Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung, ein Verfahren zum Kühlen des Kühlfluides mittels der Kühlvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, umfassend die Kühlvorrichtung. Die Erfindung betrifft alternativ oder zusätzlich ferner eine Steuervorrichtung für eine zum Kühlen eines Kühlfluides ausgebildete Kühlungsvorrichtung, vorzugsweise der Kühlvorrichtung, ein Kühlsystem mit der Kühlungsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug, umfassend das Kühlsystem.

Eine der größten Herausforderungen bei dem Betrieb von mit Brennstoffzellen antreibbaren Kraftfahrzeugen ist die Kühlung der Brennstoffzellensysteme bei hohen Umgebungstemperaturen. Eine mögliche Lösung ist der Einsatz eines fahrzeugautarken Verdunstungskühlungssystems, bei dem das Produktwasser der Brennstoffzelle gesammelt wird, um es auf den Frontwärmekühler im Fahrzeug aufzuspritzen und dadurch eine Kühlleistungssteigerung durch Verdunstung des aufgespritzten Wassers auf der Kühleroberfläche zu erzielen. Das Verdunstungswasser kann z. B. aber auch durch das Füllen eines Wassertanks zur Verfügung gestellt werden.

Das grundlegende Prinzip dabei ist die Ausnutzung der nötigen Verdunstungsenthalpie für den Phasenwechsel des Wassers von flüssig zu gasförmig. Dadurch lassen sich lokal sehr hohe Wärmestromdichten durch den gleichzeitig stattfindenden Stoff- und Wärmeübergang erzielen. Dabei erfolgt eine Nicht-adiabate Verdunstung auf der Kühleroberfläche (d. h. den Kühllamellen und den Rohroberflächen), wobei die Verdunstung des Wassers gleichzeitig mit einer Wärmeübertragung vom Kühler auf das Wasser stattfindet. Gleichzeitig erfolgt eine adiabate Verdunstung im Luftstrom. Ist die Kühlluft noch nicht vollständig gesättigt (die relative Luftfeuchtigkeit ist kleiner als 100%), so kühlt sich die eintretende Kühlluft durch die entzogene Verdunstungswärme ab. Die Lufteintrittstemperatur sinkt, die Temperaturdifferenz zwischen Kühlfluid und eintretender Kühlluft wird vergrößert. Dadurch steigt die Wärmeübertragungsfähigkeit des Kühlers. Zusätzlich wird der in den Kühler eintretende Wärmekapazitätsstrom der Kühlluft durch das eingespritzte Wasser erhöht. Folglich wird die ganzheitliche Wärmeabfuhr verbessert. Eine bekannte, fahrzeugseitige Umsetzung ist die Anbringung einer oder mehrerer Düsen im Luftstrom (stromaufwärts) für die gezielte Wassereinspritzung. Die Düsen sind dabei so angeordnet, dass die Oberfläche des Kühlers benetzt und dabei der Luftstrom befeuchtet wird. Diese bekannte Anordnung der Düsen bringt jedoch einige Nachteile mit sich.

Die Düsen müssen in der Fahrzeugfront untergebracht werden, was zusätzlichen Bauraum benötigt und dabei, durch die Verblockung des Luftpfads, den Kühlluftmassenstrom unter sonst gleichen Randbedingungen erniedrigt. Die Kühlleistung des Wärmeübertrages wird entsprechend reduziert. Bei der konventionellen Wärmeübertragung stellt der luftseitige Wärmeübergang typischerweise den limitierenden Faktor der gesamten Wärmeübertragung dar. Für die Abführung einer hohen Abwärmemenge mittels konventioneller Kühlung an die Umgebung wird eine sehr hohe Luftmenge benötigt, was wiederum einen hohen elektrischen Energieeinsatz in Form von Lüfterleistung bedeutet. Eine Einbringung der Düsen führt zu einem weiteren Hindernis, das die Kühlluft überwinden muss, um eine ausreichende Kühlwirkung zur Verfügung stellen zu können.

Ferner wird die Kühlleistungssteigerung durch die Verdunstungskühlung mit höherer Fahrzeuggeschwindigkeit geringer, da durch eine sekundäre Luftdurchströmung des Kühlers, die u. a. vom zur Verfügung stehenden Bauraum des Kühlers abhängt, ein großer Teil des aufgespritzten Wassers am Kühler vorbei geleitet wird.

Zudem ändert sich der Sprühkegel der Düsen in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die besprühte Fläche kann folglich nur für einen Betriebspunkt (maßgeblich charakterisiert durch Fahrzeuggeschwindigkeit und Lüfterdrehzahl eines Lüfters) optimiert werden. Dies erfordert einen hohen Applikationsaufwand bei der Inbetriebnahme und Erprobung des Kraftfahrzeugs.

Das Aufspritzen des Wassers kann zudem im Kraftfahrzeug trotz aufwendiger Düsenausrichtung nicht die komplette Kühleroberfläche benetzen. Die nicht optimale Positionierung der Düsen aufgrund eines beschränkten Bauraums und durch andere Fahrzeugbauteile führt dazu, dass ein Teil der Kühleroberfläche nicht vom Wasser erreicht wird und für die Kühlleistungssteigerung ungenutzt bleibt.

Die Wassermenge kann auch nicht optimal verteilt aufgespritzt werden, da an manchen Stellen eine für die Verdunstung unter gegebenen äußeren Randbedingungen zu hohe Wassermenge aufgespritzt wird. Das überschüssige nicht verdunstete Wasser trägt nicht zur Kühlleistungssteigerung bei und bleibt ungenutzt.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Lösung bereitzustellen, mit der die Nachteile der bisherigen Lösungen zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst effiziente Technik zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.

Gemäß einem ersten allgemeinen Aspekt wird eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung umfasst zumindest ein Kühlmodul. Das zumindest eine Kühlmodul weist einen ersten Kanal für das Kühlfluid (d. h. zur Führung des Kühlfluides), einen zweiten Kanal für ein Verdunstungskühlfluid (d. h. zur Führung des Verdunstungskühlfluides), und luftkühlbare Kühlelemente, die zur thermischen Kopplung am ersten Kanal angeordnet sind, auf. Die luftkühlbaren Kühlelemente können z. B. als Kühllamellen ausgeführt sein und/oder eine Lamellen- und Louvergeometrie aufweisen. Ferner können Kühlluftpfade zur Hindurchführung von hindurchströmender Kühlluft in den Kühlelementen und/oder zwischen den Kühlerelementen und den ersten Kanal ausgebildet sein. Die Kühlluftpfade können insbesondere senkrecht zu einer Längsrichtung des ersten Kanals und/oder einer Strömungsrichtung des Kühlfluides im ersten Kanal verlaufen.

Der erste Kanal und die luftkühlbaren Kühlelemente dienen zweckmäßig als Wärmeübetrager eines Wärmestroms vom Kühlfluid auf eine Kühlluft. Die an Oberflächen der Kühlelemente und des ersten Kanals entlang strömende (und damit durch die Kühlluftpfade hindurchströmende) Kühlluft kann so Wärme des meist heißen Kühlfluides aufnehmen. Die treibende Kraft für die Wärmeübertragung ist dabei die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlfluid und der Kühlluft. Maßgeblich für die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertrages kann neben dem Wärmeleitwiderstand und der Temperatur der Massenstrom der Kühlluft sein, der durch einen Druckverlust entlang der Kühlluftpfade und der wärmeübertragenden Oberflächen beeinflusst ist.

Der zweite Kanal weist eine Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid auf. Der zweite Kanal ist innerhalb des ersten Kanals integriert und/oder angeordnet (z. B. eingesetzt). Der zweite Kanal weist ferner einen mit dem ersten Kanal gemeinsamen Außenwandungsabschnitt auf, der den Kühlelementen zugewandt ist und an (und/oder in) dem die Perforation ausgebildet ist. Der erste Kanal ist zweckmäßig vom zweiten Kanal fluidisch getrennt, wobei insbesondere ein Innenraum des ersten Kanals fluidisch von der Perforation getrennt ist.

Die Kühlvorrichtung kann z. B. eine Kombination eines (bekannten) Wärmeübertragers, umfassend den ersten Kanal für das Kühlfluid und die luftkühlbaren Kühlelemente, und eine oder mehrere (integrierte) Ausbringvorrichtungen (oder Aufdüsvorrichtungen) zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides, umfassend den zweiten Kanal für das Verdunstungskühlfluid, darstellen. Die Kühlvorrichtung kann daher auch als Hybridkühlvorrichtung bezeichnet sein.

Durch die vorliegende Offenbarung gemäß dem ersten allgemeinen Aspekt wird somit eine Lösung mit einer verbesserten Kühlung, insbesondere einer effizienteren Nutzung der Verdunstungskühlung durch Benetzen mit dem Verdunstungskühlfluid, bereitgestellt.

