DE102020108197A1

DE102020108197A1 - Kühlmittel-thermoelektrizitätserzeugung-system vom integrierter-kreis-typ und kühlmittelsteuerungthermoelektrizitätserzeugung-verfahren

Info

Publication number: DE102020108197A1
Application number: DE102020108197.9A
Authority: DE
Inventors: Jung-Jae Han; Joon-Woo Kim; Sang-Joon Park
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US10995652B1; KR20210073227A

Abstract

Ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System kann aufweisen: ein thermoelektrisches Modul (20), welches mit einer Hochtemperaturleitung (13), durch welche Verbrennungsmotorkühlmittel strömt, und einer Niedrigtemperaturleitung (24), durch welche ein Kühlmittel mit einer Temperatur, die niedriger als eine Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels ist, strömt, verbunden ist, und welches dazu eingerichtet ist, eine Thermoelektrizitätserzeugung mittels eines Wärmeaustauscheffekts basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel in der Hochtemperaturleitung (13) und dem in der Niedrigtemperaturleitung (24) strömenden Kühlmittel durchzuführen, wobei ein thermoelektrisches Element (21) zwischen der Hochtemperaturleitung (13) und der Niedrigtemperaturleitung (24) angeordnet ist; eine Wärmeaustauschleitung (16), in welcher der Wärmeaustauscheffekt auftritt, und eine Umgehungsleitung (17), in welcher kein Wärmeaustauscheffekt auftritt, wobei die Wärmeaustauschleitung (16) und die Umgehungsleitung (17) mit der Hochtemperaturleitung (13) verbunden sind, um zwei jeweilige Strömungswege zu bilden; eine Steuereinrichtung (20-1); und eingebaute Ventile (14, 14-1, 14-2), welche in einen Innenraum des thermoelektrischen Moduls (20) angeordnet sind dazu eingerichtet sind, Durchflussraten des Kühlmittels in der Wärmeaustauschleitung (16) und der Umgehungsleitung (17) einzustellen.

Description

Hintergrund der vorliegenden Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System und ein Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren, welches eine einfache Kühlmittelströmungsweg-Steuerungslogik unter Verwendung eines Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems vom Integrierter-Kreis-Typ mit einer vereinfachten Kühlkreisstruktur durch Verringern der Anzahl an Strömungsweg-Steuerventilen implementiert.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen erzeugt ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System für ein Fahrzeug Elektrizität, welche zum Aufladen einer Batterie dient oder aufgrund von Elektronikeinrichtungen erforderlich ist, mittels des Wärmeaustauschprinzips des Hochtemperaturkühlmittels (Kühlmittels hoher Temperatur), welches in einem Verbrennungsmotor zirkuliert.
Das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System bildet beispielweise einen Kühlkreis eines Verbrennungsmotorsystems als einen Primärkühlkreis und einen Sekundärkühlkreis aus und weist eine Mehrzahl von Strömungsweg-Steuerventilen auf, die an dem Primär- und Sekundärkühlkreis angebracht sind und mit einer VentilSteuereinrichtung, die zum Ausbilden eines Zirkulationspfads zwischen Hochtemperaturkühlmittel und Niedrigtemperaturkühlmittel (Kühlmittel niedriger Temperatur) eingerichtet ist, verbunden sind. In dem vorliegenden Fall weist die Mehrzahl von Strömungsweg-Steuerventilen ein Durchflussrateneinstellventil (FRAV, abgeleitet vom Englischen „Flow Rate Adjustment Valve“) zum Einstellen der Kühlmitteldurchflussrate, ein Paar von Umschaltventilen (SV) zum Einstellen der Kühlmittelströmungsrichtung davon und ein Thermostat zum Einstellen der Kühlmitteltemperatur auf.
In einem Fall, in dem das Öffnen und Schließen des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems durch die Thermoelektrizitätserzeugung-Steuerungslogik der Ventilsteuereinrichtung gesteuert wird, wenn das Hochtemperaturkühlmittel des Verbrennungsmotors hin zu irgendeinem Kühlkreis (zum Beispiel den Primärkühlkreis) von dem Primärkühlkreis und dem Sekundärkühlkreis zirkuliert, dann zirkuliert das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System das Niedrigtemperaturkühlmittel, welches einen Temperaturunterschied aufweist, zu einem anderen Kühlkreis(zum Beispiel den Sekundärkühlkreis) unter Verwendung von Elektrizität, welches aus einem Wärmeaustauschprinzip basierend auf dem Temperaturunterschied zwischen den beiden Kühlmitteln hoher und niedriger Temperatur innerhalb eines thermoelektrischen Moduls, um die Batterie zu laden oder um diese zu den Elektronikeinrichtungen (zum Beispiel eine Steuereinrichtung, eine Heizeinrichtung, eine Lampe und dergleichen) als zu verbrauchende Energie zu liefern.
Das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System weist jedoch die folgenden Probleme auf.
Erstens macht es die Kühlkreisverzweigungsgestaltung schwierig, den Kühlkreis zu vereinfachen, da ein Kühlkreis (zum Beispiel der Primärkühlkreis) von den zwei Kühlkreisen mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist und das thermoelektrische Modul (d.h. der thermoelektrische Generator) an dem anderen (zum Beispiel einem Sekundärkühlkreis) angeordnet ist. Zweitens ist es schwierig, die Anzahl an Strömungsweg-Steuerventilen (zum Beispiel FRAV, SV, Thermostat) zu verringern, da der Strömungsweg des Hochtemperaturkühlmittels des Primärkühlkreises und der Strömungsweg des Niedrigtemperaturkühlmittels des Sekundärkühlkreises, welche mit dem thermoelektrischen Generator verbunden sind, individuell durch das/die Ventil(e) gesteuert werden.
Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören, angesehen werden.
Erläuterung der Erfindung
Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System vom Integrierter-Kreis-Typ und ein Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren zu schaffen, welche die Systemkomplexität verbessern und optimieren können, indem die Ausgestaltung bzw. Anordnung eines Kühlkreises, in welchem Verbrennungsmotorkühlmittel und Kühlmittel niedriger Temperatur (Niedrigtemperaturkühlmittel) zirkulieren, vereinfacht wird, und auch einen für eine Kreisstruktur notwendigen Installationsraum verringern können, wobei eine einfache Durchflussratensteuerung für ein Hochtemperaturkühlmittel (Hochtemperaturkühlmittel) zusammen mit der Reduktion der Anzahl von montierten Strömungsweg-Steuerventilen durchgeführt wird.
Ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System (z.B. Kühlmittelsystem mit thermoelektrischer Energieerzeugung) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erreichen dieses Ziels weist auf: ein thermoelektrisches Modul, welches mit einer Hochtemperaturleitung, durch welche Verbrennungsmotorkühlmittel strömt, und einer Niedrigtemperaturleitung, durch welche ein Kühlmittel mit einer Temperatur, die niedriger als eine Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels ist, strömt, verbunden ist, und welches dazu eingerichtet ist, eine Thermoelektrizitätserzeugung (auch thermoelektrische (Energie-)Erzeugung) mittels eines Wärmeaustauscheffekts basierend auf einer Kühlmitteltemperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel und dem Niedrigtemperaturkühlmittel mit einem zwischen der Hochtemperaturleitung und der Niedrigtemperaturleitung angeordneten thermoelektrischen Element durchzuführen, und ein oder mehrere eingebaute Ventile, welche in einen Innenraum des thermoelektrischen Moduls integriert sind und dazu eingerichtet sind, die Hochtemperaturleitung in eine Wärmeaustauschleitung, wo der Wärmeaustauscheffekt auftritt, und eine Umgehungsleitung, wo kein Wärmeaustauscheffekt auftritt, aufzuteilen und eine Wegumschaltung zu der Wärmeaustauschleitung und der Umgehungsleitung durchzuführen.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eingebaute Ventil dazu eingerichtet, einen Umgehungsleitung-Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad (Umgehungsleitung-Strömungsweg-Öffnen-und-Schließen-Rate) auf die Umgehungsleitung anzuwenden, so dass eine Verbrennungsmotorkühlmittel-Durchflussmenge, bei der die Menge kleiner als eine vorbestimmte Menge ist, in die Wärmeaustauschleitung einströmt, wenn die Wärmeaustauschleitung durch Öffnen der Umgehungsleitung geschlossen wird.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Umgehungsleitung und die Wärmeaustauschleitung in dem Innenraum des thermoelektrischen Moduls abgezweigt und befindet sich der Abzweigungsort beim eingebauten Ventil.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eingebaute Ventil ein Strömungsweg-Umschaltventil, und das Strömungsweg-Umschaltventil führt die Wegumschaltung in einem von einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A, einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B, einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C und einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D durch.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge und ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert zum Klassifizieren der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodi A, B, C und D angewendet. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A ist ein Thermoelektrizitätserzeugung-Bereich (z.B. Bereich zur thermoelektrischen Energieerzeugung), der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B ist ein Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereich (z.B. Bereich zur kombinierten thermoelektrischen Energieerzeugung/Verbrennungsmotorkühlung), der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C ist ein Verbrennungsmotorkühlung-Bereich (z.B. Bereich zur Verbrennungsmotorkühlung) und der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D ist ein Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereich (z.B. Bereich zum Blockieren von thermoelektrischer Energieerzeugung/Verbrennungsmotorkühlung).
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eingebaute Ventil ein Elektromotorventil, und das Elektromotorventil führt die Wegumschaltung mit einer Schrauben-Rotation (z.B. Schneckenrotation) mittels eines Elektromotors durch. Das Elektromotorventil ist dazu eingerichtet, irgendeine von einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Verbrennungsmotorlast und einer Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur zur Öffnungs-und-Schließgrad-Einstellung anzuwenden.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das eingebaute Ventil ein ausdehnbares Ventil, und das ausdehnbare Ventil führt die Wegumschaltung mit Wachsausdehnung durch. Das ausdehnbare Ventil ist dazu eingerichtet, die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur zur Öffnungs-und-Schließgrad-Einstellung anzuwenden.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das thermoelektrische Modul mit einer inneren Rippe versehen, die dazu eingerichtet ist, einen Strömungswiderstand in der Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels, welches in die Wärmeaustauschleitung einströmt, zu erzeugen.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Hochtemperaturleitung mit einem Durchflussrateneinstellventil angebracht, welches dazu eingerichtet ist, die Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels einzustellen.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Durchflussrateneinstellventil dazu eingerichtet, die Verbrennungsmotorkühlmittelverteilung an einen Hochtemperaturradiator und eine Wasserpumpe, welche an der Hochtemperaturleitung angebracht ist, sowie irgendeinen Wärmetauscher von einem Heizerkern, einem Abgasrückführung-(AGR-)Kühler, einem Ölwärmer und einem ATF-Wärmer zu steuern.
Als eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Niedrigtemperaturleitung mit einer elektrischen Wasserpumpe und einem N iedrigtem peratu rrad iator angebracht.
Ferner weist ein Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erreichen des Ziels auf: Verteilen, mittels eines Durchflussrateneinstellventils, von Verbrennungsmotorkühlmittel, welches zu einer Wasserpumpe zirkuliert wird, zu einem Hochtemperaturradiator und einem Wärmetauscher; Einstellen, mittels eines Strömungsweg-Umschaltventils, welches in einen Innenraum eines thermoelektrischen Moduls integriert ist, der Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels mittels Wegumschaltung zu einer Wärmeaustauschleitung, in welcher ein Wärmeaustauscheffekt auftritt, und einer Umgehungsleitung, in welcher kein Wärmeaustauscheffekt auftritt, in dem Fall einer Motorkühlmitteltemperatur, welche für die Thermoelektrizitätserzeugung (auch thermoelektrische (Energie-)Erzeugung) des thermoelektrischen Moduls aufgrund einer Temperaturdifferenz von Niedrigtemperaturkühlmittel, das durch eine elektrische Wasserpumpe durch einen Niedrigtemperaturradiator zirkuliert, eingerichtet ist; und Steuern, mittels einer Strömungsweg-Steuereinrichtung, des Strömungsweg-Umschaltventils in irgendeinem von einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A eines Thermoelektrizitätserzeugung-Bereichs, einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B eines Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereichs, einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C eines Verbrennungsmotorkühlung-Bereichs und einem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D eines Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereichs.
Als eine beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt in dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A der Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung auf, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils geöffnet wird, die Wasserpumpe und die elektrische Wasserpumpe betrieben werden und durch das Öffnen (z.B. Versetzen in eine erste Offen-Stellung) des Strömungsweg-Umschaltventils die Wärmeaustauschleitung geöffnet (z.B. vollständig geöffnet) wird und die Umgehungsleitung geschlossen (z.B. vollständig geschlossen) wird. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A ist ein Bereich, in dem eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge klein ist und ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert hoch ist.
Als eine beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt in dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B der Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung auf, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils geöffnet wird, die Wasserpumpe und die elektrische Wasserpumpe betrieben werden und durch das Öffnen des Strömungsweg-Umschaltventils die Wärmeaustauschleitung teilweise geöffnet wird und die Umgehungsleitung teilweise geöffnet wird. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B ist ein Bereich, in dem eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge groß ist und ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert hoch ist.
