbox zum Ergebnis.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Zeichnung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Kühlbox 1. Die Kühlbox 1 weist ein Kühlfach 1.3 und das Kühlfach 1.3 ein Innenvolumen 1.2 auf. Zum Kühlen des Innenvolumens 1.2 sind drei Kühlvorrichtungen 1.1, 2, 3 vorgesehen.
Die erste Kühlvorrichtung 1.1 ist als Verdampfer ausgebildet, der an ein System einer Klimaanlage 10 angeschlossen ist. Die Klimaanlage 10 weist einen Kühlkreislauf 10.1 auf, in den ein Kompressor 10.5, ein Kondensator 10.4 und ein Verdampfer 10.2 integriert sind. Der Verdampfer 10.2 steht im Wärmeaustausch mit der in die Fahrgastzelle strömenden Luft.
In den Kühlkreislauf 10.1 der Klimaanlage 10 ist ein magnetisches Ventil 10.3 eingebracht, mit Hilfe dessen der Kühlboxkreislauf 1.4 zuschaltbar ist. Das Zuschalten des Kühlboxkreislaufs 1.4 erfolgt durch das Öffnen oder Schließen des magnetischen Ventils 10.3. Somit sind an den Kompressor 10.5 der Klimaanlage 10 zwei Verdampfer parallel angeschlossen.
Das magnetische Ventil 10.3 wird in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs und in Abhängigkeit der Temperatur des Innenvolumens 1.2 gesteuert.
Die zweite Kühlvorrichtung wird durch ein thermoelektrisches Kühlelement 2 gebildet, das eine kalte Seite 2.1 und eine warme Seite 2.2 aufweist. Die kalte Seite 2.1 steht direkt mit dem Innenvolumen 1.2 des Kühlfachs 1.3 im Wärmeaustausch. Das thermoelektrische Kühlelement 2 ist in der Wand des Kühlfachs 1.3 integriert. Die warme Seite 2.2 wird durch die Umgebungsluft gekühlt. Zum Kühlen mit Umgebungsluft ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen Ventilator 2.5 oder ein Gebläse einzusetzen. Der Luftstrom des Ventilators 2.5 nimmt beim Vorbeiströmen an der Oberfläche der warmen Seite 2.2 Wärme auf. Zum besseren Übertragen des Wärmestroms ist die warme Seite 2.2 ebenso wie die kalte Seite 2.1 durch nicht dargestellte Rippen oder durch ein Oberflächenprofil vergrößert ausgebildet. Dadurch kann die Temperaturdifferenz zwischen der kalten 2.1 und der warmen Seite 2.2 erhöht werden.
Das thermoelektrische Kühlelement 2 wird in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs und in Abhängigkeit der Temperatur des Innenvolumens 1.2 zu- oder abgeschaltet.
Die dritte Kühlvorrichtung 3 wird durch einen Kühlakku gebildet, der im Inneren des Kühlfachs 1.3 angebracht oder integriert ist. Der Kühlakku 3 bildet teilweise die Innenfläche des Kühlfachs 1.3. Während der Kühlung durch die erste 1.1 oder durch die zweite Kühlvorrichtung 2 wird der Kühlakku 3 auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt. Beim Ausfall oder Abschalten der ersten 1.1 und zweiten Kühlvorrichtung 2 wirkt der Kühlakku 3 als Puffer, um die Temperatur des Innenvolumens 1.2 zu halten.
Die Kühlbox 1 ist mobil ausgebildet. Hierzu ist der Verdampfer 10.2 bzw. die Kühlmittelleitungen 10.1, 1.4 über die Anschlüsse 2.3a, 2.3b verbindbar. Die Anschlüsse 2.3a, 2.3b sind als hydraulische Anschlusskupplungen ausgebildet. Beim Trennen oder Verbinden der Kühlmittelleitungen kann keine Luft in das Kühlmittelsystem eindringen. Auch tritt beim Trennen oder Verbinden kein Kühlmittel aus den Kühlmittelleitungen aus. Zudem ist das thermoelektrische Kühlelement 2 über eine Steckverbindung 2.4 mit dem elektrischen Stromkreis des Kraftfahrzeugs verbindbar.
In einer nicht dargestellten Weise kann die Kühlbox durch einfaches Aufstellen auf eine entsprechende Adapterplatte an das Kraftfahrzeug angeschlossen werden. Hierzu weisen die Adapterplatte und die Unterseite der Kühlbox 1 jeweils entsprechende Gegenstücke der Anschlüsse 2.3a, 2.3b und der Steckverbindung 2.4 sowie eine Positioniervorrichtung auf. Die Anschlüsse 2.3a, 2.3b und die elektrische Steckverbindung 2.4 bestehen jeweils aus zwei ineinander passenden Kupplungsstücken.

1: Kühlbox
1.1: erste Kühlvorrichtung
1.2: Innenvolumen
1.3: Kühlfach
1.4: Kühlboxkreislauf, Kühlmittelleitung
2: zweite Kühlvorrichtung, thermoelektrisches
: Kühlelement
2.1: kalte Seite
2.2: warme Seite
2.3a: Anschluss
2.3b: Anschluss
2.4: Steckverbindung
2.5: Ventilator, Gebläse
3: dritte Kühlvorrichtung, passives Kühlelement
10: Klimaanlage
10.1: Kühlkreislauf, Kühlmittelleitung
10.2: Verdampfer
10.3: magnetisches Ventil
10.4: Kondensator
10.5: Kompressor

Claims

Kühlbox (1) für Kraftfahrzeuge mit einem Kühlfach (1.3) und einer mit einem Kühlkreislauf (10.1) einer Klimaanlage (10) verbundenen ersten Kühlvorrichtung (1.1), dadurch gekennzeichnet , dass das Kühlfach (1.3) der Kühlbox (1) über mindestens eine zweite Kühlvorrichtung (2) kühlbar ist und die zweite Kühlvorrichtung (2) innerhalb oder außerhalb der Kühlbox (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kühlvorrichtung (2) als thermoelektrisches Kühlelement ausgebildet ist und eine kalte Seite (2.1) und eine warme Seite (2.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kalte Seite (2.1) des thermoelektrischen Kühlelements (2) direkt mit dem Innenvolumen (1.2) des Kühlfachs (1.3) im Wärmeaustausch oder in Berührung steht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen (1.2) des Kühlfachs (1.3) und die kalte Seite (2.1) des thermoelektrischen Kühlelements (2) über einen Wärmetauscher im Wärmeaustausch stehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlvorrichtung (1.1) als Verdampfer ausgebildet ist und der Verdampfer (10.2) über mindestens ein magnetisches Ventil (10.3) in den Kühlkreislauf (10.1) der Klimaanlage (10) integrierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Ventil (10.3) über eine Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Kühlelement (2) über die Steuerelektronik des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors schaltbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Ventil (10.3) und/oder das thermoelektrische Kühlelement (2) in Abhängigkeit der Temperatur des Innenvolumens (1.2) im Kühlfach (1.3) regelbar und/oder schaltbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfach (1) eine von der Fahrgastzelle aus bedienbare, elektrische Steckverbindung (2.4) und von Hand bedienbare Anschlüsse (2.3a, 2.3b) für den Kühlkreislauf (10.1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur zweiten Kühlvorrichtung (2) eine dritte Kühlvorrichtung (3) innerhalb des Kühlfachs (1.3) vorgesehen ist und die dritte Kühlvorrichtung (3) als Kühlakku oder als passives Kühlelement ausgebildet ist.