使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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生動力，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體。
【專利說明】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]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2015年2月9日提交的韓國專利申請第10-2015-0019292號的優(yōu)先權，該申請的全部內容結合于此，用于通過該引用的所有目的。
技術領域
[0003]本發(fā)明的示例性實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行冷卻時，使用冷卻期間產生的熱量以便產生功率。
【背景技術】
[0004]通常地，控制車輛溫度的空氣調節(jié)裝置被稱為加熱通風和空氣調節(jié)(HVAC)裝置?？諝庹{節(jié)裝置根據(jù)加熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)來控制車輛的車內空氣，所述加熱系統(tǒng)增加車輛的車內溫度，而所述冷卻系統(tǒng)降低車輛的車內溫度。
[0005]在車輛冷卻系統(tǒng)當中的空氣調節(jié)器系統(tǒng)配置成主要包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等，所述壓縮機壓縮空氣調節(jié)器氣體，所述冷凝器將壓縮的空氣調節(jié)器氣體冷凝。車輛的常規(guī)空氣調節(jié)器系統(tǒng)以與普通住宅空氣調節(jié)器相同的原理運行。然而，與普通住宅空氣調節(jié)器不同的是，在操作空氣調節(jié)器時，車輛的空氣調節(jié)器系統(tǒng)使用發(fā)動機功率(機械功率)并通過操作空氣調節(jié)器壓縮機來獲得冷卻功率，所述空氣調節(jié)器壓縮機通過傳動帶連接到發(fā)動機。此外，電動車輛使用電力而非發(fā)動機功率(機械功率)來使得電機旋轉，從而驅動空氣調節(jié)器壓縮機，以便獲得冷卻功率。然而，如上所述的車輛的常規(guī)空氣調節(jié)器系統(tǒng)分開消耗機械功率或電功率，因此具有燃料效率降低的問題。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循環(huán)，因此可能由于氣體制冷劑在車輛維護等期間泄露而發(fā)生環(huán)境污染。
[0006]為了解決如上所述的車輛的空氣調節(jié)器系統(tǒng)的問題，已經開發(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生電動勢的現(xiàn)象(塞貝克效應)的設備，是利用響應于電流等而吸收或產生熱量的現(xiàn)象(珀爾帖效應)的設備(珀爾帖設備)。
[0007]塞貝克效應是在兩種金屬的兩端彼此連接并且設定為處于不同溫度時產生電動勢的現(xiàn)象，塞貝克設備是熱電偶并用來測量溫度。珀爾帖效應是這樣的現(xiàn)象，在兩種金屬的兩端彼此連接并且電流在兩端流動時，根據(jù)電流方向而在一端吸收熱量并且在另一端產生熱量。
[0008]如上所述的使用熱電模塊的車輛的冷卻系統(tǒng)具有比車輛的現(xiàn)有的空氣調節(jié)器系統(tǒng)更簡單的結構，從而降低系統(tǒng)重量。此外，使用熱電模塊的車輛的冷卻系統(tǒng)具有的優(yōu)點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題。
[0009]公開于本發(fā)明背景部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現(xiàn)有技術。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明的各個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)點可以通過如下說明進行理解，并通過參照本發(fā)明的示例性實施方案而變得清楚。而且，對于與本發(fā)明相關的本領域技術人員明顯的是，可以通過所要求的權利要求及其組合的方式實現(xiàn)本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，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生動力，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體。
[0013]所述熱電模塊可以設置在所述壓力栗和所述加熱裝置之間以在施加有電流時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熱器，所述加熱器配置成使用加熱了的發(fā)動機冷卻水來加熱工作流體，所述過熱器配置成使用來自發(fā)動機排放氣體的熱量加熱工作流體。
[0015]冷卻系統(tǒng)可以進一步包括:熱交換器，其配置成通過熱介質通道連接到熱電模塊的低溫單元。
[0016]冷卻系統(tǒng)可以進一步包括:發(fā)電機，其配置成將從所述膨脹器產生的動力轉換成電流。
[0017]冷卻系統(tǒng)可以進一步包括:電池，其配置成將從所述發(fā)電機產生的電流存儲，并將電流供應至所述熱電模塊。
[0018]冷卻系統(tǒng)可以進一步包括:電流控制器，其配置成連接到所述電池以控制供應至所述熱電模塊的電流。
[0019]冷卻系統(tǒng)可以進一步包括:控制器，其配置成將由測量器測量的車內溫度與由傳感器感測的冷卻設定溫度進行比較，以便控制電流控制器，所述測量器測量車內溫度，所述傳感器感測冷卻設定溫度。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，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:測量車內溫度并感測冷卻設定溫度(SlOO);將測量的車內溫度與感測的冷卻設定溫度進行比較(S200);通過控制供應至熱電模塊的電流冷卻內部(S300);以及通過蘭金循環(huán)產生供應至熱電模塊的電流(S400)。
