CN103161606A - 车辆的储热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆的储热装置，其可包括隔热容器；与发动机相连的冷却剂通道；热交换器，该热交换器具有形成在隔热容器内的冷却剂通道上的散热片；被填充在隔热容器中与流动的冷却剂进行热量交换的相变材料；相变材料温度传感器；压力传感器；发动机冷却剂温度传感器；以及控制部，该控制部根据发动机的驱动情况以及冷却剂的温度使冷却剂循环，以使冷却剂与相变材料进行热量交换。因此，减少了对发动机进行暖机或者加热内部舱室所需的燃油，单独的加热装置或升温装置(例如PTC加热器)可以被替代，废气质量得到快速改善，并且还具有克服环境法规的优点。

Description

车辆的储热装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年12月9日提交的韩国专利申请No.10-2011-0132284的优先权，该申请的全部内容结合于此，以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种车辆的储热装置，其当冷却剂温度太高时，将冷却剂的热量储存在相变材料中，并且当冷却剂温度变低时使用所存储的热量来加热冷却剂。
背景技术
一般来说，冷却剂的热能通过车辆散热器而排放到外部，其中总能量的大约30％通过热量而损失，从而增加了燃油消耗且破坏环境。
因此，正在研究用于车辆的储热系统，其存储车辆的热能且排放所存储的能量。
在车辆的储热系统中，考虑到其体积、复杂性、重量以及储热量，很难存储热量。并且，化学储热方法也被排除在研究之外，因为在交通事故中会流出化学材料。
潜在储热方法中的一种冰储热方法具有重量和体积都很大的特点，且储热时间短暂，这并不适合会产生高温的车辆。
因此，对采用具有高储热能力的相变材料的潜在储热方法的研究正在积极地展开当中。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各种方面提供了一种车辆的储热装置，其具有如下优点：当冷却剂温度较低时，可使用储存在相变材料中的热能来有效加热冷却剂，以及有效地管理故障保护模式情况，例如相变材料过热或超压的情况。
本发明的各种方面提供了一种车辆的储热装置，可以包括：隔热容器，该隔热容器内形成有出口和入口；冷却剂通道，其布置成穿过所述入口和出口，其中所述冷却剂通道的一端连接到发动机的冷却剂出口，其另一端连接到发动机的冷却剂出口；热交换器，其包括形成在隔热容器内的冷却剂通道上的散热片；相变材料，其被填充在隔热容器中，用于通过所述散热片与冷却剂通道中流动的冷却剂进行热量交换；相变材料温度传感器，其检测所述隔热容器中相变材料的温度；压力传感器，其检测所述隔热容器内的压力；发动机冷却剂温度传感器，其检测在发动机中循环的冷却剂的温度；以及控制部，其根据发动机的驱动情况以及冷却剂的温度使冷却剂通过所述冷却剂通道进行循环，以使所述冷却剂与所述相变材料进行热量交换。
旁路管道可以形成在冷却剂通道上来绕过隔热容器，并且入口阀和出口阀可以被分别布置在旁路管道从冷却剂通道分出的点以及旁路管道与冷却剂通道汇合的点。
在所述出口阀的下游可以布置出口温度传感器，从而检测通过所述隔热容器出口而被排出的冷却剂的温度，并且在所述入口阀的上游可以布置入口温度传感器，从而检测通过隔热容器入口而流入的冷却剂的温度。
所述的车辆的储热装置可以进一步包括：加热器芯，其使用所述冷却剂通道中流动的冷却剂来加热内部舱室；以及加热器芯供给阀，其选择性地从所述冷却剂通道向所述加热器芯供给冷却剂。
如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机冷却剂的温度低于第一预定值，则控制部可以确定它处于冷状态。该控制部关闭加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得所述冷却剂通道的冷却剂流经热交换器以被所述相变材料加热。
如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度介于第一预定值和第二预定值之间，则控制部可以确定它处于预热的中间状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀来利用所述加热器芯的热量而对冷却剂进行加热。
如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度达到第二预定值，则控制部可以确定它处于预热状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得冷却剂通道的冷却剂所述在旁路管道中流动。
如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度达到比第二预定值高的第三预定值，则控制部可以确定它处于过热状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得冷却剂通道的冷却剂在热交换器中流动以使冷却剂对所述相变材料进行加热。
