使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法。使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)可包括壓力泵，其抽吸并壓縮工作流體，并將處于高壓液體狀態(tài)的工作流體排出；加熱裝置，其將從壓力泵排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體加熱，并將處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體排出；膨脹器，其使從加熱裝置排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力，并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體；冷凝器，其使從膨脹器排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝成低壓液體狀態(tài)，并且排出處于低壓液體狀態(tài)的工作流體；熱電模塊，其具有安裝在其一個(gè)表面上的高溫單元，安裝在其另一表面上的低溫單元，以及嵌入在其中間的半導(dǎo)體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2015年2月9日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2015-0019292號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此，用于通過(guò)該引用的所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的示例性實(shí)施方案涉及一種使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法，更具體地，涉及這樣的一種使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法，其能夠在使用熱電模塊進(jìn)行冷卻時(shí)，使用冷卻期間產(chǎn)生的熱量以便產(chǎn)生功率。
【背景技術(shù)】
[0004]通常地，控制車(chē)輛溫度的空氣調(diào)節(jié)裝置被稱(chēng)為加熱通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)裝置?？諝庹{(diào)節(jié)裝置根據(jù)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)來(lái)控制車(chē)輛的車(chē)內(nèi)空氣，所述加熱系統(tǒng)增加車(chē)輛的車(chē)內(nèi)溫度，而所述冷卻系統(tǒng)降低車(chē)輛的車(chē)內(nèi)溫度。
[0005]在車(chē)輛冷卻系統(tǒng)當(dāng)中的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)配置成主要包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器等，所述壓縮機(jī)壓縮空氣調(diào)節(jié)器氣體，所述冷凝器將壓縮的空氣調(diào)節(jié)器氣體冷凝。車(chē)輛的常規(guī)空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)以與普通住宅空氣調(diào)節(jié)器相同的原理運(yùn)行。然而，與普通住宅空氣調(diào)節(jié)器不同的是，在操作空氣調(diào)節(jié)器時(shí)，車(chē)輛的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)使用發(fā)動(dòng)機(jī)功率(機(jī)械功率)并通過(guò)操作空氣調(diào)節(jié)器壓縮機(jī)來(lái)獲得冷卻功率，所述空氣調(diào)節(jié)器壓縮機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶連接到發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，電動(dòng)車(chē)輛使用電力而非發(fā)動(dòng)機(jī)功率(機(jī)械功率)來(lái)使得電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)空氣調(diào)節(jié)器壓縮機(jī)，以便獲得冷卻功率。然而，如上所述的車(chē)輛的常規(guī)空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)分開(kāi)消耗機(jī)械功率或電功率，因此具有燃料效率降低的問(wèn)題。此外，作為環(huán)境污染物的基于氟利昂的氣體制冷劑在管道內(nèi)循環(huán)，因此可能由于氣體制冷劑在車(chē)輛維護(hù)等期間泄露而發(fā)生環(huán)境污染。
[0006]為了解決如上所述的車(chē)輛的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了使用熱電模塊(TEM)的冷卻系統(tǒng)。熱電模塊利用熱和電的相互轉(zhuǎn)換現(xiàn)象(也即，電阻溫度的變化)，所述熱電模塊是利用由于溫度差異而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象(塞貝克效應(yīng))的設(shè)備，是利用響應(yīng)于電流等而吸收或產(chǎn)生熱量的現(xiàn)象(珀?duì)柼?yīng))的設(shè)備(珀?duì)柼O(shè)備)。
[0007]塞貝克效應(yīng)是在兩種金屬的兩端彼此連接并且設(shè)定為處于不同溫度時(shí)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，塞貝克設(shè)備是熱電偶并用來(lái)測(cè)量溫度。珀?duì)柼?yīng)是這樣的現(xiàn)象，在兩種金屬的兩端彼此連接并且電流在兩端流動(dòng)時(shí)，根據(jù)電流方向而在一端吸收熱量并且在另一端產(chǎn)生熱量。
[0008]如上所述的使用熱電模塊的車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)具有比車(chē)輛的現(xiàn)有的空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，從而降低系統(tǒng)重量。此外，使用熱電模塊的車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)在于其不需要使用氣體制冷劑，但是其具有冷卻效率降低的問(wèn)題。
