RU2542619C1

RU2542619C1 - Устройство термоэлектрического теплового насоса

Info

Publication number: RU2542619C1
Application number: RU2013141514/06A
Authority: RU
Inventors: Бастиан ФРЕЕЗЕ; Майк-Уве ЦИЛЛИХ; Рейк БИНЕРТ; Роберт ФЛАЙШХАКЕР
Original assignee: Др. Инж. х.к. Ф. Порше Акциенгезелльшафт
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-02-20
Also published as: US9285143B2; RU2013141514A; JP2014059134A; KR20140036985A; US20140075962A1; JP5788941B2; CN103673390A; DE102012108793A1

Abstract

Настоящее изобретение относится к конструкции термоэлектрического теплового насоса, в частности, для автомобильного транспортного средства. По меньшей мере в одном первом жидкостном контуре, одном втором жидкостном контуре и одном третьем жидкостном контуре, где первый теплообменник предоставлен для теплообмена между жидкостью первого жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура, где второй теплообменник предоставлен для теплообмена между жидкостью второго жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура, где в каждом случае один термоэлектрический элемент расположен между зонами теплообмена первого теплообменника и между зонами теплообмена второго теплообменника. Изобретение направлено на создание более простого термоэлектрического теплового насоса. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к конструкции термоэлектрического теплового насоса по меньшей мере в одном первом жидкостном контуре и одном втором жидкостном контуре, в частности, для автомобильного транспортного средства.

Уровень техники

В автомобильных транспортных средствах, в частности в таких, как транспортные средства с электрическим приводом, обогрев пассажирского салона является фактором, влияющим на комфортность езды водителя или пассажиров.

В случае транспортных средств с электрическим приводом, приводной механизм в виде электрического двигателя не создает такое количество отходящего тепла, как двигатель внутреннего сгорания в транспортных средствах, приводимых исключительно двигателем внутреннего сгорания. Также и в гибридных транспортных средствах двигатель внутреннего сгорания с уменьшенными габаритами может вырабатывать меньше отходящего тепла, так что в подобных вариантах применения вопрос достаточного обогрева пассажирского салона также остается нерешенной проблемой.

Если в транспортном средстве имеется жидкостный контур, то указанный жидкостный контур с помощью теплообменника и посредством одного элемента термоэлектрического теплового насоса может быть соединен с пассажирским салоном и посредством другого элемента термоэлектрического теплового насоса может быть соединен с теплообменником относительно окружающего воздуха. Посредством управления элементами теплового насоса в таком случае возможно реализовать целевой отвод тепла из жидкостного контура в окружающий воздух или в пассажирский салон. В этой связи известна патентная публикация EP 2357102 A1.

Тем не менее, подобная конфигурация реализует лишь рассеяние доступного тепла в жидкостном контуре.

Если в транспортном средстве применяют различные жидкостные контуры для охлаждения или управления температурой различных узлов, то указанные жидкостные контуры, например, могут быть использованы для обогрева или управления температурой пассажирского салона. Тем не менее, управление согласно EP 2357102 A1 плохо подходит для этого.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции термоэлектрического теплового насоса по меньшей мере в одном первом жидкостном контуре и одном втором жидкостном контуре, в частности, для автомобильного транспортного средства, при этом данное устройство является простым по сравнению с известными из уровня техники и тем не менее реализует достаточное управление температурой пассажирского салона. Другая задача заключается в создании соответствующего способа управления устройством указанного типа.

Задача решена посредством признаков по п.1 формулы изобретения, согласно которому предлагается устройство термоэлектрического теплового насоса, причем термоэлектрический тепловой насос находится по меньшей мере в одном первом жидкостном контуре, одном втором жидкостном контуре и одном третьем жидкостном контуре, в частности, для автомобильного транспортного средства, где первый теплообменник предоставлен для теплообмена между жидкостью первого жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура, где второй теплообменник предоставлен для теплообмена между жидкостью второго жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура, где в каждом случае один термоэлектрический элемент расположен между зонами теплообмена первого теплообменника и между зонами теплообмена второго теплообменника. Таким образом, теплообменом, происходящим от первой и/или второй жидкости к третьей жидкости, можно управлять, так что температурой указанной третьей жидкости можно управлять или нагревать данную жидкость и использовать, например, для обогрева пассажирского отделения.

