DE112013001908T5 - Temperaturregelsysteme mit thermoelektrischen Vorrichtungen - Google Patents

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Todd Robert Barnhart
Marco Ranalli
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Abstract

Temperaturregelsysteme und Verfahren können so konstruiert werden, dass sie das Innenklima eines Fahrzeugs oder sonst das Klima eines anderen gewünschten Bereichs regeln. Das Temperaturregelsystem für ein Fahrzeug kann ein thermoelektrisches System aufweisen, das eine Heizung und/oder Kühlung bereitstellt, einschließlich einer Zusatzheizung und/oder -kühlung. Das thermoelektrische System kann thermische Energie zwischen einem Arbeitsfluid, wie zum Beispiel einem flüssigen Kühlmittel, und Komfortluft bei Anlegen eines elektrischen Stroms einer ausgewählten Polarität übertragen. Das thermoelektrische System kann die von einem Verbrennungsmotor oder einer anderen primären Wärmequelle gelieferte Wärme ergänzen oder ersetzen. Das thermoelektrische System kann auch die von einem kompressorbasierten Kühlsystem oder einer anderen primären kalten Energiequelle gelieferte kalte Energie ergänzen oder ersetzen.

Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/620,350, eingereicht am 4. April 2012, der US-Patentanmeldung Nr. 13/802,201, eingereicht am 13. Mai 2013 und der US-Patentanmeldung Nr. 13/802,050, eingereicht am 13. März 2013. Auf den gesamten Offenbarungsgehalt einer jeden dieser Anmeldungen wird hiermit Bezug genommen und in die vorliegende Beschreibung mit einbezogen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Temperaturregelung und auf Temperaturregelsysteme und -verfahren, die eine thermoelektrische Vorrichtung enthalten.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs wird typischerweise mit einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik(HLK)-System beheizt und gekühlt. Das HLK-System richtet einen Strom von Komfortluft durch einen Wärmetauscher zum Heizen oder Kühlen der Komfortluft, bevor diese in die Fahrgastzelle strömt. In dem Wärmetauscher wird Energie zwischen der Komfortluft und einem Kühlmittel, wie zum Beispiel einem Wasser-Glykol-Kühlmittel, übertragen. Die Komfortluft kann sich aus der Umgebungsluft oder einer Mischung aus der Fahrgastzelle rezirkulierter und Umgebungsluft speisen. Energie zum Heizen und Kühlen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs wird typischerweise von einem mit Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine, geliefert.
  • Einige automotive HLK-Architekturen enthalten eine PTC-Widerstand-Heizvorrichtung, die eine zusätzliche Heizung der in die Fahrgastzelle strömenden Luft vorsieht. Bestehende automotive PTC-Vorrichtungs-HLK-Architekturen leiden an verschiedenen Nachteilen.
  • Zusammenfassung
  • Hier beschriebene Ausführungsformen haben mehrere Merkmale, von denen ein einziges nicht allein für die wünschenswerten Eigenschaften verantwortlich ist. Ohne Einschränkung des Umfangs der Erfindung, wie er in den Ansprüchen ausgedrückt ist, folgt nun eine kurze Erörterung der vorteilhaften Merkmale.
  • Bestimmte offenbarte Ausführungsformen enthalten Systeme und Verfahren zum Regeln des Innenklimas eines Fahrzeugs oder sonst des Klimas eines anderen gewünschten Bereichs. Einige Ausführungsformen sehen ein Temperaturregelsystem für ein Fahrzeug vor, bei dem ein thermoelektrisches System für die zusätzliche Heizung und/oder Kühlung sorgt. Das thermoelektrische System kann thermische Energie zwischen einem Arbeitsfluid, wie zum Beispiel einem flüssigen Kühlmittel, und Komfortluft übertragen, nachdem ein elektrischer Strom einer gewünschten Polarität angelegt wurde. In manchen Ausführungsformen ergänzt oder ersetzt das thermoelektrische System die von einem Verbrennungsmotor oder einer anderen primären Wärmequelle gelieferte Wärme. Das thermoelektrische System kann auch von einem kompressorbasierten Kühlsystem oder einer anderen primären Kaltenergiequelle gelieferte kalte Energie ergänzen oder ersetzen.
  • Bestimmte offenbarte Ausführungsformen enthalten Systeme und Verfahren zum Kühlen bei einem stillstehenden oder ausgeschalteten Verbrennungsmotor. Der Kühlbetriebsmodus mit ausgeschaltetem Motor kann dazu verwendet werden, über einen begrenzten Zeitraum während einer Motorleerlaufabschaltung eine komfortable Fahrgastzelle beizubehalten. In diesem Betriebsmodus ist der Verdampfer nicht in Betrieb, da der Verbrennungsmotor abgeschaltet wurde. Die von der thermischen Trägheit im Kühlmittel und dem thermoelektrischen Modul gelieferte Kühlung kann es ermöglichen, dass der Motor abgeschaltet wird und Kraftstoff gespart wird, während die Fahrgastzelle immer noch gekühlt werden kann.
  • Bestimmte offenbarte Ausführungsformen enthalten Systeme und Verfahren für eine Heizung bei stillstehendem oder abgeschaltetem Verbrennungsmotor. Der Heizungsbetriebsmodus mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor kann dazu verwendet werden, über einen begrenzten Zeitraum während einer Motorleerlaufabschaltung immer noch eine komfortable Fahrgastzellentemperatur aufrechtzuerhalten. Die von dem thermoelektrischen Modul gelieferte Wärme, die thermische Trägheit im Kühlmittel und die thermische Trägheit im Motorblock ermöglicht es dem System, die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu beheizen, während es ermöglicht wird, dass der Verbrennungsmotor abgeschaltet und Kraftstoff gespart wird.
  • Offenbarte Ausführungsformen enthalten Systeme zum Heizen und Kühlen des Innenklimas eines Fahrzeuges. In manchen Ausführungsformen enthält ein System zum Regeln der Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs einen Hauptfluidkanal und eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen, die wirksam mit dem Hauptfluidkanal verbunden sind. Die thermoelektrischen Vorrichtungen können mindestens ein thermoelektrisches Element enthalten, das dazu konfiguriert ist, bei Anlegen einer elektrischen Energie in einer ersten Polarität in dem Hauptfluidkanal strömendes Fluid zu heizen und bei Anlegen der elektrischen Energie in einer zweiten Polarität das Fluid zu kühlen. Die thermoelektrischen Vorrichtungen können in mehrere thermische Zonen unterteilt werden. Die mehreren thermischen Zonen können eine erste thermische Zone enthalten, die mit einer ersten elektrischen Schaltung verbunden ist, die zwischen der ersten Polarität und der zweiten Polarität umschaltbar ist, und eine zweite thermische Zone kann mit einer zweiten elektrischen Schaltung verbunden sein, die zwischen der ersten Polarität und der zweiten Polarität unabhängig von der Polarität der ersten elektrischen Schaltung umschaltbar ist.
  • Das System kann einen ersten Wärmetauscher enthalten, der im Hauptfluidkanal angeordnet und mit einer oder mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen thermisch verbunden ist. Als ein Beispiel kann der Hauptfluidkanal mit einer einzigen thermoelektrischen Vorrichtung verbunden sein, wobei eine erste Hauptoberfläche in der ersten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung und ein zweiter Wärmetauscher im Hauptfluidkanal angeordnet und mit einer zweiten Hauptoberfläche in der zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung thermisch verbunden ist. Das System kann aufweisen: einen Arbeitsfluidkanal; einen dritten Wärmetauscher, der im Arbeitsfluidkanal angeordnet und thermisch mit einer ersten Abwärmeoberfläche in der ersten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden ist; und einen vierten Wärmetauscher, der in dem Arbeitsfluidkanal angeordnet und mit einer zweiten Abwärmeoberfläche in der zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden ist. Die thermoelektrische Vorrichtung kann dazu konfiguriert sein, thermische Energie zwischen der ersten Hauptoberfläche und der ersten Abwärmeoberfläche in der ersten thermischen Zone zu übertragen und thermische Energie zwischen der zweiten Hauptoberfläche und der zweiten Abwärmeoberfläche in der zweiten thermischen Zone zu übertragen.
  • Das System kann eine Steuerung enthalten, die dazu konfiguriert ist, das System in einem oder mehreren verfügbaren Betriebsmodi zu betreiben, indem die Polarität der ersten elektrischen Schaltung und die Polarität der zweiten elektrischen Schaltung gesteuert wird. Die mehreren verfügbaren Betriebsmodi können einen Demist-Betriebsmodus (zum Klären beschlagener Scheiben), einen Heizbestriebsmodus und einen Kühlbetriebsmodus enthalten. Die Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die erste elektrische Schaltung in der zweiten Polarität und die zweite elektrische Schaltung in der ersten Polarität einer oder mehrerer thermoelektrischer Vorrichtungen unabhängig zu betreiben, wenn mindestens eine thermoelektrische Vorrichtung in dem Demist-Betriebsmodus betrieben wird.
  • Das System kann einen ersten Arbeitsfluidkreislauf, der mit einer ersten Abwärmeoberfläche in der ersten thermischen Zone einer oder mehrerer der thermoelektrischen Vorrichtungen thermisch verbunden ist, und einen zweiten Arbeitsfluidkreislauf enthalten, der von dem ersten Arbeitsfluidkreislauf unabhängig ist, wobei der zweite Arbeitsfluidkreislauf mit einer zweiten Abwärmeoberfläche in der zweiten thermischen Zone einer oder mehrerer der thermoelektrischen Vorrichtungen thermisch verbunden ist. Sowohl der erste Arbeitsfluidkreislauf als auch der zweite Arbeitsfluidkreislauf können zwischen einer oder mehreren der thermoelektrischen Vorrichtungen und einer Wärmeableitung oder einer oder mehreren der thermoelektrischen Vorrichtungen und einer Wärmequelle selektiv verbunden werden. Der erste Arbeitsfluidkreislauf kann mit einer Wärmequelle verbunden werden, wenn die erste elektrische Schaltung in die erste Polarität geschaltet wird, und kann mit einer Wärmeableitung verbunden werden, wenn die erste elektrische Schaltung in die zweite Polarität geschaltet wird. Der zweite Arbeitsfluidkeislauf kann mit der Wärmequelle verbunden werden, wenn die zweite elektrische Schaltung in die erste Polarität geschaltet wird, und kann mit einer Wärmeableitung verbunden werden, wenn die zweite elektrische Schaltung in die zweite Polarität geschaltet wird. Das System kann eine Steuerung enthalten, die dazu konfiguriert ist, das System in einem Demist-Betriebsmodus zu betreiben, indem die erste elektrische Schaltung in die zweite Polarität geschaltet wird und die zweite elektrische Schaltung in die erste Polarität geschaltet wird.
  • In manchen Ausführungsformen enthält ein Verfahren zum Liefern temperaturgeregelter Luft an eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs unter der Verwendung eines HLK-Systems ein Betreiben des Systems in einem von mehreren verfügbaren Betriebsmodi zum Liefern eines Luftstroms an die Fahrgastzelle. Die mehreren verfügbaren Betriebsmodi können eine Demist-Betriebsmodus, eine Heizbetriebsmodus und einen Kühlbetriebsmodus enthalten, die in einer oder mehreren Zonen des Fahrzeugs getrennt betreibbar sind. Das Verfahren kann ein Liefern von Luft an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle während des Demist-Betriebsmodus enthalten, indem ein Luftstrom in einen Hauptfluidkanal gerichtet wird; der Luftstrom in dem Hauptfluidkanal durch Entfernen von thermischer Energie aus dem Luftstrom in einer ersten thermischen Zone einer thermoelektrischen Vorrichtung gekühlt wird; und nachfolgend der Luftstrom durch Hinzufügen thermischer Energie an den Luftstrom in einer zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung geheizt wird. Das Verfahren kann das Liefern eines geheizten Luftstroms an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle während des Heizbetriebsmodus enthalten, indem ein Luftstrom in einen Hauptfluidkanal gerichtet wird; und der Luftstrom in dem Hauptfluidkanal durch Hinzufügen thermischer Energie zu dem Luftstrom in der ersten thermischen Zone und der zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung beheizt wird. Das Verfahren kann das Liefern eines gekühlten Luftstroms an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle während des Kühlbetriebsmodus enthalten, indem ein Luftstrom in einen Hauptfluidkanal gerichtet wird und der Luftstrom in dem Hauptfluidkanal dadurch gekühlt wird, dass dem Luftstrom in der ersten thermischen Zone und in der zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung thermische Energie entzogen wird.
  • Das Liefern von Luft kann ein Abziehen von thermischer Energie aus der ersten thermischen Zone mindestens einer der thermoelektrischen Vorrichtungen durch Zirkulieren-Lassen eines ersten Arbeitsfluids zwischen der ersten thermischen Zone und einer Wärmeableitung und Hinzufügen thermischer Energie an die zweite thermische Zone der thermoelektrischen Vorrichtung durch Zirkulieren-Lassen eines zweiten Arbeitsfluids zwischen der zweiten thermischen Zone und einer Wärmequelle enthalten. Sowohl das erste Arbeitsfluid als auch das zweite Arbeitsfluid können ein flüssiges Wärmeübertragungsfluid umfassen. Zum Beispiel kann das erste Arbeitsfluid eine wässrige Lösung umfassen und kann das zweite Arbeitsfluid die gleiche wässrige Lösung aber bei einer anderen Temperatur umfassen.
  • Ein Liefern eines beheizten Luftstroms kann ferner ein Liefern elektrischer Energie mit einer ersten Polarität an eine erste thermische Zone einer thermoelektrischen Vorrichtung und ein Liefern elektrischer Energie mit der gleichen Polarität an die zweite thermische Zone der thermoelektrischen Vorrichtung beinhalten. Die an die thermoelektrische Vorrichtung gelieferte elektrische Energie kann dazu führen, dass thermische Energie von mindestens einem Arbeitsfluid über die thermoelektrische Vorrichtung an den Luftstrom übertragen wird.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines Systems zum Konditionieren von Fahrgastluft in einem Fahrzeug: Vorsehen eines Luftstromkanals; wirksames Verbinden einer oder mehrerer thermoelektrischer Vorrichtungen mit dem Luftstromkanal; Vorsehen mindestens eines Arbeitsfluidkanals in thermischer Kommunikation mit mindestens einer Abwärmeoberfläche einer oder mehrerer thermoelektrischer Vorrichtungen; und Verbinden einer ersten elektrischen Schaltung mit einer ersten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtungen. Die erste elektrische Schaltung kann dazu konfiguriert sein, die elektrische Leistung an die erste thermische Zone selektiv in einer ersten Polarität oder in einer zweiten Polarität zu liefern. Das Verfahren kann ein Verbinden einer zweiten elektrischen Schaltung mit einer zweiten thermischen Zone einer thermoelektrischen Vorrichtung beinhalten. Die zweite elektrische Schaltung kann dazu konfiguriert sein, elektrischen Strom an eine zweite thermische Zone selektiv in der ersten Polarität oder in der zweiten Polarität zu liefern.
  • Das Verfahren kann ein Vorsehen einer Steuerung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, das System mindestens teilweise durch Auswählen der Polarität der ersten elektrischen Schaltung und der Polarität der zweiten elektrischen Schaltung in einer oder mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen zu steuern.
  • Das Verfahren kann ein Konfigurieren des mindestens einen Arbeitsfluidkanals beinhalten, so dass dieser thermische Energie selektiv zwischen mindestens einer thermoelektrischen Vorrichtung und einer Wärmequelle oder einer Wärmeableitung bewegt.
  • Ein wirksames Verbinden einer thermoelektrischen Vorrichtung mit dem Luftstromkanal kann beinhalten: Anordnen eines ersten Wärmetauschers in dem Luftstromkanal; Anordnen eines zweiten Wärmetauschers in dem Luftstromkanal; Verbinden der ersten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtungen mit dem ersten Wärmetauscher; und Verbinden der zweiten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung mit dem zweiten Wärmetauscher. Ein Verbinden der ersten thermischen Zone der thermoelektrischen Vorrichtung mit dem ersten Wärmetauscher kann beinhalten: Verbinden einer Hauptoberfläche in der ersten thermischen Zone mit dem ersten Wärmetauscher, wobei die Hauptoberfläche einer Abwärmeoberfläche in der ersten thermischen Zone gegenüberliegt.
  • In manchen Ausführungsformen weist ein System zum Regeln der Temperatur in mindestens einem Teil einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs auf: einen ersten Fluidkanal; einen zweiten Fluidkanal, der mindestens teilweise durch eine Trennwand von dem ersten Fluidkanal abgetrennt ist; eine Kühlvorrichtung, die zum Kühlen von Luft in dem ersten Fluidkanal wirksam verbunden ist oder sich wirksam sowohl über den ersten Fluidkanal als auch über den zweiten Fluidkanal erstreckt; einen Heizkörper, der zum Heizen von Luft in dem zweiten Fluidkanal wirksam angeschlossen ist; eine thermoelektrische Vorrichtung, die wirksam stromabwärts von dem Heizkörper mit dem zweiten Fluidkanal verbunden ist oder wirksam stromabwärts von der Kühlvorrichtung mit dem ersten Fluidkanal verbunden ist; und einen Strömungsumleitungskanal, der zwischen dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal angeordnet ist, oder Strömungssteuerungsventile, die in dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal angeordnet sind. Der Strömungsumleitungskanal kann dazu konfiguriert sein, selektiv Luft, welche die Kühlvorrichtung in dem ersten Fluidkanal gekühlt hat, an den zweiten Fluidkanal umzuleiten, so dass die Luft an mindestens entweder dem Heizkörper oder der thermoelektrischen Vorrichtung vorbeiströmt, nachdem sie durch den Strömungsumleitungskanal gelangt ist. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, mindestens ein solches System in mindestens einer Kühlbetriebsart, einen Heizbetriebsmodus und einen Demist-Betriebsmodus zu betreiben. Die Steuerung kann veranlassen, dass der Strömungsumleitungskanal die Luft während des Demist-Betriebsmodus von dem ersten Fluidkanal zum zweiten Fluidkanal umleitet.
  • Der Strömungsumleitungskanal kann eine Umleitungsmischklappe, ein Umleitungselement und/oder Strömungssteuerungsventile enthalten, die dazu konfiguriert sind, zwischen mindestens einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu drehen. Luft kann von dem ersten Fluidkanal zum zweiten Fluidkanal umgeleitet werden, wenn die Umleitungsmischklappe oder das Strömungsumleitungselement in der offenen Position ist. Es kann Luft ermöglicht werden, ohne Umleitung durch den ersten Fluidkanal zu strömen, wenn die Umleitungsmischklappe oder das Strömungsumleitungselement in der geschlossenen Position sind. Eine ähnliche Umleitung von Luft kann dadurch erreicht werden, dass die in dem ersten Fluidkanal und dem zweiten Fluidkanal angeordneten Strömungssteuerungsventile selektiv geöffnet werden.
  • Das System kann eine Einlasskanalauswahlvorrichtung beinhalten, die dazu konfiguriert ist, mindestens einen Teil der in das System einströmenden Luft in mindestens entweder den ersten Fluidkanal oder den zweiten Fluidkanal zu richten. Die Einlasskanalauswahlvorrichtung kann dazu konfiguriert sein, den Luftstrom in den zweiten Fluidkanal zu richten, und die thermoelektrische Vorrichtung kann dazu konfiguriert sein, die thermische Energie in dem Heizbetriebsmodus an den Luftstrom zu übertragen. Die Einlasskanalauswahlvorrichtung kann eine Einlassmischklappe aufweisen. Die Einlassmischklappe kann betreibbar sein, sich zwischen einer ersten Position, einer zweiten Position und allen Positionen zwischen der ersten und der zweiten Position zu bewegen. Die Position der Einlassmischklappe kann von der Position der Umleitungsmischklappe unabhängig sein.
  • Während des Demist-Betriebsmodus kann mindestens eine Kühlvorrichtung dem Luftstrom thermische Energie entziehen und kann die thermoelektrische Vorrichtung thermische Energie an den Luftstrom übertragen. Während des Kühlbetriebsmodus kann mindestens eine Kühlvorrichtung dazu konfiguriert sein, thermische Energie von dem Luftstrom zu absorbieren und kann die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert sein, thermische Energie aus dem Luftstrom zu absorbieren.
  • Der Strömungsumleitungskanal kann eine Öffnung aufweisen, die in der Trennwand ausgebildet ist, oder ein Strömungsumleitungselement enthalten. Die Öffnung oder das Strömungsumleitungselement können dazu konfiguriert sein, selektiv versperrt zu werden.
  • Eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen können in mehrere thermische Zonen unterteilt sein, wobei die mehreren thermischen Zonen eine erste thermische Zone aufweisen, die dazu konfiguriert ist, bei Anlegen einer elektrischen Energie in einer ersten Polarität ein in den zweiten Fluidkanal strömendes Fluid zu beheizen und bei Anlegen von elektrischer Energie in einer zweiten Polarität das Fluid zu kühlen, sowie eine zweite thermische Zone, die zwischen der ersten Polarität und der zweiten Polarität schaltbar ist, und zwar unabhängig von der Polarität der an die erste thermische Zone angelegten elektrischen Energie.
  • Einer oder mehrere Heizkörper können mindestens während der Heizbetriebsmodus in thermischer Kommunikation mit einem Antriebsstrangkühlmittel sein. In manchen Ausführungsformen sind Heizkörper mindestens während des Kühlbetriebsmodus nicht in thermischer Kommunikation mit dem Antriebsstrangkühlmittel.
  • Mindestens eine Oberfläche einer oder mehrerer thermoelektrischer Vorrichtungen kann mit einem Wärmetauscher in thermischer Kommunikation mit dem Luftstrom verbunden werden. Die Kühlvorrichtung kann auch mit einem oder mehreren Wärmetauschern in thermischer Kommunikation mit dem Luftstrom verbunden werden.
  • In manchen Ausführungsformen weist ein Verfahren zum Liefern temperaturgeregelter Luft an eine Fahrgastzelle eines Fahrzeugs unter der Verwendung eines HLK-Systems ein Betreiben mindestens eines Teils des Systems in einem von mehreren verfügbaren Betriebsmodi auf, um einen Luftstrom an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle zu liefern. Die mehreren verfügbaren Betriebsmodi können Demist-Betriebsmodi, Heizbetriebsmodi und Kühlbetriebsmodi enthalten. Das Verfahren kann folgendes beinhalten: Liefern von Luft in die Fahrgastzelle während des Demist-Betriebsmodus durch Richten des Luftstroms in mindestens einen ersten Fluidstromkanal; Kühlen des Luftstroms in dem ersten Fluidstromkanal mit einer Kühlvorrichtung; nachfolgend Umleiten des Luftstroms von dem ersten Fluidstromkanal in einen zweiten Fluidstromkanal; und nachfolgend Heizen des Luftstroms in dem zweiten Fluidstromkanal mit einem Heizkörper, mit einer thermoelektrischen Vorrichtung oder sowohl mit dem Heizkörper als auch der thermoelektrischen Vorrichtung. Das Verfahren kann beinhalten: Liefern eines geheizten Luftstroms an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle während des Heizbetriebsmodus durch Richten des Luftstroms in mindestens den zweiten Fluidstromkanal; und Heizen des Luftstroms in den zweiten Fluidstromkanal mit einem Heizkörper, mit einer thermoelektrischen Vorrichtung oder mit sowohl dem Heizkörper als auch der thermoelektrischen Vorrichtung. Das Verfahren kann beinhalten: Liefern eines gekühlten Luftstroms an mindestens einen Teil der Fahrgastzelle während des Kühlbetriebsmodus durch Richten des Luftstroms in mindestens entweder den ersten Fluidstromkanal oder den zweiten Fluidstromkanal und Kühlen des Luftstroms durch Kühlen des Luftstroms in dem ersten Fluidstromkanal mit der Kühlvorrichtung, Kühlen des Luftstroms in dem zweiten Fluidstromkanal mit der thermoelektrischen Vorrichtung, oder Kühlen des Luftstroms in dem ersten Fluidstromkanal mit der Kühlvorrichtung, während der Luftstrom in dem zweiten Fluidstromkanal mit der thermoelektrischen Vorrichtung gekühlt wird.
  • Ein Liefern der Luft während des Kühlbetriebsmodus kann eine Feststellung beinhalten, ob eine erste Energiemenge, die an die thermoelektrische Vorrichtung zu liefern ist, um den Luftstrom unter der Verwendung der thermoelektrischen Vorrichtung auf eine gewünschte Temperatur zu kühlen, geringer ist als eine zweite Energiemenge, die an die Kühlvorrichtung zu liefern ist, um den Luftstrom unter der Verwendung der Kühlvorrichtung auf die gewünschte Temperatur zu kühlen, und den Luftstrom in dem zweiten Fluidstromkanal mit der thermoelektrischen Vorrichtung zu kühlen, wenn festgestellt wird, dass die erste Energiemenge geringer als die zweite Energiemenge ist.
  • Ein Liefern eines geheizten Luftstroms kann beinhalten: Feststellen, ob der Heizkörper dazu fähig ist, den Luftstrom auf eine gewünschte Temperatur zu heizen; Heizen des Luftstroms in dem zweiten Luftstromkanal mit dem Heizkörper, wenn festgestellt wird, dass der Heizkörper dazu fähig ist, den Luftstrom auf die gewünschte Temperatur zu heizen; und Heizen des Luftstroms in dem zweiten Fluidstromkanal mit einer thermoelektrischen Vorrichtung, wenn festgestellt wird, dass der Heizkörper nicht dazu fähig ist, den Luftstrom auf die gewünschte Temperatur zu heizen.
  • In manchen Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Konditionieren einer Fahrgastluft in mindestens einem Teil eines Fahrzeugs: Vorsehen eines Luftstromkanals, der mindestens teilweise in eine erste Luftleitung und eine zweite Luftleitung aufgeteilt ist; wirksames Verbinden einer Kühlvorrichtung mit einer ersten Luftleitung oder wirksames Verbinden einer Kühlvorrichtung sowohl mit der ersten Luftleitung als auch der zweiten Luftleitung; wirksames Verbinden eines Heizkörpers mit der zweiten Luftleitung; wirksames Verbinden mindestens einer thermoelektrischen Vorrichtung mit der zweiten Luftleitung, so dass die thermoelektrische Vorrichtung stromabwärts vom Heizkörper ist, wenn die Luft durch den Kanal strömt, oder wirksames Verbinden mindestens einer thermoelektrischen Vorrichtung mit der ersten Luftleitung, so dass die thermoelektrische Vorrichtung stromabwärts von der Kühlvorrichtung ist, wenn Luft durch den Kanal strömt; und Vorsehen eines Fluidumleitungskanals zwischen der ersten Luftleitung und der zweiten Luftleitung, so dass der Fluidumleitungskanal stromabwärts von der Kühlvorrichtung und stromaufwärts von dem Heizkörper angeordnet ist, wenn Luft durch den Kanal strömt, oder so dass der Fluidumleitungskanal stromabwärts vom Kühlsystem, dem Heizkörper und der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet ist, wenn Luft durch den Kanal strömt, oder Vorsehen von Strömungssteuerungsventilen in der ersten Luftleitung und der zweiten Luftleitung stromabwärts von der Kühlvorrichtung, wenn Luft durch den Kanal strömt. Der Fluidumleitungskanal kann dazu konfiguriert sein, selektiv Luft von der ersten Luftleitung zur zweiten Luftleitung umzuleiten. Eine ähnliche Umleitung von Luft kann durch selektives Öffnen der Strömungssteuerungsventile erreicht werden, die in der ersten Luftleitung und der zweiten Luftleitung angeordnet sind.
  • Ein wirksames Verbinden einer Kühlvorrichtung kann ein Anordnen eines Wärmetauschers in dem ersten Fluidkanal und ein Verbinden des Wärmetauschers mit der Kühlvorrichtung beinhalten. Ein wirksames Verbinden eines Heizkörpers kann ein Anordnen eines Wärmetauschers in dem zweiten Fluidkanal und ein Verbinden des Wärmetauschers mit dem Heizkörper beinhalten. Ein wirksames Verbinden einer thermoelektrischen Vorrichtung kann ein Anordnen eines Wärmetauschers in dem zweiten Fluidkanal und ein Verbinden des Wärmetauschers mit der thermoelektrischen Vorrichtung beinhalten.
  • Das Verfahren kann ein Vorsehen einer Kanalauswahlvorrichtung beinhalten, wobei die Kanalauswahlvorrichtung in der Nähe des Einlasses der ersten Luftleitung und der zweiten Luftleitung angeordnet ist.
  • Bestimmte offenbarte Ausführungsformen beziehen sich auf das Regeln von Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs. Zum Beispiel kann ein TCS-System (Temperature Control System) einen Luftkanal aufweisen, der dazu konfiguriert ist, einen Luftstrom an die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu liefern. Das TCS kann eine einzige thermische Energiequelle, eine Wärmeübertragungsvorrichtung und eine thermoelektrische Vorrichtung TED, die mit dem Luftkanal verbunden ist, aufweisen. Ein Fluidkreislauf kann ein Kühlmittel zur thermischen Energiequelle, der Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder der TED zirkulieren lassen. Ein Bypass-Kreislauf kann die thermische Energiequelle unter Umgehung der TED mit der Wärmeübertragungsvorrichtung verbinden. Ein Stellelement kann verursachen, dass Kühlmittel selektiv entweder in dem Bypass-Kreislauf oder einem Fluidkreislauf mit TED zirkuliert. Eine Steuerungsvorrichtung kann das Stellelement betätigen, wenn festgestellt wird, dass die thermische Energiequelle zum Liefern von Wärme an den Luftstrom bereit ist.
  • Manche Ausführungsformen stellen ein System zum Regeln von Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs bereit, wobei das System aufweist: mindestens einen Fahrgastluftkanal, der dazu konfiguriert ist, einen Fahrgastluftstrom an die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu liefern. Mindestens eine thermische Energiequelle, mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit dem Fahrgastluftkanal verbunden ist, mindestens eine thermoelektrische Vorrichtung (TED), einen Fluidkreislauf, der dazu konfiguriert ist, Kühlmittel zur thermischen Energiequelle, der Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder der TED zirkulieren zu lassen, mindestens einen Bypass-Kreislauf, der dazu konfiguriert ist, die thermische Energiequelle mit der Wärmeübertragungsvorrichtung zu verbinden, mindestens ein Stellelement, das dazu konfiguriert ist, zu veranlassen, dass das Kühlmittel in dem Bypass-Kreislauf und nicht in dem Fluidkreislauf zirkuliert, und mindestens ein Steuerungssystem. Das Steuerungssystem kann beinhalten: einen zweiten Bypass-Kreislauf, der dazu konfiguriert ist, die thermische Energiequelle mit der TED zu verbinden, mindestens ein Stellelement, das dazu konfiguriert ist zu veranlassen, das Kühlmittel in dem zweiten Bypass-Kreislauf und nicht im Fluidkreislauf zirkuliert, und mindestens ein Steuerungssystem. Das Steuerungssystem kann dazu konfiguriert sein, das mindestens eine Stellelement zu betätigen, wenn festgestellt wird, dass die thermische Energiequelle bereit ist, Wärme an den Fahrgastluftstrom zu liefern, wodurch veranlasst wird, dass Kühlmittel in dem mindestens einen Bypass-Kreislauf und nicht im Fluidkreislauf zirkuliert.
  • Zusätzliche Ausführungsformen können eine Pumpe aufweisen, die dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel in Fluidkreisläufen zirkulieren zu lassen. Das System kann auch einen Verdampfer enthalten, der mit dem Fahrgastluftkanal wirksam verbunden ist. Die thermische Energiequelle kann ein Fahrzeugverbrennungsmotor, ein Heizkörper, an den thermische Energie von einem Fahrzeugverbrennungsmotor geliefert wird, ein Abgassystem, eine andere geeignete Wärmequelle oder eine Kombination von Wärmequellen sein. Eine andere Ausführungsform kann eine Mischklappe enthalten, die im Fahrgastluftkanal wirksam verbunden ist und dazu konfiguriert ist, den Fahrgastluftstrom über die Wärmeübertragungsvorrichtung zu leiten. In manchen Ausführungsformen kann das Stellelement eine Fluidsteuervorrichtung, ein Ventil, ein Regler oder eine Kombination von Strukturen sein.
  • Weitere Ausführungsformen können einen Kühlflüssigkeitskreislauf beinhalten, der dazu konfiguriert ist, die TED mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher zu verbinden. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher kann ein Radiator sein, der dazu konfiguriert ist, Wärme von einem Fluid an die Umgebungsluft abzuleiten. Der Kühlflüssigkeitskreislauf kann auch eine Pumpe enthalten, um eine entsprechende Bewegung des Fluids vorzusehen. Das Steuerungssystem kann auch ferner dazu konfiguriert festzustellen, ob das System in einem Heizungsmodus oder einem Kühlmodus betrieben wird; und mindestens ein Stellelement betätigen, um zu veranlassen, dass ein Kühlmittel in dem Kühlfluidkreislauf zirkuliert, wenn festgestellt wird, dass das System in einem Kühlbetriebsmodus betrieben wird.
  • In manchen Ausführungsformen ist die thermische Energiequelle dazu bereit, Wärme an den Fahrgastluftstrom zu liefern, wenn die thermische Energiequelle eine Schwellentemperatur erreicht. Die Steuerung kann auch feststellen, dass die thermische Energiequelle bereit ist, Wärme an den Fahrgastluftstrom zu liefern, wenn das durch die thermische Energiequelle zirkulierende Kühlmittel eine Schwellentemperatur erreicht.
  • Manche Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Regeln der Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs bereit, wobei das Verfahren beinhaltet: Bewegen eines Fahrgastluftstroms über eine Wärmeübertragungsvorrichtung, die mit einem Fahrgastluftkanal des Fahrzeugs wirksam verbunden ist; Betreiben eines Temperaturregelsystems des Fahrzeugs in einer ersten Betriebsart, bei der eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) thermische Energie zwischen einem Fluidkreislauf, der eine thermische Energiequelle aufweisen kann, und einer Wärmeübertragungsvorrichtung überträgt; und Schalten des Temperaturregelsystems in eine zweite Betriebsart, nachdem das Temperaturregelsystem in dem ersten Betriebsmodus betrieben wurde. In dem zweiten Betriebsmodus öffnet das Temperaturregelsystem einen Bypass-Kreislauf in thermischer Kommunikation mit der Wärmeübertragungsvorrichtung und der thermischen Energiequelle. Der Bypass-Kreislauf ist dazu konfiguriert, thermische Energie zwischen der Wärmeübertragungsvorrichtung und der thermischen Energiequelle ohne die Verwendung der TED zu übertragen.
  • In anderen Ausführungsformen schaltet das Temperaturregelsystem in eine zweite Betriebsart, wenn die thermische Energiequelle eine Schwellentemperatur erreicht hat. Die thermische Energiequelle kann ein Automobilverbrennungsmotor sein. Das Temperaturregelsystem kann auf der Grundlage eines anderen Kriteriums in einen zweiten Betriebsmodus umschalten, so zum Beispiel, wenn die Temperatur des Fluids innerhalb des Fluidkreislaufs eine Schwellentemperatur erreicht, wenn ein spezifischer Zeitraum verstrichen ist, wenn die Temperatur des Fahrgastluftstroms eine Schwellentemperatur erreicht oder eine andere spezifische Bedingung oder Kombination von Bedingungen erfüllt.
  • Bestimmte Ausführungsformen stellen ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Regeln einer Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs bereit, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen mindestens eines Fahrgastluftkanals, der dazu konfiguriert ist, einen Fahrgastluftstrom an die Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu liefern, wirksames Verbinden mindestens einer Wärmeübertragungsvorrichtung mit dem Fahrgastluftkanal, Vorsehen mindestens einer thermischen Energiequelle, Vorsehen mindestens einer thermoelektrischen Vorrichtung (TED), wirksames Verbinden eines Fluidkreislaufs mit der thermischen Energiequelle, Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder der TED, wobei der Fluidkreislauf dazu konfiguriert ist, Kühlmittel zirkulieren zu lassen, wirksames Verbinden der TED und/oder der Wärmeübertragungsvorrichtung mit dem Fluidkreislauf, wirksames Verbinden mindestens eines Bypass-Kreislaufs mit der thermischen Energiequelle mit der Wärmeübertragungsvorrichtung, wobei der mindestens eine Bypass-Kreislauf dazu konfiguriert ist, Kühlmittel zirkulieren zu lassen, Vorsehen mindestens eines Stellelements, das dazu konfiguriert ist zu veranlassen, dass Kühlmittel in dem Bypass-Kreislauf und nicht in dem Fluidkreislauf zirkuliert, wirksames Verbinden eines zweiten Bypass-Kreislaufs mit der thermischen Energiequelle mit der TED, wobei der zweite Bypass-Kreislauf dazu konfiguriert ist, Kühlmittel zirkulieren zu lassen, Vorsehen mindestens eines Stellelements, das dazu konfiguriert ist zu veranlassen, dass Kühlmittel in dem zweiten Bypass-Kreislauf und nicht in dem Fluidkreislauf zirkuliert, und Vorsehen mindestens einer Steuervorrichtung, die dazu konfiguriert ist, das mindestens eine Stellelement zu betätigen, wenn festgestellt wird, dass die thermische Energiequelle dazu bereit ist, Wärme an den Fahrgastluftstrom zu liefern.
