车辆调温系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种车辆调温系统，所述车辆调温系统能够以特别有利的方式在电动机运行的车辆中以及在混合动力车辆中得以应用。


背景技术：

[0002]
为了在通常没有燃料箱或者仅具有相对小的燃料箱的这种车辆中提供对于车辆升温所需的热能，已知的是使用电气地运行的热泵系统，在加热运行模式中，热可以传递到要导入到车辆内部空间中的空气上，而在冷却模式中，可以从要导入到车辆内部空间中的空气中吸收热。这种热泵系统能够在0℃至20℃之间的温度范围内以相对高的效率工作。然而，在环境温度明显较低或较高的情况下，所述效率降低。使用利用燃料、例如汽油或柴油运行的加热器以存在燃料箱为前提，并且由于有害物质排放和对车辆的环境兼容性的要求增加，这通常是不希望的。


技术实现要素：

[0003]
本发明的目的在于，提出一种车辆调温系统，所述车辆调温系统能够以高效率和低环境负荷运行。
[0004]
按照本发明，所述目的通过一种车辆调温系统、特别是用于电动机运行的车辆或混合动力车辆的车辆调温系统来实现，所述车辆调温系统包括：
[0005]-能电气地或/和利用燃料运行的加热器，所述加热器具有第一换热器装置，所述第一换热器装置用于将在所述加热器中提供的热传递到设置在第一载热介质回路中的第一载热介质上，
[0006]-用于容纳液态的工作介质的工作介质箱，
[0007]-第二换热器装置，所述第二换热器装置用于在设置在第一载热介质回路中的第一载热介质与包含在所述工作介质箱中的蓄能材料之间进行热传递，
[0008]-第三换热器装置，所述第三换热器装置用于在设置在第一载热介质回路中的第一载热介质与设置在第二载热介质回路中的第二载热介质之间进行热传递。
[0009]
不同于在常规的车辆调温系统中在加热器中升温的第一载热介质通常用于直接加热要导入到车辆内部空间中的空气，在按照本发明的结构中，第一载热介质回路在第二载热介质回路中循环的第二载热介质与设置在工作介质箱中的蓄能材料之间建立热连接。因此，在需要时，热可以从蓄能材料中吸收在第一载热介质中并且被传递到第二载热介质上，或者热可以从第二载热介质中被导出并且被存储在蓄能材料中。附加地，所述加热器可用于提供热，以便使所述热经由第一载热介质传递到第二载热介质上或者存储在蓄能材料中。所述蓄能材料因此形成缓冲器，所述缓冲器即使在环境温度相对高或相对低的情况下也允许包括第二载热介质回路的系统的高效地调温运行。
[0010]
为了能够在第一载热介质回路中构造第一载热介质的循环，所述第一载热介质回路可以包括载热介质泵，所述载热介质泵用于输送第一载热介质穿过第一换热器装置、第
二换热器装置和第三换热器装置。
[0011]
如果所述蓄能材料包括包含在工作介质箱中的工作介质，则可以实现特别高效的运行特性。在此，所述第二换热器装置可以包括用于在第一载热介质与包含在工作介质箱中的工作介质之间进行热传递的第一换热器区域。因此，在车辆中也以其他的、以下还要阐述的方式可使用的工作介质也可以同时满足蓄能器的功能。
[0012]
在按照本发明的车辆调温系统中，可以在所述工作介质箱中设置相变材料-蓄能装置，其中，所述蓄能材料包括设置在所述相变材料-蓄能装置中的相变材料。在此，为了能够确保在相变材料与第一载热介质之间的热交换作用，所述第二换热器装置可以包括用于在第一载热介质与相变材料之间进行热传递的第二换热器区域。
[0013]
为了使包含在工作介质箱中的工作介质可在车辆中使用，可以在所述工作介质管路中设置工作介质泵
[0014]-用于将包含在工作介质箱中的工作介质作为燃料输送至所述加热器的燃烧器区域，
[0015]
和/或
[0016]-用于将包含在工作介质箱中的工作介质作为擦拭液体添加剂输送至擦拭液体箱，
[0017]
和/或
[0018]-用于将包含在工作介质箱中的工作介质作为燃料添加剂输送至用于内燃机的燃料箱。
[0019]