[0009]公開(kāi)于本發(fā)明背景部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的各個(gè)方面致力于提供一種冷卻系統(tǒng)及其控制方法，其中混合了利用熱能產(chǎn)生能量和功率的蘭金循環(huán)系統(tǒng)以及使用熱電模塊的冷卻系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)如下說(shuō)明進(jìn)行理解，并通過(guò)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施方案而變得清楚。而且，對(duì)于與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，可以通過(guò)所要求的權(quán)利要求及其組合的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)包括:壓力栗，其配置成抽吸并壓縮蘭金循環(huán)中的工作流體，并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出；加熱裝置，其配置成將從壓力栗排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體加熱，并將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱的工作流體排出；膨脹器，其配置成使從加熱裝置排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力，并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體；冷凝器，其配置成使從膨脹器排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝成低壓液體狀態(tài)，并且排出處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體；熱電模塊，其配置成具有安裝在其一個(gè)表面上的高溫單元、安裝在其另一表面上的低溫單元以及嵌入在其中間的半導(dǎo)體。
[0013]所述熱電模塊可以設(shè)置在所述壓力栗和所述加熱裝置之間以在施加有電流時(shí)利用所述高溫單元加熱處于高壓液體狀態(tài)的工作流體。
[0014]加熱裝置可以包括加熱器和過(guò)熱器，所述加熱器配置成使用加熱了的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水來(lái)加熱工作流體，所述過(guò)熱器配置成使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體的熱量加熱工作流體。
[0015]冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:熱交換器，其配置成通過(guò)熱介質(zhì)通道連接到熱電模塊的低溫單元。
[0016]冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:發(fā)電機(jī)，其配置成將從所述膨脹器產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電流。
[0017]冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:電池，其配置成將從所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流存儲(chǔ)，并將電流供應(yīng)至所述熱電模塊。
[0018]冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:電流控制器，其配置成連接到所述電池以控制供應(yīng)至所述熱電模塊的電流。
[0019]冷卻系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括:控制器，其配置成將由測(cè)量器測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與由傳感器感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較，以便控制電流控制器，所述測(cè)量器測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度，所述傳感器感測(cè)冷卻設(shè)定溫度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案，使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法包括:測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度并感測(cè)冷卻設(shè)定溫度(SlOO);將測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較(S200);通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流冷卻內(nèi)部(S300);以及通過(guò)蘭金循環(huán)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流(S400)。
[0021]該比較(S200)可以包括:確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第一確定步驟(S210)以及如果確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度沒(méi)有超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第二確定步驟(S220)。
[0022]該冷卻(S300)可以包括:如果在第一確定步驟(S210)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則增加供應(yīng)至熱電模塊的電流以降低熱電模塊的低溫單元的溫度的第一冷卻步驟(S310)，如果在第二確定步驟(S220)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則減少供應(yīng)至熱電模塊的電流以提高熱電模塊的低溫單元的溫度的第二冷卻步驟(S320)，以及如果在第二確定步驟(S220)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度不小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則保持供應(yīng)至熱電模塊的電流以保持熱電模塊的低溫單元的溫度的第三冷卻步驟(S330) ο
