CN104276003B - 用于车辆的热传递的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆的热传递的方法和系统，为了车辆(10)的热传递，在第一流动方向(13)上泵送传输热的转送介质，以便交换在车辆(10)的第一装置(1)与车辆(10)的第二装置(6)之间的热。而在与第一流动方向(13)相反的第二流动方向(14)上泵送转送介质，以便交换在车辆(10)的第一装置(1)与不同于第二装置(6)的第三装置(4)之间的热。

Description

用于车辆的热传递的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于热传递的方法和系统，以便将尤其车辆的废热有针对性地用于加热车辆的确定的区域。

背景技术

文献DE 10 2012 002 952 A1公开了一种用于汽车应用的潜热式蓄热器(Latentwärmespeicher)。

在根据现有技术已知的用于在车辆中的热传递的循环部中，热源和/或热沉(Wärmesenke)借助旁通管路(可通过其借助于主动的阀切断相应的热源或热沉)通过以下方式来提供，即将热流通过旁通管路来导引旁经热源或热沉。

同样由于该旁通管路，已知的循环部不利地具有增加的管路长度且(同样因此)具有提高的功率损耗。

发明内容

因此，本发明的目的在于以相比于现有技术更低的复杂性实现用于车辆的热传递且尤其降低所需要的管路长度和功率损耗。

根据本发明，该目的通过根据本发明的用于车辆的热传递的方法、根据本发明的用于车辆的热传递的系统和根据本发明的车辆来实现。

在本发明的范围中，提供了一种用于车辆的热传递的方法。在此，该方法包括以下步骤：

• 在第一流动方向上泵送利用其传输热的转送介质，以便交换在车辆的第一装置与车辆的第二装置之间的热。

• 在与第一流动方向刚好相反的第二流动方向上泵送转送介质，以便交换在车辆的第一装置与并不相应于第二装置的第三装置之间的热。

换句话说，根据本发明借助流动方向决定是否交换在车辆的第一装置与第二装置之间的热或是否交换在车辆的第一装置与第三装置之间的热。通过借助流动方向决定利用哪个装置交换热，可有利地取消旁通管路(绕行管路，Umgehungsleitung)和用于控制该旁通管路的控制阀。由此降低热循环部的复杂性以及管路长度且因此降低功率损耗。

作为转送介质例如可使用热油(Thermoöl)或导热油(Thermalöl)。

应指出的是不仅第一装置而且第二装置和第三装置相应可包括多个装置，从而，例如，如果在第一流动方向上泵送转送介质，在一个第一装置或多个第一装置与多个第二装置之间交换热，而如果在第二流动方向上泵送转送介质，在一个第一装置或多个第一装置与多个第三装置之间交换热。

按照一种优选的根据本发明的实施方式，第一装置包括车辆的蓄热器。在此，在该实施方式中，第二装置为热源，而第三装置为车辆的热沉。当然还可相反，第二装置为热沉，而第三装置为热源。在此，如果在第一流动方向上泵送转送介质，热从热源传输至蓄热器，而如果在第二流动方向上泵送转送介质，热从蓄热器传输至热沉。

因此，有利地，仅仅通过选择流动方向决定热是从蓄热器传输至热沉还是从热源传输至蓄热器。

蓄热器尤其包括相变材料，以便因此存储热能。相变材料(尤其以锂盐为基)用作潜热式蓄热器，以便借助相变(尤其从固态至液态)存储热力学的能量。换句话说，将相变材料的可逆的热力学的状态改变的焓用于存储相应的热力学的能量。蓄热器的高真空隔离于是还允许热能在整晚的很少损失的存储。

应明确提到的是，在本发明中，同样不仅第二装置而且第三装置可为热源，或者不仅第二装置而且第三装置可为热沉。在这种情况下，借助所选择的流动方向确定热例如从蓄热器传输至哪个热沉或热例如从哪个热源传输至蓄热器。