与在其中要使用这种车辆调温系统的车辆相关地，可以因此将工作介质作为燃料在加热器中使用或者作为用于擦拭液体的添加剂在车辆中使用，以便例如在冬季运行中保护其免于冻结。所述工作介质也可以作为添加剂例如在混合动力车辆中在内燃机中待燃烧的燃料中来使用，这可以为减少有害物质排放做贡献。
[0020]
为了能够给车辆的这些不同的系统区域馈送工作介质，提出在所述工作介质管路中在工作介质泵下游设置工作介质切换阀，其中，所述工作介质切换阀构造为用于选择性地在工作介质管路与加热器燃烧器区域或/和擦拭液体箱或/和燃料箱之间建立连接。
[0021]
在简单且低成本地构造的、例如也可以在电动机运行的车辆中得以应用的系统中，所述加热器可以包括可电气激励的加热装置，所述加热装置用于使在第一换热器装置中的第一载热介质升温。例如，所述可电气激励的加热装置可以包括ptc加热装置。
[0022]
按照本发明的原理，可以给第二载热介质回路配置热泵系统。所述热泵系统可以构造为用于例如在冷却运行中在第三换热器装置的区域内将热由第二载热介质传递到第一载热介质上，或者例如在加热运行中将热由第一载热介质吸收在第二载热介质中。
[0023]
按照特别有利的方面，包含在所述工作介质箱中的工作介质可以是乙醇或者包含乙醇。乙醇不仅适合作为用于燃料运行式加热器的燃料，其中，在使用乙醇作为工作介质的情况下能够保证这种加热器的低有害物质地运行。通过掺入乙醇至在车辆中的擦拭液体可以降低其冰点并且因此降低所述擦拭液体在冬季冻结的风险。如果车辆具有内燃机作为驱动单元，则乙醇也可以作为与用于内燃机的燃料相混合的并且由此为显著减少氮氧化物排出做贡献的添加剂来使用。
[0024]
为了能够使工作介质箱高效地作为蓄能器来使用，进一步提出：所述工作介质箱
被绝缘材料包围。这种绝缘材料例如可以包括纤维垫材料或泡沫材料。
附图说明
[0025]
以下参照附图详细地描述本发明。附图中：
[0026]
图1以原理式示图示出车辆调温系统的结构；
[0027]
图2以原理式示图示出用于车辆的热泵系统。
具体实施方式
[0028]
在图1中，车辆调温系统大体上以10表示。以特别有利的方式在电动机运行的车辆中或在混合动力车辆中可使用的车辆调温系统包括作为中央系统区域的第一载热介质回路12。在所述第一载热介质回路12中(通过载热介质泵14驱动)循环有液态的第一载热介质、例如水或者包含水的液体。加热器18的大体上以16表示的第一换热器装置集成到所述第一载热介质回路12中。由所述载热介质泵14输送的第一载热介质穿流第一换热器装置16的载热介质流动室19并且可以在此吸收在加热器18中生成的热。
[0029]
此外，所述车辆调温系统10包括工作介质箱20。所述工作介质箱20优选地基本上完全被绝缘材料22包围，使得其中所包含的液态的工作介质24对外隔热。在工作介质箱20中设置第二换热器装置26，所述第二换热器装置集成到所述第一载热介质回路12中并且可被通过载热介质泵14输送的第一载热介质穿流。
[0030]
所述第二换热器装置26包括两个换热器区域28、30。第一换热器区域28构造为用于建立在循环在第一载热介质回路12中的第一载热介质与包含在工作介质箱20中的工作介质24之间的热交换作用、亦即例如将热由第一载热介质直接传递到工作介质24上。第二换热器装置26的第二换热器区域30用于建立在第一载热介质与包含在相变材料-蓄能装置32中的相变材料34之间的热交换作用、亦即例如将热从第一载热介质传递到相变材料34上。所述相变材料-蓄能装置32因此可以用作潜热蓄热器并且通过在升温时引起在相变材料34中的相变来存储相同的能量。因此，在图1中示出的实施例中，不仅包含在工作介质箱20中的工作介质24而且包含在相变材料-蓄能装置32中的相变材料34分别形成蓄能材料36，在所述蓄能材料中从在第一载热介质回路12中循环的第一载热介质中吸收热并因此可以储存能量或者可以从所述蓄能材料中输出能量。
[0031]