Als eine beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt in dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C kein Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung auf, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils geöffnet wird, die Wasserpumpe betrieben wird, die elektrische Wasserpumpe gestoppt wird, und durch das Öffnen (z.B. Versetzen in eine zweite Offen-Stellung) des Strömungsweg-Umschaltventils die Wärmeaustauschleitung geschlossen (z.B. geschlossen vollständig) wird und die Umgehungsleitung geöffnet (z.B. maximal geöffnet (wobei maximales Öffnen nicht zwingend ein vollständiges Öffnen umfasst)) wird. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C ist ein Bereich, in dem eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge groß ist und ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert niedrig ist.
Als eine beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tritt in dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D kein Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung auf, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils geschlossen wird, die Wasserpumpe und die elektrische Wasserpumpe gestoppt werden, und durch das Schließen des Strömungsweg-Umschaltventils die Wärmeaustauschleitung (z.B. vollständig) geschlossen wird und die Umgehungsleitung (z.B. vollständig) geschlossen wird. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D ist ein Bereich, in dem eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge klein ist und ein Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert niedrig ist.
Als eine beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel eine von einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Verbrennungsmotorlast und einer Außenlufttemperatur als die Betriebsbedingung angewendet.
Das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System vom Integrierter-Kreis-Typ gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches die thermoelektrische (Energie-)Erzeugung mit Kühlmittelsteuerung umsetzt, realisiert die folgenden Betriebsabläufe und Effekte.
Erstens ist es möglich, die Anzahl an Strömungsweg-Steuerventilen zu verringern, sogar während eine Struktur aus dem Primär- und dem Sekundärkühlkreis beibehalten wird, was die Systemkomplexität vereinfacht und das System optimiert. Zweitens kann das Hochtemperaturkühlmittel am hinteren Endabschnitt des Durchflussrateneinstellventils des Verbrennungsmotorauslasses die Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels, welches in den Hochtemperaturradiator und das thermoelektrische Modul einströmt, einstellen, im Vergleich zu dem konventionellen System, welches die Durchflussrate, die hin zum Hochtemperaturradiator und das thermoelektrische Modul abzweigt, an dem hinteren Endabschnitt des Kühlmittels, das vom Kühlmittelhochtemperaturkreis (zum Beispiel dem Primärkühlkreis) abgezweigt wird, steuert. Drittens kann der Kühlmittelhochtemperaturkreis (zum Beispiel dem Primärkühlkreis) eingestellt werden, sogar falls die vier Ventile (zum Beispiel FRAV, zwei SV und das Thermostat), welche für das Hochtemperaturkühlmittel am hinteren Endabschnitt des Durchflussrateneinstellventils des Verbrennungsmotorauslasses erforderlich sind, um die Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels, welches in den Hochtemperaturradiator und das thermoelektrische Modul einströmt, einzustellen, auf zwei Ventile verringert werden. Viertens können der Strömungsweg des durch den Hochtemperaturradiator des Primärkühlkreises strömenden Kühlmittels und der Strömungsweg des durch den Niedrigtemperaturradiator des Sekundärkühlkreises strömenden Kühlmittels in das thermoelektrische Modul integral eingebaut bzw. angebracht werden. Fünftens ist es möglich, den Kühlmittelumgehungskreis in das thermoelektrische Modul zu integrieren, was den zum Aufbau des Strömungswegkreises erforderlichen Motorraum-Installationsraum unter zeitgleichem Aufweisen einer einfachen Struktur signifikant einspart.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung weisen weitere Eigenschaften und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlich werden oder darin detaillierter ausgeführt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems vom Integrierter-Kreis-Typ gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Struktur eines eingebauten Kreises vom Ventil-Typ, welcher in ein thermoelektrisches Modul integriert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Struktur eines eingebauten Kreises vom Elektromotor-Typ, welcher in ein thermoelektrisches Modul integriert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel einer Struktur eines eingebauten Kreises vom Ausdehnungs-Typ, welcher in ein thermoelektrisches Modul integriert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm eines Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahrens unter Verwendung des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm, welches einen Betriebszustand des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems, welches das Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren umsetzt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches einen Thermoelektrizitätserzeugung-Maximum-Steuerung-Zustand des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Diagramm, welches einen Thermoelektrizitätserzeugung-Zwischenstufe-Steuerung-Zustand des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, welches einen Thermoelektrizitätserzeugung-Minimum-Steuerung-Zustand des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Diagramm, welches einen Thermoelektrizitätserzeugung-Stopp-Steuerung-Zustand des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellungsweise von verschiedenen Eigenschaften darstellen, um die Grundprinzipien der Erfindung aufzuzeigen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich z.B. konkrete Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, wie sie hierin offenbart sind, werden (zumindest) teilweise von der jeweiligen geplanten Anwendung und Nutzungsumgebung vorgegeben.
In den Figuren beziehen sich durchgehend durch zahlreiche Figuren der Zeichnung(en) gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es klar, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei aber solche Ausführungsformen lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen, und die vorliegende Erfindung kann auf diverse unterschiedliche Arten durch die Fachleute in der Technik, zu welcher eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehört, umgesetzt werden und ist folglich nicht auf die hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt.
Bezugnehmend auf 1 weist ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System einen Verbrennungsmotor 10, ein Durchflussrateneinstellventil (z.B. Durchflussmengeneinstellventil) 12, Verbrennungsmotorkühlkreise 13, 18, 19, ein thermoelektrisches Modul 20, eine Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 und Energieerzeugungskühlkreise 23, 24, 25 auf. Das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System weist ein Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System vom Integrierter-Kreis-Typ auf, indem ein externer Wärmeaustauschströmungsweg durch einen eingebauten Kreis 1-1, der innerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 integriert ist, ersetzt wird. In dem vorliegenden Fall umfasst der eingebaute Kreis 1-1 einen eingebauten Kreis vom Ventil-Typ 1-1A (siehe 2), einen eingebauten Kreis vom Elektromotor-Typ 1-1B (siehe 3) und einen eingebauten Kreis vom Ausdehnung-Typ 1-1C (siehe 4).
Daher kann das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System vom Integrierter-Kreis-Typ die Kreisverzweigungsgestaltung der Verbrennungsmotorkühlkreise 13, 18, 19, durch welche Hochtemperaturkühlmittel durch das thermoelektrische Modul 20 zirkuliert, und der Energieerzeugungskühlkreise 23, 24, 25, durch welche Niedrigtemperaturkühlmittel zirkuliert, vereinfachen, die Anzahl an Strömungsweg-Steuerventilen (zum Beispiel FRAV, SV und Thermostat) verringern und die Ventilsteuerungslogik vereinfachen.