  • In manchen Ausführungsformen kann der Fahrgastluftkanal einen ersten Luftkanal und einen zweiten Luftkanal beinhalten. Der zweite Luftkanal kann mindestens teilweise in einer Parallelanordnung bezüglich des ersten Luftkanals angeordnet sein. Der Fahrgastluftkanal kann auch eine Mischklappe beinhalten, die dazu konfiguriert ist, einen Luftstrom selektiv durch den ersten Luftkanal und den zweiten Luftkanal umzuleiten. Die Wärmeübertragungsvorrichtung kann lediglich in dem zweiten Luftkanal angeordnet sein.
  • In anderen Ausführungsformen kann ein Verdunster wirksam mit dem Fahrgastluftkanal verbunden sein. Manche Ausführungsformen können auch einen Niedertemperatur-Wärmetauscher enthalten. Ein Kühlfluidkreislauf kann wirksam mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher und der TED verbunden sein. Der Kühlfluidkreislauf kann dazu konfiguriert sein, Kühlmittel zirkulieren zu lassen.
  • Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist ein Temperaturregelsystem zum Heizen, Kühlen und/oder zum Klären beschlagener Scheiben (Demist) einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während des Startens eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst einen Motorkühlmittelkreislauf, der eine Motorblock-Kühlmittelleitung umfasst, die zum Befördern von Kühlmittel durch diese konfiguriert ist. Die Motorblockleitung ist in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs. Das System umfasst ferner einen Heizkörper, der in einem Komfortluftkanal des Fahrzeugs und in Fluidkommunikation mit der Motorblockkühlmittelleitung angeordnet ist. Das System umfasst ferner eine thermoelektrische Vorrichtung, die eine Abwärmeoberfläche und eine Hauptoberfläche hat. Die Abwärmeoberfläche ist in thermischer Kommunikation mit einer Wärmequelle oder einer Wärmeableitung. Das System umfasst ferner einen zusätzlichen Wärmetauscher, der in dem Komfortluftkanal und in thermischer Kommunikation mit der Hauptoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet ist. Der zusätzliche Wärmetauscher ist stromabwärts von dem Heizkörper bezüglich einer Komfortluftströmungsrichtung im Komfortluftkanal, wenn das Temperaturregelsystem in Betrieb ist. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das Temperaturregelsystem in mehreren Betriebsmodi zu betreiben. Die mehreren Betriebsmodi umfassen eine Start-Heiz-Betriebsart, in der die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom dadurch zu heizen, dass thermische Energie von der Abwärmeoberfläche zur Hauptoberfläche übertragen wird, während ein elektrischer Strom empfangen wird, der in einer ersten Polarität geliefert wird, und während der Verbrennungsmotor läuft. Die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner eine Heizbetriebsart, in der der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während kein elektrischer Strom an die thermoelektrische Vorrichtung geliefert wird und während der Verbrennungsmotor läuft. In dem Start-Heiz-Betriebsmodus liefert die thermoelektrische Vorrichtung Wärme an den Komfortluftstrom, während der Verbrennungsmotor nicht dazu fähig ist, den Komfortluftstrom ohne die durch die thermoelektrische Vorrichtung gelieferte Wärme auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen. Ein Leistungskoeffizient der thermoelektrischen Vorrichtung erhöht sich während des Start-Heiz-Betriebsmodus mit einer Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels.
  • In manchen Ausführungsformen ist das Temperaturregelsystem in dem Start-Heiz-Betriebsmodus dazu konfiguriert, die Fahrgastzelle des Fahrzeugs schneller als das Heizen der Fahrgastkabine auf eine bestimmte Kabinentemperatur in dem Heizbetriebsmodus auf eine bestimmte Kabinentemperatur zu heizen, wenn der Verbrennungsmotor mit einer Betriebstemperatur gestartet wird, die gleich der Umgebungstemperatur ist; der Start-Heiz-Betriebsmodus enthält, dass der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während die thermoelektrische Vorrichtung elektrischen Strom empfängt, der in der ersten Polarität geliefert wird. Die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner eine Zusatz-Kühl-Betriebsart; die thermoelektrische Vorrichtung ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche zur Abwärmeoberfläche übertragen wird, während ein elektrischer Strom aufgenommen wird, der in der zweiten Polarität geliefert wird; die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner einen Start-Demist-Betriebsmodus; der Verdampfer ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, und die thermoelektrische Vorrichtung ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu heizen, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche zur Hauptoberfläche übertragen wird, während elektrischer Strom empfangen wird, der in der ersten Polarität geliefert wird; der Start-Demist-Betriebsmodus beinhaltet, dass der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während die thermoelektrische Vorrichtung elektrischen Strom empfängt, der in der ersten Polarität geliefert wird; die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner einen Demist-Betriebsmodus; der Verdampfer ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, während kein elektrischer Strom an die thermoelektrische Vorrichtung geliefert wird; der zusätzliche Wärmetauscher ist stromabwärts vom Verdampfer im Komfortluftkanal angeordnet; das System umfasst ferner eine thermische Speichervorrichtung, die im Komfortluftkanal angeordnet ist, wobei die thermische Speichervorrichtung dazu konfiguriert ist, thermische Energie zu speichern und mindestens entweder thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen oder thermische Energie aus dem Luftstrom zu absorbieren; das System umfasst ferner einen Verdampfer eines riemengetriebenen Kühlsystems, das in dem Komfortluftkanal angeordnet ist; die thermische Speichervorrichtung ist mit dem Verdampfer verbunden; die thermische Speichervorrichtung ist dazu konfiguriert, mindestens während entweder des Kühlbetriebsmodus oder des Demist-Betriebsmodus Kühlkapazität zu speichern; die thermoelektrische Vorrichtung ist im Komfortluftkanal angeordnet; die Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung ist in thermischer Kommunikation mit der Motorblock-Kühlmittelleitung; die Wärmequelle ist mindestens entweder eine Batterie, ein elektronisches Gerät, ein Brenner, oder ein Auspuff des Fahrzeugs; das System umfasst ferner einen Abwärme-Wärmetauscher, der mit der Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden ist; der Abwärme-Wärmetauscher ist mit einem Fluidkreislauf verbunden, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält; das Arbeitsfluid in flüssiger Phase ist in Fluidkommunikation mit der Wärmequelle oder der Wärmeableitung; der Fluidkreislauf enthält eine erste Leitung und eine erste Bypass-Leitung, die dazu konfiguriert ist, in ihr Kühlmittel zu befördern, wobei die erste Leitung in Fluidkommunikation mit dem Heizkörper ist, die erste Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, einen Strom von Kühlmittel unter Umgehung der ersten Leitung zu leiten; der Start-Heiz-Betriebsmodus beinhaltet ein Einschränken der Strömung des Kühlmittels durch die erste Leitung und ein Richten der Strömung des Kühlmittels durch die erste Bypass-Leitung; die Fluidleitung enthält eine zweite Leitung und eine zweite Bypass-Leitung, die dazu konfiguriert sind, in sich Kühlmittel zu befördern, wobei die zweite Leitung in Fluidkommunikation mit dem zusätzlichen Wärmetauscher ist, die zweite Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, den Strom des Kühlmittels unter Umgehung der zweiten Leitung zu leiten; und/oder der Heizbetriebsmodus beinhaltet ein Einschränken der Strömung des Kühlmittels durch die zweite Leitung und ein Richten des Stroms des Kühlmittels durch die zweite Bypass-Leitung.
  • Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Regeln der Temperatur einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während des Startens eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Richten eines Luftstroms durch einen Komfortluftkanal. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten eines Kühlmittels durch einen Motorkühlkreislauf, wobei der Motorkühlkreislauf eine Motorblock-Kühlleitung in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs beinhaltet. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten des Luftstroms durch einen Heizkörper, der in dem Komfortluftkanal angeordnet ist und in thermischer Kommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten des Luftstroms durch einen zusätzlichen Wärmetauscher in thermischer Kommunikation mit einer thermoelektrischen Vorrichtung. Der zusätzliche Wärmetauscher ist stromabwärts von dem Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms in dem Komfortluftkanal, während der Luftstrom strömt. Die thermoelektrische Vorrichtung hat eine Abwärmeoberfläche und eine Hauptoberfläche, die Abwärmeoberfläche ist in thermischer Kommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung oder einer Wärmeableitung, die Hauptoberfläche ist in thermischer Kommunikation mit dem zusätzlichen Wärmetauscher. Das Verfahren umfasst in einem Start-Heiz-Betriebsmodus ferner ein Liefern eines elektrischen Stroms in einer ersten Polarität an die thermoelektrische Vorrichtung, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft heizt, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche an die Hauptoberfläche übertragen wird. In dem Start-Heiz-Betriebsmodus liefert die thermoelektrische Vorrichtung Wärme an den Komfortluftstrom, während der Verbrennungsmotor nicht dazu fähig ist, ohne die von der thermoelektrischen Vorrichtung gelieferte Wärme den Komfortluftstrom auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen.
  • In manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner in einer Heizbetriebsart: Einschränken eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung; der Verbrennungsmotor ist dazu konfiguriert den Komfortluftstrom zu heizen; das Temperaturregelsystem ist in dem Start-Heiz-Betriebsmodus dazu konfiguriert, die Fahrgastzelle des Fahrzeugs schneller als in dem Heizbetriebsmodus die Fahrgastkabine auf die bestimmte Kabinentemperatur zu heizen, wenn der Verbrennungsmotor mit einer Betriebstemperatur gestartet wird, die gleich der Umgebungstemperatur ist; das Verfahren umfasst ferner ein Richten eines Luftstroms durch einen Verdampfer eines riemengetriebenen Kühlsystems, das in dem Komfortluftkanal angeordnet ist; das Verfahren umfasst ferner: Liefern eines elektrischen Stroms in einem Zusatz-Kühl-Betriebsmodus an die thermoelektrische Vorrichtung in einer zweiten Polarität, damit die thermoelektrische Vorrichtung den Komfortluftstrom kühlt, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche an die Abwärmeoberfläche übertragen wird; das Verfahren umfasst ferner ein Einschränken der Strömung des Kühlmittels durch die Motorblock-Kühlmittelleitung zum Verhindern einer thermischen Kommunikation zwischen der Abwärme-Übertragungsoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung und dem Verbrennungsmotor. Das Verfahren umfasst in einem Start-Demist-Betriebsmodus ferner ein Liefern eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in der ersten Polarität, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft heizt, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche an die Hauptoberfläche übertragen wird, während der Verdampfer die Komfortluft kühlt; der zusätzliche Wärmetauscher ist bezüglich der Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal stromabwärts vom Verdampfer angeordnet; ein Abwärme-Wärmetauscher ist mit der Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden; der Abwärme-Wärmetauscher ist mit einem Fluidkreislauf verbunden, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält; und/oder das Arbeitsfluid in flüssiger Phase ist in Fluidkommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung oder der Wärmeableitung.
  • Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist ein Temperaturregelsystem zum Heizen, Kühlen und/oder zum Klären beschlagener Scheiben (Demist) einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs vorgesehen. Das System umfasst einen Motorkühlkreislauf, der eine Motorblock-Kühlleitung umfasst, die dazu konfiguriert ist, in sich ein Kühlmittel zu befördern. Die Motorblockleitung ist in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs. Das System umfasst ferner einen Heizkörper, der in einem Komfortluftkanal des Fahrzeugs und in Fluidkommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung angeordnet ist. Das System umfasst ferner eine thermoelektrische Vorrichtung, die eine Abwärmeoberfläche und eine Hauptoberfläche hat. Das System umfasst ferner einen zusätzlichen Wärmetauscher, der in dem Komfortluftkanal und in thermischer Kommunikation mit der Hauptoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet ist. Das System umfasst ferner einen Abwärme-Wärmetauscher, der mit der Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden ist. Der Abwärme-Wärmetauscher ist mit einem Fluidkreislauf verbunden, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält. Das Arbeitsfluid in flüssiger Phase ist mit einer Wärmequelle oder einem Kühlköper in Fluidkommunikation. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das Temperaturregelsystem in mehreren Betriebsmodi zu betreiben. Die mehreren Betriebsmodi umfassen eine Stopp-Heizbetriebsart, in der eine Restwärme des Verbrennungsmotors dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während kein elektrischer Strom an die thermoelektrische Vorrichtung geleitet wird und während der Verbrennungsmotor still steht. Die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner eine Stopp-Kalt-Heizbetriebsart, in der die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche zur Hauptoberfläche übertragen wird, während ein elektrischer Strom empfangen wird, der in einer ersten Polarität geliefert wird, und während der Verbrennungsmotor still steht. In dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus liefert die thermoelektrische Vorrichtung Wärme an den Komfortluftstrom, während der Verbrennungsmotor nicht dazu fähig ist, den Komfortluftstrom ohne die von der thermoelektrischen Vorrichtung gelieferte Wärme auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen.
  • In manchen Ausführungsformen ist das Temperaturregelsystem in dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus dazu konfiguriert, eine Stillstandszeit des Verbrennungsmotors zuzulassen, die länger als ein Stillstehen des Verbrennungsmotors in dem Stopp-Heizbetriebsmodus ist, während die Fahrgastzelle des Fahrzeugs auf eine bestimmte Kabinentemperatur geheizt wird; der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus beinhaltet, dass der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während die thermoelektrische Vorrichtung elektrischen Strom empfängt, der in der ersten Polarität geliefert wird; die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner eine Zusatz-Kühl-Betriebsart; die thermoelektrische Vorrichtung ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche zur Abwärmeoberfläche übertragen wird, während elektrischer Strom empfangen wird, der in der zweiten Polarität geliefert wird. Das System umfasst ferner eine thermische Speichervorrichtung, die im Komfortluftkanal angeordnet ist, wobei die thermische Speichervorrichtung dazu konfiguriert ist, thermische Energie zu speichern und mindestens entweder thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen oder thermische Energie aus dem Luftstrom zu absorbieren; das System umfasst ferner einen Verdampfer eines riemengetriebenen Kühlsystems, das im Komfortluftkanal angeordnet ist; die thermische Speichervorrichtung ist mit dem Verdampfer verbunden; die thermische Speichervorrichtung ist dazu konfiguriert, während mindestens entweder einem Kühlbetriebsmodus oder einem Demist-Betriebsmodus Kühlkapazität zu speichern, während der Verbrennungsmotor in Betrieb ist; die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner eine erste Stopp-Demist-Betriebsart; die thermische Speichervorrichtung ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie unter der Verwendung der gespeicherten Kühlkapazität aus dem Luftstrom absorbiert wird, und die thermoelektrische Vorrichtung ist zum Heizen des Komfortluftstroms durch Übertragen von thermischer Energie von der Abwärmeoberfläche zur Hauptoberfläche konfiguriert, während elektrischer Strom empfangen wird, der in der ersten Polarität geliefert wird; der zusätzliche Wärmetauscher ist stromabwärts vom Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms in dem Komfortluftkanal angeordnet, wenn das Temperaturregelsystem in Betrieb ist; die Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung ist in thermischer Kommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung; die Wärmequelle ist mindestens entweder eine Batterie, ein elektronisches Gerät, ein Brenner oder ein Auspuff des Fahrzeugs; der Fluidkreislauf weist eine erste Leitung und eine erste Bypass-Leitung auf, die dazu konfiguriert sind, in sich Kühlmittel zu befördern, wobei die erste Leitung in Fluidkommunikation mit dem Heizkörper ist, die erste Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, einen Strom des Kühlmittels unter Umgehung einer ersten Leitung zu leiten; der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus beinhaltet, dass eine Strömung des Kühlmittels durch die erste Leitung eingeschränkt wird und die Strömung des Kühlmittels durch die erste Bypass-Leitung gerichtet wird; der erste Fluidkreislauf weist eine zweite Leitung und eine zweite Bypass-Leitung auf, die dazu konfiguriert sind, in sich Kühlmittel zu befördern, wobei die zweite Leitung in Fluidkommunikation mit dem zusätzlichen Wärmetauscher ist, die zweite Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, die Strömung des Kühlmittels unter Umgehung der zweiten Leitung zu leiten; der Stopp-Heiz-Betriebsmodus beinhaltet, dass eine Strömung des Kühlmittels durch die zweite Leitung eingeschränkt wird und die Strömung des Kühlmittels durch die zweite Bypass-Leitung gerichtet wird; die mehreren Betriebsmodi umfassen ferner einen zweiten Stopp-Demist-Betriebsmodus; die thermoelektrische Vorrichtung ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche zur Abwärmeoberfläche übertragen wird, während ein elektrischer Strom empfangen wird, der in der zweiten Polarität geliefert wird, und der Verbrennungsmotor ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu heizen, während der Verbrennungsmotor dazu fähig ist, den Komfortluftstrom auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen; und/oder der zusätzliche Wärmetauscher ist stromaufwärts vom Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal, wenn das Temperaturregelsystem in Betrieb ist.
  • Gemäß hier offenbarten Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während eines Stillstands des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Richten eines Luftstroms durch einen Komfortluftkanal. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten eines Kühlmittels durch einen Motorkühlkreislauf, wobei der Motorkühlkreislauf eine Motorblock-Kühlleitung in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs aufweist. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten des Luftstroms durch einen Heizkörper, der im Komfortluftkanal angeordnet und in thermischer Kommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Richten des Luftstroms durch einen zusätzlichen Wärmetauscher in thermischer Kommunikation mit einer thermoelektrischen Vorrichtung. Die thermoelektrische Vorrichtung hat eine Hauptoberfläche und eine Abwärmeoberfläche, wobei die Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem zusätzlichen Wärmetauscher ist, wobei die Abwärmeoberfläche mit einem Abwärme-Wärmetauscher verbunden ist. Der Abwärme-Wärmetauscher ist mit einem Fluidkreislauf verbunden, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält. Das Arbeitsfluid in flüssiger Phase ist in Fluidkommunikation mit der Motorblock-Kühlleitung oder einer Wärmeableitung. Das Verfahren umfasst ferner ein Liefern eines elektrischen Stroms in einer ersten Polarität an die thermoelektrische Vorrichtung in der Stopp-Kalt-Heizbetriebsart, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft heizt, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche an die Hauptoberfläche übertragen wird, während der Verbrennungsmotor stillsteht. In dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus liefert die thermoelektrische Vorrichtung Wärme an den Komfortluftstrom, während der Verbrennungsmotor nicht dazu fähig ist, den Komfortluftstrom ohne die von der thermoelektrischen Vorrichtung gelieferte Wärme auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen.
  • In manchen Ausführungsformen ist der zusätzliche Wärmetauscher stromabwärts von dem Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal, während der Luftstrom strömt; das Verfahren umfasst ferner ein Einschränken eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in einer Stopp-Heizbetriebsart; der Verbrennungsmotor ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu heizen; das Temperaturregelsystem ist in dem Stopp-Kalt-Heiz-Betriebsmodus dazu konfiguriert, eine Stillstandszeit des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, die länger als ein Stillstehen des Verbrennungsmotors in einem Stopp-Heizbetriebsmodus ist, während die Fahrgastzelle des Fahrzeugs auf eine bestimmte Kabinentemperatur geheizt wird; das Verfahren umfasst ferner ein Liefern von elektrischem Strom an die thermoelektrische Vorrichtung in einer zweiten Polarität in einer Zusatz-Kühl-Betriebsart, damit die thermoelektrische Vorrichtung den Komfortluftstrom kühlt, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche an die Abwärmeoberfläche übertragen wird; das Verfahren umfasst ferner ein Einschränken einer Strömung des Kühlmittels durch die Motorblock-Kühlleitung zum Verhindern einer thermischen Kommunikation zwischen der Abwärme-Übertragungsoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung und dem Verbrennungsmotor; das Verfahren umfasst ferner ein Liefern eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in einer zweiten Polarität in einer Stopp-Demist-Betriebsart, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft kühlt, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche auf die Abwärmeoberfläche übertragen wird, und der Verbrennungsmotor ist dazu konfiguriert, den Komfortluftstrom zu heizen, während der Verbrennungsmotor dazu fähig ist, den Komfortluftstrom auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen; und/oder der zusätzliche Wärmetauscher ist stromaufwärts vom Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal, während der Luftstrom strömt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die folgenden Zeichnungen und zugehörigen Beschreibungen sind zur Veranschaulichung und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen und schränken den Umfang der Ansprüche nicht ein.
  • 1A veranschaulicht schematische eine Architektur einer beispielhaften Ausführungsform eines Mikro-Hybrid-Systems.
  • 1B veranschaulicht schematische eine Architektur einer beispielhaften Ausführungsform eines Mikro-Hybrid-Systems.
  • 2 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform einer HLK-Architektur, die eine thermoelektrische Vorrichtung enthält.
  • 3 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur aufweist.
  • 4 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur aufweist, in einer Heizkonfiguration.
  • 5 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur aufweist, in einer Kühlkonfiguration.
  • 6 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur aufweist, in einer Demist-Konfiguration.
  • 7 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur mit einer andern angeordneten oder zusätzlichen thermoelektrischen Vorrichtung aufweist, in einer Demist-Konfiguration.
  • 8 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur mit einer Mischklappe aufweist.
  • 9 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur mit einer Mischklappe aufweist.
  • 10 veranschaulicht schematisch eine beispielhaft Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanal-Architektur mit einem Strömungsumleitungselement aufweist.
  • 11 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine Zweikanalarchitektur mit mehreren Ventilen aufweist.
  • 12 ist eine Tabelle, die sich auf eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems bezieht, das eine bithermale thermoelektrische Vorrichtung enthält.
  • 13 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems, das eine bithermale thermoelektrische Vorrichtung enthält.
  • 14 ist eine Tabelle, die sich auf eine Leistungskonfiguration einer beispielhaften Ausführungsform einer bithermalen thermoelektrischen Vorrichtung bezieht.
  • 15 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines Temperaturregelsystems, das eine bithermale thermoelektrische Vorrichtung enthält.
  • 16 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Ausführungsform eines bithermalen thermoelektrischen Kreislaufs.
  • 17 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems.
  • 18 ist ein Fließdiagramm, das sich auf eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems mit einer umgehbaren TED bezieht.
  • 19 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems, das einen Kühlkreislauf und einen Heizkreislauf enthält.
  • 20 ist ein Fließdiagramm, das sich auf die Ausführungsform eines Temperaturregelsystems bezieht, das in 14 dargestellt ist.
  • 21 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsart.
  • 22 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsart.
  • 23 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsart.
  • 24 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Kühlbetriebsart.
  • 25 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer alternativen Kühlbetriebsart.
  • 26A ist eine weitere schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsart.
  • 26B ist eine weitere schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsart.
  • 27 veranschaulicht schematisch eine weitere Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in einer Kühlbetriebsart.
  • 28A veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems in einem Fahrzeug.
  • 28B veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform einer thermoelektrischen Vorrichtung des Typs Flüssigkeit-zu-Luft.
  • 29 zeigt eine Kurvendarstellung möglicher Kabinenheizeinrichtungs-Ausgangstemperaturen über einen Zeitraum für bestimmte HLK-System-Ausführungsformen.
  • 30A bis C bis veranschaulichen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform zum Betreiben eines Temperaturregelsystems während einer Startbetriebsart.
  • 31A bis C veranschaulichen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform zum Betreiben eines Temperaturregelsystems während einer Start-Stopp-Betriebsart.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Auch wenn bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Beispiele hier offenbart sind, so erstreckt sich der erfindungsgemäße Gegenstand über die spezifisch offenbarten Ausführungsformen auf andere alternative Ausführungsformen und/oder Verwendungen der Erfindungen und auch auf Modifikationen und deren Äquivalente. Auf diese Weise ist der Umfang der hier offenbarten Erfindungen nicht durch die bestimmten hier beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Zum Beispiel können bei jedem Verfahren oder Prozess, die hier beschrieben sind, die Handlungen oder Operationen des Verfahrens oder Prozesses in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden und sind nicht notwendiger Weise auf eine insbesondere offenbarte Reihenfolge eingeschränkt.
  • Zum Zweck der Gegenüberstellung verschiedener Ausführungsformen mit dem Stand der Technik werden bestimmte Aspekte und Vorteile dieser Ausführungsformen beschrieben. Dabei werden nicht notwendigerweise alle derartigen Aspekte oder Vorteile durch eine bestimmte Ausführungsform erzielt. Daher können zum Beispiel verschiedene Ausführungsformen in einer Weise ausgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, die hier gelehrt werden, erzielen oder optimieren, ohne dass dabei notwendigerweise andere Aspekte oder Vorteile erzielt werden, die möglicherweise hier auch gelehrt oder nahegelegt werden. Es werden zwar einige der Ausführungsformen hier im Kontext eines bestimmten Fluidkreislaufs und bestimmter Ventilkonfigurationen, einer bestimmten Temperaturregelung und/oder Fluidkreislaufkonfigurationen erörtert, doch versteht es sich, dass die Erfindungen auch mit anderen Systemkonfigurationen eingesetzt werden können. Ferner sind die Erfindungen auf die Verwendung mit Fahrzeugen eingeschränkt, sie können jedoch vorteilhafterweise auch in anderen Umgebungen eingesetzt werden, in denen eine Temperaturregelung gewünscht wird.
  • Der Begriff „Kühlmittel”, wie er hier verwendet wird, wird hier in seiner weiten und gewöhnlichen Bedeutung verwendet und schließt zum Beispiel Fluide mit ein, welche thermische Energie innerhalb eines Heiz- oder Kühlsystems übertragen. Der Begriff „Wärmeübertragungsvorrichtung” wird hier in seinem weiten und gewöhnlichen Sinn verwendet und schließt zum Beispiel einen Wärmetauscher, eine Wärmeübertragungsoberfläche, eine Wärmeübertragungsstruktur, eine andere geeignete Vorrichtung zum Übertragen thermischer Energie zwischen Medien oder eine beliebige Kombination solcher Vorrichtungen mit ein. Der Begriff „thermische Energiequelle” und „Wärmequelle” werden in ihrem weiten und gewöhnlichen Sinn hier gebraucht und schließen zum Beispiel einen Fahrzeugverbrennungsmotor, einen Brenner, eine elektronische Komponente, ein Heizelement, eine Batterie oder einen Batteriepack, eine Abgassystemkomponente, eine Vorrichtung, die Energie in thermische Energie umwandelt, oder eine beliebige Kombination solcher Vorrichtungen mit ein. Unter manchen Umständen können sich die Begriffe „thermische Energiequelle” und „Wärmequelle” auch auf eine negative thermische Energiequelle, wie zum Beispiel eine Kühleinrichtung, einen Verdunster, eine andere Kühlkomponente, eine Kombination von Komponenten und so weiter beziehen.
  • Die Begriffe „ausreichend” und „in ausreichender Weise” werden hier in ihrem weiten Sinn und gemäß ihren gewöhnlichen Bedeutungen verwendet. Im Kontext einer ausreichenden Heizung oder einer ausreichenden Wärmeübertragung, bei der Komfortluft beteiligt ist, beziehen sich diese Begriffe im weitesten Sinne ohne Einschränkung auf eine Bedingung, in der ein Fahrgastluftstrom (oder Luftstrom) auf eine Temperatur beheizt wird, die für einen Fahrgast komfortabel ist (z. B. wenn der Luftstrom über eine oder mehrere Lüftungsöffnungen in die Fahrgastzelle gedrückt wird) oder eine Bedingung, unter der der Fahrgastluftstrom auf eine Schwellentemperatur aufgeheizt wird.
  • Der Begriff „bereit” wird hier im weiten Sinne gemäß seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet. Im Kontext einer Wärmequelle, die zum Liefern von Wärme bereit ist, umfasst der Begriff im weiten Sinn zum Beispiel ohne Einschränkung einen Zustand, in dem eines oder mehrere Kriterien zum Bestimmen, wann die Wärmequelle den Fahrgastluftstrom ausreichend aufheizen kann, erfüllt werden. Zum Beispiel kann eine Wärmequelle den Passagierluftstrom ausreichend heizen, wenn ein Heizkörper genügend thermische Energie an den Luftstrom übertragen kann, so dass dieser komfortabel ist, wenn er auf oder in die Nähe einer in einem Fahrzeug sitzenden Person gerichtet wird. Der Luftstrom kann komfortabel sein, wenn er ungefähr auf Raumtemperatur ist, gleich oder etwas höher als Raumtemperatur ist, größer als Raumtemperatur ist oder größer oder gleich einer geeigneten Schwellentemperatur ist. Eine geeignete Schwellentemperatur kann zum Beispiel ungefähr 21°C (70°F), ungefähr 22°C (72°F), ungefähr 24°C (75°F), Raumtemperatur, eine Temperatur, die von der Umgebungstemperatur abhängt, oder eine andere Temperatur sein. Eine geeignete Schwellentemperatur (oder eine spezifizierte komfortable Temperatur) kann größer oder gleich ungefähr 16°C (60°F), ungefähr 18°C (65°F), ungefähr 21°C (70°F) oder Raumtemperatur sein. Eine geeignete Schwellentemperatur (oder eine spezifizierte komfortable Temperatur) kann ungefähr 5,5°C (10°F), ungefähr 11°C (20°F), ungefähr 16,5°C (30°F) oder ungefähr 22°C (40°F) über der Umgebungstemperatur sein. In manchen Ausführungsformen ist die Wärmequelle dazu bereit, eine Fahrgastkabine zu heizen, wenn die Wärmequelle den Luftstrom so aufheizen kann, dass kein heftiger kalter Luftstoß in die Fahrgastkabine bläst. In manchen Ausführungsformen ist die Wärmequelle dazu bereit, die Fahrgastkabine zu heizen, wenn die Wärmequelle ausreichend warm (oder heiß) ist, um die Kühlmitteltemperatur zum Heizen des Luftstroms auf eine komfortable und/oder Raumtemperatur anzuheben, wie hier erörtert.
  • Der Begriff „Fahrgastluftkanal” wird im weiten Sinn in seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet. Zum Beispiel umfasst ein Fahrgastluftkanal Komponenten, durch welche Komfortluft strömen kann, einschließlich Leitungen, Rohre, Lüftungsöffnungen, Öffnungen, Verbindungsstücke, ein HLK-System oder andere geeignete Strukturen oder Kombinationen von Strukturen.
  • Der Begriff „thermoelektrische Vorrichtung” wird hier im weiten Sinn gemäß seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet. Zum Beispiel umfasst der Begriff eine beliebige Vorrichtung, die thermoelektrisches Material enthält und dazu verwendet wird, bei Anlegen elektrischer Energie thermische Energie gegen den thermischen Gradienten zu übertragen oder auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz an dem thermoelektrischen Material eine elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen. Eine thermoelektrische Vorrichtung kann im Zusammenhang mit anderen Temperaturregelelementen, wie zum Beispiel einem Heizkörper, einem Verdampfer, einem elektrischen Heizelement, einer thermischen Speichervorrichtung, einem Wärmetauscher, einer anderen Struktur oder einer Kombination von Strukturen integriert oder eingesetzt werden.
  • Der Begriff „Stellelement” wird hier im weiten Sinne gemäß seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet. Zum Beispiel umfasst der Begriff im weiten Sinn Fluidsteuervorrichtungen, wie zum Beispiel Ventile, Regler und andere geeignete Strukturen oder eine Kombination von Strukturen, die zur Steuerung der Strömung von Fluiden verwendet werden.
  • Der Begriff „Steuervorrichtung” wird im weiten Sinn gemäß seiner gewöhnlichen Bedeutung verwendet. Zum Beispiel umfasst der Begriff im weiten Sinn eine Vorrichtung oder ein System, die dazu konfiguriert ist, Fluidbewegungen, elektrischen Energietransfer, thermischen Energietransfer und/oder Datenkommunikationen unter einem oder mehreren dieser Elemente zu steuern. Die Steuervorrichtung kann eine einzige Steuerung sein, die eine oder mehrere Komponenten des Systems steuert, es kann sich dabei jedoch auch um mehr als eine Steuerung handeln, die verschiedene Komponenten des Systems steuern.
  • Die Temperatur einer Fahrzeugfahrgastzelle wird typischerweise unter der Verwendung eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik-Systems (HLK-Systems) geregelt, das auch als ein Komfortluftsystem oder ein Temperaturregelsystem bezeichnet werden kann. Wenn das System zum Heizen verwendet wird, kann ein Fahrzeugverbrennungsmotor oder eine andere geeignete Vorrichtung eine Wärmequelle sein. Thermische Energie kann über einen Kühlkreislauf oder einen Fluidkreislauf von der Wärmequelle an einen Wärmetauscher (wie zum Beispiel einen Heizkörper) übertragen werden. Der Wärmetauscher kann die thermische Energie an einen Luftstrom übertragen, der über den Wärmetauscher streicht, bevor er in die Fahrgastzelle des Fahrzeugs gelangt. In manchen Konfigurationen kann der Verbrennungsmotor oder der Heizkörper eines Fahrzeugs beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, wie zum Beispiel mehrere Minuten, um eine Temperatur zu erreichen, bei der der Heizkörper dazu fähig ist, die in die Fahrzeugfahrgastzelle gerichtete Luft ausreichend aufzuheizen. In manchen Typen von Fahrzeugen, wie zum Beispiel bei Plug-In-Hybriden, kann es zum Beispiel sein, dass der Verbrennungsmotor erst nach der Fahrt einer beträchtlichen Strecke, wie zum Beispiel nach 80 km (50 Meilen), gestartet wird. Wenn der Heizkörper eine Temperatur erreicht hat, bei der er genügend thermische Energie an den Fahrgastzellenluftstrom übertragen kann, dass dieser komfortabel ist, kann gesagt werden, dass der Heizkörper und/oder der Verbrennungsmotor dazu „bereit” ist, den Luftstrom aufzuheizen.
  • Ein Kühlen kann unter der Verwendung eines kompressorbasierten Kühlsystems (das verschiedene Komponenten, wie zum Beispiel einen Verdampfer, enthält) erzielt werden, um den in die Fahrgastzelle gelangenden Luftstrom zu kühlen. Der Fahrzeugverbrennungsmotor kann Energie liefern, um die Komponenten eines Kühlsystems anzutreiben (z. B. über mechanische oder elektrische Verbindungen). Viele Komponenten eines Kühlsystems sind oft von den Komponenten eines Heizsystems getrennt. Zum Beispiel ist ein Kühlsystem typischerweise unter der Verwendung eines Wärmetauschers, der vom Heizkörper getrennt ist, mit dem Fahrgastzellenluftstrom verbunden.
  • Manche HLK-Systeme haben auch eine Demist-Funktion (Funktion zum Klären beschlagener Scheiben), bei der während eines Heizbetriebsmodus der Luft Feuchtigkeit entzogen wird, um einen Beschlag zu entfernen und/oder eine Kondensatbildung auf einer Windschutzscheibe zu verhindern. Bei manchen Systemen wird die Demist-Funktion dadurch erzielt, dass Luft zuerst durch einen Verdampfer gedrückt wird, um die Lufttemperatur unter dem Taupunkt abzusenken, um auf diese Weise Feuchtigkeit zu kondensieren und zu entziehen. Der Verdampfer kann zum Beispiel durch einen zweiphasigen Dampfkompressionszyklus gekühlt werden. Nach dem Gelangen durch den Verdampfer kann die Luft durch eine Heizeinrichtung gedrückt werden, um eine geeignete Temperatur für den Fahrgastkomfort zu erreichen.
  • 1A veranschaulicht eine Ausführungsform eines Mikro-Hybrid-/Mild-Hybrid-Systems, das ein Start-Stopp-System (oder Stop-and-Go-System) für ein Fahrzeug enthält. Ein Mikro-Hybrid-System kann den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verringern und die Umweltverschmutzung reduzieren. Im Gegensatz zu „reinen” Hybridfahrzeugen haben Mikro-Hybrid-Fahrzeuge einen Verbrennungsmotor, jedoch nicht notwendigerweise einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs. Der Verbrennungsmotor kann in gewünschten Zuständen eines Fahrzeugbetriebs (zum Beispiel vorübergehend angehalten) abgeschaltet werden, wie zum Beispiel wenn das Fahrzeug an einer Ampel anhält. In manchen Ausführungsformen kann das Fahrzeug im Start-Stopp-Betrieb unter der Verwendung einer umkehrbaren elektrischen Maschine, bzw. einem mit einem Verbrennungsmotor gekoppelten Startergenerator betrieben werden, der über einen Inverter im „Starter”-Modus gespeist wird.
