DE602004006248T2

DE602004006248T2 - Energierückgewinnungsystem

Info

Publication number: DE602004006248T2
Application number: DE602004006248T
Authority: DE
Inventors: Hiroya c/o TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI INAOKA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-17
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: DE602004006248D1; US20050247336A1; EP1613903B1; CN1701209A; WO2004092662A1; JP4321587B2; US7629530B2; CN1311209C; JP2006523813A; EP1613903A1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die Erfindung bezieht sich auf ein Energierückgewinnungssystem.
STAND DER TECHNIK
Energierückgewinnungssysteme wurden für eine Rückgewinnung überschüssiger Energie vorgeschlagen, die während einem Betreiben verschiedener Arten von Arbeitsvorrichtungen verursacht wird, um die Energieeffizienz der Arbeitsvorrichtungen zu verbessern. Ein derartiges Energierückgewinnungssystem wandelt Wärme, die während einem Betrieb der Arbeitsvorrichtungen erzeugt wird, in elektrische Energie um. Ein typisches Energierückgewinnungssystem hat einen thermoelektrischen Wandler, der Elektrizität durch Ausnutzen eines Temperaturunterschieds zwischen einem Hochtemperaturthermalmedium (Hochtemperaturmedium) und einem Niedertemperaturthermalmedium (Niedertemperaturmedium) erzeugt. Als ein Hochtemperaturmedium wird ein Thermalmedium verwendet, das Wärme während eines Betriebs der Arbeitsvorrichtungen aufnimmt, und als ein Niedertemperaturmedium wird ein Thermalmedium verwendet, dessen Temperatur niedriger als die des Hochtemperaturmediums ist. Anders gesagt wird Wärme in elektrische Energie umgewandelt.
Derartige Energierückgewinnungssysteme umfassen Arten, die bei Fahrzeugen, wie zum Beispiel Automobilen, angewendet werden. Die Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung No. 2001-23666 offenbart ein Energierückgewinnungssystem für ein Automobil. Wenn die Kraftquelle und andere Arbeitsvorrichtungen eines Fahrzeugs arbeiten, entweicht Wärme von der Kraftquelle und anderen Arbeitsvorrichtungen als Verlustwärme. Das in der Veröffentlichung offenbarte System verwendet die Verlustwärme, um Elektrizität in einem thermoelektrischen Wandler zu erzeugen, dessen Elektrizität verwendet wird, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen. Auf diesem Weg wird die Verlustwärme von der Kraftquelle und anderen Arbeitsvorrichtungen als elektrische Energie zurückgewonnen. In dem in der Veröffentlichung offenbarten Energierückgewinnungssystem verwendet der thermoelektrische Wandler das Kühlmittel zum Kühlen der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen als ein Hochtemperaturmedium, und verwendet die Außenluft, deren Temperatur geringer als die des Kühlmittels ist, als ein Niedertemperaturmedium.
In einem Fahrzeug, das ein Energierückgewinnungssystem gemäß der vorhergehend genannten Veröffentlichung verwendet, kann jedoch ein normaler Betrieb der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen die Temperatur der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen (die Temperatur des Kühlmittels) nicht über ein bestimmtes Niveau erhöhen. Daher kann der Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft unzureichend sein, um Elektrizität mit dem thermoelektrischen Wandler zu erzeugen. Daher wird in der Japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichung 2001-23666 ein Betrieb der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen gesteuert, um die Kühlmitteltemperatur so zu erhöhen, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft ausreichend ist, um Elektrizität zu erzeugen. Die Steuerung zum Erhöhen der Temperatur der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen kann die Kraftquelle und andere Arbeitsvorrichtungen jedoch nachteilig beeinflussen.
Um derartige Nachteile zu vermeiden, offenbart die Japanische Patentveröffentlichung No. 2002-59736 eine Technik, die bei einen Fall angewendet wird, bei dem eine Verbrennungsmaschine als eine Antriebsquelle verwendet wird. Um Elektrizität mit einem thermoelektrischen Wandler zu erzeugen, verwendet die Technik den Temperaturunterschied zwischen einem Abgas der Maschine und der Kühlmitteltemperatur anstatt dem Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und der Außenluft. In diesem Fall ist das Kühlmittel das Niedertemperaturmedium und das Abgas ist das Hochtemperaturmedium. Da die Temperatur des Abgases wesentlich höher als die Kühlmitteltemperatur ist, garantiert ein normaler Betrieb der Maschine einen ausreichenden Temperaturunterschied zum Erzeugen von Elektrizität durch elektrothermische Wandlung. Obwohl die Temperatur des Kühlmittels relativ stabil ist, verändert sich jedoch die Temperatur des Abgases abhängig von dem Betriebszustand der Maschine stark, zum Beispiel in einem Bereich von 100°C bis 800°C.
