-
Für die Anmeldung wird die Priorität der am 4. Oktober 2010 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2010-0096458 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
-
Die Erfindung betrifft eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges, und insbesondere eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges, bei welcher ein aus Thermoelementen zusammengesetzter Wärmetauscherkern angeordnet ist, um das Elektrofahrzeug zu kühlen und zu beheizen.
-
Im Allgemeinen ist eine Klimaanlage, die auch als System zur Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HVAC) bekannt ist, in einem Fahrzeug installiert, um eine angenehme Umgebung für Fahrer und Insassen zu schaffen, indem eine Vielzahl von Klimafunktionen, wie Lüftung, Kühlung und Heizung, in einem Fahrgastraum in Reaktion auf eine Betätigung durch den Fahrer durchgeführt werden. Ein solches HVAC-System kann von dem Fahrer oder dem Insassen durch Steuerungen betrieben werden, die unterhalb und rechts von einem Lenkrad vorgesehen sind. Das HVAC-System kann auch durch Einstellen einer Lüftungspassage oder Betreiben eines Klimakompressors betrieben werden, indem eine automatische Temperatursteuereinrichtung betätigt wird.
-
Mit Bezug auf 1, die eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Klimaanlage eines Fahrzeuges zeigt, wird eine Lüftungspassage für die durch einen Klimaverdampfer hindurchtretende Luft beschrieben. Eine Lufteinlassklappe 100 bestimmt, ob Innenluft oder Außenluft die Quelle der einzublasenden Luft ist. Ein Gebläse 101 ist derart konfiguriert, dass es die durch die Lufteinlassklappe 100 hindurchtretende Luft zwangsläufig in einen Fahrgastraum des Fahrzeuges bläst. Der Klimaverdampfer 106 ist derart vorgesehen, dass die von dem Gebläse 101 eingeführte Luft durch diesen hindurchtritt. Eine Luftmischklappe 103 ist derart konfiguriert, dass sie die Menge der Luft regelt, die in Richtung zu einem Heizkörper 102 geblasen wird. Luftführungskanäle 104 und Lufteinlässe 105 sind derart konfiguriert, dass sie die durch den Klimaverdampfer 106 und den Heizkörper 102 hindurchtretende Luft zu einzelnen Bereichen des Fahrzeuges führen.
-
In ausführlicher Beschreibung der Strömung der Luft, die über die Lüftungspassage in den Fahrgastraum des Fahrzeuges geführt wird, nimmt das Gebläse 101 die Luft von der Luftquelle auf, die von der Lufteinlassklappe 100 ausgewählt wird, und bläst zwangsläufig die Luft ein, so dass die eingeblasene Luft während des Hindurchtretens durch den Verdampfer 106 der Klimaanlage abgekühlt wird, bevor sie in den Fahrgastraum des Fahrzeuges eingeführt wird.
-
Nachdem die Luft durch den Verdampfer 106 der Klimaanlage hindurchgetreten ist, wird sie über die Luftführungskanäle 104 und die Lufteinlässe 105 in den Fahrgastraum des Fahrzeuges eingeführt, nachdem sie wahlweise in Abhängigkeit von dem Zustand der Luftmischklappe 103 durch den Heizkörper 102 hindurchgetreten ist. Die durch den Heizkörper 102 hindurchgetretene Luft und die durch den Heizkörper 102 nicht hindurchgetretene Luft werden in einer Mischzone 107 vermischt, so dass die Mischluft auf eine vorbestimmte Temperatur gewandelt wird. Danach wird die resultierende Luft über die Luftführungskanäle 104 und die Lufteinlässe 105 in den Fahrgastraum des Fahrzeuges eingeführt.
-
Daher steigt, wenn sich die Menge der durch den Heizkörper 102 hindurchtretenden Luft erhöht, die Temperatur der in den Fahrgastraum des Fahrzeuges eingeführten Luft dementsprechend an. Wie oben beschrieben, dient die Luftmischklappe 103 im Wesentlichen zur Steuerung der Temperatur der in den Fahrgastraum des Fahrzeuges eingeführten Luft.