[0023]該產(chǎn)生(S400)可以包括:通過(guò)壓力栗抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內(nèi)的工作流體并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出的壓縮步驟(S410)，通過(guò)熱電模塊的高溫單元和加熱裝置加熱在壓縮步驟(S410)中排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體并且將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱了的工作流體排出的加熱步驟(S420)，使在加熱步驟(S420)中排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體的膨脹步驟(S430)，將在膨脹步驟(S430)排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝在低壓液體狀態(tài)下并且將處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體排出的冷凝步驟(S440)，以及將在膨脹步驟(S430)中產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)換成電流的產(chǎn)生步驟(S450)。
[0024]如上所述根據(jù)，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，當(dāng)使用熱電模塊來(lái)冷卻車(chē)輛的內(nèi)部時(shí)，通過(guò)使用在利用熱電模塊進(jìn)行車(chē)內(nèi)冷卻期間產(chǎn)生的熱量以及利用蘭金循環(huán)產(chǎn)生的功率，可以在進(jìn)行車(chē)內(nèi)冷卻時(shí)使能量消耗最小化。
[0025]此外，可以通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流來(lái)精確地控制車(chē)內(nèi)溫度。
[0026]此外，通過(guò)比應(yīng)用現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)和蘭金循環(huán)系統(tǒng)每一個(gè)的情況更加地簡(jiǎn)化系統(tǒng)，可以使重量減少并使成本降低。
[0027]此外，可以通過(guò)去除空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)(特別地是空氣調(diào)節(jié)器冷凝器)而提高蘭金循環(huán)冷凝器的效率和冷卻能力。
[0028]本發(fā)明的方法和裝置具有其它的特性和優(yōu)點(diǎn)，這些特性和優(yōu)點(diǎn)從并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施方案中將是顯而易見(jiàn)的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施方案中進(jìn)行詳細(xì)陳述，這些附圖和具體實(shí)施方案共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的方框圖。
[0030]圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的方框圖。
[0031]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法的示意流程圖。
[0032]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
[0033]圖5為用于描述本發(fā)明的效果的圖。
[0034]應(yīng)當(dāng)了解，附圖并非按比例地繪制，而是圖示性地簡(jiǎn)化呈現(xiàn)各種特征以顯示本發(fā)明的基本原理。本文所公開(kāi)的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征包括例如具體尺寸、方向、位置和外形將部分地由具體所要應(yīng)用和使用的環(huán)境來(lái)確定。
[0035]在這些附圖中，在貫穿附圖的多幅圖形中，附圖標(biāo)記指代本發(fā)明的相同或等效的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0036]現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的各個(gè)具體實(shí)施方案，其實(shí)施例在附圖中進(jìn)行說(shuō)明并如下進(jìn)行描述。雖然本發(fā)明與示例性實(shí)施方案相結(jié)合進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)了解，本說(shuō)明書(shū)并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實(shí)施方案。相反，本發(fā)明旨在不僅涵蓋示例性具體實(shí)施方案，也涵蓋包含于如權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的各種變化、改變、等同和其他具體實(shí)施方案。
[0037]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的方框圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)包括壓力栗100、加熱裝置200、膨脹器300、冷凝器400、熱電模塊500以及熱交換器600。蘭金循環(huán)涉及工作流體在包括兩個(gè)絕熱變化和兩個(gè)等壓變化的循環(huán)期間的汽相和液相的相位變化。
