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Dokumentenidentifikation DE102005022656B4 03.05.2007
Titel Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge unter Verwendung von thermoelektrischen Geräten
Anmelder Visteon Global Technologies, Inc., Van Buren Township, Mich., US
Erfinder Gawthrop, Peter R., Troy, Mich., US
Vertreter Dr. Heyner & Dr. Sperling Patentanwälte, 01277 Dresden
DE-Anmeldedatum 09.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005022656
Offenlegungstag 02.03.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B60H 1/03(2006.01)A, F, I, 20060612, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60H 1/00(2006.01)A, L, I, 20060612, B, H, DE   B60H 1/04(2006.01)A, L, I, 20060612, B, H, DE   B60R 16/03(2006.01)A, L, I, 20060612, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge, insbesondere ein Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge, unter Verwendung von thermoelektrischen Geräten.

Hybridfahrzeuge, also sowohl durch einen Verbrennungsmotor als auch einen Elektromotor angetriebene Fahrzeuge, werden immer bekannter. Damit Hybridfahrzeuge zunehmend kommerziell akzeptiert werden, müssen diese Fahrzeuge dieselben Merkmale und denselben Komfort aufweisen wie die üblichen traditionellen Fahrzeuge. Zum Erreichen des höchsten Nutzeffekts verwenden Hybridfahrzeuge eine Start-Stopp-Strategie, d. h. der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs schaltet sich zwecks Einsparung von Energie unter normalen Leerlaufbedingungen ab. In diesem Zeitraum ist es dennoch wichtig, den Komfort im Fahrzeug beizubehalten. Damit der Innenraum bei kühlen Temperaturen behaglich bleibt, wird im Allgemeinen Kühlmittel durch den Heizungswärmetauscher gefördert, um dem Innenraum Wärme bereitzustellen. Bei warmem Wetter jedoch besteht die einzige Methode zum Kühlhalten des Innenraums darin, durch Laufenlassen des Verbrennungsmotors den Verdichter einer Klimaanlage anzutreiben. Heutzutage ermöglichen Fahrzeuge auf der Straße mit einer solchen Start-Stopp-Strategie dem Fahrer beim Halten unter Leerlaufbedingungen, den Motor laufen zu lassen, um den Innenraumkomfort beizubehalten. Bedauerlicherweise eliminiert das Laufenlassen des Verbrennungsmotors in den Fahrzeugleerlaufphasen die durch das Abschalten des Motors im Leerlaufbetrieb gewonnene Kraftstoffeinsparung.

Aus der WO 97/22486 A1 ist ein als Peltier-Element ausgebildetes Heizgerät für Fahrzeuge vorbekannt, welches mit der Fahrzeugklimaanlage verschaltet ist. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass das Peltier-Element zum Zwecke des Heizens und Kühlens nicht in einer Umkehrpolung betrieben wird und dass die Elektroenergie für das Peltier-Element nicht von einem energierückgewinnenden System des Fahrzeugs stammt.

Die JP 10-035 268 A offenbart eine Klimaanlage für Fahrzeuge mit einem ein Peltier-Element aufweisenden Heizwärmeübertrager, wobei das Peltier-Element sandwichartig zwischen einem mit Wasser beaufschlagten und einem mit Luft beaufschlagten Wärmeübertrager platziert ist. Als Energiequelle für das Peltierelement ist hierzu eine Abwärmequelle vorgesehen, wobei entweder ein im Kreislauf platzierter Lüfter unter Verwendung von magnetgesteuerten Ventilen mit Energie aus der Abwärmequelle oder mit Energie aus dem Heizwärmeübertrager beaufschlagt wird.

In der DE 101 52 487 A1 wird ein Verfahren zur Erhöhung der Temperatur an Nebenaggregaten und/oder in Fahrgastinnenräumen in einer Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Nutzkraftwagen und Antriebvorrichtung, beschrieben. Die für das Verfahren vorgesehenen Mittel umfassen eine Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem mittelbar oder unmittelbar mit zumindest einem Antriebsrad koppelbaren Elektromotor. Des Weiteren ist eine im Traktionsbetrieb als Generator betreibbare elektrische Maschine vorgesehen, die mechanisch mittels einer Koppeleinrichtung mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. Ferner umfassen die Mittel ein Heizsystem zur wenigstens mittelbaren Aufheizung an Nebenaggregaten und/oder eines Fahrgastinnenraums sowie eine mit der elektrischen Koppeleinrichtung zumindest im Bremsbetrieb zur Aufladung koppelbaren Energiespeichereinrichtung. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass das Heizsystem zumindest mittelbar mit der Energiespeichereinrichtung zum Zwecke der Temperaturerhöhung gekoppelt ist.