Преимущественно иметь по меньшей мере один четвертый жидкостный контур и иметь по меньшей мере еще один третий теплообменник для теплообмена между жидкостью по меньшей мере одного четвертого жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура. Таким образом можно оптимизировать включение по меньшей мере еще одной жидкости еще одного контура в теплообмен с третьей жидкостью.

Также целесообразно, чтобы термоэлектрический элемент был расположен между зонами теплообмена по меньшей мере еще одного третьего теплообменника. В результате предоставления термоэлектрического элемента, можно управлять теплообменом от четвертой жидкости к третьей жидкости.

Также преимущественно, если первый теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости третьего контура через первый теплообменник, и/или второй теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости третьего контура через второй теплообменник, и/или по меньшей мере один третий теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости третьего контура через по меньшей мере один третий теплообменник. Посредством соответствующего клапана можно управлять потоком через теплообменник и, таким образом, также управлять количеством переданного тепла.

Также целесообразно, чтобы первый теплообменник был оснащен клапаном для управления потоком жидкости первого контура через первый теплообменник, и/или второй теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости второго контура через второй теплообменник, и/или по меньшей мере один третий теплообменник был оснащен клапаном для управления потоком жидкости четвертого контура через по меньшей мере один третий теплообменник. Посредством соответствующего клапана можно управлять потоком через теплообменник и, таким образом, также управлять количеством переданного тепла.

В данном случае преимущественно, чтобы по меньшей мере один из клапанов был расположен выше по направлению потока жидкости и/или ниже по направлению потока жидкости относительно теплообменника.

Также преимущественно, если клапан является дроссельным клапаном. Таким образом можно управлять расходом потока через соответствующий теплообменник.

Особенно целесообразно, чтобы термоэлектрический элемент представлял собой элемент Пельтье. Таким образом, теплообменом можно управлять посредством направленного приведения в действие.

Преимущественным образом предложено, чтобы термоэлектрический элемент можно было приводить в действие посредством электричества и/или электроники. Таким образом, с помощью приведения в действие посредством электричества и/или электроники можно управлять теплообменом к третьей жидкости для того, чтобы оптимизировать обогрев, например, пассажирского салона.

Также целесообразно, чтобы первый теплообменник и второй теплообменник и/или по меньшей мере один третий теплообменник были расположены в корпусе.

Предпочтительно, если первый, второй и/или третий теплообменник расположены параллельно и/или последовательно по отношению друг к другу относительно потока жидкости третьего контура. Таким образом, все теплообменники могут быть расположены параллельно или последовательно. Тем не менее, также возможно, чтобы часть теплообменников была расположена или соединена последовательно и другая часть теплообменников была расположена или соединена параллельно.

Что касается заявляемого способа, задача изобретения решена посредством признаков пункта 13 формулы изобретения, согласно которому предложен способ управления устройством, в котором управляют по меньшей мере одним термоэлектрическим элементом и/или по меньшей мере одним клапаном таким образом, чтобы теплообмен от по меньшей мере одной жидкости к третьей жидкости удовлетворял заданному критерию требуемой теплопроизводительности и/или критерию доступного количества тепла в каждом подсоединенном жидкостном контуре.

В данном случае целесообразно осуществлять контроль таким образом, чтобы достичь заданной температуры третьей жидкости для обогрева пассажирского салона посредством выбора и приведения в действие термоэлектрических элементов и/или клапанов.

Краткий перечень фигур чертежей

Дальнейшие преимущественные варианты осуществления изложены в следующем описании фигур и в зависимых пунктах формулы изобретения.

Настоящее изобретение будет описано более подробно на основе по меньшей мере одного примера варианта осуществления и со ссылкой на графические материалы, на которых:

на фиг.1 изображен схематический вид конструкции термоэлектрического теплового насоса в конфигурации контуров нескольких жидкостных каналов,

на фиг.2 изображен схематический вид конструкции термоэлектрического теплового насоса в конфигурации контуров нескольких жидкостных каналов,

