CN104169556B - 用于车辆的热传递的方法和*** - Google Patents

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Abstract

说明了一种用于车辆(10)的热传递的***(20)和方法。在此将包含在车辆(10)的废气(3)中的废热存储在车辆(10)的储热器(1)中。存储在储热器(1)中的热能被传导到至少一个热沉(11‑16)处。储热器(1)可与该至少一个热沉(11‑16)热耦合和热退耦。在耦合的状态中来调整每单位时间将多少热量传导至该至少一个热沉。

Description

用于车辆的热传递的方法和***
技术领域
本发明涉及一种方法和一种***，以便尤其将车辆的废热针对性地用于加热车辆的确定区域。
背景技术
文件DE 197 01 134 A1说明了一种蓄热元件，其布置成集成到室内通风中。
文件WO 95/16175公开了一种在车辆的空气分配***中的储热装置。在此说明了一种用于存储热量的相变材料。
文件EP 0 185 009 B1公开了一种带有作为储热器的存储热量的材料的舱壁(Kapselwand)，以便将所存储的热量发出到内燃机处。
即使对于现代车辆平均在燃料中存在的能量的多于70%作为废热未被利用地散失到周围环境处。
发明内容
因此本发明提出更合理地使用这些根据现有技术未利用的能量的目的。
根据本发明，提出一种用于车辆的热传递的方法，
其中，将包含在所述车辆的废气中的废热存储在所述车辆的储热器中，
其中，存储在所述储热器中的热能被传导到至少一个热沉处，
其中，所述储热器与至少一个所述热沉能够热耦合和热退耦，并且
其中，在耦合的状态中将被传导至至少一个所述热沉的每单位时间热量调整到预定的值上。还提出一种用于车辆的热传递的***，
其中，所述***包括储热器、至少一个换热器和至少一个阀，
其中，所述***设计成借助于至少一个所述换热器将包含在所述车辆的废气中的废热存储在所述储热器中，
其中，所述***设计成将所述储热器与至少一个热沉热耦合和热退耦，以便由此将存储在所述储热器中的热能传导到至少一个所述热沉处，
所述***设计成借助于至少一个所述阀将被传导至至少一个所述热沉的每单位时间热量调整到预定的值上。
在本发明的范围中提供了一种用于车辆的热传递的方法。在此，在车辆的废气中存在的废热被存储在车辆的储热器中。存储在储热器中的热能然后针对地被传导到热沉(Wärmesenke)组中的一个或多个热沉处。对此可将储热器与一个或与多个热沉热耦合和热退耦。在耦合状态中(储热器与一个或多个热沉相联结)可来调整每单位时间多少热量被传导至相应的热沉。以此，可能对于每个热沉单独地精确调节分别可供使用的热功率。
因为根据现有技术未经利用被发出到周围环境处的废热被存储在储热器中且接着被发出到冷却水、变速器油、发动机油、变速器、内燃机、蓄能器和/或内燃机的增压空气处，废热有利地比这根据现有技术的情况被更合理地使用。在此，冷却水的加热也间接地使乘客舱的迅速加热成为可能，因为由此例如来加热用于室内空调的空气质量流。与冷的增压空气相比，增压空气的预热有利地导致排放减少。
因此，用于热传递的根据本发明的方法包括以下变体：
•将热流从储热器引导至一个或多个热沉。
•将热流从热源(例如废气-换热器)引导至储热器。
•将热流从一个或多个热源引导至一个或多个热沉。
每单位时间被引导至确定的热沉的热量的预定值平均可为10至30kW(例如20kW)，其中，在热流开始之后的最初几秒(例如10秒)中40至50kW的最大功率也是可能的。为了最大的消耗效果，在发动机起动之后或在行驶开始之后小于4分钟中(例如在3分钟中)储热器卸载(Waermespeicherentladung)可以是可能的。为了最大的舒适效果，追求在尽可能长的时间上尽可能恒定的5至7kW的热流。在此，该恒定的热流尤其相应于车辆的室内供暖的换热器的最大功率。