Um somit verlässlich Elektrizität mit einem thermoelektrischen Wandler zu erzeugen, der einen Temperaturunterschied nutzt, ist es wichtig, dass der Temperaturunterschied ausreichend groß ist und dass die Temperaturen der verwendeten Thermalmedien stabil sind.
Daher wurde vorgeschlagen, dass das Hochtemperaturmedium ein Kühlmittel von der Kraftquelle und anderen Arbeitsvorrichtungen ist und dass das Niedertemperaturmedium ein Niedertemperaturkältemittel ist, da die Temperatur des Kühlmittels relativ stabil ist, und die Temperatur eines Kältemittels durch ein Kühlgerät mit Gewalt niedrig gehalten wird. Obwohl Kühlmittel der Kraftquelle und anderer Arbeitsvorrichtungen als das Hochtemperaturmedium verwendet wird, ist der Temperaturunterschied zwischen dem Hochtemperaturmedium und dem Niedertemperaturmedium in diesem Fall ausreichend, um Elektrizität zu erzeugen, da das Niedertemperaturkältemittel, das das Niedertemperaturmedium ist, durch das Kühlgerät kalt gehalten wird. Da die Temperatur des Niedertemperaturkältemittels durch das Kühlgerät in einem bestimmten Bereich gehalten wird, wird die Temperatur des Kältemittels ferner nicht plötzlich verändert, was verhindert, dass der thermoelektrische Wandler beschädigt wird.
Daher verhindert die Verwendung von Niedertemperaturkältemittel als Niedertemperaturmedium, dessen Temperatur durch ein Kühlgerät niedrig gehalten wird, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Hochtemperaturmedium und dem Niedertemperaturmedium ausreichend ist, um Elektrizität zu erzeugen, und verhindert, dass der thermoelektrische Wandler beschädigt wird. Demnach ist der thermoelektrische Wandler dazu in der Lage, verlässlich Elektrizität zu erzeugen.
Falls jedoch eine große Menge an Energie verbraucht wird, um das Kühlgerät zu betreiben, so dass das Niedertemperaturkältemittel kalt gehalten wird, wird eine mögliche Verbesserung der Energieeffizienz verhindert, die durch ein Energierückgewinnungssystem bewirkt werden würde. Derartige Probleme treten nicht nur in einem Fall auf, bei dem das Energierückgewinnungssystem in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Automobil, verwendet wird, sondern auch in einem Fall, bei dem das Energierückgewinnungssystem auf verschiedene Geräte außer Fahrzeuge angewendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Energierückgewinnungssystem bereitzustellen, das eine Energieeffizienz verbessert, während mit einem thermoelektrischen Wandler verlässlich Elektrizität erzeugt wird.
Um die vorhergehend genannten Aufgaben zu lösen, stellt die Erfindung ein Energierückgewinnungssystem zum Wandeln von während dem Betrieb einer Arbeitsvorrichtung erzeugter Wärme in elektrische Energie unter Verwendung erster und zweiter Thermalmedien und Zurückgewinnung der elektrischen Energie bereit. Das System weist eine Kühlvorrichtung, die eines der Thermalmedien kühlt, wodurch ein Niedertemperaturthermalmedium durch Halten der Temperatur des einen der Thermalmedien auf einem vorbestimmten Wert, und einen thermoelektrischen Wandler auf, der Elektrizität unter Verwendung eines Temperaturunterschieds zwischen einem Niedertemperaturthermalmedium und dem anderen der Thermalmedien erzeugt. Das andere der Thermalmedien wird durch Wärme, die während eines Betriebs der Arbeitsvorrichtung erzeugt wird, auf einer Temperatur gehalten, die höher als die des Niedertemperaturthermalmediums ist, um ein Hochtemperaturthermalmedium mit dem anderen der Thermalmedien zu erzeugen. Die Kühlvorrichtung ist eine Wärmepumpe, die das Niedertemperaturthermalmedium unter Verwendung von Wärme des Hochtemperaturthermalmediums erzeugt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schaubildliche Ansicht, die ein Energierückgewinnungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
2 ist eine schaubildliche Ansicht, die eine Desorption durch die in 1 gezeigte Wärmepumpe darstellt; und
3 ist eine schaubildliche Ansicht, die eine Adsorption durch die in 1 gezeigte Wärmepumpe darstellt.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Ein Energierückgewinnungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend unter Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Das Energierückgewinnungssystem wird in einem Hybridautomobil verwendet.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Hybridautomobil eine Maschine 1 und einen Motor 2 als Antriebsquellen auf. Das Automobil weist außerdem einen Generator 3 und einen thermoelektrischen Wandler 4 zum Laden einer Batterie 7 auf. Der Generator 3 wird durch die Maschine 1 angetrieben, um Elektrizität zu erzeugen. Ein Laden der Batterie 7 mit durch den thermoelektrischen Wandler 4 erzeugter Elektrizität ermöglicht es, Verlustwärme von dem Automobil als elektrische Energie zurück zu gewinnen. Die Leistung des Generators 3 und des thermoelektrischen Wandlers und der Betrieb des Motors 2 werden durch eine Kraftsteuerungseinheit 6 gesteuert, die durch eine elektrische Steuerungseinheit 5 gesteuert wird.