Der Verbrennungsmotor 10 kann ein Benzin- oder ein Dieselmotor in Form einer Brennkraftmaschine sein und weist einen Verbrennungsmotoreinlass zum Einleiten eines Verbrennungsmotorkühlmittels und einen Verbrennungsmotorauslass 11 zum Auslassen des Verbrennungsmotorkühlmittels auf. Der Verbrennungsmotorauslass 11 ist mit einer Hochtemperaturleitung 13 der Verbrennungsmotorkühlkreise 13, 18, 19 verbunden, an welcher ein Durchflussrateneinstellventil 12 angebracht ist.
Die Verbrennungsmotorkühlkreise 13, 18, 19 weisen das Durchflussrateneinstellventil 12, die Hochtemperaturleitung 13, einen Hochtemperaturradiator 18, eine Wasserpumpe 19 und einen Wärmetauscher 30 auf. Im vorliegenden Fall weisen die Verbrennungsmotorkühlkreise 13, 18, 19 einen Verbrennungsmotorkühlmittelbehälter zum Zuführen und Wiederauffüllen des Verbrennungsmotorkühlmittels auf.
Beispielsweise steuert das Durchflussrateneinstellventil 12 den Strömungsweg des Verbrennungsmotorkühlmittels gemeinsam mit dem Verbrennungsmotorauslass 11, und das Durchflussrateneinstellventil 12 steuert individuell die Durchflussraten bzw. Durchflussmengen bzw. Volumenströme (hierin kurz: Durchflussraten) des Hochtemperaturradiators 18 und des Wärmetauschers 30. Hierzu ist das Durchflussrateneinstellventil 12 an der Hochtemperaturleitung 13 an einer Position nahe dem Verbrennungsmotorauslass 11 angebracht (z.B. nahe der Auslassseite des Verbrennungsmotors angebracht).
Die Hochtemperaturleitung 13 bildet zum Beispiel einen geschlossenen Kreis, in welchem Verbrennungsmotorkühlmittel zirkuliert, durch Verbinden des Verbrennungsmotoreinlasses und des Verbrennungsmotorauslasses und ist in einen Kühlungsströmungsweg, welcher mit dem Verbrennungsmotor 10 → dem Durchflussrateneinstellventil 12 → dem thermoelektrischen Modul 20 → dem Hochtemperaturradiator 18 → der Wasserpumpe 19 → dem Verbrennungsmotor 10 verbunden ist, und in einen Abzweigungsströmungsweg, welcher mit dem Durchflussrateneinstellventil 12 → dem Wärmetauscher 30 → der Wasserpumpe 19 verbunden ist, unterteilt. In dem vorliegenden Fall meint das Symbol „-->“ eine Strömungsrichtung des Verbrennungsmotorkühlmittels.
Die Hochtemperaturleitung 13 ist mit einer Wärmeaustauschleitung 16, welche in dem eingebauten Wärmeaustauschkreis 1-1 des thermoelektrischen Moduls 20 mit einer großen Kühlmitteltemperaturdifferenz, durch welche der Wärmeaustauscheffekt auftritt, ausgebildet ist, verbunden und/oder mit einer Umgehungsleitung 17, welche in dem eingebauten Wärmeaustauschkreis 1-1 des thermoelektrischen Moduls 20 mit einer kleinen Kühlmitteltemperaturdifferenz, durch welche der Wärmeaustauscheffekt (nur) schwach auftritt, ausgebildet ist, verbunden. In dem vorliegenden Fall wird die Strömungswegumschaltung zwischen der Wärmeaustauschleitung 16 und der Umgehungsleitung 17 unter der Steuerung durch die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 durchgeführt, welche dazu eingerichtet ist, ein eingebautes Ventil, welches im eingebauten Kreis 1-1 vorgesehen ist, zu steuern.
Zum Beispiel kühlt der Hochtemperaturradiator 18 das Hochtemperaturkühlmittel, welches vom Verbrennungsmotor 10 kommt, mittels Wärmeaustausch mit der Atmosphäre (z.B. Umgebungsluft). Die Wasserpumpe 19 pumpt das Verbrennungsmotorkühlmittel, um einen Kühlmittelzirkulationsfluss in der Hochtemperaturleitung 13 zu erzeugen. Der Wärmetauscher 30 tauscht Wärme mittels des Arbeitsfluids, welches durch dessen Inneres strömt, mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel, welches durch das Durchflussrateneinstellventil 12 verteilt wird, aus.
Die Wasserpumpe 19 ist eine mechanische Wasserpumpe, welche mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 über einen Riemen oder eine Kette verbunden ist, oder ist eine elektrische Wasserpumpe, welche mittels eines Steuersignals einer elektrischen Steuereinheit (ECU) betrieben wird. Der Wärmetauscher 30 umfasst einen Heizerkern (z.B. Heizkerneinrichtung) zum Erhöhen der Außenlufttemperatur mittels Wärmeaustauschs mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel, einen Abgasrückführung-(AGR-)Kühler zum Senken einer Temperatur eines Abgasrückführung-(AGR-)Gases, welches zum Verbrennungsmotor gesendet wird, des Abgases durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel, einen Ölwärmer zum Erhöhen einer Verbrennungsmotoröltemperatur durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel, einen Automatikgetriebefluid-(ATF-)Wärmer zum Erhöhen einer ATF-Temperatur (Getriebeöltemperatur) durch Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel und dergleichen.
Das thermoelektrische Modul 20 weist eine Modul-Hochtemperaturkammer 15, in welche der eingebaute Kreis 1-1 integriert ist, ein thermoelektrisches Element 21 und eine Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 auf.
Beispielsweise ist die Modul-Hochtemperaturkammer 15 in dem unteren Abschnitt (oder einem Seitenabschnitt) des thermoelektrischen Elements 21, welches den Innenraum des thermoelektrischen Moduls in zwei Räume aufteilt, ausgebildet. Das thermoelektrische Element 21 erzeugt Elektrizität durch die Thermoelektrizitätserzeugung bzw. thermoelektrische Energieerzeugung mit dem Wärmeaustauscheffekt aufgrund einer Kühlmitteltemperaturdifferenz, um die Elektrizität an eine Batterie 26 und/oder eine Energieverbrauchseinrichtung 27 zu liefern. Die Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 ist in dem oberen Abschnitt (oder dem anderen Seitenabschnitt) des thermoelektrischen Elements 21, welcher als eine Modul-Niedrigtemperaturkammer ausgebildet ist, ausgebildet.