[0021]該比較(S200)可以包括:確定測量的車內溫度是否超過感測的冷卻設定溫度的第一確定步驟(S210)以及如果確定測量的車內溫度沒有超過感測的冷卻設定溫度則確定測量的車內溫度是否小于感測的冷卻設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)中確定測量的車內溫度超過感測的冷卻設定溫度則增加供應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)中確定測量的車內溫度小于感測的冷卻設定溫度則減少供應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)中確定測量的車內溫度不小于感測的冷卻設定溫度則保持供應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]該產生(S400)可以包括:通過壓力栗抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內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生動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)中產生的功率轉換成電流的產生步驟(S450)。
[0024]如上所述根據(jù)，本發(fā)明的示例性實施方案，當使用熱電模塊來冷卻車輛的內部時，通過使用在利用熱電模塊進行車內冷卻期間產生的熱量以及利用蘭金循環(huán)產生的功率，可以在進行車內冷卻時使能量消耗最小化。
[0025]此外，可以通過控制供應至熱電模塊的電流來精確地控制車內溫度。
[0026]此外，通過比應用現(xiàn)有空氣調節(jié)器系統(tǒng)和蘭金循環(huán)系統(tǒng)每一個的情況更加地簡化系統(tǒng)，可以使重量減少并使成本降低。
[0027]此外，可以通過去除空氣調節(jié)器系統(tǒng)(特別地是空氣調節(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，這些特性和優(yōu)點從并入本文中的附圖和隨后的具體實施方案中將是顯而易見的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實施方案中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方案共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。
【附圖說明】
[0029]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實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)明的另一個示例性實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)明的另一個示例性實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)明的另一個示例性實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]應當了解，附圖并非按比例地繪制，而是圖示性地簡化呈現(xiàn)各種特征以顯示本發(fā)明的基本原理。本文所公開的本發(fā)明的具體設計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用和使用的環(huán)境來確定。
[0035]在這些附圖中，在貫穿附圖的多幅圖形中，附圖標記指代本發(fā)明的相同或等效的部分。
【具體實施方式】
[0036]現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的各個具體實施方案，其實施例在附圖中進行說明并如下進行描述。雖然本發(fā)明與示例性實施方案相結合進行描述，但是應當了解，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方案。相反，本發(fā)明旨在不僅涵蓋示例性具體實施方案，也涵蓋包含于如權利要求書限定的本發(fā)明的實質和范圍內的各種變化、改變、等同和其他具體實施方案。
[0037]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示例性實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。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實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絕熱變化和兩個等壓變化的循環(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和過熱器220，加熱器210配置成使用加熱了的發(fā)動機冷卻水來加熱工作流體，而過熱器220配置成使用來自發(fā)動機排放氣體的熱量來加熱工作流體。也即，加熱裝置200使用排放熱(由發(fā)動機冷卻水從散熱器排出的能量、高溫發(fā)動機排放氣體的熱量等)來加熱工作流體，從而如下所述地產生電能。由于發(fā)動機排放氣體的溫度高于加熱了的發(fā)動機冷卻水的溫度，因此，加熱器210優(yōu)選地放置在過熱器220的依據(jù)工作流體的流動方向的前面。
[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生動力，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通過工作流體流經的工作流體通道10與彼此連通。
[0041]熱電模塊500具有安裝在其一個表面上的高溫單元510，安裝在其另一個表面上的低溫單元520，以及嵌入在其中間的半導體530。當對熱電模塊500施加電流時，在高溫單元510和低溫單元520之間產生溫度差異。通過使用該溫度差異，車輛的內部得以冷卻，并且工作流體被加熱，以產生功率。熱電模塊500設置在壓力栗100和加熱裝置200之間。因此，當對熱電模塊500施加電流時，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通過熱介質通道20連接到熱電模塊500的低溫單元520。因此，當對熱電模塊500施加電流時，低溫單元520冷卻在熱介質通道20內的熱介質，并且將冷卻的熱介質引入熱交換器600中，以與車內空氣交換熱量，從而冷卻車輛的內部。
[0043]圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實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)明的另一個示例性實施方案的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)進一步包括發(fā)電機700、電池800、電流控制器900、測量器1000、傳感器1100以及控制器1200。
[0044]發(fā)電機700將產生自膨脹器300的動力轉換成電流，并且電池800存儲產生自發(fā)電機700的電流并將電流供應至熱電模塊500。