应当指出，所述第二换热器装置26也可以这样构造，使得在其中仅在第一载热介质与工作介质24之间产生直接的热交换作用，而相变材料34则可以间接地经由升温的工作介质24升温或者可以经由工作介质24输出热。另一方面，所述第二热存储装置26也可以这样构造，使得在其中基本上仅在第一载热介质与相变材料34之间产生直接的热交换作用。所述相变材料于是可以单独地提供蓄能材料36或者可以通过将热传递到工作介质24上来为所述相变材料的升温做贡献，使得工作介质24也可以提供蓄能材料36的部分。原则上，工作介质箱20也可以在其中未设置相变材料-蓄能装置32的情况下构造，使得第二换热器装置26仅仅提供在第一换热介质与工作介质24之间的热交换作用并且工作介质24单独地提供蓄能材料36。
[0032]
此外，所述第一载热介质回路12包括第三换热器装置38。所述第三换热器装置38构造为用于提供在第一载热介质回路12中循环的液态第一载热介质与在第二载热介质回
路40中循环的第二载热介质之间的热交换作用。因此存在如下可行性，即在所述第三换热器装置38中将热从第一载热介质传递到第二载热介质上或者将热从第二载热介质传递到第一载热介质上。
[0033]
给第二载热介质回路40配置在图1中示意性示出的并且参照图2以下还详细描述的热泵系统42，经由所述热泵系统可以将热传递到要导入车辆内部空间中的空气上或者从所述空气导出。
[0034]
加热器18在所示出的示例中不仅电气地而且利用燃料可运行。为此目的，所述加热器18包括可电气激励的加热装置44、例如ptc加热装置，所述加热装置可由在第一载热介质回路12中循环的第一载热介质绕流并且在此可以将热传递到所述第一载热介质上。此外，所述加热器18包括大体上以46表示的燃烧器区域，所述燃烧器区域例如可以作为蒸发器燃烧器构造并且可以燃烧由燃料和燃烧用空气组成的混合物。在此产生的燃烧热可以在第一换热器装置16中传递到第一载热介质上。
[0035]
作为燃料，所述加热器18使用包含在工作介质箱20中的工作介质。为此目的，在从工作介质箱20引离的工作介质管路48中设置工作介质泵50。所述工作介质泵50在朝靠近于加热器18设置的工作介质切换阀52的方向上输送工作介质24。所述工作介质切换阀52例如可以这样切换，使得所述工作介质切换阀释放从工作介质管路48至加热器18的燃烧器区域46的流动路径，从而使从工作介质箱20中取出的工作介质24馈入在燃烧器区域46中，在那里与例如通过侧通道鼓风机或其他的燃烧用空气鼓风机输送的燃烧用空气混合并且为了产生燃烧热而燃烧。
[0036]
为了环境友好地运行所述加热器12，作为工作介质24例如可以使用纯乙醇(e100)。这种作为燃料使用的乙醇保证了在其中仅生成少部分的nox、co和hc的燃烧。例如可以给所述加热器18配置三元催化反应器和λ探测器，从而在实施λ调节的情况下可以在加热器18中进行在λ1范围内的燃烧。
[0037]
此外，所述车辆调温系统10包括擦拭液体容器54，在该擦拭液体容器中可以存储可用于清洁车辆玻璃的擦拭液体56、例如水。特别是，在使用乙醇作为工作介质24的情况下，所述工作介质也可以用于通过将其掺入至擦拭液体56来降低所述擦拭液体的冰点，以便因此在冬季运行时防止引入存储在擦拭液体箱54中的擦拭液体56。为此目的，所述工作介质切换阀52也可以这样安置，使得可选地通过工作介质泵50使工作介质24从工作介质管路48经由供应分离件58导入到擦拭液体箱54中，擦拭液体56或由擦拭液体56与工作介质24组成的混合物可以通过另外的供应管路60从所述擦拭液体箱中引导至车辆的玻璃清洗设备或前照灯清洗设备。
[0038]
此外，所述车辆调温系统10包括燃料箱62。在所述燃料箱62中，可以存储液态燃料64、例如汽油，所述燃料可以经由供应管路66引导至内燃机。当内燃机作为驱动单元或作为混合动力车辆中的附加驱动单元使用所述燃料箱时，这种燃料箱62于是存在于车辆中。所述工作介质24也可以经由工作介质切换阀52和另外的供应管路68导入到燃料箱62中、优选是直接导入到涡流罐70中。在那里发生燃料64与工作介质24的有效混合，从而与工作介质24混合的燃料64可以被引导至内燃机。在此，特别是当作为工作介质24使用乙醇时，附加工作介质24作为添加剂也促使内燃机的有害物质排放降低。