Ferner weist das Hybridautomobil einen Maschinenkühlmittelkreislauf 11 auf, in dem Maschinenkühlmittel (Hochtemperaturkältemittel) zirkuliert, um die Maschine 1, den Motor 2 und die Kraftsteuerungseinheit 6 zu kühlen. Das Maschinenkühlmittel in dem Maschinenkühlmittelkreislauf 11 wird durch eine Kühlmittelpumpe 12 in dem Kreislauf 11 zirkuliert. Das Maschinenkühlmittel tritt durch einen Radiator 13, nachdem es durch den thermoelektrischen Wandler 4 getreten ist. Wenn das Maschinenkühlmittel in dem Maschinenkühlmittelkreislauf 11 zirkuliert, findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Maschinenkühlmittel und Arbeitsvorrichtungen statt, die die Maschine 1, den Motor 2 und die Kraftsteuerungseinheit 6 einbeziehen. Die Temperatur des Maschinenkühlmittels wird durch Wärme, die während eines Betriebs der Arbeitsvorrichtungen erzeugt wird, in einem Bereich von 80°C und 90°C gehalten.
Der thermoelektrische Wandler 4 erzeugt Elektrizität, indem ein Unterschied zwischen der Temperatur des Hochtemperaturthermalmediums (Hochtemperaturmedium) und der Temperatur des Niedertemperaturthermalmediums (Niedertemperaturmedium) genutzt wird. Das Maschinenkühlmittel, das durch den thermoelektrischen Wandler 4 tritt, wird als Hochtemperaturmedium verwendet. Als Niedertemperaturmedium wird Pumpenkältemittel (Niedertemperaturkältemittel) verwendet, das in einem Pumpenkältemittelkreislauf 15 zirkuliert. Das Pumpenkältemittel in dem Pumpenkältemittelkreislauf 15 wird durch eine Kältemittelpumpe 16 in dem Kreislauf 15 zirkuliert und tritt durch den thermoelektrischen Wandler 4. Das Pumpenkältemittel wird durch eine Wärmepumpe 14 gekühlt und auf einer niedrigen Temperatur in einem Bereich von zum Beispiel 10°C bis 20°C gehalten.
Das Maschinenkühlmittel, das das Hochtemperaturmedium ist, das bei einer Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet wird, wird auf einer hohen Temperatur gehalten, und das Pumpenkältemittel, das das Niedertemperaturmedium ist, das bei der Elektrizitätserzeugung verwendet wird, wird durch die Wärmepumpe 14 auf einer niedrigen Temperatur gehalten. Die Temperaturen des Hochtemperaturmediums und des Niedertemperaturmediums schwanken beide in einem engen Bereich und sind stabil. Somit wird der thermoelektrische Wandler 4 durch eine große Temperaturänderung in dem Hochtemperaturmedium oder den Niedertemperaturmedium kaum beschädigt. Das Pumpenkältemittel wird durch die Wärmepumpe 14 so gekühlt, dass die Temperatur des Pumpenkältemittels niedrig gehalten wird. Demnach ist der Temperaturunterschied zwischen dem Maschinenkühlmittel und dem Pumpenkältemittel ausreichend, um Elektrizität über den thermoelektrischen Wandler 4 zu erzeugen.
Das Pumpenkältemittel in dem Pumpenkältemittelkreislauf 15 wird nicht nur zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet, sondern auch dazu verwendet, eine Luftkühlung durch eine in dem Hybridautomobil angebrachte Klimaanlage zu unterstützen. Genauer gesagt hat der Pumpenkältemittelkreislauf 15 einen Wärmetauscher 17, der einen Wärmeaustausch zwischen dem durch den Wärmetauscher 17 tretenden Niederdruckkältemittel und Luft durchführt, die in den Fahrgastraum gesaugt wird. Der Pumpenkältemittelkreislauf 15 weist außerdem Ventile 18, 19 zum Auswählen eines Verlaufs des Pumpenkältemittels auf, das durch die Kältemittelpumpe 16 zirkuliert wird, zwischen einem Verlauf, der den thermoelektrischen Wandler 4 aufweist, und einem Verlauf, der den Wärmetauscher 17 aufweist. Anders gesagt werden die Ventile 18, 19 so geschaltet, dass das Pumpenkältemittel wahlweise zu einem von dem thermoelektrischen Wandler 4 und dem Wärmetauscher 17 geführt wird. Wenn zum Beispiel die Kühlbeanspruchung während einem Betrieb der Klimaanlage groß ist, sind die Ventile 18, 19 so geschaltet, dass das Pumpenkältemittel zu dem Wärmetauscher 17 geführt wird. Unter anderen Bedingungen sind die Ventile 18, 19 so geschaltet, dass das Pumpenkältemittel zu dem thermoelektrischen Wandler 4 geführt wird. Die Ventile 18, 19 dienen als eine Schaltvorrichtung, um den Verlauf zu schalten, durch den das Pumpenkältemittel fließt.