[0038]壓力栗100抽吸并壓縮蘭金循環(huán)中的工作流體，并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出，而加熱裝置200將從壓力栗100排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體加熱，并將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱的工作流體排出。加熱裝置200包括加熱器210和過(guò)熱器220，加熱器210配置成使用加熱了的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水來(lái)加熱工作流體，而過(guò)熱器220配置成使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體的熱量來(lái)加熱工作流體。也即，加熱裝置200使用排放熱(由發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水從散熱器排出的能量、高溫發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體的熱量等)來(lái)加熱工作流體，從而如下所述地產(chǎn)生電能。由于發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體的溫度高于加熱了的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度，因此，加熱器210優(yōu)選地放置在過(guò)熱器220的依據(jù)工作流體的流動(dòng)方向的前面。
[0039]膨脹器300使從加熱裝置200排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)下的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力，并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體。冷凝器400使從膨脹器300排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)下的工作流體冷卻以冷凝成低壓液體狀態(tài)，并且排出處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體。
[0040]壓力栗100、加熱裝置200、膨脹器300和冷凝器400通過(guò)工作流體流經(jīng)的工作流體通道10與彼此連通。
[0041]熱電模塊500具有安裝在其一個(gè)表面上的高溫單元510，安裝在其另一個(gè)表面上的低溫單元520，以及嵌入在其中間的半導(dǎo)體530。當(dāng)對(duì)熱電模塊500施加電流時(shí)，在高溫單元510和低溫單元520之間產(chǎn)生溫度差異。通過(guò)使用該溫度差異，車(chē)輛的內(nèi)部得以冷卻，并且工作流體被加熱，以產(chǎn)生功率。熱電模塊500設(shè)置在壓力栗100和加熱裝置200之間。因此，當(dāng)對(duì)熱電模塊500施加電流時(shí)，高溫單元510加熱處于高壓液體狀態(tài)的工作流體。也即，高溫單元510設(shè)置成與壓力栗100和加熱裝置200彼此連通的工作流體通道10的外圓周表面接觸，以將熱能傳遞至工作流體。
[0042]熱交換器600通過(guò)熱介質(zhì)通道20連接到熱電模塊500的低溫單元520。因此，當(dāng)對(duì)熱電模塊500施加電流時(shí)，低溫單元520冷卻在熱介質(zhì)通道20內(nèi)的熱介質(zhì)，并且將冷卻的熱介質(zhì)引入熱交換器600中，以與車(chē)內(nèi)空氣交換熱量，從而冷卻車(chē)輛的內(nèi)部。
[0043]圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的方框圖。參考圖2，除了如上所述的壓力栗100、加熱裝置200、膨脹器300、冷凝器400、熱電模塊500以及熱交換器600以外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步包括發(fā)電機(jī)700、電池800、電流控制器900、測(cè)量器1000、傳感器1100以及控制器1200。
[0044]發(fā)電機(jī)700將產(chǎn)生自膨脹器300的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電流，并且電池800存儲(chǔ)產(chǎn)生自發(fā)電機(jī)700的電流并將電流供應(yīng)至熱電模塊500。
[0045]電流控制器900連接到電池800以控制供應(yīng)至熱電模塊500的電流。因此，電流控制器900可以控制熱電模塊500的低溫單元520的溫度，以控制通過(guò)熱介質(zhì)通道20連接到熱電模塊500的低溫單元520的熱交換器600的車(chē)內(nèi)冷卻性能。
[0046]控制器1200將由測(cè)量器1000測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與由傳感器1100感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較，以便控制電流控制器900，其中測(cè)量器1000測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度，傳感器1100感測(cè)冷卻設(shè)定溫度。
[0047]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法的示意流程圖，而圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法的流程圖。參照?qǐng)D3和圖4，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法包括:測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度并感測(cè)冷卻設(shè)定溫度(S100)，將測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較(S200)，通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊500的電流來(lái)進(jìn)行內(nèi)部冷卻(S300)，以及通過(guò)蘭金循環(huán)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊500的電流(S400)。
[0048]該比較(S200)包括:確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第一確定步驟(S210)以及如果確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度沒(méi)有超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第二確定步驟(S220)。也即，控制器將設(shè)定的冷卻設(shè)定溫度與當(dāng)前車(chē)內(nèi)溫度比較，以確定是否增加用于車(chē)內(nèi)冷卻的功率以降低車(chē)內(nèi)溫度，或者確定是否降低用于車(chē)內(nèi)冷卻的功率以提高車(chē)內(nèi)溫度。