优选地根据试验结果来确定每单位时间多大的热流被引导至哪个热沉的设置。此外可能根据优化方法来进行该设置。为此，模拟车辆的热特性且根据一定的(可选地可由驾驶员权衡的)标准(最少燃料消耗、最大室内舒适性等)确定最佳策略，其然后规定该设置。在此，整个热流(至所有热沉)起初(也就是说在热流开始时)通常由储热器而在进一步的过程中尤其由热沉(例如冷却剂、冷却水、变速器油)的温度调节来限制。
该组热沉尤其包括以下元件：
•车辆的冷却水，
•车辆的变速器的变速器油，
•车辆的内燃机的发动机油，
•车辆的变速器，
•车辆的内燃机，
•车辆的蓄能器(例如电池)，
•车辆的燃料电池，
•车辆的一个或多个座位，
•尤其用于驱动车辆的电动机，
•车辆的增压空气冷却器，
•车辆的一个或多个电子部件，
•车辆的功率电子装置，
•内燃机的增压空气，以及
•将所供应的热量转换成其它能量形式(例如机械能、电能)或寒冷(Kaelte)的热沉。
在此，作为将所供应的热量转换成其它能量形式的热沉例如可应用热力机器或热电发电机。此外，热沉(例如吸收制冷设备)也可使用被供应给其的热量来产生寒冷，以便以所产生的寒冷例如实现空气调节或增压空气冷却。
借助于储热器可能使被供应给相应的热沉的热功率平滑且稳定，这尤其在应用热力机器作为热沉时是有利的。
为了将热能由储热器传导至(多个)热沉，作为传递介质可使用导热油(Thermoöl)或热油(Thermalöl)，其直至200℃(优选地直到250℃)的温度是化学稳定的。例如，90%的或优选地100%的乙醇可被用作传递介质或导热油。
使用传递介质用于热传递例如避免了以废气和冷却剂在时间上交替地或同时流经储热器。此外，传递介质与储热器一起允许实现独立的、在较高温度水平(例如250℃)上工作的中间循环。由于使用即使在高温下也稳定的导热油，导热油几乎不挥发，因此其有利地很少须被补充。
在一优选的根据本发明的实施形式中将储热器与一个或多个热沉热耦合，其中，该热耦合取决于：
•由车辆尚待经过的路程，和/或
•关于车辆的周围环境的信息
实现。
通过预见性的路程和周围环境信息(例如待期待的剩余行驶持续时间、车辆的就在前的负荷轮廓(Lastprofil)、周围环境的温度，以确定在室内中的热需求)的该利用可有利地最佳地来控制热收支。
例如，在剩余行驶持续时间较短(例如小于3km)的情况中比在剩余行驶持续时间较长的情况中从储热器夺去更少的热能。在短途行驶(例如整个行驶路程小于5km)中，相比例如到变速器处，将存储在储热器中的热能的更大部分传导至内燃机(发动机油或直接到内燃机处)。与此相反，在车辆的峰值负荷即将来临时(例如由于待由车辆马上驶过的行驶路线的坡度)，相比到内燃机处，将存储在储热器中的热能的更大部分传导到变速器处。在此，在后面两个提及的示例中假定，内燃机和变速器都还未已处在运行温度上。
换言之，根据待由车辆行过的路程和关于周围环境的信息的热耦合使之成为可能，即针对性地来加热尚未处在运行温度上的车辆的区域，从而尤其来优化(车辆的乘客的)舒适性、磨损和燃料消耗。
储热器尤其包括相变材料，以便以此来存储热能。
(尤其在锂盐基上的)相变材料被用作潜热存储器，以便借助于(尤其从固态至液态的)相变来存储热力学能量。换言之，相变材料的可逆的热力学状态变化的焓被用于存储相应的热力学能量。储热器的高真空隔离那么还允许损失少的热能过夜的存储。
在本发明的范围中还提供一种用于车辆的热传递的***。在此，该***包括储热器、一个或多个换热器和一个或多个阀。利用该一个或多个换热器，一方面将包含在车辆废气中的废热从该废气夺取且存储在储热器中。另一方面，储热器可通过换热器中的一个或多个被与一个或与多个热沉热耦合和退耦，由此存储在储热器中的热能被传导到(多个)热沉处。借助于该一个或多个阀，该***能够给相应的热沉每单位时间精确地供应预定的热量。
根据本发明的***的优点大致相应于先前具体实施的根据本发明的方法的优点，从而此处放弃重复。
在此，作为阀有利地使用具有至少三个接口的通路阀(Wegeventil)，以便例如将经由第一接口或流动路径供应给阀的热流经由第二或者第三接口或流动路径导出。通过使用通路阀可精确地来配给被供应给通路阀的流体流的那些份额经由第二接口或流动路径被导出，其中，剩余的份额经由第三接口或流动路径被导出。如果第二接口与热沉相连接而第三接口与被引导从该热沉旁边经过的旁路路径或旁路相连接，利用该通路阀可非常精确地来配给每单位时间被供应给热沉的热量。