Die Modul-Hochtemperaturkammer 15 ist mit der Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises verbunden. Die Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 ist mit einer Niedrigtemperaturleitung 24 des Energieerzeugungskühlkreises verbunden. Die Energieverbrauchseinrichtung 27 umfasst eine Heizeinrichtung, eine Positiver-Temperaturkoeffizient-(PTC-)Einrichtung, einen elektrisch beheizten Katalysator (ECH) und dergleichen.
Der eingebaute Kreis 1-1, welcher der eingebaute Kreis vom Ventil-Typ 1-1A (siehe 2), der in die Modul-Hochtemperaturkammer 15 integriert ist, ist, weist zum Beispiel ein Strömungsweg-Umschaltventil 14, welches als das eingebaute Ventil angewendet wird, die Modul-Hochtemperaturleitung 16 und die Umgehungsleitung 17 auf. Im vorliegenden Fall, sogar falls das eingebaute Ventil zur Umgehungsleitung hin vollständig geöffnet ist, ist das eingebaute Ventil dazu eingerichtet, einen Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad (z.B. Strömungsweg-Öffnen-und-Schließen-Rate) anzuwenden, bei welchem eine kleine Kühlmittelmenge, welche einem Verteilungsverhältnis gemäß dem Widerstandsanteil zwischen der Wärmeaustauschleitung 16 und der Umgehungsleitung 17 entspricht, in die Wärmeaustauschleitung 16 einströmt (z.B. lässt das Strömungsweg-Umschaltventil 14 selbst bei zur Umgehungsleitung hin vollständig geöffnetem Strömungsweg-Umschaltventil 14 weiterhin eine kleine Kühlmittelmenge mit niedriger Durchflussrate entsprechend dem Verteilungsverhältnis gemäß dem Widerstandsanteil zwischen der Wärmeaustauschleitung 16 und der Umgehungsleitung 17 durch die Wärmeaustauschleitung 16 strömen).
Eine innere Rippe 17-2 (siehe 3 und 4) ist in dem Innenraum der Modul-Hochtemperaturkammer 15 ausgebildet, um die Wärmeaustauschleistung der Wärmeaustauschleitung 16 zu erhöhen, und die Modul-Hochtemperaturkammer 15 ist unter Berücksichtigung der Verbrennungsmotorkühlmitteldurchflussrate, welche mit dem Verteilungsverhältnis des Widerstandsanteils gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit der inneren Rippe zwischen der Wärmeaustauschleitung 16 und dem Innenraum der Umgehungsleitung 17, worauf die innere Rippe 17-2 verhältnismäßig nicht angewendet wird, korrespondiert, ausgestaltet (z.B. kann bei Ausgestaltung der Modul-Hochtemperaturkammer 15 der Einfluss des durch die innere Rippe erzeugten Strömungswiderstands auf das (Durchfluss-)Verteilungsverhältnis zwischen der Wärmeaustauschleitung und der Umgehungsleitung berücksichtigt werden).
Das Strömungsweg-Umschaltventil 14 verbindet ferner die Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises mit der Wärmeaustauschleitung 16 und/oder verbindet die Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises mit der Umgehungsleitung 17, so dass das thermoelektrische Element 21 die Thermoelektrizitätserzeugung mit dem Wärmeaustauscheffekt bei der hohen Kühlmitteltemperaturdifferenz durchführen kann. Im vorliegenden Fall beruht die Wegumschaltung des Strömungsweg-Umschaltventils 14 auf der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, und die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur wird durch die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 ermittelt.
Daher werden die Wärmeaustauschleitung 16 und die Hochtemperaturleitung 13 miteinander verbunden, wenn die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur hoch ist, so dass die Thermoelektrizitätserzeugung in dem thermoelektrischen Element 21 durch den Wärmeaustauscheffekt zwischen dem Kühlmittel verhältnismäßig niedriger Temperatur, welches aus der Niedrigtemperaturleitung 24 des Energieerzeugungskühlkreises zur Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 strömt, und dem Verbrennungsmotorkühlmittel durchgeführt wird. Hingegen werden die Umgehungsleitung 17 und die Hochtemperaturleitung 13 miteinander verbunden, wenn die Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur niedrig ist, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel aus dem thermoelektrischen Modul 20 ohne den Wärmeaustauscheffekt ausgelassen wird. Die hohe Temperatur („hoch“) und die niedrige Temperatur („niedrig“) der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur werden hier durch die Temperatur, bei welcher Thermoelektrizitätserzeugung mittels des Wärmeaustauscheffekts erzielt wird, bestimmt. Da die hohe Temperatur und die niedrige Temperatur der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur in Abhängigkeit von der Thermoelektrizitätserzeugungsleistungsfähigkeit des thermoelektrischen Elements 21 variieren, wird deshalb kein bestimmter Temperaturwert beispielhaft angegeben.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 steuert das Durchflussrateneinstellventil 12 zum Steuern der Durchflussrateneinstellung und Richtungsumschaltung des Verbrennungsmotorkühlmittels, das Strömungsweg-Umschaltventil 14 zum (Um-)Schalten der Richtung des Verbrennungsmotorkühlmittels und eine elektrische Wasserpumpe 23 zum Zirkulieren des Niedrigtemperaturkühlmittels des Energieerzeugungskühlkreises. Hierzu ist die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 als eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) mit einem Speicher, in welchem eine Ventilsteuerungslogik und eine Pumpenbetriebslogik gespeichert wurden, ausgestaltet. Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 kann eine elektronische Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) sein.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 weist eine Dateneingabeeinheit 20-2 und eine Strömungsweg-Umschaltkennfeld 20-3 auf. Die Dateneingabeeinheit 20-2 erfasst als Eingangsdaten eine Verbrennungsmotordrehzahl (1/min bzw. RPM), eine Verbrennungsmotorlast, eine Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, eine Niedrigtemperaturkreis-Kühlmitteltemperatur, eine Hochtemperaturkreis-Kühlmitteltemperatur, eine Außenlufttemperatur, ein Ventil-EIN/AUS-Signal und eine Ventilöffnung, um die Eingangsdaten an die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 bereitzustellen. Das Strömungsweg-Umschaltkennfeld 20-3 weist eine Zuordnungstabelle zum Abbilden des Ventilöffnungsbetrags und der Pumpendrehzahl bezogen auf die Kühlmitteltemperaturdifferenz und liefert das Übereinstimmungsergebnis bzw. Abbildungsergebnis (Matching-Ergebnis) an die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1.