  • In manchen Implementierungen kann die Verwendung eines Startergenerators in einem Start-Stopp-Modus darin bestehen, dass veranlasst wird, dass der Verbrennungsmotor vollständig stoppt, wenn das Fahrzeug selbst anhält, und dann der Verbrennungsmotor nachfolgend wieder startet, zum Beispiel in Reaktion auf eine Handlung des Fahrers, die als ein Wiederanlassbefehl interpretiert wird. Eine typische Start-Stopp-Situation ist das Anhalten bei einer roten Ampel. Wenn das Fahrzeug an der Ampel anhält, wird der Verbrennungsmotor automatisch abgeschaltet, wenn dann die Ampel auf grün schaltet, wird der Verbrennungsmotor unter der Verwendung des Startergenerators wieder angelassen, nachdem das System erkannt hat, dass das Kupplungspedal von dem Fahrer gedrückt wird oder eine andere Aktion durchgeführt wird, die dahingehend interpretiert wird, dass sie bedeutet, dass der Fahrer das Fahrzeug wieder starten möchte. Unter bestimmten vorbestimmten Bedingungen kann der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden, bevor das Fahrzeug anhält. Zum Beispiel kann, wenn eine vorbestimmte Bedingung anzeigt, dass das Fahrzeug vollständig anhält, unter einer bestimmten Geschwindigkeit rollt und/oder einen Berg hinunterrollt, das Getriebe in Leerlauf geschaltet werden und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden, während das Fahrzeug weiter auf seinem Weg fährt.
  • Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren können elektrische Bordsysteme haben, die Strom an einen elektrischen Starter für den Verbrennungsmotor und andere elektrische Vorrichtungen des Kraftfahrzeugs liefern. Während des Starts des Verbrennungsmotors kann eine Starterbatterie 10a Strom an einen Anlasser 11a liefern, der den Verbrennungsmotor anlässt (zum Beispiel wenn der Schalter 12b durch ein entsprechendes Startersignal von einer Steuerung geschlossen wird). Die Starterbatterie 10a kann eine herkömmliche 12 V (oder 14 V) Fahrzeugbatterie sein, die an ein elektrisches 12 V (oder 14 V – System) angeschlossen ist. In manchen Ausführungsformen kann die Spannung der Batterie und des entsprechenden elektrischen Systems höher sein, wie zum Beispiel bis zu 18 V, bis zu 24 V, bis zu 36 V, bis zu 48 V und bis zu 50 V. In manchen Ausführungsformen kann die Batterie 10a eine Batterie mit hoher Kapazität sein. Wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, kann der Verbrennungsmotor einen elektrischen Generator 13a (eine „Lichtmaschine”) antreiben, der eine Spannung von ungefähr 14 V erzeugt und die Spannung für verschiedene elektrische Verbraucher 14a im Kraftfahrzeug durch das elektrische Bordsystem zur Verfügung stellt. Gleichzeitig kann der elektrische Generator 13a auch die Starterbatterie 10 wieder aufladen.
  • In manchen Ausführungsformen können Mikro-Hybrid-Fahrzeuge eine Vielzahl von elektrischen Spannungssystemen haben. Zum Beispiel kann das Fahrzeug ein Niederspannungssystem zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers 14a (herkömmliche Elektronik) des Fahrzeugs haben. Weiter kann das Fahrzeug beispielsweise auch ein Hochspannungssystem haben, um den Anlasser 11a zu versorgen. In manchen Ausführungsformen kann das Niederspannungssystem des Fahrzeugs auch den Anlasser 11a versorgen.
  • In manchen Ausführungsformen kann der Anlasser 11a ausreichend Leistung haben, um das Fahrzeug anfänglich von einem Stillstand zu beschleunigen, während der Verbrennungsmotor gestartet wird. Wenn zum Beispiel ein Fahrer auf das Gaspedal des Fahrzeugs drückt, um zu beschleunigen, nachdem der Verbrennungsmotor ausgeschaltet wurde, kann der Anlasser ausreichend Drehmoment liefern, um das Fahrzeug vom Stillstand aus zu beschleunigen, bis der Verbrennungsmotor startet und die Beschleunigungs- und Vortriebfunktion für das Fahrzeug übernimmt.
  • 1B veranschaulicht eine Ausführungsform eines Mikro-Hybrid-/Mild-Hybrid-Systems, das ein Start-Stopp-System (oder Stop-and-Go-System) für ein Fahrzeug mit einem Kondensator aufweist. Ein Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2b kann einen Verbrennungsmotor 5a zum Liefern der Traktionskraft für das Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2b über ein Getriebe haben. Der integrierte Startergenerator 6B ist mittels eines Antriebsriemens 4b antreibbar mit einem Ende einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 5b verbunden. Es versteht sich, dass auch ein anderes Mittel zum antreibbaren Verbinden des integrierten Startergenerators 6b mit dem Verbrennungsmotor 5b verwendet werden könnte. In manchen Ausführungsformen können der Anlasser und der Generator getrennt sein.
  • In einer Ausführungsform ist der integrierte Startergenerator 6b ein Mehrphasen-Wechselstromgerät und ist über ein Mehrphasenkabel 7b mit einem Inverter 10b verbunden. Eine Steuerleitung 8b wird verwendet, um bidirektional Daten zwischen dem integrierten Startergenerator 6b und dem Inverter 10b zu übertragen, und in diesem Fall, um ein Signal zu liefern, das die Drehzahl des integrierten Startergenerators 6b anzeigt, die dann dazu verwendet werden kann, die Drehzahl des Verbrennungsmotors 5b zu berechnen. Alternativ dazu könnte auch die Motordrehzahl direkt unter der Verwendung eines Kurbelwellensensors oder einer anderen Gebervorrichtung gemessen werden.
  • Ein Kondensatorpack 12b kann mit der Gleichstromseite des Inverters 10b verbunden sein. In einer Ausführungsform enthält der Kondensatorpack 12b zehn 2,7-Volt-Kondensatoren (elektrische Doppel-Schicht-Kondensatoren, die auch als Zellen bezeichnet werden können) und hat eine Nennspannung von 27 Volt. Es versteht sich, dass mehr oder weniger Kondensatoren im Kondensatorpack verwendet werden können und dass die Spannung für jeden der Kondensatoren, aus denen der Pack besteht, mehr oder weniger als 2,7 V betragen könnte. In manchen Ausführungsformen kann eine Batterie mit hoher Kapazität, eine Hochspannungsbatterie und/oder eine herkömmliche Batterie anstelle des Kompensatorpacks 12b treten oder gleichzeitig mit diesem funktionieren.
  • Der Kondensatorpack 12b kann mit einem Gleichspannungs-Gleichspannungs-(DC/DC)-Spannungswandler 15b verbunden werden. Der DC/DC-Wandler ist über Versorgungsleitungen 16 mit einer 12-Volt-Stromversorgung verbunden. Die 12-Volt-Stromversorgung kann eine herkömmliche elektrochemische Batterie enthalten und wird dazu verwendet, die elektrischen Vorrichtungen mit Strom zu versorgen, die im Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2b verbaut sind. Der integrierte Startergenerator 6b kann elektrisch verbunden werden, um den Kondensator wieder aufzuladen. Ein regeneratives Bremssystem kann elektrisch angeschlossen sein, um den Kondensator wieder aufzuladen. In manchen Ausführungsformen kann das Fahrzeug andere kinetische oder thermische Energiewiedergewinnungssysteme haben, um den Kondensator (und/oder die Batterie) wieder aufzuladen. Der DC/DC-Wandler kann auch dazu verwendet werden, den Kondensatorpack 12b unter der Verwendung der 12-Volt-Stromversorgung aufzuladen, wenn zum Beispiel das Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2 über mehrere Wochen nicht betrieben wurde und die Ladung im Kondensatorpack 12b über Leckströme unter einen vorbestimmten Pegel entladen wurde, der für ein erfolgreiches Starten benötigt wird. Der DC/DC-Wandler liefert eine Spannung von mehr als 12 V zum Durchführen dieser Wiederaufladefunktion. Alternativ dazu könnte auch ein herkömmlicher Anlasser, der an die 12 Volt-Stromversorgung angeschlossen ist, verwendet werden.
  • Eine Kondensatorsteuerung 20 kann über eine Steuerleitung 21b zum Steuern des Stroms von Elektrizität zwischen dem Inverter 10b und dem Kondensatorpack 12b wirksam mit dem Inverter 10b verbunden sein. Die Kondensatorsteuerung 20b erhält über eine Spannungssensorleitung 22b kontinuierlich ein Signal vom Kondensatorpack 12b, das eine Anschlussspannung des Kondensatorpacks 12b anzeigt, sowie ein Signal über die Steuerleitung 21b, das eine Motordrehzahl anzeigt. Es versteht sich, dass die Kondensatorsteuerung 20b auch als ein Teil des Inverters 10b ausgebildet oder eine andere elektrische Steuerung, wie zum Beispiel eine Antriebsstrangsteuerung, sein könnte.
  • In manchen Ausführungsformen können ähnliche Start-Stopp-Konzepte auf Hybridfahrzeuge und/oder Plug-In-Hybridfahrzeuge angewendet werden. In der vorliegenden Offenbarung bezieht „Hybrid” sowohl auf Hybrid- als auch auf Plug-In-Hybridfahrzeuge, wenn nicht anders angegeben. Hybridfahrzeuge können sowohl von einem Verbrennungsmotor als auch von einem Elektromotor angetrieben werden. Hier erörterte Temperaturregelsysteme können eine thermoelektrische Vorrichtung für Hybridfahrzeuge verwenden, um die gleichen Merkmale und Komfortfunktionen wie bei herkömmlichen Fahrzeugen zu verwirklichen, während längere Motorstillstandzeiten erreicht werden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Um den höchsten Wirkungsgrad zu erreichen, verwenden Hybridfahrzeuge eine Start-Stopp-Strategie, was bedeutet, dass der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs während normaler Leerlaufbedingungen ausgeschaltet wird, um Energie zu sparen. Während dieses Zeitraums ist es immer noch wichtig, innerhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs den Temperaturkomfort aufrecht zu erhalten. Um die Kabine während kalter Witterungsbedingungen komfortabel zu halten, kann Kühlmittel durch den Heizkörper und/oder eine thermoelektrische Vorrichtung, wie hier erörtert, zirkuliert werden, um Wärme für die Kabine zu liefern. Unter warmen Witterungsbedingungen verwenden manche Fahrzeuge einen elektrischen Kompressor, um die Kabine kühl zu halten, ohne dass dabei der Verbrennungsmotor läuft, um den herkömmlichen riemengetriebenen Kompressor eines Klimatisierungssystems anzutreiben. Ein elektrischer Kompressor kann jedoch in manchen Situationen ineffizient und unerwünscht sein. In manchen Ausführungsformen können die hier erörterten Temperaturregelsysteme den elektrischen Kompressor ergänzen oder ersetzen, während die Kühlung geliefert wird.
  • Automotive HLK-Architekturen (herkömmliche Fahrzeuge, Mikro-Hybrid-Fahrzeuge und/oder Hybridfahrzeuge) können eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen (TED) aufweisen, um einen oder mehrere Teile eines Heiz- und Kühlsystems für eine Fahrgastzelle zu ergänzen oder zu ersetzen. In manchen Ausführungsformen können Mikro-Hybrid- und/oder Hybridfahrzeuge eine elektrische Pumpe (z. B. Wasserpumpe) verwenden, um eine Arbeitsfluidzirkulation zu bewerkstelligen, wobei entweder eine herkömmliche riemengetriebene Pumpe überhaupt ersetzt wird oder anstelle der herkömmlichen riemengetriebenen Pumpe eingesetzt wird, während der Verbrennungsmotor aus ist. Durch das Liefern von elektrischer Energie an die thermoelektrische Vorrichtung kann thermische Energie über einen oder mehrere Fluidkreisläufe und/oder Wärmetauscher an einen Fahrgastluftstrom übertragen oder von diesem weg übertragen werden. Als ein unabhängiges Heizgerät kann eine thermoelektrische Vorrichtung eingeschaltet bleiben, selbst nachdem die Fahrgastzelle und der Motor eine gewünschte Temperatur erreicht haben. In einem System, das eine solche Konfiguration verwendet, kann es sein, dass, nachdem der Fahrzeugmotor eine Temperatur erreicht hat, die zum Heizen der Fahrgastzelle ausreicht, die an die thermoelektrische Vorrichtung angelegte Energie verschwendet ist, weil Abwärme von dem Verbrennungsmotor ausreichen kann, um die Fahrgastzelle zu heizen. Das Hinzufügen thermoelektrischer Vorrichtungen zu einem Heiz- und Kühlsystem hat jedoch typischerweise große Auswirkungen auf die Konstruktion des HLK-Systems und können Konstruktionen zwei oder mehr Wärmetauscher enthalten. Deshalb besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Temperaturregelsystem, das dazu fähig ist, eine Fahrgastzelle schnell und effizient zu heizen und/oder zu kühlen, ohne dass dazu zusätzliche Wärmetauscher oder große Anzahlen anderer Komponenten nötig sind, die bei einem typischen HLK-Systemdesign nicht verwendet werden. Ein System wäre dann vorteilhaft, wenn TEDs selektiv die Heiz- oder Kühlleistung, die von anderen Untersystemen geliefert wird, steigern könnten und es dem HLK-System erlauben könnten, unter der Verwendung des Verdampfers die Luft zu entfeuchten, wenn ein Klären von beschlagenen Scheiben (Demist) gewünscht wird.
  • Einige Ausführungsformen enthalten eine Systemarchitektur, die eine optimale Anordnung von Untersystemen vorsieht, die es einer oder mehreren thermoelektrischen Vorrichtungen ermöglichen, eine Zwei-Modus-Funktionalität oder eine Multi-Modus-Funktionalität in einer einzigen Vorrichtung zu liefern. Betriebsarten, die durch verschiedene Ausführungsformen implementiert werden, können zum Beispiel ein Heizbetriebsmodus, ein Kühlbetriebsmodus, ein Demist-Betriebsmodus, ein Start-Heizbetriebsmodus, ein Gleichmäßig-Heizbetriebsmodus, ein Start-Demist-Betriebsmodus, ein Gleichmäßig-Demist-Betriebsmodus, ein Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus, ein Stopp-Abgekühlt-Heizbetriebsmodus, ein Stopp-Aufgewärmt-Heizbetriebsmodus, andere nützliche Betriebsmodi oder eine Kombination von Betriebsmodi aufweisen. Manche Ausführungsformen haben eine Systemarchitektur, die optimierte TE-HLK-Systeme bereitstellt, um Probleme hinsichtlich der Anordnung von TEDs in Reihe mit dem Verdampfer und dem Heizkörper zu lösen. In manchen Ausführungsformen wird eine erste und eine zweite Fluidleitung zusammen mit einem oder mehreren Mischklappen verwendet, um die Position der Untersysteme im Komfortluftstrom zu optimieren.
  • In manchen Ausführungsformen können die TEDs dazu konfiguriert sein, die Heizung und Kühlung einer Fahrgastzelle zu ergänzen. In einer Beispielkonfiguration können ein Verbrennungsmotor und eine thermoelektrische Vorrichtung Wärme an einen oder mehrere Wärmetauscher übertragen, die eine Verbindung zum Fahrgastluftstrom haben. Ein Hinzufügen thermoelektrischer Vorrichtungen zu einem Heiz- und Kühlsystem hat jedoch typischerweise große Auswirkungen auf die Konstruktionsweise des HLK-Systems und können die Konstruktionsweisen zwei oder mehr Wärmetauscher enthalten. Deswegen besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Temperaturregelsystem, das dazu fähig ist, eine Fahrgastzelle schnell und effizient zu heizen und/oder zu kühlen, ohne dass dazu zusätzliche Wärmetauscher oder große Anzahlen anderer Komponenten nötig sind, die bei einer typischen Konstruktionsweise eines HLK-Systems nicht verwendet werden. Ein System wäre vorteilhaft, das selektiv eine Heizung von einem Verbrennungsmotor und/oder einer thermoelektrischen Vorrichtung liefern könnte, während es gleichzeitig dazu fähig wäre, von der thermoelektrischen Vorrichtung über einen gemeinsamen Wärmetauscher, der mit dem Fahrgastluftstrom verbunden ist, eine Kühlung zu liefern.
  • HLK-Systeme mit einer TED können eine Demist-Funktion bereitstellen, bei der Luft in einem Heizbetriebsmodus Feuchtigkeit entzogen wird, um beschlagene Scheiben zu klären und/oder eine Kondensatbildung auf eine Windschutzscheibe zu verhindern. In manchen Systemen wird die Demist-Funktion dadurch bewerkstelligt, dass zuerst Luft durch einen Verdampfer gepresst wird, um die Lufttemperatur unter den Taupunkt abzusenken, wodurch Feuchtigkeit kondensiert und dadurch abgezogen wird. Der Verdampfer kann zum Beispiel durch einen Zweiphasen-Dampf-Kompressionszyklus gekühlt werden. Nach dem Gelangen durch den Verdampfer kann die Luft durch eine Heizeinrichtung (d. h. die TED) gepresst werden, um für den Fahrgastkomfort eine geeignete Temperatur zu erreichen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist dort eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 100 gezeigt, das einen Heizkörper 130, einen Verdampfer 120 und eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 140 aufweist. Mindestens einige der Komponenten des HLK-Systems 100 können über thermische Energietransportmittel, wie zum Beispiel fluidleitende Rohre in Fluidkommunikation sein. Steuerungsvorrichtungen, wie zum Beispiel Ventile 150, 160 und 170, können dazu verwendet werden, den thermischen Energietransfer durch die Rohrleitungen zu steuern. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die verschiedenen Komponenten des Systems 100 und ihre relative Fluidkommunikation zu steuern. In der gezeigten Ausführungsform besteht, wenn das Ventil 160 geöffnet ist, ein thermischer Kreislauf, der den Heizkörper und die TED 140 verbindet. Eine Lufthandhabungseinheit (z. B. ein Gebläse) ist dazu konfiguriert, einen Luftstrom 110 zu fördern; der Luftstrom ist in thermischer Kommunikation mit dem Verdampfer 120, dem Heizkörper 130 und der TED 140. Die TED 140 kann eines oder mehrere thermoelektrische Elemente enthalten, die thermische Energie in einer bestimmten Richtung übertragen, wenn an das eine oder die mehreren TE-Elemente elektrische Energie angelegt wird. Wenn elektrische Energie unter der Verwendung einer ersten Polarität angelegt wird, überträgt die TED 140 thermische Energie in einer ersten Richtung. Alternativ dazu überträgt, wenn elektrische Energie einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, angelegt wird, die TED 140 thermische Energie in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist eine thermische Speichervorrichtung 123 mit dem HLK-System 100 gekoppelt. Wie in 2 gezeigt, kann die thermische Speichervorrichtung 123 mit dem Verdampfer 120 gekoppelt oder ein Teil davon sein. Der Verdampfer 120 mit einer thermischen Speichervorrichtung 123 kann als ein „schwerer” Verdampfer betrachtet werden. Ein Verdampfer 120 ohne eine thermische Speichervorrichtung 123 kann als ein „leichter” Verdampfer betrachtet werden. Bei einem leichten Verdampfer kann die thermische Speichervorrichtung 123 an einem beliebigen Ort entlang des HLK-Systems 100, zum Beispiel stromaufwärts oder stromabwärts von dem Verdampfer 120, dem Heizkörper 130 und/oder der TED 140 angeordnet sein. Das HLK-System 100 kann in das HLK-System 100 eingeleitete elektrische Leistung in thermische Leistung umwandeln und diese thermische Leistung in der thermischen Speichervorrichtung 123 speichern. Eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen können verwendet werden, um elektrische Leistung in thermische Leistung umzuwandeln, doch kann eine beliebige Umwandlungsvorrichtung von elektrischer Leistung in thermischer Leistung verwendet werden. Um die thermische Leistung zu speichern, kann die thermische Speichervorrichtung 123 sowohl ein Hoch- als auch ein Niedertemperatur-Phasenänderungsmaterial, wie zum Beispiel Wachs (ein Hochtemperatur-Phasenänderungsmaterial) und Wasser (ein Niedertemperatur-Phasenänderungsmaterial) enthalten. Das HLK-System 101 kann die thermische Speichervorrichtung 123 zur Verwendung verfügbarer elektrischer Energie aus Systemen, wie zum Beispiel einer Lichtmaschine, einem Generator eines regenerativen Bremssystems und/oder ein Abwärme-Wiederverwendungssystem verwenden, wie in der US-Anmeldung Nr. 11/184,742, eingereicht am 19. Juli 2005, ferner erörtert, auf deren gesamten Offenbarungsgehalt hiermit hingewiesen wird und die als Teil dieser Beschreibung gelten soll. In manchen Ausführungsformen kann ein kompressorbasiertes Kühlsystem dazu verwendet werden, thermische Energie in der thermischen Speichervorrichtung 123 zu speichern, während der Motor 13 läuft und an das kompressorbasierte Kühlsystem Leistung liefert. Wenn der Motor 13 abgeschaltet wird, wie hier erörtert, kann die thermische Energie in der thermischen Speichervorrichtung 123 dazu verwendet werden, über einen längeren Zeitraum eine Kühlung vorzusehen, ohne dass dazu ein Motorstart benötigt wird und/oder die TED 112 betrieben werden muss. Die thermische Speichervorrichtung 123 kann, wie hier erörtert, zusammen mit der TED 112 verwendet werden, um über sogar noch längere Zeiträume eine Klimatisierung vorzusehen, ohne dass dazu der Verbrennungsmotor angelassen werden muss, während eine Kühlung geliefert wird. Zum Beispiel kann, wenn der Motor ausgeschaltet ist, die thermische Speichervorrichtung 123 anfänglich den Luftstrom kühlen. Wenn die in der thermischen Speichervorrichtung 123 gespeicherte thermische Energie von dem Luftstrom absorbiert wurde, kann die TED 112 eingeschaltet werden, um den Luftstrom weiterhin zu kühlen. In manchen Ausführungsformen können die gleichen Konzepte angewendet werden, um die thermische Speichervorrichtung 123 während Heizbetriebsmodi zu verwenden, um längere Verbrennungsmotor-Stillstandzeiten vorzusehen. Wenn zum Beispiel der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, kann die thermische Speichervorrichtung 123 anfänglich den Luftstrom heizen. Wenn die in der thermischen Speichervorrichtung 123 gespeicherte thermische Energie auf den Luftstrom übertragen wurde, kann die TED 112 eingeschaltet werden, um den Luftstrom weiterhin zu heizen.
  • In einer ersten Betriebsart, die als ein Heizbetriebsmodus bezeichnet werden kann, ist das Ventil 150 offen, um es dem Heizkörper 130 zu ermöglichen, in thermischer Kommunikation mit der (nicht dargestellten) thermischen Energiequelle zu sein, wie zum Beispiel einem Fahrzeugverbrennungsmotor, einem getrennten mit Kraftstoff betriebenen Motor, einem elektrischen Heizgenerator oder einer beliebigen anderen Heizquelle. Der Verdampfer 120 ist mit einer thermischen Wärmeableitung nicht in Fluidkommunikation, um die zwischen dem Luftstrom und dem Verdampfer 120 übertragene thermische Energie zu minimieren. Thermische Energie von dem Heizkörper 130 wird an den Luftstrom 110 übertragen. Zum Vorsehen einer zusätzlichen Heizung für den Luftstrom kann das Ventil 160 geöffnet werden, das den thermischen Kreislauf zwischen der TED 140 und dem Heizkörper 130 öffnet, wobei in diesem Fall die TED 140 mit der thermischen Energiequelle in thermischer Kommunikation ist. Elektrische Energie wird an die TED 140 in einer Polarität angelegt, welche thermische Energie an den Luftstrom 110 überträgt.
  • In einer zweiten Betriebsart, die als ein Kühlbetriebsmodus bezeichnet werden kann, sind die Ventile 150 und 160 geschlossen und ist das Ventil 170 offen. Demgemäß wird ein Fluidstrom zwischen dem Heizkörper 130 und der thermischen Energiequelle gestoppt, um eine von dem Heizkörper 130 zum Luftstrom 110 übertragene thermische Energie zu minimieren. Der Verdampfer 120 ist in Fluidkommunikation mit einer (nicht gezeigten) thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem kompressorbasierten Kühlsystem, das veranlasst, dass ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, durch den Verdampfer 120 fließt. Der Verdampfer 120 überträgt thermische Energie von dem Luftstrom 110 weg. Die TED 140 ist nun über das Ventil 170 in Fluidkommunikation mit einer thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler oder einem Kühlsystem, und kann dazu verwendet werden, zusätzliche thermische Energie von dem Luftstrom 110 weg zu übertragen. Die Polarität der TED ist der Polarität entgegengesetzt, die in dem ersten Betriebsmodus verwendet wurde.
  • In einer dritten Betriebsart, die als ein Demist-Betriebsmodus (zum Klären beschlagener Scheiben) bezeichnet werden kann, ist das Ventil 150 offen und das Ventil 170 geschlossen. Der Heizkörper 130 ist mit der thermischen Energiequelle in thermischer Kommunikation. Der Verdampfer 120 ist mit der thermischen Wärmeableitung in thermischer Kommunikation. Zum Liefern einer zusätzlichen Heizung für den Luftstrom 110 kann das Ventil 160 geöffnet werden, so dass die TED 140 mit der thermischen Energiequelle in thermischer Kommunikation ist, wobei in diesem Fall die TED 140 thermische Energie von der thermischen Energiequelle in den Luftstrom 110 überträgt. Der dritte Betriebsmodus funktioniert als eine Beschlagentfernungseinrichtung, bei der zuerst der Luftstrom 110 durch den Verdampfer 120 unter den Taupunkt abgekühlt wird, die Luft kondensiert wird und die Feuchtigkeit entzogen wird. Zweitens wird der Luftstrom 110 durch den Heizkörper 130 und gegebenenfalls die TED 140 geheizt, um eine geeignete Temperatur für den Fahrgastkomfort zu erreichen.
  • 3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 2, durch welches ein Luftstrom 118 gelangt, bevor er in die (nicht gezeigte) Fahrgastzelle gelangt. Das HLK-System 2 enthält eine Kühlvorrichtung 12, einen Heizkörper 14 und eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 16. Mindestens ein Teil der Komponenten des HLK-Systems 2 kann miteinander über thermische Energietransportmittel, wie zum Beispiel fluidleitende Rohre in Fluidkommunikation sein. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die verschiedenen Komponenten des HLK-Systems 2 und ihre relative Fluidkommunikation zu steuern. Der Heizkörper 14 ist allgemein dazu konfiguriert, mit der thermischen Energiequelle, wie zum Beispiel einem Fahrzeugverbrennungsmotor, einem getrennten kraftstoffverbrennenden Motor, einem elektrischen Heizgenerator oder einer beliebigen anderen Wärmequelle, in thermischer Kommunikation zu sein. Thermische Energie von der Wärmequelle kann über ein Kühlmittel durch Rohrleitungen zum Heizkörper 14 übertragen werden.
  • Die Kühlvorrichtung 12, wie zum Beispiel ein Verdampfer oder eine thermoelektrische Vorrichtung, ist mit einer thermischen Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem kompressorbasierten Kühlsystem, einem Kondensator oder einem beliebigen anderen Kühlsystem, in thermischer Kommunikation. Die TED 16 kann eines oder mehrere thermoelektrische Elemente enthalten, die thermische Energie in eine bestimmte Richtung übertragen, wenn elektrische Energie angelegt wird. Wenn elektrische Energie unter der Verwendung einer ersten Polarität angelegt wird, überträgt die TED 16 thermische Energie in einer ersten Richtung. Alternativ dazu überträgt, wenn elektrische Energie einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, angelegt wird, die TED 16 thermische Energie in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Die TED 16 ist so konfiguriert, dass sie in thermischer und Fluidkommunikation mit einer thermischen Energiequelle sein kann, wie zum Beispiel einem Fahrzeugverbrennungsmotor, einem getrennten Kraftstoff verbrennenden Motor, einem elektrischen Heizgenerator oder einer beliebigen anderen Wärmequelle. Die TED 16 ist auch so konfiguriert, dass sie mit einer thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem Niedertemperatur-Wärmetauscher oder einem Kühler, einem Kompressor basierten Kühlsystem oder einem beliebigen anderen Kühlsystem in thermischer und Fluidkommunikation sein kann. Die TED 16 ist dazu konfiguriert, den Luftstrom 18 je nach einem Betriebsmodus des HLK-Systems, wie zum Beispiel Heizen, Kühlen oder Demist, den Luftstrom 18 zu heizen oder zu kühlen.
  • Der Luftstrom 18 in dem HLK-System 2 kann durch einen oder mehrere Kanäle oder Leitungen strömen. In manchen Ausführungsformen sind ein erster Kanal 4 und ein zweiter Kanal 6 durch eine Trennwand 20 getrennt. In manchen Ausführungsformen haben der erste und der zweite Kanal 4, 6 die gleiche ungefähre Größe (z. B. gleiche ungefähre Höhe, Länge, Breite und/oder Querschnittsfläche), wie in 2 gezeigt. In anderen Ausführungsformen haben der erste und der zweite Kanal 4, 6 jedoch unterschiedliche Größen. Zum Beispiel kann die Breite, Höhe, Länge und/oder Querschnittsfläche des ersten und des zweiten Kanals 4, 6 unterschiedlich sein. In manchen Ausführungsformen ist der erste Kanal 4 größer als der zweite Kanal 6. In anderen Ausführungsformen ist der erste Kanal 4 kleiner als der zweite Kanal 6. In manchen Ausführungsformen können zusätzliche Trennwände verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Kanälen oder Leitungen zu schaffen. Die Trennwände können aus einem beliebigen geeigneten Material, einer beliebigen geeigneten Form oder Konfiguration sein. Die Trennwände können dazu dienen, die Leitungen oder Kanäle teilweise oder vollständig zu trennen und können Öffnungen, Lücken, Ventile, Mischklappen, andere geeignete Strukturen oder eine Kombination von Strukturen aufweisen, die eine Fluidkommunikation zwischen den Kanälen zulassen. Mindestens ein Teil der Trennwand kann den ersten Kanal 4 gegenüber dem zweiten Kanal 6 thermisch isolieren.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst das HLK-System 2 ein erstes bewegliches Element, das dazu konfiguriert ist, dass es geöffnet werden kann, um den durch den ersten und den zweiten Kanal 4, 6 gelangenden Luftstrom zu steuern. Zum Beispiel kann eine erste Mischklappe 8, die auch als eine Einlassmischklappe bezeichnet werden kann, stromaufwärts von dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 angeordnet sein (z. B. in der Nähe des Eingangs des ersten und des zweiten Kanals 4, 6) und dazu betreibbar sein, den durch den ersten und den zweiten Kanal 4, 6 gelangenden Luftstrom zu steuern. Die erste Mischklappe 8 kann den Luftstrom durch einen oder beide des ersten und des zweiten Kanals 4, 6 selektiv modifizieren, zulassen, versperren oder verhindern. In manchen Konfigurationen kann die erste Mischklappe 8 einen Luftstrom durch einen der Kanäle verhindern, während der gesamte Luftstrom durch den anderen Kanal geleitet wird. Die erste Mischklappe 8 kann auch einen Luftstrom durch beide Kanäle in verschiedenen Mengen und Mengenverhältnissen zulassen. In manchen Ausführungsformen ist die erste Mischklappe 8 mit der Trennwand 20 gekoppelt und dreht sich relativ zur Trennwand 20. Andere erste bewegliche Elemente sind ebenfalls mit bestimmten hier offenbarten Ausführungsformen kompatibel.
  • Ein zweites bewegliches Element (z. B. eine zweite Mischklappe 10) kann stromabwärts von der Kühlvorrichtung 12 und stromaufwärts von dem Heizkörper 14 und der TED 16 angeordnet sein. Das zweite bewegliche Element ist dazu betreibbar, den durch den ersten und den zweiten Kanal 4, 6 gelangenden Luftstrom zu steuern, indem selektiv Luft von dem ersten Kanal 4, an den zweiten Kanal 6 umgeleitet wird. In manchen Ausführungsformen ist die zweite Mischklappe 10 mit der Trennwand 20 gekoppelt und dreht sich relativ zur Trennwand 20 zwischen einer offenen Position, in der Fluid (z. B. Luft) gestattet wird, zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 zu strömen, und einer geschlossenen Position, in der ein Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 im Wesentlichen versperrt oder verhindert wird. Die erste und die zweite Mischklappe 8, 6 können durch die Steuerung oder ein getrenntes Steuerungssystem gesteuert werden. In manchen Ausführungsformen können die erste und die zweite Mischklappe 8, 10 unabhängig voneinander betrieben werden. Andere zweite bewegliche Elemente sind ebenfalls mit bestimmten hier offenbarten Ausführungsformen kompatibel.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist das Kühlsystem 12 stromaufwärts in einer anderen Leitung oder einem anderen Kanal als der Heizkörper 14 und die thermoelektrische Vorrichtung 16 angeordnet. Der erste und der zweite Kanal 4, 6 sind so konfiguriert, dass wenn das HLK-System 2 dazu verwendet wird, selektiv zu heizen, zu kühlen und/oder angelaufene Scheiben zu verhindern, die erste und die zweite Mischklappe 8, 10 selektiv einen Luftstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 leiten können.
  • In manchen Ausführungsformen können die Kühlvorrichtung 12, der Heizkörper 14 oder die thermoelektrische Vorrichtung 16 oder mehrere davon mit einem Wärmetauscher in thermischer Kommunikation sein, der dazu konfiguriert ist, mit dem Luftstrom in thermischer Kommunikation zu sein.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 2, das in einem ersten Betriebsmodus konfiguriert ist, der als ein Heizbetriebsmodus bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus ist eine erste Mischklappe 8 in einer Position so konfiguriert, dass sie im Wesentlichen einen Luftstrom 18 daran hindert oder versperrt, in einen ersten Kanal 4 zu gelangen, wodurch zwangsweise im Wesentlichen der gesamte Luftstrom 18 in einen zweiten Kanal 6 strömt. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 gelangen. Eine zweite Mischklappe 10 ist so konfiguriert, dass sie einem wesentlichen Teil des Luftstroms 18 nicht gestattet, zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 zu gelangen. Vorzugsweise gelangt in diesem Betriebsmodus ein wesentlicher Teil des Luftstroms 18 nicht durch eine Kühlvorrichtung 12. In diesem Betriebsmodus kann die Kühlvorrichtung 12 so konfiguriert sein, dass sie mit einer thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem Kühlsystem, nicht in thermischer Kommunikation ist, wodurch die Ressourcen, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, effizienter an anderer Stelle eingesetzt werden können. Zusätzlich verringert ein Leiten des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 und eine Umgehung der Kühlvorrichtung 12 einen unerwünschten Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 in die Kühlvorrichtung 12. Selbst wenn die Kühlvorrichtung 12 nicht aktiv in thermischer Kommunikation mit der thermischen Wärmeableitung ist, wird die Kühlvorrichtung 12 allgemein eine niedrigere Temperatur als der Luftstrom 18 haben, weshalb, wenn ein wesentlicher Teil des Luftstroms 18 mit der Kühlvorrichtung 12 in thermischer Kommunikation wäre, die Kühlvorrichtung 12 die Temperatur des Luftstroms 18 in unerwünschter Weise absenken würde, bevor diese geheizt würde.
  • In dem ersten Betriebsmodus ist ein Heizkörper 14, der mit dem zweiten Kanal 6 in Fluidkommunikation ist, mit der Wärmequelle, wie zum Beispiel einem Fahrzeugverbrennungsmotor, in thermischer Kommunikation. Die von der Wärmequelle an den Heizkörper 14 übertragene thermische Energie wird an den Luftstrom 18 übertragen. Auch wenn ein warmer Heizkörper 14 manchmal genug thermische Energie zum Heizen der Fahrgastzelle an den Luftstrom 18 liefern kann, kann eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 16 als eine zusätzliche oder alternative thermische Energiequelle verwendet werden. Auf diese Weise kann die TED 16 zusätzliche thermische Energie liefern, während der Heizkörper 14 thermische Energie an den Luftstrom 18 überträgt. Die TED 16 kann so konfiguriert sein, dass sie mit der gleichen thermischen Energiequelle wie der Heizkörper 14 oder einer anderen thermischen Energiequelle in thermischer Kommunikation ist. Elektrische Energie wird an die TED 16 mit einer Polarität geliefert, welche thermische Energie an den Luftstrom 18 überträgt. Zum Optimieren einer Zusatzheizung ist es vorzuziehen, dass die TED 16 stromabwärts vom Heizkörper 14 ist, wodurch Unterschiede in der Temperatur zwischen einer ersten Wärmeübertragungsoberfläche (oder Hauptoberfläche, nicht gezeigt) der TED 16 und einer zweiten thermischen Übertragungsfläche (oder Wärmeableitfläche, nicht gezeigt) der TED 16 verringert werden können, wodurch der Leistungskoeffizient erhöht wird. Ein Positionieren der TED 16 stromabwärts vom Heizkörper 14 kann auch verhindern, dass von der TED 16 an den Luftstrom 18 übertragene thermische Energie von einem relativ kalten Heizkörper 14 absorbiert wird, wenn der Verbrennungsmotor und der Kühlkreislauf in dem ersten Betriebsmodus relativ kalt sind; auf diese Weise wird ein Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 in den Kühlkreislauf in dem ersten Betriebsmodus (oder anderen Heizbetriebsarten) verhindert. Die TED 16 wird allgemein als Zusatzheizung verwendet; sie kann jedoch auch als eine primäre Heizquelle verwendet werden, wenn die thermische Energiequelle nicht genug Wärme an den Heizkörper 14 liefert, zum Beispiel wenn der Verbrennungsmotor aufwärmt. Die TED 16 kann auch abgeschaltet werden, wenn der Heizkörper 14 genug thermische Energie an den Luftstrom 18 liefert. Der resultierende Luftstrom 18 wird demgemäß auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt und in die Fahrgastzelle eingeleitet.
