CN103119837A - 散热驱动吸收式制冷循环 - Google Patents

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Abstract

一种电机系统，包括：电马达；以及吸收式冷却系统，所述吸收式冷却系统由所述电马达产生的热量驱动并且配置为将初级冷却流体冷却到比最终吸热设备的环境温度低的温度，所述初级冷却流体将热量从所述电马达中移除。还公开的是一种用于操作所述电机系统的方法。

Description

散热驱动吸收式制冷循环
技术领域
示例性实施例涉及电机的领域，并且更具体地，涉及具有改进冷却的电机系统。
背景技术
由于燃料价格提高以及消费者具有对由常规车辆所导致的环境影响的更大关注，电动汽车（EV）或混合动力汽车（HEV）正获得普及。EV和HEV均使用由电力驱动的牵引马达以用于推进以减少排放。
高功率牵引马达和电子部件例如逆变器（其提供电功率和控制）能够产生大量的热量。为了马达和电子部件高效和可靠地运行，热量需要被移除。随着效率和可靠性正越来越重要以鼓励EV和HEV的公众使用者以减少排放和提高空气质量，本领域期望有对电子性能和寿命的正面影响的冷却方案。
发明内容
公开的是一种电机系统，包括：电马达；和吸收式冷却系统，所述吸收式冷却系统由所述电马达产生的热量驱动并且配置为将初级冷却流体冷却到低于最终吸热设备的环境温度，所述初级冷却流体将热量从所述电马达中移除。
还公开的是一种电机系统，包括：电马达；逆变器，所述逆变器配置为操作所述电马达；和吸收式冷却系统，所述吸收式冷却系统由所述电马达产生的热量驱动并且配置为将初级冷却流体冷却到低于最终吸热设备的环境温度，所述初级冷却流体将热量从所述电马达中移除。
还公开的是一种操作具有电马达的电机系统的方法，所述方法包括：将热量从所述电马达中去除；利用所述去除的热量加热位于吸收式冷却系统中的工作流体以驱动所述吸收式冷却系统；使用所述吸收式冷却系统将冷却流体冷却到低于最终吸热设备的温度；以及使用所述冷却的冷却流体冷却所述电马达。
附图说明
下面的描述不应该以任意方式视为限制。参照附图，相似地元件被相似地标记。
图1图示了具有电马达和热驱动吸收式冷却系统的电机系统的示例性实施例；
图2描绘了设置在EV中的热驱动吸收式冷却系统的方面；
图3描绘了设置在HEV中的热驱动吸收式冷却系统的方面；以及
图4给出了用于操作具有热驱动吸收式冷却系统的电机系统的方法的一个示例。
具体实施方式
对所公开装置和方法的一个或多个实施例的详细描述在本文参照附图作为示例而非限制被给出。
根据示例性实施例的电机系统在图1中整体上以2表示。在图1的实施例中，电机系统2为诸如EV或HEV之类的车辆。电机系统2包括电机，其以牵引马达或电马达3的形式示出。为了动态制动的目的，电马达3也可以以发电机模式使用。电马达3由逆变器4例如可变速度电机驱动器（其通过改变输出频率改变马达速度）供电。逆变器4从直流（DC）电源例如电池5接收电功率。需要除热的部件例如电马达3和逆变器4通过初级冷却流体6冷却，初级冷却流体6又通过热驱动吸收式冷却系统（在本文称为吸收式冷却系统7）冷却或制冷。
在常规的冷却系统中，液体用来将热量从热量产生部件中移除。热量随后通常使用液体-空气热交换器（例如利用环境空气作为最终吸热设备的吸热设备）而从液体中移除。冷却系统效率的一个分量为在液体与空气之间（即，在热交换器的热侧和冷侧之间）的温差δT。吸热设备的冷侧的温度通常为环境空气温度。对比于常规的冷却系统，吸收式冷却系统6使用来自热量产生部件的废热驱动吸收式冷却循环以将第二冷却流体的温度降低到低于环境空气的温度，从而增大δT。通过增大δT，冷却效率增大，而导致热量产生部件的电性能和寿命的增大。由于废热用来驱动吸收式冷却系统7，因此获得了增大的冷却效率的益处而不具有电机系统2的能量效率的对应降低。
在吸收式冷却系统7的一个实施例中，具有较低沸点（通常低于0℉）的工作流体（即，制冷剂）在吸收冷却循环（也称为吸收制冷循环）中使用。具有沸点为-28℉的氨是工作流体的一个非限制性示例。使用氨作为示例，液态氨与氢气混合。当与氢气混合时，液态氨蒸发，从而吸收热量以提供冷却。气态氨随后与水混合，吸收氨。水-氨随后使用废热加热以将氨气从溶液中沸腾分出。接着，氨气冷凝回液体并且被传送以与氢气混合以完成吸收冷却循环。