此外，根据本发明的***可包括管路网(Leitungsnetz)，在其中流动有传递介质，以便将储热器与该一个或多个热沉热耦合。
如先前已说明的那样，热沉-换热器可被用于借助于传递介质将储热器的热能传导到一个或到多个热沉处。
此外，该***可包括一个或多个阀且设计成使得借助于该一个或多个阀相应地来调整每单位时间从储热器至该一个或多个热沉的传递介质的流量。
通过使用阀相应地不仅可决定是否将热能从储热器传导至确定的热沉，而且此外可调整针对性地被发出到确定的热沉处的每单位时间的热能量。
按照一根据本发明的实施形式，***的管路网对于一个或对于该至少一个热沉-换热器的多个分别可具有旁路路径，经由其可导引传递介质从相应的热沉-换热器旁边经过。借助于阀那么可来调整流过相应的热沉-换热器的传递介质的每单位时间的第一量和流过相应的旁路路径的每单位时间的第二量。
换言之，如果管路网包括仅仅一个热沉-换热器，那么管路网根据先前所说明的根据本发明的实施形式可具有对于该热沉-换热器的旁路路径，经由其可受阀控制地导引传递介质从热沉-换热器旁边经过。而如果管路网包括多个热沉-换热器，例如也可这些热沉-换热器中的仅仅一个具有相应的旁路路径。在该情况中然而也可能的是，这多个热沉-换热器中仅一定个或所有这多个热沉-换热器具有分别由阀控制的旁路路径。
旁路路径的实现有利地使之成为可能，即管路网实现传递介质的循环，而为此无须强制地由传递介质流经每个热沉-换热器。
此外，该***尤其包括传递介质-平衡容器，其与管路网相联结。该传递介质-平衡容器设计成将在管路网中的传递介质的压力保持恒定。
通过传递介质-平衡容器，有利地可在较大的温度范围(例如-20℃直到250℃)中保持传递介质的压力恒定。
最后，在本发明的范围中提供一种车辆，其包括根据本发明的***。
驾驶员尤其影响热流从储热器到不同的热沉上的分配。在此，可在降低车辆的燃料消耗的热沉(例如发动机油、发动机冷却剂、变速器油)与提升车辆的驾驶员(和另外的乘客)的舒适性的热沉(例如发动机冷却剂、吸收制冷设备(见下面))之间进行区别。通过(手动的)优先设置(Priorisierung)(例如操作加热和/或空调设备调节器)可将热流无级地分配到相应的热沉上。
热流从储热器到降低车辆的燃料消耗的不同热沉上的分配有利地根据发动机运行点、环境温度、储热器的负荷状态、一定介质(例如传递介质、发动机油、变速器油、发动机冷却剂)的温度以及必要时根据当前驶过的路程和/或尚待经过的路程实现。关于热流分配的决定或者每单位时间哪些热量被供应给哪个热沉的确定在此可根据预应用的状态自动机(Zustandsautomaten)、根据神经元网络、根据特征场或根据持续更新的车辆模型(其模拟车辆的热特性)结合先前所说明的优化方法来进行或执行。
根据本发明的***包括已在内燃机起动之前或在行驶开始之前执行从储热器到一个或到多个热沉中的(完整的)热传递的可能性，其中，在该情况中优选地加热冷却剂、尤其发动机冷却剂。对于该情况，根据本发明的***尤其设计成如果内燃机不运转那么也实现在传递介质-冷却剂-换热器(例如冷却水-换热器)与内燃机之间的冷却剂体积流。为了该目的，例如可使用电气泵(例如水泵)来使冷却剂在传递介质-冷却剂-换热器与内燃机之间的冷却循环的支路中循环。
例如当存在以下条件中的一个或其组合时来执行在内燃机起动之前或在行驶开始之前从储热器到至少一个热沉中的热传递：
•车辆的点火被激活。
•车辆的中控锁被解锁。
•车辆的驾驶员车门被打开。
•车辆的远程控制的相应的信号(类似于在车辆的停车采暖(Standheizung)的情况中)被***接收。
•相应的SMS通过车辆的通讯装置被***接收。
•经由因特网来规定热传递的开始时间，其由根据本发明的***通过车辆的通讯装置来检测。
•例如通过车辆的车载电脑给***规定热传递的开始时间。