Ein Kältekreislauf für die Klimaanlage, oder ein Klimaanlagenkältemittelkreislauf 20, weist einen Verdichter 21 auf. Wenn der Verdichter 21 betrieben wird, zirkuliert ein Klimaanlagenkältemittel in dem Kreislauf 20 und tritt durch einen Kondensator 23 und einen Verdampfer 22, die in dem Kreislauf 20 vorgesehen sind. Hochtemperatur- und Hochdruckklimaanlagenkältemittel, das von dem Verdichter 21 ausgestoßen wurde, wird durch den Kondensator 23 verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel wird anschließend über ein Expansionsventil (nicht gezeigt) zu dem Verdampfer 22 geschickt. Der Verdampfer 22 führt einen Wärmeaustausch zwischen Kältemittel, das durch den Verdampfer 22 tritt, und Luft durch, die zu dem Fahrgastraum zugeführt wird. Als ein Ergebnis verdampft das Kältemittel, und die latente Wärme, die für das Verdampfen benötigt wird, kühlt die Luft, die wiederum zu dem Fahrgastraum zugeführt wird. Der Wärmetauscher 17 befindet sich in der Nähe des Verdampfers 22. Luft, die durch den Verdampfer 22 gekühlt wurde, wird ferner durch das Pumpenkältemittel gekühlt, das durch den Wärmetauscher 17 tritt.
Die Wärmepumpe, die das Pumpenkältemittel kühlt, ist nachfolgend beschrieben.
Als die Wärmepumpe 14 wird eine Adsorptionswärmepumpe verwendet, in der eine Adsorption und eine Desorption eines Arbeitsmediums, wie zum Beispiel Ammoniak, zu und von einem Adsorptionsmittel, wie zum Beispiel Aktivkohle, wiederholt durchgeführt werden. In der Wärmepumpe 14 wird das Arbeitsmedium, das von dem Adsorptionsmittel desorbiert und verdampft wurde, vorübergehend verflüssigt, und anschließend verdampft. Zu dieser Zeit wird eine latente Wärme der Verdampfung verwendet, um die Temperatur des Pumpenkältemittels zu verringern, wodurch das Pumpenkältemittel gekühlt wird.
Während einer Desorption in der Wärmepumpe 14, in der das Arbeitsmedium von dem Adsorptionsmittel desorbiert wird, wird die Wärme des in dem Maschinenkühlmittelkreislauf 11 zirkulierenden Kühlmittels verwendet, um das Adsorptionsmittel für die Durchführung der Desorption zu erwärmen. In einem Teilbereich stromabwärts des Radiators in dem Maschinenkühlmittelkreislauf 11 ist ein Umgehungsdurchgang 24 vorgesehen, um ein Maschinenkühlmittel in die Wärmepumpe 14 zu saugen. Ein Ventil 25 befindet sich in einem Teilbereich stromabwärts des Radiators 13. Das Ventil 25 wird geöffnet und geschlossen, um den Fluss des Maschinenkühlmittels in dem Umgehungsdurchgang 24 zuzulassen und zu verhindern. Nach dem Hindurchtreten durch den Umgehungsdurchgang 24 tritt das Maschinenkühlmittel durch einen Anschluss 24a in die Wärmepumpe 14 ein und verlässt die Wärmepumpe 14 durch einen Anschluss 24b. In der Wärmepumpe 14 wird das Adsorptionsmittel durch die Wärme von dem Maschinenkühlmittel erwärmt, was das Arbeitsmedium von dem Adsorptionsmittel desorbiert.
