CN104847471A - 冷却器、汽车发动机冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却器、应用该冷却器的汽车发动机冷却系统以及该汽车发动机冷却系统的控制方法，所述冷却器包括具有中空空腔的壳体(10)和设置于所述壳体内的半导体制冷组件(30)，所述壳体具有入风口、第一出风口(12)和第二出风口(22)，所述半导体制冷组件包括加热侧(31)和制冷侧(32)，将所述中空空腔分隔为第一腔室(11)和第二腔室(22)，该第一腔室和第二腔室均与所述入风口相通，所述第一出风口与所述第一腔室相通，所述第二出风口与所述第二腔室相通。本发明的冷却器利用半导体制冷组件制冷，高效率地产生低温的空气，该低温的空气可以应用于发动机冷却系统，提高发动机冷却系统的冷却能力。

Description

冷却器、汽车发动机冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机系统散热技术，具体地，涉及一种半导体制冷的冷却器及应用该冷却器的汽车发动机冷却系统。

背景技术

汽车发动机工作时产生大量热量，发动机冷却系统的作用是将发动机产生热量散发掉，使发动机在安全和适宜的温度下正常运行。随着汽车排放量升级、新技术应用增加的散热需求以及对整车紧凑型布置的需要，对冷却系统的散热性能要求更加严苛，但整车布置空间有限，散热器尺寸受到限制，冷却系统的散热性能无法满足日益增大的散热需求，这成为汽车行业技术发展瓶颈和一大亟待解决的难题。

电流的珀尔贴效应随着半导体技术的发展而有了实际的应用，出现了半导体电子制冷组件。半导体制冷组件通常由多组P型半导体、N型半导体及金属导体和绝缘陶瓷等组成，接通直流电源后，不同的节点温度分别升高和降低，通过排列布置从而形成制冷侧和加热侧，可以用于制冷和加热。

目前半导体电子制冷组件通常应用于军事、医疗、电子器件等领域中，半导体电子制冷组件通常直接与小功率电子器件的发热部接触以散热。由于存在结构尺寸和散热方式的巨大差异，如何将半导体电子制冷组件应用到汽车发动机的散热系统中在本领域尚没有得到解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体制冷的冷却器，该半导体制冷的冷却器适于应用到汽车发动机冷却系统中，本发明还提供一种应用该冷却器的汽车发动机冷却系统以及该汽车发动机冷却系统的控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种半导体冷却器，该冷却器包括：具有中空空腔的壳体，该壳体具有入风口、第一出风口和第二出风口；和设置于所述壳体内的半导体制冷组件，该半导体制冷组件包括加热侧和制冷侧，所述半导体制冷组件与所述壳体的内壁保持密闭并将所述中空空腔分隔为容纳有所述加热侧的第一腔室和容纳有所述制冷侧的第二腔室，该第一腔室和第二腔室均与所述入风口相通，所述第一出风口与所述第一腔室相通，所述第二出风口与所述第二腔室相通。

本发明的上述技术方案设置具有中空空腔的壳体和半导体制冷组件的结合结构，形成容纳有加热侧的第一腔室和容纳有制冷侧的第二腔室，在工作中，空气从入风口进入壳体并分别进入第一腔室和第二腔室，在第二腔室中，空气被制冷侧冷却，温度降低形成低温空气，该低温空气在本发明的冷却器应用于发动机冷却系统中作为散热介质，用于给散热器降温，从而提高发动机冷却系统的散热能力，而在第一腔室中，空气流经第一腔室带走加热侧释放的热量，降低了加热侧的温度，有利于制冷侧保持较低的温度以提高制冷效率。通过上述技术方案，本发明的冷却器利用半导体制冷组件制冷，高效率地产生低温的空气，该低温的空气可以应用于发动机冷却系统，提高发动机冷却系统的冷却能力。

