专利名称：集成热电系统的制作方法
集成热电系统
背景技术：
1. 发明领域
本发明涉及一种用于车辆客舱之温控环境。更具体而言，本发明
涉及一种温控客舱环境，其具有若干个热电热泵(thermo-electnc heat pump)，以用于对客舱提供额外制热(当发动机废热不足时)和/或对客 艙进行制冷。
2. 相关技术描述
用于客艙的温度控制系统已在业内为人们所知。这些已知系统例 如蒸汽压缩循环提供制冷。压缩机连接至发动机并使馈入冷凝装置的 制冷剂进行循环。然后，冷凝的制冷剂经过节流后用于通过主驾驶艙 中的蒸发器为驾驶员提供制冷。
对于公共汽车而言，则是将发动机废热传递给流体并围绕客舱进 行循环来提供制热。此外，在需要时亦可提供额外的加热器。在某些 场合中，这些加热器是燃烧柴油的辅助加热器。由此种辅助加热器与 发动机所产生的废热对客舱进行制热。
然而，这两种系统的安装成本均很高且很笨重。这样笨重的系统 会增加车辆的总重量。而重量的增加还往往降低车辆的燃油经济性。 况且，此种系统对客艙的制热可能不均匀，因而会因客舱某些区域太 热、不够热或太冷而致使有些人感到不舒适。
此外，所述蒸汽压缩循环利用制冷剂。这些制冷剂成本高昂且还 非常不好。某些制冷剂已众所周知且对环境非常有害，并在从蒸汽压 缩循环中安全地去除时及在更换时需要更高的服务成本。因此，需要一种不需要利用任何制冷剂且不具有任何蒸汽压缩循 环的客舱制冷系统。还需要一种不利用任何额外制热装置的客舱温度 控制系统。另外，还需要一种能在客舱中若干个预选定点处调节温度 的客舱用系统。
此外，亦需要一种能消除现有技术的一或多种上述缺陷及不足的 此种系统。
发明概要
本发明的一个目的是提供一种不再利用蒸汽压缩循环的用于控 制客舱温度的系统。
本发明的另 一 目的是提供一种不再利用辅助加热器的用于控制 客舱温度的系统。
本发明的又一 目的是提供一种将制热系统与制冷系统集成于一 个系统中的系统。
本发明的再一目的是提供一种具有分散特征、以允许在客舱中进 行局部制热及局部制冷的系统。
本发明的再进一 步的目的是提供一种利用电作为主要动力形式 的用于控制客舱温度的系统。
本发明的还一 目的是提供一种能完全消除温室气体且有益于环 境的客舱制冷及制热系统。
本发明的这些及其他目的及优点是通过本发明的系统得以实现。 该系统用于控制客舱温度并具有用于从发动机接收传热流体的管子。 该系统还具有热连接至所述管子的制热盘管以及连接至所述管子的 若千热电热泵。对所述传热流体进行调节，以控制所述客舱中若干个 不同点处的客艙温度。
图1是现有技术用于车辆的制热及制冷系统的示意图；图2是本发明集成分散式热电系统的示意性，其显示制热模式；图3是本发明集成分散式热电系统在制冷模式中的示意图；图4是图2及图3中本发明的热电热泵的视图；图5是显示在制热模式中所述系统的传热流体在若干个不同区段 处的温度变化的曲线图；以及图6是显示在制冷模式中所述系统的传热流体在若干个不同区段 处的温度变化的曲线图。发明详述参见附图，且特别是参见图1，其显示现有用于车辆的制热及制 冷系统的现有技术系统10。所述车辆具有发动机12。发动机12优选 地为压缩机14提供动力。系统IO优选地具有发动机冷却液的第一制 热回路16。如在所属领域中所理解，第一制热回路16中的发动机冷 却液穿过管道，以将热量通过管道传递至例如轿车、公共汽车、拖拉 机、卡车、混合汽车、电动汽车、燃料电池汽车、飞机、直升飞机、 或任何其他使用或具有内燃发动机的装置等的所需区域中。第 一制热 回路16是从发动机12通往辅助加热器11直到驾驶员制热盘管18。 发动机12进一步热连接至主制热盘管20。主制热盘管20对乘客或储 存间进行制热并进一步连接至通往发动机12的返回管线22。假如不 需要进行客舱制热，管线22中的流体优选地连接至换热器(散热器)23 及风扇25，以便可在流体返回至发动机12之前将发动机废热传递至 周围环境中。第一制热回路16优选地同时对车辆驾驶员及客舱或者 对车辆所运载的任何物品(例如包裏、农产品或牲畜)进行制热。现有技术系统10还具有第二制冷回路24，其具有由标号26所大 体表示的另一笨重的第二系统或制冷系统。第二制冷系统26使制冷 剂流过第二制冷回路24。第二制冷回路24连4^至并具有压缩机14。 压缩机14连接至主冷凝器28,主冷凝器28又进一步连接至节流孔口 21、驾驶员蒸发器30、主蒸发器32及可选的行李架蒸发器34。