DE102008031975A1

DE102008031975A1 - Klimaanlage mit thermoelektrischer Vorrichtung

Info

Publication number: DE102008031975A1
Application number: DE102008031975A
Authority: DE
Inventors: Nak Sup Hwaseong Sung
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Halla Climate Control Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Hanon Systems Corp; Kia Corp
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2009-06-25
Also published as: KR101020543B1; US7849697B2; US20080209913A1; KR20090062143A; CN101457963A

Abstract

Eine Klimaanlage umfasst eine thermoelektrische Vorrichtung und eine erste Leitung mit einem ersten Fluid darin. Die erste Leitung ist derart konfiguriert, dass das erste Fluid Wärme mit einer ersten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann, und ist konfiguriert, um das Fluid zu einem Raum zu fördern. Eine zweite Leitung weist ein zweites Fluid darin auf. Die zweite Leitung ist derart konfiguriert, dass das zweite Fluid Wärme mit einer zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann und durch eine Wärmesenke strömen kann, um weiter Wärme auszutauschen. Eine Steuereinheit versorgt die thermoelektrische Vorrichtung mit elektrischem Strom, so dass in einem Kühlmodus die erste Oberfläche Wärme absorbiert und in einem Heizmodus die zweite Oberfläche Wärme absorbiert. Die Steuereinheit steuert ferner die Durchflussmenge des zweiten Fluids, so dass die Durchflussmenge in dem Kühlmodus größer ist als in dem Heizmodus.