Nach dem desorbiert Werden befindet sich das Arbeitsmedium in einem verdampften Zustand. Ein Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 ist als ein Kühlsystem vorgesehen, um das verdampfte Arbeitsmedium zu verflüssigen. Ein Wärmetauscher 27 ist in dem Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 vorgesehen. Der Wärmetauscher 27 ist über Durchgänge 28, 29 mit dem Klimaanlagenkältemittelkreislauf 20 verbunden. Niedertemperaturklimaanlagenkältemittel wird in den Wärmetauscher 27 des Klimaanlagenkältemittelkreislaufs 20 gesaugt, indem ein in dem Durchgang 28 vorgesehenes Ventil 30 geöffnet und geschlossen wird. Indem ein in dem Durchgang 29 vorgesehenes Ventil 31 geöffnet wird, wird außerdem Hochtemperaturklimaanlagenkältemittel von einem Teilbereich des Klimaanlagenkältemittelkreislaufs 20, der sich stromabwärts des Kondensators 23 befindet, in den Wärmetauscher 27 gesaugt. Indem die Ventile 30, 31 geöffnet und geschlossen werden, werden die Menge an in den Wärmetauscher 27 gesaugten Hochdruckklimaanlagenkältemittel und die Menge an in den Wärmetauscher 27 gesaugten Niedertemperaturklimaanlagenkältemittel eingestellt. Dementsprechend wird die Temperatur des Klimaanlagenkältemittels in dem Wärmetauscher 27 eingestellt. Wenn Wärmepumpenkühlmittel in dem Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 durch den Wärmetauscher 27 tritt, findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmepumpenkühlmittel und dem Klimaanlagenkältemittel statt, der das Wärmepumpenkühlmittel so kühlt, dass seine Temperatur in einem Bereich bleibt, zum Beispiel zwischen 30°C und 50°C. Das bedeutet, dass die Menge an in den Wärmetauscher 27 gesaugten Hochtemperaturklimaanlagenkältemittel und die Menge an in den Wärmetauscher 27 gesaugten Niederdruckklimaanlagenkältemittel eingestellt werden.
Das in dem Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 zirkulierende Wärmepumpenkühlmittel tritt durch einen Anschluss 26a in die Wärmepumpe 14 ein, und verlässt die Wärmepumpe 14 durch einen Anschluss 26b. In der Wärmepumpe 14 wird das Arbeitsmedium, das desorbiert wurde und sich in einem verdampften Zustand befindet, durch das Wärmepumpenkühlmittel gekühlt. Das verflüssigt das Arbeitsmedium. Andererseits tritt das in dem Pumpenkältemittelkreislauf 15 zirkulierende Pumpenkältemittel durch einen Anschluss 15a in die Wärmepumpe 14 ein, und verlässt die Wärmepumpe 14 durch einen Anschluss 15b. In der Wärmepumpe 14 wird das Pumpenkältemittel in dem Pumpenkältemittelkreislauf 15 durch eine latente Verdampfungswärme gekühlt, die erzeugt wird, wenn das Arbeitsmedium verdampft wird, nachdem es wie oben beschrieben verflüssigt wurde. Das hält das Pumpenkältemittel in einem Niedertemperaturbereich, zum Beispiel zwischen 10°C und 20°C. Das Pumpenkältemittel, das gekühlt und auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, wird bei der Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 und beim Kühlen des Klimaanlagenkältemittels verwendet.
Das Arbeitsmedium, das verdampft, wenn das Pumpenkältemittel gekühlt wird, wird durch das Adsorptionsmittel adsorbiert. Wenn das Arbeitsmedium durch das Adsorptionsmittel adsorbiert wird, erzeugt das Adsorptionsmittel Wärme. Zu dieser Zeit wird die erzeugte Wärme auf das Wärmepumpenkühlmittel übertragen, das in dem Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 zirkuliert und in die Wärmepumpe 14 gesaugt wird. Daher wird die erzeugte Wärme durch das Wärmepumpenkühlmittel weggenommen, auch wenn das Adsorptionsmittel Wärme während einer Adsorption des Arbeitsmediums erzeugt. Das verhindert, dass die Temperatur des Adsorptionsmittels schlagartig steigt.
Der Innenaufbau der Wärmepumpe 14, und eine Desorption und eine Adsorption der Wärmepumpe 14 sind nachfolgend mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Wärmepumpe 14 einen Adsorber/Desorber 41, der ein Adsorptionsmittel enthält, einen Kondensator 42 zum Verflüssigen eines Arbeitsmediums aus einem verdampften Zustand nach dem desorbiert Werden durch das Adsorptionsmittel, und einen Verdampfer 43 zum Verdampfen des Arbeitsmediums auf, das durch den Kondensator 42 verflüssigt wurde. Der Maschinenkühlmittelkreislauf 11 (insbesondere der Umgehungsdurchgang 24) tritt durch den Adsorber/Desorber 41, und der Wärmepumpenkühlmittelkreislauf 26 tritt durch den Adsorber/Desorber 41 und dem Kondensator 42. Der Pumpenkältemittelkreislauf 15 tritt durch den Verdampfer 43.
Bei der Desorption fließt das Maschinenkühlmittel, das in die Wärmepumpe 14 durch den Anschluss 24a eingetreten ist, durch einen Teilbereich des Maschinenkühlmittelkreislaufs 11, der dem Adsorber/Desorber 41 entspricht. Zu dieser Zeit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Maschinenkühlmittel und dem Adsorptionsmittel statt. Auf diese Weise wird die Desorption des Arbeitsmediums von dem Adsorptionsmittel unter Verwendung der Wärme des Maschinenkühlmittels durchgeführt, dessen Temperatur durch Verlustwärme des Hybridautomobils hoch gehalten wird, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 80°C und 90°C.