-
Natürlich ist es möglich, Luft mit einer vorbestimmten Temperatur in den Fahrgastraum des Fahrzeuges einzuführen oder die Luftzufuhr durch Steuerung des Grades der Öffnung und Schließung der Lufteinlässe und des Betriebs des Klimakompressors zu regeln, während die Hauptluftdurchgänge geregelt werden. Die Lufteinlässe 105 sind im Allgemeinen derart konfiguriert, dass sie die Luft in drei Richtungen, d. h. in Richtung zu den Füßen, der Brust und dem Kopf des Fahrers oder des Insassen blasen.
-
Die herkömmliche Klimaanlage eines Fahrzeuges, die derart konfiguriert ist, dass sie die Temperatur des Fahrgastraumes des Fahrzeuges steuert, betätigt einen Kühler oder eine Heizung, um den Fahrgastraum des Fahrzeuges zu kühlen oder zu heizen, wenn Steuerungen betrieben werden, die an einem Abschnitt eines Armaturenbrettes unterhalb und rechts von einem Lenkrad vorgesehen sind.
-
Bei einer solchen kombinierten Klimaanlage eines Fahrzeuges wird Motorkühlmittel der Heizung des Fahrzeuges erwärmt, und die von dem Gebläse 101 aufgenommene Luft erreicht während des Hindurchtretens durch den in einem Kühlmittelzirkulationspfad vorgesehenen Heizkörper 102 eine zum Heizen erforderliche Wärme.
-
Jedoch ist in dem Falle, in dem die herkömmliche Klimaanlage eines Fahrzeuges bei einem Elektrofahrzeug angewendet werden soll, das kein Motorkühlmittel benötigt, die Durchführung des Heizens mit der existierenden HVAC-Struktur schwierig. Es gibt auch Probleme dadurch, dass die Installation des Heizkörpers 102 schwierig ist. Außerdem ist in dem Falle, in dem nur ein Thermoelement verwendet wird, die Fähigkeit zur Erhöhung der Kühlungseffizienz begrenzt.
-
Mit der Erfindung wird eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges geschaffen, die bei Elektrofahrzeugen angewendet werden kann und bei der die Kühlungs- und Heizungseffizienz mittels eines Heizungsrohres erhöht wird.
-
Gemäß der Erfindung weist eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges eine Gebläse-Einheit, eine Temperatursteuereinrichtung, ein Heizungsrohr und eine Kühlungspassage auf. Die Gebläse-Einheit nimmt ein Gebläse darin auf, um eingeführte Luft zwangsläufig zu blasen. Die Temperatursteuereinrichtung ist mit der Gebläse-Einheit verbunden, um die von der Gebläse-Einheit geblasene Luft aufzunehmen. Ein Wärmetauscherkern mit einem Thermoelement ist in der Temperatursteuereinrichtung angeordnet. Das Heizungsrohr überträgt Wärme. Das eine Ende des Heizungsrohres steht mit einer Fläche des Thermoelements in Kontakt. Wärmeableitungsrippen sind an dem anderen Ende des Heizungsrohres angeordnet. Die Kühlungspassage nimmt die Wärmeableitungsrippen des Heizungsrohres darin auf. Kühlmittel fließt in der Kühlungspassage derart, dass es einen Wärmeaustausch mit den Wärmeableitungsrippen durchführt.
-
Die Kühlungs- und Heizungsvorrichtung kann eine Mehrzahl der Heizungsrohre aufweisen.
-
Der Wärmetauscherkern kann an dem einen Ende des Heizungsrohres angeordnet sein. Der Wärmetauscherkern kann eine Mehrzahl von Thermoelementen, von denen jeweils die eine Fläche mit einer Außenfläche des Heizungsrohres in Kontakt steht, Wärmetauscherrippen, die mit der jeweils anderen Fläche der Thermoelemente in Kontakt stehen, und einen Isolator aufweisen, der zwischen dem Heizungsrohr und den Wärmetauscherrippen angeordnet ist, um die Thermoelemente zu halten.
-
Die Kühlungspassage kann eine Umwälzpumpe zum Zirkulieren des Kühlmittels, und einen Wasserkühlungslüfter zum Blasen von Außenluft zu dem von der Umwälzpumpe zirkulierten Kühlmittel aufweisen.