  • In manchen Ausführungsformen kann die erste Mischklappe 8, das auch als eine Einlassmischklappe bezeichnet werden kann, so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 leitet, so dass der Teil des Luftstroms 18 geheizt wird, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Zum Heizen der Fahrgastzelle mit einer geringeren Rate kann die Einlassmischklappe 8 selektiv so eingestellt werden, dass ein geringerer Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 gelangt und/oder ein größerer Teil des Luftstroms durch den ersten Kanal 4 gelangt, in dem der Luftstrom nicht geheizt wird. Zum Erhöhen der Heizrate kann die Mischklappe selektiv so eingestellt werden, dass ein größerer Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 und ein geringerer Teil des Luftstroms durch den ersten Kanal 4 geleitet wird.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 2, das in einem zweiten Betriebsmodus konfiguriert ist, der als ein Kühlbetriebsmodus bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus ist eine erste Mischklappe 8 so konfiguriert, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 (z. B. den gesamten, im Wesentlichen gesamten oder einen wesentlichen Teil eines Luftstroms 18) durch einen ersten Kanal 4 leitet, mit dem eine Kühlvorrichtung 12 wirksam verbunden ist, so dass der Teil des Luftstroms 18 gekühlt wird, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Eine zweite Mischklappe 10 ist so konfiguriert, dass sie einem wesentlichen Teil des Luftstroms 18 nicht gestattet, zwischen dem ersten und dem zweiten Kanal 4, 6 zu gelangen. Die Menge des Luftstroms 18, die durch den ersten und den zweiten Kanal 4, 6 gelangt, kann durch selektives Verändern der Position der ersten Mischklappe 8 eingestellt werden.
  • In dem zweiten Betriebsmodus ist die Kühlvorrichtung, wie zum Beispiel ein Verdampfer, mit einer (nicht gezeigten) thermischen Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler, thermisch verbunden. In diesem Betriebsmodus kühlt das HLK-System 2 den Luftstrom 18 durch Übertragen von Wärme vom Luftstrom 18 auf die Kühlvorrichtung 12. In manchen Ausführungsformen kann die thermoelektrische Vorrichtung (TED) 16 dazu verwendet werden, eine Zusatzkühlung für den Luftstrom 18 in dem zweiten Kanal 6 bereitzustellen. Die TED 16 kann so konfiguriert sein, dass sie mit einer (nicht gezeigten) thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem Niedertemperatur-Wärmetauscher oder einem Zusatzkühler, in thermischer Kommunikation ist. Elektrische Energie wird an die TED 16 mit einer Polarität angelegt, die veranlasst, dass die TED 16 thermische Energie aus dem Luftstrom absorbiert und ihrerseits thermische Energie an die thermische Wärmeableitung überträgt. Auf diese Weise kann die TED 16 einen zusätzlichen Transfer thermischer Energie von dem Luftstrom 18 an die thermische Wärmeableitung leisten, während die Kühlvorrichtung 12 den Luftstrom 18 kühlt. In der zweiten Betriebsmodus ist der Heizkörper 14 inaktiv; zum Beispiel ist der Heizkörper 14 nicht aktiv in wesentlicher thermischer Kommunikation mit einer thermischen Energiequelle (z. B. einem Antriebsstrang-Kühlmittel). In manchen Ausführungsformen kann eine Aktivierung des Heizkörpers 14 unter der Verwendung eines Ventils oder eines anderen (nicht gezeigten) Steuerungssystems gesteuert werden und kann der Heizkörper 14 von der thermischen Wärmequelle wirksam entkoppelt werden.
  • Zum Kühlen der Fahrgastzelle mit einer geringeren Rate kann die erste Mischklappe 8 selektiv eingestellt werden, um einen kleineren Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 zu lassen und/oder einen größeren Teil des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 hindurch zu lassen. Zum Erhöhen der Kühlrate kann die erste Mischklappe 8 selektiv so eingestellt werden, dass ein größerer Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 und ein kleinerer Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 gelangen darf. In manchen Ausführungsformen kann die erste Mischklappe 8 so angeordnet werden, dass sie im Wesentlichen einen Luftstrom 18 daran hindert, in den zweiten Kanal 6 zu gelangen, wodurch mindestens ein wesentlicher Teil oder im Wesentlichen der gesamte Luftstrom 18 in den ersten Kanal 4 gezwungen wird. In bestimmten derartigen Ausführungsformen ist die TED 16 wirksam vom Luftstrom 18 entkoppelt und kann die elektrische Energie, welche die TED 16 sonst verwenden würde, an eine andere Stelle geleitet werden.
  • 6 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 2, das in einem dritten Betriebsmodus konfiguriert ist, die als ein Demist-Betriebsmodus bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus ist eine erste Mischklappe 8 so konfiguriert, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 (zum Beispiel den gesamten, im Wesentlichen gesamten oder einen größeren Teil) durch einen ersten Kanal 4 mit einer Kühlvorrichtung 12 leiten kann, so dass der Luftstrom 18 gekühlt wird, um dem Luftstrom 18 Feuchtigkeit zu entziehen. In diesem Betriebsmodus ist eine zweite Mischklappe 10 in einer Position konfiguriert, so dass sie den Luftstrom 18 im Wesentlichen daran hindert, durch den ersten Kanal 4 weiter zu strömen, wodurch mindestens ein Teil des Luftstroms 18 vom ersten Kanal 4 in den zweiten Kanal 6 umgeleitet wird, nachdem der Luftstrom 18 durch die Kühlvorrichtung 12 gelangt ist.
  • In dem dritten Betriebsmodus kann die Kühlvorrichtung 12, wie zum Beispiel ein Verdampfer, in einer Fluidkommunikation mit dem ersten Kanal 4 und in einer thermischen Kommunikation mit einer thermischen Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem (nicht gezeigten) Hilfskühler, sein. In diesem Betriebsmodus kühlt das HLK-System 2 den Luftstrom 18 durch Übertragen von Wärme vom Luftstrom 18 an die Kühlvorrichtung 12. In einigen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 12 eine thermoelektrische Vorrichtung sein. Wenn die Kühlvorrichtung 12 eine thermoelektrische Vorrichtung ist, wird elektrische Energie an die thermoelektrische Vorrichtung mit einer Polarität geliefert, die so gewählt ist, dass die TED thermische Energie vom Luftstrom 18 absorbiert und thermische Energie an einen Kühlkörper abgibt. In manchen Ausführungsformen sind mehrere thermoelektrische Vorrichtungen wirksam mit dem HLK-System 2 verbunden. In mindestens einigen dieser Ausführungsformen kann die Polarität der elektrischen Energie, die an die jeweilige TED gerichtet wird und an die jeweilige thermische Zone eine jeder TED gerichtet wird, unabhängig gesteuert werden.
  • In einer in 7 gezeigten Ausführungsform können eine Kühlvorrichtung 12 und eine TED 16 getrennte Einheiten sein, wobei die TED 16 in einem ersten Kanal 4 angeordnet ist. Immer noch in dem dritten Betriebsmodus oder Demist-Betriebsmodus können die Kühlvorrichtung 12 und die TED 16 in Fluidkommunikation mit dem ersten Kanal 4 sein. Elektrische Energie kann mit einer Polarität an die TED 16 geliefert werden, die so ausgewählt ist, dass die TED 16 thermische Energie von dem Luftstrom 18 absorbiert und thermische Energie an eine Wärmeableitung abgibt. In dem Demist-Betriebsmodus kann eine erste Mischklappe 8 so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil eines Luftstroms 18 (z. B. den gesamten, im Wesentlichen gesamten oder einen wesentlichen Teil) durch einen ersten Kanal 4 mit der Kühlvorrichtung 12 und der TED 16 leiten kann, so dass der Luftstrom 18 gekühlt wird, um dem Luftstrom 18 Feuchtigkeit zu entziehen. In diesem Betriebsmodus kann eine zweite Mischklappe 10 in einer Position so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen den Luftstrom 18 daran hindert, durch den ersten Kanal 4 weitergeleitet zu werden, wodurch mindestens ein Teil des Luftstroms 18 vom ersten Kanal 4 in einen zweiten Kanal 6 umgeleitet wird, nachdem der Luftstrom 18 durch die Kühlvorrichtung 12 gelangt ist. Wie hier für andere Ausführungsformen beschrieben, können der erste, der zweite und/oder der dritte Betriebsmodus für die Ausführungsform von 7 dadurch erreicht werden, dass die Polarität der TED gegebenenfalls entweder zum Absorbieren oder zum Übertragen von thermischer Energie an den Luftstrom 18 umgekehrt wird. Ferner kann eine TED stromabwärts vom Heizkörper 14 hinzugefügt werden, um auch die erste, zweite und/oder dritte Betriebsart, wie hier beschrieben, für die anderen Ausführungsformen zu verwirklichen.
  • Wieder mit Bezugnahme auf 6 ist in dem dritten Betriebsmodus ein Heizkörper 14 in thermischer Kommunikation mit einer thermischen Wärmequelle, wie zum Beispiel einem (nicht gezeigten) Fahrzeugverbrennungsmotor. Von der Wärmequelle an den Heizkörper übertragene thermische Energie wird an den Luftstrom 18 übertragen. Auch wenn der Heizkörper 14 typischerweise genug thermische Energie zum Heizen der Fahrgastzelle liefern kann, kann eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 16 als eine zusätzliche Wärmequelle verwendet werden. Auf diese Weise kann die TED 16 zusätzliche thermische Energie liefern, während der Heizkörper 14 thermische Energie an den Luftstrom 18 überträgt. Die TED 16 kann so konfiguriert sein, dass sie mit der thermischen Energiequelle, wie zum Beispiel dem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor in thermischer Kommunikation ist. Elektrische Energie wird mit einer Polarität an die TED 16 geliefert, die verursacht, dass die TED thermische Energie an den Luftstrom 18 überträgt. In manchen Ausführungsformen wird der Wirkungsgrad der Zusatzheizung erhöht, wenn die TED 16 stromabwärts von dem Heizkörper angeordnet wird. Dies kann Unterschiede in der Temperatur zwischen der Hauptoberfläche der TED 16 und der Wärmeableitungsoberfläche verringern, wodurch der Leistungskoeffizient erhöht wird. Eine Anordnung der TED 16 stromabwärts vom Heizkörper 14 kann auch verhindern, dass von der TED 16 an den Luftstrom 18 übertragene thermische Energie von einem relativ kalten Heizkörper 14 absorbiert wird, wenn der Verbrennungsmotor und der Kühlkreislauf in dem dritten Betriebsmodus relativ kalt sind; auf diese Weise wird ein Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 in den Kühlkreislauf in dem dritten Betriebsmodus (oder anderen Heizbetriebsmodi) verhindert. Wenn der Luftstrom 18 schon in der für die Fahrgastzelle gewünschten Temperatur ist, bevor er die TED 16 erreicht, kann die TED 16 ausgeschaltet werden und können ihre Ressourcen anderswohin umgeleitet werden.
  • In einer in 8 gezeigten Ausführungsform kann ein HLK-System 2 auch dazu konfiguriert werden, dass eine Kühlvorrichtung 12 sich über die Höhe sowohl eines ersten Kanals 4 als auch eines zweiten Kanals 6 erstreckt. In dieser Ausführungsform ist eine erste Mischklappe entfernt und kann nur die Mischklappe 10 den Luftstrom 18 in den ersten Kanal 4 und/oder den zweiten Kanal 6 umleiten, um die hier beschriebenen Betriebsmodi zu erreichen. In dem ersten Betriebsmodus oder Heizbetriebsmodus kann die Mischklappe 10 in einer Position (wird in 8 nach oben geklappt) konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen einen Luftstrom 18 in den ersten Kanal 4 blockiert, wodurch im Wesentlichen der gesamte Luftstrom 18 zwangsweise in den zweiten Kanal 6 strömt. In manchen Ausführungsformen kann ein Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 gelangen. In dem ersten Betriebsmodus kann, selbst wenn die Kühlvorrichtung 12 in Fluidkontakt mit dem Luftstrom 18 sein kann, die Kühlvorrichtung 12 so konfiguriert sein, dass sie mit einer thermischen Energieableitung, wie zum Beispiel einem Kühlsystem, nicht in thermischer Kommunikation ist, wodurch die Ressourcen, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, an anderer Stelle effizienter eingesetzt werden können. Der Heizkörper 14 und die TED 16 können wie hier beschrieben für den Heizbetriebsmodus zum Übertragen von thermischer Energie an den Luftstrom 18 betrieben werden.
  • In manchen Ausführungsformen kann eine Mischklappe 10 so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 durch einen zweiten Kanal 6 richten kann, so dass der Teil des Luftstroms 18 beheizt wird, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Zum Heizen der Fahrgastzelle mit einer langsameren Rate kann die Mischklappe 10 selektiv eingestellt werden, um einen geringeren Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 hindurchzulassen und/oder einen größeren Teil des Luftstroms durch den ersten Kanal 4 hindurch zu lassen, indem der Luftstrom nicht geheizt wird. Zum Erhöhen der Heizrate kann die Mischklappe selektiv so eingestellt werden, dass ein größerer Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 6 gerichtet wird und ein kleinerer Teil des Luftstroms durch den ersten Kanal 4 gerichtet wird.
  • In der in 8 gezeigten Ausführungsform kann das HLK-System 2 auch dazu konfiguriert sein, in einem zweiten Betriebsmodus oder Kühlbetriebsmodus betrieben zu werden. In diesem Betriebsmodus kann die Mischklappe 10 so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 (z. B. den gesamten, im Wesentlichen gesamten oder einen wesentlichen Teil des Luftstroms 18 durch Herunterklappen in 8) durch den ersten Kanal 4 richtet, nachdem er durch die Kühlvorrichtung 12 gekühlt wurde. Die Menge des Luftstroms 18, die durch den ersten und zweiten Kanal 4, 6 gelangt, kann eingestellt werden, indem selektiv die Position der Mischklappe 10 variiert wird, um so eine zusätzliche Kühlung vorzusehen, indem ein Teil des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 umgeleitet wird und eine elektrische Energie an die TED 16 mit einer Polarität geliefert wird, welche die TED 16 dazu bringt, thermische Energie vom Luftstrom zu absorbieren und ihrerseits thermische Energie an eine thermische Wärmeableitung abzugeben. Auf diese Weise kann die TED 16 einen zusätzlichen Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 zur thermischen Wärmeableitung vorsehen, während die Kühlvorrichtung 12 den Luftstrom 18 kühlt. In dem zweiten Betriebsmodus ist der Heizkörper 14 inaktiv.
  • In der in 8 gezeigten Ausführungsform kann das HLK-System 2 auch dazu konfiguriert sein, in dem dritten Betriebsmodus oder Demist-Betriebsmodus betrieben zu werden. In diesem Betriebsmodus ist die Mischklappe 10 in einer Position konfiguriert (schwenkt in 8 nach oben), so dass sie im Wesentlichen einen Luftstrom 18 daran hindert, in den ersten Kanal 4 zu gelangen, wodurch im Wesentlichen der gesamte Luftstrom 18 zwangsweise in den zweiten Kanal 6 strömt. In manchen Ausführungsformen kann ein Teil des Luftstroms 18 auch durch den ersten Kanal 4 gelangen. Die Kühlvorrichtung 12 ist aktiv, so dass der Luftstrom 18 gekühlt wird, um dem Luftstrom 18 Feuchtigkeit zu entziehen. In dem dritten Betriebsmodus kann die Kühlvorrichtung 12, wie zum Beispiel ein Verdampfer mit dem HLK-System 2 in Fluidkommunikation und mit einer thermischen Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem zusätzlichen (nicht gezeigten) Kühler, in thermischer Kommunikation sein. In diesem Betriebsmodus kann das HLK-System 2 den Luftstrom 18 durch Übertragen von Wärme vom Luftstrom 18 an die Kühlvorrichtung 12 kühlen. In manchen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 12 eine thermoelektrische Vorrichtung sein. Wenn die Kühlvorrichtung 12 eine thermoelektrische Vorrichtung ist, kann elektrische Energie an die thermoelektrische Vorrichtung mit einer Polarität geliefert werden, die so ausgewählt ist, dass die TED thermische Energie vom Luftstrom 18 absorbiert und thermische Energie an einen Kühlkörper abgibt. In manchen Ausführungsformen sind mehrere thermoelektrische Vorrichtungen wirksam mit dem HLK-System 2 verbunden. In mindestens manchen dieser Ausführungsformen kann die Polarität der elektrischen Energie, die an die jeweilige TED geliefert wird und an die jeweilige thermische Zone der jeweiligen TED geliefert wird, unabhängig gesteuert werden.
  • In dem dritten Betriebsmodus ist der Heizkörper 14 mit einer thermischen Energiequelle, wie zum Beispiel einem (nicht gezeigten) Fahrzeugverbrennungsmotor, in thermischer Kommunikation. Von der Wärmequelle an den Heizkörper übertragene thermische Energie kann an den Luftstrom 18 übertragen werden. Auch wenn der Heizkörper 14 typischerweise genug thermische Energie zum Heizen der Fahrgastzelle liefern kann, kann die TED 16 als eine zusätzliche Wärmequelle verwendet werden. Die TED 16 kann so konfiguriert sein, dass sie mit der thermischen Energiequelle, wie zum Beispiel dem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor, in thermischer Kommunikation ist. Elektrische Energie kann an die TED 16 mit einer Polarität geliefert werden, welche die TED veranlasst, thermische Energie an den Luftstrom 18 zu übertragen. In manchen Ausführungsformen kann der Wirkungsgrad der Zusatzheizung erhöht werden, wenn die TED 16 stromabwärts vom Heizkörper angeordnet wird. Dadurch können Unterschiede in der Temperatur zwischen der Hauptoberfläche der TED 16 und der Abwärmeoberfläche verringert werden, wodurch der Leistungskoeffizient erhöht wird. Eine Anordnung der TED 16 stromabwärts vom Heizkörper 14 kann auch verhindern, dass von der TED 16 an den Luftstrom 18 abgegebene thermische Energie von einem relativ kalten Heizkörper absorbiert wird, wenn der Verbrennungsmotor und der Kühlkreislauf in dem dritten Betriebsmodus relativ kalt sind; auf diese Weise wird ein Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 in den Kühlkreislauf in dem dritten Betriebsmodus (oder anderen Heizbetriebsarten) verhindert. Wenn der Luftstrom 18 schon in der gewünschten Temperatur für die Fahrgastzelle ist, bevor er die TED 16 erreicht, kann die TED 16 abgeschaltet werden und ihre Ressourcen an eine andere Stelle geleitet werden.
  • Die 9 bis 11 veranschaulichen weitere beispielhafte Ausführungsformen, die dazu konfiguriert sind, einen Luftstrom 18, wie für die Ausführungsform von 8 beschrieben, umzuleiten, um in dem ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsmodus betrieben zu werden. In einer Ausführungsform von 9 ist die Mischklappe 11 stromabwärts von einer Kühlvorrichtung 12, einem Heizkörper 14 und einer TED 16 angeordnet. In dem ersten und dritten Betriebsmodus kann die Mischklappe 11 in einer Position (schwenkt in 9 nach oben) konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen einen Luftstrom 18 in einem ersten Kanal 4 blockiert oder verhindert, wodurch im Wesentlichen der gesamte Luftstrom 18 zwangsweise in einen zweiten Kanal 6 strömt. In dem zweiten Betriebsmodus kann die Mischklappe 11 so konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil eines Luftstroms 18 (z. B. den gesamten, im Wesentlichen gesamten, oder einen wesentlichen Teil eines Luftstroms 18 durch Herabschwenken in 9) durch den ersten Kanal 4 leitet, nachdem er von der Kühlvorrichtung 12 gekühlt wurde. In manchen Ausführungsformen kann die Mischklappe 11 dazu konfiguriert sein, dass sie mindestens einen Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 leitet, während der andere Teil des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 gerichtet wird. Die Kühlvorrichtung, der Heizkörper 14 und die TED 16 können dazu konfiguriert werden, wie hier in den 3 bis 6 beschrieben betrieben zu werden, um den ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsmodus zu verwirklichen.
  • In einer Ausführungsform von 10 ist ein Strömungsumleitungselement 22 konfiguriert, im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die Mischklappe 11 von 9, die hier beschrieben ist, betrieben zu werden, um die Betriebszustände dem ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsmodus zu verwirklichen. Das Strömungsumleitungselement 22 kann dazu konfiguriert werden (in der Ausführungsform von 10 nach oben oder nach unten geklappt werden), um den gesamten oder im Wesentlichen den gesamten Luftstrom 18 daran zu hindern, entweder einen ersten Kanal 4 oder einen zweiten Kanal 6 zu durchströmen, oder mindestens einen Teil des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 zu leiten, während der andere Teil des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 geleitet wird. Wie in 10 gezeigt, kann das Strömungsumleitungselement 22 stromabwärts vom Heizkörper 14 und der TED 16 sein. In manchen Ausführungsformen kann das Strömungsumleitungselement 22 stromaufwärts von dem Heizkörper 14 und der TED 16 sein. Eine Kühlvorrichtung 12, ein Heizkörper 14 und eine TED 16 können dazu konfiguriert sein, wie hier in den 3 bis 6 beschrieben betrieben zu werden, um die erste, zweite und/oder Betriebsmodus zu erreichen.
  • In einer Ausführungsform von 11 sind ein erstes Ventil 23 und ein zweites Ventil 24, die im ersten Kanal bzw. im zweiten Kanal stromabwärts von einer Kühlvorrichtung 12 angeordnet sind, dazu konfiguriert, im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die hier beschriebene Mischklappe 11 von 9 funktional betrieben zu werden, um die Betriebsweisen dem ersten, der zweiten und/oder dritten Betriebsmodus zu erreichen. Wie in 11 gezeigt, können das erste Ventil 23 und das zweite Ventil 24 stromabwärts von dem Heizkörper 14 und der TED 16 sein. In manchen Ausführungsformen können das erste Ventil 23 und/oder das zweite Ventil 24 stromaufwärts vom Heizkörper 14 und der TED 16 sein. Zum Blockieren des gesamten oder im Wesentlichen gesamten Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 14 kann das Ventil 23 dazu konfiguriert (geschlossen) werden, um den Luftstrom 18 durch den ersten Kanal 4 einzuschränken, während das zweite Ventil 24 dazu konfiguriert (geöffnet) werden kann, den Luftstrom 18 durch den zweiten Kanal 6 zu leiten. Zum Blockieren des gesamten oder im Wesentlichen gesamten Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 kann das erste Ventil 23 dazu konfiguriert (geöffnet) werden, den Luftstrom 18 durch den ersten Kanal 4 zu leiten, während das zweite Ventil 24 dazu konfiguriert (geschlossen) werden kann, um den Luftstrom 18 durch den zweiten Kanal 6 zu leiten. Zum Leiten mindestens eines Teils des Luftstroms 18 durch den ersten Kanal 4 und des anderen Teils des Luftstroms 18 durch den zweiten Kanal 6 können das erste Ventil 23 und das zweite Ventil 24 dazu konfiguriert werden, beide geöffnet zu sein, oder eine Konfiguration haben, bei der eines der Ventile offen ist, während das andere Ventil nur teilweise offen ist. Eine Kühlvorrichtung 12, ein Heizkörper 14 und eine TED 16 können dazu konfiguriert sein, wie hier für die 3 bis 6 beschrieben, um den ersten, zweiten und/oder dritten Betriebsmodus zu verwirklichen.
  • In manchen hier beschriebenen Ausführungsformen ist die Heizfunktionalität eines HLK-Systems durch zwei oder mehrere unterscheidbare Untersysteme realisiert, die an im Wesentlichen unterschiedlichen Positionen innerhalb eines HLK-Systems angeordnet sein können. In einigen alternativen Ausführungsformen heizt und kühlt eine einzige TED gleichzeitig, um eine verbesserte thermische Konditionierung, einen verbesserten Komfort für die Menschen und eine höhere Systemeffizienz zu erzielen. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass eine einzige TED mit getrennten elektrischen Zonen konstruiert wird, die mit vom Benutzer ausgewählten Spannungspolaritäten angeregt werden können, um Komfortluft gleichzeitig zu kühlen und zu heizen. Die Begriffe „bithermale thermoelektrische Vorrichtung” und „bithermale TED” beziehen sich im weiten Sinn auf thermoelektrische Vorrichtungen mit zwei oder mehr elektrischen Zonen, wobei die elektrischen Zonen eine beliebige elektrische, geometrische oder räumliche Konfiguration haben können, um die gewünschte Konditionierung von Luft zu erreichen.
  • Bithermale TEDs, des Typs Luft-zu-Luft, Flüssigkeit-zu-Luft oder Flüssigkeit-zu-Flüssigkeit, können so entworfen und konstruiert werden, dass die thermoelektrische Schaltung in mehrere thermische Zonen aufgeteilt ist. Die thermoelektrischen Vorrichtungen können unter der Verwendung der von Bell et al. gelehrten Hochdichtigkeitsvorteile konstruiert werden oder können auch unter der Verwendung herkömmlicher Technologien konstruiert werden (siehe z. B. US-Patent Nr. 6,959,555 und 7,231,772 ). Die Vorteile moderner thermoelektrischer Zyklen, wie sie von Bell et al. gelehrt werden, können gegebenenfalls verwendet werden (siehe z. B. L. E. Bell, „Alternate Thermoelectric Thermodynamic Cycles with Improved Power Generation Efficiencies” („Alternative thermoelektrische thermodynamische Zyklen mit erhöhtem Stromerzeugungswirkungsgrad”), 22nd International Conference an Thermoelectrics, Hérault, Frankreich (2003); US-Patent Nr. 6,812,395 und US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004/0261829, auf deren gesamten Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen wird).
  • In manchen Ausführungsformen betreibt eine Steuerung oder ein Energiemanagementsystem eine bithermale TED zum Optimieren des Einsatzes von Strom gemäß Umweltbedingungen, klimatischen Bedingungen in einer Zielfahrgastzelle und dem gewünschten Umgebungszustand der Zielfahrgastzelle. Bei einer Anwendung für beschlagene Scheiben (Demist) kann zum Beispiel der Strom an die bithermale TED gemäß Daten verwaltet werden, die von Sensoren beschafft werden, die Informationen über Temperatur- und Feuchtigkeitspegel beschaffen, so dass die TED die elektrische Energie entsprechend einsetzt, um die Komfortluft zu konditionieren und zu entfeuchten.
  • Manche Ausführungsformen verringern die Anzahl von Vorrichtungen, die zum Entfeuchten von Komfortluft während kalter Wetterbedingungen durch die Kombination von zwei oder mehr Funktionen verwendet werden, wie zum Beispiel Kühlen, Entfeuchten und/oder Heizen, in eine einzige Vorrichtung. Manche Ausführungsformen erhöhen den Systemwirkungsgrad durch Vorsehen bedarfsgerechter Kühlleistung gemäß klimatischer Bedingungen, um Komfortluft zu entfeuchten. In manchen Ausführungsformen sieht ein Kühlsystem eine Kühlleistung proportional zum Bedarf vor.
  • Manche Ausführungsformen ermöglichen einen größeren Bereich eines thermischen Managements und einer Steuerung durch Vorsehen der Fähigkeit zum Feinabstimmen von Komfortlufttemperatur in einer energieeffizienten Weise. Manche Ausführungsformen bieten die Fähigkeit, thermische Ableitungen und thermische Quellen in einer einzigen Vorrichtung in vorteilhafter Weise zu nutzen, indem die Wärmetauscher-Arbeitsfluid-Kreisläufe gemäß der Ableitungs- und Quellennutzung ferner getrennt werden.
  • In dem beispielhaftem HLK-System 300, das in den 12–13 gezeigt ist, ist die Heiz- und Kühlfunktionalität in einem einstückigen oder im Wesentlichen zusammenhängenden Heizung/Kühlung-Untersystem 306 verwirklicht, das eine erste thermische Zone 308 und eine zweite thermische Zone 310 aufweist. In manchen Ausführungsformen ist das Heizung/Kühlung-Untersystem 306 eine bithermale thermoelektrische Vorrichtung (oder bithermale TED). Die erste thermische Zone 308 und die zweite thermische Zone 310 können jeweils konfiguriert werden, unabhängig voneinander einen Komfortluftstrom F5 zu heizen oder zu kühlen. Ferner können die thermische Zonen 308, 310 von einem unabhängig konfigurierbaren elektrischen Netzwerk und einem Arbeitsfluidnetzwerk unterstützt werden. Eine (nicht gezeigte) Steuerung kann dazu konfiguriert werden, die elektrischen Netzwerke und Arbeitsfluidnetzwerke zu steuern, um das Heizung/Kühlung-Untersystem 306 in einem von mehreren verfügbaren Betriebsmodi zu betreiben. Zum Beispiel kann die Steuerung das elektrische und das Arbeitsfluid-Netzwerk des HLK-Systems 300 gemäß den in der Tabelle von 12 dargestellten Konfigurationen einstellen, wenn ein Demist-, Heiz- oder Kühl-Betriebsmodus ausgewählt ist.
  • Eine beliebige geeignete Technik kann dazu verwendet werden, ein Betriebsmodus für das HLK-System 300 auszuwählen. Zum Beispiel kann eine Betriebsmodus mindestens teilweise über eine Benutzerschnittstelle ausgewählt werden, die einem Benutzer zum Auswählen einer oder mehrerer Einstellungen, wie zum Beispiel Temperatur, Gebläsedrehzahl, Lüftungsdüsenanordnung und so weiter, dargeboten wird. In manchen Ausführungsformen wird ein Betriebsmodus mindestens teilweise über eine Steuerung ausgewählt, die einen oder mehrere Sensoren zum Messen der Fahrgastzellentemperatur und -feuchtigkeit überwacht. Die Steuerung kann auch Sensoren überwachen, die Umgebungsbedingungen umfassen. Die Steuerung kann Informationen verwenden, die von Sensoren, Benutzerbedienelementen, anderen Quellen oder einer Kombination von Quellen empfangen werden, um unter einer Demist-Betriebsart, Heizen und Kühlen auszuwählen. Auf der Grundlage des ausgewählten Betriebsmodus kann die Steuerung eine oder mehrere Pumpen, Gebläse, Stromversorgungen, Ventile, Kompressoren und andere HLK-Systemkomponenten oder Kombinationen von HLK-Systemkomponenten betreiben, um Komfortluft, die die geeigneten Eigenschaften hat, an die Fahrgastzelle zu liefern.
  • Bei der in 13 gezeigten beispielhaften Ausführungsform weist das HLK-System 300 auf: einen Luftkanal 302, ein Gebläse 304, das dazu konfiguriert ist, einen Luftstrom 5 durch einen Luftkanal 302 zu richten, eine bithermale TED 306, die dazu konfiguriert ist, den durch den Luftkanal 302 strömenden Luftstrom F5 zu heizen, zu kühlen und/oder zu entfeuchten, eine optionale Kühlvorrichtung 312, die dazu konfiguriert ist, den Luftstrom F5 zu kühlen, eine optionale Heizvorrichtung 314, die dazu konfiguriert ist, den Luftstrom F5 zu heizen, eine (nicht gezeigte) Stromversorgung, elektrische Verbindungen E1–E4, die zwischen der Stromversorgung und der bithermalen TED 306 verlaufen, eine (nicht gezeigte) Wärmequelle, eine (nicht gezeigte) Wärmeableitung, Arbeitsfluidleitungen F1 bis F4, die dazu konfiguriert sind, Arbeitsfluide zwischen der bithermalen TED 306 und einer oder mehreren Wärmequellen oder -ableitungen zu befördern, andere HLK-Systemkomponenten oder eine beliebige geeignete Kombination von Komponenten. Die Wärmequelle kann eine oder mehrere Aufbewahrungen von Abwärme enthalten, die von einem Kraftfahrzeug erzeugt werden, wie zum Beispiel Antriebsstrang-Kühlmittel, einem Motorblock, einem Hauptkühler, Abgassystemkomponenten, einem Batteriepack, einem anderen geeigneten Material oder einer Kombination von Materialien. Die Wärmeableitung kann einen Hilfskühler (zum Beispiel einen Kühler, der nicht mit dem Antriebsstrang-Kühlmittelkreislauf verbunden ist), eine thermische Speichervorrichtung, ein anderes geeignetes Material oder eine Kombination von Materialien enthalten.
  • In einem Demist-Betriebsmodus kühlt und entfeuchtet die erste thermische Zone 308 der bithermalen TED 306 die Komfortluft F5. Eine Steuerung verursacht, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer ersten Polarität (oder einer Kühlpolarität) über eine erste elektrische Schaltung E1–E2, die mit der ersten thermischen Zone 308 verbunden ist, liefert. Die Steuerung verursacht, dass der erste Arbeitsfluidkreislauf F1–F2, der mit der Hochtemperaturseite der ersten thermischen Zone 308 der TED 306 verbunden ist, mit einer Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler, in thermischer Kommunikation ist. Die Polarität des an die erste thermische Zone 308 der TED 306 gelieferten elektrischen Stroms verursacht, dass thermische Energie von der Komfortluft F5 zum ersten Arbeitsfluidkreislauf F1–F2 gerichtet wird.
  • In dem Demist-Betriebsmodus heizt die zweite thermische Zone 310 der bithermalen TED 306 die entfeuchtete Komfortluft F5, nachdem die Luft durch die erste thermische Zone 308 gelangt ist. Die Steuerung verursacht, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer zweiten Polarität (oder Heizpolarität) über eine zweite elektrische Schaltung E3–E4, die mit der zweiten thermischen Zone 306 verbunden ist, liefert. Die Steuerung verursacht, dass der zweite Arbeitsfluidkreislauf F3–F4, der mit der Niedertemperaturseite der zweiten thermischen Zone 310 der TED 306 verbunden ist, mit einer Wärmequelle, wie zum Beispiel einem Antriebsstrang-Kühlmittel, in thermischer Kommunikation ist. Die Polarität des an die zweite thermische Zone 310 der TED 306 gelieferten elektrischen Stroms verursacht, dass thermische Energie vom zweiten Arbeitsfluidkreislauf F3–F4 an die Komfortluft F5 gerichtet wird. Die Steuerung kann die an die Komfortluft F5 übertragene oder von ihr abgezogene thermische Energie in jeder thermischen Zone regeln, um zu bewirken, dass die Komfortluft F5 die gewünschte Temperatur und/oder Feuchtigkeit erreicht. Die Komfortluft F5 kann dann in die Fahrgastzelle gerichtet werden.
  • Wenn ein Heizbetriebsmodus ausgewählt ist, heizen sowohl die erste als auch die zweite thermische Zone 308, 310 der bithermalen TED 306 die Komfortluft F5. Eine Steuerung verursacht, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer Heizpolarität über eine erste und eine zweite elektrische Schaltung E1–E4 liefert, die mit den thermischen Zonen 308, 310 verbunden sind. Die Steuerung verursacht, dass die Arbeitsfluidkreisläufe F1–F4, die mit der Niedertemperaturseite der TED 306 verbunden sind, in thermischer Kommunikation mit einer Wärmequelle, wie zum Beispiel einem Antriebsstrang-Kühlmittel, sind. Die Polarität des an die beiden thermischen Zonen 308, 310 der bithermalen TED 306 gelieferten elektrischen Stroms verursacht, dass thermische Energie von den Arbeitsfluidkreisläufen F1–M4 an die Komfortluft F5 gerichtet wird.
  • Wenn ein Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist, dann kühlen sowohl die erste als auch die zweite thermische Zone 308, 310 der bithermalen TED 306 die Komfortluft F5. Eine Steuerung verursacht, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer Kühlpolarität über eine erste und eine zweite elektrische Schaltung E1 bis F4 liefert, die mit den thermischen Zonen 308, 310 verbunden ist. Die Steuerung verursacht, dass die Arbeitsfluidkreisläufe F1–F4, die mit der Hochtemperaturseite der TED 306 verbunden sind, mit einer Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler, in thermischer Kommunikation sind. Die Polarität des an die beiden thermischen Zonen 308, 310 der bithermalen TED 306 gelieferten elektrischen Stroms verursacht, dass thermische Energie von der Komfortluft F5 an die Arbeitsfluidkreisläufe F1 bis F4 gerichtet wird.