Die Anordnung des zweiten Kanals und der Perforation führt dazu, dass die Oberflächen der Kühlelemente möglichst direkt mit dem Verdunstungskühlfluid benetzt werden können, d. h. es wird eine im Wesentlichen ausschließliche nicht-adiabatische Verdunstungskühlung umgesetzt. Die nicht-adiabate Verdunstungskühlung ist wesentlich effektiver hinsichtlich einer möglichen erzielbaren Kühlleistungssteigerung bei gleicher Wassermenge gegenüber der adiabaten Verdunstung (Befeuchtung der Kühlluft durch das Verdunstungskühlfluid). Daher kann die adiabate Verdunstung, deren Verhältnis zwischen erzielter Kühlleistungssteigerung und eingesetzter Menge an Verdunstungskühlfluid deutlich geringer ist als bei einer direkten Benetzung der Kühloberflächen, mit der Kühlvorrichtung möglichst vermieden oder zumindest stark reduziert werden.

Durch die Anordnung des zweiten Kanals innerhalb des ersten Kanals (und damit zumindest abschnittsweise innerhalb des Kühlfluides) nimmt das Verdunstungskühlfluid ferner bereits einen Teil der abzuführenden Abwärme durch Wärmeleitung aus dem Kühlfluid auf. Da sich die Verdunstungsenthalpie von z. B. Wasser als Verdunstungskühlfluid bei zunehmender Temperatur in dem Bereich von 25°C und 100°C nur geringfügig ändert, hat der Wärmestrom des Kühlfluides auf das Verdunstungskühlfluid nur eine zu vernachlässigende Reduzierung der Kühlleistungssteigerung durch Verdunstung zur Folge. Zudem kann die vom Verdunstungskühlfluid aufgenommene Wärme beim Ausbringen durch die Perforation an die Kühlluft übergeben werden.

Ferner findet bekanntermaßen durch Wärmeleitung ein Wärmestrom aus dem Kühlfluid im ersten Kanal über dessen Außenwandung an die Kühlelemente, insbesondere Kühllamellen, statt. Vorbeiströmende Kühlluft, die typischerweise eine geringere Temperatur als das Kühlfluid aufweist, nimmt Wärme von den Oberflächen der Kühlelemente auf und kühlt die Kühlelemente dadurch. Der erste Kanal kann selbst nicht von der Kühlluft durchströmt werden, sodass er bauartbedingt dazu führt, dass der luftseitige Druckverlust der Kühlluft bei der Durchströmung durch die Kühlvorrichtung erhöht wird. Umso höher der Druckverlust, desto geringer der Kühlluftmassenstrom, und damit die Kühlleistung. Da der zweite Kanal innerhalb des ersten Kanals angeordnet ist, führt dieser zu keiner weiteren Erhöhung des Druckverlusts. Im Vergleich dazu sind die Düsen zur Ausbringung des Verdunstungskühlfluides gemäß dem Stand der Technik stromaufwärts vor einem Wärmeübertrager angeordnet, stellen daher ein Hindernis für die Kühlluft in Richtung des Wärmeübertragers dar, und tragen so zusätzlich zum Druckverlust bei.

Aufgrund der Anordnung des zweiten Kanals ist die Perforation derart angeordnet, dass das Verdunstungskühlfluid in Kühlluftpfade, die durch die Kühlelemente und den ersten Kanal gebildet sind, hinein ausgebracht (bzw. injiziert) werden. Entsprechend sind Oberflächenabschnitte der Kühlelemente den einzelnen Öffnungen der Perforation vorzugsweise direkt gegenüberliegend angeordnet. Dies führt dazu, dass die wärmeübertragenden Oberflächen der Kühlelemente gleichmäßiger bzw. homogener mit dem Verdunstungskühlfluid benetzt werden, wodurch gleichzeitig eine geringere Filmhöhe des Verdunstungskühlfluides auf den Oberflächen erzielt wird. Eine Benetzung der Wärmeübertragendenden Oberflächen und ein Zuwachs der Filmhöhe führt nämlich dazu, dass der für die Luftdurchströmung maßgebliche geometrische Querschnitt verengt wird. Der Luftmassenstrom unterliegt einem höheren Druckverlust. Bei gleichen Randbedingungen stellt sich daher ein geringerer Luftmassenstrom ein und die Wärmeübertragung sinkt. Dieser Effekt kann durch die gleichmäßige Vernetzung stark reduziert werden.

Hinzu kommt, dass die Filmhöhe des Verdunstungskühlfluides auf den Oberflächen einen zusätzlichen Wärmeleitwiderstand zwischen Kühlfluid und Kühlluft bildet, der überwunden werden muss. Eine geringere Filmhöhe, die durch die Kühlvorrichtung erzielt werden kann, führt somit auch dazu, dass der Wärmeleitwiderstand möglichst geringgehalten wird. Weisen die Kühlelemente eine Lamellen- und Louvergeometrie auf, so kann durch die gleichmäßigere Benetzung mit dem Verdunstungskühlfluid ferner ein Bedecken der Louver mit dem Verdunstungskühlfluid verhindert oder zumindest eingeschränkt werden. Ein Bedecken der Louver hätte zur Folge, dass der turbulatorische Effekt der Louver reduziert wird bzw. ganz verschwindet. Die Luftströmung durch die Kühlelemente wäre dadurch weniger turbulent oder sogar auch laminar. Das Verhältnis der Wärmeleitung im Luftstrom würde gegenüber dem konvektiven Wärmetransport in der Kühlluft (im Vergleich zur konventionellen Kühlung ohne Verdunstungskühlung) geringer, d. h. dem Kühlfluid würde weniger Wärme entzogen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann der gemeinsame Außenwandungsabschnitt durch einen Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals und einen Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals gebildet sein, die angrenzend zueinander (z. B. überlappend) angeordnet sind und gemeinsame Durchgänge (z. B. fluchtend angeordnete Durchgänge im Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals und dem Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals) zur Ausbildung der Perforation aufweisen. Die gemeinsamen Durchgänge sind fluidisch abgedichtet zu einem Innenraum des ersten Kanals ausgebildet.

Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Kanal durch ein erstes Rohr, insbesondere ein Flachrohr, ausgebildet sein. Der zweite Kanal kann durch ein zweites Rohr, insbesondere ein Rundrohr, ausgebildet sein. Ein Wandungsabschnitt des zweiten Rohrs, in dem erste Öffnungen ausgebildet sind, kann an einem Wandungsabschnitt des ersten Rohrs, in dem fluchtend zu den ersten Öffnungen angeordnete zweite Öffnungen ausgebildet sind, zur Ausbildung der Perforation anliegen. Dies bietet eine einfach umsetzbare Ausführungsform der Kühlvorrichtung.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann das zumindest eine Kühlmodul mehrere Kühlmodule umfassen, die angrenzend nebeneinander angeordnet sind, insbesondere derart, dass die Kühlelemente eines der mehreren Kühlmodule zusätzlich zur thermischen Kopplung am ersten Kanal eines weiteren der mehreren Kühlmodule angeordnet sind. Die Kühlmodule können in einer Ebene angeordnet und gleich ausgerichtet sein. Die Kühlmodule können insbesondere einen Stapel bilden. Dies bietet z. B. die Möglichkeit, die Kühlvorrichtung für den entsprechenden Anwendungsfall und den Bauraum anzupassen. Die Anzahl der Kühlmodule und damit die Anzahl der ersten Kanäle kann z. B. von der Menge an zu kühlendem Kühlfluid und der Temperatur, auf die das Kühlfluid runtergekühlt werden soll, abhängen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlvorrichtung ferner eine erste Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine zweite Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können mit zumindest einem Verdunstungskühlfluid-Reservoir fluidisch verbunden sein. Ferner kann eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung zum Einstellen eines Fluidmassenstroms des Verdunstungskühlfluides, das der ersten Zuführleitung und der zweiten Zuführleitung zugeführt wird, zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der ersten Zuführleitung und zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und der zweiten Zuführleitung angeordnet sein. Der zweite Kanal kann ein erstes Ende, das mit der ersten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der zweiten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen. Mittels der ersten und zweiten Zuführleitung kann der zweite Kanal somit beidseitig, z. B. mit dem gleichen Fluiddruck, mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden. Dadurch kann das Verdunstungskühlfluid aus den Öffnungen der Perforation gleichmäßig austreten und die Kühlelemente so gleichmäßig benetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die erste Zuführleitung und/oder die zweite Zuführleitung zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal, insbesondere anliegend, angeordnet sein. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum zweiten Kanal verlaufen. Die erste Zuführleitung, die zweite Zuführleitung und die zweiten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden. Dadurch wird eine möglichst einfach umsetzbare Konstruktion für die Zuführung und das Ausbringen des Verdunstungskühlfluides erzielt. Durch die endseitige Anordnung der ersten Zuführleitung und/oder der zweiten Zuführleitung kann ferner bereits einen Teil der abzuführenden Abwärme durch Wärmeleitung aus dem Kühlfluid aufgenommen werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die ersten Kanäle der mehreren Kühlmodule, z. B. mäanderförmig, miteinander fluidisch verbunden sein. Insbesondere kann ein Ende des ersten Kanals eines der mehreren Kühlmodule mit einem Ende des ersten Kanals eines angrenzenden der mehreren Kühlmodule fluidisch verbunden sein. Die fluidisch verbundenen ersten Kanäle können zwei Enden zum Anschließen eines Kühlfluidkreislaufes (und/oder Einbinden der ersten Kanäle in einen Kühlfluidkreislauf) aufweisen. Die zweiten Kanäle der mehreren Kühlmodule können, insbesondere durch die erste Zuführleitung und die zweite Zuführleitung, miteinander fluidisch verbunden sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Perforation in Längsrichtung des zweiten Kanals erstrecken. Die Kühlelemente können im Wesentlichen in Längsrichtung des ersten Kanals angeordnet sein. Eine Breite der Kühlelemente kann kleiner oder im Wesentlichen gleich einer Breite des ersten Kanals sein. Die dadurch gleichmäßige Verteilung der Öffnungen der Perforation entlang der Kühlelemente verhilft zu einer gleichmäßigeren Benetzung der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid.