通过使仅当附加地满足以下先决条件中的一个、多个或所有时一定的或上面所提及的条件(尤其点火的激活、中控锁的解锁和驾驶员车门的打开)时那么才引起热传递的激活，可防止在内燃机起动之前或在行驶开始之前热传递的不期望的激活和因此储热器的不期望的或提前的卸载：
•自从内燃机的最后的解除激活所经过的时间间隔大于预定的时间间隔(例如1h)。
•当前的发动机温度小于预定的发动机温度(例如60℃)。
•当前的室内温度小于预定的室内温度(例如20℃)。
•热传递的开始时间关于日期和时间相应于由***习得的车辆的驾驶员的使用特征(Nutzungsprofil)。
在实际行驶开始或内燃机起动之前多于30分钟实现的热传递的任何激活可被视为热传递的不期望的激活或视为***的误触发。考虑先前所说明的先决条件例如有利地保证，在内燃机停止和车辆锁止之后10分钟再次解锁中控锁且打开驾驶门(例如因为移动电话被忘记在车辆中)的情况中，不发生根据本发明的热传递的激活。根据本发明的***在该情况中辨识出，自内燃机解除激活起经过太短的时间间隔或者内燃机尚处在其运行温度上或者臆想的开始时间不与所习得的使用特征相符，使得热传递有利地不被激活。
通过本发明有利地还减少车辆的燃料消耗，因为在冷起动阶段中的热量缺乏已在20℃的起动温度下导致在NEFZ(新欧洲行驶循环)中直到15%的额外消耗。在此，该百分比数据(15%)极强地取决于车辆、尤其车辆的驱动马达、实际的行驶循环和另外的边界条件。
本发明尤其适用于机动车。当然，本发明然而不限于该优选的应用领域，因为本发明例如也可应用在船舶、飞机以及轨道车辆或有轨车辆中。此外，本发明本身与前进运动工具(Fortbewegungsmittel)分离地例如也适合于位置固定的***(例如吊车)。
附图说明
下面根据优选的按照本发明的实施形式参考附图详细地来阐述本发明。
在图1中示出了带有废气-换热器和两个热沉-换热器和每个热沉-换热器一旁路路径的根据本发明的***，
在图2中示出了带有废气-换热器和两个热沉-换热器和每个热沉-换热器一旁路路径的根据本发明的***的另一变体，
在图3中示出了带有废气-换热器和两个热沉-换热器的根据本发明的***，其中，这两个热沉-换热器具有共同的旁路路径。
图4显示了带有废气-换热器和两个热沉-换热器和每个热沉-换热器一旁路路径的根据本发明的***的又一变体。
在图5中示意性地示出了带有根据本发明的***的根据本发明的车辆。
具体实施方式
图1显示了一种根据本发明的***20，其除了储热器1之外包括废气-换热器6、冷却水-换热器4和变速器油-换热器5。换热器4-6经由管路网相连接，在管路网中流动有传递介质或导热油2。辨识出，导热油2在循环中流动，其中，在流动方向上在储热器1之后冷却水-换热器4、变速器油-换热器5和废气-换热器6被流经。
在废气-换热器6被导热油2近似强制地流经期间，分别存在用于冷却水-换热器4和变速器油-换热器5的旁路路径24、25。利用在流动方向上布置在冷却水-换热器之后的阀7，可与每单位时间被引导经过旁路路径24的导热油2的流量相比来控制每单位时间通过冷却水-换热器4的导热油2的流量。以类似的方式，利用在流动方向上布置在变速器油-换热器5之后的阀8，与每单位时间被导引通过旁路路径25的导热油2的流量相比可来控制每单位时间通过变速器油-换热器5的导热油2的流量。通过导热油-平衡容器19可将在管路网中的导热油的压力保持几乎恒定。该平衡容器19被使用，因为所使用的导热油的体积在-20℃的温度与250℃的温度之间变化直至25%。
借助于阀21和22，来导引来自车辆的内燃机的废气3通过废气-换热器6或通过旁路路径26。换言之，可通过会将废气3的热量交出到导热油2处的阀21和22来控制。车辆的内燃机的冷却水11流过冷却水-换热器4，而变速器油12流过变速器油-换热器5。借助于阀7和8可相应地来控制哪些热能被从储热器1发出到冷却水11处和/或到变速器油12处。
在车辆的冷起动(也就是说不管是内燃机还是变速器都不处在运行温度上)的情况下阀7和8被接通成使得导热油2不仅流过冷却水-换热器4而且流过变速器油-换热器5，以便由此将由储热器1所提供的热能发出到冷却水11和变速器油12处。由此，不仅车辆的内燃机而且变速器被加热，由此(比根据现有技术)更迅速地达到不仅内燃机而且变速器的最佳运行温度。
