CN101085599A - 用于车辆的燃料箱和碳罐的使用声制冷机的温控系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统包括：声制冷机；低温循环管路，其将低温热交换部分所冷却的低温循环流体传输到燃料箱；低温热交换器，其安装在燃料箱内并且连接到低温循环管路，从而将燃料箱内的热量传递到低温循环流体；高温循环管路，其将高温热交换部分所加热的高温循环流体送至碳罐；高温热交换器，其安装到碳罐并且连接到高温循环管路，从而将高温循环流体的热量传递到碳罐；和控制声制冷机的控制单元。

Description

用于车辆的燃料箱和碳罐的使用声制冷机的温控系统

相关申请的交叉参照

【0001】该申请基于和要求于2006年6月9日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.10-2006-0052027的优先权，上述申请的公开内容全部结合于此以作参考。

技术领域

【0002】本发明涉及用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统。更特别地，本发明涉及用于车辆的燃料箱和碳罐的带有声制冷机的温控系统，所述声制冷机通过声波利用热传递的热声效应。

背景技术

【0003】通常，通过介质内密度振动(density vibration)的传播产生声波。当带有固体外表面的管充满气体时，振动通过声波沿着气体介质的方向传播，这种密度振动产生压力脉冲。

【0004】压力脉冲涉及温度变化，这依据管内气体介质的绝热压缩和绝热膨胀，和在固体边界面沿着与气体介质通过声波振动的传递方向相反的方向的热传递。这被称为热声效应。可以安全释放到空气中的惰性气体，例如氦、氩和氙，通常被用作振动传递介质。

【0005】如图1中所示，声制冷机包括声波发生器(例如，扬声器系统)1、管组(stack)2、共鸣管3、高温热交换器4和低温热交换器5。

【0006】电能从电功率源6供应到声波发生器1，从而产生声波。产生的声波通过管组2传递到共鸣管3。当沿共鸣管3的纵向方向传递声波时，充满共鸣管3的气体介质的热量沿着与热声效应所传递的声波方向相反的方向传递到管组。

【0007】管组2通过低温热交换器5吸收气体介质的热量并且将所吸收的热量传递到高温热交换器4。高温热交换器4的热量传递到周围高温循环流体，然后排放到外部。相比之下，低温热交换器5的热量传递到低温循环流体，例如水或甘油，然后排放到外部，由此导致冷却效应。

【0008】与使用热电效应的冷却方法类似，使用声制冷机的冷却方法与压缩式冷却方法相比更环保。这是因为它并不使用冷却剂。该冷却方法具有各种优点，例如维护成本更低，噪音和振动更小，温控更精确，以及电功耗更低。

【0009】其间，如果车辆燃料箱内的燃料温度升高，燃料被蒸发并且产生燃料蒸汽。燃料蒸汽主要是烃(HC)。燃料蒸汽充满燃料箱的空余空间，并且当完全充满燃料箱的空余空间时，燃料蒸汽从燃料箱泄漏。

【0010】目前的汽车排放法规严格限制车辆的烃排放量。就燃料消耗考虑也必须限制从燃料箱排放燃料蒸汽。为此，为改进车辆而附加了碳罐，其用作收集燃料箱中产生的蒸汽的存储空间。被收集气体通过净化阀送至发动机的进气管，然后适时地送至发动机的燃烧室进行燃烧。

【0011】为了抑制燃料蒸汽的产生，优选的是将燃料箱冷却到预定温度以下。其间，由于碳罐的净化量需要增加以便防止出现问题(例如在停止后的重启中由于流入高密度净化气发动机熄火)，碳罐需要适度地被加热。

发明内容

【0012】本发明试图通过使用利用热声效应的声制冷机提供一种用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统，其具有的优点是通过冷却燃料箱的内部空间使燃料蒸汽量减到最少，和通过加热碳罐的表面增加净化量。

【0013】本发明的典型实施方式提供一种用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统，包括：声制冷机，其包括声波发生器、充满气体介质并且将声波发生器产生的声波转换成驻波的共鸣器、布置在声波发生器和共鸣器之间以将声波传递到共鸣器的管组、在朝着共鸣器的管组的端部形成以取决于气体介质的压缩和膨胀传递热量的低温热交换部分，和在朝着声波发生器的管组的端部形成以接收从低温热交换部分传递的热量的高温热交换部分；低温循环管路，其一端连接到低温热交换部分，另一端连接到燃料箱，从而将低温热交换部分所冷却的低温循环流体传输到燃料箱；低温热交换器，其安装在燃料箱内并且连接到低温循环管路，从而将燃料箱内的热量传递到低温循环流体；高温循环管路，其一端连接到高温热交换部分，另一端连接到碳罐20，从而将高温热交换部分所加热的高温循环流体送至碳罐；高温热交换器，其安装到碳罐并且连接到高温循环管路，从而将高温循环流体的热量传递到碳罐；和控制声制冷机的控制单元。