[0039]
所述工作介质切换阀52可以这样构造，使得所述工作介质切换阀建立工作介质管
路48与加热器18或者与擦拭液体箱54或者与燃料箱62的连接。因此可以确保，在可如此实现的连接状态之中的每个连接状态中，给相应选择的接收器限定地输送所需量的工作介质24，以便因此例如可以在加热器18中提供对于所期望的加热功率所需量的工作介质24或者可以在擦拭液体箱54中以及也在燃料箱62中提供由擦拭液体56或者说燃料64和工作介质24组成的所期望混合比。
[0040]
以下参考图2描述在图1中示出的热泵系统42，利用所述热泵系统能够对要导入到车辆内部空间中的空气进行热调整。
[0041]
在图2中可看出第三换热器装置38，经由所述第三换热器装置可以提供在第一载热介质回路12中的第一载热介质与在第二载热介质回路40中的第二载热介质的热交换作用。在第二载热介质回路40中的第二载热介质是冷却剂，所述冷却剂可以通过在压缩机72中压力升高被液化并且在压力下降之后在相应的膨胀阀74、76中又过渡到气态状态。此外，给第二载热介质回路40配置冷却-换热器装置78和加热-换热器装置80。在所述冷却-换热器装置78中，要导入到车辆内部中的空气可以被带走热，而在所述加热-换热器装置80中，热可被传递到要导入到车辆内部中的空气上。配置于所述两个膨胀阀74、76地设置有切换阀82、84。切换阀82可以这样切换，使得该切换阀释放至膨胀阀74和经由所述膨胀阀至冷却-换热器装置78的流动路径或者闭锁所述流动路径并且在此释放直接至压缩机72的流动路径。切换阀84可以这样切换，使得该切换阀释放绕开膨胀阀76的流动路径或者相对于穿流进行闭锁。
[0042]
在冷却运行中，所述第二载热介质通过压缩机72压缩并且在至加热-换热器装置80的方向上输送。在冷却运行中，所述加热-换热器装置通过闭合活门86相对于空气穿流进行封闭，从而在所述加热-换热器装置80中不发生热传递。切换阀84处于其释放绕过膨胀阀76的流动路径的切换状态中，从而由压缩机72压缩的并且在此升温的第二载热介质在绕开膨胀阀76的情况下穿流切换阀84并且经由过所述切换阀到达在该运行状态中作为冷凝器起作用的第三换热器装置38中。在那里，所述第二载热介质可以将热传递到在第一载热介质回路12中循环的第一载热介质上并且液化地经由切换阀82流向膨胀阀74。在那里或者在该运行状态中作为蒸发器起作用的冷却-换热器装置78中，所述第二载热介质蒸发并且在此冷却，从而在第二载热介质在压缩机72中被重新压缩之前，所述第二载热介质在冷却-换热器装置78中可以从穿流过该冷却-换热器装置的并且要导入到车辆内部空间中的空气中吸收热。
[0043]
在加热运行中，所述切换阀82这样设置，使得其闭锁朝冷却-换热器装置78的方向的流动路径，而所述切换阀84这样切换，使得其闭锁绕开膨胀阀76的流动路径。由压缩机72压缩的并且在此升温的第二载热介质在该运行状态中作为冷凝器起作用的加热-换热器装置80中将热输出到空气上，在此冷却且液化，所述加热-换热器装置现在通过调节闭合活门86被释放以便空气穿流。液化的第二载热介质在朝膨胀阀76的方向上流动，在那里或在流动路径中于是随后的并且在该运行状态中作为蒸发器起作用的第三换热器装置38中液化且在此冷却。在第三换热器装置38中，第二载热介质可以从第一载热介质吸收热，从而所述第二载热介质在已经又升温的情况下经由切换阀82又流动至压缩机72。
[0044]
在图1中示出的车辆调温系统10的运行中，根据在热泵系统42中应当是吸收热还是输出热，加热器18或者在燃烧运行中或者通过电气激励产生热并且传递到第一载热介质