如果关闭发动机，则控制部可以控制入口阀和出口阀，使得储存在相变材料中的热能不会通过所述冷却剂而对外排放。
当入口温度传感器检测到的冷却剂温度与出口温度传感器检测到的冷却剂温度之间的差值基于由相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度而低于预定值时，则所述控制部可以进入故障保护模式。
如果由相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度的上升速度超过预定值，或者由所述压力传感器检测到的相变材料的压力的上升速度超过预定值时，则所述控制部可以进入故障保护模式。
如果由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度低于预定值，则所述控制部可以进入故障保护模式。
如果由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度的变化速度超过预定值，或者由所述相变材料压力传感器检测到的相变材料的压力的变化速度超过预定值时，则所述控制部可以进入故障保护模式。
如果所述控制部进入故障保护模式，则该控制部可以点亮仪表盘的紧急指示灯并控制入口阀和出口阀，使得冷却剂不供给到所述隔热容器中的冷却剂通道，而是供给到旁路管道。
根据本发明的各方面，节省了对发动机进行暖机或者加热内部舱室的燃油消耗量，单独的加热装置或升温装置(例如PTC加热器)可以被替代，废气质量得到快速改善，燃油消耗量降低，并且还具有克服环境法规的优点。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度较低情况下的运行状态的示意图。
图2是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度升高情况下的运行状态的示意图。
图3是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度已经升高情况下的运行状态的示意图。
图4是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度已经进一步升高情况下的运行状态的示意图。
图5是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在发动机停止情况下的运行状态的示意图。
图6是显示根据本发明的示例性车辆的储热装置在发动机进入故障保护模式情况下的运行状态的示意图。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。
图1是显示根据本发明各种实施例的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度较低情况下的运行状态的示意图。
参考图1，车辆的储热装置包括发动机100，相变材料101，热交换器102，隔热容器103，入口阀104a，出口阀104b，加热器芯供给阀104c，旁路管道105，加热器芯106，散热片107，入口110a，出口110b，入口温度传感器120a，出口温度传感器120b，相变材料温度传感器120c，发动机冷却剂温度传感器120d，压力传感器130a，储热控制部140a，发动机控制部140b，仪表盘140c，冷却剂排出管道150，冷却剂供给管道160，冷却剂出口201，冷却剂入口202，第一加热器芯管道205，以及第二加热器芯管道206。
冷却剂出口201和冷却剂入口202都形成在发动机100上，冷却剂通道150和160从冷却剂出口201至冷却剂入口202而形成，且冷却剂通道150和160包括冷却剂排出管道150和冷却剂供给管道160。
冷却剂排出管道150从冷却剂出口201处形成，来作为冷却剂通道150和160的起始端，从冷却剂排出管道150中分出第一加热器芯管道205用于向加热器芯106供给冷却剂。
加热器芯阀104c位于第一加热器芯管道205被分出的点上。加热器芯阀104c选择性地向加热器芯106供给冷却剂排出管道150中流动的冷却剂。此外，第二加热器芯管道206如此形成，使得流经加热器芯106的冷却剂返回到冷却剂通道中。
入口110a和出口110b形成在隔热容器104中，且冷却剂通道150和160布置成穿过入口110a和出口110b。
在隔热容器103中沿着冷却剂通道150和160的外周形成散热片107，相变材料101不留空隙地填充在隔热容器103内部和散热片107之间。这里，散热片107有效地将热量从冷却剂通道150和160中流动的冷却剂传递到隔热容器103中填充的相变材料101，反之亦然。
相变材料温度传感器120c检测置于隔热容器103中的相变材料101的温度，且布置压力传感器130a来检测相变材料101中的压力。此外，发动机冷却剂温度传感器120d被布置在发动机100上来检测在发动机100中循环的冷却剂的温度。
在隔热容器103的入口110a的上游侧，从冷却剂通道中分出旁路管道105，与出口110b的下游侧的冷却剂通道150连接。