优选地，所述第二腔室中设置有第二风扇，所述第二风扇的出风方向朝向所述第二出风口；和/或所述第一腔室中设置有第一风扇，所述第一风扇的出风方向朝向所述第一出风口。

优选地，所述第二出风口的出口方向垂直于所述第二腔室的延伸方向，所述第二风扇为涡轮扇；和/或所述第一出风口的出口方向垂直于所述第一腔室的延伸方向，所述第一风扇为涡轮扇。

优选地，所述制冷侧上设置有多个第一集冷导流片，所述第一集冷导流片从所述入风口向所述第二出风口延伸，相邻的所述第一集冷导流片之间形成有导向所述第二风扇的第二气体流通通道；和/或所述加热侧上设置有多个第一集热导流片，所述第一集热导流片从所述入风口向所述第一出风口延伸，相邻的所述第一集热导流片之间形成有导向所述第一风扇的第一气体流通通道。

优选地，所述制冷侧上设置有多个第二集冷导流片，所述多个第二集冷导流片围绕所述第二出风口呈辐射状布置，相邻的所述第二集冷导流片之间形成有导向所述第二风扇的第二气体导向通道；和/或所述加热侧上设置有多个第二集热导流片，所述多个第二集热导流片围绕所述第一出风口呈辐射状布置，相邻的所述第二集热导流片之间形成有导向所述第一风扇的第一气体导向通道。

优选地，所述冷却器还包括进风管，所述进风管连接在所述壳体的进风口。

优选地，所述进风管内设置有隔板，所述隔板将所述进风管隔离成第一进风管腔和第二进风管腔，所述第一进风管腔和所述第一腔室连通，所述第二进风管腔和所述第第二腔室连通。

优选地，所述第二出风口的出口一侧形成为向外扩张的锥形口。

优选地，所述第一出风口设置在所述壳体上远离所述入风口一端的端部附近。

优选地，所述第二出风口中设置有第二温度检测组件；和/或所述第一出风口中设置有第一温度检测组件。

本发明还提供一种汽车发动机冷却系统，该汽车发动机冷却系统包括安装在车身上的散热器和发动机总成，该汽车发动机冷却系统还包括以上所述的冷却器，所述冷却器相对所述车身固定安装，所述冷却器的第二出风口的出口朝向所述散热器。

本发明还提供一种汽车发动机冷却系统的控制方法，所述汽车发动机冷却系统为上述汽车发动机冷却系统，其中，所述发动机总成包括发动机、节温器和用于检测所述发动机温度的发动机温度传感器，所述节温器用于控制所述发动机和所述散热器之间冷却水的流通；所述方法包括：

检测所述发动机的温度；

当所述发动机的温度到达预设温度时，启动所述冷却器。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明半导体冷却器的一种优选的具体实施方式的剖面视图。