  • Das in den 12 bis 13 gezeigte HLK-System 300 kann optional eine Kühlvorrichtung 312, wie zum Beispiel einen Verdampfer, und eine Heizvorrichtung 314, wie zum Beispiel einen Heizkörper, aufweisen. Die Kühlvorrichtung 312 und die Heizvorrichtung 314 können dazu konfiguriert sein, die Kühlungs-, Entfeuchtungs- und Heizfunktionen der bithermalen TED 306 ganz oder teilweise zu ersetzen oder zu ergänzen, während das HLK-System 300 in einem bestimmten Betriebsmodus betrieben wird. Zum Beispiel kann ein Heizkörper 314 dazu verwendet werden, die Komfortluft F5 anstelle der bithermalen TED 306 zu heizen, wenn das Antriebsstrang-Kühlmittel eine ausreichend hohe Temperatur erreicht hat, dass die Komfortluft F5 eine gewünschte Temperatur erreicht, wenn sie durch den Heizkörper 314 gelangt. Während die in 13 gezeigte beispielhafte Ausführungsform zeigt, dass die Kühlvorrichtung 312 und/oder die Heizvorrichtung 314 stromaufwärts von der bithermalen TED 306 angeordnet sein können, so versteht es sich, dass mindestens entweder die Kühlvorrichtung 312 oder die Heizvorrichtung 314 auch stromabwärts von der bithermalen TED 306 angeordnet sein können. Wenn zum Beispiel in manchen Ausführungsformen das HLK-System 300 in einem Demist-Betriebsmodus betrieben wird, kann mindestens entweder die thermische Zone 308 oder die thermische Zone 310 der bithermalen TED 306 zum Kühlen oder Entfeuchten der Komfortluft F5 verwendet werden, während eine stromabwärts von der TED 306 angeordnete Heizvorrichtung die entfeuchtete Luft heizt.
  • In einer in den 14 bis 16 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einer Heizung/Kühlung 400 gelangt ein erster Fluidstrom F1 durch zwei Wärmetauschzonen 404, 410, die auf einer ersten Seite einer bithermalen TED angeordnet sind, die zwei thermoelektrische Kreislaufzonen 402, 408 hat. Ein zweiter Fluidstrom F2 gelangt durch zwei Wärmetauschzonen 406, 412, die auf einer zweiten Seite der bithermalen TED angeordnet sind. Die erste thermoelektrische Kreislaufzone 402 und die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 408 können jeweils dazu konfiguriert sein, selektiv thermische Energie in einer gewünschten Richtung unabhängig voneinander zu übertragen. Ferner können die thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 jeweils mit unabhängig voneinander konfigurierbaren elektrischen Schaltungspfaden E1 bis E2, E3 bis E4 verbunden werden. Eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, die elektrischen Netzwerke E1 bis E4 und Fluidströme F1 bis F2 zu steuern, um die Heizung/Kühlung 400 in einem von mehreren verfügbaren Betriebsmodi zu betreiben. Zum Beispiel kann die Steuerung die elektrischen Netzwerke der Heizung/Kühlung 400 gemäß der in der Tabelle von 14 gezeigten Konfiguration einstellen, wenn eine Demist-Betriebsart, zum Heizen oder zum Kühlen ausgewählt wird.
  • Ein beliebiges geeignetes Verfahren kann dazu verwendet werden, ein Betriebsmodus für die Heizung/Kühlung 400 auszuwählen, einschließlich der zuvor anhand des in den 12 bis 13 gezeigten HLK-Systems 300 beschriebenen Verfahren.
  • Bei der in den 15 bis 16 gezeigten beispielhaften Ausführungsform weist die Heizung/Kühlung 400 ein erstes Paar von Wärmetauschzonen 404, 406 in thermischen Kommunikation mit gegenüberliegenden Seiten einer ersten thermoelektrischen Kreislaufzone 402 auf. Ein zweites Paar Wärmetauschzonen 410, 412 ist mit gegenüberliegenden Seiten einer zweiten thermoelektrischen Kreislaufzone 408 in thermischer Kommunikation. Die erste und die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 402, 408 sind dazu konfiguriert, durch die Wärmetauschzonen fließende Fluide zu heizen, zu kühlen und/oder zu entfeuchten. Eine (nicht gezeigte) Stromversorgung kann an jede der thermoelektrischen Schaltungzonen 402, 408 unter der Verwendung unabhängiger elektrischer Schaltungspfade E1 bis E2, E3 bis E4 elektrischen Strom liefern. Die Heizung/Kühlung kann Fluidleitungen enthalten, die dazu konfiguriert sind, Fluidströme F1 bis F2 durch die Wärmetauschzonen 404 und 410, 406 und 412 in thermischer Kommunikation mit der TED zu befördern.
  • In einem Demist-Betriebsmodus kühlt die erste thermoelektrische Kreislaufzone 402 der Heizung/Kühlung 400 einen Hauptfluidstrom F1, der durch die erste Wärmetauschzone 404 der Hauptfluidleitung strömt. Eine Steuerung veranlasst, dass eine Stromversorgung elektrischen Stroms in einer ersten Polarität (oder Kühlpolarität) über eine erste elektrische Schaltung E1 bis E2, die mit der ersten thermoelektrischen Kreislaufzone 402 verbunden ist, liefert. Ein Arbeitsfluidstrom F2, der durch die erste Wärmetauschzone 406 einer Arbeitsfluidleitung strömt, führt Wärme von der Hochtemperaturseite der ersten thermoelektrischen Kreislaufzone 402 ab. Der Arbeitsfluidstrom F2 kann entgegen der Strömungsrichtung des Hauptfluidstroms F2 strömen, während die Fluidströme F1 bis F2 durch die Heizung/Kühlung 400 strömen. Die Polarität des an die erste thermoelektrische Kreislaufzone 402 der Heizung/Kühlung 400 gelieferten elektrischen Stroms veranlasst, dass thermische Energie von dem Hauptfluidstrom F1 an den Arbeitsfluidstrom F2 gerichtet wird. In manchen Ausführungsformen ist der Arbeitsfluidstrom F2 mit einer Wärmeableitung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler, in thermischer Kommunikation. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung veranlassen, dass der Arbeitsfluidstrom F2 zusammen mit dem Hauptfluidstrom F1 in eine Zielfahrgastzelle geleitet wird, wenn der Demist-Betriebsmodus ausgewählt ist.
  • In dem Demist-Betriebsmodus heizt die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 408 der Heizung/Kühlung 400 den Hauptfluidstrom F1, nachdem das Fluid durch die erste Wärmetauschzone 404 gelangt ist und während das Fluid durch die zweite Wärmetauschzone 410 der Hauptfluidleitung strömt. Die Steuerung veranlasst, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer zweiten Polarität (oder Heizpolarität) über eine zweite elektrische Schaltung E3 bis E4, die mit der zweiten thermoelektrischen Kreislaufzone 408 verbunden ist, liefert. Der Arbeitsfluidstrom F2, der durch die zweite Wärmetauschzone 412 der Arbeitsfluidleitung strömt, ist mit der Niedertemperaturseite der zweiten thermoelektrischen Kreislaufzone 408 in thermischer Kommunikation. Wenn die Richtung des Arbeitsfluidstroms F2 der Richtung des Hauptfluidstroms F1 entgegengesetzt ist, gelangt der Arbeitsfluidstrom F2 durch die zweite Wärmetauschzone 412, bevor er zur ersten Wärmetauschzone 406 der Arbeitsfluidleitung fließt. Die Polarität des an die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 408 der Heizung/Kühlung 400 gelieferten elektrischen Stroms veranlasst, dass thermische Energie von dem Arbeitsfluidstrom F2 an den Hauptfluidstrom F1 gerichtet wird.
  • Wenn ein Heizbetriebsmodus ausgewählt wird, heizen entweder die erste oder die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 402, 408 oder beide der Heizung/Kühlung 400 den Hauptfluidstrom F1, der durch die erste und die zweite Wärmetauschzone 404, 410 der Hauptfluidleitung strömt. Eine Steuerung veranlasst, dass eine Stromversorgung elektrischen Strom in einer Heizpolarität über eine erste und eine zweite elektrische Schaltung E1 bis F4, die mit den thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 verbunden sind, liefert. Der Arbeitsfluidstrom F2, der durch die erste und zweite Wärmetauschzone 406, 412 fließt, überträgt Wärme an die Niedertemperaturseite der thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408. In manchen Ausführungsformen veranlasst eine Steuerung, dass der Arbeitsfluidstrom F2 mit einer Wärmequelle, wie zum Beispiel einem Arbeitsstrang-Kühlmittel, in thermischer Kommunikation ist, wenn der Heizbetriebsmodus ausgewählt ist. Die Polarität des an die erste und die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 402, 408 der Heizung/Kühlung 400 gelieferten elektrischen Stroms veranlasst, dass thermische Energie von dem Arbeitsfluidstrom F2 an den Hauptfluidstrom F1 gerichtet wird. In einigen Ausführungsformen wird nur dann elektrischer Strom an die thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 geliefert, wenn festgestellt wird, dass der Hauptfluidstrom F1 eine gewünschte Temperatur erreichen kann, ohne dass die beiden thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 aktiv sind.
  • Wenn ein Kühlbetriebsmodus ausgewählt wird, kühlen sowohl die erste als auch die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 402, 408 der Heizung/Kühlung 400 den Hauptfluidstrom F1, der durch die erste und die zweite Wärmetauschzone 404, 410 der Hauptfluidleitung strömt. Eine Steuerung veranlasst, dass eine Stromquelle elektrischen Strom in einer Kühlpolarität über eine erste und eine zweite elektrische Schaltung E1 bis E4, die mit den thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 verbunden sind, liefert. Der Arbeitsfluidstrom F2, der durch die erste und die zweite Wärmetauschzone 406, 412 strömt, führt Wärme von der Hochtemperaturseite der thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 ab. In manchen Ausführungsformen veranlasst eine Steuerung, dass der Arbeitsfluidstrom F2 mit einer Wärmeabführung, wie zum Beispiel einem Hilfskühler, in thermischer Kommunikation ist, wenn der Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist. Die Polarität des an die erste und die zweite thermoelektrische Kreislaufzone 402, 408 der Heizung/Kühlung 400 gelieferten elektrischen Stroms veranlasst, dass thermische Energie von dem Hauptfluidstrom F1 an den Arbeitsfluidstrom F2 gerichtet wird. In manchen Ausführungsformen wird der elektrische Strom nur an eine der thermoelektrischen Kreislaufzonen 402, 408 geliefert, wenn festgestellt wird, dass der Hauptfluidstrom F1 eine gewünschte Temperatur erreichen kann, ohne dass beide thermoelektrische Kreislaufzonen 402, 408 aktiv sind.
  • Mit Bezugnahme auf 17 ist eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems gezeigt, das einen Motor 103 (und/oder ein anderes wärmeerzeugendes System, wie zum Beispiel eine Batterie, ein elektronisches Gerät, einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, einen Auspuff eines Fahrzeugs, einen Kühlkörper, ein Wärmespeichersystem, wie zum Beispiel ein phasenänderndes Material, eine Vorrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) und/oder eine beliebiges wärmeerzeugendes System, das bekannt oder später noch entwickelt wird), eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 112, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 151 und einen Fahrgastluftkanal 19 aufweist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 151 ist im Fahrgastluftkanal 19 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist die TED 112 eine Wärmeübertragungsvorrichtung des Typs Flüssigkeit-zu-Luft. Auf diese Weise kann mindestens ein Teil der TED 112 auch innerhalb des Fahrgastluftkanals 19 angeordnet sein. Der Fahrgastluftkanal 19 kann so konfiguriert sein, dass Komfortluft durch den Kanal 19 gelangen kann und mit der Wärmeübertragungsvorrichtung 151 und der TED 112 in thermischer Kommunikation sein kann. In manchen Ausführungsformen ist eine Lufthandhabungseinheit (z. B. ein Gebläse) dazu konfiguriert, den Luftstrom zu fördern. Mindestens ein Teil der Komponenten des Systems kann über thermische Energietransportmittel, wie zum Beispiel fluidleitende Rohre, miteinander in Fluidkommunikation sein. Stellelemente, wie zum Beispiel Ventile 125, 135, 145 und 165 können dazu verwendet werden, den thermischen Energietransfer durch die Rohrleitungen zu steuern. Eine Steuervorrichtung, wie zum Beispiel eine Steuerung, kann dazu konfiguriert sein, die verschiedenen Komponenten des Systems und ihre relative Fluidkommunikation zu steuern.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist in der ersten Betriebsart, wenn die Ventile 135 und 145 geöffnet sind und die Ventile 125 und 165 geschlossen sind, zwischen der TED 112 und dem Verbrennungsmotor 103 eine thermische Kommunikation. In einem ersten Kreislauf, oder dem Wärmequellenkreislauf, der die Kreislaufleitungen 111, 131 und 141 umfasst, zirkuliert ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, und wird thermische Energie zwischen dem Verbrennungsmotor 103 und der TED 112 übertragen. Die TED 112 wird mit elektrischer Energie einer spezifischen Polarität versorgt, die es ermöglicht, dass thermische Energie zwischen dem ersten Kreislauf und dem Fahrgastluftkanal 19 übertragen wird. In dem ersten Betriebsmodus pumpt die TED 112 thermische Energie von dem ersten Kreislauf zum Luftstrom des Fahrgastluftkanals 19.
  • In einem zweiten Betriebsmodus sind die Ventile 135 und 145 geschlossen und die Ventile 125 und 165 offen. Das zirkulierende Fluid ermöglicht eine thermische Kommunikation zwischen dem Verbrennungsmotor 103 und der Wärmeübertragungsvorrichtung 151. In einem zweiten Kreislauf, oder einem Bypass-Kreislauf, der die Kreislaufleitungen 111, 121 und 161 umfasst, zirkuliert ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, und wird thermische Energie zwischen dem Verbrennungsmotor 103 und der Wärmeübertragungsvorrichtung 151 übertragen. Der Strom umgeht die TED 112, und sie ist nicht länger in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor 103. In diesem Betriebsmodus wird der Fluidstrom in dem thermischen Kreislauf 141 gestoppt und wird kein elektrischer Strom an die TED 112 geliefert. In manchen Ausführungsformen kann das System zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus umschalten. In manchen Ausführungsformen kann ein (nicht gezeigter) Niedertemperatur-Wärmetauscher operativ oder selektiv operativ mit dem thermischen Kreislauf 111 verbunden werden und dazu verwendet werden, thermische Energie von der Wärmeübertragungsvorrichtung 151, der TED 112 und/oder anderen Elementen des Temperaturregelsystems an die Umgebungsluft abzugeben. Zum Beispiel könnte in mindestens einigen Betriebsmodi der Niedertemperatur-Wärmetauscher parallel zum oder anstelle des Verbrennungsmotors 103 angeschlossen sein.
  • Die TED 112 kann eines oder mehrere thermoelektrische Elemente enthalten, welche thermische Energie in einer bestimmten Richtung übertragen, wenn elektrische Energie angelegt wird. Wenn die elektrische Energie unter der Verwendung einer ersten Polarität angelegt wird, überträgt die TED 112 thermische Energie in einer ersten Richtung. Alternativ dazu überträgt die TED 112, wenn elektrische Energie unter der Verwendung einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt wird, angelegt wird, thermische Energie in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist. Die TED 112 kann dazu konfiguriert sein, thermische Energie an den Luftstrom des Fahrgastluftkanals 19 zu übertragen, wenn elektrische Energie einer ersten Polarität angelegt wird, indem das System so konfiguriert wird, dass die heizende Seite der TED 112 in thermischer Kommunikation mit dem Fahrgastluftkanal 19 ist. Ferner kann die kühlende Seite der TED 112 mit dem Motor 103 in thermischer Kommunikation sein, so dass die TED 112 thermische Energie von dem Kreislauf abzieht, mit dem der Verbrennungsmotor verbunden ist. In bestimmten Ausführungsformen regelt ein (nicht gezeigtes) Steuersystem die an die TED 112 angelegte elektrische Energie, um zwischen einem Heizbetriebsmodus und einem Kühlbetriebsmodus auszuwählen. In manchen Ausführungsformen regelt das Steuersystem die Stärke der an die TED 112 angelegten elektrischen Energie, um eine Heiz- oder Kühlkapazität auszuwählen.
  • 18 zeigt ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur in einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs. Das Verfahren enthält ein Bewegen von einem Luftstrom über einen Wärmetauscher. Der Luftstrom kann durch einen oder mehrere Fahrgastluftkanäle, wie zum Beispiel Lüftungsschächte, gelangen, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Anfänglich arbeitet das Steuersystem in einer ersten Betriebsart, in der eine TED thermische Energie von einer Wärmequelle in einen Fahrgastluftkanal pumpt. Das Steuersystem arbeitet weiterhin in der ersten Betriebsart, bis eines oder mehrere Umschaltkriterien erfüllt sind. Wenn das eine oder die mehreren Kriterien erfüllt sind, schaltet das Steuerungssystem in eine zweite Betriebsart. In einer Ausführungsform schaltet das Steuerungssystem in die zweite Betriebsart, wenn ein durch einen Verbrennungsmotor oder eine andere Wärmequelle zirkulierendes Kühlmittel dazu bereit ist, den Luftstrom zu heizen. In dem zweiten Betriebsmodus wird thermische Energie von dem Verbrennungsmotor oder der anderen Wärmequelle an den Wärmetauscher übertragen. Die TED ist nicht in den Kreislauf einbezogen und es besteht keine wesentliche thermische Kommunikation mit der Wärmequelle und dem Wärmetauscher. In dieser Konfiguration strömt ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, durch einen Bypass-Kreislauf, so dass ein thermischer Energietransfer in dem Bypass-Kreislauf geschieht. Das System kann auch eines oder mehrere Stellelemente, wie zum Beispiel Ventile, betreiben, um zu veranlassen, dass der Fluidstrom nicht zur TED gelangt. In einer Ausführungsform steuert eine Steuerung Ventile zum Schalten zwischen Betriebsarten. In dem zweiten Betriebsmodus kann der Wärmetauscher in im Wesentlichen der gleichen Art und Weise betrieben werden, wie der Heizkörper in einem herkömmlichen HLK-System eines Fahrzeugs.
  • Das eine oder die mehreren Kriterien zum Umschalten zwischen Betriebsmodi können beliebige geeignete Kriterien sein und sind nicht auf die Eigenschaften des Fahrzeugs oder Temperaturparameter eingeschränkt. In manchen Ausführungsformen sind die Kriterien zum Umschalten des Fluidstroms eines oder mehr aus den folgenden: Algorithmen, Benutzeraktion oder -inaktion, die Temperatur einer thermischen Energiequelle, Fluidtemperatur, die Länge einer verstrichenen Zeit und Lufttemperatur. In manchen Ausführungsformen können die Kriterien auch je nachdem vom Benutzer festgelegt oder vom Benutzer eingestellt sein. In einer Ausführungsform erfolgt eine Umschaltung von einem ersten Betriebsmodus in einen zweite Betriebsmodus, wenn der Motor eine Schwellentemperatur erreicht. In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Umschaltung, wenn ein Fluidkreislauf eine Schwellentemperatur erreicht. In noch einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Umschaltung, wenn die Lufttemperatur eine Schwellentemperatur erreicht.
  • Unter Bezugnahme auf 19 ist eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems gezeigt, das zum Heizen und Kühlen eines Luftstroms in einem Fahrgastluftkanal 19 konfiguriert sein kann. Das System umfasst eine TED 112, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 151, einen Niedertemperatur-Wärmetauscher oder eine Wärmeableitung 171, eine thermische Energiequelle 181 und mehrere Stellelemente 125, 135, 145, 165, 175, 185. Die mehreren Stellelemente können einen Fluid- oder Kühlmittelstrom durch Kreisläufe einschränken, wie hier erörtert. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 151 ist im Fahrgastluftkanal 19 angeordnet. Die TED 112, die als eine Ausführungsform des Typs Flüssigkeit-zu-Luft gezeigt ist, kann ebenfalls im Fahrgastluftkanal 19 angeordnet sein. Der Fahrgastluftkanal 19 ist so konfiguriert, dass ein Luftstrom durch den Kanal 19 gelangen kann und mit der Wärmeübertragungsvorrichtung 151 und der TED 112 in thermischer Kommunikation sein kann. In manchen Ausführungsformen ist eine Lufthandhabungseinheit (z. B. ein Gebläse) dazu konfiguriert, den Luftstrom zu befördern. Das System umfasst ferner einen Wärmeableitungskreislauf 170, der den Niedertemperatur-Wärmetauscher 171 und mindestens ein Ventil 175 enthält. Die TED 112 ist über einen Arbeitsfluidkreislauf 142 mit dem Wärmeableitungskreislauf 170 in thermischer Kommunikation. Das System umfasst auch einen Wärmequellenkreislauf 180, der eine thermische Energiequelle 181 und mindestens ein Ventil 185 enthält. Die TED 112 ist über einen Arbeitsfluidkreislauf 142 mit dem Wärmequellenkreislauf 180 in thermischer Kommunikation. Einige Ausführungsformen umfassen auch einen thermischen Übertragungskreislauf 121, der die Wärmeübertragungsvorrichtung 151 und mindestens ein Ventil 125 enthält. Wärme wird zwischen dem Luftstrom und der Wärmeübertragungsvorrichtung 151 und der TED 112 übertragen. In einer Ausführungsform ist die thermische Energiequelle 181 ein Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor und ist der Niedertemperatur-Wärmetauscher 151 ein Kühler. In manchen Ausführungsformen kann die thermische Energiequelle eine Batterie, ein elektronisches Gerät, ein Verbrennungsmotor, ein Auspuff eines Fahrzeugs, ein Kühlkörper, ein Wärmespeichersystem, wie zum Beispiel ein phasenänderndes Material, eine Vorrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) und/oder ein beliebiges Wärme erzeugendes System sein, das bekannt ist oder später noch entwickelt wird. Es ist auch in Betracht gezogen, dass Pumpen dazu konfiguriert sein können, mit dem System zusammenzuarbeiten, um den Fluidstrom zu veranlassen. In manchen Ausführungsformen können Mikro-Hybrid- und/oder Hybridfahrzeuge elektrische Pumpen (z. B. Wasserpumpen) verwenden, um eine Arbeitsfluidzirkulation in Gang zu bringen, wobei entweder eine herkömmliche riemengetriebene Pumpe überhaupt ersetzt wird oder anstelle der herkömmlichen riemengetriebenen Pumpe eingesetzt wird, während der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist.
  • Die folgende Beschreibung veranschaulicht die Vielseitigkeit des vorgestellten Systems, wobei lediglich die TED 112 sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden kann. Das System kann dazu konfiguriert sein, in verschiedenen Betriebsmodi betrieben zu werden, indem mindestens eines der Ventile 175 und 185 betätigt wird, welche veranlassen, dass Kühlmittel durch den Wärmequellenkreislauf 180 oder den Wärmeableitungskreislauf 170 fließt, je nachdem, ob ein Heiz- oder eine Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist. In einem Heizbetriebsmodus verursacht ein Öffnen des Ventils 185 und ein Schließen des Ventils 175, dass Kühlmittel durch den Wärmequellenkreislauf 180 und nicht durch den Wärmeableitungskreislauf 170 strömt. In diesem Betriebsmodus wird die TED 112 in einer ersten Polarität betrieben und ist dazu konfiguriert, thermische Energie von dem Wärmequellenkreislauf 180 an den Luftstrom des Fahrgastluftkanals 19 zu übertragen. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 151 kann auch mit der TED 112 betrieben werden, um den Wärmetransfer noch weiter zu steigern, indem das Ventil 125 geöffnet und das Ventil 135 geschlossen wird. In manchen Ausführungsformen kann, wie zuvor beschrieben, die Wärmeübertragungsvorrichtung 151 ohne die TED betrieben werden.
  • In einem Kühlbetriebsmodus verursacht ein Schließen des Ventils 185 und ein Öffnen des Ventils 175, dass Kühlmittel durch den Wärmeableitungskreislauf 170 und nicht durch den Wärmequellenkreislauf 180 fließt. In diesem Betriebsmodus wird die TED 112 in der zweiten Polarität betrieben, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, und ist dazu konfiguriert, thermische Energie vom Fahrgastluftkanal 19 zum Wärmeableitungskreislauf 170 zu übertragen, der die Temperatur des Luftstroms senkt, indem thermische Energie vom Luftstrom an den Wärmeableitungskreislauf 170 übertragen wird.
  • 20 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Temperaturregelsystems, wobei die Ausführungsform des in 19 gezeigten Systems folgen könnte, wobei eine TED zum Heizen und zum Kühlen verwendet wird. In dieser Ausführungsform bewegt sich ein Luftstrom über eine Wärmeübertragungsvorrichtung und eine TED und in eine Fahrgastzelle. In bestimmten Ausführungsformen lässt das System ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, in einem ersten Kreislauf, oder einem Wärmeübertragungskreislauf, zirkulieren, der mit der Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder einer thermoelektrischen Vorrichtung (TED) in thermischer Kommunikation ist. Das System empfängt eine Anzeige darüber, ob ein Heizbetriebsmodus oder ein Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist. Wenn der Heizbetriebsmodus ausgewählt ist, dann veranlasst das System, dass Fluid in einem Wärmequellenkreislauf fließt, der mit einer thermischen Energiequelle, Wärmeübertragungsvorrichtung und/oder TED in thermischer Kommunikation ist. In dem Heizbetriebsmodus überträgt die TED thermische Energie zwischen dem Wärmequellenkreislauf und dem Fahrgastluftkanal. Eine Wärmeübertragungsvorrichtung kann auch dazu verwendet werden, die Funktionen der TED zu ergänzen oder zu ersetzen. Wenn der Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist, dann veranlasst das System, dass Fluid in dem Wärmeableitungskreislauf strömt, der mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher und der TED in thermischer Kommunikation ist. In dem Kühlbetriebsmodus überträgt die TED thermische Energie zwischen dem Wärmeableitungskreislauf und dem Fahrgastluftkanal. Das System weist eine ausgewählte Polarität auf der Grundlage dessen zu, ob die Heizbetriebsmodus oder die Kühlbetriebsmodus ausgewählt ist, und wird elektrische Energie der zugewiesenen Polarität an die TED geliefert. In dem Heizbetriebsmodus wird die Polarität ausgewählt, die veranlasst, dass die TED thermische Energie von dem Wärmequellenkreislauf an den Fahrgastluftkanal überträgt. In dem Kühlbetriebsmodus wird eine Polarität ausgewählt, die veranlasst, dass die TED thermische Energie vom Fahrgastluftkanal an den Wärmeableitungskreislauf überträgt.
  • Wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform des in 19 dargestellten Systems erörtert, können der Wärmeableitungskreislauf und der Arbeitsfluidkreislauf Stellelemente enthalten, die dazu verwendet werden können, den Strom des Fluids oder Kühlmittels innerhalb des Systems zu steuern. In einer Ausführungsform verursacht das System, dass Fluid durch den Wärmeableitungskreislauf fließt, indem ein Stellelement betätigt wird, das dem Wärmeableitungskreislauf zugeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform kann das System veranlassen, dass Fluid durch den Wärmeableitungskreislauf fließt, indem ein Stellelement betätigt wird, das dem Wärmeableitungskreislauf zugeordnet ist. Ferner kann in manchen Ausführungsformen ein dem Wärmeableitungskreislauf zugeordnetes Stellelement geöffnet und ein dem Wärmeableitungskreislauf zugeordnetes Stellelement geschlossen werden, um zu veranlassen, dass Fluid in den Wärmeableitungskreislauf fließt. Ebenfalls wird in Betracht gezogen, dass mehrere Pumpen dazu konfiguriert sein können, mit dem Arbeitsfluidkreislauf, dem Wärmequellenkreislauf und dem Wärmeableitungskreislauf zusammenzuarbeiten, um den Fluidstrom zu ermöglichen.
  • 21 zeigt eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101, das dazu verwendet wird, eine temperaturgeregelte Luft an eine Fahrgastzelle zu liefern. In dieser Ausführungsform umfasst das System 101 eine thermoelektrische Vorrichtung (TED) 112, einen Motor 13, eine Wärmeübertragungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Wärmetauscher 116, und einen Fahrgastluftkanal 19, die Teil eines HLK-Systems 62 sind. In manchen Ausführungsformen umfasst das System 101 zusätzlich einen Niedertemperatur-Wärmetauscher 40. Das System 101 umfasst ferner eine oder mehrere Pumpen 53 und Stellelemente 28, 32, 34, 36, 125, 135, 145 und 165, die dazu konfiguriert sind, ein Fluid, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, unter den verschiedenen Komponenten zu transferieren und eine Fluidkommunikation und/oder thermische Kommunikation unter verschiedenen Komponenten zu verhindern (oder einzuschränken). Der Motor 13 kann eine beliebige Art von Fahrzeugverbrennungsmotor, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, sein, die eine Quelle thermischer Energie ist. In manchen Ausführungsformen kann der Motor 13 ein beliebiges wärmeerzeugendes System sein, wie zum Beispiel eine Batterie, ein elektronisches Gerät, ein Auspuff eines Fahrzeugs, ein Kühlkörper, ein Wärmespeichersystem, wie zum Beispiel ein phasenänderndes Material, eine Vorrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) oder ein beliebiges wärmeerzeugendes System, das schon bekannt ist oder noch entwickelt wird. Das System 101 kann von einer Steuerung, mehreren Steuerungen oder einem beliebigen Gerät gesteuert werden, das zum Steuern der Pumpen, Ventile, Wärmequellen, TED und anderen Komponenten des Systems 101 geeignet ist. Durch Steuern der Komponenten, Ventile und Pumpen kann die Steuerung das System 101 in verschiedenen Betriebsmodi betreiben. Die Steuerung kann die Betriebsmodus des Systems 101 auch in Reaktion auf Eingabesignale oder Befehle ändern.
  • In einer Ausführungsform überträgt ein Fluid, wie zum Beispiel ein flüssiges Kühlmittel, thermische Energie unter den Komponenten des Systems 101 und wird von einer oder mehreren Pumpen gesteuert. Das flüssige Kühlmittel kann die thermische Energie über ein System von Rohrleitungen befördern, die zwischen den verschiedenen Komponenten eine Fluidkommunikation bereitstellen. Die Stellelemente können dazu verwendet werden, zu steuern, welche Komponenten mit dem Wärmetauscher 116 und/oder der TED 112 zu jeder bestimmten Zeit in thermischer Kommunikation sind. Alternativ dazu kann das Temperaturregelsystem auch andere Materialien oder Mittel verwenden, um unter den Komponenten eine thermische Kommunikation bereitzustellen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform verwendet das System 101 einen einzigen Wärmetauscher 116 und eine einzige TED 112, wodurch es möglich wird, dass sich dies nur minimal auf die HLK-Konstruktion auswirkt, weil dabei eine typische Konfiguration beibehalten werden kann, ohne dass ein zusätzlicher Wärmetauscher benötigt wird. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass das System 101 mit mehreren Wärmetauschern, TEDs und/oder mehreren HLK-Systemen oder Luftstromkanälen konfiguriert wird. In manchen Ausführungsformen kann das System 101 Wärmetauscher und andere Komponenten in einen einzigen Wärmetauscher kombinieren, so dass die HLK-Konstruktion so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass der Wärmetauscher 116 und die TED 112 ein einziger Wärmetauscher sein können. In manchen Ausführungsformen können Arbeitsfluidkreisläufe so angeordnet werden, dass ein einziger Wärmetauscher sowohl mit einem Verbrennungsmotor als auch einer thermoelektrischen Vorrichtung, die vom Luftkanal 19 entfernt ist, thermisch verbunden sein kann, wie in der US-Anmeldung Nr. 12/782,569, eingereicht am 18. Mai 2010, weiter erörtert wird, auf deren gesamten Offenbarungsgehalt hiermit Bezug genommen und in diese Anmeldung einbezogen wird. Je nach dem Betriebsmodus des Systems 101 können der Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 mit dem Verbrennungsmotor 13 in thermischer Kommunikation sein. Ferner kann je nach dem Betriebsmodus des Systems 101 die TED mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 in thermischer Kommunikation sein. In einem Heizbetriebsmodus können der Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 mit dem Verbrennungsmotor 13 in thermischer Kommunikation sein. In einem Kühlbetriebsmodus können die Wärmeübertragungsvorrichtung 116 und/oder die TED 112 mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher oder dem Kühler 40 in thermischer Kommunikation sein.
  • In 21 ist auch eine Ausführungsform des HLK-Systems 62 gezeigt, durch das ein Luftstrom gelangt, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. In dieser Ausführungsform sind die Wärmeübertragungsvorrichtung 116 und die TED 112 mit dem HLK-System 62 funktional gekoppelt oder innerhalb dieses Systems angeordnet, so dass sie thermische Energie an den Luftstrom übertragen oder diesem entziehen können. Der Luftstrom in dem HLK-System 62 kann durch einen oder mehrere Kanäle 52, 54 fließen, die durch eine Trennwand 60 getrennt sind. In manchen Ausführungsformen haben der erste und der zweite Kanal 52, 54 ungefähr die gleiche Größe (z. B. ungefähr die gleiche Höhe, Länge, Breite und/oder Querschnittsfläche). In anderen Ausführungsformen haben der erste und der zweite Kanal 52, 54 unterschiedliche Größen, wie in 21 gezeigt. Zum Beispiel können die Breite, Höhe, Länge und/oder Querschnittsfläche des ersten und des zweiten Kanals 52, 54 unterschiedlich sein. In manchen Ausführungsformen ist der erste Kanal größer als der zweite Kanal. In anderen Ausführungsformen ist der erste Kanal kleiner als der zweite Kanal. In weiteren Ausführungsformen können zusätzliche Trennwände verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von Kanälen oder Leitungen zu schaffen. Die Trennwände können aus einem beliebigen geeigneten Material sein, können eine beliebige geeignete Form oder Konfiguration haben. Die Trennwände können dazu dienen, die Leitungen oder Kanäle teilweise oder vollständig voneinander zu trennen und können Öffnungen, Lücken, Ventile, Mischklappen, andere geeignete Strukturen oder eine Kombination von Strukturen aufweisen, die eine Fluidkommunikation zwischen den Kanälen ermöglichen. Mindestens ein Teil der Trennwand kann den ersten Kanal 52 gegenüber dem zweiten Kanal 54 thermisch isolieren.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst das HLK-System 62 ein erstes bewegliches Element, das dazu konfiguriert ist, betrieben zu werden, den durch den ersten und den zweiten Kanal 52, 54 gelangenden Luftstrom zu steuern. Zum Beispiel kann eine Mischklappe 56 dazu konfiguriert sein, den durch die Kanäle 52, 54 gelangenden Luftstrom zu steuern. Die Mischklappe kann in der Nähe des Eingangs der Kanäle 52, 54 drehbar gekoppelt sein. Durch Drehen kann die Mischklappe den Luftstrom durch die Kanäle 52, 54 steuern. Die Mischklappe 56 kann einen Luftstrom durch den ersten oder den zweiten Kanal 52, 54 oder beide selektiv modifizieren, zulassen, versperren oder verhindern. Vorzugsweise kann die Mischklappe 56 einen Luftstrom durch einen der Kanäle verhindern, während der gesamte Luftstrom durch den anderen Kanal geleitet wird. Die Mischklappe 56 kann auch einen Luftstrom durch beide Kanäle in verschiedenen Mengen und Verhältnissen ermöglichen. In manchen Ausführungsformen ist die Mischklappe 56 mit der Trennwand 60 gekoppelt und dreht sich relativ zur Trennwand 60. Es wird auch in Betracht gezogen, dass mehr als eine Mischklappe in dem HLK-System 62 verwendet werden könnte, um einen Luftstrom zu richten und ein Heizen und/oder Kühlen des Luftstroms zu verbessern.
  • In manchen Ausführungsformen kann ein Verdunster 58 in dem HLK-System 62 in dem Pfad des Luftstroms angeordnet sein, um dem Luftstrom Feuchtigkeit zu entziehen, bevor er in die Fahrgastzelle eintritt. In manchen Ausführungsformen kann der Verdunster 58 vor den Kanälen 52, 54 angeordnet sein, so dass er den ganzen Luftstrom konditionieren kann. In anderen Ausführungsformen kann der Verdunster innerhalb einer der Kanäle angeordnet sein, so dass er nur den Luftstrom in einem bestimmten Kanal konditionieren kann. Andere Vorrichtungen, wie zum Beispiel Kondensatoren, können ebenfalls verwendet werden, um den Luftstrom vorzubereiten oder zu kühlen, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt.
  • In manchen Ausführungsformen arbeitet das System 101 in verschiedenen Betriebsarten, so einer ersten Betriebsart, oder Heizbetriebsart, die einem Zeitraum entspricht, während der der Verbrennungsmotor warm wird („Start-Heizbetriebsart”); einer zweiten Betriebsart, oder Heizbetriebsart, die einem Zeitraum entspricht, während dessen der Motor immer noch warm wird, jedoch warm genug ist, um beim Heizen des Luftstroms beizutragen („Aufwärm-Motor-Heizbetriebsart”, oder „Aufwärm-Heizbetriebsart” oder „Zusatz-Heizbetriebsart”); einem dritten Betriebsmodus oder Heizbetriebsart, die einem Zeitraum entspricht, während dessen der Motor warm genug ist („Warm-Motor-Heizbetriebsart”, „Warm-Heizbetriebsart” oder „Heizbetriebsart”); und einem vierten Betriebsmodus zum Kühlen der Fahrgastzelle („Kühlbetriebsart” oder „Zusatzkühlbetriebsart”). In manchen Ausführungsformen kann ein einziges System alle die verschiedenen Betriebsmodi ausführen, es wird jedoch in Betracht gezogen, dass Ausführungsformen der Erfindung dazu konfiguriert sein können, nur eine der unten beschriebenen Betriebsmodi auszuführen. Zum Beispiel kann die eine Ausführungsform dazu konfiguriert sein, lediglich die Betriebsmodus zum Liefern von thermischer Energie von der thermoelektrischen Vorrichtung, während der Motor warm wird, auszuführen. Eine andere Ausführungsform kann dazu konfiguriert sein, lediglich ein Kühlen bereitzustellen, wie in dem Kühlbetriebsmodus beschrieben.