на фиг.3 изображен схематический вид конструкции термоэлектрического теплового насоса в конфигурации контуров нескольких жидкостных каналов.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически изображено устройство термоэлектрического теплового насоса 1, в схеме подключения или конструкции, содержащей множество жидкостных контуров 2, 3, 4 и 5. В данном случае жидкостные контуры 2, 3, 4 образуют жидкостные контуры, которые имеют источник 6, 7, 8 тепла, так что поток, текущий по жидкостным контурам 2, 3, 4, нагревается соответствующим источником 6, 7, 8 тепла. Благодаря теплопередаче от жидкости в жидкостных контурах 2, 3, 4 к жидкости в жидкостном контуре 5 происходит нагревание жидкости в жидкостном контуре 5. Используя нагретую жидкость, возможно нагревать воздух, текущий в пассажирское отделение автомобильного транспортного средства посредством еще одного теплообменника 9.

В данном случае, термоэлектрический тепловой насос 1 образован тремя теплообменниками 10, 11 и 12. Теплообменник 10 осуществляет теплообмен между жидкостью жидкостного контура 2 и жидкостью жидкостного контура 5.

Теплообменник 11 осуществляет теплообмен между жидкостью жидкостного контура 3 и жидкостью жидкостного контура 5. Теплообменник 12 осуществляет теплообмен от жидкости жидкостного контура 4 к жидкости жидкостного контура 5.

Теплообменники 10, 11, 12 термоэлектрического теплового насоса 1 предпочтительно в каждом случае содержат один термоэлектрический элемент, управляющий теплообменом между жидкостями, применяемыми в каждом случае, где, посредством электрического или электронного приведения в действие соответствующего термоэлектрического элемента, можно целевым образом осуществить теплообмен от жидкости на стороне впуска к жидкости на стороне выпуска жидкостного контура 5.

На фиг.2 изображен схематический вид термоэлектрического теплового насоса 101, оснащенного тремя теплообменниками 102, 103, 104. На стороне впуска термоэлектрический тепловой насос 101 соединен с жидкостными контурами 105, 106 и 107, причем с термоэлектрическим тепловым насосом 101 соединен еще один жидкостный контур 108.

Источники тепла предпочтительно расположены в жидкостных контурах 105, 106, 107, так что жидкость 109 жидкостного контура 105 нагревается источниками тепла. При этом жидкость 109 поступает в теплообменник 102, обладая температурой T3, и покидает теплообменник 102 и термоэлектрический тепловой насос 101, обладая температурой Т9. Жидкость 110 жидкостного контура 106 нагревается источником тепла в жидкостном контуре 106 и поступает в теплообменник 103 и соответственно в термоэлектрический насос 101, обладая температурой Т4. Жидкость 110 покидает теплообменник 103 и термоэлектрический тепловой насос 101, обладая температурой Т10. Жидкость 111 жидкостного контура 107 нагревается источником тепла. Жидкость 111 поступает в теплообменник 104, обладая температурой Т5, и покидает указанный теплообменник 104 или термоэлектрический тепловой насос 101, обладая температурой Т11.

Жидкость 112 жидкостного контура 108 поступает в термоэлектрический тепловой насос 101, обладая температурой Т1, и, с одной стороны, может течь мимо теплообменников 102, 103 и 104 через перепускной канал 113 и клапан 114, так что указанная жидкость покидает термоэлектрический тепловой насос 101, обладая температурой Т2.

В качестве альтернативы, жидкость 112 может течь через теплообменник 102, и/или через теплообменник 103, и/или через теплообменник 104, таким образом, потоком жидкости можно управлять посредством клапанов 115, 116, 117. В данном случае жидкость 112 покидает теплообменник 102, обладая температурой Т6, покидает теплообменник 103, обладая температурой Т7, и/или покидает теплообменник 104, обладая температурой Т8. Посредством управления клапанами 114, 115, 116 и 117 управляют расходом потока жидкости 112, проходящей через перепускной канал 113, и/или через теплообменник 102, и/или через теплообменник 103, и/или через теплообменник 104.

Кроме этого, каждый теплообменник 102, 103, 104 сконструирован таким образом, что он содержит первую зону 118 теплообмена и вторую зону 119 теплообмена, первую зону 120 теплообмена и вторую зону 121 теплообмена и первую зону 122 теплообмена и вторую зону 123 теплообмена, соответственно. Жидкость 109 жидкостного контура 105 течет через зону 118 теплообмена. Жидкость 112 течет через вторую зону 119 теплообмена первого теплообменника 102.