图2是图1中A-A向的剖视图。

图3是图1中B-B向的剖视图。

图4是本发明汽车发动机冷却系统的结构示意图。

附图标记说明

10     壳体               11     第一腔室

12     第一出风口         13     第一风扇

14     第一温度检测组件   15     热风导引管

21     第二腔室           22     第二出风口

23     第二风扇           24     第二温度检测组件

25     锥形口             30     半导体制冷组件

31     加热侧             311    第一集热导流片

312    第二集热导流片     32     制冷侧

321    第一集冷导流片     322    第二集冷导流片

40     进风管             41     隔板

42     第一进风管腔       43     第二进风管腔

50     车身               51     车身进风前格栅

60     散热器             61     散热器的进水口

62     散热器的出水口     63     散热器的排气口

70     发动机总成         71     节温器

72     水泵               73     发动机温度传感器

74     发动机的出水口     75     发动机的进水口

76     发动机风扇         77     发动机的排气口

80     副水箱             81     副水箱的回水口

82     副水箱的进水口     100    冷却器

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

如图1所示，本发明的冷却器包括具有中空空腔的壳体10和设置在所述壳体10内的半导体制冷组件30，该壳体10具有入风口、第一出风口12和第二出风口22，该半导体制冷组件30包括加热侧31和制冷侧32，所述半导体制冷组件30与所述壳体10的内壁保持密闭并将所述中空空腔分隔为第一腔室11和第二腔室21，所述第一腔室11容纳有所述加热侧31，所述第二腔室22容纳有所述制冷侧32，即所述加热侧31和壳体10的一部分构成所述第一腔室11，所述制冷侧32和壳体10的另一部分构成所述第二腔室21，该第一腔室11和第二腔室21均与所述入风口相通，入风口可以设置在所述壳体10的一端，所述第一出风口12与所述第一腔室11相通，所述第二出风口22与所述第二腔室21相通。上述半导体制冷组件30为采用了电流的珀尔贴效应的半导体制冷组件，具体地，该半导体制冷组件可以设计成平板形，平板的两侧分别为加热侧和制冷侧，在工作时，加热侧放热形成高温的一侧，制冷侧吸热形成低温的一侧。

本发明的上述技术方案设置具有中空空腔的壳体10和半导体制冷组件30的结合结构，形成容纳有加热侧31的第一腔室11和容纳有制冷侧32的第二腔室21，在工作中，空气从入风口进入壳体并分别进入第一腔室和第二腔室，在第二腔室中，空气被制冷侧冷却，温度降低形成低温空气，该低温空气在本发明的冷却器应用于发动机冷却系统中作为散热介质，用于给散热器降温，从而提高发动机冷却系统的散热能力，而在第一腔室中，空气流经第一腔室带走加热侧释放的热量，降低了加热侧的温度，有利于制冷侧保持较低的温度以提高制冷效率，并能使半导体制冷组件30稳定工作。

通过上述技术方案，本发明的冷却器利用半导体制冷组件制冷，高效率地产生低温的空气，该低温的空气可以应用于发动机冷却系统，提高发动机冷却系统的冷却能力。

在上述冷却器中，空气可以通过外部驱动进入第一腔室11和第二腔室21中，比如在外部设置压缩空气，将压缩空气输入第一腔室11和第二腔室21中。优选地，在所述第二腔室21中设置有第二风扇23，所述第二风扇23的出风方向朝向所述第二出风口22；和/或所述第一腔室11中设置有第一风扇13，所述第一风扇13的出风方向朝向所述第一出风口12。在第二腔室和/或第一腔室中设置第二风扇和/或第一风扇，可以驱动空气向在第二腔室和/或第一腔室中流动，在此设置下，可以增强气体的流动，或者可以不需要外部驱动，使该装置能够独立地使用。

进一步优选地，所述第二出风口22的出口方向垂直于所述第二腔室21的延伸方向，所述第二风扇23为涡轮扇；和/或所述第一出风口12的出口方向垂直于所述第一腔室11的延伸方向，所述第一风扇13为涡轮扇。在该优选方式下，第二风扇使用涡轮扇，涡轮扇能够从涡轮扇的径向进风，从涡轮扇的轴向出风，同时设置第二出风口的出口方向垂直于所述第二腔室的延伸方向，因此可以将涡轮扇设置在出风口处，涡轮扇的轴向与所述出风口的出口方向一致，从而涡轮扇便于沿第二腔室的延伸方向抽取空气，该结构使得所述涡轮扇到抽气效率非常高，同时冷却器的总体结构非常紧凑。设置第一风扇为涡轮扇及第一出风口的出口方向垂直于所述第一腔室的延伸方向具有相同的好处。

如图2所示，所述加热侧31上设置有多个第一集热导流片311，所述第一集热导流片呈片状，为热的良导体，比如为金属片(如铜片)，第一集热导流片与所述加热侧良好接触从而能够较好地传递热量，最好固定连接或焊接到加热侧上，第一集热导流片的另一侧向相对应的壳体方向延伸，可以与壳体接触或连接，比如与壳体进行焊接。图1中展示了第一集热导流片311的两侧分别连接加热侧31和壳体10。所述第一集热导流片的一端位于所述入风口的一侧，另一端向所述第一出风口12的方向延伸，相邻的所述第一集热导流片311之间形成有导向所述第一风扇的第一气体流通通道，便于从入风口进入的空气沿着该第一气流通道流向所述第一出风口12。图2中左侧部分的箭头为空气在该第一气流通道中流通的示意图。