热源可为车辆的排气热交换器。

借助排气热交换器可将在车辆的排气中存在的废热引导至热沉或存储在蓄热器中。为了热传递，通过使用转送介质有利地避免呈排气的形式的热传输至热沉或蓄热器。

热沉可包括来自热沉组的一个或多个热沉，其中，热沉组包括以下部分：

• 车辆的冷却水，

• 车辆的传动器的传动器油(Getriebeöl)，

• 车辆的燃烧发动机(Verbrennungsmotor)的发动机油(Motoröl)，

• 车辆的传动器，

• 车辆的燃烧发动机，

• 车辆的蓄能器(例如电池)，

• 车辆的燃料电池，

• 车辆的一个或多个座椅，

• 尤其用于驱动车辆的电马达，

• 车辆的增压空气冷却器，

• 车辆的一个或多个电子构件，

• 车辆的功率电子设备，以及

• 燃烧发动机的增压空气。

因此，利用本发明例如可将在排气中存在的废热存储在蓄热器中且紧接着(例如在第二天开始车辆的重新行驶时)交付到之前举出的热沉中的一个或多个处。

在本发明的范围中，还提供有用于车辆的热传递的系统。在此，该系统包括泵以及车辆的第一装置、第二装置和第三装置。系统设计成以便当泵在第一流动方向上泵送传输热的转送介质时借助于泵和转送介质交换在第一装置与第二装置之间的热。此外，系统设计成以便当泵在与第一流动方向直接相反的第二流动方向上泵送转送介质时交换在第一装置与第三装置之间的热。

泵可为齿轮泵或活塞泵。在类型为容积泵(Verdrängerpumpe)的这种泵中，可纯粹液压地非常简单地实现流折回。如果所使用的泵具有压力限制阀，其必须可在两个流动方向上工作。

根据本发明的系统的优点基本上相应于根据本发明的方法的之前详细阐述的优点，从而在此取消重述。

根据本发明的系统尤其包括转送介质的第一循环部和转送介质的第二循环部。在此，将第一循环部或第二循环部理解成管路和装置的组件，从而转送介质可在回路中不仅在第一循环部中而且在第二循环部中来泵送。在此，串联地相继布置的泵和第一装置不仅处在一循环部中，而且处在第二循环部(即第一循环部和第二循环部具有共同的区段，在其中布置有泵和第一装置)中。而第二装置仅布置在第一循环部中，且第三装置仅布置在第二循环部中。系统如此设计，即，如果泵在第一流动方向上泵送转送介质，转送介质在回路中仅在第一循环部中流动，且如果泵在第二流动方向上泵送转送介质，转送介质在回路中仅在第二循环部中流动。

换句话说，可有利地通过相应地操控泵负责转送介质或者仅流过第一循环部或仅流过第二循环部。因此，通过相应地操控泵，或者发生在第一装置与第二装置之间的热交换，或者发生在第一装置与第三装置之间的热交换。

此外，根据本发明的系统有利地包括第一阻流装置(Strömungsblockierungs-Vorrichtung)和第二阻流装置。在此，第一阻流装置和第二装置(例如热源)形成串联部，其如此布置在第一循环部中，即，如果转送介质在第二流动方向上流动，转送介质由第一阻流装置阻塞。类似地，第二阻流装置和第三装置(例如热沉)形成串联部，其如此布置在第二循环部中，即，如果转送介质在第一流动方向上流动，转送介质由第二阻流装置阻塞。