【0014】用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统可以进一步包括用于检测燃料箱内温度并输出相应信号的温度传感器，并且控制单元可以在温度传感器的信号的基础上控制声制冷机。

附图说明

【0015】图1是声制冷机的示意图。

【0016】图2是根据本发明的实施方式的使用声制冷机的燃料箱和碳罐的温控系统的示图。

【0017】图3是显示通过加热图2的温控系统中的碳罐产生的净化量的图表。

具体实施方式

【0018】将在下文参考附图具体描述本发明的典型实施方式。

【0019】图2是根据本发明的实施方式的使用声制冷机的燃料箱和碳罐的温控系统的示图。图3是显示通过加热图2的温控系统中的碳罐产生的净化量的图表。

【0020】如图2中所示，用于车辆的燃料箱和碳罐的使用声制冷机的温控系统S包括：燃料箱10，其用于存储供应发动机E的燃料；碳罐20，其用于存储燃料箱10中产生的燃料蒸汽并且将燃料蒸汽送至发动机E；和声制冷机50，其利用热声效应进行冷却。温控系统S也包括低温循环管路L和高温循环管路H以用于执行燃料箱10和碳罐20之间的热交换。温控系统S进一步包括低温热交换器60和高温热交换器70以分别用于在低温循环管路L和燃料箱10之间、以及在高温循环管路H和碳罐20之间交换热量。另外，由于可以根据燃料箱10的温控声制冷机50，温控系统可以进一步包括用于监视燃料箱10内温度的温度传感器30。

【0021】声制冷机50包括产生声波的声波发生器52、共鸣器54、管组56、在朝着共鸣器54的管组56的端部形成以传递气体介质的热量的低温热交换部分58，和在朝着声波发生器52的管组56的端部形成以接收从低温热交换部分58传递的热量的高温热交换部分59。共鸣器54可以充满气体介质并且将声波发生器52产生的声波转换成驻波。管组56布置在声波发生器52和共鸣器54之间以将声波传递到共鸣器54。由于声制冷机50可以作为传统的声制冷机被实现，因此将省略其具体说明。

【0022】存储在燃料箱10中的燃料根据环境温度被蒸发。被蒸发的燃料量随着环境温度增加而增加。因此，可以在燃料箱内的测量温度的基础上计算被蒸发的燃料量。

【0023】燃料箱10包括用于测量燃料箱10内温度的温度传感器30。温度传感器30测量燃料箱10内的温度并且将对应于测量温度的温度信号输出到控制单元40。控制单元40在从温度传感器30输入的温度信号的基础上控制声制冷机50。

【0024】如果在温度信号的基础上确定燃料箱10内的温度高于或等于特定温度，控制单元40输出冷却信号以操作声制冷机50。诸如氦、氩或氙这样的气体介质或其他合适的气体介质充满共鸣器54的内部空间并且当声制冷机50的声波发生器52操作产生声波时膨胀。

【0025】当声波沿共鸣器54的纵向方向传递时，气体介质从周围环境吸收热量，从而气体介质的温度升高。在该过程期间，气体介质的热量逐渐传递到与管组56末端连接的低温热交换部分58。

【0026】传递到低温热交换部分58的热量通过管组56周围的气体介质传递到高温热交换部分59。已处于相对较低温度的高温热交换部分59吸收已传递到管组56的低温热交换部分58的热量。

【0027】低温循环管路L的一端连接到低温热交换部分58，其另一端连接到燃料箱10。结果，低温循环管路L围绕低温热交换部分58循环低温循环流体并且被冷却。

【0028】在低温循环管路L内流动的低温循环流体被送至安装在燃料箱10内部的低温热交换器60。结果，燃料箱10内的热量通过低温热交换器60传递到低温循环流体，从而燃料箱10内的温度降低。因此，由于燃料箱10内的温度降低，被蒸发的燃料量减小并且产生的燃料蒸汽减小。

【0029】已被燃料箱10内的热量加热的低温循环流体被送至声制冷机50。当共鸣器54内的气体介质被压缩以吸收周围热量时低温循环流体再次被冷却，并且低温循环流体再次用于冷却燃料箱10。