如图3所示，所述制冷侧32上设置有多个第一集冷导流片321，所述第一集冷导流片呈片状，为热的良导体，比如为金属片(如铜片)，第一集冷导流片与所述制冷侧良好接触从而能够较好地传递热量，最好固定连接或焊接到制冷侧上，第一集冷导流片的另一侧向相对应的壳体方向延伸，可以与壳体接触或连接，比如与壳体进行焊接。图1中展示了第一集冷导流片321的两侧分别连接制冷侧32和壳体10。所述第一集冷导流片的一端位于所述入风口的一侧，另一端向所述第二出风口22的方向延伸，相邻的所述第一集冷导流片321之间形成有导向所述第二风扇的第二气体流通通道，便于从入风口进入的空气沿着该第二气流通道流向所述第二出风口22。图3中左侧部分的箭头为空气在该第二气流通道中流通的示意图。

上述加热侧31或制冷侧32上设置的第一集热导流片311或第一集冷导流片321对气体具有导流作用，增加了空气的流动行程，空气流经第一集热导流片311或第一集冷导流片321的表面，增加了换热面积，提高了换热效率。

如图2所示，所述加热侧31上设置有多个第二集热导流片312，与第一集热导流片类似，第二集热导流片312也呈片状，为热的良导体，比如为金属片(如铜片)，第二集热导流片与所述加热侧良好接触从而能够较好地传递热量，最好固定连接或焊接到加热侧上，第二集热导流片的另一侧向相对应的壳体方向延伸，可以与壳体接触或连接，比如与壳体进行焊接。所述多个第二集热导流片312围绕所述第一出风口12呈辐射状布置，相邻的所述第二集热导流片312之间形成有导向所述第一风扇的第一气体导向通道，便于第一腔室中的气体流向所述第一出风口。图2中右侧部分的箭头为空气在该第一气体导向通道中流通的示意图。

如图3所示，所述制冷侧32上设置有多个第二集冷导流片322，与第一集冷导流片类似，第二集冷导流片322也呈片状，为热的良导体，比如为金属片(如铜片)，第二集冷导流片与所述制冷侧良好接触从而能够较好地传递热量，最好固定连接或焊接到制冷侧上，第二集冷导流片的另一侧向相对应的壳体方向延伸，可以与壳体接触或连接，比如与壳体进行焊接。所述多个第二集冷导流片322围绕所述第二出风口22呈辐射状布置，相邻的所述第二集冷导流片322之间形成有导向所述第二风扇的第二气体导向通道，便于第二腔室中的气体流向所述第二出风口。图3中右侧部分的箭头为空气在该第二气体导向通道中流通的示意图。

上述第二集热导流片312或第二集冷导流片322同样对气体具有导流作用，增加了空气的流动行程，空气流经第二集热导流片312或第二集冷导流片322的表面，增加了换热面积，提高了换热效率。

在本发明冷却器的上述各种结构中，优选所述冷却器还包括进风管40，所述进风管连接在所述壳体10的进风口，进风管用于提供空气进入冷却器壳体10的通道，进风管40可以设置为直管道或弯折的管道，可以根据冷却器在汽车上的布置而设置其长度和形状，方便冷却器在车身上的安装。

进一步优选地，所述进风管40内设置有隔板41，所述隔板41将所述进风管40隔离成第一进风管腔42和第二进风管腔43，所述第一进风管腔42和所述第一腔室11连通，所述第二进风管腔43和所述第第二腔室21连通。在具体设置时，隔板41可以设置为一块平板，其一端与所述半导体制冷组件30位于所述入风口一端的端部连接，其两侧分别于与进风管40的内壁连接，从而将进风管分隔成分别于第一腔室和第二腔室连通的第一管腔和第二管腔。设置隔板41将所述进风管分隔成第一进风管腔和第二进风管腔后，进入第一腔室11和进入第二腔室21的空气可以独立控制，比如可以设置不同的进风压力。