[0045]電流控制器900連接到電池800以控制供應至熱電模塊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，以控制通過熱介質通道20連接到熱電模塊500的低溫單元520的熱交換器600的車內冷卻性能。
[0046]控制器1200將由測量器1000測量的車內溫度與由傳感器1100感測的冷卻設定溫度進行比較，以便控制電流控制器900，其中測量器1000測量車內溫度，傳感器1100感測冷卻設定溫度。
[0047]圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實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)明的另一個示例性實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。參照圖3和圖4，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實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:測量車內溫度并感測冷卻設定溫度(S100)，將測量的車內溫度與感測的冷卻設定溫度進行比較(S200)，通過控制供應至熱電模塊500的電流來進行內部冷卻(S300)，以及通過蘭金循環(huán)產生供應至熱電模塊500的電流(S400)。
[0048]該比較(S200)包括:確定測量的車內溫度是否超過感測的冷卻設定溫度的第一確定步驟(S210)以及如果確定測量的車內溫度沒有超過感測的冷卻設定溫度則確定測量的車內溫度是否小于感測的冷卻設定溫度的第二確定步驟(S220)。也即，控制器將設定的冷卻設定溫度與當前車內溫度比較，以確定是否增加用于車內冷卻的功率以降低車內溫度，或者確定是否降低用于車內冷卻的功率以提高車內溫度。
[0049]該冷卻(S300)包括:如果在第一確定步驟(S210)中確定測量的車內溫度超過感測的冷卻設定溫度則增加供應至熱電模塊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)中確定測量的車內溫度小于感測的冷卻設定溫度則減少供應至熱電模塊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)中確定測量的車內溫度不小于感測的冷卻設定溫度則保持供應至熱電模塊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，如果確定測量的車內溫度超過感測的冷卻設定溫度，由于需要降低車內溫度，所以需要提高供應至熱電模塊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的熱介質通道內的熱介質的溫度也降低，因此熱交換器600可以使用低溫熱介質進一步降低車內溫度。與此同時，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)產生的功率，從而，可以在執(zhí)行車內冷卻的同時使能量消耗最小化。
[0051]此外，如果確定測量的車內溫度小于感測的冷卻設定溫度，由于不再需要降低車內溫度，因此需要減少供應至熱電模塊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在熱介質通道內的熱介質的溫度也提高，從而熱交換器600可以由于相對高溫的熱介質而不再降低車內溫度。
[0052]此外，當測量的車內溫度等于感測的冷卻設定溫度時，為保持當前的車內溫度，保持供應至熱電模塊500的電流。
[0053]該產生(S400)包括:通過壓力栗100抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內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生動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)中產生的動力轉換成電流的產生步驟(S450)。
[0054]也即，功率在蘭金循環(huán)中的膨脹步驟(S430)中產生，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，在產生步驟(S450)中，使用產生的功率來產生電流。
[0055]產生的電流可以直接供應至熱電模塊500或可以通過電池800供應至熱電模塊500。從而執(zhí)行了冷卻，所述冷卻通過供應至熱電模塊500的電流執(zhí)行(S300)。
[0056]在冷卻(S300)中，當將電流供應至熱電模塊500時，高溫單元510的溫度增加，同時低溫單元520的溫度降低。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，高溫單元510產生的熱能并不作為廢熱排出，而是用來在蘭金循環(huán)中的加熱步驟(S420)中加熱工作流體。因此，本發(fā)明的示例性實施方案可以確保能量效率遠高于現(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。參照圖5，將蘭金循環(huán)效率設定為12%，將膨脹器效率設定為80%，將現(xiàn)有空氣調節(jié)器系統(tǒng)的性能系數(shù)(COP)設定為3.5，將熱電冷卻系統(tǒng)的COP設定為2.7，并且將在電-機械功率轉換時的效率設定為80%。考慮了這樣的情況，即，將除了冷卻負荷之外的外部可以供應的熱能設定為20kW，并且將冷卻負荷設定為2.0kW和3.5kW。參照圖5可以理解的是，在現(xiàn)有空氣調節(jié)器系統(tǒng)中的冷卻負荷為2.0kff的普通車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的機械功率(發(fā)動機功率)大約為0.6kW，而在電動車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的電功率大約為0.71kW。此外，可以理解的是，在現(xiàn)有空氣調節(jié)器系統(tǒng)中的冷卻負荷為3.5kff的普通車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的機械功率(發(fā)動機功率)大約為1.0kW，而在電動車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的電功率大約為
1.25kff0
[0058]參照圖5可以理解的是，在現(xiàn)有的僅使用熱電模塊的冷卻系統(tǒng)的冷卻負荷為