Die WO 99/10191 A1 offenbart ein Klimaanlagengerät mit einem Peltier-Element sowie einem Steuerkreis zur Erzeugung eines PWM-Signals zur Beaufschlagung des Peltier-Elements. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass gleichzeitig die an dem ersten Leiter des Peltier-Elements erzeugte Kälte mit dem Kühlmittel in thermischem Kontakt gebracht und die an dem zweiten Leiter erzeugte Wärme auf einen Luftstrom übertragen wird.

In der DE 198 48 966 A1 wird eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welche eine von einem Motor angetriebene Kühleinrichtung sowie einen Regler hierzu aufweist. Des Weiteren ist eine von einer vom Motor unabhängigen Energiequelle anzutreibende Vorkühlvorrichtung zum Vorkühlen des Fahrzeuginnenraums und ein Hilfsregler zum Regeln dieser Vorkühleinrichtung offenbart. Kennzeichnend für diese Erfindung ist, dass die Vorkühleinrichtung ein thermoelektrisches Kühlelementmodul zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums umfasst. Außerdem ist ein Ventilator zum Absaugen der Luft aus dem Fahrzeuginnenraum nach außen sowie eine Solarbatterie zum Zuführen von elektrischer Energie auf das thermoelektrische Kühlelementmodul und den Ventilator vorgesehen. Der Hilfsregler führt hierbei eine Regelung des Vorkühlvorgangs durch, sofern der Ventilator angetrieben wird, und zwar im ersten Fall, dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum gleich oder höher ist als eine erste vorgegebene Temperatur, und im zweiten Fall, dass die Temperatur im Fahrzeuginnenraum gleich oder höher ist als eine zweite vorgegebene Temperatur beim Vorkühlregelungsvorgang

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge unter Verwendung von thermoelektrischen Geräten vorzuschlagen, welches gegenüber den aus dem Stand der Technik vorbekannten Klimaregelungssystemen effizienter ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß umfasst das Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge unter Verwendung von thermoelektrischen Geräten ein zumindest ein thermoelektrisches Element aufweisendes thermoelektrisches Modul, wobei das thermoelektrische Element bei Aufbringung elektrischer Energie in einer ersten Polung Wärme produziert und bei Aufbringung elektrischer Energie in einer zweiten Polung Kälte produziert. Des Weiteren ist ein regeneratorisches Bremssystem und eine mit dem thermoelektrischen Modul elektrisch verbundene Steuerung vorgesehen, wobei die Steuerung zur Leitung der durch das regeneratorische Bremssystem erzeugten Elektroenergie an das thermoelektrische Modul konfiguriert ist. Mit einem Verbrennungsmotorkühlsystem des Hybridfahrzeugs ist eine Kühlmittelleitung verbunden, wobei die Kühlmittelleitung einen Abschnitt hat, der in der Nähe des thermoelektrischen Elements angeordnet ist und mit diesem in thermischer Verbindung steht. Ferner ist ein dem thermoelektrischen Element nachgeschalteter Wärmetauscher vorgesehen, der mit der Kühlmittelleitung verbunden und vom Kühlmittel durchflossen ist. Zum Erzeugen eines Kühlmittelstroms wird eine Kühlmittelpumpe eingesetzt, die mit der Kühlmittelleitung verbunden ist. Außerdem ist ein mit der Kühlmittelleitung verbundenes Ventil vorgesehen, wobei das Ventil wahlweise zwischen einer ersten Stellung, die die Kühlmittelleitung mit dem Verbrennungsmotorkühlsystem verbindet, und einer zweiten Stellung, die die Kühlmittelleitung vom Verbrennungsmotorkühlsystem abtrennt, schaltbar ausgebildet ist. Zur Bereitstellung eines ersten Luftstroms über das mindestens eine thermoelektrische Element wird ein dazu konfiguriertes erstes Gebläse eingesetzt.