优选地，在本发明冷却器的所述第二出风口22的出口一侧形成为向外扩张的锥形口25。参见图4所示，设置该向外扩张的锥形口25可以使从该出口吹出的低温冷空气具有向外扩张的流向，从而低温空气能够较均匀地进入发动机冷却系统的散热器的各部分。

优选地，所述第一出风口12设置在所述壳体10上远离所述入风口一端的端部附近。该设置能够尽量延长第一出风口12和入风口之间的距离，使进入第一腔室中的空气行程较长，提高换热效率。

优选地，所述第一出风口12中设置有第一温度检测组件14，所述第二出风口22中设置有第二温度检测组件24。设置上述第一温度检测组件和地二温度检测组件后，可以监测第一出风口或第二出风口中气体的温度，以便于监控冷却器的工作状态以及调整冷却器的工作参数，比如调整第一风扇或第二风扇的转速，调整半导体制冷组件的工作电流等。在上述第一出风口12和第二出风口22中还可以设置其他检测组件，比如设置检测气体压力和湿度的检测组件。

本发明提供一种汽车发动机冷却系统，该汽车发动机冷却系统包括安装在车身50上的散热器60和发动机总成70，还包括如以上描述的冷却器100，所述冷却器100相对所述车身50固定安装，所述冷却器的第二出风口22的出口朝向所述散热器60。在工作中，空气进入所述冷却器100后，流经第二腔室中的气体被冷却形成低温空气，该低温空气从第二出风口22朝向所述散热器吹出并流经所述散热器，从而能够显著地提高散热器的散热效果。在上述冷却系统中，可以使所述冷却器位于所述散热器60的前方上侧，冷却器100的入风口或进风管40可以设置为朝向车身前部的车身进风前格栅51，从而在汽车行驶中便于空气直接进入所述冷却器，冷却器100的第一出风口12可以连接热风导引管15，热风导引管将第一腔室中的热空气引到其它部位排除，避免其进入所述散热器60从而影响散热效果。

在上述汽车发动机冷却系统中，发动机总成70包括发动机、节温器71和用于检测所述发动机温度的发动机温度传感器73。所述发动机的出水口74和所述散热器的进水口61相连，所述发动机的进水口75和所述散热器的出水口62相连，发动机总成70还设置有水泵72，该水泵用于驱动冷却水在所述发动机和所述散热器中流动，所述节温器71能够根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的水量。在发动机总成70和散热器60之间可以设置发动机风扇76，发动机风扇76用于增加通过所述散热器60的风量，以提高散热器的散热能力。上述冷却系统还可以设置副水箱80，副水箱的进水口82分别与所述散热器的排气口63和所述发动机的排气口77连接，副水箱的回水口81与发动机的进水口75连接，副水箱80设置在冷却系统的最高位置处，起到加水/补水和调节冷却水膨胀作用。

汽车启动或行驶时，节温器根据冷却水的温度调节发动机和散热器之间冷却水流通的大小，以使发动机在合适的温度范围内工作。发动机温度传感器检测发动机的温度，该温度信息被发送到发动机电控单元，当所述发动机的温度到达预设温度时，发动机电控单元控制所述冷却器100启动，该冷却器100在工作中产生低温空气，低温空气流经所述散热器，提高了散热器的散热效果，从而加强了对发动机的冷却。

在上述工作过程中，发动机电控单元可以根据发动机温度的高低来控制冷却器100中半导体制冷组件30的功率输出大小，还可以根据冷却器中第一出风口12和第二出风口22中的温度参数控制第一风扇13和第二风扇23的功率大小。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.冷却器，其特征在于，该冷却器包括：