将新鲜的环境空气引入驾驶员蒸发器30中，且随后将主蒸发器32及第二 制冷回路24连接至回到压缩机14的返回管线36。该系统10在所属 领域中已众所周知，且因第二制冷回路34中的制冷剂对环境有害且 更换成本很高而非常不好。由于系统10的安装成本很高且运输起来 很重，因而系统IO还使成本升高。现在参见图2，其显示本发明系统38的一优选实施例的示意图。 本发明的系统38克服了所属领域中这些已知的问题，且优选地用于 公共汽车、卡车、或所属领域中任何其他使用内燃发动机、电力、燃 料电池或混合发动机的车辆中。在该实施例中，系统38正处于制热 模式，并可从制热模式自动或手动切换至制冷模式。在制热模式中， 本发明的系统38优选地能够实现优异的运行性能，因为其为客舱或 储存舱提供若干个不同的局部制热区域、或者在客舱或储存舱中提供 均匀受热的空间。系统38优选地具有发动机12且使用发动机所产生 的废热。发动机12在工作时产生大量的废热。系统38优选地具有连接至 发动机12的管子40，受热流体置于其中，并在第一制热回路15中流 动。在一实施例中，受热流体是散热器流体。然而，受热流体也可为 所属领域中任何可吸收及保持废热能量的对环境友好的流体。受热流 体吸收、保持来自发动机12的废热并将其传递给客舱。受热流体连 接至第一阀门42并随后在第一阀门开启时进入客舱。管子40进一步 连接至若干个制热盘管44。尽管在图中将制热盘管44显示为第一制 热盘管46、第二制热盘管48、第三制热盘管50、第四制热盘管52及 第五制热盘管54，然而制热盘管44也可具有任意数量的制热盘管， 而非仅限于图中所示方案，且系统38可具有一个或任意数量个与客 舱中所要制热的空间的几何形状互补的制热盘管44。而且，制热盘管 44可为所属领域中已知可将管子40中受热流体的热能安全地耗散至 客舱中的任何结构。制热盘管44可不为盘管形状，并可为所属领域 中已知的任何构造(且可为所属领域中的任意数量，以优选地将废热从受热流体有效地传递至客舱)。管子40然后连接至驾驶员制热盘管56。 驾驶员制热盘管56可只是具有相同的构造或不同的构造，且处于与 车辆驾驶员互补的位置上。在制热模式中，系统38中的管子40然后连接至第二阀门58。如 果在管子40中传递的发动机废热足以对进行客輪制热，则可将阀门 58设定成使热电热泵60、 62 — 皮旁通过且流体返回至换热器(散热器 82)。在此种情形中，带有风扇84的换热器(散热器)82将多余的发动 机废热传递至周围环境中。假如希望进行附加客舱制热，则随后将第 二阀门58连接至驾驶员热电热泵60并再随后连接至若干个热电热泵 62。驾驶员热电热泵60及随后若干个热电热泵62连接至电源(未显示) 并接收直流或交流电流。尽管在图中将热电热泵62显示为第一至第 五热电热泵64、 66、 68、 70及72，然而热电热泵62的lt量并不^f义限 于此种方案，而是可因所需几何形状而异。可将这若干个热电热泵62 在长途公共汽车构造中相间地布置于乘客上方的隔室内，且每一个热 电热泵62优选地还具有手动控制装置或拨盘，以允许乘客启动这若 干个热电热泵62中的每一个。在一实施例中，系统38具有驾驶员热 电热泵60及随后这若干个热电热泵62，用以在流体进入发动机12之 前积极地将管子40中传热流体的热量传递至客舱，从而吸收更多的 废热。优选地，管子40中的受热流体连接至换热器(散热器)74及风扇 76，并返回至发动机12以吸收更多的废热并因此重新循环经过管子 40。现在参见图3，在热天，当车辆外面的温度升高时，系统38是比 较优异的，因为其具有不利用任何对环境不友好的制冷剂的制冷模 式。在制冷^t式中，第一阀门42不允许从发动机12接出的管子40 中的受热流体连通这若干个制热盘管42,而是进入返回发动机的返回 回路中，此由方标号78大体表示。然后，返回回路78优选地连通第 三阀门80，第三阀门80连接至换热器82,并随后返回至发动机14。 优选地，在返回回路78中，存在风扇84，以如在所属领域中所知的一样在换热器82上吹风。在此种模式中，这若干个热电热泵62优选地通过将客舱中的热 量传递给管子40中的传热流体并随后使用换热器74及风扇76将该 热量排放至周围环境中而对客抢提供制冷。在此种模式中，这若干个 热电热泵62优选地模拟蒸汽压缩循环中蒸发器的角色。传热流体通 过泵(未显示)在由标号86所大体表示的制冷回路中再循环。而且，乘 客可更大程度地控制系统38,因为这若干个热电热泵62中的一个或 多个可手动或自动关闭，从而不接收电流并由此仅升高客舱中局部区 域的温度。