Gemäß einer Ausführungsvariante können der erste Kanal und der zweite Kanal parallel zueinander und/oder in einer gleichen Ebene verlaufen. Der zweite Kanal kann sich beidseitig über den ersten Kanal hinaus erstrecken und/oder endseitig (an beiden Endseiten des ersten Kanals) aus dem ersten Kanal, vorzugsweise fluiddicht, herausgeführt sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann das mindestens eine Kühlmodul einen dritten Kanal für das Verdunstungskühlfluid aufweisen. Der dritte Kanal kann z. B. außerhalb am ersten Kanal, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Der dritte Kanal kann eine den Kühlelementen zugewandte Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen. Durch die Anordnung des dritten Kanals kann die möglichst gleichmäßige Vernetzung der Kühlelemente noch weiter verbessert werden. Insbesondere kann der dritte Kanal dazu dienen, Außenbereiche der Kühlelemente zu benetzen, die von der Perforation des zweiten Kanals nur schwierig erreicht werden können.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann der dritte Kanal insbesondere an einer, vorzugsweise in Strömungsrichtung der entlang der Kühlelemente strömenden Kühlluft gesehenen, Vorderseite des ersten Kanals angeordnet sein. Der dritte Kanal und der zweite Kanal können parallel zueinander verlaufen. Der dritte Kanal kann durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal aufweisen. Durch diese Ausbildung und Anordnung des dritten Kanals kann der zusätzliche Druckverlust der Kühlluft möglichst geringgehalten werden. Ist der dritte Kanal an der Vorderseite des ersten Kanals angeordnet, so erzeugt der dritte Kanal einen Windschatten für den ersten Kanal und zusätzlich einen luftleitenden Effekt, sodass der Druckverlust für die Kühlluft durch den zusätzlichen dritten Kanal nur unwesentlich gesteigert wird. Der dritte Kanal kann z. B. durch eine Klebe-, Schweiß oder Schraubverbindung am ersten Kanal angebracht sein. Dadurch ist es möglich, den dritten Kanal getrennt von der Anordnung des ersten und zweiten Kanals zu fertigen und später modular anzubringen.

Die Perforation des dritten Kanals kann in einer Außenwandung des dritten Kanals ausgebildet sein und sich in Längsrichtung des dritten Kanals (und vorzugsweise parallel zur Perforation des zweiten Kanals) erstrecken. Die Perforation des dritten Kanals kann zu den Kühlelementen hin angeschrägt ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsvariante können der dritte Kanal und der zweite Kanal fluidisch getrennt ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung kann ferner eine dritte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine vierte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der dritte Kanal kann ein erstes Ende, das mit der dritten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der vierten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen. Dadurch kann auch der dritte Kanal beidseitig, z. B. mit dem gleichen Fluiddruck, mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden. Zudem ist es möglich, dass der zweite und dritte Kanal unabhängig voneinander mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagt werden können, um so das Ausbringen des Verdunstungskühlfluides je nach Kühlungsbedarf und für eine möglichst gleichmäßige Benetzung für beide Kanäle eigenständig einstellen zu können.

Die dritte Zuführleitung und die vierte Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die dritte Zuführleitung und die vierte Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum dritten Kanal verlaufen. Die dritte Zuführleitung, die vierte Zuführleitung und die dritten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine (zweite) leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.

Es ist ferner auch möglich, dass das zumindest eine Kühlmodul weitere Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweist. Das mindestens eine Kühlmodul kann z. B. einen vierten Kanal für das Verdunstungskühlfluid aufweisen. Der vierte Kanal kann z. B. außerhalb am ersten Kanal, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Der vierte Kanal kann eine den Kühlelementen zugewandte Perforation zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen.

Der vierte Kanal kann an einer, insbesondere in Strömungsrichtung der entlang der Kühlelemente strömenden Kühlluft gesehenen, Rückseite des ersten Kanals angeordnet sein. Der vierte Kanal und der zweite Kanal können parallel zueinander verlaufen. Der vierte Kanal kann durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal aufweisen. Der vierte Kanal kann z. B. durch eine Klebe-, Schweiß oder Schraubverbindung am ersten Kanal angebracht werden.

Die Perforation des vierten Kanals kann in einer Außenwandung des vierten Kanals ausgebildet sein und sich in Längsrichtung des vierten Kanals (und vorzugsweise parallel zur Perforation des zweiten Kanals) erstrecken. Die Perforation des dritten Kanals kann zu den Kühlelementen hin angeschrägt ausgebildet sein.

Der vierte Kanal, der dritte Kanal und der zweite Kanal können fluidisch getrennt ausgebildet sein. Die Kühlvorrichtung kann ferner eine fünfte Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid und eine sechste Zuführleitung für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der vierte Kanal kann ein erstes Ende, das mit der fünften Zuführleitung fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der sechsten Zuführleitung fluidisch verbunden ist, aufweisen.

Die fünfte Zuführleitung und die sechste Zuführleitung können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen. Die fünfte Zuführleitung und die sechste Zuführleitung können zumindest abschnittsweise senkrecht zum vierten Kanal verlaufen. Die fünfte Zuführleitung, die sechste Zuführleitung und die vierten Kanäle der mehreren Kühlmodule können eine (dritte) leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der erste Kanal, der zweite Kanal und die Kühlelemente (und vorzugsweise der dritte Kanal und der vierte Kanal) des zumindest einen Kühlmoduls das gleiche Material, vorzugsweise ein Metall, z. B. Aluminium, umfassen. Dadurch kann z. B. eine gute Wärmeleitfähigkeit vom Kühlfluid innerhalb des ersten Kanals zu den Kühlelementen bzw. zum Verdunstungskühlfluid in den anderen Kanälen gewährleistet sein. Aluminium ist er dabei besonders geeignet, da Aluminium neben der hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe Festigkeit, eine gute Korrosionsbeständigkeit und ein niedriges spezifisches Gewicht aufweist, was für die Fertigung der Kühlvorrichtung besonders geeignet ist.

Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen eines Kühlfluides bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart. Das Verfahren umfasst ferner ein Zuführen des Kühlfluides in den ersten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls der Kühlvorrichtung und ein Zuführen eines Verdunstungskühlfluides in den zweiten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls der Kühlvorrichtung. Das Verfahren umfasst ferner ein Ausbringen des Verdunstungskühlfluides mittels der Perforation der Kühlvorrichtung und ein Benetzen der Kühlelemente der Kühlvorrichtung mit dem Verdunstungskühlfluid.

Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen zuvor rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale der Kühlvorrichtung auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.

Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung kann vorzugsweise an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auf diese Weise kann Fahrtluft als Kühlluft, die entlang der Kühlelemente vorbeiströmt, verwendet werden. Alternativ oder ergänzend kann der Kühlvorrichtung einen Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms umfassen.

Gemäß einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs kann die Kühlvorrichtung, insbesondere der erste Kanal des zumindest einen Kühlmoduls, in einem Kühlkreislauf für eine Brennstoffzellenanordnung eingebunden sein.