在吸收式冷却系统7中可以使用不同类型的吸收冷却循环。这些吸收冷却循环在热电联产系统中广泛使用以向工业过程提供冷却或者在夏季期间向建筑物提供冷却。由于不同类型的吸收冷却循环和关联的热力学在本领域中是众所周知的，因此它们不在本文中进一步详细地讨论。
现在可以参照描绘了在EV实施例中的电机系统2的方面的图2。在图2的实施例中，吸收式冷却系统7包括吸收式制冷机20和热交换器21。来自电马达3和逆变器4的低等级废热通过初级冷却流体6提供给吸收式制冷机20，初级冷却流体循环通过电马达3和逆变器4。术语“低等级”指的是具有温度低于内燃发动机的排气温度的废热。低等级废热由吸收式制冷机20使用以加热在由吸收式制冷机20使用的吸收冷却循环中使用的工作流体。加热工作流体驱动吸收冷却循环以将第二冷却流体22制冷到比最终吸热设备23的温度低的温度。在图2的实施例中，最终吸热设备23为环境空气。
处于冷却状态下的第二冷却流体22循环通过热交换器21的冷侧。离开吸收式制冷机20的初级冷却流体6循环通过热交换器21的热侧。在热交换器21中，初级冷却流体6由被制冷的第二冷却流体21冷却到低于最终吸热设备的温度。由此，离开热交换器21的初级冷却流体6将导致比在初级冷却流体6处于最终吸热设备23的温度或该温度附近的情况下所导致的δT大的δT。
现在可以参照描绘了在HEV实施例中的电机系统2的方面的图3。在图3的实施例中，电机系统2包括联接到发电机31上的内燃发动机30。发动机30配置为起动发电机31，发电机将对电池5充电，或者向HEV提供机械功率。
图3中的吸收式冷却系统7如同关于图2所述一样地工作。另外，吸收式冷却系统7接收来自于由发动机30排出的排气中的高等级废热。与低等级热量一样，高等级热量被吸收式制冷机20使用以加热在由吸收式制冷机20使用的吸收冷却循环中的工作流体。加热工作流体驱动吸收冷却循环以将第二流体22制冷到比最终吸热设备23的温度低的温度。为了防止吸收式制冷机20由太多的排气热量过加热和破坏，排气分流阀33设置在进入吸收式制冷机20内的排气的上游。排气分流阀33可以固定、手动地调节、或者使用温度传感器和控制器（均未示出）自动地调节。
附加于或替代于使用发动机排气以提供热量，循环通过发动机30的发动机冷却流体34可以用来加热位于吸收式制冷机20中的工作流体。发动机冷却流体34例如可以循环通过发动机30的冷却套35。
能够理解的是，图2和图3中所示的不同冷却流体的不同流动路径能够被修改而不偏离于本发明的精神。例如，流动路径可以根据与在起动不同热传递回路中实现的最大温度和效率相关的限制而选取。
图4给出了用于操作电机系统2的方法40的一个示例。方法40要求（步骤41）使用被加热的冷却流体将热量从电马达中移除。另外，方法40要求（步骤42）利用加热的冷却流体加热位于吸收式冷却系统中的工作流体以驱动吸收式冷却系统。术语“驱动”指的是提供用来驱动吸收式冷却系统的热量。另外，方法40要求（步骤43）使用吸收式冷却系统将冷却流体冷却到低于最终吸热设备的温度。另外，方法40要求（步骤44）将冷却的冷却流体循环到电马达。
实施例的元件已经利用冠词“一个”进行介绍。冠词旨在意为一个或多个元件。术语“包括”和“具有”旨在为包容性的，使得可以存在除了所列举的元件以外的其他元件。连词“或”当与至少两个术语的列举一起使用时旨在意为任意术语或者术语的组合。术语“联接”指的是一个部件直接联接到另一部件上或者经由一个或多个居中部件间接联接到另一部件上。
尽管已经参照一个或多个示例性实施例描述了本发明，但是应当由本领域的技术人员理解的是，可以进行不同的变化并且等同部件可以替代其元件而不偏离于本发明的范围。另外，很多修改可以进行以将具体情况或材料适应于本发明的教导而不偏离于本发明的实质范围。由此，其旨在本发明不限于作为用于执行本发明构思的最佳模式公开的具体实施例，而是本发明将包括落在权利要求的范围内的额所有实施例。