Das thermoelektrische Modul enthält mit Elektroenergie betriebene thermoelektrische Elemente, die basierend auf der Polung der bereitgestellten Elektroenergie Wärmeenergie emittieren oder absorbieren. Ein Kühlmittel enthaltendes Rohr verläuft nahe den thermoelektrischen Elementen. Zur Unterstützung der Übertragung von Wärmeenergie steht ein Gebläse zwecks Erzeugung eines Luftstroms quer über die thermoelektrischen Elemente und das Rohr zur Verfügung. Das Kühlmittel wird vom thermoelektrischen Modul zu einem Wärmetauscher gefördert, der den dem Innenraum des Fahrzeugs bereitgestellten Luftstrom erwärmt oder kühlt. Die Pumpe fördert das Kühlmittel durch das Rohr und Kühlmittelleitungen, und das Ventil ist in einem Kühlbetrieb zum selektiven Umgehen des Verbrennungsmotorkühlsystems konfiguriert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge zusätzlich einen Heizungswärmetauscher und einen Verdampfer, welcher in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher steht. Der Luftstrom zum Fahrgastinnenraum kann durch den Heizungswärmetauscher zusätzlich erwärmt und durch den Verdampfer zusätzlich gekühlt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Klimaregelungssystem für Hybridfahrzeuge mit einer Steuerung ausgebildet, welche in elektrischer Verbindung mit dem thermoelektrischen Modul steht. Die Steuerung ist für das Wechseln der Polung der an das thermoelektrische Modul gelieferten Elektroenergie konfiguriert, so dass das Kühlmittel wahlweise erwärmt oder gekühlt wird. Außerdem ist die Steuerung für das Leiten der von dem regeneratorischen Bremssystem erzeugten Elektroenergie an das thermoelektrische Modul für die Verwendung zur Regelung des Innenklimas im Fahrzeug konfiguriert.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar, in denen zeigen:

1 ein Blockschaubild eines Klimaregelungssystems,

2 eine Vorderansicht eines thermoelektrischen Moduls in Schnittdarstelllung,

3 ein Blockschaubild eines Klimaregelungssystems in einem Zusatzkühlbetrieb,

4 ein Blockschaubild eines Klimaregelungssystems in einem Zusatzheizbetrieb,

5 ein Blockschaubild eines Klimaregelungssystems in einem Kühlbetrieb bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor und

6 ein Blockschaubild eines Klimaregelungssystems in einem Heizbetrieb bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor.

Die 1 zeigt ein Klimaregelungssystem, welches mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Als seine Hauptkomponenten umfasst das Klimaregelungssystem 10 ein thermoelektrisches Modul 12, einen Wärmetauscher 14, einen Verdampfer 16, einen Heizungswärmetauscher 18, ein Ventil 22, eine Kühlmittelpumpe 26 und eine Steuerung 27. Wie nachfolgend beschrieben wird, kann das Klimaregelungssystem 10 unter Verwendung des thermoelektrischen Moduls 12 in Verbindung mit dem Wärmetauscher 14 Heizung oder Kühlung bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor oder alternativ Zusatzheizung oder -kühlung beim Laufen des Motor bereitstellen.

In 2 ist eine Vorderansicht des thermoelektrischen Moduls 12 im Schnitt dargestellt. Das thermoelektrische Modul 12 enthält eine Anzahl von thermoelektrischen Elementen 48, die eine Temperaturänderung aus Elektroenergie erzeugen. Wenn die Elektroenergie in einer Polung bereitgestellt wird, erzeugen die thermoelektrischen Elemente 48 Wärmeenergie, durch die die Umgebungstemperatur rund um die thermoelektrischen Elemente 48 ansteigt. Wenn alternativ die Elektroenergie in entgegengesetzter Polung an den thermoelektrischen Elementen 48 bereitgestellt wird, absorbieren die thermoelektrischen Elemente 48 Wärmeenergie, wodurch sich die Umgebungstemperatur rund um die thermoelektrischen Elemente 48 abkühlt. Zwecks Übertragung von Heiz- oder Kühlenergie von den thermoelektrischen Elementen 48 strömt ein Wärmeübertragungsmedium, und zwar Kühlmittel durch ein nahe den thermoelektrischen Elementen 48 angeordnetes Kühlmittelrohr 42. Zur Unterstützung dieser Wärmeübertragung auf das Kühlmittel erzeugen ein oder mehrere Gebläse 40 einen Luftstrom quer über die thermoelektrischen Elemente 48 und das Kühlmittelrohr 42. Außerdem kann eine Lufthaube 50 zum Leiten der aus dem thermoelektrischen Modul 12 ausströmenden oder der in dieses einströmenden Luft bereitgestellt werden. Das durch einen Einlassanschluss 44 an den thermoelektrischen Elementen 48 bereitgestellte Kühlmittel strömt durch einen Auslassanschluss zum Rest des Systems, wodurch die Übertragung der durch die thermoelektrischen Elemente 48 erzeugten Temperaturänderung ermöglicht wird.