Соответственно, жидкость 110 течет через зону 120 теплообмена теплообменника 103, в то время как жидкость 112 течет через зону 121 теплообмена теплообменника 103.

Жидкость 111 течет через теплообменник 104 в зоне 122 теплообмена, в то время как жидкость 112 течет через теплообменник 104 в зоне 123 теплообмена.

В примере варианта осуществления по фиг.2, в каждом случае один термоэлектрический элемент 124, 125, 126 расположен между зонами теплообмена 118 и 119, 120 и 121, 122 и 123 соответственно. Соответственно, тепловым потоком между зонами 118, 119, и 120, 121, и 122, 123 теплообмена можно управлять посредством приведения в действие соответствующего термоэлектрического элемента 124, 125, 126. В других примерах осуществления, по меньшей мере один из теплообменников может не содержать термоэлектрический элемент.

Клапаны 114-117 расположены в жидкостном контуре 108 для управления потоком жидкости 112. В примере варианта осуществления указанные клапаны расположены ниже по потоку жидкости относительно соответствующего теплообменника 102, 103, 104 и/или размещены в перепускном канале 113. В качестве альтернативы, соответствующий клапан также может быть размещен выше по потоку относительно соответствующего теплообменника. Также возможно, чтобы некоторые клапаны были расположены выше по потоку относительно теплообменника и остальные клапаны были расположены ниже по потоку относительно соответствующего теплообменника.

Также возможно, в качестве альтернативы или дополнения, чтобы соответствующий клапан был размещен в жидкостных контурах 105, 106, 107 для того, чтобы управлять потоком жидкости 109, 110, 111 через термоэлектрический тепловой насос 101 или теплообменники 102, 103, 104, расположенные в нем.

На фиг.3 изображено устройство термоэлектрического теплового насоса 201 в контурной конфигурации, состоящей из первого жидкостного контура 202, второго жидкостного контура 203, третьего жидкостного контура 204 и четвертого жидкостного контура 205.

Жидкостные контуры 202, 203 и 204 представляют собой жидкостные контуры, соответствующие жидкостным контурам 105, 106, 107 и 2, 3, 4 по фиг.2 и фиг.1 соответственно. Жидкостный контур 205 соответствует жидкостному контуру 5 и жидкостному контуру 108 соответственно. Жидкостный контур 205 составляет жидкостный контур для обогрева пассажирского отделения и содержит насос 206, нагревающий теплообменник 207 для нагревания воздуха, который течет в пассажирское отделение, и, необязательно, электрический нагреватель 208, который выполнен в виде нагревателя типа РТС и, например, может представлять собой высоковольтный вспомогательный нагреватель РТС. Теплообменник 207, в качестве нагревающего теплообменника, расположен, например, в блоке кондиционирования воздуха системы кондиционирования воздуха. Тепло передается термоэлектрическим тепловым насосом 201 от жидкостных контуров 202, 203 и 204 к жидкостному контуру 205 для обогрева пассажирского отделения транспортного средства.

Первый жидкостный контур 202 представляет собой жидкостный контур, содержащий первый теплообменник 209 с вентилятором 210 и содержащий второй теплообменник 211 с вентилятором 212, при этом жидкостный контур в свою очередь присоединен относительно потока к контуру 203 посредством клапанов 213, 214. Приводной двигатель 215 транспортного средства расположен, вместе с блоком 216 управления и насосом 217, в контуре 203. В жидкостном контуре 202, помимо ответвлений 218, клапана 213 и клапана 214, расположен насос 219 для обеспечения циркуляции жидкости в жидкостном контуре.