Das Kraftfahrzeug kann ein Kraftfahrzeug mit Brennstoffzellenantrieb sein. Dadurch kann die Kühlungsproblematik von Brennstoffzellen bei hohen Umgebungstemperaturen zumindest teilweise behoben werden. Der Einsatz der Kühlvorrichtung kann zur Effizienz- und Leistungssteigerung der Kühlung führen.

Das Kraftfahrzeug kann ferner ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein. Die Kühlvorrichtung kann z. B. zur verbesserten Kühlung beim Schnellladen beitragen. Beim Schnellladen im Stand fehlt die Fahrtluft als Kühlluft für die Kühlung der Fahrzeugbatterien und den weiteren zu kühlenden Komponenten. Eine Verdunstungskühlung mittels der Kühlvorrichtung kann die Kühlleistung erheblich steigern. Im Fährbetrieb entstehen wesentlich geringere Abwärmemengen als beim Schnellladen. Durch die Kühlvorrichtung kann die Auslegung der Komponenten des fahrzeugseitigen Kühlsystems reduziert und dadurch vergünstigt werden. Somit kann das gesamte Kühlsystem des Kraftfahrzeugs kleiner dimensioniert werden. Als Wasserquelle, z. B. zum Füllen eines Reservoirs für das Verdunstungskühlfluid, bietet sich z. B. ein stationärer Wasseranschluss an Ladestationen an. Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Steuervorrichtung (z. B. ein Fahrzeugsteuergerät) für eine zum Kühlen eines Kühlfluides ausgebildete Kühlungsvorrichtung (zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung), z. B. der Kühlvorrichtung wie hierin offenbart, eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. In der Kühlungsvorrichtung sind luftkühlbare Kühlungselemente, z. B. die Kühlelemente wie hierin offenbart, für eine erhöhte Kühlwirkung zusätzlich mit einem Verdunstungskühlfluid benetzbar.

Die Steuervorrichtung ist ausgebildet, zum Kühlen des Kühlfluides auf eine Solltemperatur einen Luftmassenstrom einer entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft und einen Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen.

Die Steuervorrichtung kann grundlegend für jede Kühlungsvorrichtung verwendet werden, die zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung ausgeführt ist, z. B. die Kühlvorrichtung wie hierin offenbart.

Der Begriff „Steuervorrichtung“ kann sich zweckmäßig auf eine Elektronik (z. B. mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin die Begriffe „Einstellen“ und/oder „Steuern“ verwendet werden, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ und/oder „Verarbeiten“ umfasst bzw. gemeint sein.

Durch die vorliegende Offenbarung wird somit eine Lösung mit einer verbesserten Kühlung, insbesondere einer effizienteren Nutzung der Verdunstungskühlung durch Benetzen mit dem Verdunstungskühlfluid bereitgestellt. Insbesondere wird eine Steuervorrichtung bereitgestellt, die eine Betriebsstrategie der Verdunstungskühlung zum möglichst effizienten Verteilen und Ausbringen des Verdunstungskühlfluides umsetzen kann.

So sind der Luftmassenstrom und der Fluidmassenstrom gleichzeitig, insbesondere voneinander abhängig, derart einstellbar, dass eine nötige Kühlleistung erzielt wird, um das Kühlfluid auf die Solltemperatur zu kühlen.

Ferner führt das gleichzeitige Einstellen des Luftmassenstroms und des Fluidmassenstroms zu einer erhöhten Verdunstungsrate, welche das Verhältnis des ausgebrachten Verdunstungskühlfluides zur verdunstenden Menge des Verdunstungskühlfluides beschreibt. Das Verdunstungskühlfluid kann entsprechend zur gezielten Wasserverdunstung mit höherer Effizienz genutzt werden.

Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, die Solltemperatur, z. B. in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, zu bestimmen und/oder aus mehreren hinterlegten Solltemperaturen auszuwählen. Der Betriebszustand kann einen Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise unter zusätzlicher Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit, umfassen. Der Betriebszustand kann einen Ladebetrieb des (elektrisch antreibbaren) Kraftfahrzeugs (im Stand) umfassen.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen Soll-Luftmassenstrom, auf den der Luftmassenstrom einzustellen ist, anhand von, z. B. in einem Speicher der Steuervorrichtung, hinterlegten Kennfeldern in Abhängigkeit von einem bestimmten Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zu bestimmen. Die Kennfelder können (auf fachmännisch bekannte Weise) z. B. durch Simulationen und/oder Experimente, z. B. Erprobungsfahrten mit dem Kraftfahrzeug, bestimmt werden. Dadurch ist es möglich, zunächst die notwendige Menge an Verdunstungskühlfluid zur Benetzung der Kühlungselemente zu bestimmen, um anschließend den Luftmassenstrom zu bestimmen, der für eine möglichst optimierte Verdunstungskühlung bzw. eine möglichst optimierte Kombination der Luft- und Verdunstungskühlung nötig ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Soll- Luftmassenstrom ferner in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Größen zu bestimmen: eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, eine Luftgeschwindigkeit einer Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung, eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung, und/oder eine Lufttemperatur der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung.

Dadurch kann z. B. berücksichtigt werden, wieviel an verdunstetem Verdunstungskühlfluid durch die Kühlluft aufnehmbar ist und/oder inwieweit ein aktives Einstellen des Luftmassenstroms notwendig bzw. nötig ist. Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen Soll-Fluidmassenstrom, auf den der Fluidmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einer Austrittstemperatur des Kühlfluides beim Austritt aus der Kühlungsvorrichtung und der Solltemperatur zu bestimmen. Entsprechend kann so berücksichtigt werden, wie viel an Verdunstungskühlfluid notwendig ist, um das Kühlfluid auf die gewünschte Solltemperatur runter zu kühlen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Soll- Fluidmassenstrom zusätzlich in Abhängigkeit von zumindest einem der folgenden Größen zu bestimmen: eine Eintrittstemperatur des Kühlfluides beim Eintritt in die Kühlungsvorrichtung; ein Füllstand eines Verdunstungskühlfluid-Reservoirs; und/oder ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, eine Zufuhr des Verdunstungskühlfluides in Abhängigkeit von zumindest der Austrittstemperatur des Kühlfluides zu aktivieren oder zu deaktivieren. Dadurch kann die Verdunstungskühlung je nach Bedarf hinzugeschaltet werden bzw. die Kühlungsvorrichtung nur mit der Luftkühlung betrieben werden, wenn dies für die notwendige Kühlung ausreichend ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, den Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides durch eine Regelung, vorzugsweise mittels einer PI-Regelung, einzustellen.

Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kühlsystem bereitgestellt. Das Kühlsystem umfasst die Steuervorrichtung wie hierin offenbart, und eine Kühlungsvorrichtung zum Kühlen eines Kühlfluides, aufweisend luftkühlbare Kühlungselemente, die mit einem oder mehreren Kanälen für das Kühlfluid thermisch gekoppelt sind und für eine erhöhte Kühlwirkung zusätzlich mit einem Verdunstungskühlfluid benetzbar sind. Die Kühlungsvorrichtung kann z. B. die Kühlvorrichtung wie hierin offenbart und die Kühlungselemente können die Kühlelemente wie hierin offenbart sein. Die ein oder mehreren Kanäle für das Kühlfluid können dem ersten Kanal des zumindest einen Kühlmoduls wie hierin offenbart entsprechen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kühlungsvorrichtung ferner mehrere Ausbringungseinrichtungen zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und Benetzen der Kühlungselemente aufweisen, auf die der von der Steuervorrichtung einstellbare Fluidmassenstrom aufteilbar ist. Die mehreren Ausbringeinrichtungen können den zweiten Kanal und den dritten Kanal (und vorzugsweise den vierten Kanal) des zumindest einen Kühlmoduls wie hierin offenbart umfassen. Es ist z. B. auch möglich, dass die Anordnung aus der dritten Zuführleitung, der vierten Zuführleitung und den dritten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer ersten Ausbringungseinrichtung entspricht, die Anordnung aus der ersten Zuführleitung, der zweiten Zuführleitung und den zweiten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer zweiten Ausbringungseinrichtung entspricht, und vorzugsweise die Anordnung aus der fünften Zuführleitung, der sechsten Zuführleitung und den vierten Kanälen der mehreren Kühlmodule wie hierin offenbart einer dritten Ausbringungseinrichtung entspricht.