Nachdem es von dem Adsorptionsmittel desorbiert wurde, fließt das Arbeitsmedium in den Kondensator 42 in einem verdampften Zustand. In dem Kondensator 42 fließt das Wärmepumpenkühlmittel, das durch den Anschluss 26a in die Wärmepumpe eingetreten ist, durch einen Teilbereich des Wärmepumpenkühlmittelkreislaufs 26, der dem Kondensator 42 entspricht. Zu dieser Zeit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmepumpenkühlmittel und dem Arbeitsmedium statt. Dementsprechend wird das Arbeitsmittel gekühlt und somit verflüssigt. Die Verflüssigung des Arbeitsmediums in einem verdampften Zustand wird unter Verwendung des Wärmepumpenkühlmittels durchgeführt, dessen Temperatur durch das Klimaanlagenkältemittel in einem Bereich, zum Beispiel zwischen 30°C und 50°C, gehalten wird.
Das durch den Kondensator 42 verflüssigte Arbeitsmedium fließt in den Verdampfer 43. In dem Verdampfer 43 fließt das Pumpenkältemittel, das durch den Anschluss 15a in die Wärmepumpe 14 eingetreten ist, durch einen Teilbereich des Pumpenkältemittelkreislaufs 15, der dem Verdampfer 43 entspricht. Ebenfalls in dem Verdampfer 43 wird das verflüssigte Arbeitsmedium verdampft, und die latente Verdampfungswärme verringert die Temperatur des Pumpenkältemittels. Wenn das Pumpenkältemittel auf diese Weise gekühlt wird, wird die Temperatur des Pumpenkältemittels niedrig gehalten, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 10°C und 20°C. Das Pumpenkältemittel, dessen Temperatur niedrig gehalten wird, fließt durch den Pumpenkältemittelkreislauf 15 zu dem thermoelektrischen Wandler 4 oder den Wärmetauscher 17, die in 1 gezeigt sind, und wird zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 oder zum Unterstützen der Luftkühlung der Klimaanlage verwendet.
Bei der Adsorption fließt das über den Verdampfer 43 verdampfte Arbeitsmedium in den Adsorber/Desorber 41 und wird von dem Adsorptionsmittel adsorbiert. Zu dieser Zeit erzeugt das Adsorptionsmittel Wärme. Da jedoch das Wärmepumpenkühlmittel, das über den Anschluss 26a in die Wärmepumpe 14 eingetreten ist, durch einen Teilbereich des Wärmepumpenkühlmittelkreislaufs 26 fließt, der dem Adsorber/Desorber 41 entspricht, um die Hitze des Adsorptionsmittels wegzunehmen, wird verhindert, dass die Temperatur des Adsorptionsmittels übermäßig erhöht wird.
Das vorhergehend beschriebene Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.

(1) Um mit dem thermoelektrischen Wandler 4 verlässlich Elektrizität zu erzeugen, indem Verlustwärme des Hybridautomobils genutzt wird, ist es wichtig, die Temperatur des Pumpenkältemittels in einem vorbestimmten Niedertemperaturbereich zu halten, so dass der Temperaturunterschied zwischen dem Hochtemperaturmaschinenkühlmittel und dem Niedertemperaturpumpenkältemittel geeignet ist, um Elektrizität zu erzeugen. Die Wärmepumpe, die als eine Kühlvorrichtung wirkt, hält die Temperatur des Pumpenkältemittels auf einer niedrigen Temperatur, indem nur Wärme von dem Maschinenkühlmittel verwendet wird, dessen Temperatur durch Verlustwärme von dem Automobil hoch gehalten wird. Daher wird die Energie effizient zum Kühlen des Pumpenkältemittels genutzt. Somit ermöglicht das vorhergehend genannte Ausführungsbeispiel, dass der thermoelektrische Wandler 4 verlässlich Elektrizität erzeugt, während das Pumpenkältemittel auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird. Zur selben Zeit verbessert das Ausführungsbeispiel die Energieeffizienz des Hybridautomobils.
(2) Da die Elektrizitätserzeugung durch den thermoelektrischen Wandler 4 verlässlich durchgeführt wird, kann die Größe des Generators 3 zum Laden der Batterie 7 des Hybridautomobils reduziert werden.
(3) Die Wärmepumpe 14 ist eine Adsorptionswärmepumpe, die eine geringe Menge an Energie benötigt, um zu arbeiten. Daher ist die Energiemenge zum Kühlen des Pumpenkältemittels im Vergleich zu einem Fall, bei dem eine Wärmepumpe einer anderen Art zum Kühlen des Pumpenkältemittels verwendet wird, gering.