因此，在该实施方式中，相应的阻流装置防止转送介质在错误的方向上流经相应的循环部。

有利地，泵在根据第一流动方向来看的方向上来看处在第一装置(例如蓄热器)之后。

通过泵根据本发明布置在第一装置之后，泵不仅在第一循环部中而且在第二循环部中有利地在所考虑的循环部中处在相应最冷的部位处。

有利地，第一阻流装置在第一流动方向的方向上来看布置在第二装置(例如热源)之前。

通过第一阻流装置根据本发明布置在在第一循环部中的第二装置之前，第一阻流装置有利地处在第一循环部的最冷的区段中。

有利地，第二阻流装置在第二流动方向的方向上来看布置在第三装置(例如热沉)之后。

通过第二阻流装置根据本发明布置在在第二循环部中的第三装置之后，第二阻流装置同样有利地处在第二循环部的最冷的区段中。

系统尤其包括第一分岔点和第二分岔点。在此，第一分岔点在第一流动方向上布置在包括泵和第一装置的串联部之后，而第二分岔点在第一流动方向上布置在串联布置的泵和第一装置之前。第一循环部和第二循环部不仅在第一分岔点处而且在第二分岔点处分岔(或者不仅在第一分岔点处而且在第二分岔点处汇合)。第一阻流装置仅在第一循环部中(因此不在第二循环部中)处在第一分岔点与第二分岔点之间且阻塞在第二流动方向上的流。类似地，第二阻流装置仅在第二循环部中(因此不在第一循环部中)处在第一分岔点与第二分岔点之间且阻塞在第一流动方向上的流。

尤其通过相应地布置两个阻流装置来负责：如果由泵在第一流动方向上泵送转送介质，转送介质仅通过第一循环部，而如果由泵在第二流动方向上泵送转送介质，转送介质仅通过第二循环部。

阻流装置可为带有输入部和输出部的阀，其类似于自行车阀例如阻塞从输出部至输入部的流，而从输入部至输出部的流可几乎无阻碍地穿过该阀。

如果不仅第一阻流装置而且第二阻流装置直接通过相同的分岔点与泵相连接，从而即没有在第一阻流装置与泵之间也没有在第二阻流装置与泵之间布置装置中的一个，这可是有利的。

根据本发明的系统还可设计成用于执行根据本发明的方法。

最后，在本发明的范围中还提供有这样的车辆，其包括根据本发明的系统。

本发明尤其适用于机动车。然而，不言而喻，本发明不限于这些优选的使用范围，因为本发明例如还可用在船舶、飞机以及轨道车辆或轨道引导的车辆中。此外，本发明本身与交通工具无关地例如还适用于位置固定的系统(例如起重机)。

附图说明

下面借助优选的根据本发明的实施方式参考附图详细阐述本发明。其中，

图1示意性地以总的形式示出了根据本发明的系统；

图2在第一运行状态中示出了根据本发明的系统，在第一运行状态中在第一循环部中泵送转送介质；

图3在第二运行状态中示出了在图2中示出的系统，在第二运行状态中在第二循环部中泵送转送介质；

在图4中示意性地示出了带有根据本发明的系统的根据本发明的车辆。

参考标号列表

1 蓄热器

2 泵

4 冷却水－热交换器

6 排气热交换器

7、8 阀

10 车辆

11、12 分岔点

13、14 流动方向

20 系统

21、22 循环部

23-28 区段。

具体实施方式

在图1中以总的形式示出了根据本发明的系统20。系统20包括蓄热器1、泵2、冷却水－热交换器4、排气热交换器6、第一阻流装置7和第二阻流装置8。此外，系统20包括第一循环部21和第二循环部22。在第一循环部21中布置有蓄热器1、泵2、第一阻流装置7和排气热交换器6。在第二循环部22中布置有蓄热器1、冷却水-热交换器4、第二阻流装置8和泵2。在此，蓄热器1和泵2不仅属于第一循环部21而且属于第二循环部22。在两个分岔点11、12(其在流动方向13、14上一个布置在包括蓄热器1和泵2的组合之前，且一个布置在包括蓄热器1和泵2的组合之后)中，第一循环部21和第二循环部22分开或第一循环部21和第二循环部22相集合。

虚线的区段23-28相应表示这样的区域，在其中可布置有泵2或相应的阻流装置7、8。在此，泵2在第一流动方向13的方向上来看有利地在区段23中布置在蓄热器1之后，其中，然而，泵2还可在区段24中布置在蓄热器1之前。第一阻流装置7有利地在区段25中在第一流动方向13的方向上布置在排气-热交换器6之前，其中，第一阻流装置7还可在区段26中布置在排气热交换器6之后。在第二流动方向14的方向上来看，第二阻流装置8有利地在区段27中布置在冷却水－热交换器4之后，其中，第二阻流装置8还可在区段28中布置在冷却水－热交换器4之前。