Die Energieerzeugungskühlkreise 23, 24, 25 weisen die elektrische Wasserpumpe 23, die Niedrigtemperaturleitung 24 und einen Niedrigtemperaturradiator 25 zum Zirkulieren des Niedrigtemperaturkühlmittels auf. Die Energieerzeugungskühlkreise 23, 24, 25 weisen im vorliegenden Fall einen Niedrigtemperaturkühlmittelbehälter zum Liefern und Wiederauffüllen des Niedrigtemperaturkühlmittels auf.
Die elektrische Wasserpumpe 23 wird zum Beispiel durch die Steuerung von der Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 derart betrieben, dass das Niedrigtemperaturkühlmittel gepumpt wird, die Niedrigtemperaturleitung 24 bildet einen Weg, durch welchen das Niedrigtemperaturkühlmittel strömt, und der Niedrigtemperaturradiator 25 kühlt das Niedrigtemperaturkühlmittel, welches durch den Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsmotorkühlmittel erwärmt wurde, durch Austauschen von Wärme mit der Atmosphäre (z.B. Umgebungsluft) ab.
Die Niedrigtemperaturleitung 24 verbindet daher die elektrische Wasserpumpe 23, die Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 des thermoelektrischen Moduls 20 und den Niedrigtemperaturradiator 25, um einen geschlossenen Kreis, in welchem das Niedrigtemperaturkühlmittel zirkuliert, zu bilden, und der Fluss von der elektrischen Wasserpumpe 23 → dem thermoelektrischen Modul 20 → dem Niedrigtemperaturradiator 25 wird als der Kühlmittelzirkulationsfluss ausgebildet. In dem vorliegenden Fall meint das Symbol „-->“ eine Strömungsrichtung des Verbrennungsmotorkühlmittels.
2 zeigt indessen einen Betriebszustand des eingebauten Kreises 1-1A vom Ventil-Typ, in welchem der eingebauten Kreis 1-1 das Strömungsweg-Umschaltventil 14 als ein eingebautes Ventil anwendet. Im vorliegenden Fall weist das Strömungsweg-Umschaltventil 14 einen Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad (z.B. Strömungsweg-Öffnen-und-Schließen-Rate) auf, bei welchem eine kleine Menge an Kühlmittel (z.B. weiterhin durch die Wärmeaustauschleitung) strömt, wenn die Wärmeaustauschleitung 16 gesperrt ist.
Wie gezeigt, weist der eingebaute Kreis 1-1A vom Ventil-Typ die Wärmeaustauschleitung 16, welche mit der Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises verbunden ist und innerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 ausgebildet ist, die Umgehungsleitung 17, welche von der Wärmeaustauschleitung 16 innerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 abgezweigt ist und dann mit der Hochtemperaturleitung 13 außerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 verbunden ist, und das Strömungsweg-Umschaltventil 14, welches an der Umgehungsleitung 17 angebracht ist, auf.
Das Strömungsweg-Umschaltventil 14 kann daher einen Teil der Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels für die Wärmeaustauschleitung 16, welches durch die Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises strömt, hin zur Umgehungsleitung 17 umleiten, indem der Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad der Umgehungsleitung 17 unter der Öffnungssteuerung durch die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 eingestellt bzw. angepasst wird.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 weist eine Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus-Logik (siehe 5) für den Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad auf, welche den für die Kühlung des Verbrennungsmotors 10 erforderlichen Bereich in einen Thermoelektrizitätserzeugung-Bereich und einen Verbrennungsmotorkühlung-Bereich durch das thermoelektrische Element 21 des thermoelektrischen Moduls 20 unterteilt, und die Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus-Logik wird basierend auf der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur und der Außenlufttemperatur aus den Eingangsdaten der Dateneingabeeinheit 20-2 erstellt.
Beispielsweise kann die Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus-Logik in vier Zustände, d.h. Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodi A, B, C und D, klassifiziert werden durch den Unterschied in bzw. zwischen einer Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge und einem Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert unter Verwendung von irgendeiner von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Außenlufttemperatur und der Verbrennungsmotorbetriebsumgebung als eine Betriebsbedingung. Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A umfasst einen Thermoelektrizitätserzeugung-Bereich (z.B. Bereich zur thermoelektrischen Energieerzeugung), welcher zur Thermoelektrizitätserzeugung ausreichend ist, der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B umfasst einen Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereich (z.B. Bereich zur kombinierten thermoelektrischen Energieerzeugung/Verbrennungsmotorkühlung), welcher die Kühlung des Thermoelektrizitätserzeugungssystems und die bestehende Kühlung eines Fahrzeugs erfordert, der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C umfasst einen Verbrennungsmotorkühlung-Bereich (z.B. Bereich zur Verbrennungsmotorkühlung), welcher nur die bestehende Kühlung des Fahrzeugs erfordert, und der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D umfasst einen Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereich (z.B. Bereich zum Blockieren von thermoelektrischer Energieerzeugung/Verbrennungsmotorkühlung), welcher keine von der bestehenden Kühlung des Thermoelektrizitätserzeugungssystems und des Fahrzeugs erfordert.
Ferner zeigt 3 ein Beispiel, in welchem der eingebaute Kreis 1-1 den eingebauten Kreis vom Elektromotor-Typ 1-1 B aufweist, und zeigt 4 ein Beispiel, in welchem der eingebaute Kreis 1-1 den eingebauten Kreis vom Ausdehnung-Typ 1-1C aufweist.
Bezugnehmend auf den eingebauten Kreis vom Elektromotor-Typ 1-1 B von 3, wendet der eingebaute Kreis vom Elektromotor-Typ 1-1B ein Elektromotorventil 14-1 als ein eingebautes Ventil an. Im vorliegenden Fall wendet das Elektromotorventil 14-1 einen Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad an, bei welchem eine kleine Kühlmittelmenge (z.B. weiterhin durch die Wärmeaustauschleitung) strömt, wenn die Wärmeaustauschleitung 16 gesperrt ist.
Die Modul-Hochtemperaturkammer 15 des thermoelektrischen Moduls 20 ermöglicht die Bewegung des Elektromotorventils 14-1, indem ein Ventildurchgang 17-1 in einer Trennplatte 17A, durch welche die Wärmeaustauschleitung 16 und die Umgehungsleitung 17 getrennt sind, ausgebildet ist, und bildet eine turbulente Strömung in dem Verbrennungsmotorkühlmittelstrom, indem es der inneren Rippe 17-2 erlaubt ist, in den oberen Raum (oberhalb) der Trennplatte 17a (d.h. dem Lageraum der Wärmeaustauschleitung 16) hinein vorzustehen, was den Wärmeaustauscheffekt erhöht. Die innere Rippe 17-2 erhöht daher die Wärmeaustauschleistungsfähigkeit der Wärmeaustauschleitung 16, und die Modul-Hochtemperaturkammer 15 ist unter Berücksichtigung der Verbrennungsmotorkühlmitteldurchflussrate, welche mit dem Verteilungsverhältnis des Widerstandsanteils gemäß der Anwesenheit oder Abwesenheit der inneren Rippe zwischen der Wärmeaustauschleitung 16 und dem Innenraum der Umgehungsleitung 17, worauf die innere Rippe 17-2 verhältnismäßig nicht angewendet wird, korrespondiert, ausgestaltet.