-
Eine Wärmetauscherkammer kann zwischen der Umwälzpumpe und dem Wasserkühlungslüfter vorgesehen sein, und die Wärmeableitungsrippen können in der Wärmetauscherkammer angeordnet sein.
-
Der Wasserkühlungslüfter kann in einem Wasserkühlungs-Wärmetauscher angeordnet sein, und die Wärmeableitungsrippen können in einem unteren Verteilerstück des Wasserkühlungs-Wärmetauschers angeordnet sein.
-
Die Wärmeableitungsrippen können höher als der Wärmetauscherkern positioniert sein.
-
Die Temperatursteuereinrichtung kann ferner eine Ablaufleitung aufweisen, die von dem Wärmetauscherkern erzeugte Feuchtigkeit aus dem Fahrzeug herausführt.
-
Mit der Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß der Erfindung kann wahlweise ein Kühlen oder Heizen in einem Elektrofahrzeug mittels des aus Thermoelementen zusammengesetzten Wärmetauscherkerns durchgeführt werden.
-
Außerdem wird, da das Heizungsrohr mit den Thermoelementen verbunden ist, beim Kühlen Wärme aus der Temperatursteuereinrichtung schnell abgeführt, und beim Heizen kalte Luft aus der Temperatursteuereinrichtung schnell abgeführt, wodurch die Kühlungs- und Heizungseffizienz verbessert wird.
-
Darüber hinaus wird die Kühlungs- und Heizungseffizienz dadurch verbessert, dass mittels der Kühlungspassage, durch welche das Kühlmittel fließt, ein Wärmeaustausch an den Wärmetauscherrippen, die an dem Heizungsrohr vorgesehen sind, wirksam durchgeführt wird.
-
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Klimaanlage eines Fahrzeuges;
-
2 eine Ansicht einer Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
-
3 einen Schnitt eines Wärmetauscherkerns der Kühlungs- und Heizungsvorrichtung aus 2; und
-
4 eine Ansicht einer Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
-
Wie in den 2 und 3 gezeigt, weist eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Gebläse-Einheit 10, eine Temperatursteuereinrichtung 20, ein Heizungsrohr 40 und eine Kühlungspassage 50 auf. Ein Gebläse 11 ist in der Gebläse-Einheit 10 angeordnet. Die Temperatursteuereinrichtung 20 steht mit der Gebläse-Einheit 10 in Verbindung. Wärmetauscherkerne 30 sind in der Temperatursteuereinrichtung 20 angeordnet. Das eine Ende des Heizungsrohres 40 steht mit den Wärmetauscherkernen 30 in Kontakt. Wärmeableitungsrippen 41 sind an dem anderen Ende des Heizungsrohres 40 vorgesehen. Die Wärmeableitungsrippen 41 sind in der Kühlungspassage 50 aufgenommen, durch welche Kühlmittel hindurchfließt.
-
Die Gebläse-Einheit 10 weist auch eine Lufteinlassklappe 12 auf, die bestimmt, ob Innenluft oder Außenluft die Quelle der einzublasenden Luft ist. Das Gebläse 11 bläst zwangsläufig die über die Lufteinlassklappe 12 eingeführte Luft zu der Temperatursteuereinrichtung 20.
-
Ein Abschnitt der Temperatursteuereinrichtung 20 steht mit der Gebläse-Einheit 10 derart in Verbindung, dass er die von der Gebläse-Einheit 10 zwangsläufig eingeblasene Luft aufnimmt, und die Wärmetauscherkerne 30 sind in der Temperatursteuereinrichtung 20 angeordnet. Die Temperatursteuereinrichtung 20 ist auch mit einem Luftführungskanal 21 oder einer Luftöffnung 22 derart verbunden, dass die durch die Wärmetauscherkerne 30 hindurchgetretene Luft zu einzelnen Abschnitten des Fahrzeuges geführt werden kann. Außerdem ist eine Ablaufleitung 23, die von den Wärmetauscherkernen 30 erzeugte Feuchtigkeit aus dem Fahrzeug herausführt, in einem unteren Abschnitt der Temperatursteuereinrichtung 20 vorgesehen.