【0030】尽管燃料箱10中的被蒸发燃料量被冷却剂减小，燃料蒸发并未完全停止而是减小。因此，产生的燃料蒸汽被排放到碳罐20。

【0031】其间，从低温热交换部分58传递到高温热交换部分59的热量被传递到高温热交换部分59周围的高温循环流体，并且被加热的高温循环流体通过高温循环管路H被送至碳罐20。高温循环管路H的一端连接到高温热交换部分59，另一端连接到碳罐20。

【0032】被加热的高温循环流体被送至在碳罐20的表面形成的高温热交换器70，并且在高温热交换器70中发生热交换，从而高温循环流体的热量被传递到温度相对较低的碳罐20。

【0033】被热交换冷却的高温循环流体被送至声制冷机50并且冷却高温热交换部分59的周围环境，使得高温热交换部分59的温度变为低于低温热交换部分58的温度。因此，低温热交换部分58的热量被传递到高温热交换部分59，从而高温循环流体再次被加热并且被加热的高温循环流体再次用于加热碳罐20。

【0034】如图3中所示，如果燃料蒸汽在碳罐20内的燃料蒸汽的温度增加的状态下供应到发动机，则净化量增加，从而增强发动机操作。因此，由于燃料箱未被加热到某个温度之上，因此可以防止产生过量燃料蒸汽。另外，由于碳罐可以保持在相关温度，因此净化量可以增加，从而增强发动机操作。

【0035】尽管结合当前认为可行的典型实施方式描述了该发明，应当理解的是本发明并不限于所公开的实施方式，而是相反，意欲涵盖包括在后附权利要求的精神和范围内的各种改进和等效布置。

【0036】根据本发明的实施方式，通过利用热声效应的声制冷机的应用，燃料箱的内部空间被冷却，从而使燃料蒸汽量减到最少，并且碳罐的表面被加热，从而净化量增加。

【0037】此外，可以有效地解决燃料蒸汽的调节，并且不需要过度净化量，从而增强了发动机可控性和提高了操作性能。

【0038】更进一步地，因为根据本发明的一个实施方式使用无污染和环保技术，因此环保品牌形象价值可以增加，本发明可以容易地应用于混合动力车辆或燃料电池车辆。

Claims (5)

1.一种用于车辆的燃料箱和碳罐的温控系统，包括：

声制冷机，其包括声波发生器，用于将声波发生器产生的声波转换成驻波的共鸣器，布置在声波发生器和共鸣器之间以将声波传递到共鸣器的管组，在朝着共鸣器的管组的端部形成以取决于气体介质的压缩和膨胀传递热量的低温热交换部分，和在朝着声波发生器的管组的端部形成以接收从低温热交换部分传递的热量的高温热交换部分；

低温循环管路，其一端连接到低温热交换部分，另一端连接到燃料箱，从而将低温热交换部分所冷却的低温循环流体传输到燃料箱；

低温热交换器，其安装在燃料箱内并且连接到低温循环管路，从而将燃料箱内的热量传递到低温循环流体；

高温循环管路，其一端连接到高温热交换部分，另一端连接到碳罐，从而将高温热交换部分所加热的高温循环流体送至碳罐；

高温热交换器，其安装到碳罐并且连接到高温循环管路，从而将高温循环流体的热量传递到碳罐；和

控制声制冷机的控制单元。

2.根据权利要求1的温控系统，进一步包括用于检测燃料箱内温度并输出相应信号的温度传感器，并且其中控制单元在温度传感器的信号的基础上控制声制冷机。

3.一种用于车辆的燃料箱的温控系统，包括：

声制冷机；

低温循环管路，其一端连接到低温热交换部分，另一端连接到燃料箱，从而将低温热交换部分所冷却的低温循环流体传输到燃料箱；

低温热交换器，其安装在燃料箱内并且连接到低温循环管路，从而将燃料箱内的热量传递到低温循环流体；

高温循环管路，其一端连接到高温热交换部分，另一端连接到碳罐，从而将高温热交换部分所加热的高温循环流体送至碳罐；

高温热交换器，其安装到碳罐并且连接到高温循环管路，从而将高温循环流体的热量传递到碳罐；和

控制声制冷机的控制单元。

4.根据权利要求3的温控系统，其中声制冷机进一步包括：

声波发生器；

共鸣器，其用于将声波发生器产生的声波转换成驻波；

管组，其布置在声波发生器和共鸣器之间；

低温热交换部分，其在朝着共鸣器的管组的端部形成以取决于气体介质的压缩和膨胀传递热量；和

高温热交换部分，其在朝着声波发生器的管组的端部形成以接收从低温热交换部分传递的热量。

5.根据权利要求4的温控系统，进一步包括用于检测燃料箱内温度并输出相应信号的温度传感器，并且其中控制单元在温度传感器的信号的基础上控制声制冷机。

Images