Nochmals Bezug nehmend auf 1 steht das thermoelektrische Modul 12 über das Kühlmittel in Leitung 30 in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher 14. Das Gebläse 15 erzeugt einen Luftstrom 20 durch den Wärmetauscher 14, und der Luftstrom zieht vom thermoelektrischen Modul 12 gelieferte Heiz- oder Kühlenergie aus dem Kühlmittel, wodurch sich die Temperatur des Luftstroms 20 ändert. In einem Heizbetrieb stellt das thermoelektrische Modul 12 erwärmtes Kühlmittel bereit, wodurch der Luftstrom 20 erwärmt wird. Alternativ stellt das thermoelektrische Modul 12 in einem Kühlbetrieb gekühltes Kühlmittel bereit, wodurch sich der Luftstrom 20 abkühlt. Vom Wärmetauscher 14 wird der Luftstrom 20 über Wärmeübertragungsflächen des Verdampfers 16 und des Heizungswärmetauschers 18 gefördert.

Das Kühlmittel tritt über die Leitung 32 aus dem Wärmetauscher 14 aus und wird am Ventil 22 bereitgestellt, das dem Kühlmittel wahlweise ermöglicht, durch die Leitung 38 in das Motorkühlsystem 24 oder zurück zur Kühlmittelpumpe 26 zu strömen. Im Allgemeinen wird das Motorkühlsystem 24 das Kühlmittel erwärmen und einen Teil des Kühlmittels über die Leitung 36 zum Heizungswärmetauscher 18 und zum Ventil 22 zurückleiten, das das Kühlmittel zurück zur Kühlmittelpumpe 26 durchlässt. Alternativ kann das Ventil 22 das Kühlmittel ausschließlich von Leitung 32 unter Umgehung des Motorkühlsystems 24 direkt in Leitung 34 leiten. Dieser letztgenannte Stromkreis ist besonders im Kühlbetrieb des Klimaregelungssystems 10 von Vorteil.

Die Steuerung 27 ermöglicht es dem Klimaregelungssystem 10, in mehreren Heiz- und Kühlbetriebsweisen zu arbeiten. Die Steuerung 27 kann zum Beispiel die Polung der am thermoelektrischen Modul 12 bereitgestellten Elektroenergie wechseln, wodurch das Kühlmittel mit der einen Polung erwärmt und mit der entgegengesetzten Polung gekühlt wird. Außerdem kann durch die Steuerung 27 das Ventil 22 zum Umgehen des Motorkühlsystems 24 im Kühlbetrieb gestellt werden, wodurch das Kühlmittel von der durch den Motor im Motorkühlsystem 24 erzeugten Wärme isoliert wird.

Die Steuerung 27 ist außerdem mit dem regeneratorischen Bremssystem 29 verbunden. Das regeneratorische Bremssystem 29 erzeugt Elektroenergie aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug abgebremst wird. Die Steuerung 27 kann die Energie vom regeneratorischen Bremssystem 29 an eine (nicht dargestellte) Energiespeichereinrichtung, wie z. B. eine Batterie, oder direkt zum thermoelektrischen Modul 12 leiten, so dass eine ausreichende Energiequelle zur Regulierung des Klimas im Fahrzeug zur Verfügung steht. Bei direkter Bereitstellung am thermoelektrischen Modul 12 kann die Steuerung 27 die Polung der vom regeneratorischen Bremssystem 29 bereitgestellten Elektroenergie wechseln, so dass durch die im thermoelektrischen Modul 12 verwendete Energie sowohl Heiz- als auch Kühlbetrieb möglich sind.