Gemäß einer Ausführungsform können die mehreren Ausbringungseinrichtungen in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft hintereinander angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, mehrere, vorzugsweise zumindest teilweise unterschiedliche, Teil-Fluidmassenströme des Verdunstungskühlfluides für die mehreren Ausbringungseinrichtungen zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen. Die mehreren Teil-Fluidmassenströme können jeweils einem der mehreren Ausbringungseinrichtungen zugeführt werden. Dadurch kann mittels der Steuervorrichtung eine für die Verdunstung optimale Verteilung der Menge an Verdunstungskühlfluid auf die einzelnen Ausbringungseinrichtungen und -Positionen umgesetzt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen ersten Soll-Teil-Fluidmassenstrom, auf den ein Teil-Fluidmassenstrom für eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen einzustellen ist, anhand zumindest eines hinterlegten Fluid- Kennfelds in Abhängigkeit von einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Lufttemperatur vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung zu bestimmen. Daten für das zumindest eine Fluid- Kennfeld können (auf fachmännisch bekannte Weise) z. B. durch Simulationen und/oder Experimente, z. B. Erprobungsfahrten mit dem Kraftfahrzeug, bestimmt werden. Die eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen kann z. B. einer in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft vordersten Ausbringungseinrichtung der mehreren Ausbringungseinrichtungen entsprechen. Dadurch kann die Ausbringmenge an Verdunstungskühlfluid optimiert werden, um z. B. die erreichbaren Oberflächen der Kühlungselemente möglichst gleichmäßig zu benetzen und gleichzeitig eine maximal verdunstbare Menge an Verdunstungskühlfluid (bzw. einen oberen Grenzwert der Luftfeuchtigkeit) nicht zu überschreiten. Eine zu hohe Ausbringmenge würde zu einer höheren Filmhöhe des Verdunstungskühlfluids und damit zu einem erhöhten kühlluftseitigen Druckverlust und zu einer geringeren Kühlleistung führen.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen um den ersten Soll-Teil-Fluidmassenstrom reduzierten, verbleibenden Fluidmassenstrom, vorzugsweise gleichmäßig, auf die verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen aufzuteilen.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Steuervorrichtung ferner ausgebildet sein, einen ersten Teil-Fluidmassenstrom einer der mehreren Ausbringungseinrichtungen um einen konstanten Wert, beispielsweise um 5 %, zu reduzieren, wenn eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung oberhalb einer hinterlegten Schwelle, z. B: eine relative Luftfeuchtigkeit von 95 %, liegt. Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, einen jeweiligen Teil-Fluidmassenstrom der verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen, vorzugsweise gleichmäßig, zu reduzieren, bis die Luftfeuchtigkeit unterhalb der hinterlegten Schwelle liegt. Dadurch kann z. B. einer zu hohen Ausbringmenge an Verdunstungskühlfluid vorgebeugt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Kühlsystem ferner ein Verdunstungskühlfluid- Reservoir und eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung, die (in Bezug auf einen Verdunstungskühlfluidstrom und/oder fluidisch) zwischen dem Verdunstungskühlfluid- Reservoir und der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und zum Einstellen des Fluidmassenstroms durch die Steuervorrichtung steuerbar ist, umfassen. Die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung kann z. B. jeweils eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Pumpe, ein Ventil und/oder ein Druckminderer, zwischen dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir und einer von mehreren Ausbringungseinrichtungen der Kühlungsvorrichtung aufweisen. Das Verdunstungskühlfluid-Reservoir kann ausgebildet sein, das Verdunstungskühlfluid ungewärmt und/oder mit einer Temperatur von zwischen (typischerweise) 25 und 45 °C bereitzustellen.

Gemäß einer Ausführungsvariante kann das Kühlsystem ferner eine Luftfördereinrichtung, vorzugsweise einen Lüfter, umfassen. Ein Parameter der Luftfördereinrichtung, vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit, kann zum Einstellen des Luftmassenstroms durch die Steuervorrichtung steuerbar sein. Die Steuervorrichtung kann ferner ausgebildet sein, den Parameter der Luftfördereinrichtung in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom zu bestimmen und die Luftfördereinrichtung zum Einstellen des bestimmten Parameters zu steuern.

Das Kühlsystem kann ferner zumindest eine Kühlfluid-Sensoreinrichtung umfassen, die an einem Kühlfluideintritt und/oder Kühlfluidaustritt der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und mit der Steuervorrichtung zum Erfassen einer Eintrittstemperatur und/oder Austrittstemperatur des Kühlfluides signaltechnisch verbunden ist.

Das Kühlsystem kann ferner zumindest eine Luft-Sensoreinrichtung umfassen, die vor und/oder hinter der Kühlungsvorrichtung angeordnet ist und mit der Steuervorrichtung zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur signaltechnisch verbunden ist.

Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, mit dem Kühlsystem wie hierin offenbart bereitgestellt. Die Kühlungsvorrichtung des Kühlsystems kann vorzugsweise an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Auf diese Weise kann Fahrtluft, die entlang der Kühlungselemente vorbeiströmt, als Kühlluft, verwendet werden.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Insbesondere sind die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Kühlvorrichtung und der Steuervorrichtung beliebig miteinander kombinierbar, jedoch sollen die Kühlvorrichtung und die Steuervorrichtung auch unabhängig voneinander beanspruchbar sein. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittansicht von Kühlmodulen einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;

Figur 2 eine schematische Schrägansicht der Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;

Figuren 3-5 schematische Ausschnitte der Kühlvorrichtung mit verschiedenen Perforation- Konfigurationen; Figuren 6-10 schematische Schräganschnitte der Kühlvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung;

Figur 11 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;

Figur 12 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;

Figur 13 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele einer Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung;

Figur 14 schematische Darstellung von Kennfeldern zur Bestimmung eines ersten Soll- Teil-Fluidmassenstroms;

Figur 15 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Regelung zum Einstellen des Fluidmassenstroms; und

Figur 16 schematische Anordnungen der Steuervorrichtung, der Kühlungsvorrichtung und Sensoreinrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Zum vereinfachten Vergleich sind die gezeigten Kühlvorrichtungen 10, 10A-10D bzw. Kühlungsvorrichtung 150 in den Figuren bezüglich der angezeigten X-, Y- und Z-Richtung gleich ausgerichtet.

Figur 1 zeigt zwei übereinander angeordnete Kühlmodule 20 einer Kühlvorrichtung 10 zum Kühlen eines Kühlfluides mittels Luft- und Verdunstungskühlung in einer Schnittansicht. Die Kühlvorrichtung 10 umfasst zumindest ein Kühlmodul 20, vorzugweise mehrere Kühlmodule 20.

Jedes Kühlmodul 20 weist einen ersten Kanal 22 für das Kühlfluid und einen zweiten Kanal 24 für ein Verdunstungskühlfluid auf. Der erste Kanal 22 und der zweite Kanal 24 können insbesondere parallel zueinander und/oder in einer gleichen Ebene verlaufen. Der erste Kanal 22 kann durch ein erstes Rohr, insbesondere ein Flachrohr, ausgebildet sein. Der zweite Kanal 24 kann durch ein zweites Rohr, insbesondere ein Rundrohr, ausgebildet sein.

Jedes Kühlmodul 20 weist ferner luftkühlbare Kühlelemente 50, vorzugsweise Kühllamellen, auf. Die Kühlelemente 50 sind zur thermischen Kopplung, vorzugsweise in Längsrichtung, am ersten Kanal 22 angeordnet.

Der zweite Kanal 24 weist eine Perforation 60 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente 50 mit dem Verdunstungskühlfluid auf. Ferner ist der zweite Kanal 24 innerhalb des ersten Kanals 22 integriert und/oder angeordnet, insbesondere derart, dass der zweite Kanal 24 einen mit dem ersten Kanal 22 gemeinsamen Außenwandungsabschnitt aufweist, der den Kühlelementen 50 zugewandt ist und an dem die Perforation 60 ausgebildet ist.

Der gemeinsame Außenwandungsabschnitt kann insbesondere durch einen Außenwandungsabschnitt des zweiten Kanals 24 und einen Außenwandungsabschnitt des ersten Kanals 22 gebildet sein, die angrenzend zueinander, z. B. überlappend, angeordnet sind und gemeinsame Durchgänge zur Ausbildung der Perforation 60 aufweisen. Die Perforation 60 kann sich insbesondere in Längsrichtung des zweiten Kanals 24 erstrecken.

Umfasst die Kühlvorrichtung 10 mehrere Kühlmodule 20, so können diese mehreren Kühlmodule 20 angrenzend nebeneinander angeordnet sein, insbesondere derart, dass die Kühlelementen 50 eines der mehreren Kühlmodule 20 zusätzlich zur thermischen Kopplung am ersten Kanal 22 eines weiteren der mehreren Kühlmodule 20 angeordnet sind.

Die mehreren Kühlmodule 20 sind insbesondere parallel zueinander in einer Ebene ausgerichtet. Die ersten Kanäle 22 der mehreren Kühlmodule können miteinander fluidisch verbunden sein. Ferner können die zweiten Kanäle 24 der mehreren Kühlmodule miteinander fluidisch verbunden sein.