Claims (18)

1.一种电机系统，包括：
电马达；以及
吸收式冷却系统，所述吸收式冷却系统由所述电马达产生的热量驱动并且配置为将初级冷却流体冷却到比最终吸热设备的环境温度低的温度，所述初级冷却流体将热量从所述电马达中移除。
2.根据权利要求1所述的电机系统，其中，所述最终吸热设备为环境空气。
3.根据权利要求1所述的电机系统，其中，所述吸收式冷却系统包括联接到热交换器上的吸收式制冷机，所述吸收式制冷机配置为冷却所述初级冷却流体。
4.根据权利要求3所述的电机系统，其中，所述第二冷却流体将热量从所述热交换器中移除。
5.根据权利要求1所述的电机系统，还包括配置为操作所述电马达的逆变器，其中，由所述逆变器产生的热量用来驱动所述吸收式冷却系统，而所述冷却流体将由所述逆变器产生的热量移除。
6.根据权利要求1所述的电机系统，还包括内燃发动机，所述内燃发动机配置为起动发电机以产生供应给所述电马达的电力，其中，由所述发动机产生的热量用来驱动所述吸收式冷却系统。
7.根据权利要求6所述的电机系统，其中，来自所述发动机的排气热量用来驱动所述吸收式冷却系统。
8.根据权利要求7所述的电机系统，还包括排气分流阀，所述排气分流阀配置为在排气的一部分进入所述吸收式冷却系统之前将所述排气的一部分分流。
9.根据权利要求6所述的电机系统，其中，所述初级冷却流体循环通过所述发电机，而来自所述发动机的热量用来驱动所述吸收式冷却系统。
10.根据权利要求6所述的电机系统，其中，发动机冷却流体循环通过所述发动机和所述吸收式冷却系统，并且用来传送发动机热量以驱动所述吸收式冷却系统。
11.根据权利要求1所述的电机系统，其中，所述电马达配置为推进车辆。
12.一种电机系统，包括：
电马达；
逆变器，所述逆变器配置为操作所述电马达；以及
吸收式冷却系统，所述吸收式冷却系统由所述电马达或所述逆变器产生的热量驱动并且配置为将初级冷却流体冷却到比最终吸热设备的环境温度低的温度，所述初级冷却流体将热量从所述电马达或所述逆变器中移除。
13.一种操作包括电马达的电机系统的方法，所述方法包括：
将热量从所述电马达中移除；
利用所移除的热量加热位于吸收式冷却系统中的工作流体以驱动所述吸收式冷却系统；
使用所述吸收式冷却系统将冷却流体冷却到低于最终吸热设备的温度；以及
使用所述被冷却的冷却流体冷却所述电马达。
14.根据权利要求13所述的操作电机系统的方法，还包括利用所述被冷却的冷却流体冷却逆变器，所述逆变器配置为操作所述电马达。
15.根据权利要求13所述的操作电机系统的方法，还包括将热量从内燃发动机中移除，所述内燃发动机配置为起动发电机以产生供应给所述电马达的电力，使用所述内燃发动机热量加热所述工作流体以驱动所述吸收式冷却系统。
16.根据权利要求15所述的操作电机系统的方法，其中，来自所述内燃发动机的排气用来将热量从所述内燃发动机中移除，所述排气被引导到所述吸收式冷却系统中。
17.根据权利要求16所述的操作电机系统的方法，还包括将所述排气的一部分远离于所述吸收式冷却系统分流以避免过加热所述吸收式冷却系统。
18.根据权利要求15所述的操作电机系统的方法，还包括将发动机冷却流体循环通过所述内燃发动机并且使用由所述发动机冷却流体吸收的热量加热所述工作流体以驱动所述吸收式冷却系统。
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