  • In manchen Ausführungsformen kann das System 101 auch in anderen Betriebsmodi für ein Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem arbeiten. Das System 101 kann in einem fünften Betriebsmodus oder einem „Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus” betrieben werden, der einem Zeitraum entspricht, während dessen die Motortemperatur fällt und die Kühlmitteltemperatur entsprechend unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt (z. B. der Motor kalt ist und die Temperatur des Motors (und/oder Kühlmittels) unter einen ersten Temperaturschwellenwert fällt); einem sechsten Betriebsmodus oder einem „Stopp-Heiz-Betriebsmodus” oder Stopp-Abgekühlt-Heizbetriebsmodus”, der einem Zeitraum entspricht, während dessen die Motortemperatur fällt und die Kühlmitteltemperatur entsprechend unter einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert fällt, jedoch warm genug ist, um beim Heizen des Luftstroms beizutragen (z. B. der Motor aufgewärmt ist und die Temperatur des Motors (und/oder des Kühlmittels) zwischen einem ersten Temperaturschwellenwert und einem zweiten Temperaturschwellenwert ist); einem siebten Betriebsmodus oder einem „Stopp-Warm-Heizbetriebsmodus”, der einem Zeitraum entspricht, während dessen die Motortemperatur darüber und die Kühlmitteltemperatur entsprechend ist (z. B. der Motor ist warm und die Temperatur des Motors (und/oder Kühlmittels) ist über dem zweiten Temperaturschwellenwert). Der zweite vorbestimmte Schwellenwert kann einer Temperatur des Kühlmittels entsprechen, die ausreicht, um dem Luftstrom eine entsprechende Wärmemenge zuzuführen. In manchen Ausführungsformen kann ein einziges System alle die verschiedenen Betriebsmodi durchführen, es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass Ausführungsformen der Erfindung dazu konfiguriert sein können, lediglich eine der unten beschriebenen Betriebsmodi durchzuführen. Zum Beispiel könnte eine Ausführungsform dazu konfiguriert sein, lediglich den Betriebsmodus zum Liefern thermischer Energie von der thermoelektrischen Vorrichtung durchzuführen, wenn die Kühlmitteltemperatur unter dem ersten vorbestimmten Schwellenwert ist.
  • 21 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in der ersten Betriebsart, die auch als die „Start-Heizbetriebsart” bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus wird Wärme an die Fahrgastzelle geliefert, während der Verbrennungsmotor 13 warm wird und noch keine Temperatur erreicht hat, die zum Heizen der Fahrgastzelle ausreicht (z. B. die Verbrennungsmotortemperatur unter einem ersten Temperaturschwellenwert ist). Wenn der Verbrennungsmotor 13 frisch gestartet wird, erzeugt er nicht genug Wärme, um die Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle ausreichend zu erhöhen. Ein Fahrzeugverbrennungsmotor kann mehrere Minuten oder länger benötigen, um auf die notwendige Temperatur zu kommen, um Komfortluft an die Fahrgastzelle zu liefern. In diesem Betriebsmodus liefert eine Steuerung elektrische Energie an die TED 112, die einen thermischen Gradienten erzeugt und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftkanal 54 liefert. Ein flüssiges Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufes 30 und des thermischen Kreislaufs 141 wird durch eine (nicht gezeigte) Pumpe innerhalb des Verbrennungsmotors 13 durch die Kreisläufe bewegt. In alternativen Ausführungsformen kann eine Pumpe außerhalb des Verbrennungsmotors 13 angeordnet sein. Das Ventil 145 ist offen und der Arbeitsfluidkreislauf 30 ist in Fluidkommunikation mit der TED 112 über thermische Kreisläufe 131 und 141, welche die TED 112 und den Verbrennungsmotor 13 über den thermischen Kreislauf 21 thermisch verbinden. Die Ventile 125, 165 und 36 können während des Start-Heizbetriebsmodus geschlossen sein. In manchen Ausführungsformen wird während des Start-Heizbetriebsmodus der Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 nicht benötigt, weil der Luftstrom in die Fahrgastzelle beheizt wird.
  • 21 zeigt auch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in der fünften Betriebsart, die auch als die „Stopp-Kalt-Heizbetriebsart” bezeichnet werden kann, zum Beispiel in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridfahrzeug. Wenn der Verbrennungsmotor 13 in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem abgeschaltet ist, kühlt der Verbrennungsmotor 13 ab, während er abgeschaltet ist. Mit dem Abkühlen des Verbrennungsmotors 13 fällt auch die Temperatur des flüssigen Kühlmittels entsprechend. In diesem Betriebsmodus wird Wärme an die Fahrgastzelle geliefert, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors 13 fällt und für das Beheizen der Fahrgastzelle nicht ausreicht (z. B. die Temperatur des Verbrennungsmotors unter einem ersten (oder zweiten) Temperaturschwellenwert ist). In diesem Betriebsmodus liefert eine Steuerung elektrische Energie an die TED 112, die einen thermischen Gradienten erzeugt und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftkanal 54 liefert. Ein flüssiges Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufs 30 und des thermischen Kreislaufs 141 wird durch eine (nicht gezeigte) Pumpe (z. B. eine elektrische Pumpe) innerhalb des Verbrennungsmotors 13 durch die Kreisläufe gepumpt. In alternativen Ausführungsformen kann eine Pumpe außerhalb des Verbrennungsmotors 13 angeordnet sein. Das Ventil 145 ist offen und der Arbeitsfluidkreislauf 30 ist in Fluidkommunikation mit der TED 112 über thermische Kreisläufe 131 und 141, die die TED 112 und den Verbrennungsmotor 13 über den thermischen Kreislauf 21 thermisch miteinander verbinden. Die Ventile 125, 165 und 36 können während des Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus geschlossen sein. In manchen Ausführungsformen wird der Niedertemperatur-Wärmetauscher während des Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus nicht benötigt, weil der Luftstrom in die Fahrgastzelle geheizt wird. Auf diese Weise kann das Temperaturregelsystem 101 einen relativ langen Zeitraum bereitstellen, über den der Verbrennungsmotor 13 nicht gestartet zu werden braucht, um den Luftstrom in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem zu beheizen. Wenn, wie hier erörtert, die Heizfunktion durch die TED 112 nicht bereitgestellt würde, müsste der Verbrennungsmotor 13 zum Zweck der Beheizung der Fahrgastzelle gestartet werden, während der Verbrennungsmotor 13 sonst nicht, zum Beispiel zum Antreiben des Fahrzeugs, benötigt würde.
  • Die TED 112 ist im HLK-System 62 angeordnet. In dieser Weise wird die an den von der thermoelektrischen Vorrichtung 112 an den in die Fahrgastzelle eintretenden Luftstrom übertragene thermische Energie an das Kühlmittel übertragen, das mit dem Motor 13 in thermischer Kommunikation ist. In einer Ausführungsform ist die TED 112 die einzige Quelle der thermischen Energie für den in die Fahrgastzelle eintretenden Luftstrom, und es wird nur eine geringe Menge thermischer Energie dem Motor 13 entnommen, selbst wenn das flüssige Kühlmittel durch die thermischen Kreisläufe zirkuliert. Nachdem der Verbrennungsmotor ausreichend warm ist, wird immer noch in dem Start-Heiz-Betriebsmodus thermische Energie vom Motor 13 auch dazu verwendet, das Kühlmittel in dem Arbeitsfluidkreislauf 30 zu erwärmen. Auf diese Weise kann der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom nach dem anfänglichen Starten thermische Energie sowohl von dem Motor 13 als auch der TED 112 empfangen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das HLK-System 62 eine Mischklappe 56 oder eine andere Vorrichtung enthalten, die dazu konfiguriert ist, den Luftstrom in verschiedene Kanäle 52, 54 zu leiten, die zur Fahrgastzelle führen. In dieser Ausführungsform ist der Wärmetauscher 116 und die TED 112 in dem zweiten Kanal 54 angeordnet. In dem Start-Heizbetriebsmodus ist die Mischklappe 56 so angeordnet, dass mindestens ein Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 54 geleitet wird. In einer alternativen Ausführungsform können der Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 innerhalb mehr als eines Kanals des HLK-Systems 62 angeordnet oder mit diesem wirksam gekoppelt sein.
  • Während des Start-Heizbetriebsmodus kann das System 101 dazu konfiguriert sein, den Luftstrom zu entfeuchten, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Der Verdampfer 58 kann innerhalb des HLK-Systems 62 so konfiguriert sein, dass der Luftstrom durch den Verdampfer 58 gelangt, wodurch der Luftstrom gekühlt und ihm Feuchtigkeit entzogen wird, bevor er durch den Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 erwärmt wird.
  • 22 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in einer zweiten Betriebsart, die auch als die „Aufwärm-Motor-Heizbetriebsart” oder „Aufwärm-Heizbetriebsart” bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus hat der Motor 13 eine Aufwärmtemperatur erreicht, die ein gewisses Maß an Wärme an den Luftstrom abgeben kann, jedoch nicht warm genug ist, um als einzige Quelle thermische Energie für das System 101 zu dienen (z. B. die Verbrennungsmotortemperatur zwischen einem ersten Temperaturschwellenwert und einem zweiten Temperaturschwellenwert ist). In diesem Betriebsmodus ist der Motor 13 mit dem Wärmetauscher 116 und der TED 112 in thermischer Kommunikation. Thermische Energie vom Motor 13 wird über ein Kühlmittel durch die Rohrleitungen (thermische Kreisläufe 21, 30 und 121) zum Wärmetauscher 116 transferiert, von einer (nicht gezeigten) Pumpe innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotors 13 durch die Kreisläufe bewegt. Gleichzeitig kann mehr thermische Energie unter der Verwendung der TED 112 über den thermischen Kreislauf 141 an den Luftstrom übertragen werden, um die von dem Motor 13 über den Wärmetauscher 116 abgegebene thermische Energie zu ergänzen. Die Steuerung öffnet die Stellelemente 28, 32, 34, 125 und 145 (während die Stellelemente 135 und 165 geschlossen werden), um eine Fluidkommunikation zwischen dem Wärmetauscher 116, der TED 112 und dem Motor 13 zu gestatten. In manchen Ausführungsformen ist das Stellelement 36 geschlossen, so dass kein Kühlmittelstrom zum Kühler 40 erfolgt. Während die TED 112 mit dem Motor 13 über den thermischen Kreislauf 21 in thermischer Kommunikation ist, kann ein größerer Teil der verfügbaren thermischen Energie des Verbrennungsmotors 13 und des Kühlmittels an den Luftstrom übertragen werden, als wenn lediglich der Wärmetauscher 116 in Betrieb wäre. Mit dem Aufwärmen des Verbrennungsmotors 13 kann der Wärmetauscher 116 immer mehr thermische Energie an den Luftstrom übertragen. Wenn die TED 112 in dem in den 23 gezeigten Ausführungsformen stromabwärts vom Wärmetauscher 116 angeordnet ist, wird der Temperaturunterschied zwischen einer ersten Wärmeübertragungsoberfläche (oder Hauptoberfläche) der TED 112 und einer zweiten Wärmeübertragungsoberfläche (oder Abwärmeoberfläche) der TED 112 geringer, während der Luftstrom, der über die TED 112 fließt, immer wärmer wird, wodurch der Leistungskoeffizient der TED 112 steigt. Ein Anordnen der TED 16 stromabwärts vom Heizkörper 14 kann auch verhindern oder hemmen, dass thermische Energie, die von der TED 16 an den Luftstrom 18 übertragen wird, von einem relativ kalten Heizkörper 14 absorbiert wird, während der Verbrennungsmotor und der Kreislauf in dem Aufwärm-Heizbetriebsmodus relativ kalt sind; auf diese Weise wird in dem Aufwärm-Heizbetriebsmodus ein Transfer thermischer Energie vom Luftstrom 18 in dem Kühlkreislauf verhindert. In manchen Ausführungsformen kann der Betrieb gemäß den anhand der 21 und 22 beschriebenen Prozesse in Kombination auch als „Start-Heizbetriebsart” beschrieben werden.
  • 22 zeigt auch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in der sechsten Betriebsart, die auch als die „Stopp-Heizbetriebsart” (oder „Stopp-Gekühlt-Heizbetriebsart”) bezeichnet werden kann, zum Beispiel in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridfahrzeug. Wenn der Verbrennungsmotor in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem abgeschaltet ist, kühlt der Motor 13 während des Stillstands ab. Mit einem Abkühlen des Verbrennungsmotors 13 fällt auch die Temperatur des flüssigen Kühlmittels entsprechend. In diesem Betriebsmodus können der Motor 13 und das Kühlmittel unter der Verwendung thermischer Restenergie eine bestimmte Wärmemenge an die Luftströme abgeben, sind jedoch nicht warm genug, um als einzige Quelle thermischer Energie für das System 101 zu dienen (z. B. ist die Verbrennungsmotortemperatur zwischen einem ersten und einem zweiten Temperaturschwellenwert). In diesem Betriebsmodus ist der Motor 13 mit dem Wärmetauscher 116 und der TED 112 in thermischer Kommunikation. Thermische Energie vom Motor 13 wird über das Kühlmittel durch die Rohrleitungen (thermische Kreisläufe 21, 30 und 121) an den Wärmetauscher 116 übertragen, von einer (nicht gezeigten) Pumpe durch die Kreisläufe (z. B. einer elektrischen Pumpe) innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotors 13 bewegt. Gleichzeitig kann mehr thermische Energie unter der Verwendung der TED 112 über den thermischen Kreislauf 141 an den Luftstrom übertragen werden, um die von dem Motor 13 über den Wärmetauscher 116 gelieferte thermische Energie zu ergänzen. Die Steuerung öffnet Stellelemente 28, 32, 34, 125 und 145 (während Stellelemente 135 und 165 geschlossen werden), um eine Fluidkommunikation zwischen dem Wärmetauscher 116, der TED 112 und dem Motor 13 zuzulassen. In manchen Ausführungsformen ist das Stellelement 36 geschlossen, so dass kein Kühlmittel an den Kühler 40 fließt. Während die TED 112 mit dem Motor 13 über den thermischen Kreislauf 21 in thermischer Kommunikation ist, kann ein größerer Teil der verfügbaren thermischen Energie des Verbrennungsmotors 13 und des Kühlmittels an den Luftstrom übertragen werden, als wenn nur der Wärmetauscher 116 in Betrieb wäre. Auf diese Weise kann das Temperaturregelsystem 101 einen relativ langen Zeitraum bereitstellen, während dessen der Motor 13 nicht gestartet zu werden braucht, um den Luftstrom in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem zu heizen. Ohne Zusatzheizung (z. B. das System 101 hat keine TED 112) kann es sein, dass der Motor 13 für den Zweck des Heizens der Fahrgastzelle gestartet werden muss, während der Motor 13 sonst nicht, wie zum Beispiel zum Antreiben des Fahrzeuges, gebraucht wird.
  • 23 zeigt eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in einer dritten Betriebsart, die auch als die „Warm-Motor-Heizbetriebsart”, „Warm-Heizbetriebsart” oder „Heizbetriebsart” bezeichnet werden kann. In diesem Betriebsmodus hat der Motor 13 eine ausreichende Temperatur erreicht und ist die einzige Quelle thermischer Energie für das System 101 (z. B. ist die Verbrennungsmotortemperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert). In diesem Betriebsmodus ist der Motor 13 mit dem Wärmetauscher 116 in thermischer Kommunikation. Thermische Energie vom Motor 13 wird über das Kühlmittel durch die Rohrleitungen (thermische Kreisläufe 21, 30 und 121) an den Wärmetauscher 116 übertragen. Eine (nicht gezeigte) Pumpe innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotors 13 kann dazu konfiguriert sein, ein Kühlmittel zwischen dem Motor 13 und dem Wärmetauscher 116 zirkulieren zu lassen. Die Steuerung öffnet die Stellelemente 28, 32, 34, 125 und 165 (während die Stellelemente 135 und 145 geschlossen werden), um zwischen dem Wärmetauscher 116 und dem Motor 13 eine Fluidkommunikation zuzulassen. Ein elektrischer Strom an die TED 112 kann abgeschaltet oder eingeschränkt werden, um einen Betrieb der TED 112 zu stoppen. In manchen Ausführungsformen ist das Stellelement 36 geschlossen, so dass kein Kühlmittelstrom an den Kühler 40 erfolgt.
  • 23 zeigt auch eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in einer siebten Betriebsart, die als die „Stopp-Warm-Heizbetriebsart” bezeichnet werden kann, in zum Beispiel einem Mikro-Hybrid- oder Hybridfahrzeug. In diesem Betriebsmodus ist der Motor 13 abgeschaltet, hat jedoch eine Temperatur, die dazu ausreicht, dass sie als die einzige Quelle thermischer Energie für das System 101 dienen kann (z. B. die Verbrennungsmotortemperatur ist über einem zweiten (oder ersten) Temperaturschwellenwert). Wenn der Motor 13 in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem abgeschaltet wird, enthalten der Motor 13 und das Kühlmittel anfänglich thermische Restenergie. In diesem Betriebsmodus ist der Motor 13 mit dem Wärmetauscher 116 in thermischer Kommunikation. Thermische Energie vom Motor 13 wird über das Kühlmittel durch die Rohrleitungen (thermische Kreisläufe 21, 30 und 121) an den Wärmetauscher 116 übertragen. Eine (nicht gezeigte) Pumpe (z. B. elektrische Pumpe) innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotors kann dazu konfiguriert sein, Kühlmittel zwischen dem Motor 13 und dem Wärmetauscher 116 zirkulieren zu lassen. Die Steuerung öffnet die Stellelemente 28, 32, 34, 125 und 165 (während die Stellelemente 135 und 145 geschlossen werden), um zwischen dem Wärmetauscher 116 und dem Motor 13 eine Fluidkommunikation zuzulassen. Ein elektrischer Strom an die TED 112 kann abgeschaltet oder eingeschränkt werden, um einen Betrieb der TED 112 zu stoppen. In manchen Ausführungsformen ist das Stellelement 36 geschlossen, so dass kein Kühlmittelstrom an den Kühler 40 erfolgt.
  • In dem Warm-Motor-Heizbetriebsmodus und/oder Stopp-Heizbetriebsmodus kann die Steuerung die an die TED 112 gelieferte elektrisch Energie stoppen. Wenn der Motor 13 auf einer ausreichenden Temperatur ist, wird die TED 112 nicht länger benötigt und kann die an die TED 112 angelegte elektrische Energie eingespart werden. Durch Steuern des Betriebs der Stellelemente kann das System 101 die TED 112 umgehen und den Wärmetauscher 116 thermisch mit dem Motor 13 verbinden. In dieser Ausführungsform ist es nicht nötig, dass mehrere Wärmetauscher 116 oder mehrere Sätze Wärmetauscher im Fahrgastluftkanal 19 vorgesehen werden. Stattdessen kann das System 101 in verschiedenen Kühl- und/oder Heizbetriebsmodi betrieben werden, während es an einen einzigen Wärmetauscher 116 oder einen einzigen Satz Wärmetauscher und/oder eine TED 112 oder einen einzigen Satz von TEDs 112 angeschlossen ist.
  • Eine Mischklappe 56 kann mindestens einen Teil des Luftstroms durch einen Kanal 54 leiten, in dem der Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 angeordnet ist, so dass der Luftstrom geheizt wird, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt. Zum Heizen der Fahrgastzelle mit einer geringeren Rate kann die Mischklappe 56 dazu eingestellt werden, eine geringere Menge des Luftstroms durch den Wärmetauscher 116 und/oder die TED 112 und damit den Kanal 54 zu leiten und/oder einen größeren Teil des Luftstroms durch den anderen Kanal 52 hindurchzulassen, der nicht geheizt ist. Zum Erhöhen der Heizrate kann die Mischklappe so eingestellt werden, dass ein größerer Teil des Luftstroms durch den Kanal 54 mit dem Wärmetauscher 116 und/oder der TED 112 geleitet wird und ein kleinerer Teil des Luftstroms in den anderen Kanal 52 eingelassen wird.
  • Wenn dies gewünscht wird, dann ist es auch möglich, die TED 112 während des Warm-Motor-Heizbetriebsmodus und/oder des Stopp-Warm-Heizbetriebsmodus als eine thermische Energiequelle zu verwenden. Auch wenn ein warmer Motor 13 typischerweise genügend thermische Energie an den Wärmetauscher 116 zum Heizen der Fahrgastzelle liefern kann, kann eine TED 112 als eine zusätzliche thermische Energiequelle verwendet werden, wie das in 22 gezeigt ist. Die Stellelemente im System 101 können so konfiguriert sein, dass der Motor 13 und der Arbeitsfluidkreislauf 30 mit dem Wärmetauscher 116 und der TED 112 in thermische Kommunikation gebracht werden. Elektrische Energie kann weiterhin an die TED 112 angelegt werden, so dass sie thermische Energie an den Luftstrom der Fahrgastzelle überträgt. Die thermische Energie von der TED 112 ist eine Ergänzung, weil der Motor 13 ebenfalls thermische Energie an den Wärmetauscher 116 über aufgewärmtes Kühlmittel überträgt, das durch eine Pumpe innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotors 13 bewegt wird.
  • Wenn das Temperaturregelsystem 101 in dem Warm-Motor-Heizbetriebsmodus ist, kann ein Verdunster 58 dazu konfiguriert sein, dem Luftstrom Feuchtigkeit zu entziehen. Dadurch ist eine Klärung beschlagener Scheiben (Demist) während des gesamten Heizprozesses möglich. Ähnlich zu der Konfiguration des Start-Heizbetriebsmodus kann der Verdampfer 58 in dem HLK-System 62 so angeordnet werden, dass der Luftstrom durch den Verdampfer 58 gelangt, bevor er von den Wärmetauscher 160 und/oder der TED 112 beheizt wird.
  • 24 zeigt eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 101 in einem vierten Betriebsmodus oder „Kühlbetriebsmodus”. Diesr Betriebsmodus kann in herkömmlichen, Mikro-Hybrid- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Beim Kühlen in diesem Betriebsmodus kann es, wie hier erörtert, sein, dass der Motor 13 zum Kühlen der Fahrgastzelle nicht benötigt wird. Zum Beispiel kann es sein, dass ein riemengetriebener Kompressor nicht benötigt wird, um die entsprechende Kühlung vorzusehen. In manchen Ausführungsformen bleibt der Motor 13 entweder ausgeschaltet oder kann über einen längeren Zeitraum in dem Kühlbetriebsmodus ausgeschaltet bleiben. Die offenbarten Ausführungsformen können zum Beispiel in einem Hybridfahrzeug das von einem elektrischen Kompressorsystem vorgesehene Kühlen ersetzen oder ergänzen. In dem Kühlbetriebsmodus kühlt das System 101 den Luftstrom in dem HLK-System 62 durch Übertragen von Wärme vom Luftstrom an einen Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 über die TED 112. In einer Ausführungsform sind die Ventile 32, 34, 36, 135 und 145 geöffnet und die Ventile 28 und 125 geschlossen. Die Pumpe 53 ist eingeschaltet, um einen Kühlmittelstrom durch den Arbeitsfluidkreislauf 30 und den Kühlkreislauf 50 zu ermöglichen, wodurch thermische Energie von der TED 112 über den thermischen Kreislauf 141 an den Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 übertragen wird. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher oder Kühler 40 ist dazu konfiguriert, beim Kühlen des Luftstroms beizutragen. Als ein Teil des Systems 101 ist ein Wärmeableitungskreislauf oder Kühlkreislauf 50 so konfiguriert, dass die TED 112 mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher oder Kühler 40 in thermischer Kommunikation ist. In dieser Konfiguration ist der Motor 13 aus dem Kühlsystem ausgeschlossen und ist mit dem Wärmetauscher 116 oder der TED 112 nicht in thermischer Kommunikation. Auf diese Weise übertragen der Kühlkreislauf 50 und der Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 Wärme von der TED 112 in einer wirksamen Art und Weise.
  • Die TED 112 empfängt elektrische Energie mit einer Polarität, die der für die Heizbetriebsmodi verwendeten Polarität entgegengesetzt ist. Wenn die elektrische Energie der entgegengesetzten Polarität an die TED 112 angelegt wird, wird die Richtung des thermischen Gradienten umgekehrt. Anstelle des Lieferns von Wärme oder thermischer Energie an den Luftstrom des Fahrgastluftkanals 19 kühlt die TED 112 den Luftstrom durch Übertragen von thermischer Energie von Luftstrom weg an den thermischen Kreislauf 141, der mit den thermischen Kreisläufen 30 und 50 und letztendlich mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 in thermischer Kommunikation ist. Der Kühlkreislauf 50 und/oder der Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 können in der Nähe der thermoelektrischen Vorrichtung 112 angeordnet sein, um einen effizienteren Transfer der thermischen Energie vorzusehen. Vorzugsweise sind der Niedertemperatur-Wärmetauscher oder der Kühler 40 dem Luftstrom oder einer anderen Quelle zum Ableiten von Wärme ausgesetzt. Während der Luftstrom durch einen Verdampfer 58 gelangen kann, kann das Verdampfersystem (z. B. kompressorbasiertes Kühlsystem) deaktiviert sein, so dass der Verdampfer 58 sich auf die thermische Energie des Luftstroms nicht wesentlich auswirkt (z. B. der Verdampfer keine thermische Energie aus dem Luftstrom absorbiert).
  • In manchen Ausführungsformen kann es sein, dass der Verdampfer 48 während des Kühlbetriebsmodus als ein Teil der Kühlung des Luftstroms verwendet wird, bevor er in die Fahrgastzelle gelangt, um eine „Zusatzkühlbetriebsart” bereitzustellen. In manchen Ausführungsformen, wie zum Beispiel bei Hybridfahrzeugen, kann der Verdampfer 58 Teil eines kompressorbasierten Kühlsystems mit einem riemengetriebenen Kompressor sein. In manchen Ausführungsformen kann der Kompressor ein elektrischer Kompressor sein. Der Verdampfer 58 kann so konfiguriert sein, dass der Luftstrom durch ihn hindurch gelangt und dem Luftstrom Feuchtigkeit entzogen wird, bevor er die TED 112 erreicht. Die TED 112 kann ebenfalls innerhalb eines von mehreren Kanälen 52, 54 angeordnet sein. Eine Mischklappe 56 kann dazu konfiguriert sein, den Luftstrom in den Kanal 54 zu leiten, in dem die TED 112 angeordnet ist. Ähnlich zu den Heizbetriebsmodi kann in der Kühlbetriebsmodus die Mischklappe 56 die Rate der Kühlung einstellen, indem eingestellt wird, welche Menge des Luftstroms durch die Kanäle 52, 54 hindurchgelassen wird. Alternativ dazu könnte die TED 112 dazu konfiguriert sein, Wärme von dem gesamten Luftstrom ohne die Verwendung getrennter Kanäle zu übertragen. Auf diese Weise kann die TED 112 dadurch eine Zusatzkühlung bereitstellen, dass zusammen mit dem Verdampfer 58, der thermische Energie aus dem Luftstrom absorbiert, thermische Energie absorbiert wird.
  • In manchen Ausführungsformen ist eine thermische Speichervorrichtung 123 mit dem HLK-System 101 gekoppelt. Wie in 24 gezeigt, kann die thermische Speichervorrichtung 123 mit dem Verdampfer 58 gekoppelt oder ein Teil von diesem sein. Ein Verdampfer 58 mit einer thermischen Speichervorrichtung 123 kann als ein „schwerer” Verdampfer angesehen werden, während ein Verdampfer 58 ohne eine thermische Speichervorrichtung 123 als ein „leichter” Verdampfer betrachtet werden kann. Bei einem „schweren” Verdampfer kann die thermische Speichervorrichtung 123 mit dem Verdampfer 58 in thermischer Kommunikation sein, wie in 24 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann die thermische Speichervorrichtung 123 innerhalb des Verdampfers 58 angeschlossen oder ein Teil von diesem sein. Bei einem leichten Verdampfer kann die thermische Speichervorrichtung 123 an einer beliebigen Stelle entlang des HLK-Systems 101, wie zum Beispiel stromaufwärts oder stromabwärts vom Verdampfer 58, dem Wärmetauscher 116 und/oder der TED 112, angeordnet sein. Wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, wie hier erörtert, dann kann die thermische Energie in der thermischen Energiespeichervorrichtung 123 dazu verwendet werden, über einen längeren Zeitraum eine Kühlung vorzusehen, ohne dass der Verbrennungsmotor starten muss. Wenn zum Beispiel der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, kann die thermische Speichervorrichtung 123 den Luftstrom anfänglich kühlen. Wenn die in der thermischen Speichervorrichtung 123 gespeicherte thermische Energie vom Luftstrom absorbiert worden ist, kann die TED 112 eingeschaltet werden, um den Luftstrom weiterhin zu kühlen.
  • Die thermische Speichervorrichtung 123 kann im ersten oder im zweiten Kanal 52, 54 angeordnet sein, um während der Kühlbetriebsmodus eine Vielseitigkeit vorzusehen. Zum Beispiel kann die thermische Speichervorrichtung 123 im ersten Kanal 52 angeordnet sein. Wenn der Motor 13 abgeschaltet ist und der Verdampfer 58 nicht weiter betrieben wird, kann die Mischklappe 56 so ausgerichtet werden, dass der gesamte oder ein wesentlicher Teil des Luftstroms durch den ersten Kanal 52 geleitet wird, so dass die thermische Speichervorrichtung 123 während des anfänglichen Zeitraums, während dessen der Motor 13 abgeschaltet ist, eine Kühlung bereitstellt. Wenn die in der thermischen Speichervorrichtung 123 gespeicherte thermische Energie verbraucht ist, kann die Mischklappe 56 so ausgerichtet werden, dass der gesamte oder ein wesentlicher Teil des Luftstroms durch den zweiten Kanal 54 geleitet wird, damit die TED 112, wie hier erörtert, den Luftstrom kühlt.
  • Das HLK-System 101 kann in das HLK-System 101 eingeleitete elektrische Leistung in thermische Leistung umwandeln und diese thermische Leistung in der thermischen Speichervorrichtung 123 speichern. Eine oder mehrere thermoelektrische Vorrichtungen können dazu verwendet werden, elektrische Leistung in thermische Leistung umzuwandeln, es könnte jedoch eine beliebige geeignete Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Leistung in thermische Leistung verwendet werden. Zum Speichern der thermischen Leistung kann die thermische Speichervorrichtung 123 sowohl ein Hoch- als auch ein Niedertemperatur-Phasenänderungsmaterial, wie zum Beispiel ein Wachs (ein Hochtemperaturphasenänderungsmaterial) und Wasser (ein Niedertemperaturphasenänderungsmaterial) enthalten. Das HLK-System 100 kann die thermische Speichervorrichtung 123 dazu verwenden, die verfügbare elektrische Energie von Systemen, wie zum Beispiel einer Lichtmaschine, einem regenerativen Bremssystemgenerator und/oder einem Abwärmewiedergewinnungssystem, zu verwenden, wie in der US-Anmeldung Nr. 11/184,742, eingereicht am 19. Juli 2005, ferner erörtert, auf deren gesamten Offenbarungsgehalt Bezug genommen wird und als Teil dieser Anmeldung angesehen werden soll. In manchen Ausführungsformen kann ein kompressorbasiertes Kühlsystem dazu verwendet werden, thermische Energie in der thermischen Speichervorrichtung 123 zu speichern, während ein Verbrennungsmotor läuft und die Leistung liefert, um das kompressorbasierte Kühlsystem anzutreiben. In manchen Ausführungsformen können dieselben Konzepte angewendet werden, um die thermische Speichervorrichtung 123 während Heizbetriebsmodi zu nutzen, um längere Motorstillstandszeiten vorzusehen.
  • 25 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines Temperaturregelsystems, das zum Kühlen der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform kann der Luftstrom ohne die Verwendung eines Wärmetauschers 116 oder einer TED 112 gekühlt werden. Alle Ventile können geschlossen werden und alle Pumpen abgeschaltet werden. In dieser Ausführungsform zeigt 25, dass der eine thermische Kreislauf, der noch in Betrieb sein kann, der Kühlerkreislauf 90 ist, der eine Pumpe innerhalb des Verbrennungsmotors 15 verwendet, um das Kühlfluid in dem Kühlerkreislauf 90 zirkulieren zu lassen, der von getrennten Temperatursteuerelementen 93 gesteuert wird, die von dem HLK-System 62 und dem Temperaturregelsystem 101 unabhängig sein können. Stellelemente 28 und 29 sind geschlossen. In einer Ausführungsform ist der Kühler 17 eine von dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 getrennte Komponente. In dieser Betriebsmodus wird keine elektrische Energie an die TED 112 angelegt, und es findet kein thermischer Energietransfer vom Verbrennungsmotor 15 zum Wärmetauscher 116 statt. Statt der Verwendung des Wärmetauschers als eine Quelle eines Wärmetransfers wird der Luftstrom in einen Kanal 52 und dann in die Fahrgastzelle geleitet. In einer Ausführungsform ist eine Mischklappe 56 dazu konfiguriert, im Wesentlichen den gesamten Luftstrom in den Kanal 52 zu leiten, so dass der Luftstrom nicht durch den Wärmetauscher 116 gelangt, bevor er in die Fahrgastzelle eingeleitet wird. In manchen Ausführungsformen kann der Luftstrom durch einen Verdampfer 58 strömen, bevor er in den Kanal 52 gelangt. Alternativ dazu kann ein Verdampfer 58 innerhalb des Kanals 52, durch den der Luftstrom gelangt, angeordnet werden. Auf diese Weise wird der Luftstrom gekühlt, ohne dass das System 101 einen Wärmetransfer für das HLK-System 62 vorsieht.
  • 26A veranschaulicht eine alternative Ausführungsform mit einem vereinfachten Steuerungsschema mit zwei Betriebsarten: einer Heizbetriebsmodus oder einer Kühlbetriebsart. 26A zeigt eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 102 in einer ersten Betriebsart, die auch als eine Heizbetriebsart, eine Zusatzheizbetriebsmodus und/oder eine Stopp-Heizbetriebsart, bezeichnet werden kann. In manchen Ausführungsformen kombiniert die Heizbetriebsmodus der in 26A gezeigten Ausführungsform die Start-Heizbetriebsart, Aufwärm-Motor-Heizbetriebsmodus und/oder Warm-Motorbetriebsmodus (in der in 26A gezeigten Kombinationsausführungsform kann dies als die Start-Heizbetriebsmodus angesehen werden), sowie die Stopp-Kalt-Heizbetriebsart, Stopp-Heizbetriebsmodus und/oder Stopp-Warm-Heizbetriebsart, die oben für die 21 bis 23 beschrieben wurden.
  • Wie oben erörtert, kann es sein, wenn der Verbrennungsmotor 15 frisch gestartet wird, dass er nicht genügend Wärme erzeugt, um die Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle genügend zu erhöhen. In der Heizbetriebsmodus wird Wärme an die Fahrgastzelle geliefert, während der Verbrennungsmotor 15 sich noch aufwärmt und noch keine Temperatur erreicht hat, die zum Heizen der Fahrgastzelle ausreicht. Eine Steuerung liefert elektrische Energie an die TED 112, die einen Temperaturgradienten erzeugt und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftkanal 54 überträgt. Eine Pumpe 55 bewegt das flüssige Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufs 30 und des Kühlerkreislaufs 90. Der Kühlerkreislauf 90 und die thermische Steuerung 93 halten den Verbrennungsmotor 15 kühl, was von dem Temperaturregelsystem 102 unabhängig geschehen kann. Ein Stellelement 31 kann sowohl den Arbeitsfluidkreislauf 30 als auch den Kühlerkreislauf 90 gleichzeitig offenhalten. Ein Ventil 93 kann einen Fluidstrom durch den Kühlerkreislauf 90 steuern. Der Arbeitsfluidkreislauf 30 ist mit dem Wärmetauscher 116 und der TED 112 in Fluidkommunikation. Ein Stellelement 32 verbindet während der Heizbetriebsmodus den Arbeitsfluidkreislauf 30 mit einem thermischen Kreislauf 37, der zum Verbrennungsmotor 15 zurückführt. In manchen Ausführungsformen wird während der Heizbetriebsmodus der Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 nicht benötigt, weil der in die Fahrgastzelle strömende Luftstrom geheizt wird. Auf diese Weise versperrt das Stellelement 32 den Strom des flüssigen Kühlmittels an den Hilfswärmetauscher oder den Niedertemperatur-Wärmetauscher 40.