In 3 ist das Klimaregelungssystem 10 in einem Zusatzkühlbetrieb bei laufendem Verbrennungsmotor dargestellt. Im Zusatzkühlbetrieb bei laufendem Motor wird das thermoelektrische Modul 12 in Verbindung mit dem Verdampfer 16 zur Kühlung des Fahrgastinnenraums des Fahrzeugs verwendet. Durch die kombinierte Verwendung des thermoelektrischen Moduls 12 und des Verdampfers 16 wird Behaglichkeit schneller erreicht. Wie in 3 dargestellt, fördern die mit einem kurzen Strich gekennzeichneten Leitungen erwärmtes Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 14, während die mit zwei kurzen Strichen gekennzeichneten Leitungen gekühltes Kühlmittel in den Wärmetauscher 14 fördern.

Im Zusatzkühlbetrieb bei laufendem Motor strömt das Kühlmittel durch das thermoelektrische Modul 12, wo dem Kühlmittel Wärme entzogen wird, und anschließend über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 14. Der Wärmetauscher 14 kühlt den Luftstrom 20, der danach am Verdampfer 16 für zusätzliche Kühlung bereitgestellt wird, bevor er in den Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs strömt. Vom Wärmetauscher 14 strömt das Kühlmittel über die Leitung 32 zum Ventil 22, das durch die Steuerung 27 so gestellt wird, dass das Kühlmittel das Motorkühlsystem 24 umgeht, wodurch es von der durch den Motor erzeugten Wärme isoliert wird. Vom Ventil 22 strömt das Kühlmittel über die Leitung 34 zur Kühlmittelpumpe 26, die das Kühlmittel unter Druck über die Leitung 28 zurück zum thermoelektrischen Modul 12 fördert. In dieser Betriebsweise dient das thermoelektrische Modul 12 in den ersten Minuten dazu, die Temperatur des Luftstroms 20 schnell abzusenken. Wenn die Temperatur der in den Wärmetauscher 14 einströmenden Luft geringer als die Temperatur der in das thermoelektrische Modul 12 einströmenden Luft ist, werden das thermoelektrische Modul 12 und die Kühlmittelpumpe 26 nicht betrieben, wodurch Fahrzeugenergie gespart wird.

Die 4 illustriert ein Klimaregelungssystem 10 in einem Zusatzheizbetrieb bei laufendem Verbrennungsmotor. Im Zusatzheizbetrieb bei laufendem Verbrennungsmotor wird das thermoelektrische Modul 12 in Verbindung mit dem Heizungswärmetauscher 18 verwendet. Durch die Verwendung des thermoelektrischen Moduls 12 in Kombination mit dem Heizungswärmetauscher 18 wird Behaglichkeit schneller erreicht. Warmes Kühlmittel vom Motor wird durch das thermoelektrische Modul 12 gefördert, wo es weitere Wärme aufnimmt. Das Kühlmittel strömt vom thermoelektrischen Modul 12 über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 14, der dem Heizungswärmetauscher 18 vorgeschaltet ist. Der Wärmetauscher 14 erwärmt zunächst den Luftstrom 20, der durch den Heizungswärmetauscher 18 empfangen wird. Der Heizungswärmetauscher 18 gibt Wärme aus dem Motorkühlsystem 24 zur weiteren Erwärmung des Luftstroms 20 ab, bevor dieser dem Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs bereitgestellt wird.

Das Kühlmittel vom Wärmetauscher 14 strömt über die Leitung 32 zum Ventil 22, das dem Kühlmittel im Zusatzheizbetrieb bei laufendem Verbrennungsmotor ermöglicht, über die Leitung 38 zum Motorkühlsystem 24 zurückzuströmen. Das Motorkühlsystem 24 überträgt Wärme vom Motor auf das Kühlmittel, von dem ein Teil zum Heizungswärmetauscher 18 und über die Leitung 36 zum Ventil 22 strömt. Vom Ventil 22 strömt das Kühlmittel über Leitung 34 durch die Kühlmittelpumpe 26 und zurück über Leitung 28 zum thermoelektrischen Modul 12. Wenn das Motorkühlsystem 24 in ausreichendem Maße Möglichkeiten für das Fördern des Kühlmittel durch das System bereitstellt, ist die Kühlmittelpumpe 26 in dieser Betriebsweise deaktiviert. Das thermoelektrische Modul 12 dient in den ersten Minuten vorzugsweise zum Aufheizen und beendet seinen Betrieb, wenn die Temperatur des vom Motor kommenden Kühlmittels die gewünschte Temperatur zur Gewährleistung einer angemessenen Fahrgastinnenraumheizung allein erreicht.