[0049]該冷卻(S300)包括:如果在第一確定步驟(S210)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則增加供應(yīng)至熱電模塊500的電流以降低熱電模塊500的低溫單元520的溫度的第一冷卻步驟(S310)，如果在第二確定步驟(S220)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則減少供應(yīng)至熱電模塊500的電流以提高熱電模塊500的低溫單元520的溫度的第二冷卻步驟(S320)，以及如果在第二確定步驟(S220)中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度不小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度則保持供應(yīng)至熱電模塊500的電流以保持熱電模塊500的低溫單元520的溫度的第三冷卻步驟(S330)。
[0050]也即，如果確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度，由于需要降低車(chē)內(nèi)溫度，所以需要提高供應(yīng)至熱電模塊500的電流。因此，熱電模塊500的低溫單元520的溫度降低，并且在連接到低溫單元520的熱介質(zhì)通道內(nèi)的熱介質(zhì)的溫度也降低，因此熱交換器600可以使用低溫?zé)峤橘|(zhì)進(jìn)一步降低車(chē)內(nèi)溫度。與此同時(shí)，熱電模塊500的高溫單元510的溫度增加，所以高溫單元510的熱能可以用于加熱蘭金循環(huán)的工作流體。因此，可以增加由蘭金循環(huán)產(chǎn)生的功率，從而，可以在執(zhí)行車(chē)內(nèi)冷卻的同時(shí)使能量消耗最小化。
[0051]此外，如果確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度，由于不再需要降低車(chē)內(nèi)溫度，因此需要減少供應(yīng)至熱電模塊500的電流。因此，熱電模塊500的低溫單元520的溫度提高，并且在連接到低溫單元520在熱介質(zhì)通道內(nèi)的熱介質(zhì)的溫度也提高，從而熱交換器600可以由于相對(duì)高溫的熱介質(zhì)而不再降低車(chē)內(nèi)溫度。
[0052]此外，當(dāng)測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度等于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度時(shí)，為保持當(dāng)前的車(chē)內(nèi)溫度，保持供應(yīng)至熱電模塊500的電流。
[0053]該產(chǎn)生(S400)包括:通過(guò)壓力栗100抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內(nèi)的工作流體并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出的壓縮步驟(S410)，通過(guò)熱電模塊500的高溫單元510和加熱裝置200加熱在壓縮步驟(S410)中排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體并且將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱的工作流體排出的加熱步驟(S420)，使在加熱步驟(S420)中排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體的膨脹步驟(S430)，將在膨脹步驟(S430)排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝在低壓液體狀態(tài)下并且將處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體排出的冷凝步驟(S440)，以及將在膨脹步驟(S430)中產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電流的產(chǎn)生步驟(S450)。
[0054]也即，功率在蘭金循環(huán)中的膨脹步驟(S430)中產(chǎn)生，蘭金循環(huán)包括壓縮步驟(S410)、加熱步驟(S420)、膨脹步驟(S430)以及冷凝步驟(S440)。此外，在產(chǎn)生步驟(S450)中，使用產(chǎn)生的功率來(lái)產(chǎn)生電流。
[0055]產(chǎn)生的電流可以直接供應(yīng)至熱電模塊500或可以通過(guò)電池800供應(yīng)至熱電模塊500。從而執(zhí)行了冷卻，所述冷卻通過(guò)供應(yīng)至熱電模塊500的電流執(zhí)行(S300)。
[0056]在冷卻(S300)中，當(dāng)將電流供應(yīng)至熱電模塊500時(shí)，高溫單元510的溫度增加，同時(shí)低溫單元520的溫度降低。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，高溫單元510產(chǎn)生的熱能并不作為廢熱排出，而是用來(lái)在蘭金循環(huán)中的加熱步驟(S420)中加熱工作流體。因此，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以確保能量效率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有熱電冷卻系統(tǒng)的能量效率。
[0057]圖5為用于描述本發(fā)明的效果的圖。參照?qǐng)D5，將蘭金循環(huán)效率設(shè)定為12%，將膨脹器效率設(shè)定為80%，將現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的性能系數(shù)(COP)設(shè)定為3.5，將熱電冷卻系統(tǒng)的COP設(shè)定為2.7，并且將在電-機(jī)械功率轉(zhuǎn)換時(shí)的效率設(shè)定為80%。考慮了這樣的情況，即，將除了冷卻負(fù)荷之外的外部可以供應(yīng)的熱能設(shè)定為20kW，并且將冷卻負(fù)荷設(shè)定為2.0kW和3.5kW。參照?qǐng)D5可以理解的是，在現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的冷卻負(fù)荷為2.0kff的普通車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的機(jī)械功率(發(fā)動(dòng)機(jī)功率)大約為0.6kW，而在電動(dòng)車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的電功率大約為0.71kW。此外，可以理解的是，在現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的冷卻負(fù)荷為3.5kff的普通車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的機(jī)械功率(發(fā)動(dòng)機(jī)功率)大約為1.0kW，而在電動(dòng)車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的電功率大約為