Жидкостный контур 204 представляет собой жидкостный контур для охлаждения аккумулятора 220. Указанный жидкостный контур 204 содержит насос 221, зарядный блок 222 и аккумулятор 220, который, например, может иметь форму высоковольтной батареи. Ниже по потоку относительно аккумулятора 220 расположен высоковольтный вспомогательный нагреватель 223 РТС, служащий для обогрева. Кроме этого, в контуре 204 предоставлен теплообменник 224 с вентилятором 225, хотя он является необязательным и поток может обойти его через перепускной канал 226 и клапан 227. В указанном контуре 204 также расположен второй теплообменник 228. Второй теплообменник 228 служит для осуществления теплообмена между контуром 204 и контуром 229 хладагента системы кондиционирования воздуха. Второй теплообменник 228 также обозначен термином "охладитель" и представляет собой жидкостно-жидкостный теплообменник между охлаждающей жидкостью контура 204 охлаждающей жидкости и хладагентом контура 229 хладагента. В контуре 229 хладагента предпочтительно расположены два конденсатора 230, 231. Также предоставлен компрессор 232 хладагента, который перекачивает хладагент в виде жидкости в контуре, где в контуре 229 также предоставлен испаритель 234, расширительный клапан 235 и регулирующий клапан 236. Также предоставлены клапаны 237, 238, расположенные в ответвлении второго теплообменника 228.

Claims

1. Устройство термоэлектрического теплового насоса (1) по меньшей мере в одном первом жидкостном контуре (2, 105), одном втором жидкостном контуре (3, 106) и одном третьем жидкостном контуре (5, 108), в особенности для автомобильного транспортного средства, причем предусмотрен первый теплообменник (10, 102) для теплообмена между жидкостью первого жидкостного контура (2) и жидкостью третьего жидкостного контура (5), предусмотрен второй теплообменник (11, 103) для теплообмена между жидкостью второго жидкостного контура (3) и жидкостью третьего жидкостного контура (5), причем между зонами (118, 119) теплообмена первого теплообменника (2, 102) и между зонами (120, 121) теплообмена второго теплообменника (3, 103) расположен соответствующий термоэлектрический элемент (124, 125).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен по меньшей мере один дополнительный четвертый жидкостный контур (4, 107), и по меньшей мере один дополнительный третий теплообменник (12, 104) предусмотрен для теплообмена между жидкостью по меньшей мере одного четвертого жидкостного контура и жидкостью третьего жидкостного контура.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что между зонами (122, 123) теплообмена по меньшей мере одного дополнительного третьего теплообменника (104) расположен термоэлектрический элемент (126).

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что первый теплообменник оснащен клапаном (115) для управления потоком жидкости третьего контура через первый теплообменник, и/или второй теплообменник оснащен клапаном (116) для управления потоком жидкости третьего контура через второй теплообменник, и/или по меньшей мере один третий теплообменник оснащен клапаном (117) для управления потоком жидкости третьего контура через по меньшей мере один третий теплообменник.

5. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что первый теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости первого контура через первый теплообменник, и/или второй теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости второго контура через второй теплообменник, и/или по меньшей мере один третий теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости четвертого контура через по меньшей мере один третий теплообменник.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что первый теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости первого контура через первый теплообменник, и/или второй теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости второго контура через второй теплообменник, и/или по меньшей мере один третий теплообменник оснащен клапаном для управления потоком жидкости четвертого контура через по меньшей мере один третий теплообменник.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере один из клапанов расположен выше по направлению потока жидкости и/или ниже по направлению потока жидкости относительно теплообменника.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что клапан представляет собой дроссельный клапан.

9. Устройство по одному из пп.1-3, 6, 7, отличающееся тем, что термоэлектрический элемент (124, 125, 126) представляет собой элемент Пельтье.

10. Устройство по одному из пп.1-3, 6, 7, отличающееся тем, что термоэлектрический элемент (124, 125, 126) является элементом, приводимым в действие электрически и/или электронно.

11. Устройство по одному из пп.1-3, 6, 7, отличающееся тем, что первый теплообменник и второй теплообменник и/или по меньшей мере один третий теплообменник расположены в корпусе.

12. Устройство по одному из пп.1-3, 6, 7, отличающееся тем, что первый, второй и/или третий теплообменник расположены параллельно и/или последовательно по отношению друг к другу относительно потока жидкости третьего контура.

13. Способ управления устройством, заявленным в любом из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере одним термоэлектрическим элементом и/или по меньшей мере одним клапаном управляют так, чтобы теплообмен по меньшей мере от одной жидкости к третьей жидкости удовлетворял заданному критерию требуемой теплопроизводительности и/или критерию доступного количества тепла в каждом подсоединенном жидкостном контуре.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что управление осуществляют так, чтобы достичь заданной температуры третьей жидкости для обогрева пассажирского салона посредством выбора и приведения в действие термоэлектрических элементов и/или клапанов.