上，从而所述第一载热介质在第三换热器装置38中可以将热传递到在第二载热介质回路40中的第二载热介质上。如果热泵系统42在冷却运行中运行，从而经由第三换热器装置38导出热，则在停用加热器18的情况下，所述热可以经由第一载热介质和第二换热器装置26传递到蓄能材料36、亦即工作介质24和/或相变材料34上，以便在那里对于之后的应用存储能量。当然，除了第三换热器装置38之外还可以给热泵系统42配置另外的换热器装置，在所述第三换热器装置中在第二载热介质与第一载热介质之间进行热交换，在所述另外的换热器装置中按照设置在常规车辆中的冷却器的形式将热传递到环境空气并因此可以从第二载热介质中导出热。原则上，所述第三换热器装置38也可以构造用于被环境空气绕流，以便将该功能集成到所述第三换热器装置38中。
[0045]
为了在运行阶段(在其中机动车调温系统10应当经常地或经过较长的持续时间地、例如在夏季为了冷却而运行)中负责使工作介质箱20可重复地热加载、亦即准备用于吸收热，例如当机动车不运行时，存储在工作介质箱20中的热可经由第一载热介质回路12和设置在其中的第三换热器38输出。为此，例如可以规定，经由换热器38也向周围环境输出热、亦即不输出到在运行中原则上要冷却的车辆内部空间中。如果可以从较低的环境温度出发，则该过程优选是在夜间实施。替代地或附加地，可以经由加热-换热器80和向外引导的通道输出热。
[0046]
在车辆调温系统10中，工作介质箱20与包含在其中的工作介质24或相变材料34用作蓄能器，所述蓄能器一方面可以通过第二载热介质与第一载热介质的热交换作用或/和运行加热器18进行加载，并且另一方面在相应的热需求的情况下可以经由第一载热介质将热输出给第二载热介质。因此可行的是，所述热泵系统42也在环境温度相对高或相对低的情况下以高效率运行，因为所述热泵系统经由第三换热器装置38连接到在工作介质箱20的区域内提供的存储系统上并且因此在需要时可以将能量输入到所述存储系统中或从所述存储系统中取出。
[0047]
此外，工作介质24不仅可以用作用于加热器18的燃料，而且也可以用于优化擦拭液体或在内燃机中要燃烧的燃料并因此减少有害物质排放。因为在运行中仅需要相对少量的工作介质24，所以工作介质箱20能够提供在15至20升的范围内的相对小的存储容积，从而即使在经过较长的运行阶段时也不需要工作介质24的补充添加。当然，为了适配其中所包含的工作介质24的改变液位，工作介质箱20装备有补偿容积或通风开口，如同擦拭液体箱24或燃料箱62那样。
[0048]
所述车辆调温系统10可以模块式地提供，其中，通过线l1示出的模块作为基础模块不仅适用于在电动机运行的车辆中使用而且也适用于在具有内燃机的车辆中使用、例如混合动力车辆中使用。在装备有内燃机的车辆中使用的情况下，如通过线l2所指示，调温系统10也包括燃料箱62，在需要时可以经由工作介质切换阀52将工作介质输送至所述燃料箱。
[0049]
在通过线l1所示出的模块中，加热器18例如也可以构造为纯电气地或者仅利用燃料运行的加热器。原则上，所述加热器18也可以构造为模块并且在低成本的第一结构级中仅具有可电气激励的加热装置44。燃烧器区域46可以在需要时改型。
[0050]
在车辆调温系统10的运行中，如已经提到的，作为工作介质24以有利的方式使用纯乙醇，因为纯乙醇不仅适合用于在加热器18中燃烧，而且适合用于作为在擦拭器液体箱
54和燃料箱62中的添加剂。
[0051]
最后要指出的是，特别是在图2中示出的热泵系统42也仅以原理式的方式示出并且参照主要系统区域进行了相同地描述。所述系统也可以在不同的方面在结构上进行改变，只要这有利于匹配分别设置的使用目的。在第一载热介质回路的区域内也可以实现在结构上改变。因此，例如在另外的换热器装置中，在内燃机的区域内生成的并且在燃烧废气中相同地传输的热可以被传递到第一载热介质上并且经由该第一载热介质被输入到蓄能材料中。
[0052]
在其中特别是不需要掺入降低擦拭液体冰点的添加剂的夏季运行中，可以出于成本原因和出于较高的蓄热能力的原因使用水作为工作介质。