1.25kff0
[0058]參照?qǐng)D5可以理解的是，在現(xiàn)有的僅使用熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的冷卻負(fù)荷為
2.0kff的電動(dòng)車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的電功率大約為0.74kW，而在普通車(chē)輛中，消耗的機(jī)械功率(發(fā)動(dòng)機(jī)功率)大約為0.9kW。此外，可以理解的是，在現(xiàn)有的僅使用熱電模塊的冷卻系統(tǒng)中的冷卻負(fù)荷為3.5kff的電動(dòng)車(chē)輛中，消耗的電功率大約為1.44kW，而在普通車(chē)輛中，消耗的用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)等的機(jī)械功率(發(fā)動(dòng)機(jī)功率)大約為1.8kW。
[0059]與此對(duì)應(yīng)，當(dāng)在應(yīng)用本發(fā)明的車(chē)輛中的冷卻負(fù)荷為2.0kff時(shí)，消耗了用于冷卻的電力，但是通過(guò)蘭金循環(huán)產(chǎn)生了功率，因此在普通車(chē)輛的情況下，產(chǎn)生了大約0.4kW的功率，而在電動(dòng)車(chē)輛的情況下，產(chǎn)生了大約0.34kW的功率。此外，當(dāng)在應(yīng)用本發(fā)明的車(chē)輛中的冷卻負(fù)荷為3.5kff時(shí)，消耗了用于冷卻的電功率，但是通過(guò)蘭金循環(huán)產(chǎn)生了機(jī)械動(dòng)力，因此在普通車(chē)輛的情況下，消耗了大約0.3kW的功率，而在電動(dòng)車(chē)輛的情況下，消耗了大約
0.24kff的功率。
[0060]也即，與現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)器系統(tǒng)和僅使用熱電模塊的冷卻系統(tǒng)相比，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)可以使用熱電模塊冷卻車(chē)輛的內(nèi)部，并且在使用熱電模塊進(jìn)行車(chē)內(nèi)冷卻期間，使用在利用蘭金循環(huán)產(chǎn)生功率時(shí)產(chǎn)生的熱量，從而在進(jìn)行車(chē)內(nèi)冷卻時(shí)使能量消耗最小化。
[0061]前述示例性實(shí)施方案僅僅是允許與本發(fā)明相關(guān)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員(下文中被稱(chēng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員)容易實(shí)施本發(fā)明。相應(yīng)地，本發(fā)明并不限于前述示例性實(shí)施方案和所附附圖，因此，本發(fā)明的范圍并不限于前述示例性實(shí)施方案。相應(yīng)地，將本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是，在不脫離由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行的替換、修改和變更也屬于本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，包括: 壓力栗，其配置成抽吸并壓縮蘭金循環(huán)中的工作流體，并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出； 加熱裝置，其配置成將從壓力栗排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體加熱，并將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱了的工作流體排出； 膨脹器，其配置成使從加熱裝置排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力，并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體； 冷凝器，其配置成使從膨脹器排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝成低壓液體狀態(tài)，并且排出處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體；以及 熱電模塊，其包括安裝在其第一表面上的高溫單元、安裝在其第二表面上的低溫單元以及嵌入在其中間的半導(dǎo)體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，其中熱電模塊設(shè)置在壓力栗和加熱裝置之間以在施加有電流時(shí)利用高溫單元加熱處于高壓液體狀態(tài)的工作流體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，其中加熱裝置包括: 加熱器，其配置成使用加熱了的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水來(lái)加熱工作流體；以及 過(guò)熱器，其配置成使用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體的熱量來(lái)加熱工作流體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 熱交換器，其通過(guò)熱介質(zhì)通道連接到熱電模塊的低溫單元。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 發(fā)電機(jī)，其配置成將膨脹器產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電流。