  • Wie hier erörtert, kühlt der Motor 13 ab, während er abgeschaltet ist, wenn der Motor 13 in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem abgeschaltet wird. Mit dem Abkühlen des Verbrennungsmotors 13 fällt auch die Temperatur des flüssigen Kühlmittels entsprechend. In der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus und/oder Stopp-Heizbetriebsmodus wird Wärme an die Fahrgastzelle geliefert, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotors 13 fällt und zum Heizen der Fahrgastzelle ungenügend ist. Eine Steuerung liefert elektrische Energie an die TED 112, die einen thermischen Gradienten erzeugt und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftkanal 54 überträgt. Ein flüssiges Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufs 30 und des thermischen Kreislaufs 151 wird von einer (nicht gezeigte) Pumpe (z. B. elektrischen Pumpe) innerhalb des Verbrennungsmotors 13 durch die Kreisläufe bewegt. Das flüssige Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufs 30 und des thermischen Kreislaufs 141 wird von einer (nicht gezeigten) Pumpe innerhalb des Verbrennungsmotors 13 durch die Kreisläufe bewegt. In alternativen Ausführungsformen kann eine Pumpe außerhalb des Verbrennungsmotors 13 angeordnet sein. Ein Ventil 145 ist offen und der Arbeitsfluidkreislauf 30 ist in Fluidkommunikation mit der TED 112 über die thermischen Kreisläufe 131 und 141, welche die TED 112 und den Motor 13 über den thermischen Kreislauf 21 thermisch verbinden. Die Ventile 125, 165 und 36 können während der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus geschlossen sein. In manchen Ausführungsformen wird der Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 während der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus nicht benötigt, weil der Luftstrom in die Fahrgastzelle beheizt wird. Auf diese Weise kann das Temperaturregelsystem 102 einen relativ langen Zeitraum bereitstellen, während dessen der Motor 13 nicht gestartet zu werden braucht, um den Luftstrom in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem zu heizen. Ohne dass eine Heizung durch eine TED 112 bereitgestellt wird, kann es sein, dass der Motor 13 zum Zweck der Heizung der Fahrgastzelle gestartet werden muss, während der Motor 13 sonst nicht, zum Beispiel zum Antreiben des Fahrzeugs, gebraucht wird.
  • 26B zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem vereinfachten Steuerungsschema in einer Heizbetriebsmodus für ein Mikro-Hybrid- oder Hybridsystem, während der Verbrennungsmotor 15 abgeschaltet ist. Eine Strömung durch den Kühlerkreislauf 90 kann eingeschränkt werden, wenn der Verbrennungsmotor 15 nicht gekühlt zu werden braucht, wie zum Beispiel während der Stopp-Kalt-Heizbetriebsart, Stopp-Heizbetriebsmodus und/oder Stopp-Warm-Heizbetriebsart. Das Ventil 93 kann in einem Mikro-Hybrid- oder Hybridfahrzeug geschlossen werden, um einen Kühlmittelstrom durch den thermischen Kreislauf 93 einzuschränken und während der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist. Durch das Verhindern eines Kühlmittelflusses durch den Kühler 17, während der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, kann ein Verlust von Restwärme oder Umgebungswärme gemildert werden. Eine Steuerung liefert elektrische Energie an die TED 112, die einen thermischen Gradienten erzeugt und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 zum Luftkanal 54 überträgt. Eine Pumpe 55 (z. B. eine elektrische Pumpe) bewegt flüssiges Kühlmittel innerhalb des Arbeitsfluidkreislaufs 30 und des Kühlerkreislaufs 90. Ein Stellelement 31 kann den Arbeitsfluidkreislauf 30 öffnen. Der Arbeitsfluidkreislauf 30 ist mit dem Wärmetauscher 116 und der TED 112 in Fluidkommunikation. Ein Stellelement 32 verbindet während des Heizens den Arbeitsfluidkreislauf 30 mit dem thermischen Kreislauf 37, der zum Verbrennungsmotor 15 zurückführt, um Restwärme des Verbrennungsmotors 15 und Kühlmittels zu absorbieren. Mit einem Abklingen der Restwärme des Verbrennungsmotors 15 und des Kühlmittels, während der Verbrennungsmotor 15 abgeschaltet ist, kann die TED 112 weiterhin Wärme von der heizenden Seite der TED 112 zum Luftkanal übertragen, um zu ermöglichen, dass der Verbrennungsmotor 15 über einen relativ längeren Zeitraum abgeschaltet bleibt.
  • Der Wärmetauscher 116 und die TED 112 sind im HLK-System 62 angeordnet. Auf diese Weise kann die durch die thermoelektrische Vorrichtung 112 an den in die Fahrgastzelle eintretenden Luftstrom übertragene thermische Energie an das Kühlmittel in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor 15 übertragen werden. Wenn der Verbrennungsmotor 15 wärmer wird, kann die TED 112 die einzige oder fast die gesamte Quelle der thermischen Energie für den in die Fahrgastzelle eintretenden Luftstrom sein. Nur ein kleiner Teil oder gar keine thermische Energie kann vom Verbrennungsmotor 15 abgezogen werden, während der Verbrennungsmotor 15 aufwärmt, auch wenn flüssiges Kühlmittel durch die thermischen Kreisläufe zirkuliert, welche den Wärmetauscher 116 und den Verbrennungsmotor 15 einschließen.
  • In manchen Ausführungsformen kann ein Teil der TED 116 ein Teil des Wärmetauschers 112 sein, wodurch das System noch weiter vereinfacht wird. In bestimmten solcher Ausführungsformen kann das Temperaturregelsystem 102 zwischen einer Heiz- und einer Kühlbetriebsmodus umschalten, indem eines oder mehrere Stellelemente, ein Bypass-Ventil 31 und/oder eines oder mehrere Auswahlventile 32 betätigt werden. In bestimmten solcher Ausführungsformen ist das Temperaturregelsystem 102 dazu konfiguriert, unter der Verwendung von zwei oder weniger Stellelementen zwischen einer Heiz- und einer Kühlbetriebsmodus umzuschalten. Das Bypass-Ventil 31 kann steuern, ob der Arbeitsfluidkreislauf 30 ausgeschlossen wird. Das Auswahlventil 32 (in Zusammenwirkung mit dem Ventil 31) kann steuern, ob flüssiges Kühlmittel in thermischem Kontakt mit dem Verbrennungsmotor 15 ist oder flüssiges Kühlmittel in thermischem Kontakt mit dem Hilfswärmetauscher 40 ist.
  • Nachdem der Verbrennungsmotor ausreichend warm geworden ist, wird thermische Energie vom Verbrennungsmotor 15 dazu verwendet, das Kühlmittel in dem Arbeitsfluidkreislauf 30 zu erwärmen. Wenn der Verbrennungsmotor 15 genügend Wärme an das Kühlmittel liefert, beginnt der Wärmetauscher 116 auch mit dem Erwärmen des Luftstroms im Kanal 54 durch Übertragen thermischer Energie von dem erwärmten Kühlmittel im Arbeitsfluidkreislauf 30 an den Luftstrom. Auf diese Weise nimmt der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom thermische Energie sowohl von dem Motor 13 als auch der TED 112 auf, nachdem der Verbrennungsmotor 15 warm ist. In einer Ausführungsform kann das Kühlmittel sowohl durch den Wärmetauscher 116 als auch die TED 112 fließen, und zwar vom Start bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Verbrennungsmotor 15 voll aufgewärmt ist. Während des Starts liefert der Wärmetauscher 116 keine thermische Energie an den Luftstrom, weil der Verbrennungsmotor 15 und folglich das durch den Wärmetauscher 116 strömende Kühlmittel relativ kalt sind. Nachdem der Verbrennungsmotor 15 warm geworden ist, kann der Verbrennungsmotor 15 durch eine thermische Kommunikation mit dem Luftkanal 19 über den Arbeitsfluidkreislauf 30 und den Wärmetauscher 116 die einzige Wärmequelle sein. Die Steuerung kann auch die an die TED 112 gelieferte elektrische Energie vollständig stoppen, auch wenn das Kühlmittel weiterhin durch die TED 112 strömt. Wenn der Verbrennungsmotor 15 auf eine ausreichende Temperatur aufgewärmt ist, kann die TED 112 abgeschaltet und die an die TED 112 gelieferte elektrische Energie eingespart werden. In manchen Ausführungsformen kann die Steuerung weiterhin elektrische Energie an die TED 112 liefern, gegebenenfalls um eine Zusatzheizung vorzusehen.
  • 27 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform mit einem vereinfachten Regelschema. 27 ist eine Ausführungsform eines Temperaturregelsystems 102 in einer zweiten Betriebsart, die auch als die „Kühlbetriebsart” bezeichnet werden kann. Die Betriebsmodus kann in herkömmlichen, Mikro-Hybrid- oder Hybrid-Fahrzeugen eingesetzt werden. Beim Kühlen in dieser Betriebsart, wie sie hier erörtert wird, kann es sein, dass der Motor 13 nicht zum Kühlen der Fahrgastzelle benötigt wird. In manchen Ausführungsformen bleibt der Motor 13 in der Kühlbetriebsmodus entweder abgeschaltet oder kann für einen längeren Zeitraum abgeschaltet bleiben. Die offenbarten Ausführungsformen können in einem Hybridfahrzeug zum Beispiel ein durch ein elektrisches Kompressorsystem vorgesehenes Kühlen ersetzen oder ergänzen. In der Kühlbetriebsmodus kühlt das System 102 den Luftstrom im HLK-System 62 durch Übertragen von Wärme vom Luftstrom an einen Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 über die TED 112. Ein Stellelement 31 versperrt selektiv einen Kühlmittelstrom durch den Arbeitsfluidkreislauf 30 an den Wärmetauscher 116. Der Kühlerkreislauf 90 und die thermische Steuerung 93 halten den Motor 13 über die Pumpe 55 kühl, die vom System 102 unabhängig sein kann. Die Pumpe 55 wird eingeschaltet, um es Kühlmittel zu ermöglichen, durch den Kühlkreislauf 50 zu strömen, wodurch thermische Energie von der TED 112 an den Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 übertragen wird. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher oder Hilfswärmetauscher 40 ist dazu konfiguriert, beim Kühlen des Luftstroms beizutragen. Als ein Teil des Systems 102 ist ein Wärmeableitungskreislauf oder ein Kühlkreislauf 50 so konfiguriert, dass die TED 112 mit dem Niedertemperatur-Wärmetauscher 40 in thermischer Kommunikation ist. Bei dieser Konfiguration wird der Verbrennungsmotor 15 aus dem Kühlmittelsystem ausgeschlossen und ist mit dem Wärmetauscher 116 oder der TED 112 nicht in thermischer Kommunikation. Auf diese Weise übertragen der Kühlkreislauf 50 und der Hilfswärmetauscher 40 Wärme von der TED 112 in einer effizienten Weise.
  • Die TED 112 empfängt elektrische Energie mit einer Polarität, die der in den Heizbetriebsmodi verwendeten Polarität entgegengesetzt ist. Wenn elektrische Energie der entgegengesetzten Polarität an die TED 112 angelegt wird, wird die Richtung des thermischen Gradienten umgekehrt. Anstelle des Lieferns von Wärme oder thermischer Energie an den Luftstrom des Fahrgastluftkanals 19 kühlt die TED 112 den Luftstrom durch Übertragen thermischer Energie vom Luftstrom weg an den Kühlkreislauf 50, der mit dem Hilfswärmetauscher 40 in thermischer Kommunikation ist. Der Kühlkreislauf 50 und der Hilfswärmetauscher 40 können in der Nähe der thermoelektrischen Vorrichtung 112 angeordnet sein, um einen effizienteren Transfer thermischer Energie vorzusehen. Vorzugsweise ist der Niedertemperatur-Wärmetauscher oder der Hilfswärmetauscher 40 dem Luftstrom oder einer anderen Quelle zum Ableiten von Wärme ausgesetzt. Während der Luftstrom durch einen Verdampfer 58 gelangen kann, kann das Verdampfersystem (d. h. das Kühlkreislaufsystem) deaktiviert werden, so dass der Verdampfer 58 sich nicht wesentlich auf die thermische Energie des Luftstroms auswirkt (z. B. der Verdampfer keine thermische Energie aus dem Luftstrom absorbiert).
  • In manchen Ausführungsformen kann der Verdampfer 58 während der Kühlbetriebsmodus dazu verwendet werden, mindestens teilweise oder vollständig Komfortluft abzukühlen, bevor sie in die Fahrgastzelle gelangt. In manchen Ausführungsformen, wie zum Beispiel bei Hybridfahrzeugen, kann der Verdampfer 58 ein Teil des kompressorbasierten Kühlsystems mit einem elektrischen Kompressor sein. Der Verdampfer 58 kann so konfiguriert werden, dass der Luftstrom durch ihn hindurch gelangt und diesem Feuchtigkeit entzogen wird, bevor er die TED 112 erreicht. Außerdem kann die TED 112 innerhalb eines von mehreren Kanälen 52, 54 angeordnet sein. Eine Mischklappe 56 kann dazu konfiguriert sein, den Luftstrom selektiv in den Kanal 54 zu leiten, in dem die TED 112 angeordnet ist, oder Komfortluft in den Kanal 52 zu leiten, der die TED 112 umgeht. In ähnlicher Weise zu den Heizbetriebsmodi kann in der Kühlbetriebsmodus die Mischklappe 56 die Kühlrate dadurch einstellen, dass eingestellt wird, welche Menge des Luftstroms durch die Kanäle 52, 54 hindurchgelassen wird. Alternativ dazu könnte die TED 112 dazu konfiguriert sein, Wärme von dem gesamten Luftstrom ohne die Verwendung getrennter Kanäle zu übertragen. Auf diese Weise kann die TED 112 eine Zusatzkühlung vorsehen, bei der thermische Energie absorbiert wird, zusätzlich zu dem Verdampfer 58, der dem Luftstrom thermische Energie entzieht.
  • In manchen Ausführungsformen ist die thermische Speichervorrichtung 123 mit dem HLK-System 102 gekoppelt. Wie in 27 dargestellt, kann die thermische Speichervorrichtung 123 mit dem Verdampfer 58 gekoppelt oder ein Teil von diesem sein. Bei einem leichten Verdampfer kann die thermische Speichervorrichtung 123 an einer beliebigen Stelle entlang dem HLK-System 101 angeordnet sein, wie zum Beispiel stromaufwärts oder stromabwärts vom Verdampfer 58, vom Wärmetauscher 116 und/oder der TED 112. Die thermische Speichervorrichtung 123 kann im ersten oder zweiten Kanal 52, 54 angeordnet sein, um während der Kühlbetriebsart, wie hier erörtert, unterschiedliche Anordnungen vorzusehen. In manchen Ausführungsformen kann ein kompressorbasiertes Kühlsystem dazu verwendet werden, in der thermischen Speichervorrichtung 123 thermische Energie zu speichern, während ein Verbrennungsmotor läuft und Leistung an das kompressorbasierte Kühlsystem liefert. Wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, wie hier erörtert, kann die in der thermischen Speichervorrichtung 123 gespeicherte thermische Energie dazu verwendet werden, um für einen längeren Zeitraum Kühlung vorzusehen, ohne dass dazu der Verbrennungsmotor gestartet werden muss. In manchen Ausführungsformen können dieselben Konzepte angewendet werden, um die thermische Speichervorrichtung 123 während Heizbetriebsmodi einzusetzen, um längere Verbrennungsmotorstillstandzeiten vorzusehen.
  • In den Ausführungsformen der 26A–B und 27 kann das HLK-System 62 eine Mischklappe 56 oder eine andere Vorrichtung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, den Luftstrom in verschiedene Kanäle 52, 54 zu leiten, die zur Fahrgastzelle führen. In diesen Ausführungsformen können die Mischklappe 56 und die Anordnung des Wärmetauschers 116 und der TED 112 in einer ähnlichen Anordnung konfiguriert werden, wie für die oben angegebenen Ausführungsformen der 21–25 beschrieben, um die Rate des Heizens oder Kühlens zu variieren. Ferner kann ein Verdampfer 58 und ein Entfeuchten ebenfalls, wie für die oben angegebenen Ausführungsformen der 21–25 beschrieben, während des Heizens oder Kühlens vorgesehen werden.
  • 28A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines HLK-Systems 62. Das HLK-System 62 umfasst einen Fahrgastluftkanal 19, eine Luftpumpe 57, einen Verdampfer 58, einen Wärmetauscher 116 und eine TED 112. Das Gebläse 57 saugt den Luftstrom 118 durch den Fahrgastluftkanal 19, wie durch die Luftstrompfeile 118 angegebenen. In einer Ausführungsform gelangt der Luftstrom 118 durch den Verdampfer 58, dann durch den Wärmetauscher 116 und schließlich durch die TED 112, um durch obere und/oder untere Lüftungsöffnungen an der Windschutzscheibe eine Fahrgastzelle zu erreichen. Der Fahrgastluftkanal 19, der Verdampfer 58, der Wärmetauscher 116 und die TED 112 können wie anhand der in den 2–31C beschriebenen Ausführungsformen und andere hier beschriebenen Ausführungsformen erörtert, funktionieren.
  • 28B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer thermoelektrischen Vorrichtung 112, die in einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen bei einer TED 112 des Typs Flüssigkeit-zu-Luft eingesetzt werden kann. Die oben beschriebene Ausführungsform von 28A hat vier TED-Einheiten 112 des Flüssigkeit-zu-Luft, welche thermische Energie zwischen einem Arbeitsfluid 112 und Komfortluft 118 getrennt oder in Kombination übertragen können. 28B ist eine perspektivische Darstellung in einem Teilschnitt, in der einige funktionale Elemente einer beispielhaften TED-Einheit 112 gezeigt sind. In manchen Ausführungsformen liefert eine Systemsteuerung über elektrische Verbindungen 117 elektrischen Strom in einer ersten Polarität an die TED 112. Flüssiges Kühlmittel 112 gelangt über eine Kühlkreislaufschnittstelle 114 in die TED 112. Die TED 112 enthält Kapillare oder Rohrleitungen 119 zum Befördern flüssigen Kühlmittels 122, die im Wesentlichen in thermischer Kommunikation mit den thermoelektrischen Elementen 114 sind, die zwischen den Kapillaren oder Rohrleitungen 119 und mehreren Luftseitenwärmetauschern 113 angeordnet sind. Je nachdem, ob die TED 112 den Luftstrom 118 heizt oder kühlt, entziehen die thermoelektrischen Elemente 114 entweder thermische Energie dem Kühlmittel oder geben thermische Energie an das Kühlmittel ab.
  • In einigen Heizbetriebsartkonfigurationen pumpen die thermoelektrischen Elemente 114 thermische Energie von dem über die Kühlmittelkreislaufschnittstelle 141 gelieferten flüssigen Kühlmittel an die Komfortluft 118. Die TED 112 empfängt elektrischer Energie in einer ersten Polarität über die elektrischen Verbindungen 117, was zu einer Richtung des thermischen Energietransfers in den thermoelektrischen Elementen 114 führt, welche das Heizen der Komfortluft 118 erlaubt. Ein thermisch leitfähiges Material 115 kann thermische Energie zwischen dem flüssigen Kühlmittel, das durch die Kapillare oder Rohrleitungen 119 fließt, und den thermoelektrischen Elementen 114 transportieren. Die thermoelektrischen Elemente 114 können auf einer oder beiden Seiten des leitfähigen Materials 115 angeordnet sein. Die thermoelektrischen Elemente 114 pumpen die thermische Energie zwischen dem leitfähigen Material 115 und dem Luftseitenwärmetauscher 113, wobei es sich auch um eine oder beide Seiten des leitfähigen Materials 115 handeln kann. Der Luftseitenwärmetauscher 113 kann Rippen oder andere geeignete Strukturen zum Übertragen thermischer Energie an die Komfortluft 118 enthalten, die um und/oder durch den Wärmetauscher 113 strömt.
  • In manchen Kühlbetriebsartkonfigurationen pumpen die thermoelektrischen Elemente 114 thermische Energie von der Komfortluft 118 in das flüssige Kühlmittel 122. Die TED 112 empfängt elektrische Energie mit einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, die in den Heizbetriebsmodi verwendet wird, über die elektrische Verbindungen 117, was in den thermoelektrischen Elementen 114 zu einer Richtung des thermischen Energietransfers führt, die eine Kühlung der Komfortluft 118 ermöglicht. Der Luftseitenwärmetauscher 113 bringt die Komfortluft 118 in eine wesentliche thermische Kommunikation mit einer ersten Oberfläche der thermoelektrischen Elemente 114. Die thermoelektrischen Elemente 114 pumpen thermische Energie in das leitfähige Material 115. Das leitfähige Material 115 bringt das flüssige Kühlmittel 122 in eine wesentliche thermische Kommunikation mit einer zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Elemente 114, wodurch es möglich wird, dass thermische Energie ganz leicht in das flüssige Kühlmittel 122 gelangt. Das erwärmte flüssige Kühlmittel kann über die Kühlmittelkreislaufschnittstelle 141 von der TED 112 weggeleitet werden.
  • 29 ist eine Kurvendarstellung, in der mögliche Kabinenheizeinrichtungs-Ausgangstemperaturen über einen Zeitraum für bestimmte Temperaturregelsystemausführungsformen dargestellt sind, die in einem Fahrzeug mit einem Dieselmotor verwendet werden können. Die Kurvendarstellung zeigt ein Basislinien-Lufttemperaturprofil 501 über einen Zeitraum von 30 Minuten, ein Lufttemperaturprofil 502 bei einer elektrischen Heizeinrichtung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) über einen Zeitraum von 30 Minuten, und ein TED-Lufttemperaturprofil 305 über einen Zeitraum von 30 Minuten. Die Basislinie 501 veranschaulicht eine mögliche Lufttemperatur-Trendkurve, wenn ein Verbrennungsmotor die einzige Wärmequelle über einen Kühlkreislauf ist. Für das Basislinienprofil 501 wird die Kabinenluft geheizt, während sie durch den Wärmetauscher strömt, der über den Kühlkreislauf mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Das PTC-Profil 502 veranschaulicht eine mögliche Lufttemperatur-Trendkurve, wenn die Kabinenluft von einem Kühlkreislauf-Wärmetauscher sowie einer Ein-Kilowatt-PTC-Heizeinrichtung geheizt wird. Das TED-Profil 503 veranschaulicht eine mögliche Lufttemperatur-Trendkurve, wenn die Kabinenluft mit einem Kühlkreislauf-Wärmetauscher sowie einer TED des Typs Flüssigkeit-zu-Luft geheizt wird, die eine elektrische Stromversorgung mit einer Leistung von 650 Watt hat. Die von der TED gelieferte Wärme kann teilweise von der Umwandlung elektrischen Stroms in thermische Energie und teilweise aus dem Kühlkreislauf stammen.
  • Wie die Kurvendarstellung von 29 zeigt, erreicht die Basislinie 501 der Kabinenlufttemperatur nicht nur niemals die gleiche Kabinenlufttemperatur, sondern hat auch einen seichteren Aufwärtstrend in der Temperatur über die Zeit. Der seichtere Aufwärtstrend bedeutet, dass die Kabineninnentemperatur mit einer langsameren Rate ansteigt. Die PTC-Kurve 502 mit dem elektrischen Widerstandsheizgerät hat einen steileren Aufwärtstrend der Temperatur und erreicht auch eine höhere Endtemperatur im Vergleich mit der Basislinie 501. Dies ist wünschenswert, um für die Fahrgäste schnell eine komfortable Fahrzeugumgebung zu schaffen. Die Kurvendarstellung zeigt auch, dass die TED-Kurve 305 fast eine gleiche Steilheit im Aufwärtstrend für die Temperatur sowie fast die gleiche Endtemperatur aufweist, wenn man sie mit der PTC-Kurve 502 vergleicht. Die Verwendung einer TED kann jedoch dazu führen, dass im Vergleich mit den elektrischen Widerstandsheizgeräten weniger Strom verbraucht wird. Auf diese Weise kann die gleiche Anstiegsrate der Kabinenlufttemperatur wie auch Endtemperatur unter der Verwendung einer TED erreicht werden, entgegen der Verwendung eines elektrischen Widerstandsheizgerät als Teil eines Fahrzeugs-HLK-Systems, während weniger elektrische Energie benötigt wird.
  • Die 30A–C und 31A bis C zeigen schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform eines Temperaturregelsystems in Betriebsmodi zum Heizen, Kühlen und für beschlagene Scheiben (Demist) während des Startens eines Verbrennungsmotors und während des Starts/Stopps eines Verbrennungsmotors in verschiedenen thermischen Zuständen des Verbrennungsmotors über die Zeit. Unter Voraussetzung eines bestimmten Zustands des Verbrennungsmotors und einer Betriebsmodus zum Heizen, Kühlen und für beschlagene Scheiben (Demist) kann das Temperaturregelsystem als unter verschiedenen Betriebsmodi betrieben verstanden werden, wie hier erörtert (z. B. Start-Heizbetriebsmodus und Stopp-Kalt-Heizbetriebsart). Das Schema ist eine ungefähre Veranschaulichung, die nicht die Zeiträume des exakten Einschaltens und Ausschaltens von HLK-Komponenten während des Betriebs darstellen. Die waagrechten Betriebslinien repräsentieren entweder einen An- oder einen Auszustand der zur Erörterung stehenden HLK-Komponente oder einen Betrieb der Komponente im Allgemeinen (d. h. der Komponente, die thermische Energie an den Luftstrom überträgt oder thermische Energie aus dem Luftstrom absorbiert). Eine Stufe nach oben in der Betriebslinie kann anzeigen, dass der Betrieb der Komponente, wie er hier erörtert wird, verändert wird (z. B. die Komponente eingeschaltet wird, in Betrieb genommen wird und/oder thermische Energie gespeichert hat). Eine Stufe nach unten in der Betriebslinie kann ebenfalls eine Änderung im Betrieb der Komponente, wie er hier erörtert wird, anzeigen (z. B. die Komponente wird ausgeschaltet, außer Betrieb genommen und/oder hat thermische Energie abgegeben). Eine flache oder gerade waagrechte Betriebslinie kann einen allgemein konstanten Betrieb der Komponente darstellen. Die hier erörterten Betriebszustände können auf ein herkömmliches Fahrzeug, ein Mikro-Hybrid-Fahrzeug, ein Hybrid-Fahrzeug und/oder ein Plug-In-Hybridfahrzeug angewendet werden. Zum Beispiel könnten die hier erörterten Start-Stopp-Verbrennungsmotor-Betriebszustände für ein Hybrid- und ein Plug-In-Hybridfahrzeug ohne elektrischen Kompressor während der Start-Stopp-Betriebszustände anwendbar sein, die für Hybrid- und Plug-In-Hybridfahrzeuge (sowie auch herkömmliche und Mikro-Hybrid-Fahrzeuge) typisch sind.
  • 30A stellt ein Temperaturregelsystem im Betrieb in einer Heizbetriebsmodus während des Starten eines Verbrennungsmotors dar (z. B. das Fahrzeug wurde noch nicht gefahren und der Verbrennungsmotor wird in einem kalten Zustand gestartet). Während der Heizbetriebsmodus von 30A ist der Verdampfer 58 nicht in Betrieb und/oder kann ausgeschlossen werden, wie durch die Betriebslinie 3018 angezeigt, was angibt, dass der Verdampfer 58 während des Heizens nicht in Betrieb ist (z. B. der Verdampfer keine thermische Energie vom Luftstrom absorbiert). In der Heizbetriebsmodus von 30A ist, während der Verbrennungsmotor aufwärmt und immer noch in einem kalten Verbrennungsmotorzustand 3010 ist, der Wärmetauscher 116 vom Verbrennungsmotor thermisch getrennt, zum Beispiel, wie hier beschrieben, und insbesondere unter Bezugnahme auf 21 und durch die Betriebslinie 3020 angegeben. Wenn der Verbrennungsmotor frisch gestartet wird, erzeugt er nicht genug Wärme, um die Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle genügend zu erhöhen. Ein Fahrzeugverbrennungsmotor kann mehrere Minuten oder länger benötigen, um sich auf die notwendige Temperatur aufzuwärmen, um Komfortluft an die Fahrgastzelle zu liefern. Eine TED 112 kann elektrische Energie (elektrischen Strom) aufnehmen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftstrom zu übertragen. Wie in 30A durch die Betriebslinie 3024a gezeigt, kann die TED 112 die einzige Quelle thermischer Energie für den Luftstrom sein, der während des Zustands 3010 in die Fahrgastzelle eintritt. Wenn das Temperaturregelsystem mit einem thermoelektrischen Wärmespeicher (TSD) 123a ausgestattet ist (z. B. einem TSD, der mit einem Teil des Wärmetauschers 116 thermisch verbunden ist), der thermische Energie zum Heizen des Luftstroms speichern kann, ist der TSD 123a anfänglich kalt und speichert noch keine oder nur minimale thermische Energie (da der Verbrennungsmotor kalt ist), wie durch die Betriebslinie 3022a angegeben.
  • Während sich der Verbrennungsmotor immer noch aufwärmt, jedoch nicht mehr ganz kalt ist, kann thermische Energie vom Aufwärmzustand des Verbrennungsmotors 3012 dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen, wie hier erörtert, und insbesondere mit Bezugnahme auf 21, zu erwärmen. Im Zustand 3012 hat während der Heizbetriebsmodus von 30A der Verbrennungsmotor eine Aufwärmtemperatur erreicht, die eine gewisse Wärme an den Luftstrom abgeben kann, jedoch noch nicht warm genug ist, um als einzige Quelle thermischer Energie für das System zu dienen. Der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom kann jedoch nach einem anfänglichen Starten thermische Energie sowohl vom Verbrennungsmotor als auch der TED 112 aufnehmen. Wie durch eine stufenweise Änderung in der Betriebslinie 3020 angegeben, wird der Verbrennungsmotor mit dem Wärmetauscher 116 in thermische Kommunikation gebracht, um den Luftstrom, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 22 erörtert, zu erwärmen. Gleichzeitig kann unter der Verwendung der TED 112 mehr thermische Energie an den Luftstrom übertragen werden, um die von dem Verbrennungsmotor über den Wärmetauscher 116 abgegebene thermische Energie zu ergänzen. Auf diese Weise kann die TED 112 eingeschaltet bleiben, wie durch die Betriebslinie 3024a in dem Zustand 3012 veranschaulicht. Ferner beginnt der TSD 123a mit dem Speichern von thermischer Energie, während der Verbrennungsmotor wärmer wird, wie durch die nach oben geneigte Betriebslinie 3022a im Zustand 3012 gezeigt ist.
  • Wenn der Verbrennungsmotor warm ist, warmer Verbrennungsmotorzustand 3014, kann die thermische Energie vom Verbrennungsmotor dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen während der Heizbetriebsmodus von 30A zu erwärmen. Im Zustand 3014 hat der Verbrennungsmotor eine ausreichende Temperatur erreicht und kann die einzige Quelle thermischer Energie für das System sein, wie hier und insbesondere anhand von 23 erörtert. Wie durch die Betriebslinie 3020 angegeben, kann der Wärmetauscher 116 zur einzigen Wärmequelle für den Luftstrom in dem Luftkanal werden. Die TED 112 kann außer Betrieb genommen werden, so dass sie nicht länger den Luftstrom heizt, wie durch eine Stufe nach unten in der Betriebslinie 3024a gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann die TED 112 in Betrieb bleiben und eine Zusatzheizung liefern, wie durch eine gestrichelte Betriebslinie 3024b angegeben. Wenn der Verbrennungsmotor aufgewärmt ist, kann der TSD 123a thermische Energie an oder fast an seiner Kapazitätsgrenze speichern, die in anderen Heizbetriebsmodi zu verwenden ist, die hier erörtert wurden und durch die Betriebslinie 3022a gezeigt, die sich im Zustand 3014 stabilisiert.
  • 30B veranschaulicht einen Betrieb eines Temperaturregelsystems während des Startens des Motors in einer Kühlbetriebsart. Während der Kühlbetriebsmodus ist der Verdampfer 58 in Betrieb, wie durch die Betriebslinie 3018 gezeigt (z. B. absorbiert der Verdampfer 58 thermische Energie vom Luftstrom). In der Kühlbetriebsmodus von 30B kann der Wärmetauscher 116 vom Verbrennungsmotor thermisch getrennt sein, wie zum Beispiel hier beschrieben und insbesondere anhand von 24 beschrieben (z. B. wird der Wärmetauscher 116 in der Kühlbetriebsmodus ausgeschlossen) und wie durch die Betriebslinie 3020 gezeigt. Anfänglich kann es, während zum Beispiel die Fahrgastkabine heiß ist (z. B. bei heißem Wetter) sein, wenn der Verbrennungsmotor gerade in einem Zustand 3010 gestartet wird, dass eine Zusatzkühlung benötigt wird. Eine TED 112 kann elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme vom Luftstrom der TED 112 an die kühlende Seite der TED 112 zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3024a gezeigt. Wenn das Temperaturregelsystem mit einem kühlenden thermoelektrischen Speicher (TSD) 123b ausgestattet ist (z. B. einem TSD, der mit dem Verdampfer 58 verbunden oder ein Teil davon ist), der zum Speichern von thermischer Energie zum Kühlen des Luftstroms fähig ist, ist der TSD 123b anfänglich auf Umgebungstemperatur, doch beginnt er mit dem Speichern von thermischer Energie beim Starten des Motors, wobei der Verdampfer 58 betrieben wird und fast unmittelbar nach dem Starten eine Kühlkapazität bereitstellt. Beim Kaltstart des Verbrennungsmotors 3010 kann der TSD 123b mit dem Speichern von Kühlkapazität beginnen, wie durch die nach oben ansteigende Betriebslinie 3022b angegeben.
  • Während der Motor aufwärmt, jedoch noch kalt ist, Aufwärmzustand 3012, bleibt der Wärmetauscher 116 außer Betrieb, um den Luftstrom während der Kühlbetriebsmodus von 30B nicht aufzuwärmen, wie durch die Betriebslinie 3020 gezeigt. Im Aufwärm-Motorzustand 3012 kann der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom nach dem anfänglichen Starten lediglich durch den Verdampfer 58 gekühlt werden; die Betriebslinie 3018 zeigt, dass der Verdampfer 58 im Zustand 3012 in Betrieb bleibt. Wie durch eine Stufe nach unten in der Betriebslinie 3024a gezeigt, kann ein Strom an die TED 112 abgeschaltet werden, und die TED 112 ein Kühlen des Luftstroms beenden. Eine Zusatzkühlung kann jedoch benötigt werden, und es kann sein, dass die TED 112 weiterhin elektrische Energie (elektrischen Strom) empfängt, um für den Luftstrom eine Kühlung bereitzustellen, wie hier erörtert und insbesondere in Bezugnahme auf 24 und wie durch die Betriebslinie 3024b angegeben. Ferner kann der TSD 123b eine Kühlkapazität an oder in der Nähe seiner Kapazität speichern, die in anderen Kühlbetriebsmodi zu verwenden ist, wie hier erörtert und durch die Betriebslinie 3022b gezeigt, die sich im Zustand 3012 stabilisiert.
  • Wenn der Motor warm ist, warmer Motorzustand 3014, bleibt der Wärmetauscher 116 außer Betrieb, so dass er den Luftstrom während der Kühlbetriebsmodus von 30B nicht heizt, wie durch die Betriebslinie 3020 gezeigt. Im Zustand 3014 kann der in die Fahrgastzelle gelangende Luftstrom lediglich durch den Verdampfer 58 gekühlt werden; die Betriebslinie 3018 zeigt, dass der Verdampfer 58 im Zustand 3014 in Betrieb bleibt. Wie durch die Betriebslinie 3024a angegeben, kann der Strom an die TED 112 abgeschaltet bleiben und kühlt die TED 112 den Luftstrom nicht. Es kann jedoch eine Zusatzkühlung benötigt werden und kann die TED 112 weiterhin elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um dem Luftstrom eine Kühlung bereitzustellen, wie hier und insbesondere unter Bezugnahme auf 24 erörtert und wie durch die Betriebslinie 3024b angegeben. Ferner kann der TSD 123b eine Kühlkapazität an seiner oder in der Nähe seiner Kapazität speichern, die in anderen Kühlbetriebsmodi zu verwenden ist, wie hier erörtert und wie durch die Betriebslinie 3022b gezeigt, die sich im Zustand 3012 stabilisiert.