Jedes Kühlmodul 20 kann weitere Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweisen, z. B. einen dritten Kanal 26 und/oder einen vierten Kanal 28.

Die weiteren Kanäle können insbesondere außerhalb am ersten Kanal 22, vorzugsweise anliegend, angeordnet sein. Weist das Kühlmodul 20 den dritten Kanal 26 und den vierten Kanal 28 auf, so können die beiden Kanäle 26, 28 insbesondere an zwei gegenüberliegenden Außenflächen des ersten Kanals 22 anliegen. Die außerhalb am ersten Kanal 22 angeordneten Kanäle 26, 28 können ferner jeweils eine den Kühlelementen 50 zugewandte Perforation 62, 64 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und zum Benetzen der Kühlelemente 50 mit dem Verdunstungskühlfluid aufweisen. Die Perforation 62 kann sich in Längsrichtung des dritten Kanals 26 und die Perforation 64 kann sich in Längsrichtung des vierten Kanals 28 erstrecken.

Die weiteren Kanäle, z. B. der dritte Kanal 26 und der vierte Kanal 28, und der zweite Kanal 24 können voneinander fluidisch getrennt ausgebildet sein und/oder parallel zueinander verlaufen. Ferner können die weiteren Kanäle analog zum zweiten Kanal 24 ausgebildet sein, d. h. jeweils durch ein Rundrohr ausgebildet sein und/oder gleiche Maße wie der zweite Kanal 24 aufweisen.

Im Betrieb der Kühlvorrichtung 10 wird das Kühlfluid dem ersten Kanal 22 und das Verdunstungskühlfluid dem zweiten Kanal 24, und optional zusätzlich den dritten und vierten Kanälen 26, 28 zugeführt. Wärme des Kühlfluides wird per Wärmeleitung an die Kühlelemente 50 übertragen, die wiederum durch die an den Oberflächen der Kühlelemente 50 entlang strömende Kühlluft gekühlt werden. Die Strömungsrichtung der Kühlluft, die durch den Pfeil in Figur 1 angezeigt ist, verläuft insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlfluides im ersten Kanal. Des Weiteren wird das Verdunstungskühlfluid durch die Perforation(en) zum Benetzen der Kühlelemente 50 ausgebracht. Dadurch erfolgt, zusätzlich zur Luftkühlung der Kühlelemente 50, eine Kühlung durch Verdunstungskühlung, indem die Wärme auf das Verdunstungskühlfluid übertragen wird, bis dieses verdunstet.

Die Kühlvorrichtung 10 z. B. in einem Kraftfahrzeug zu Kühlung von Fahrzeugkomponenten, insbesondere von einer Brennstoffzellenanordnung, verbaut werden. In dem Fall kann die Kühlvorrichtung 10 insbesondere an einer Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, um den Fahrtwind als Kühlluft zu nutzen.

Figur 2 zeigt die Kühlvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Kühlvorrichtung 10 kann ferner eine erste Zuführleitung 32 und eine zweite Zuführleitung 34 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der zweite Kanal 24 jedes Kühlmoduls 20 kann ein erstes Ende, das mit der ersten Zuführleitung 32 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der zweiten Zuführleitung 32 fluidisch verbunden ist, aufweisen. Die erste Zuführleitung 32 und/oder die zweite Zuführleitung 34 können zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal 22 angeordnet sein. Die erste Zuführleitung 32 kann an einer ersten Endseite des ersten Kanals 22 und die zweite Zuführleitung 34 kann an einer der ersten Endseite gegenüberliegenden zweiten Endseite des ersten Kanal 22 angeordnet sein.

Die erste Zuführleitung 32 und die zweite Zuführleitung 34 können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum zweiten Kanal 22 verlaufen. Insbesondere können die erste Zuführleitung 32, die zweite Zuführleitung 34 und die zweiten Kanäle 24 der mehreren Kühlmodule 20 eine leiterförmige Leitungsanordnung (d. h. in Form einer Leiter mit Sprossen und zwei Holmen) für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.

Umfasst jedes Kühlmodul 20 den dritten Kanal 26, so kann die Kühlvorrichtung 10 ferner eine dritte Zuführleitung 36 und eine vierte Zuführleitung 38 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der dritte Kanal 26 kann ein erstes Ende, das mit der dritten Zuführleitung 36 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der vierten Zuführleitung 38 fluidisch verbunden ist, aufweisen.

Umfasst jedes Kühlmodul 20 den vierten Kanal 28, so kann die Kühlvorrichtung 10 ferner eine fünfte Zuführleitung 40 und eine sechste Zuführleitung 42 für das Verdunstungskühlfluid umfassen. Der vierte Kanal 28 kann ein erstes Ende, das mit der fünften Zuführleitung 40 fluidisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit der sechsten Zuführleitung 42 fluidisch verbunden ist, aufweisen.

Die weiteren Zuführleitungen 36, 38, 40, 42 können ebenfalls zumindest abschnittsweise endseitig am ersten Kanal 22 angeordnet sein. Ferner können die dritte Zuführleitung 36 und die vierte Zuführleitung 38 zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum dritten Kanal 26 verlaufen. Die fünfte Zuführleitung 40 und die sechste Zuführleitung 42 können zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und zumindest abschnittsweise senkrecht zum vierten Kanal 28 verlaufen. Insbesondere können die weiteren Zuführleitungen 36, 38, 40, 42 so angeordnet sein, dass die dritte Zuführleitung 36, die vierte Zuführleitung 38 und die dritten Kanäle 26 der mehreren Kühlmodule 20 eine zweite leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden und/oder die fünfte Zuführleitung 40, die vierte Zuführleitung 42 und die vierten Kanäle 28 der mehreren Kühlmodule 20 eine dritte leiterförmige Leitungsanordnung für das Verdunstungskühlfluid ausbilden.

Die Figuren 3-5 zeigen schematische Ausschnitte der Kühlvorrichtung 10 mit verschiedenen Perforation-Konfigurationen, exemplarisch die Perforation 62 des dritten Kanals 26. So kann die Perforation derart angeordnet sein, dass sie den darüber angeordneten Kühlelementen 50 (Figur 3) oder den darunter angeordneten Kühlelementen 50 (Figur 4) zur Benetzung zugewandt sind. Ferner kann die Perforation 62 auch zwei Öffnungsreihen aufweisen, um so die Kühlelemente 50 darüber und darunter benetzen zu können.

Die Perforation 60, die im zweiten Kanal 24 und im ersten Kanal 22 ausgebildet ist, und die Perforation 64 des viertens Kanals 28 können analog zur Perforation 62 ausgebildet bzw. ausgerichtet sein. Die in den Figuren 3-5 aus den Öffnungen der Perforation 62 herausführenden Striche stellen lediglich exemplarisch eine Ausbringrichtung des Verdunstungskühlfluides dar.

Figuren 6-10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Kühlvorrichtung. Die jeweilige Vorderseite der gezeigten Kühlvorrichtungen 10A-10E zeigen senkrechte Striche zur Verdeutlichung der Kühlelemente 50, wobei die modulare Unterteilung in Kühlmodule und damit die Anordnung der Kühlelemente 50 zwischen jeweils zwei ersten Kanälen 22 lediglich zur vereinfachten Darstellung nicht eingezeichnet sind.

Kühlvorrichtung 10A (Figur 6) weist weniger Kanäle für das Verdunstungskühlfluid auf als die Kühlvorrichtung 10. Dazu umfasst Kühlvorrichtung 10A z. B. neben den Kühlmodulen 20 ferner Kühlmodule, die lediglich den ersten Kanal 20 und keine Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweisen. Diese verschieden ausgebildeten Kühlmodule können derart angeordnet sein, dass z. B. nur jedes zweite Kühlmodul den zweiten Kanal 24 und optional die weiteren Kanäle 26, 28 für das Verdunstungskühlfluid aufweist.

Die Kühlvorrichtungen 10B (Figur 7) und 10C (Figur 8) weisen Kanäle für das Verdunstungskühlfluid lediglich in einem Bereich auf. Dazu ist jeweils lediglich ein, z. B. ein unterer oder oberer, Abschnitt der Kühlvorrichtungen 10B, 10C aus den Kühlmodulen 20 gebildet, während die Kühlvorrichtungen 10B, 10C darüber hinaus Kühlmodule, die lediglich den ersten Kanal 20 und keine Kanäle für das Verdunstungskühlfluid aufweisen, umfassen. Die Figuren 7 und 8 zeigen zur vereinfachten Darstellung jeweils lediglich die dritten Kanäle 26 mit den entsprechenden Zuführleitungen 36, 38. Die Kühlvorrichtungen 10B, 10C umfassen zusätzlich die zweiten Kanäle 24 und optional die vierten Kanäle 28, die analog zu den dritten Kanälen 26 ausgebildet sind.