Description

Diese Anmeldung nimmt die Priorität der koreanischen Anmeldung mit der Nr. 10-2007-0129254 in Anspruch, welche am 12. Dezember 2007 eingereicht wurde und deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einer thermoelektrischen Vorrichtung.
Vor kurzem wurden Klimaanlagen entwickelt, welche thermoelektrische Vorrichtungen verwenden. Eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) hat eine Oberfläche, welche Wärme erzeugt, und eine Oberfläche, welche Wärme absorbiert, wenn die Vorrichtung mit elektrischem Strom versorgt wird. Eine Klimaanlage, welche eine TED verwendet, umfasst einen Wärmetauscher auf jeder Oberfläche der TED, und einem der Wärmetauscher wird unter Verwendung eines Gebläses Luft zugeführt, wodurch heiße oder kalte Luft bereitgestellt wird.
Diese Klimaanlage ist ineffizient, da beiden Oberflächen dieselbe Luft-Durchflussmenge zugeführt wird, obwohl die an der wärmeerzeugenden Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung erzeugte Wärmemenge größer ist als die an der wärmeabsorbierenden Oberfläche absorbierte Wärmemenge. Folglich wird der wärmeabsorbierenden Oberfläche mehr Luft zugeführt als notwendig. Demzufolge wird die Leistung der thermoelektrischen Vorrichtung nicht vollständig ausgenutzt.
Die in diesem Abschnitt offenbarten Informationen dienen lediglich der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Anerkenntnis oder irgendeine Form eines Vorschlags verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik formen, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
Erfindungsgemäß wiest eine Klimaanlage eine thermoelektrische Vorrichtung und eine erste Leitung mit einem ersten Fluid darin auf. Die erste Leitung ist derart konfiguriert, dass das erste Fluid Wärme mit einer ersten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann, und ist konfiguriert, um das Fluid zu einem Raum zu fördern. Eine zweite Leitung weist ein zweites Fluid darin auf. Die zweite Leitung ist derart konfiguriert, dass das zweite Fluid Wärme mit einer zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann und durch eine Wärmesenke strömen kann, um weiter Wärme auszutauschen. Eine Steuer- bzw. Regelungseinheit versorgt die thermoelektrische Vorrichtung mit elektrischem Strom, so dass die erste Oberfläche in einen Kühlmodus Wärme absorbiert und die zweite Oberfläche in einem Heizmodus Wärme absorbiert. Die Steuereinheit steuert auch die Durchflussmenge des zweiten Fluids, so dass die Durchflussmenge in dem Kühlmodus größer ist als in dem Wärmemodus.
Die Steuereinheit kann z. B. auch einen Ventilator steuern, welcher an der Wärmequelle bereitgestellt ist, so dass der Ventilator die Wärmesenke in dem Kühlmodus mehr kühlt als in dem Heizmodus. Die Steuereinheit kann z. B. auch die Durchflussmenge des ersten Fluids steuern, so dass die Durchflussmenge des ersten Fluids in dem Heizmodus größer ist als in dem Kühlmodus.
Das zweite Fluid kann ein flüssiges Kühlmittel sein, wie zum Beispiel Wasser. Die zweite Leitung kann mit einer Pumpe verbunden sein und konfiguriert sein, um es dem zweiten Fluid zu ermöglichen, zwischen der thermoelektrischen Vorrichtung und der Pumpe zu zirkulieren.
Das erste Fluid kann ein gasförmiges Kühlmittel sein, wie zum Beispiel Luft. Der Raum, zu dem das erste Fluid gefördert wird, kann ein Fahrzeugfahrgastraum sein. Die Wärmesenke kann ein Fahrzeugkühler sein.
Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf bestimmte als ein Beispiel dienende Ausführungsformen im Detail beschrieben, welche in der angehängten Zeichnung dargestellt sind und welche der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sind.
1 ist eine schematische Ansicht einer als ein Beispiel dienenden Klimaanlage in einem Kühlmodus,
2 ist eine schematische Ansicht einer als ein Beispiel dienenden Klimaanlage in einem Heizmodus,
3 ist ein Diagramm, welches die Leistung einer als ein Beispiel dienenden Vorrichtung als Funktion der Wasser-Durchflussmenge zeigt, und
4 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Kontrolllogik einer als ein Beispiel dienenden Klimaanlage veranschaulicht.
Es ist verständlich, dass die angehängte Zeichnung nicht zwingend maßstabsgetreu ist und eine vereinfachte Wiedergabe von verschiedenen bevorzugten Merkmalen ist, welche illustrativ sind für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung. Die konkreten hierin offenbarten Designmerkmale der Erfindung, wie z. B. konkrete Dimensionen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die jeweils beabsichtigte Anwendung und Verwendung bestimmt.
Im Folgenden wird eine Klimaanlage mit einer thermoelektrischen Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist eine als Beispiel dienende Klimaanlage eine thermoelektrische Vorrichtung (TED), eine Luftkühlleitung, eine Wasserkühlleitung und eine Steuer- bzw. Regelungseinheit (4) auf.
Ein erster Wärmetauscher ist an einer Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung vorgesehen. Der Luftstrom in der Luftkühlleitung tauscht in dem ersten Wärmetauscher Wärme mit der TED aus, bevor er in einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs gefördert wird, um das Fahrzeug zu klimatisieren. Die Luft kann mit einem Gebläse angetrieben werden, in einer Art und Weise, welche durch einen Fachmann basierend auf der Lehre hierin ausgelegt und durchgeführt werden kann.
Ein zweiter Wärmetauscher ist an der anderen Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung vorgesehen. Wasser, welches in der Wasserkühlleitung strömt, tauscht in dem zweiten Wärmetauscher Wärme mit der TED aus und strömt im Anschluss durch einen Radiator/Kühler, während es in der Wasserkühlleitung zirkuliert. Das Wasser kann in der Wasserkühlleitung mittels einer Pumpe zirkuliert werden, in einer Art und Weise, welche von einem Fachmann basierend auf der Lehre hierin ausgelegt und durchgeführt werden kann. Ein Ventilator kann an dem Kühler montiert sein, um Wärme abzuführen. Wenn sich das Fahrzeug bewegt, kann es sein, dass der Betrieb des Ventilators nicht notwendig ist.