所属领域的技术人员将理解，这若干个热电热泵62或驾 驶员热电热泵60中的每一者均可具有拨盘或控制装置，以便可调节 流至每一热电热泵的电流。因此，预选定点处的乘客可有选择地调节 所述电流，以提供增强的制冷或制热效果。参见图4，其显示热电热泵(显示为标号88)的剖^L图。如在所属 领域中所知，热电热泵88优选地是固态装置，且具有第一正掺杂半 导体90及第二负掺杂半导体92。来自电源的电流流过第一正掺杂半 导体90到达第二负掺杂半导体92。当电流如参考箭头94所述从中流 过时，热量通过热电热泵88从热电热泵的第一热面98传递至第二冷 面96，如箭头100所示。现在重新参见图3，该若干个热电热泵62 一同将热量从客舱中拉至换热器74(通过传热流体)，在换热器处通过 风扇76传递至客舱外的周围环境，以使客舱更加舒适。现在参见图5及图6,其显示传热流体在客舱的若干个区段中的 温度的示意图。如在图5中所示，这些区段是发动机区段102、制热 盘管区段104以及热电装置区^殳106。根据图5可以理解，在受热流 体流入制热盘管区段104的入口处，流体温度最高，然后，被动地向 客舱传热，且传热流体的温度降低并接近于所期望的客舱温度，如标 号108所示。假如希望对客舱进行附加制热，则热电装置区段106可 主动地将热量从温度较低的传热流体传递至温度较高的客抢。根据图 6可以理解，在制冷才莫式中，热电装置区段110主动地将热量从客舱传导至传热流体，而传热流体可处于比客輪高的温度。然后，传热流 体在风扇换热器区段112中将该热量传递至周围环境中，从而降低传 热流体的温度。优选地，系统38可通过手动控制而从制热模式转到制冷模式， 或者也可由传感器(未显示)进行控制。系统38进一步具有若干个出人 意料的优点，例如该系统不再^f吏用对环境非常有害的蒸汽压缩循环工 作制冷剂流体。该系统还具有能将两个现有技术制热与制冷系统集成 入一个紧凑的高能效系统中的出人意料的出众优点。本发明的系统38 取消了蒸汽压缩循环及辅助加热器，且因此降低了系统的总重量。系统38可对制热及制冷进行局部控制，以使乘客感到舒适。系 统38还使用电动的热电热泵62，此非常适合于将产生电力作为主要 动力形式的燃料电池公共汽车。应理解，上文说明只是对本发明的例示。所属领域的技术人员在 不背离本发明的条件下可设想出各种替代及修改形式。因此，本发明旨在囊括所有此等替代、修改及变化形式。
权利要求
1.一种用于控制客舱的温度的系统(38)，所述系统(38)包括用于从发动机(12)接收传热流体的管子(40)；热连接至所述管子(40)的多个制热盘管(44)；以及连接至所述管子(40)的多个热电热泵(62)，其中对所述传热流体进行调节，以在所述客舱的多个不同点处控制所述客舱的温度。
2. 如权利要求1所述的系统(38),其特征在于，所述系统(38)包 括第一制热循环(15)及第二制冷循环(86)。
3. 如权利要求1所述的系统(38),其特征在于，所述系统(38)具 有用于感测所述客艙的温度状态的传感器，且其中至少部分地根据所 述传感器的输出而对所述传热流体进行调节，以控制所述客舱的温 度。
4. 如权利要求2所述的系统(38)，其特征在于，在所述制热循环 (15)中，所述传热流体将热量传递给所述客舱。
5. 如权利要求2所述的系统(38),其特征在于，在所述制冷循环 (86)中，在第一点处将热量传递给第二传热流体，且其中所述第二传 热流体在第二点(74)处将所迷热量排;改至周围环境中。
6. 如权利要求1所述的系统(38)，其特征在于，所述多个热电热 泵C62)分别连接至电源。
7. 如权利要求6所述的系统(38)，其特征在于，可对所述多个热 电热泵(62)中的每一者进行选择性调节，以接收预定大小的电流。
8. —种用于在具有发动机(12)的车辆中控制客舱的温度的系统 (38)，所述系统(38)包括用于从发动机(12)接收传热流体的管子(40),所述管子(40)形成第 一回路(15)及第二回路(86);热连接至所述管子(40)的多个制热盘管(44);以及连接至所述管子(40)的多个热电热泵(62)，其中对所述传热流体进行调节，以在所述客舱的多个不同点处控制所述客舱的温度，其中 在所述第一回路(15)中，所述传热流体将来自所述发动机(12)的热量传递给所述客抢中的所述多个制热盘管(44),且其中在所述笫二回路(86) 中，所述多个热电热泵(62)接收电能以将热量从所述客舱中吸取至所 述第二回路(86)中的第二传热流体，所述被吸取的热量被排出(74， 82) 至所述客舱外的周围环境中。