(4) Wenn das Arbeitsmedium nach dem desorbiert und verflüssigt Werden verdampft wird, bewirkt die latente Verdampfungswärme, dass die Temperatur des Arbeitsmediums fällt. Das bewirkt, dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium und dem Pumpenkältemittel stattfindet. Die Wärmepumpe 14 kühlt das Pumpenkältemittel unter Verwendung dieses Wärmeaustauschs. Unmittelbar nach einer Desorption fließt das Arbeitsmedium in einem verdampften Zustand zu dem Kondensator 42. Anschließend findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsmedium in einem verdampften Zustand und dem in einem Temperaturbereich, zum Beispiel zwischen 30°C und 50°C, gehaltenen Wärmepumpenkühlmittel statt. Das kühlt und verflüssigt das Arbeitsmedium effektiv. Dann kühlt die latente Verdampfungswärme des verflüssigten Arbeitsmediums das Pumpenkältemittel. Daher kühlt die Wärmepumpe 14 effektiv das Pumpenkältemittel.
(5) Das durch die Wärmepumpe 14 gekühlte Pumpenkältemittel wird nicht nur zum Erzeugen von Elektrizität über den thermoelektrischen Wandler 4 sondern auch zum Unterstützen einer Luftkühlung der Klimaanlage des Hybridautomobils verwendet. Daher verbessert das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht nur die Energieeffizienz durch Wiedergewinnen von Verlustwärme des Automobils als elektrische Energie sondern unterstützt auch die Luftkühlung der Fahrgastzelle unter Verwendung von Verlustwärme. Somit wird die Energieeffizienz weiter verbessert. Außerdem können die Größen des Verdichters 21 und des Kondensators 23 reduziert werden, während die Kühlleistung der Klimaanlage verbessert wird, da die Luftkühlung der Fahrgastzelle unterstützt wird.
(6) Das durch die Wärmepumpe 14 gekühlte Pumpenkältemittel wird zu dem Wärmetauscher 17 geführt, wenn eine Luftkühlung durch Betätigung der Klimaanlage Unterstützung braucht. In anderen Fällen wird das Pumpenkältemittel zu dem thermoelektrischen Wandler 4 geführt und wird bei der Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet. Auf diese Weise wird das Pumpenkältemittel immer zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet, wenn das Pumpenkältemittel nicht zur Unterstützung einer Luftkühlung verwendet wird. Daher wird eine Kühlung des Pumpenkältemittels durch die Wärmepumpe 14 nicht grundlos durchgeführt. Anders gesagt wird eine Energieeffizienz weiter verbessert.
(7) In dem Hybridautomobil sind die Kraftquellen wie zum Beispiel die Maschine 1 und der Motor 2 Hochtemperaturabschnitte, und die Wärme dieser Abschnitte hält das Maschinenkühlmittel auf einer hohen Temperatur. Daher wird der Temperaturunterschied zwischen dem Maschinenkühlmittel und dem Pumpenkältemittel leicht vergrößert, und die Ausgabe des thermoelektrischen Wandlers 4 basierend auf dem Temperaturunterschied ist groß. Somit wird eine Energierückgewinnung basierend auf einem Laden der Batterie 7 durch die Elektrizitätserzeugung effizient durchgeführt.

Die vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können wie folgt abgewandelt sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Maschinenkühlmittel in dem Maschinenkühlmittelkreislauf 11, der die Maschine 1, den Motor 2 und die Kraftsteuerungseinheit 6 kühlt, bei der Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet. Die Erfindung kann jedoch von dieser Gestaltung unterschiedlich sein. In einem Fall zum Beispiel, bei dem die Maschine 1, der Motor 2 und die Kraftsteuerungseinheit 6 nicht durch ein einzelnes System (den Maschinenkühlmittelkreislauf 11) sondern durch zwei oder mehr Systeme gekühlt werden, kann das Kühlmittel jeder der Systeme bei der Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Pumpenkältemittel wahlweise zu dem thermoelektrischen Wandler 4 und dem Wärmetauscher 17 geführt. Das Pumpenkältemittel könnte jedoch sowohl zu dem thermoelektrischen Wandler 4 als auch zum dem Wärmetauscher 17 geführt werden. Ferner könnte eine Gestaltung angenommen werden, bei der das Pumpenkältemittel nur sowohl zu dem thermoelektrischen Wandler 4 als auch zu dem Wärmetauscher 17 geführt wird, wenn die Luftkühlung Unterstützung fordert, und das Pumpenkältemittel könnte nur zu dem thermoelektrischen Wandler 4 geführt werden, wenn es keine derartige Aufforderung gibt.