2.0kff的電動車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的電功率大約為0.74kW，而在普通車輛中，消耗的機械功率(發(fā)動機功率)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)中的冷卻負荷為3.5kff的電動車輛中，消耗的電功率大約為1.44kW，而在普通車輛中，消耗的用于驅動壓縮機等的機械功率(發(fā)動機功率)大約為1.8kW。
[0059]與此對應，當在應用本發(fā)明的車輛中的冷卻負荷為2.0kff時，消耗了用于冷卻的電力，但是通過蘭金循環(huán)產生了功率，因此在普通車輛的情況下，產生了大約0.4kW的功率，而在電動車輛的情況下，產生了大約0.34kW的功率。此外，當在應用本發(fā)明的車輛中的冷卻負荷為3.5kff時，消耗了用于冷卻的電功率，但是通過蘭金循環(huán)產生了機械動力，因此在普通車輛的情況下，消耗了大約0.3kW的功率，而在電動車輛的情況下，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輛的內部，并且在使用熱電模塊進行車內冷卻期間，使用在利用蘭金循環(huán)產生功率時產生的熱量，從而在進行車內冷卻時使能量消耗最小化。
[0061]前述示例性實施方案僅僅是允許與本發(fā)明相關的本領域普通技術人員(下文中被稱為本領域技術人員)容易實施本發(fā)明。相應地，本發(fā)明并不限于前述示例性實施方案和所附附圖，因此，本發(fā)明的范圍并不限于前述示例性實施方案。相應地，將本領域技術人員而言明顯的是，在不脫離由所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行的替換、修改和變更也屬于本發(fā)明的范圍。
【主權項】
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生動力，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體。2.根據(jù)權利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，其中熱電模塊設置在壓力栗和加熱裝置之間以在施加有電流時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)動機冷卻水來加熱工作流體；以及 過熱器，其配置成使用來自發(fā)動機排放氣體的熱量來加熱工作流體。4.根據(jù)權利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進一步包括: 熱交換器，其通過熱介質通道連接到熱電模塊的低溫單元。5.根據(jù)權利要求1所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進一步包括: 發(fā)電機，其配置成將膨脹器產生的動力轉換成電流。6.根據(jù)權利要求5所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進一步包括: 電池，其配置成將從發(fā)電機產生的電流存儲，并將電流供應至熱電模塊。7.根據(jù)權利要求6所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進一步包括: 電流控制器，其連接到電池以控制供應至熱電模塊的電流。8.根據(jù)權利要求7所述的使用蘭金循環(huán)和熱電模塊的冷卻系統(tǒng)，進一步包括: 控制器，其配置成將由測量器測量的車內溫度與由傳感器感測的冷卻設定溫度進行比較，以便控制電流控制器，所述測量器測量車內溫度，所述傳感器感測冷卻設定溫度。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: 測量車內溫度并感測冷卻設定溫度； 將測量的車內溫度與感測的冷卻設定溫度進行比較； 通過控制供應至熱電模塊的電流來對內部進行冷卻；以及 通過蘭金循環(huán)來產生供應至熱電模塊的電流。10.根據(jù)權利要求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，其中所述將測量的車內溫度與感測的冷卻設定溫度進行比較的步驟包括確定測量的車內溫度是否超過感測的冷卻設定溫度的第一確定步驟。11.根據(jù)權利要求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，其中所述通過控制供應至熱電模塊的電流來對內部進行冷卻的步驟包括當在第一確定步驟中確定測量的車內溫度超過感測的冷卻設定溫度時，增加供應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，其中所述將測量的車內溫度與感測的冷卻設定溫度進行比較的步驟包括在確定測量的車內溫度沒有超過感測的冷卻設定溫度時，確定測量的車內溫度是否小于感測的冷卻設定溫度的第二確定步驟。13.根據(jù)權利要求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，其中所述通過控制供應至熱電模塊的電流來對內部進行冷卻的步驟包括當在第二確定步驟中確定測量的車內溫度小于感測的冷卻設定溫度時，減少供應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，其中所述通過控制供應至熱電模塊的電流來對內部進行冷卻的步驟包括當在第二確定步驟中確定測量的車內溫度不小于感測的冷卻設定溫度時，保持供應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，其中所述通過蘭金循環(huán)來產生供應至熱電模塊的電流的步驟包括通過壓力栗抽吸并壓縮在蘭金循環(huán)內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，其中所述通過蘭金循環(huán)來產生供應至熱電模塊的電流的步驟包括通過熱電模塊的高溫單元和加熱裝置來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，其中所述通過蘭金循環(huán)來產生供應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生動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，其中所述通過蘭金循環(huán)來產生供應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，其中所述通過蘭金循環(huán)來產生供應至熱電模塊的電流的步驟包括將在膨脹步驟中產生的動力轉換成電流的產生步驟。
【文檔編號】F25B49/02GK105865077SQ201510472176
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年8月5日
【發(fā)明人】樸東遠, 曺珍喜
【申請人】現(xiàn)代自動車株式會社