入口阀104a位于旁路管道105从冷却剂通道150和160分出的点上，出口阀104b位于旁路管道105与冷却剂通道150汇合的点上。
检测在隔热容器103中流动的冷却剂的温度的入口温度传感器120a位于入口阀104a上游侧的冷却剂通道150和160处，检测从隔热容器103中排出的冷却剂的温度的出口温度传感器120b位于出口阀104b下游侧的冷却剂通道150和160处。
储热控制部140a采用由发动机冷却剂温度传感器120d、入口温度传感器120a、压力传感器130a、相变材料温度传感器120c以及出口温度传感器120b检测到的冷却剂温度来控制加热器芯供给阀104c、入口阀104a以及出口阀104b。
散热器和温度调节装置是常规的，因此这里省略关于其的具体说明。此外，在所公开的文件中可提到本发明中未描述的其他车辆。
在本发明的各种实施例中，储热控制部140a和发动机控制部140b被描述为控制部。
如果确定发动机100的冷却剂温度低于第一预定值，控制部140a和140b不向加热器芯106提供冷却剂。其原因是为了防止热能从加热器芯106散出。
此外，控制部140a和140b控制入口阀104a和出口阀104b，以使得冷却剂被供给到隔热容器103的冷却剂通道150和160，而不供给到旁路管道105。
通过入口阀104a而流过隔热容器103中的冷却剂通道150和160的冷却剂通过散热片107来吸收来自相变材料的热能，以将其通过冷却剂供给管道160供给到发动机100。
图2是显示根据本发明各实施例的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度升高情况下的运行状态的示意图。
参考图2，如果确定在发动机100中循环的冷却剂处于第一预定值到第二预定值的范围内，则控制部140a和140b打开加热器芯供给阀104c，以使得由加热器芯106加热的冷却剂来加热内部空气或者将内部热能供给到冷却剂。
图3是显示根据本发明各实施例的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度已经升高情况下的运行状态的示意图。
参考图3，如果发动机100中循环的冷却剂达到第二预定值，则控制部140a和140b确定发动机100被预热，并控制入口阀104a和出口阀104使得冷却剂并不供给到隔热容器103中的冷却剂通道，而是供给到旁路通道105。在这种情况下，相变材料101的温度变得低于冷却剂温度。
图4是显示根据本发明各实施例的示例性车辆的储热装置在冷却剂温度已经进一步升高情况下的运行状态的示意图。
参考图4，如果发动机100中循环的冷却剂的温度达到第三预定值或者温度调节装置被打开，且散热器风扇运转，则控制部140a和140b确定发动机100过分加热或者过热，则控制入口阀104a和出口阀104b使得冷却剂被供给到隔热容器103内部的冷却剂通道，且关闭旁路管道105。
因此，过热的冷却剂的热能被有效地储存在相变材料中。
图5是显示根据本发明各实施例的示例性车辆的储热装置在发动机停止情况下的运行状态的示意图。
参考图5，如果发动机100停止运转，则控制部140a和140b控制入口阀104a和出口阀104b，使得冷却剂不通过隔热容器103进行循环，且储存在相变材料101中的热能不会损失。
图6是显示根据本发明各实施例的示例性车辆的储热装置在发动机进入故障保护模式情况下的运行状态的示意图。
基于由相变材料温度传感器120c检测到的相变材料101的温度，当由入口温度传感器120a检测到的冷却剂温度与由出口温度传感器120b检测到的冷却剂温度之间的差值过小时，系统进入故障保护模式从而打开仪表板140c上的紧急指示灯。
或者，当由相变材料温度传感器120c检测到的相变材料101的温度过高或者由压力传感器130a检测到的相变材料101的压力过高时，系统进入故障保护模式从而打开仪表板140c上的升温指示灯。
或者，当由相变材料温度传感器120c检测到的相变材料101的温度过低时，系统进入故障保护模式从而打开仪表板140c上的警告指示灯。
或者，当由相变材料温度传感器120c检测到的相变材料101的温度过分波动或者由压力传感器130a检测到的相变材料101的压力过分波动时，系统进入故障保护模式从而打开仪表板140c上的警告指示灯。
参考图6，如上所述，如果系统进入故障保护模式，控制部控制入口阀104a和出口阀104b，使得冷却剂不供给到隔热容器103内部的冷却剂通道150和160中，而在旁路管道105中循环。
根据本发明各实施例的相变材料可以包括硬脂酸。因此，就可以节省用于预热发动机或者加热内部舱室的燃料，从而可替代单独的加热装置或升温装置，例如PTC加热器，并且废气的质量被快速改善，因此有利于保护环境。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语上或下、前或后、内或外等是用于参考图中显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (17)

1.一种车辆的储热装置，包括：
隔热容器，该隔热容器内形成有出口和入口；
冷却剂通道，其布置成穿过所述入口和出口，其中所述冷却剂通道的相反端流体连接到车辆发动机的冷却剂出口；