Das Elektromotorventil 14-1 ist in die Modul-Hochtemperaturkammer 15 des thermoelektrischen Moduls 20 integriert und weist einen Schieber 14A, eine Ventilstange 14B, eine Schraube (z.B. Schnecke, Zahnung) 14C, ein Zahnrad 14D und einen Elektromotor 14E auf.
Beispielsweise öffnet und schließt der Schieber 14A den Ventildurchgang der Trennplatte 17-1. Die Ventilstange 14B befestigt den Schieber 14A und die Schraube 14C. Die Schraube 14C bewegt in der Drehrichtung davon den Schieber 14A vertikal bezüglich des Ventildurchgangs der Trennplatte 17-1. Das Zahnrad 14D dreht die Schraube 14C. Der Elektromotor 14E wird durch die Steuerung von der Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 betrieben, um das Zahnrad 14D zu drehen.
Das Elektromotorventil 14-1 ist dadurch als ein Thermoelektrisches-Modul-Steuerventil eingerichtet, wobei das Elektromotorventil 14-1 (z.B. anhand des Elektromotors 14E) derart geöffnet oder geschlossen wird, dass dessen Öffnungs- und Schließgrad (z.B. Öffnen-und Schließen-Rate) in Abhängigkeit von der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast oder der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotorkühlkreises eingestellt wird. Das Elektromotorventil 14-1 ist aber als ein Thermoelektrisches-Modul-Steuerventil eingerichtet, bei dem der Öffnungs- und Schließgrad des Elektromotors 14E gemäß den Ausgangssignalen (zum Beispiel Pulsbreitenmodulation-(PWM-)Tastgrad - Englisch „PWM Duty Cycle“) der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodi A, B, C und D der Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 eingestellt wird, wie bei dem Strömungsweg-Umschaltventil 14.
Bezugnehmend auf den eingebauten Kreis vom Ausdehnung-Typ 1-1C von 4, wendet der eingebaute Kreis vom Ausdehnung-Typ 1-1C ein ausdehnbares Ventil (z.B. Ausdehnungsventil, Aufblähventil, Inflationsventil) 14-2 als ein eingebautes Ventil an. Im vorliegenden Fall weist das ausdehnbare Ventil 14-2 einen Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließen-Grad auf, bei welchem eine kleine Kühlmittelmenge (z.B. weiterhin durch die Wärmeaustauschleitung) strömt, wenn die Wärmeaustauschleitung 16 gesperrt ist.
Die Modul-Hochtemperaturkammer 15 des thermoelektrischen Moduls 20 schafft die Bewegung des ausdehnbares Ventils 14-2, indem ein Ventildurchgang 17-1 in einer Trennplatte 17A, durch welche die Wärmeaustauschleitung 16 und die Umgehungsleitung 17 getrennt sind, ausgebildet ist, und bildet eine turbulente Strömung in dem Verbrennungsmotorkühlmittelstrom, indem es der inneren Rippe 17-2 erlaubt ist, in den oberen Raum (oberhalb) der Trennplatte 17a (d.h. dem Lageraum der Wärmeaustauschleitung 16) hinein vorzustehen, was den Wärmeaustauscheffekt erhöht.
Das ausdehnbare Ventil 14-2 weist einen Schieber 141, eine Dehnstange (z.B. ausdehnbare, aufblähbare Stange) 14F, einen Wachshalter 14G, eine Fixierstange 14H und eine Feder 14J auf.
Beispielsweise öffnet und schließt der Schieber 141 den Ventildurchgang der Trennplatte 17-1. Die Dehnstange 14F verbindet den Schieber 141 und den Wachshalter 14G. Der Wachshalter 14G dehnt sich aus, wenn die Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels ansteigt, wohingegen sich der Wachshalter 14G zusammenzieht, wenn die Temperatur davon abnimmt, wodurch der Schieber 141 vertikal bewegt wird. Die Dehnstange 14F erzeugt eine Abwärtsbewegungskraft mittels einer Abstoßungskraft durch einen Stangenfixierabschnitt 14K, wenn der Wachshalter 14G ausgedehnt wird. Die Fixierstange 14H erhält die Abwärtsbewegungskraft, um den Schieber 141 abzusenken, so dass der Ventildurchgang der Trennplatte 17-1 durch den Schieber 141 geöffnet wird. Die Feder 14J stellt eine Federrückstellkraft (z.B. Federabstoßungskraft) an den Schieber 141 bereit. Der Stangenfixierabschnitt 14K fixiert den Endabschnitt der Dehnstange 14F, um die Aufwärtsbewegung der Dehnstange 14F zu begrenzen, so dass die Dehnstange 14F die Abwärtsbewegungskraft erzeugt.
Das ausdehnbare Ventil 14-2 kann dadurch den automatischen Öffnungs- und Schließvorgang des Ventildurchgangs 17-1 unter Verwendung des Ausdehnens/Zusammenziehens des Wachses des Wachshalters 14G durchführen, womit der Thermostateffekt in Abhängigkeit von der Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels umgesetzt wird. Da das ausdehnbare Ventil 14-2 die Steuerung der Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 nicht erfordert, kann das ausdehnbare Ventil 14-2 erheblich zur Vereinfachung der Struktur des Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems durch Beseitigen der Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 beitragen.
Indessen zeigt 5 ein Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren für das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System 1 und wird im Detail unter Bezugnahme auf 6 bis 10 beschrieben. Im vorliegenden Fall ist das Steuerungssubjekt die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 und kann das Steuerungsziel das Strömungsweg-Umschaltventil 14 zusammen mit der elektrischen Wasserpumpe 23 und dem Durchflussrateneinstellventil 12, aber auch das Elektromotorventil 14-1 oder das ausdehnbare Ventil 14-2 an Stelle des Strömungsweg-Umschaltventils 14 sein.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 führt ein Erfassen von Verbrennungsmotorbetriebsinformationen (S10) und ein Abgleichen eines Thermoelektrizitätserzeugungsmodus für jede Verbrennungsmotorbetriebsbedingung (S20) durch.