在图2绘出在图1中示出的根据本发明的***20的一变体。因此下面仅阐述与图1中示出的***20的区别。
在图2中示出的***20中也存在用于废气-换热器6的导热油2的旁路路径27，其中，通过在流动方向上在废气-换热器6之前的阀9与每单位时间通过废气-换热器6的导热油2的流量相比来控制每单位时间通过旁路路径27的导热油2的流量。对比于在图1中示出的***20，阀8(利用其与通过变速器油-换热器5的导热油2的流量相比来调整通过旁路路径25的导热油2的流量)在流动方向上在变速器油-换热器5之前。由此，代替在图2中示出的两个3位2通阀7和8(3个接口和2个可能的通路)，也可使用4位4通阀(4个接口和4个可能的通路)。
在图3中示出了在图1和2中所示的根据本发明的***20的另一变体。下面突出与在图2中示出的***20的区别。
在图2中示出的***20中分别存在用于冷却水-换热器4或变速器油-换热器5的旁路路径24或25，而在图3中示出的***中通过冷却水-换热器4的流动路径、通过变速器油-换热器5的流动路径和旁路路径28平行。在此，通过阀8可与每单位时间流过旁路路径28和/或冷却水-换热器4的流量相比来调整每单位时间通过变速器油-换热器5的流量。此外，通过阀7可与每单位时间通过冷却水-换热器4的流量相比来调整每单位时间通过旁路路径28的流量。
在图4中还绘出在图1至3中所示的根据本发明的***20的另一变体。下面列举与在图2中示出的***20的区别。
在图2中示出的***20中在流动方向上在储热器1之后首先布置冷却水-换热器4而然后布置变速器油-换热器5，而在图4中示出的***20中在流动方向上在换热器1之后首先布置变速器油-换热器5而然后才布置冷却水-换热器4。
阀7-9尤其设计成，阀7-9在无流的情况中(也就是说其没有获得控制器的控制指令)接通到预定的通路上。在此，当阀7-9在无流的情况中分别导引导热油2通过旁路路径或旁路时，证实为有利的。
最后，在图5中示出根据本发明的车辆10，其包括根据本发明的***20。在此，示意性示出的***20包括管路网17，通过其可将储热器1与车辆10的内燃机16、热沉电池13和变速器14热耦合和热退耦。在内燃机16中存在导热油15。
附图标记清单
1 储热器
2 导热油
3 废气
4 冷却水-换热器
5 变速器油-换热器
6 废气-换热器
7 阀
9 阀
9 阀
10 车辆
11 冷却水
12 变速器油
13 电池
14 变速器
15 发动机油
16 内燃机
17 管路网
19 导热油-平衡容器
20 ***
21,22 阀
24-28 旁路。

Claims (14)

1.一种用于车辆(10)的热传递的方法，
其中，将包含在所述车辆(10)的废气(3)中的废热存储在所述车辆(10)的储热器(1)中，
其中，存储在所述储热器(1)中的热能被传导到至少一个热沉(11-16)处，
其中，所述储热器(1)与至少一个所述热沉(11-16)能够热耦合和热退耦，并且
其中，在耦合的状态中将被传导至至少一个所述热沉(11-16)的每单位时间热量调整到预定的值上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，存储在所述储热器(1)中的热能被传导到热沉(11-16)的组的至少一个热沉(11-16)处，并且所述组包括所述车辆(10)的冷却水(11)、所述车辆(10)的变速器(14)的变速器油(12)、所述车辆(10)的内燃机(16)的发动机油(15)、所述变速器(14)、所述内燃机(16)、所述车辆(10)的蓄能器(13)、所述车辆(10)的燃料电池、所述车辆(10)的至少一个座位、所述车辆(10)的电动机、所述车辆(10)的增压空气冷却器、所述车辆(10)的至少一个电子部件、所述车辆(10)的功率电子装置、所述内燃机(16)的增压空气和将供应的热量转换成其它能量形式或寒冷的热沉。