-
Jeder Wärmetauscherkern 30 weist Thermoelemente 31 auf, die an dem Heizungsrohr 40 derart angebracht sind, dass erste Flächen 31a davon mit dem Außenumfang des Heizungsrohres 40 in Kontakt steht. Wärmetauscherrippen 32 stehen mit zweiten Flächen 31b der Thermoelemente 31 in Kontakt, die entgegengesetzt zu den ersten Flächen 31a liegen. Ein Isolator 33 ist zwischen dem Heizungsrohr 40 und den Wärmetauscherrippen 32 derart angeordnet, dass er die Thermoelemente 31 hält.
-
Das Heizungsrohr 40 ist eine Leitung, die im Allgemeinen zur Wärmeübertragung verwendet wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, dass eine Mehrzahl von Heizungsrohren paarweise angeordnet sind. Das Heizungsrohr 40 hat im Allgemeinen die Form einer Rohrleitung mit einem kreisförmigen Querschnitt.
-
Die Kühlungspassage 50 ist derart konfiguriert, dass Kühlmittel durch die Innenseite davon zirkuliert. In der Kühlungspassage 50 zirkuliert eine Umwälzpumpe 51 das Kühlmittel, und ein Wärmetauscher 53 ist in dem Abschnitt vorgesehen, in dem ein Wasserkühlungslüfter 52 angeordnet ist, der Außenluft zu dem zirkulierenden Kühlmittel bläst. Außerdem ist eine Wärmetauscherkammer 54 zwischen der Umwälzpumpe 51 und dem Wärmetauscher 53 angeordnet. Die Wärmetauscherkammer 54 nimmt darin das andere Ende des Heizungsrohres 40 auf, an dem die Wärmeableitungsrippen 41 montiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen kann es bevorzugte sein, dass die Wärmeableitungsrippen 41 höher als die Wärmetauscherkerne 30 positioniert sind, so dass die Wärme wirksam übertragen werden kann. Der Wärmetauscher 53 hat eine typische Struktur, bei der eine Mehrzahl von Wärmeableitungsrippen 53c in einer Passage vorgesehen sind, die ein oberes Verteilerstück 53a mit einem unteren Verteilerstück 53b derart verbindet, dass das Kühlmittel durch diese hindurchfließen kann.
-
Bei der Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges mit der oben beschriebenen Konfiguration wird, wenn der Fahrgastraum des Fahrzeuges gekühlt werden soll, die Richtung des durch die Thermoelemente 31 fließenden Stromes derart gesteuert, dass die zweiten Flächen 31b kalt werden, jedoch die ersten Flächen 31a heiß werden. Der Niedrigtemperaturzustand der zweiten Flächen 31b wird an die Wärmetauscherrippen 32 übertragen, die wiederum die Innenseite der Temperatursteuereinrichtung 20 in einem Niedrigtemperaturzustand halten. Die von den ersten Flächen 31a erzeugte Wärme wird an das Heizungsrohr 40 übertragen. Die an den einen Abschnitt des Heizungsrohres 40 übertragene Wärme wird an die Wärmeableitungsrippen 41 übertragen, die an dem anderen Ende des Heizungsrohres 40 angeordnet sind, und wird einem Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel unterzogen, das in der Kühlungspassage 50 zirkuliert. Das Kühlmittel wird von der Umwälzpumpe 51 derart angetrieben, dass es durch die Innenseite der Kühlungspassage 50 hindurch zirkuliert. Während das Kühlmittel durch den Wärmetauscher 53 hindurchtritt, wird die von den Wärmeableitungsrippen 41 übertragene Wärme durch die von dem Wasserkühlungslüfter 52 zwangsläufig geblasene Außenluft nach außen abgeführt. Da die Kühlungs- und Heizungsvorrichtung durch Wiederholen des oben beschriebenen Vorgangs Warme von den an einer Mehrzahl von Heizungsrohren 40 angeordneten Wärmeableitungsrippen 41 abführen kann, können die in der Temperatursteuereinrichtung 20 angeordneten Wärmetauscherkerne 30 ein verbessertes Kühlungs- und Heizungsvermögen haben.