本领域技术人员识别出不仅泵2而且两个阻流装置7、8优选布置在相应的循环部21、22的相应最冷的区段中。在循环部21中，最冷的区段在第一流动方向13的方向上来看处在蓄热器1之后(且处在排气热交换器6之前)，因为蓄热器1在第一循环部21中起热沉的作用。在循环部22中，最冷的区段在第二流动方向14的方向上来看处在蓄热器1之前(且处在冷却水-热交换器4之后)，因为蓄热器1在第二循环部22中起热源的作用。

在图2中示出了系统20处在第一运行状态中，在其中转送介质通过泵2在第一流动方向13上来泵送且因此被泵送通过第一循环部21(且并未通过第二循环部22)。因为第一阻流装置7仅阻塞在第二流动方向14上的流，且因此允许在第一流动方向13上的流通过，所以由泵2在第一流动方向13上泵送的转送介质在第一分岔点11之后流动通过第一阻流装置7且继续通过排气热交换器6且通过第二分岔点12和蓄热器1再次流回至泵2。阻塞在第一流动方向13上的流的第二阻流装置8负责由泵2在第一流动方向13上泵送的转送介质在第一分岔点11处并未通过第二阻流装置8流动至冷却水－热交换器4，而是仅通过第一循环部21。

换句话说，在系统20的第一运行状态中，在其中泵2在第一流动方向13上泵送转送介质，仅发生在蓄热器1与排气热交换器6之间的热交换，而未发生在蓄热器1与冷却水-热交换器4之间经由转送介质的热交换。第一运行状态还可被称为装载，因为在该第一运行状态中为蓄热器1利用在排气中存在的热进行加载。

在图3中示出了由图2已知的系统20处在第二运行状态中，在其中转送介质通过泵2在第二流动方向14上来泵送且因此仅被泵送通过第二循环部22(且未通过第一循环部21)。因为第二阻流装置8仅阻塞在第一流动方向13上的流且因此允许在第二流动方向14上的流通过，由泵2在第二流动方向14上抽吸的、来自冷却水－热交换器4的转送介质通过第二阻流装置8继续流动通过泵2且继续通过蓄热器1再次流至冷却水－热交换器4。阻塞在第二流动方向14上的流的第一阻流装置7负责由泵2在第二流动方向14上抽吸的转送介质在第一分岔点11处并未流动通过第一阻流装置7且因此并未流动通过排气热交换器6。

换句话说，在系统20的第二运行状态中，在其中泵2在与第一流动方向13相反的第二流动方向14上泵送转送介质，仅在蓄热器1与冷却水－热交换器4之间发生热交换，而并未在蓄热器1与排气热交换器6之间借助于转送介质发生热交换。第二运行状态还可被称为卸载，因为在第二运行状态中存储在蓄热器1中的热借助冷却水－热交换器4引开或卸载到车辆的冷却水处。

在第一运行状态中(图2)，在分岔点11处的压力大于在分岔点12处的压力，因为压力由于流经热交换器6而降低。根据静力学的考虑，在在分岔点11处的压力与在分岔点12处的压力之间的压力差阻止流经冷却水－热交换器4。为了同样基于考虑到动力学的情况而并未出现流经冷却水－热交换器4，例如应在分岔点11处并未出现由于出现文丘里效应(Venturi-Effekt)的压力降低且在分岔点12处并未出现由于背压效应(Staudruckeffekt)的压力上升。测量证明基于静力学的考虑存在的压力差通常比动力学效果具有更大的影响。

为了确定仅存在基于静力学的考虑存在的和在图2和3中示出的流径，阻流装置7、8可在其打开方向上轻微地由弹簧加载(例如以10mbar进行加载)。此外可在分岔点11中如此实施流分配，即流在第一运行状态中直接取决于阻流装置8。此外，可在分岔点12中如此设计流分配，即相应切断的支路关于主流方向具有90°的角度，这基于文丘里效应引起负压。