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用导热油(2)作为传递介质，以将所述储热器(1)与至少一个所述热沉(11-16)耦合，并且所述导热油设计成直至200℃的温度化学稳定。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据由所述车辆(10)直至行程结束尚待经过的行程和/或根据关于所述车辆(10)的周围环境的信息将所述储热器(1)与至少一个所述热沉(11-16)热耦合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当路程的长度小于预定的路程阈值时且当所述发动机油(15)的温度处在预定的温度阈值之下时，被传导到所述发动机油(15)或所述内燃机(16)处的热能的第一份额被设置得高于被传导到所述变速器油(12)或所述变速器(14)处的热能的第二份额。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，当根据所述内燃机(16)的路程待产生的功率处在预定的功率阈值之上时，被传导到所述发动机油(15)或所述内燃机(16)处的热能的第一份额被设置得低于被传导到所述变速器油(12)或所述变速器(14)处的热能的第二份额。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述储热器(1)包括相变材料。
8.一种用于车辆(10)的热传递的***，
其中，所述***(20)包括储热器(1)、至少一个换热器(6)和至少一个阀(7-9)，
其中，所述***(20)设计成借助于至少一个所述换热器(6)将包含在所述车辆(10)的废气(3)中的废热存储在所述储热器(1)中，
其中，所述***(20)设计成将所述储热器(1)与至少一个热沉(11-16)热耦合和热退耦，以便由此将存储在所述储热器(1)中的热能传导到至少一个所述热沉(11-16)处，
所述***(20)设计成借助于至少一个所述阀(7-9)将被传导至至少一个所述热沉(11-16)的每单位时间热量调整到预定的值上。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述***(20)包括管路网(17)，在其中流动有传递介质(2)，以便将所述储热器(1)与至少一个所述热沉(11-16)热耦合。
10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，至少一个所述换热器包括至少一个热沉-换热器(4,5)，并且至少一个所述热沉-换热器(4,5)设计成借助于所述传递介质(2)将热能从所述储热器(1)发出到至少一个所述热沉(11-16)处。
11.根据权利要求10所述的***，其特征在于，用于至少一个所述热沉-换热器(4,5)中的一个或多个的所述管路网(17)分别具有旁路路径(24;25)，通过其能够导引所述传递介质(2)从相应的所述热沉-换热器(4;5)旁边经过，并且
所述***(20)设计成借助于至少一个所述阀(7,8)调整流过相应的所述热沉-换热器(4;5)的所述传递介质(2)的第一份额和流过相应的所述旁路路径(24;25)的第二份额。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的***，其特征在于，所述***(20)包括与所述管路网(17)相连接的传递介质-平衡容器(19)，所述传递介质-平衡容器(19)设计成将在所述管路网中的所述传递介质的压力保持恒定。
13.根据权利要求8-11中任一项所述的***，其特征在于，所述***(20)设计用于执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。
14.一种车辆，其带有根据权利要求8-13中任一项所述的***(20)。
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