  • 30C veranschaulicht den Betrieb eines Temperaturregelsystems in einer Demist-Betriebsmodus während des Startens des Verbrennungsmotors. Während der Demist-Betriebsmodus von 30C ist der Verdampfer 58 in Betrieb, wie durch die Betriebslinie 3018 gezeigt (z. B. absorbiert der Verdampfer 58 thermische Energie aus dem Luftstrom). Während der Motor aufwärmt und immer noch kalt ist, kalter Motorzustand 3010, ist der Wärmetauscher 116 vom Verbrennungsmotor thermisch getrennt, wie zum Beispiel hier und insbesondere unter Bezugnahme auf 21 beschrieben und durch die Betriebslinie 3020 angegeben. Wenn der Verbrennungsmotor frisch gestartet wird, erzeugt er nicht genug Wärme, um die Temperatur des Luftstroms ausreichend zu erhöhen. Eine TED 112 kann elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftstrom zu übertragen. Wie in 30C durch die Betriebslinie 3024a für die Demist-Betriebsmodus gezeigt, kann die TED 112 im Zustand 3010 die einzige Wärmequelle für den in die Fahrgastzelle gelangenden Luftstrom sein. Wenn das Temperaturregelsystem mit einem thermoelektrischen Wärmespeicher (TSD) 123a ausgestattet ist (z. B. einem TSD, der mit dem Wärmetauscher 116 verbunden oder ein Teil von diesem ist), der zum Speichern von thermischer Energie zum Heizen des Luftstroms fähig ist, ist der TSD 123a anfänglich kalt und speichert noch keine oder nur minimale thermische Energie (da der Verbrennungsmotor kalt ist), wie durch die Betriebslinie 3022a gezeigt. Wenn das Temperaturregelsystem mit einem thermoelektrischen Kühlspeicher (TSD) 123b ausgestattet ist (z. B. einem TSD, der mit dem Verdampfer 58 verbunden oder ein Teil von diesem ist), der zum Speichern von thermischer Energie zum Kühlen des Luftstroms fähig ist, ist der TSD 123b anfänglich auf Umgebungstemperatur, beginnt jedoch mit dem Speichern von Kühlkapazität beim Starten des Verbrennungsmotors, während der Verdampfer 58 in Betrieb ist und fast unmittelbar nach dem Start eine Kühlkapazität liefert. Bei einem kalten Verbrennungsmotorzustand 3010 kann der TSD 123b mit dem Speichern von Kühlkapazität beginnen, wie durch ein Ansteigen der Betriebslinie 3022b angegeben.
  • Während der Verbrennungsmotor immer noch warm wird, jedoch noch kalt ist, Aufwärm-Motor-Zustand 3012, kann thermische Energie von dem Verbrennungsmotor zum Aufwärmen des Kühlmittels in den Arbeitsfluidkreisläufen verwendet werden. Im Zustand 3012 hat der Verbrennungsmotor eine Aufwärmtemperatur erreicht, die ein gewisses Maß an Wärme an den Luftstrom abgeben kann, jedoch noch nicht ausreicht, als die einzige Quelle thermischer Energie für das System zu dienen. Der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom kann jedoch nach dem anfänglichen Starten thermische Energie sowohl vom Verbrennungsmotor als auch der TED 112 aufnehmen. Wie durch eine stufenartige Änderung in der Betriebslinie 3020 angegeben, wird der Verbrennungsmotor mit dem Wärmetauscher 116 in thermische Kommunikation gebracht, um den Luftstrom zu erwärmen, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 22 erörtert. Gleichzeitig kann unter der Verwendung der TED 112 mehr thermische Energie an den Luftstrom übertragen werden, um die von dem Verbrennungsmotor über den Wärmetauscher 116 an den Luftstrom übertragene thermische Energie zu ergänzen, als die Luft, die geheizt wird, nachdem sie in der Demist-Betriebsmodus von 30C vom Verdampfer 58 abgekühlt wurde. Auf diese Weise kann die TED 112 in Betrieb bleiben, wie durch die Betriebslinie 3024a angegeben. Der heizende TSD 123a beginnt mit dem Speichern von thermischer Energie, während der Verbrennungsmotor wärmer wird, wie durch die nach oben ansteigende Betriebslinie 3022a im Zustand 3012 gezeigt. Der kühlende TSD 123b kann eine Kühlkapazität an seiner oder in der Nähe seiner Kapazität speichern, die in anderen Kühlbetriebsmodi zu verwenden ist, wie hier erörtert und durch die Betriebslinie 3022b gezeigt, die sich im Zustand 3012 stabilisiert.
  • Wenn der Verbrennungsmotor warm geworden ist, warme Motorbetriebsmodus 3014, kann die thermische Energie vom Verbrennungsmotor dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen in der Demist-Betriebsmodus von 30C zu erwärmen. Im Zustand 3014 hat der Verbrennungsmotor eine Temperatur erreicht, die dazu ausreicht, dass sie die einzige Quelle thermischer Energie für das System ist, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 23 erörtert. Wie durch die Betriebslinie 3020 angegeben, kann der Wärmetauscher 116 zur einzigen Wärmequelle für den Luftstrom des Luftkanals werden. Die TED 112 kann dann außer Betrieb genommen werden, so dass sie den Luftstrom nicht länger heizt, wie durch eine Stufe nach unten in der Betriebslinie 3024a angegeben. In manchen Ausführungsformen kann die TED 112 in Betrieb bleiben und eine Zusatzheizung bereitstellen, wie durch die gestrichelte Betriebslinie 3034b angegeben. Wenn der Verbrennungsmotor warm ist, kann der heizenden TSD 123a thermische Energie an oder in der Nähe seiner Kapazität speichern, die in anderen Heizbetriebsmodi zu verwenden ist, wie hier erörtert und durch die Betriebslinie 3022a gezeigt, die sich im Zustand 3014 stabilisiert. Der kühlende TSD 123b kann Kühlkapazität an oder in der Nähe seiner Kapazität speichern, die in anderen Kühlbetriebsmodi zu verwenden ist, wie hier erörtert und durch die Betriebslinie 3022b gezeigt, die sich im Zustand 3014 stabilisiert. In manchen Ausführungsformen kann der Prozess zum Klären beschlagener Scheiben (Demist) (einschließlich der Zustände 3010, 3012, 3014), die mit Bezug auf 30C beschrieben sind, als „Start-Demist-Betriebsart” bezeichnet werden.
  • 31A veranschaulicht einen Betrieb eines Temperaturregelsystems in einer Heizbetriebsmodus während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors für ein Start-Stopp-System (z. B. der Verbrennungsmotor war in Betrieb und ist warm, ist jedoch, wie hier erörtert, abgeschaltet, zum Beispiel in einem Mikro-Hybrid-System). Während der Heizbetriebsmodus von 31A ist der Verdampfer 58 nicht in Betrieb und/oder kann ausgeschlossen sein, wie durch die Betriebslinie 3118 gezeigt, die anzeigt, dass der Verdampfer 58 während des Heizens nicht in Betrieb ist (z. B. der Verdampfer keine thermische Energie vom Luftstrom absorbiert). Während der Motor warm ist, warme Motorbetriebsmodus (oder Stopp-Warm-Betriebsart) 3110, kann thermische Energie vom Verbrennungsmotor dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen zu erwärmen. Im Zustand 3110 hat, auch wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, der Verbrennungsmotor und das Kühlmittel genügend Restwärme, um weiterhin als die einzige Quelle thermischer Energie für das System zu dienen, wie hier und insbesondere unter Bezugnahme auf 23 erörtert. Wie durch die Betriebslinie 3120 angegeben, kann der Wärmetauscher 116 die einzige Wärmequelle für den Luftstrom in dem Luftkanal sein. Die TED 112 empfängt keine elektrische Energie (elektrischen Strom) und heizt den Luftstrom nicht, wie durch die Betriebslinie 3124a angegeben. Wenn eine Zusatzheizung benötigt wird, kann eine TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftstrom zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3124b angegeben. Wenn ein heizender TSD 123a vorgesehen ist, während der Wärmetauscher 116 immer noch restliche thermische Energie vom Verbrennungsmotor und dem Kühlmittel an den Luftstrom überträgt, behält der TSD 123a im Wesentlichen seine gespeicherte thermische Energie aus dem Zeitraum, in dem der Verbrennungsmotor lief und warm war, wie durch die Betriebslinie 3122a angegeben.
  • Wenn der Verbrennungsmotor abgekühlt ist, jedoch noch warm ist (aufgewärmt), abgekühlter Motor(oder Stopp-Abgekühlt)-Betriebsmodus 3112, kann thermische Energie aus dem Verbrennungsmotor immer noch dazu verwendet werden das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen zu erwärmen wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 21 erörtert, doch kann es sein, dass der Verbrennungsmotor nicht genügend warm ist, um als die einzige Quelle thermischer Energie für das System zu dienen. In der Heizbetriebsmodus von 31A kann ein heizender TSD 123a im Zustand 3112 dazu verwendet werden, gespeicherte thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen. Der TSD 123a, der gespeicherte thermische Energie überträgt, kann allmählich über die Zeit erfolgen oder an einen bestimmten Zeitpunkt während des Zustands 3112, wie durch die Betriebslinie 3122a gezeigt, der mitten im Zustand 3112 abfällt. Bei abgekühltem Verbrennungsmotor (und abgekühltem Kühlmittel), die einen Teil der Restwärme übertragen, und der TSD 123a gespeicherte thermische Energie überträgt, kann der Luftstrom ausreichend geheizt werden, ohne dass eine TED 112 verwendet zu werden braucht. Auf diese Weise kann durch einen TSD 123a, ein Liefern elektrischer Energie (elektrischen Stroms) an die TSD 112 verzögert werden und elektrische Energie (elektrischer Strom) gespart werden, während der Motor abgeschaltet ist. Wenn jedoch eine Zusatzheizung benötigt wird, kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3124b angegeben.
  • Wenn der Verbrennungsmotor abgekühlt ist und nun kalt ist, kalter Motor (Stopp-Kalt-Zustand) 3114, wird der Wärmetauscher 116, der mit dem Verbrennungsmotor thermisch verbunden ist, ausgeschlossen, wie zum Beispiel hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 21 beschrieben und durch die Betriebslinie 3120 gezeigt. Der in die Fahrgastzelle eintretende Luftstrom kann immer noch einen Teil thermischer Energie von dem TSD 123a empfangen; der TSD 123a hat jedoch nicht genügend Energie, um als die einzige Wärmequelle für den Luftstrom zu dienen, wie dadurch angezeigt wird, dass sich die Betriebslinie 3122a nach dem Abfallen in einem Zustand 3114 stabilisiert. Eine TED 112 kann elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftstrom zu übertragen. Wie in 31A durch die Betriebslinie 3124a gezeigt, kann die TED 112 über den Zeitraum während des Zustands 3114 zur einzigen Quelle thermischer Energie für den in die Fahrgastzelle eintretenden Luftstrom werden (z. B. Restwärme vom Verbrennungsmotor (und Kühlmittel) und gespeicherte Wärme vom TSD 123a sind aufgebraucht). Nach der Betriebsmodus 3114 ist der Verbrennungsmotor kalt, während das System zur Betriebsmodus des Kalt-Motor-Zustands 3116 übergeht. In der Betriebsmodus 3116 wird der kalte Verbrennungsmotor wieder gestartet. Das Temperaturregelsystem kann ähnlich betrieben werden, wie hier für den Fall, in dem ein kalter Verbrennungsmotor gestartet wird und eine Heizung gewünscht wird und insbesondere unter Bezugnahme auf 30A erörtert.
  • 31B veranschaulicht einen Betrieb eines Temperaturregelsystems in einer Kühlbetriebsmodus während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors für ein Start-Stopp-System (z. B. der Motor lief und ist warm, ist jedoch abgeschaltet, wie hier zum Beispiel für ein Mikro-Hybrid-System erörtert). Während der Kühlbetriebsmodus von 31B ist im Zustand 3110 der Verdampfer 58 in Betrieb, wie durch die Betriebslinie 3118 gezeigt (z. B. absorbiert der Verdampfer 58 thermische Energie vom Luftstrom). Auch wenn der Verbrennungsmotor in einer Warm-Motor(oder Stopp-Warm)-Betriebsmodus 3110 abgeschaltet ist, können der Verdampfer 58 und Kühlmittel einige Restkühlkapazität von der Zeit behalten, in der der Verbrennungsmotor in Betrieb war und zum Beispiel ein kompressorbasiertes Kühlsystem betrieb. Der Wärmetauscher 116 kann vom Verbrennungsmotor thermisch getrennt sein, wie zum Beispiel hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 24 beschrieben (z. B. wird der Wärmetauscher 116 in der Kühlbetriebsmodus ausgeschlossen) und wie durch die Betriebslinie 3120 gezeigt. Wie durch die Betriebslinie 3124a gezeigt, kann der Strom an die TED 112 abgeschaltet werden und kühlt die TED 112 den Luftstrom nicht, wenn der Verdampfer 58 eine ausreichende Kühlung liefert. Es kann jedoch eine Zusatzkühlung nötig sein und kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um für den Luftstrom eine Kühlung vorzusehen, wie hier und insbesondere mit Bezug auf 24 erörtert und durch die Betriebslinie 3124b gezeigt. Wenn ein kühlender TSD 123b vorgesehen ist, während der Verdampfer 58 immer noch den Luftstrom mit restlicher Kühlkapazität kühlt, behält der TSD 123b im Wesentlichen die gespeicherte thermische Energie aus der Zeit, als der Verdampfer 58 in Betrieb war, wie durch die Betriebslinie 3122b angegeben.
  • Wenn der Verbrennungsmotor abgekühlt ist, jedoch noch warm ist (aufgewärmt), Gekühlt-Motor(oder Stopp-Gekühlt)-Zustand 3112, bleibt der Wärmetauscher 116 außer Betrieb, so dass er den Luftstrom während der Kühlbetriebsmodus von 31 nicht heizt, wie durch die Betriebslinie 3120 gezeigt. Der Verdampfer 58 und das Kühlmittel haben ihre Restkühlkapazität abgegeben und sind außer Betrieb und ausgeschlossen, wie durch die Stufe nach unten in der Betriebslinie 3118 angegeben, wie hier erörtert. Ein kühlender TSD 123b kann im Zustand 3112 dazu verwendet werden, gespeicherte Kühlkapazität an den Luftstrom zu übertragen. Der TSD 123b, der gespeicherte thermische Energie überträgt, kann allmählich über die Zeit erfolgen oder an einem bestimmten Zeitpunkt während des Zustands 3112, wie dadurch angegeben, dass die Betriebslinie 3122b mitten im Zustand 3112 abfällt. Anfänglich kann der TSD 123b über genügend gespeicherte Kühlkapazität verfügen, um den Luftstrom ohne Verwendung einer TED 112 zu kühlen. Deshalb kann mit einem kühlenden TSD 123a ein Liefern elektrischer Energie (elektrischen Stroms) an die TED 112 verzögert und die elektrische Energie (der elektrische Strom) eingespart werden, während der Verbrennungsmotor still steht. Mit einem Verbrauchen der Kühlkapazität des TSD 123b kann die TED 112 in Betrieb genommen werden, um das benötigte Niveau einer Kühlung vorzusehen. Die TED 112 kann elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3124a angegeben. Ein Zuschalten der TED 112 kann an einem beliebigen Zeitpunkt in der Betriebsmodus 3112 geschehen, wie dadurch angegeben ist, dass die Betriebslinie 3124a in der Mitte der Betriebsmodus 3112 eine Stufe aufweist.
  • Wenn der Verbrennungsmotor abgekühlt ist und nun kalt ist – Kalt-Motor (oder Stopp-Kalt)-Zustand 3114, kann der Wärmetauscher 116 während der Kühlbetriebsmodus von 31B außer Betrieb bleiben, wie durch die Betriebslinie 3120 gezeigt. Wenn der Verdampfer 58 und der TSD 123b nicht länger eine Kühlung (aus gespeicherter Kühlkapazität oder sonst wie) liefern, kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um den Luftstrom zu kühlen, wie hier und insbesondere in Bezugnahme auf 24 erörtert und durch die Betriebslinie 3124a angegeben. In manchen Ausführungsformen kann die TED 112 zur einzigen Quelle der Kühlung für den Luftstrom in der Betriebsmodus 3114 werden. In der Betriebsmodus 3116 wird der kalte Verbrennungsmotor erneut gestartet. Das Temperaturregelsystem kann in ähnlicher Weise betrieben werden, wie hier für den Fall, dass ein kalter Verbrennungsmotor gestartet wird und eine Kühlung gewünscht wird, und insbesondere mit Bezugnahme auf 30B erörtert.
  • 31C veranschaulicht einen Betrieb eines Temperaturregelsystems in einer Demist-Betriebsmodus während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors für ein Start-Stopp-System (z. B. der Motor war in Betrieb und ist warm, ist jedoch abgeschaltet, wie hier zum Beispiel für ein Mikro-Hybrid-System erörtert). Während der Demist-Betriebsmodus von 31C im Zustand 3110 ist der Verdampfer 58 in Betrieb, wie durch die Betriebslinie 3118 gezeigt (z. B. absorbiert der Verdampfer 58 thermische Energie vom Luftstrom). Auch wenn der Verbrennungsmotor in der Warm-Motor-(oder Stopp-Warm)-Betriebsmodus 3110 abgeschaltet ist, können der Verdampfer 58 und das Kühlmittel einige restliche Kühlkapazität aus dem Zeitraum haben, als der Verbrennungsmotor in Betrieb war und zum Beispiel ein kompressorbasiertes Kühlsystem betrieb. Wenn der Verbrennungsmotor in der Betriebsmodus 3110 warm ist, kann thermische Energie vom Verbrennungsmotor dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen zu erwärmen. Im Zustand 3110 können, auch wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist, der Verbrennungsmotor und das Kühlmittel ausreichend Restwärme enthalten, um weiterhin als die einzige Quelle thermischer Energie für das System zu dienen, wie hier und insbesondere unter Bezugnahme auf 23 erörtert. Wie durch die Betriebslinie 3120 angegeben, kann der Wärmetauscher 116 die einzige Wärmequelle für den Luftstrom im Luftkanal sein. Wenn eine Zusatzheizung benötigt wird, um das nötige Niveau einer Klärung beschlagener Scheiben (Demist) bereitzustellen, kann eine TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um einen thermischen Gradienten zu erzeugen und Wärme von der heizenden Seite der TED 112 an den Luftstrom zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3124b angegeben. Wenn ein heizender TSD 123a vorgesehen ist, wobei der Wärmetauscher 116 immer noch restliche thermische Energie vom Verbrennungsmotor und dem Kühlmittel an den Luftstrom überträgt, behält der TSD 123a im Wesentlichen die gespeicherte thermische Energie aus dem Zeitraum, als der Verbrennungsmotor in Betrieb war und warm war, wie durch 3122a angegeben. Wenn ein kühlender TSD 123b vorgesehen ist, während der Verdampfer 58 und das Kühlmittel immer noch den Luftstrom mit restlicher Kühlkapazität kühlen, behält der TSD 123b im Wesentlichen die gespeicherte thermische Energie aus dem Zeitraum, als der Verdampfer 58 betrieben wurde, wie durch die Betriebslinie 3122b angegeben.
  • Wenn der Verbrennungsmotor kühler geworden ist, jedoch immer noch warm (aufgewärmt) ist, Abgekühlt-Motor-(oder Stopp-Abgekühlt)-Zustand 3112, haben der Verdampfer 58 und das Kühlmittel ihre restliche Kühlkapazität aufgebraucht und werden außer Betrieb genommen oder ausgeschlossen, wie durch eine Stufe nach unten in der Betriebslinie 3118 gezeigt, wie hier erörtert. Ein kühlender TSD 123b kann im Zustand 3112 dazu verwendet werden, gespeicherte Kühlkapazität an den Luftstrom abzugeben. Ein Übertragen gespeicherter thermischer Energie durch den TSD 123b kann allmählich über die Zeit oder an einem bestimmten Punkt in der Zeit während des Zustands 3112 geschehen, wie dadurch angegeben, dass die Betriebslinie 3122b mitten im Zustand 3112 abfällt. Anfänglich hatte der TSD 123b ausreichend gespeicherte Kühlkapazität zum Kühlen des Luftstroms ohne die Verwendung einer TED 112 zum Vorsehen des Klärens beschlagener Scheiben. Thermische Energie von dem Verbrennungsmotor kann immer noch dazu verwendet werden, das Kühlmittel in den Arbeitsfluidkreisläufen zu erwärmen, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 21 erörtert, doch ist der Verbrennungsmotor nicht genügend warm, um als die einzige Quelle thermischer Energie für das System während des Klärens beschlagener Scheiben in der Betriebsmodus 3112 zu dienen. Ein heizender TSD 123a kann im Zustand 3112 dazu verwendet werden, thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen. Ein Übertragen thermischer Energie durch den TSD 123a kann allmählich über die Zeit oder an einem bestimmten Zeitpunkt während des Zustands 3112 geschehen, wie dadurch angegeben, dass die Betriebslinie 3122a mitten im Zustand 3112 abfällt. Während ein kühlerer Verbrennungsmotor (und Kühlmittel) einige Restwärme übertragen und der TSD 123a gespeicherte thermische Energie überträgt, kann der Luftstrom ohne die Verwendung einer TED 112 genügend erwärmt werden. Auf diese Weise kann mit einem TSD 123a ein Liefern elektrischer Energie (elektrischen Stroms) an die TED 112 verzögert werden und elektrische Energie (elektrischer Strom) eingespart werden, während der Verbrennungsmotor still steht. Wenn jedoch eine Zusatzheizung benötigt wird, kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen, wie durch die Betriebslinie 3124b angegeben. Wenn dann die gespeicherte Kühlkapazität des TSD 123b und gespeicherte Heizkapazität des TSD 123a aufgebraucht werden, kann die TED 112 in Betrieb genommen werden, um das benötigte Niveau entweder einer Kühlung oder einer Heizung zu liefern. In manchen Ausführungsformen kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) empfangen, um thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 21 erörtert. In manchen Ausführungsformen kann die TED 112 elektrische Energie (elektrischen Strom) in einer entgegengesetzten Polarität empfangen, um thermische Energie aus dem Luftstrom zu absorbieren, wie hier und insbesondere mit Bezugnahme auf 24 erörtert. Ob die TED 112 die Luft kühlt oder heizt, kann durch eine Steuerung des Temperaturregelsystems je nachdem bestimmt werden, was das System an dem spezifischen Betriebspunkt benötigt, um ein Klären beschlagener Scheiben zu erzielen, sowie nach der Anordnung der TED 112 in dem Luftkanal während der Demist-Betriebsmodus von 30C. Zum Beispiel können entweder der kühlende TSD 123b oder der heizende TSD 123a mehr gespeicherte thermische Kapazität während des Zustands 3112 haben und kann die TED 112 eingeschaltet werden, um eventuell ein Fehlen oder eine zu einem größeren Grad verbrauchte gespeicherte thermische Kapazität zu kompensieren. Ein Einschalten der TED 112 kann zu einem beliebigen Zeitpunkt im Zustand 3112 geschehen, wie durch eine Stufe nach oben in der Betriebslinie 3124a mitten im Zustand 3112 gezeigt.
  • Wenn der Verbrennungsmotor abgekühlt und nun kalt ist, Kalt-Motor(oder Stopp-Kalt)-Zustand 3114, kann das Temperaturregelsystem, wie hier erörtert, über einen gewissen Zeitraum während des Zustands 3112 weiter betrieben werden, während die TSD 123a, b ihre verbleibende thermische Kapazität aufbrauchen. In manchen Ausführungsformen können zwei TEDs an unterschiedlichen Standorten in den Luftkanälen, wie hier erörtert, angeordnet werden, um ein Klären beschlagener Scheiben zu bewerkstelligen, wenn die TSDs ihre gespeicherte thermische Kapazität aufgebraucht haben. Zum Beispiel kann eine erste TED den Luftstrom kühlen (trocknen), wenn der Luftstrom in den Luftkanal eintritt. Eine zweite TED kann den Luftstrom heizen, während der Luftstrom durch den Luftkanal gelangt, um ein Klären beschlagener Scheiben zu erzielen. In der Betriebsmodus 3116 wird der kalte Verbrennungsmotor wieder gestartet. Das Temperaturregelsystem kann ähnlich betrieben werden, wie hier für den Fall, in dem ein kalter Verbrennungsmotor gestartet wird und ein Klären beschlagener Scheiben gewünscht wird, und insbesondere mit Bezugnahme auf 30C erörtert.
  • In dieser gesamten Beschreibung bedeutet eine Bezugnahme auf „manche Ausführungsformen”, „bestimmte Ausführungsformen” oder „eine Ausführungsform”, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Charakteristik, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einigen Ausführungsformen enthalten ist. Auf diese Weise bezieht sich das Vorkommen der Formulierung „in manchen Ausführungsformen” oder „in einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen in dieser gesamten Beschreibung nicht notwendigerweise immer auf dieselbe Ausführungsform und können sich auf eine oder mehrere der gleichen oder unterschiedliche Ausführungsformen beziehen. Ferner können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken in einer beliebigen geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden, wie einem Durchschnittsfachmann aus der vorliegenden Beschreibung klar wird.
  • Zum Zweck der Veranschaulichung wurden manchen Ausführungsformen in dem Kontext des Lieferns von Komfortluft an die Fahrgastkabine eines Fahrzeugs, eines Flugzeugs, eines Zuges, eines Busses, eines Lastkraftwagens, eines Hybridfahrzeugs, eines Elektrofahrzeugs, eines Schiffes oder eines beliebigen anderen Personenverkehrsmittels oder Dingen beschrieben. Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausführungsformen nicht auf den bestimmten Kontext oder den Zusammenhang eingeschränkt sind, in dem sie hier beschrieben wurden und dass mindestens einige Ausführungsformen dazu verwendet werden, Komfortluft an Wohnungen, Büros, Gewerbeflächen und andere Gebäude oder Räume zu liefern. Außerdem versteht es sich, dass mindestens manche Ausführungsformen in anderen Zusammenhängen verwendet werden können, wo temperaturgeregelte Fluide auf vorteilhafter Weise verwendet werden können, wie zum Beispiel beim Temperaturmanagement von Anlagen.
  • Die Begriffe „umfassend”, „enthaltend”, „aufweisend” und dergleichen werden in der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet und einschließend in einer Weise mit offenen Ende verwendet und schließen zusätzliche Elemente, Merkmale, Handlungen, Operationen und so weiter nicht aus. Außerdem wird der Begriff „oder” in seinem einschließenden Sinn (und nicht in seinem ausschließenden Sinn) verwendet, so dass bei seiner Verwendung zum Beispiel zur Verbindung einer Liste von Elementen der Begriff „oder” eines, einen Teil oder alle Elemente in der Liste bedeutet.
  • In ähnlicher Weise wird darauf hingewiesen, dass die oben gegebene Beschreibung von Ausführungsformen verschiedene Merkmale manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figur oder deren Beschreibung gruppiert sind, um die Offenbarung zu verschlanken und zum Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen erfindungsgemäße Aspekte beizutragen. Dieses Verfahren der Offenbarung soll jedoch nicht so verstanden werden, dass dadurch beabsichtigt wird, dass ein bestimmter Anspruch mehr Merkmale benötigt, als ausdrücklich in diesem Anspruch angegeben. Vielmehr liegen die erinnerungsgemäßen Aspekte in einer Kombination von weniger als allen Merkmalen einer einzigen vorhergehend offenbarten Ausführungsform.
  • Auch wenn die hier vorgestellte Erfindung im Kontext bestimmter Ausführungsformen und Beispiele offenbart wurde, so versteht es sich für den Fachmann, dass die Erfindung sich über die spezifisch offenbarten Ausführungsformen auf andere alternative Ausführungsformen und/oder Verwendungen der Erfindung und offensichtliche Modifikationen und deren Äquivalente erstreckt. Auf diese Weise wird beabsichtigt, dass der Umfang der hier offenbarten Erfindung nicht durch die bestimmten oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist.

Claims (19)

  1. Temperaturregelsystem zum Heizen, Kühlen und/oder Klären beschlagener Scheiben (Demist) einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, wobei das System umfasst: einen Motor-Kühlmittelkreislauf, der eine Motorblock-Kühlmittelleitung umfasst, die zum Leiten von Kühlmittel in ihr konfiguriert ist, wobei die Motorblockleitung in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ist; einen Heizkühler, der in einem Komfortluftkanal des Fahrzeugs und in Fluidkommunikation mit der Motorblock-Kühlmittelleitung angeordnet ist; eine thermoelektrische Vorrichtung, die eine Abwärmeoberfläche und eine Hauptoberfläche aufweist; einen Zusatzwärmetauscher, der in dem Komfortluftkanal und in thermischer Kommunikation mit der Hauptoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung angeordnet ist; einen Abwärmetauscher, der mit der Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden ist, wobei der Abwärmetauscher mit einem Fluidkreislauf verbunden ist, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält, und wobei das Arbeitsfluid in flüssiger Phase mit einer Wärmequelle oder einer Wärmeableitung in Fluidkommunikation ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, das Temperaturregelsystem in mehreren Betriebsmodi zu betreiben, und wobei die mehreren Betriebsmodi umfassen: einen Stopp-Heizbetriebsmodus, in dem Restwärme des Verbrennungsmotors dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während elektrischer Strom nicht an die thermoelektrische Vorrichtung geliefert wird, und während der Verbrennungsmotor stillsteht; und einen Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus, in dem die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom durch Übertragen thermischer Energie von der Abwärmeoberfläche zur Hauptwärmeoberfläche zu heizen, während sie elektrischen Strom erhält, der in einer ersten Polarität geliefert wird, und während der Verbrennungsmotor stillsteht; und wobei in dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus die thermoelektrische Vorrichtung Wärme an den Komfortluftstrom liefert, während der Verbrennungsmotor nicht dazu fähig ist, ohne die von der thermoelektrischen Vorrichtung gelieferte Wärme die Komfortluft auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei das Temperaturregelsystem in dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Stillstandszeit des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, die länger als ein Stillstehen des Verbrennungsmotors in dem Stopp-Heizbetriebsmodus ist, während die Fahrgastzelle des Fahrzeugs auf eine bestimmte Kabinentemperatur geheizt wird.
  3. System gemäß Anspruch 1, wobei der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus enthält, dass der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während die thermoelektrische Vorrichtung elektrischen Strom empfängt, der in der ersten Polarität geliefert wird.
  4. System gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Betriebsmodi ferner eine Zusatzkühlbetriebsmodus umfassen, bei dem die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche zur Abwärmeoberfläche übertragen wird, während elektrischer Strom empfangen wird, der in einer zweiten Polarität geliefert wird.
  5. System gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine thermische Speichervorrichtung, die in dem Komfortluftkanal angeordnet ist, wobei die thermische Speichervorrichtung dazu konfiguriert ist, thermische Energie zu speichern und mindestens entweder thermische Energie an den Luftstrom zu übertragen oder thermische Energie aus dem Luftstrom zu absorbieren.
  6. System gemäß Anspruch 5, ferner umfassend einen Verdampfer eines riemengetriebenen Kühlsystems, das in dem Komfortluftkanal angeordnet ist, wobei die thermische Speichervorrichtung mit dem Verdampfer verbunden ist, und wobei die thermische Speichervorrichtung dazu konfiguriert ist, während mindestens entweder eines Kühlbetriebsmodus oder eines Demist-Betriebsmodus, während dem der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, eine Kühlkapazität zu speichern.
  7. System gemäß Anspruch 6, wobei die mehreren Betriebsmodi ferner eine erste Stopp-Demist-Betriebsmodus enthalten, bei der die thermische Speichervorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie vom Luftstrom unter der Verwendung gespeicherter Kühlkapazität absorbiert wird, und die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, indem thermische Energie von der Abwärmeoberfläche an die Hauptwärmeoberfläche übertragen wird, während elektrischer Strom empfangen wird, der in der ersten Polarität geliefert wird.
  8. System gemäß Anspruch 1, wobei der Zusatzwärmetauscher bezüglich einer Richtung eines Komfortluftstroms in dem Komfortluftkanal stromabwärts vom Heizkörper angeordnet ist, wenn das Temperaturregelsystem in Betrieb ist.
  9. System gemäß Anspruch 1, wobei die Abwärmeoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung mit der Motorblock-Kühlmittelleitung in thermischer Kommunikation ist.
  10. System gemäß Anspruch 1, wobei die Wärmequelle mindestens eine Batterie, ein elektronisches Gerät, ein Brenner oder ein Auspuff des Fahrzeugs ist.
  11. System gemäß Anspruch 1, wobei der Fluidkreislauf eine erste Leitung und eine erste Bypass-Leitung enthält, die dazu konfiguriert sind, in sich ein Kühlmittel weiterzuleiten, wobei die erste Leitung in Fluidkommunikation mit dem Heizkörper ist, die erste Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, den Strom des Kühlmittels unter Umgehung der ersten Leitung zu leiten, und wobei der Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus beinhaltet, dass der Strom des Kühlmittels durch die erste Leitung eingeschränkt wird, und der Strom des Kühlmittels durch die erste Bypass-Leitung gerichtet wird.
  12. System gemäß Anspruch 1, wobei der Fluidkreislauf eine zweite Leitung und eine zweite Bypass-Leitung enthält, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel in sich zu leiten, wobei die zweite Leitung in Fluidkommunikation mit dem Zusatzwärmetauscher ist, die zweite Bypass-Leitung dazu konfiguriert ist, den Strom des Kühlmittels unter Umgehung der zweiten Leitung zu leiten und wobei der Stopp-Heiz-Betriebsmodus ein Einschränken des Stroms des Kühlmittels durch die zweite Leitung und ein Richten des Stroms des Kühlmittels durch die zweite Bypass-Leitung enthält.
  13. System gemäß Anspruch 1, wobei die mehreren Betriebsmodi ferner einen zweiten Stopp-Demist-Betriebsmodus enthalten, wobei die thermoelektrische Vorrichtung dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu kühlen, indem thermische Energie von der Hauptoberfläche zur Abwärmeoberfläche übertragen wird, wobei ein elektrischer Strom empfangen wird, der in der zweiten Polarität geliefert wird, und der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während der Verbrennungsmotor dazu fähig ist, den Komfortluftstrom auf eine spezifische komfortable Temperatur zu heizen, wobei der Zusatzwärmetauscher vom Heizkörper bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal stromaufwärts ist, wenn das Temperaturregelsystem in Betrieb ist.
  14. Verfahren zum Regeln einer Temperatur einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs während eines Stillstands eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, wobei das Verfahren aufweist: Richten eines Luftstroms durch einen Komfortluftkanal; Richten eines Kühlmittels durch einen Motorkühlmittelkreislauf, wobei der Motorkühlmittelkreislauf eine Motorblock-Kühlmittelleitung in thermischer Kommunikation mit dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs aufweist; Richten des Luftstroms durch einen Heizkühler, der in dem Komfortluftkanal und in thermischer Kommunikation mit dem Motorblock-Kühlmittelkreislauf angeordnet ist; Richten des Luftstroms durch einen Zusatzwärmetauscher in thermischer Kommunikation mit einer thermoelektrischen Vorrichtung und wobei die thermoelektrische Vorrichtung eine Hauptoberfläche und eine Abwärmeoberfläche hat, wobei die Hauptoberfläche in thermischer Kommunikation mit dem Zusatzwärmetauscher ist, die Abwärmeoberfläche mit einem Abwärmetauscher verbunden ist, wobei der Abwärmetauscher mit einem Fluidkreislauf verbunden ist, der ein Arbeitsfluid in flüssiger Phase enthält, und wobei das Arbeitsfluid in flüssiger Phase mit der Motorblock-Kühlmittelleitung oder einer Wärmeableitung in Fluidkommunikation ist; und Liefern eines elektrischen Stroms in einer ersten Polarität in einem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus an die thermoelektrische Vorrichtung, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft heizt, indem sie thermische Energie von der Abwärmeoberfläche an die Hauptoberfläche überträgt, während der Verbrennungsmotor still steht; und wobei die thermoelektrische Vorrichtung in dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus Wärme an den Komfortluftstrom liefert, während der Verbrennungsmotor nicht fähig ist, ohne die von der thermoelektrischen Vorrichtung gelieferte Wärme den Komfortluftstrom auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Zusatzwärmetauscher bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms in dem Komfortluftkanal stromabwärts vom Heizkörper angeordnet ist, während der Luftstrom strömt.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner umfassend ein Einschränken eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in einem Stopp-Heizbetriebsmodus, wobei der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, und wobei das Temperaturregelsystem in dem Stopp-Kalt-Heizbetriebsmodus dazu konfiguriert ist, eine Stillstandszeit des Verbrennungsmotors zuzulassen, die länger als ein Stillstand des Verbrennungsmotors in dem Stopp-Heizbetriebsmodus ist, während die Fahrgastzelle des Fahrzeugs auf eine bestimmte Kabinentemperatur geheizt wird.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner umfassend ein Liefern eines elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in einer zweiten Polarität in einem Zusatzkühlbetriebsmodus, damit die thermoelektrische Vorrichtung den Komfortluftstrom durch Übertragen thermischer Energie von der Hauptoberfläche auf die Abwärmeoberfläche kühlt.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner umfassend ein Einschränken des Stroms des Kühlmittels durch die Motorblock-Kühlmittelleitung zum Verhindern einer thermischen Kommunikation zwischen der Abwärmeübertragungsoberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung und dem Verbrennungsmotor.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, ferner umfassend ein Liefern elektrischen Stroms an die thermoelektrische Vorrichtung in einer zweiten Polarität in einer Stopp-Demist-Betriebsmodus, damit die thermoelektrische Vorrichtung die Komfortluft durch Übertragen thermischer Energie von der Hauptoberfläche an die Abwärmeoberfläche kühlt, und der Verbrennungsmotor dazu konfiguriert ist, den Komfortluftstrom zu heizen, während der Verbrennungsmotor dazu fähig ist, den Komfortluftstrom auf eine spezifizierte komfortable Temperatur zu heizen, wobei der Zusatzwärmetauscher bezüglich einer Richtung des Komfortluftstroms im Komfortluftkanal stromaufwärts vom Heizkühler angeordnet ist, während der Luftstrom strömt.
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