Das Pumpenkältemittel könnte nur zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler 4 verwendet werden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Energierückgewinnungssystem gemäß der Erfindung auf ein Hybridautomobil angewandt. Das Energierückgewinnungssystem könnte jedoch auf ein Automobil angewandt sein, das nur eine von der Maschine 1 und dem Motor 2 als die Kraftquelle hat. Alternativ könnte das Energierückgewinnungssystem auf ein Fahrzeug anders als ein Automobil oder auf jede Art von Gerät anders als ein Fahrzeug angewandt sein. Wenn sie auf ein Gerät anders als ein Fahrzeug angewandt wird, ist die Wärmepumpe 14 nicht notwendigerweise eine Adsorptionswärmepumpe, sondern könnte von einer anderen Wärmepumpenart sein, wie zum Beispiel einer mechanischen Wärmepumpe oder einer chemischen Wärmepumpe nach Adsorptionsart.

Claims

Energierückgewinnungssystem zum Umwandeln einer während einer Betätigung einer Arbeitsvorrichtung erzeugten Wärme in elektrische Energie unter Verwendung von ersten und zweiten Thermalmedien und Rückgewinnen der elektrischen Energie, wobei das System gekennzeichnet ist durch: eine Kühlvorrichtung, die eines der Thermalmedien kühlt, wobei ein Niedertemperaturthermalmedium durch Halten der Temperatur des einen der Thermalmedien auf einem bestimmten Wert erzeugt wird; und ein thermoelektrischer Wandler, der Elektrizität unter Verwendung eines Temperaturunterschieds zwischen einem Niedertemperaturthermalmedium und dem anderen der Thermalmedien erzeugt, wobei das andere der Thermalmedien durch eine während einer Betätigung der Arbeitsvorrichtung erzeugte Wärme auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als das Niedertemperaturthermalmedium ist, um mit dem anderen der Thermalmedien ein Hochtemperaturthermalmedium zu erzeugen, wobei die Kühlvorrichtung eine Wärmepumpe ist, die das Niedertemperaturthermalmedium unter Verwendung von Wärme des Hochtemperaturthermalmediums erzeugt.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 1, wobei die Wärmepumpe eine Adsorptionswärmepumpe ist, die ein Arbeitsmedium und ein Adsorptionsmittel aufweist, das in der Lage ist, das Arbeitsmedium zu adsorbieren und desorbieren, wobei die Adsorptionswärmepumpe eine Funktion zum Desorbieren des Arbeitsmediums von dem Adsorptionsmittel unter Verwendung von Wärme von dem Hochtemperaturthermalmedium, eine Funktion zum Verflüssigen des Arbeitsmediums, das während der Desorption verdampft ist, und eine Funktion zum Verdampfen des verflüssigten Arbeitsmediums unter Verwendung von Wärme von dem einem der Thermalmedien aufweist, das verwendet wird, um das Niedertemperaturthermalmedium zu erzeugen.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 2, das ferner ein Kühlsystem zum Kühlen und Verflüssigen des Arbeitsmediums aufweist, das während der Desorption von dem Adsorptionsmittel verdampft ist.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 3, wobei die Wärmepumpe ferner eine Funktion hat, um zu bewirken, dass das Adsorptionsmittel das Arbeitsmedium adsorbiert, das durch Wärme von dem einem der Thermalmedien verdampft wurde, und wobei das Kühlsystem die Erzeugung von Wärme über das Adsorptionsmittel begrenzt, die durch die Adsorption des Arbeitsmediums hervorgerufen wurde.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Energierückgewinnungssystem zur Verwendung mit einem Kältemittel und einer Klimaanlage kommt, der einen Kältemittelkreislauf zum Zirkulieren des Kältemittels aufweist, und das Kühlsystem Kühlmittel, das durch das in dem Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittel gekühlt wurde, zu der Wärmepumpe zuführt.
Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Energierückgewinnungssystem zur Verwendung mit einer Klimaanlage kommt, und das Niedertemperaturthermalmedium nicht nur zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler sondern auch zur Unterstützung einer Luftkühlung durch die Klimaanlage verwendet wird.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 6, das ferner eine Schaltvorrichtung aufweist, die einen Bewegungsverlauf des Niedertemperaturthermalmediums schaltet, so dass das Niedertemperaturthermalmedium wahlweise zur Elektrizitätserzeugung über den thermoelektrischen Wandler oder zur Unterstützung der Luftkühlung durch Betätigung der Schaltvorrichtung verwendet wird.
Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Arbeitsvorrichtung zum Montieren an einem Fahrzeug dient und der Klimaanlage an dem Fahrzeug montiert ist.
Energierückgewinnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Arbeitsvorrichtung zum Montieren an einem Fahrzeug mit einer Batterie dient, und über den thermoelektrischen Wandler erzeugte Elektrizität zum Laden der Batterie verwendet wird.
Energierückgewinnungssystem nach Anspruch 9, wobei die Arbeitsvorrichtung eine Kraftquelle für das Fahrzeug ist, und wobei das Hochtemperaturthermalmedium ein Kühlmittel ist, das zum Kühlen der Kraftquelle verwendet wurde.