-
Wenn die Gebläse-Einheit 10 in diesem Zustand betrieben wird, wird die zwangsläufig geblasene Luft gekühlt, während sie durch die Wärmetauscherkerne 30 hindurchtritt. Die gekühlte Luft wird folglich über den Luftführungskanal 21 oder die Luftöffnung 22 zu einzelnen Bereichen des Fahrgastraumes ausgelassen.
-
Außerdem wird, wenn der Fahrgastraum des Fahrzeuges beheizt werden soll, die Richtung des durch die Thermoelemente 31 fließenden Stromes entgegengesetzt zu der Richtung des Stromes gesteuert, der bei der Kühlung des Fahrgastraumes des Fahrzeuges durch die Thermoelemente 31 fließt, so dass die zweiten Flächen 31b heiß werden, jedoch die ersten Flächen 31a kalt werden. Der Hochtemperaturzustand der zweiten Flächen 31b wird an die Wärmetauscherrippen 32 übertragen, die wiederum die Innenseite der Temperatursteuereinrichtung 20 in einem Hochtemperaturzustand halten. Der Niedrigtemperaturzustand der ersten Flächen 31a absorbiert Wärme von dem Heizungsrohr 40, was wiederum die Temperatur der Wärmeableitungsrippen 41 an dem anderen Ende des Heizungsrohres 40 verringert. Demzufolge werden die Wärmeableitungsrippen 41 einem Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel unterzogen, das in der Kühlungspassage 50 zirkuliert. Das Kühlmittel führt einen Wärmeaustausch mit den Wärmeableitungsrippen 41 durch, während es von der Umwälzpumpe 51 durch die Kühlungspassage 50 hindurch zirkuliert wird. Da die Kühlungs- und Heizungsvorrichtung durch Wiederholen des oben beschriebenen Vorgangs kalte Luft von den an einer Mehrzahl von Heizungsrohren 40 angeordneten Wärmeableitungsrippen 41 erzeugen kann, können die in der Temperatursteuereinrichtung 20 angeordneten Wärmetauscherkerne 30 ein verbessertes Kühlungs- und Heizungsvermögen haben.
-
Wenn der Wasserkühlungslüfter 52 in diesem Zustand betrieben wird, wird die zwangsläufig geblasene Luft erwärmt, während sie durch die Wärmetauscherkerne 30 hindurchtritt. Die erwärmte Luft wird folglich über den Luftführungskanal 21 oder die Luftöffnung 22 zu einzelnen Bereichen des Fahrgastraumes ausgelassen.
-
Gleichermaßen ist, wie in 4 gezeigt, eine Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung derart konfiguriert, dass das andere Ende des Heizungsrohres 40 in dem unteren Verteilerstück 53b der Wärmetauschers 53 angeordnet ist und die Wärmeableitungsrippen 41 an dem anderen Ende des Heizungsrohres 40 vorgesehen sind. Mit der Ausnahme, dass das andere Ende des Heizungsrohres 40 in dem unteren Verteilerstück 53b anstatt in der Wärmetauscherkammer 54 vorgesehen ist, hat die in 4 gezeigte Ausführungsform dieselbe Struktur und Wirkungsweise wie die zuvor genannte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. In der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die Wärmetauscherkammer 54 weggelassen.
-
Wie oben beschrieben, wird mit der Kühlungs- und Heizungsvorrichtung eines Elektrofahrzeuges gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung die Wärme über die an dem Heizungsrohr 40 vorgesehenen Wärmeableitungsrippen 41 wirksam abgeführt, so dass die Kühlungseffizienz durch die Wärmetauscherkerne 30 verbessert werden kann.
-
Außerdem kann, da die Wärmeableitungsrippen 41 höher als die Wärmetauscherkerne 30 positioniert sind, Hochtemperaturwärme leicht an die Wärmeableitungsrippen 41 übertragen. und von diesen abgeführt werden.
-
Zur Vereinfachung der Beschreibung und genauen Definition der beigefügten Ansprüche werden die Begriffe „oben”, „unten”, „innen”, „außen” usw. verwendet, um die Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen in Bezug auf deren Positionen in den Figuren zu beschreiben.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- KR 10-2010-0096458 [0001]
