分配式热电加热和冷却的系统和方法
2020-01-14

分配式热电加热和冷却的系统和方法

一种提供分配式局部加热、冷却或加热且冷却的热电系统(100)和方法。该热电系统(100)包括多个热电组件(120)。每个热电组件(120)包括多个热电元件(122),且每个热电组件与第一工作流体(112)热连通并与对应于热电组件(120)的区域(130)热连通。每个热电组件(120)可选择性操作,以便通过将热从第一工作流体(112)转移到对应于热电组件(120)的区域(130)从而加热对应于热电组件(120)的区域(130),或通过将热从对应于热电组件(120)的区域(130)转移到第一工作流体(112)而冷却对应于该热电组件(120)的区域(130)。每个热电组件(120)可独立于多个热电组件中其他热电组件而操作。

图7A和图7B示意地示出示例性TE组件220的示例的两个示图,其用在热电系统100中用于汽车通风、加热和冷却。在某些实施例中,热电系统100的一个或更多个TE组件220具有经由多个连接器223与多个TE元件222热连通的液体热交换器224和空气热交换器225。在某些实施例中,液体热交换器224和空气热交换器225中的至少一者采用热绝缘和/或高密度设计和构造(如,美国专利No.6,539,725和No.6,625,990中所述,这两个专利全部被包括在此以供参考)。有利地,在某些实施例中,可以使用被铜焊在两个铝面板之间的铝散热片来构造空气热交换器225,并且液体热交换器224可由挤出铝管(extrudedaluminumtube)制造。空气226流经空气热交换器225,且在该例子中,流经液体热交换器224的液体工作流体212是乙二醇和水的50/50混合物,但在其他例子中也使用其他液体或气体。

Feher说明的(1990年5月8日公布的“CoolingandHeatingSeatPadContruction”,美国专利号No.4,923,248)气候受控的座椅系统(CCSTM)通过将加热和冷却设备嵌入占用者座椅靠背和坐垫中从而为分配式加热和冷却提供了热电系统,然而,这仅部分解决占用者的舒适性需求,因为人体要求加热和冷却不接触座椅和靠背的表面。此外,设备的热容量受到利用空气作为唯一工作流体的限制,因为空气热容(heatcapacity)低。

在某些实施例中,一个或更多个导管可通过一个或更多个阀门选择性地流体连接到车辆引擎冷却剂回路或辅助冷却散热器。在某些实施例中,一个或更多个导管被一个或更多个阀门流体连接到与车辆电池或车辆燃料箱热连通的热交换器。

在某些实施例中,第二工作流体126与第一工作流体112相同,但在某些其他实施例中,第二工作流体126与第一工作流体112不同(例如具有不同材料或相)。例如,在某些实施例中,第一工作流体112和第二工作流体126中的至少一者是液体。在某些实施例中,第一工作流体112和第二工作流体126中的一者是液体(如水),而另一者是气体(如空气)。在某些实施例中,其中第二工作流体126包括气体,热电系统100进一步包括一个或更多个风扇,所述风扇驱动第二工作流体126从对应于TE组件120的区域130流动到要冷却或加热的体积。在某些实施例中,热电系统100的各TE组件120的第二工作流体126可以彼此相同或不同。例如,对于热电系统100中每个TE组件120,第二工作流体126可基于对应于TE组件120的目标区域130的特征来选择。在冷却模式中,第二工作流体126在通过TE组件120时被冷却,并且在加热模式中,第二工作流体126在通过TE组件120时被加热。在某些实施例中,第二工作流体126被用来汲取或输送热功率到分配式系统中的目标区域130。

乘用车已经开始采用局部热管理从而改善乘客的舒适性,然而这样的系统依靠集中式A/C系统,但集中式A/C系统由于过多容量功率被用来调节不重要的结构元素(包括地板、窗户、头顶内衬等等)而导致能量效率不取决于需要。热电系统已经开始被用来解决这些问题;然而,其设计和构造使得其效率和成本无法被商业接受。

在某些实施例中,预调节所述至少一个区域包括在占用者/乘坐者进入车辆乘客室之前冷却或加热车辆乘客室的至少一部分。在某些实施例中,预调节所述至少一个区域包括将车辆乘客室的至少一部分冷却到冷凝温度以下以便从乘客室除去水蒸气。在某些实施例中,预调节所述至少一个区域包括将车辆的电池设置在最佳温度。在某些实施例中,预调节所述至少一个区域包括将车辆的催化转换器设置在最佳温度。

在某些实施例中,利用辅助功率源(如电池、电容器、燃料电池、太阳能电池、飞轮和/或任何其他功率源),热电系统100可在电功率主源关闭(如引擎关闭操作)的时间段上在车辆中或其他应用中运转。

在某些实施例中,第一工作流体包括水并可依次流过多个热电组件。某些实施例的第一工作流体平行流过多个热电组件中的至少一些热电组件。

在某些实施例中,提供了加热、冷却或加热且冷却车辆局部的方法。该方法包括提供热电系统,该热电系统包括经配置允许第一工作流体在其中流动的至少一个流体导管和多个热电组件。每个热电组件包括多个热电元件。每个热电组件与第一工作流体热连通并与对应于热电组件的车辆区域热连通。每个热电组件可选择性地操作以通过将热从第一工作流体传递到对应于热电组件的区域而加热对应于热电组件的区域,或通过将热从对应于热电组件的区域传递到第一工作流体而冷却对应于热电组件的区域。每个热电组件可独立于多个热电组件的其他热电组件的操作而操作。该方法进一步包括通过操作热电系统的至少一个热电组件来预调节车辆的至少一个区域。

在某些实施例中,每个热电组件包括与第一工作流体热连通的第一侧和与第二工作流体热连通的第二侧,并经配置在第一侧和第二侧之间传递热。在某些实施例中,第二工作流体与第一工作流体相同,但在某些其他实施例中,第二工作流体不同于第一工作流体。例如,第一工作流体可以是水,而第二工作流体可以是空气。在某些实施例中,第一工作流体和第二工作流体中的至少一者是液体(例如水)。在某些实施例中,第一工作流体和第二工作流体中的一者是液体(例如水),而另一者是气体(例如空气)。

附图说明

在加热模式中,空气处理器单元通过相同的分配系统来提供加热,并承受类似于A/C系统的损耗,因为大部分加热空气被用来加热乘客舱内除乘坐者之外的各种元件。而且,因为引擎冷却液的废热被用来加热乘坐者,所以响应时间慢。对于小引擎高效车辆,如柴油机车和混合动力车,尤为如此。这种情况已经被人们认识到,且正温度系数(PTC)加热器被用来补充引擎冷却液加热。然而,这类设备效率低。

高的设备和系统效率和容量;以及

本申请要求2007年5月25日提交的美国临时申请No.60/940,372和2007年7月31日提交的美国临时申请No.60/953,157的权益,这两个临时申请的全部内容被包括在此以供参考。