Die Kühlvorrichtungen 10D (Figur 9) und 10E (Figur 10) weist Kanäle für das Verdunstungskühlfluid auf, die sich lediglich abschnittsweise, z. B. einer Hälfte, in den jeweiligen Kühlmodulen erstrecken. In der Kühlvorrichtung 10D sind die Kanäle 24, 26, 28 nur am jeweiligen ersten Ende mit der jeweiligen Zuführleitung 32, 36, 40 fluidisch verbunden und damit nur einseitig mit dem Verdunstungskühlfluid beaufschlagbar. In der Kühlvorrichtung 10E ist zusätzlich das jeweilige zweite Ende der Kanäle 24, 26, 28 mit einer Abzweigleitung der jeweiligen Zuführleitung 34, 38, 42 fluidisch verbunden. Dazu können z. B. die dritte und vierte Zuführleitung 36, 38 über die Zwischenleitung 38A fluidisch verbunden sein, an der die Abzweigleitung 38B, welche mit dem jeweiligen zweiten Ende der dritten Kanäle 26 fluidisch verbunden ist, abzweigt. Abzweigleitungen für die zweiten Kanäle 24 und optional den vierten Kanälen 28 können analog zur Abzweigleitung 38B ausgebildet sein.

Figur 11 stellt eine Steuervorrichtung 100 für eine zum Kühlen eines Kühlfluides ausgebildete Kühlungsvorrichtung 150, insbesondere für die Kühlvorrichtung 10, eines Kraftfahrzeugs schematisch dar.

Die Steuervorrichtung 100 ist ausgebildet, zum Kühlen des Kühlfluides auf eine Solltemperatur einen Luftmassenstrom einer entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft und einen Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen.

Für den Luftmassenstrom und den Fluidmassenstrom als Ausgangsgrößen kann die Steuervorrichtung 100 verschiedene Eingangsgrößen berücksichtigen.

So kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, einen Soll-Fluidmassenstrom, auf den der Fluidmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einer Kühlfluidtemperatur, insbesondere einer Austrittstemperatur des Kühlfluides beim Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150, und der Solltemperatur zu bestimmen. Der Soll-Fluidmassenstrom kann z. B. zusätzlich von einer Eintrittstemperatur des Kühlfluides beim Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150, einem Kraftfahrzeug-Betriebszustand und/oder einem Füllstand eines Verdunstungskühlfluid- Reservoirs 70 abhängen.

Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, einen Soll-Luftmassenstrom, auf den der Luftmassenstrom einzustellen ist, in Abhängigkeit von einem bestimmten Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides und vorzugsweise zusätzlich in Abhängigkeit von einer Lufttemperatur, -geschwindigkeit und/oder -feuchtigkeit der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 und/oder nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 zu bestimmen. Ferner kann auch ein Kraftfahrzeug- Betriebszustand, z. B. eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, berücksichtigt werden. Der Soll-Luftmassenstrom kann insbesondere anhand von hinterlegten Kennfeldern in Abhängigkeit von den genannten Parametern bestimmt werden.

Figur 12 zeigt schematisch ein Kühlsystem 200, das die Steuervorrichtung 100 und eine Kühlungsvorrichtung 150, z. B. die Kühlvorrichtung 10, zum Kühlen eines Kühlfluides umfasst. Die Kühlungsvorrichtung 150 weist luftkühlbare Kühlungselemente, z. B. die Kühlelemente 50, auf, die mit einem oder mehreren Kanälen für das Kühlfluid thermisch gekoppelt sind und für eine erhöhte Kühlwirkung zusätzlich mit einem Verdunstungskühlfluid benetzbar sind.

Das Kühlsystem 200 kann ferner ein Verdunstungskühlfluid-Reservoir 70 und eine Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72, die zwischen dem Verdunstungskühlfluid- Reservoir und der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet ist und zum Einstellen des Fluidmassenstroms durch die Steuervorrichtung 100 steuerbar ist, umfassen. Hierzu kann die Steuervorrichtung 100 und die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 über die Signalverbindung 102 signaltechnisch verbunden sein.

Das Kühlsystem 200 kann ferner eine Luftfördereinrichtung 90, insbesondere einen Lüfter, umfassen. Ein Parameter der Luftfördereinrichtung 90, vorzugsweise eine Drehgeschwindigkeit, kann zum Einstellen des Luftmassenstroms durch die Steuervorrichtung 100 steuerbar sein. Hierzu kann die Steuervorrichtung 100 und die Luftfördereinrichtung 90 über die Signalverbindung 104 signaltechnisch verbunden sein.

Die Kühlungsvorrichtung 150 kann in einem Kühlfluidkreis 122, der insbesondere zur Kühlung einer Antriebsvorrichtung 120 für ein Kraftfahrzeug, z. B. einer Brennstoffzellenanordnung, und vorzugsweise weiteren Kraftfahrzeug-Komponenten vorgesehen ist, eingebunden sein.

Die Kühlungsvorrichtung 150 kann ferner mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und Benetzen der Kühlungselemente aufweisen, auf die der von der Steuervorrichtung 100 einstellbare Fluidmassenstrom aufteilbar ist. Die mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 können insbesondere in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft hintereinander angeordnet sein.

Liegen mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 vor, so kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, mehrere Teil-Fluidmassenströme des Verdunstungskühlfluides für die mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zum Benetzen der Kühlungselemente einzustellen, wobei die mehreren Teil-Fluidmassenströme jeweils einem der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 zugeführt werden. Dazu kann die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 entsprechend ausgebildet und von der Steuervorrichtung 100 steuerbar sein.

Zur Zuführung des jeweiligen Teil-Fluidmassenstroms zur entsprechenden Ausbringungseinrichtung 152, 154, 156 kann die Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72 mit jedem der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 separat über jeweils eine Teil-Fluidverbindung 74A fluidisch verbunden sein. Die Aufteilung der Fluidverbindung 74 in die mehreren Teil-Fluidverbindungen 74A kann auch unabhängig von der Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung 72, z. B. vor der Verdunstungskühlfluid- Fördereinrichtung 72, erfolgen.

Figur 13 zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Verdunstungskühlfluid- Fördereinrichtung 72.

So kann z. B. jeweils ein Druckminderer 72A und ein Ventil 72B in jedem der Teil- Fluidverbindungen 74A angeordnet sein. Das Verdunstungskühlfluid kann durch Druckerzeugung, z. B. Druckluft, innerhalb dem Verdunstungskühlfluid-Reservoir 70 gefördert werden. Auch die Druckerzeugung kann von der Steuervorrichtung 100 steuerbar sein. Alternativ kann jeweils eine Pumpe 72C, insbesondere eine Hochdruck-Pumpe, in jedem der Teil-Fluidverbindungen 74A angeordnet sein. Ferner alternativ kann eine einzelne Pumpe 72D in der Fluidverbindung 74 und jeweils ein Ventil 72B in jedem der Teil- Fluidverbindungen 74A angeordnet sein

Die Aufteilung des einzustellenden Fluidmassenstroms in mehrere Teil-Fluidmassenströme kann z. B. dadurch erfolgen, dass ein erster Soll-Teil-Fluidmassenstrom, auf den ein Teil- Fluidmassenstrom für eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 einzustellen ist, durch die Steuervorrichtung 100 anhand eines oder mehrerer hinterlegter Fluid-Kennfelder bestimmt wird. Daten der Fluid-Kennfelder können z. B. über Stoffdaten, welche simulativ oder experimentell oder aus Literaturwerten bestimmt werden können, umfassen. Eine solche Bestimmung anhand der Fluid-Kennfelder ist beispielhaft in Figur 14 dargestellt. Der erste Soll-Teil-Fluidmassenstrom rhwasser kann in Abhängigkeit von Eingangsgrößen wie eine Lufttemperatur T _ajr und eine Luftfeuchtigkeit y _ajr der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 bestimmt werden.

Beispielsweise kann ein Algorithmus, welcher auf der Steuervorrichtung softwareseitig implementiert ist, einen Kühllufteintrittszustand an zumindest einem Ausbringort der einen der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, umfassend die Lufttemperatur T _ajr und die Luftfeuchtigkeit y _ajr , bestimmen. Anhand des Kühllufteintrittszustands und der Fluid- Kennfelder kann der erste Soll-Teil-Fluidmassenstrom rhwasser z. B. durch Interpolation berechnet werden.