In 5 ist das Klimaregelungssystem 10 in einem Kühlbetrieb bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor dargestellt. Der Kühlbetrieb bei abgeschaltetem Motor wird zum Beibehalten eines behaglichen Fahrzeuginnenraums für eine begrenzte Zeitdauer während eines Leerlaufs mit abgeschaltetem Motor verwendet. In dieser Betriebsweise ist der Verdampfer 16 nicht in Betrieb, da der Motor abgeschaltet worden ist. Durch die durch die thermische Trägheit im Kühlmittel und das thermoelektrische Modul 12 bereitgestellte Kühlung kann der Motor abgeschaltet und Kraftstoff gespart werden, während dennoch das Kühlen des Fahrgastinnenraums ermöglicht wird.

Das Kühlmittel strömt durch das thermoelektrische Modul 12, wo dem Kühlmittel Wärme entzogen wird. Vom thermoelektrischen Modul 12 strömt das Kühlmittel über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 14. Im Wärmetauscher 14 wird durch das Kühlmittel Wärme aus dem Luftstrom 20 absorbiert. Das Kühlmittel strömt vom Wärmetauscher 14 über die Leitung 32 zum Ventil 22. Das durch die Steuerung 27 auf Umgehung des Motorkühlsystems 24 geschaltete Ventil 22 isoliert das Kühlmittel von der Motorwärme. Das Kühlmittel strömt vom Ventil 22 über die Leitung 34 zurück zur Kühlmittelpumpe 26, die durch Beaufschlagung des Kühlmittels mit Druck die Kühlmittelströmung in den Leitungen erzeugt. Anschließend strömt das Kühlmittel über die Leitung 28 zurück zum thermoelektrischen Modul 12, wo wieder Wärme aus dem Kühlmittel absorbiert wird.

Die Steuerung 27 überwacht die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Abbremsen, um festzustellen, ob ein Stopp bevorsteht. Wenn ein Stopp zu erwarten ist, wird die regenerierte Bremsenergie vom regeneratorischen Bremssystem 29 durch das thermoelektrische Modul 12 zum Kühlen des Kühlmittels verwendet. Während des Stopps bleibt das thermoelektrische Modul 12 in Betrieb, um das Kühlmittel auf kühlen Temperaturen zu halten, da Wärme aus dem Fahrgastinnenraum zugeführt wird.

Die 6 zeigt ein Klimaregelungssystem 10 in einem Heizbetrieb bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor in einer schematischen Darstellung. Der Heizbetrieb bei abgeschaltetem Motor wird zum Beibehalten eines behaglichen Fahrzeuginnenraums für eine begrenzte Zeitdauer während eines Leerlaufs mit abgeschaltetem Motor verwendet. Durch die durch das thermoelektrische Modul 12, die thermische Trägheit im Kühlmittel und die thermische Trägheit im Motorblock bereitgestellte Wärme kann das Klimaregelungssystem 10 den Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs heizen, während der Motor abgeschaltet und Kraftstoff gespart werden kann.