9. 如权利要求8所述的系统(38)，其特征在于，所述系统(38)是 改型至所迷车辆上。
10. 如权利要求8所述的系统(38),其特征在于，所述温度受传 感器控制，所述传感器在所述第一回路(15)与所述第二回路(86)之间进 行调节。
11. 如权利要求8所述的系统(38)，其特征在于，所述热电热泵(62) 设置于所述客舱中的多个不同位置处，所述多个不同位置与多个乘客 位置互补。
12. 如权利要求8所述的系统(38)，其特征在于，可对所述多个 热电热泵(62)中的每一者进行选择性调节，以接收预定大小的电流。
13. —种用于在具有发动机(l2)的车辆中控制客舱的温度的系统 (38)，所述系统(38)包括用于从发动机(12)接收传热流体的管子(40)，所述管子(40)形成第 一客艙回路(l5)及第二封闭回路(78),所述第二封闭回路(78)返回至所 述发动机(12);热连接至所述第一客舱回路(15)的多个制热盘管(44);以及 连接至第三回路(86)的多个热电热泵(62)，其中对所述传热流体进行调节，以在所迷客舱的多个不同点处控 制所述客舱的温度，其中在所述第一回路(15)中，所迷传热流体将来自所述发动机(12) 的热量传递给所述客舱中的所述多个制热盘管(44)，其中在所述第二回路(78)中，所述传热流体返回至所述发动机(12)，其中所述第三回路是乘客制冷回路(86),其中所述多个热电热泵 (62)接收电能以将热量从所述客輪中吸取至所述第三制冷回路(86)中， 所述第三乘客制冷回路(86)中所述被吸取的热量被排出至周围环境 (76)中。
14. 一种用于在具有发动机(12)的车辆中控制客舱的温度的方 法，所述方法包括提供第一制热回路(15);使传热流体从所述发动机(12)循环至与多个制热盘管(44)进行热 连通的所述第一制热回路(15);以及使所述传热流体在进一步与多个热电热泵(66)热连通的所述第一 制热回路(15)中循环，以对所述客舱进行制热，其中所述第一制热回 路(15)中的所述传热流体返回至所述发动机(12)。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步 骤使第二传热流体在第二制冷回路(86)中进行循环，以对所述客舱 进行制冷。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二制冷回路 (86)使所述第二传热流体与接收电流的所述多个热电热泵(62)热连通 地进行循环，且其中所述第二制冷回路(86)从所述客舱中吸取热量， 所述第二制冷回路(86)将所述热量(76)释放至所述客舱外的周围环境 中。
17. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括下列步 骤探测所述客舱的温度并有选择地使所述传热流体在所述第一回路 (15)中循环或使所述第二传热流体在所述第二制冷回路(86)中循环，且 进一步包括下列步骤当在所述第二制冷回路(86)中循环时，使所迷 传热流体返回至所述发动机(78)。
18. —种用于控制客舱的温度的系统(38),所述系统(38)包括 多个回路(15， 78, 86)，其具有具有第一流体的第一回路(78)，其是来往于发动机(12)间的返回回路；与所述第一流体连通的第二回路(15)，其具有至少一个制热盘管(44)及至少一个热电热泵(62);以及 具有第二流体的第三制冷回路(86),其与所述至少 一 个热电热泵(62) 连通；以及调节器，其用于启动所述第一至第三回路(15， 78， 86)，其中在 所述客舱的多个不同点处对所述客舱的温度进行控制。
19. 一种如本文前面参照附图中图2至图3的任一者所述的用于 控制客舱的温度的方法。
20. —种如本文前面参照附图中图2至图3的任一者所述的用于 控制客舱的温度的设备(3 8)。
全文摘要
本发明提供一种用于控制客舱温度的系统，其具有用于从发动机接收传热流体的管子及热连接至所述管子的若干个制热盘管。所述系统还具有连接至所述管子的若于个热电热泵。对传热流体进行调节，以控制客舱中若干个不同点处的客舱温度。
文档编号F25B27/00GK101238335SQ200580051299
公开日2008年8月6日 申请日期2005年6月24日 优先权日2005年6月24日
发明者H·M·里夫 申请人:开利公司