Ferner kann z. B. auch ein Luftmassenstrom riiAir eines Abschnitts der Kühlungselemente, z. B. einer einzelnen Lamelle am zumindest einen Ausbringort berücksichtigt werden. Die Luftmassenstrom riiAir kann über eine hinterlegte Gesamtfrontfläche einer einzelnen Lamelle und den hinterlegten Fluid-Kennfeldern zu Bestimmung des gesamten Soll- Luftmassenstroms berechnet werden.

Das Ergebnis anhand der Fluid-Kennfelder kann auch eine maximal verdunstbare Wassermenge sein, aus der sich der Soll-Teil-Fluidmassenstrom rhwasser bestimmen lässt. Die tatsächliche eingespritzte Wassermenge sollte stets geringer als der maximal verdunstbare Wassermenge sein.

Die eine der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, für die der erster Soll-Teil- Fluidmassenstrom bestimmt und eingestellt wird, kann insbesondere der in Strömungsrichtung der entlang der Kühlungselemente strömenden Kühlluft vordersten Ausbringungseinrichtung 152, 154, 156 entsprechen. Der um den ersten Soll-Teil- Fluidmassenstrom reduzierte, verbleibende Fluidmassenstrom, kann vorzugsweise gleichmäßig, auf die verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 aufgeteilt werden.

Dieses Vorgehen kann einer zu hohen Ausbringmenge vorbeugen. Wird die maximal verdunstbare Wassermenge überschritten, so würde Wasser an den Kühlungselementen, z. B. in den Lamellen, unmittelbar nach den Ausbringorten auskondensieren und zu einem erhöhten kühlluftseitigen Druckverlust führen. Dies würde die eintretende Kühlluftmenge reduzieren und zu einer geringeren Kühlleistung führen.

Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, einen ersten Teil-Fluidmassenstrom einer der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 um einen konstanten Wert, beispielsweise um 5 %, zu reduzieren, wenn eine Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 oberhalb einer hinterlegten Schwelle, z. B. einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95%, liegt. Diese Korrektur kann insbesondere dann durchgeführt werden, nachdem der Luftmassenstrom und der Fluidmassenstrom eingestellt worden sind.

Ist die Luftfeuchtigkeit der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 weiterhin zu hoch, so kann die Steuervorrichtung 100 ferner ausgebildet sein, einen jeweiligen Teil- Fluidmassenstrom der verbleibenden der mehreren Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156, vorzugsweise gleichmäßig, zu reduzieren, bis die Luftfeuchtigkeit unterhalb der hinterlegten Schwelle liegt.

Die Steuervorrichtung 100 kann ferner ausgebildet sein, den Fluidmassenstrom des Verdunstungskühlfluides durch eine Regelung einzustellen.

Eine beispielhafte Regelung (umfassend eine Regelstrategie und -strecke) zum Einstellen des Fluidmassenstroms ist in Figur 15 dargestellt. Die Verdunstungskühlung und damit die Zufuhr des Verdunstungskühlfluides kann in Abhängigkeit von zumindest der Austrittstemperatur des Kühlfluides aktiviert oder deaktiviert werden. Ist die Verdunstungskühlung aktiviert, wird ein PI-Regler, welcher auf der Steuervorrichtung softwareseitig implementiert ist, durch ein Aktivierungssignal, das z. B. von einem Aktivierungsmodul der Steuervorrichtung 100 ausgegeben wird, aktiviert. Der PI-Regler versucht eine Regelabweichung zwischen einer Solltemperatur TKuehimittei,soii des Kühlfluides und einer Ist-Temperatur T Kuehlmitteljst nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 zu regeln. Die daraus resultierende Stellgröße ist der Fluidmassenstrom, hier als rhfeed bezeichnet.

Umfasst die Kühlungsvorrichtung 150 mehrere Ausbringungseinrichtungen 152, 154, 156 (in der Figur 15 als perforierten Rohrreihen bzw. m_Rohrreihe_1 bis m_Rohrreihe_n bezeichnet) zum Ausbringen zum Ausbringen des Verdunstungskühlfluides und Benetzen der Kühlungselemente, so kann die Steuervorrichtung 100 den bestimmten Fluidmassenstrom mittels eines Subalgorithmus, welcher auf der Steuervorrichtung softwareseitig implementiert ist, auf die mehrere Ausbringungseinrichtungen aufteilen. Die Aufteilung kann z. B. mittels der Fluid-Kennfelder, wie zu vor beschrieben, erfolgen.

Wie ferner in Figur 15 gezeigt ist, kann über implementierte Kennfelder in Abhängigkeit des benötigten Fluidmassenstroms rhfeed, der Fahrzeuggeschwindigkeit VTruck st des Kraftfahrzeugs und der (relativen) Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur der Kühlluft vor der Kühlvorrichtung bestimmt werden, auf welche Lüfterdrehzahl der Lüfter betrieben werden muss, um den für die Verdunstung nötige Luftmassenstrom zur Verfügung zu stellen. Auch diese Größe kann in die Regelung zum Einstellen des Fluidmassenstroms einfließen.

Zum Erfassen der verschiedenen Parameter, die für das Einstellen des Fluid- und Luftmassenstroms berücksichtigt werden, kann die Steuervorrichtung 100 signaltechnisch mit verschiedenen Sensoreinrichtungen verbunden sein. Figur 16 zeigt mögliche Anordnungen der Steuervorrichtung 100, der Kühlungsvorrichtung 150 und Sensoreinrichtungen.

Das Kühlsystem 200 kann ferner zumindest eine Kühlfluid-Sensoreinrichtung 110, 112 und zumindest eine Luft-Sensoreinrichtung 114, 116 umfassen. Die Steuervorrichtung 100 kann über eine Signalverbindung 106A mit einer Kühlfluid-Sensoreinrichtung 110 an einem Kühlfluideintritt zum Erfassen einer Temperatur des Kühlfluides bei Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 signaltechnisch verbunden sein. Die Steuervorrichtung 100 kann ferner über eine Signalverbindung 106B mit einer Kühlfluid-Sensoreinrichtung 112 an einem Kühlfluidaustritt zum Erfassen einer Temperatur des Kühlfluides bei Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 signaltechnisch verbunden sein.

Die Steuervorrichtung 100 kann ferner über die Signalverbindungen 108A, 108B mit den Luft-Sensoreinrichtungen 114, 116 signaltechnisch verbunden sein. Die Luft-

Sensoreinrichtung 114 kann vor der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet sein und zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur der Kühlluft vor Eintritt in die Kühlungsvorrichtung 150 ausgebildet sein. Die Luft-Sensoreinrichtung 116 kann hinter der Kühlungsvorrichtung 150 angeordnet sein und zum Erfassen einer Luftfeuchtigkeit und/oder Lufttemperatur der Kühlluft nach Austritt aus der Kühlungsvorrichtung 150 ausgebildet sein.

In Figur 16 ist ferner die Kühlungsvorrichtung 150 mit den Kühlungselementen 160 in einer Front- und Seitenansicht gezeigt. Wie im Vergleich mit z. B. Figur 2 zu erkennen ist, kann es sich bei der Kühlungsvorrichtung 150 um die Kühlvorrichtung 10 mit den Kühlelementen 50 handeln, wobei die Kanäle für das Verdunstungskühlfluid, z. B. die zweiten Kanäle 24, die erste Zuführleitung 32 und die zweite Zuführleistung, lediglich zu vereinfachten Darstellung weggelassen wurden, jedoch für die Umsetzung des Kühlsystems 200 vorhanden sein können. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale der unabhängigen Ansprüche jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche offenbart.

Bezugszeichenliste

10 Kühlvorrichtung

20 Kühlmodul

22 Erster Kanal

24 Zweiter Kanal

26 Dritter Kanal

28 Vierter Kanal

32 Erste Zuführleitung

34 Zweite Zuführleitung

36 Dritte Zuführleitung

38, 38A, 38B Vierte Zuführleitung

40 Fünfte Zuführleitung

42 Sechste Zuführleitung

50 Luftkühlbare Kühlelemente

60, 62, 64 Perforation

70 Verdunstungskühlfluid-Reservoir

72 Verdunstungskühlfluid-Fördereinrichtung

72A, 72B, 72C Fördereinrichtung

74 Fluidverbindung

74A Teil-Fluidverbindung

90 Luftfördereinrichtung

100 Steuervorrichtung

102, 104 Signalverbindung

106A, 106B Signalverbindung

108A, 108B Signalverbindung

110, 112 Kühlfluid-Sensoreinrichtung

114, 116 Luft-Sensoreinrichtung

120 Antriebsvorrichtung

122 Kühlfluidkreislauf

150 Kühlungsvorrichtung

152, 154, 156 Ausbringungseinrichtung

150 Kühlungselemente

200 Kühlsystem