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 電池，其配置成將從發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流存儲(chǔ)，并將電流供應(yīng)至熱電模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 電流控制器，其連接到電池以控制供應(yīng)至熱電模塊的電流。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 控制器，其配置成將由測(cè)量器測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與由傳感器感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較，以便控制電流控制器，所述測(cè)量器測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度，所述傳感器感測(cè)冷卻設(shè)定溫度。9.一種使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，包括: 測(cè)量車(chē)內(nèi)溫度并感測(cè)冷卻設(shè)定溫度； 將測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較； 通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流來(lái)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行冷卻；以及 通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述將測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較的步驟包括確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第一確定步驟。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流來(lái)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行冷卻的步驟包括當(dāng)在第一確定步驟中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度時(shí)，增加供應(yīng)至熱電模塊的電流以降低熱電模塊的低溫單元的溫度的第一冷卻步驟。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述將測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度與感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度進(jìn)行比較的步驟包括在確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度沒(méi)有超過(guò)感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度時(shí)，確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度是否小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度的第二確定步驟。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流來(lái)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行冷卻的步驟包括當(dāng)在第二確定步驟中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度時(shí)，減少供應(yīng)至熱電模塊的電流以提高熱電模塊的低溫單元的溫度的第二冷卻步驟。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)控制供應(yīng)至熱電模塊的電流來(lái)對(duì)內(nèi)部進(jìn)行冷卻的步驟包括當(dāng)在第二確定步驟中確定測(cè)量的車(chē)內(nèi)溫度不小于感測(cè)的冷卻設(shè)定溫度時(shí)，保持供應(yīng)至熱電模塊的電流以保持熱電模塊的低溫單元的溫度的第三冷卻步驟。15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流的步驟包括通過(guò)壓力栗抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內(nèi)的工作流體并將處于高壓液體狀態(tài)的壓縮的工作流體排出的壓縮步驟。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流的步驟包括通過(guò)熱電模塊的高溫單元和加熱裝置來(lái)加熱在壓縮步驟中排出的處于高壓液體狀態(tài)的工作流體并且將處于高壓蒸汽狀態(tài)的加熱了的工作流體排出的加熱步驟。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流的步驟包括使在加熱步驟中排出的處于高壓蒸汽狀態(tài)的工作流體膨脹以產(chǎn)生動(dòng)力并且排出處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體的膨脹步驟。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流的步驟包括將在膨脹步驟排出的處于低壓蒸汽狀態(tài)的工作流體冷卻以冷凝在低壓液體狀態(tài)下并且將處于低壓液體狀態(tài)的冷凝的工作流體排出的冷凝步驟。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的控制方法，其中所述通過(guò)蘭金循環(huán)來(lái)產(chǎn)生供應(yīng)至熱電模塊的電流的步驟包括將在膨脹步驟中產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電流的產(chǎn)生步驟。
【文檔編號(hào)】F25B49/02GK105865077SQ201510472176
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年8月5日
【發(fā)明人】樸東遠(yuǎn), 曺珍喜
【申請(qǐng)人】現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社