热交换器，其包括形成在隔热容器内的冷却剂通道上的散热片；
相变材料，其被填充在隔热容器中，用于通过所述散热片与冷却剂通道中流动的冷却剂进行热量交换；
相变材料温度传感器，其检测所述隔热容器中相变材料的温度；
压力传感器，其检测所述隔热容器内的压力；
发动机冷却剂温度传感器，其检测在发动机中循环的冷却剂的温度；以及
控制部，其根据发动机的驱动情况以及冷却剂的温度使冷却剂通过所述冷却剂通道进行循环，以使所述冷却剂与所述相变材料进行热量交换。
2.如权利要求1所述的车辆的储热装置，其中旁路管道流体连接到所述冷却剂通道来绕过所述隔热容器，并且设置入口阀和出口阀使冷却剂通道转向绕过所述隔热容器。
3.如权利要求2所述的车辆的储热装置，其中在所述出口阀的下游布置出口温度传感器，从而检测通过所述隔热容器出口而被排出的冷却剂的温度，以及在所述入口阀的上游布置入口温度传感器，从而检测通过所述隔热容器入口而流入的冷却剂的温度。
4.如权利要求2所述的车辆的储热装置，进一步包括：
加热器芯，其使用所述冷却剂通道中流动的冷却剂来加热内部舱室；以及
加热器芯供给阀，其选择性地从所述冷却剂通道向所述加热器芯供给冷却剂。
5.如权利要求4所述的车辆的储热装置，其中如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机冷却剂的温度低于第一预定值，则控制部确定它处于冷状态，该控制部关闭加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得所述冷却剂通道的冷却剂流经热交换器以被所述相变材料加热。
6.如权利要求4所述的车辆的储热装置，其中如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度介于第一预定值和第二预定值之间，则控制部确定它处于预热的中间状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀来利用所述加热器芯的热量而对冷却剂进行加热。
7.如权利要求4所述的车辆的储热装置，其中如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度达到第二预定值，则控制部确定它处于预热状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得冷却剂通道的冷却剂所述在旁路管道中流动。
8.如权利要求4所述的车辆的储热装置，其中如果由所述发动机冷却剂温度传感器检测到的发动机的冷却剂温度达到比第二预定值高的第三预定值，则控制部确定它处于过热状态，该控制部打开加热器芯供给阀并且控制入口阀和出口阀，使得冷却剂通道的冷却剂在热交换器中流动以使冷却剂对所述相变材料进行加热。
9.如权利要求4所述的车辆的储热装置，其中如果关闭发动机，则控制部控制入口阀和出口阀，使得储存在相变材料中的热能不会通过所述冷却剂而对外排放。
10.如权利要求3所述的车辆的储热装置，其中当所述入口温度传感器检测到的冷却剂温度与所述出口温度传感器检测到的冷却剂温度之间的差值基于由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度而低于预定值时，则所述控制部进入故障保护模式。
11.如权利要求3所述的车辆的储热装置，其中如果由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度的上升速度超过预定值，或者由所述压力传感器检测到的相变材料的压力的上升速度超过预定值时，则所述控制部进入故障保护模式。
12.如权利要求3所述的车辆的储热装置，其中如果由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度低于预定值，则所述控制部进入故障保护模式。
13.如权利要求3所述的车辆的储热装置，其中如果由所述相变材料温度传感器检测到的相变材料的温度的变化速度超过预定值，或者由所述相变材料压力传感器检测到的相变材料的压力的变化速度超过预定值时，则所述控制部进入故障保护模式。
14.如权利要求10所述的车辆的储热装置，其中如果所述控制部进入故障保护模式，则该控制部点亮仪表盘的紧急指示灯并控制入口阀和出口阀，使得冷却剂不供给到所述隔热容器中的冷却剂通道，而是供给到旁路管道。
15.如权利要求11所述的车辆的储热装置，其中如果所述控制部进入故障保护模式，则该控制部点亮仪表盘的紧急指示灯并控制入口阀和出口阀，使得冷却剂不供给到所述隔热容器中的冷却剂通道，而是供给到旁路管道。
16.如权利要求12所述的车辆的储热装置，其中如果所述控制部进入故障保护模式，则该控制部点亮仪表盘的紧急指示灯并控制入口阀和出口阀，使得冷却剂不供给到隔热容器中的冷却剂通道，而是供给到旁路管道。
17.如权利要求13所述的车辆的储热装置，其中如果所述控制部进入故障保护模式，则该控制部点亮仪表盘的紧急指示灯并控制入口阀和出口阀，使得冷却剂不供给到隔热容器中的冷却剂通道，而是供给到旁路管道。
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