具有中空空腔的壳体(10)，该壳体具有入风口、第一出风口(12)和第二出风口(22)；和

设置于所述壳体内的半导体制冷组件(30)，该半导体制冷组件(30)包括加热侧(31)和制冷侧(32)，所述半导体制冷组件(30)与所述壳体(10)的内壁保持密闭并将所述中空空腔分隔为容纳有所述加热侧(31)的第一腔室(11)和容纳有所述制冷侧(32)的第二腔室(22)，该第一腔室(11)和第二腔室(21)均与所述入风口相通，所述第一出风口(12)与所述第一腔室(11)相通，所述第二出风口(22)与所述第二腔室(21)相通。

2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，所述第二腔室(21)中设置有第二风扇(23)，所述第二风扇(23)的出风方向朝向所述第二出风口(22)；和/或所述第一腔室(11)中设置有第一风扇(13)，所述第一风扇(13)的出风方向朝向所述第一出风口(12)。

3.根据权利要求2所述的冷却器，其特征在于，所述第二出风口(22)的出口方向垂直于所述第二腔室(21)的延伸方向，所述第二风扇(23)为涡轮扇；和/或所述第一出风口(12)的出口方向垂直于所述第一腔室(11)的延伸方向，所述第一风扇(13)为涡轮扇。

4.根据权利要求3所述的冷却器，其特征在于，所述制冷侧(32)上设置有多个第一集冷导流片(321)，所述第一集冷导流片(321)从所述入风口向所述第二出风口(22)延伸，相邻的所述第一集冷导流片(321)之间形成有导向所述第二风扇的第二气体流通通道；和/或所述加热侧(31)上设置有多个第一集热导流片(311)，所述第一集热导流片(311)从所述入风口向所述第一出风口(12)延伸，相邻的所述第一集热导流片(311)之间形成有导向所述第一风扇的第一气体流通通道。

5.根据权利要求3所述的冷却器，其特征在于，所述制冷侧(32)上设置有多个第二集冷导流片(322)，所述多个第二集冷导流片(322)围绕所述第二出风口(22)呈辐射状布置，相邻的所述第二集冷导流片(322)之间形成有导向所述第二风扇的第二气体导向通道；和/或所述加热侧(31)上设置有多个第二集热导流片(312)，所述多个第二集热导流片(312)围绕所述第一出风口(12)呈辐射状布置，相邻的所述第二集热导流片(312)之间形成有导向所述第一风扇的第一气体导向通道。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的冷却器，其特征在于，所述冷却器还包括进风管(40)，所述进风管连接在所述壳体(10)的进风口。

7.根据权利要求6所述的冷却器，其特征在于，所述进风管(40)内设置有隔板(41)，所述隔板(41)将所述进风管(40)隔离成第一进风管腔(42)和第二进风管腔(43)，所述第一进风管腔(42)和所述第一腔室(11)连通，所述第二进风管腔(43)和所述第第二腔室(21)连通。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的冷却器，其特征在于，所述第二出风口(22)的出口一侧形成为向外扩张的锥形口(25)。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的冷却器，其特征在于，所述第一出风口(12)设置在所述壳体(10)上远离所述入风口一端的端部附近。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的冷却器，其特征在于，所述第二出风口(22)中设置有第二温度检测组件(24)；和/或所述第一出风口(12)中设置有第一温度检测组件(14)。

11.一种汽车发动机冷却系统，该汽车发动机冷却系统包括安装在车身(50)上的散热器(60)和发动机总成(70)，其特征在于，所述汽车发动机冷却系统还包括权利要求1至10中任意一项所述的冷却器(100)，所述冷却器(100)相对所述车身(50)固定安装，所述冷却器(100)的第二出风口(22)的出口朝向所述散热器(60)。

12.一种汽车发动机冷却系统的控制方法，所述汽车发动机冷却系统为根据权利要求11所述的汽车发动机冷却系统，其中，所述发动机总成(70)包括发动机、节温器(71)和用于检测所述发动机温度的发动机温度传感器(73)，所述节温器(71)用于控制所述发动机和所述散热器之间冷却水的流通；所述方法包括：

检测所述发动机的温度；

当所述发动机的温度到达预设温度时，启动所述冷却器(100)。