接下来讨论在图2和3中示出的优选的实施方式的变型方案：

阻流装置7可布置在排气热交换器6的另一侧上。类似地，阻流装置8可布置在冷却水－热交换器4的另一侧上。然而，这两种变型方案在未流经的支路中具有更高的热损失的缺点，因为有利于在热传递器(Wärmeübertrager)中的涡流。

泵2可布置在蓄热器1的另一侧上。然而该变型方案具有泵2的更高的温度负荷。

在图4中示意性地示出了根据本发明的车辆10，其包括根据本发明的系统20。

Claims (10)

1.一种用于车辆(10)的热传递的方法，其中，该方法包括：在第一流动方向(13)上泵送传输热的转送介质，以便在车辆(10)的第一装置(1)与车辆(10)的第二装置(6)之间进行热的交换，和在与第一流动方向(13)相反的第二流动方向(14)上泵送转送介质，以便在车辆(10)的第一装置(1)与不同于第二装置(6)的第三装置(4)之间进行热的交换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

第一装置(1)包括车辆(10)的蓄热器，

第二装置(6)为车辆(10)的热源，

第三装置(4)为车辆(10)的热沉，

在第一流动方向(13)上泵送转送介质时将热从热源传输至蓄热器，以及

在第二流动方向(14)上泵送转送介质时将热从蓄热器传输至热沉。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，热源为车辆(10)的排气热交换器。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，热沉包括来自热沉组的至少一个热沉，其中，热沉组包括：

• 车辆(10)的冷却水，

• 车辆(10)的传动器的传动器油，

• 传动器，

• 车辆(10)的燃烧发动机，

• 车辆(10)的蓄能器，

• 车辆(10)的燃料电池，

• 车辆(10)的至少一个座椅，

• 车辆(10)的电马达，

• 车辆(10)的增压空气冷却器，

• 车辆(10)的至少一个电气构件，

• 车辆(10)的功率电子设备，以及

• 燃烧发动机的增压空气。

5.一种用于车辆(10)的热传递的系统，

其中，系统(20)包括泵(2)、车辆(10)的第一装置(1)、车辆(10)的第二装置(6)和车辆(10)的不同于第二装置(6)的第三装置(4)，

其中，系统(20)设计成以便当泵(2)在第一流动方向(13)上泵送传输热的转送介质时在第一装置(1)与第二装置(6)之间进行热的交换，

并且其中，系统(20)设计成以便当泵(2)在与第一流动方向(13)相反的第二流动方向(14)上泵送转送介质时在第一装置(1)与第三装置(4)之间进行热的交换。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

系统(20)包括转送介质的第一循环部(21)和转送介质的第二循环部(22)，

泵(2)和第一装置(1)串联地不仅布置在第一循环部(21)中，而且布置在第二循环部(22)中，

第二装置(6)布置在第一循环部(21)中，

第三装置(4)布置在第二循环部(22)中，

泵(2)在第一流动方向(13)上在第一循环部(21)中泵送转送介质，以及

泵(2)在第二流动方向(14)上在第二循环部(22)中泵送转送介质。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

系统(20)包括第一阻流器具(7)和第二阻流器具(8)，

第一阻流器具(7)与第二装置(6)串联地如此布置在第一循环部(21)中，即第一阻流器具(7)阻塞在第二流动方向(14)上的转送介质，以及

第二阻流器具(8)与第三装置(4)串联地如此布置在第二循环部(22)中，即第二阻流器具(8)阻塞在第一流动方向(13)上的转送介质。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，泵(2)在第一流动方向(13)上布置在第一装置(1)之后。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，第一阻流器具(7)在第一流动方向(13)上布置在第二装置(6)之前。

10.根据权利要求7-8中任一项所述的系统，其特征在于，第二阻流器具(8)在第二流动方向(14)上布置在第三装置(4)之后。