Die Steuer- bzw. Regelungseinheit (4) versorgt die thermoelektrische Vorrichtung selektiv mit elektrischem Strom und verändert die Polarität des Stromes, so dass eine der Oberflächen der thermoelektrischen Vorrichtung Wärme in einem Kühlmodus absorbiert, und die andere Oberfläche Wärme in einem Heizmodus absorbiert (vergleiche die Oberflächen in 1 und 2). Die Steuereinheit steuert ferner die Eingangsspannung der Pumpe, so dass die Durchflussmenge in der Wasserkühlleitung in dem Kühlmodus größer ist als in dem Heizmodus, und/oder erhöht die Eingangsspannung des Ventilators, wodurch die Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtung erhöht wird. Die Steuereinheit steuert ferner die Durchflussmenge in der Luftkühlleitung, so dass diese in dem Heizmodus größer ist als in dem Kühlmodus.
Die Korrelation zwischen der Erhöhung der Durchflussmenge und der Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtung wird mit Bezug auf 3 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, steigt die Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtung linear an, wenn die Durchflussmenge in der Wasserkühlleitung in dem Kühlmodus erhöht wird. Umgekehrt steigt die Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtung bei niedrigen Durchflussmengen abrupt an, wenn die Durchflussmenge in der Wasserkühlleitung in dem Heizmodus erhöht wird; aber wenn die Wasser-Durchflussmenge einen Grenzwert überschreitet, bewirkt eine Erhöhung der Wasser-Durchflussmenge kaum einen Anstieg der Effizienz der thermoelektrischen Vorrichtung. Dies liegt an den Eigenschaften der thermoelektrischen Vorrichtung, wie für den Fachmann verständlich. D. h., da die von der thermoelektrischen Vorrichtung in dem Kühlmodus erzeugte Wärmemenge größer ist als in dem Heizmodus, steigt die Kühlleistung mit einer Erhöhung der Wasser-Durchflussmenge abrupt an. Umgekehrt ist die durch die thermoelektrische Vorrichtung in dem Heizmodus absorbierte Wärmemenge klein, so dass die Kühlleistung abrupt ansteigt, selbst wenn die Wasser-Durchflussmenge relativ klein ist.
Eine als Beispiel dienende Steuerlogik der Klimaanlage wird mit Bezug auf 4 beschrieben.
Die Steuereinheit detektiert, ob die Klimaanlage in einem Kühlmodus oder in einem Heizmodus ist, und bestimmt entsprechend die Durchflussmenge, welche für die Luftkühlleitung oder die Wasserkühlleitung benötigt wird, so dass eine angemessene Strömung von Luft oder Wasser in die jeweilige Leitung eingespeisst wird. Wenn die Durchflussmenge des Wassers in dem jeweiligen Modus bestimmt ist, berechnet die Steuereinheit die gewünschte Eingangsspannung der Pumpe und des Ventilators und legt die erforderliche Spannung an. Ferner wird gemäß dem Klimaanlagen-Modus und der benötigten Temperatur die Strom-Polarität und die Eingangsspannung berechnet, welche an die beiden Oberflächen der thermoelektrischen Vorrichtung angelegt werden, so dass die Spannung an die thermoelektrische Vorrichtung angelegt wird. In der Steuerlogik wird die Durchflussmenge von Wasser/Luft, welche der Klimatisierungsleitung oder der Wasserkühlleitung zugeführt werden, wie oben beschrieben bestimmt.
Wie oben beschrieben, nützt die als Beispiel dienende Vorrichtung die thermoelektrische Vorrichtung für sowohl den Kühlmodus als auch den Heizmodus effizient aus.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum illustrativen Zweck offenbart wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Klimaanlage, aufweisend: eine thermoelektrische Vorrichtung, eine erste Leitung, welche derart konfiguriert ist, dass ein erstes Fluid darin Wärme mit einer ersten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann, und welche konfiguriert ist, um das erste Fluid zu einem Raum zu fördern, eine zweite Leitung, welche derart konfiguriert ist, dass ein zweites Fluid darin Wärme mit einer zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann und durch eine Wärmesenke strömen kann, um weiter Wärme auszutauschen, und eine Steuereinheit zum Versorgen der thermoelektrischen Vorrichtung mit elektrischem Strom, so dass in einem Kühlmodus die erste Oberfläche Wärme absorbiert und in einem Heizmodus die zweite Oberfläche Wärme absorbiert, und zum Steuern der Durchflussmenge des zweiten Fluids, so dass die Durchflussmenge in dem Kühlmodus größer ist als in dem Heizmodus.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner einen Ventilator steuert, welcher an der Wärmesenke bereitgestellt ist, so dass der Ventilator die Wärmesenke in dem Kühlmodus stärker kühlt als in dem Heizmodus.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit ferner die Durchflussmenge des ersten Fluids steuert, so dass die Durchflussmenge des ersten Fluids in dem Heizmodus größer ist als in dem Kühlmodus.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Fluid ein flüssiges Kühlmittel aufweist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Leitung mit einer Pumpe verbunden ist und konfiguriert ist, um es dem zweiten Fluid zu ermöglichen, zwischen der thermoelektrischen Vorrichtung und der Pumpe zu zirkulieren.
Klimaanlage gemäß Anspruch 4, wobei das zweite Fluid Wasser aufweist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei das erste Fluid ein gasförmiges Kühlmittel aufweist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 7, wobei das erste Fluid Luft aufweist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei der Raum ein Fahrzeugfahrgastraum ist.
Klimaanlage gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmesenke einen Fahrzeugkühler aufweist.
Klimaanlage, aufweisend: eine thermoelektrische Vorrichtung, eine erste Leitung, welche derart konfiguriert ist, dass Luft darin Wärme mit einer ersten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann, und welche konfiguriert ist, um die Luft zu einem Raum zu fördern, eine zweite Leitung, welche derart konfiguriert ist, dass Wasser darin Wärme mit einer zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung austauschen kann und durch eine Wärmesenke strömen kann, um weiter Wärme auszutauschen, und eine Steuereinheit zum Versorgen der thermoelektrischen Vorrichtung mit elektrischem Strom, so dass in einem Kühlmodus die erste Oberfläche Wärme absorbiert und in einem Heizmodus die zweite Oberfläche Wärme absorbiert, und zum Steuern der Wasser-Durchflussmenge, so dass die Durchflussmenge in dem Kühlmodus größer ist als in dem Heizmodus.