In dieser Betriebsweise wird durch die Kühlmittelpumpe 26 warmes Kühlmittel vom Motor durch das thermoelektrische Modul 12 gefördert, wo Wärme zugeführt wird. Das Kühlmittel strömt vom thermoelektrischen Modul 12 über die Leitung 30 zum Wärmetauscher 14. Im Wärmetauscher 14 wird Wärme aus dem Kühlmittel durch den Luftstrom 20 absorbiert. Der erwärmte Luftstrom 20 wird anschließend am Heizungswärmetauscher 18 bereitgestellt, wo der Luftstrom 20 vor seiner Bereitstellung am Fahrgastinnenraum weitere Wärme aus dem vom Motorkühlsystem 24 zugeführten Kühlmittel aufnimmt. Das abgekühlte Kühlmittel strömt vom Wärmetauscher 14 über die Leitung 32 zum Ventil 22, das zwecks Bereitstellung des Kühlmittels an das Motorkühlsystem 24 geöffnet ist. Das Motorkühlsystem 24 überträgt Wärme aus dem Motorblock auf das Kühlmittel, das zum Heizungswärmetauscher 18 und über die Leitung 36 zum Ventil 22 und zur Kühlmittelpumpe 26 zurückströmt. Wenn das Motorkühlsystem 24 eine Pumpe zur Bereitstellung eines ausreichenden Kühlmitteldrucks im Klimaregelungssystem 10 bereitstellt, ist die Kühlmittelpumpe 26 deaktiviert. Von der Kühlmittelpumpe 26 strömt das Kühlmittel über die Leitung 28 zurück zum thermoelektrischen Modul 12, wo weitere Wärme zugeführt wird. Außerdem überwacht die Steuerung 27 die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Abbremsen, um festzustellen, ob ein Stopp bevorsteht. Wenn ein Stopp zu erwarten ist, wird die regenerierte Bremsenergie vom regeneratorischen Bremssystem 29 durch das thermoelektrische Modul 12 zum Erwärmen des Kühlmittels verwendet. Während des Stopps bleibt das thermoelektrische Modul 12 in Betrieb, um das Kühlmittel auf warmen Temperaturen zu halten, da Wärme aus dem Fahrgastinnenraum entfernt wird.


Anspruch[de]
Klimaregelungssystem (10) für Hybridfahrzeuge unter Verwendung von thermoelektrischen Geräten, umfassend:

a. ein zumindest ein thermoelektrisches Element (48) aufweisendes thermoelektrisches Modul (12), wobei das thermoelektrische Element (48) bei Aufbringung elektrischer Energie in einer ersten Polung Wärme produziert und bei Aufbringung elektrischer Energie in einer zweiten Polung Kälte produziert;

b. ein regeneratorisches Bremssystem (29) und eine mit dem thermoelektrischen Modul (12) elektrisch verbundene Steuerung (27), wobei die Steuerung (27) zur Leitung der durch das regenerative Bremssystem (29) erzeugten Elektroenergie an das thermoelektrische Modul (12) konfiguriert ist;

c. eine mit einem Verbrennungsmotorkühlsystem (24) verbundene Kühlmittelleitung (42), wobei die Kühlmittelleitung (42) einen Abschnitt hat, der in der Nähe des thermoelektrischen Elements (48) angeordnet ist und mit diesem in thermischer Verbindung steht;

d. einen mit der Kühlmittelleitung (42) verbundenen und vom Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher (14), der dem thermoelektrischen Element (48) nachgeschaltet ist;

e. eine Kühlmittelpumpe (26), die mit der Kühlmittelleitung (42) verbunden und zum Erzeugen eines Kühlmittelstroms durch diese konfiguriert ist;

f. ein mit der Kühlmittelleitung (42) verbundenes Ventil (22), wobei das Ventil (22) wahlweise zwischen einer ersten Stellung, die die Kühlmittelleitung (42) mit dem Verbrennungsmotorkühlsystem (24) verbindet, und einer zweiten Stellung, die die Kühlmittelleitung (42) vom Verbrennungsmotorkühlsystem (24) abtrennt, schaltbar ist und

g. ein erstes Gebläse (40), das zur Bereitstellung eines ersten Luftstroms über das mindestens eine thermoelektrische Element (48) konfiguriert ist.
Klimaregelungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14) innerhalb eines Luftkanals platziert ist. Klimaregelungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Wärmetauscher (14) in Fluidverbindung stehender Heizungswärmetauscher (18) vorgesehen ist, der im Luftkanal angeordnet ist. Klimaregelungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Wärmetauscher (14) in Fluidverbindung stehender Verdampfer (16) vorgesehen ist, der im Luftkanal angeordnet ist. Klimaregelungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gebläse (15) vorgesehen ist, das zur Bereitstellung eines zweiten Luftstroms (20) innerhalb des Luftkanals und über den Wärmetauscher (14) ausgebildet. Klimaregelungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (27) zur Lieferung von Elektroenergie in der ersten Polarität zwecks Erwärmung des ersten Luftstroms in einem Heizbetrieb und zur Lieferung von Elektroenergie in der zweiten Polarität zwecks Kühlung des ersten Luftstroms in einem Kühlbetrieb konfiguriert ist.






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