Bezugnehmend auf 6 führt die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Erfassen der Verbrennungsmotorbetriebsinformationen (S10) durch, indem, als momentane Eingabedaten, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Verbrennungsmotordrehzahl, eine Verbrennungsmotorlast, eine Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, eine Niedrigtemperaturkreis-Kühlmitteltemperatur, eine Hochtemperaturkreis-Kühlmitteltemperatur, eine Außenlufttemperatur, ein Ventil-EIN/AUS-Signal und eine Ventilöffnung überprüft werden (z.B. bestätigt werden, sich über diese vergewissert wird), welche durch die Dateneingabeeinheit 20-2 im Betrieb für den Verbrennungsmotor 10 erfasst werden.
Ferner schließt die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Abgleichen des Thermoelektrizitätserzeugungsmodus für jede Verbrennungsmotorbetriebsbedingung (S20) ab durch Überprüfen (z.B. Bestätigen, Vergewissern) des auf die Zuordnungstabelle des Strömungsweg-Umschaltkennfelds 20-3 abgeglichenen Ergebnisses unter Verwendung von, als Grundfaktoren, der Verbrennungsmotorlast und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur, während, als die Betriebsbedingungen, die Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Verbrennungsmotorlast und der Außenlufttemperatur unter den momentanen Eingabedaten verwendet werden.
Anschließend betreibt die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System durch Anwenden von einem von dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A (S30), dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B (S40), dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C (S50) und dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D (S60) in Abhängigkeit von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen bzw. -zuständen.
Beispielsweise wird der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A (S30) durch eine Thermoelektrizitätserzeugung-Maximum-Steuerung (S31) durchgeführt, und die Thermoelektrizitätserzeugung-Maximum-Steuerung (S31) wird auf einen Thermoelektrizitätserzeugung-Bereich, welcher ein für die Thermoelektrizitätserzeugung ausreichender Kühlungsbereich ist, angewendet.
Bezugnehmend auf 7 wird die Thermoelektrizitätserzeugung-Maximum-Steuerung (S31) in einem Bereich, in dem die Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge klein ist und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert hoch ist, unter Verwendung von, als Betriebsbedingungen, einer von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Außenlufttemperatur und der Verbrennungsmotorbetriebsumgebung durchgeführt.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 betreibt daher die Wasserpumpe 19 und die elektrische Wasserpumpe 23, während das Durchflussrateneinstellventil 12 hin zur Thermoelektrisches-Modul-Seite geöffnet wird/ist. Zugleich öffnet die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Strömungsweg-Umschaltventil 14 derart, dass die Wärmeaustauschleitung 16 geöffnet wird und die Umgehungsleitung 17 geschlossen wird, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel mit hoher Temperatur (Hochtemperatur-Verbrennungsmotorkühlmittel), welches vom Verbrennungsmotor 10 aus hin zur Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises strömt, ohne Umleitung zur Umgehungsleitung 17 vollständig in nur die Wärmeaustauschleitung 16 einströmt.
Das thermoelektrische Modul 20 leitet daher das Niedrigtemperaturkühlmittel der Niedrigtemperaturleitung 24 hin zur Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 und leitet zur gleichen Zeit das Verbrennungsmotorkühlmittel der Hochtemperaturleitung 13 hin zur Wärmeaustauschleitung 16, wobei das thermoelektrische Element 21 zwischen diesen liegt. Das thermoelektrische Element 21 erzeugt folglich Elektrizität, indem ein Thermoelektrizitätserzeugungszustand ausgebildet wird, wobei der Wärmeaustauscheffekt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel und dem Niedrigtemperaturkühlmittel auftritt, wodurch die Elektrizität an die Batterie 26 und/oder eine Energieverbrauchseinrichtung 27 geliefert wird.
Ferner strömt das Niedrigtemperaturkühlmittel, welches mit in dem thermoelektrischen Modul 20 erhöhter Temperatur aus dem thermoelektrischen Modul 20 ausströmt, durch die Niedrigtemperaturleitung 24 in den Niedrigtemperaturradiator 25 ein, wobei es durch den Niedrigtemperaturradiator 25 gekühlt wird. Das Verbrennungsmotorkühlmittel hingegen führt eine Verbrennungsmotorkühlung anhand der Wärmeabfuhrmenge durch, welche thermoelektrisch an die Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 innerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 abgegeben wurde.
Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B (S40) wird zum Beispiel durch eine Thermoelektrizitätserzeugung-Zwischenstufe-Steuerung (S41) durchgeführt, und die Thermoelektrizitätserzeugung-Zwischenstufe-Steuerung (S41) wird auf einen Thermoelektrizitätserzeugung/Motorkühlung-Kombiniert-Bereich, in welchem sowohl die bestehende Kühlung des Thermoelektrizitätserzeugungssystems als auch des Fahrzeugs erforderlich sind, angewendet.
Bezugnehmend auf 8 wird die Thermoelektrizitätserzeugung-Zwischenstufe-Steuerung (S41) in einem Bereich, in dem die Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge groß ist und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert hoch ist, unter Verwendung von, als Betriebsbedingungen, einer von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Außenlufttemperatur und der Verbrennungsmotorbetriebsumgebung durchgeführt.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 betreibt daher die Wasserpumpe 19 und die elektrische Wasserpumpe 23, während das Durchflussrateneinstellventil 12 hin zur Thermoelektrisches-Modul-Seite geöffnet wird/ist. Zugleich öffnet die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Strömungsweg-Umschaltventil 14 teilweise, um die Wärmeaustauschleitung 16 und die Umgehungsleitung 17 teilweise zu öffnen, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel mit hoher Temperatur, welches aus dem Verbrennungsmotor 10 ausströmt, hin zur Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises strömt, wobei es auf geteilte Weise in die Wärmeaustauschleitung 16 und Umgehungsleitung 17 einströmt.
Das thermoelektrische Modul 20 leitet daher das Niedrigtemperaturkühlmittel der Niedrigtemperaturleitung 24 hin zur Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 und leitet zur gleichen Zeit das Verbrennungsmotorkühlmittel der Hochtemperaturleitung 13 auf geteilte Weise hin zur Wärmeaustauschleitung 16 und zur Umgehungsleitung 17, wobei das thermoelektrische Element 21 zwischen diesen liegt. Das thermoelektrische Element 21 bildet folglich den Thermoelektrizitätserzeugungszustand, wobei der Wärmeaustauscheffekt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel, welches durch die Wärmeaustauschleitung 16 strömt, und dem Niedrigtemperaturkühlmittel auftritt, und simultan strömt das durch die Umgehungsleitung 17 strömende Verbrennungsmotorkühlmittel direkt in den Hochtemperaturradiator 18 ein, um die Wärmeaustauschmenge des Hochtemperaturradiators 18 zu erhöhen, womit eine Steigerung der Verbrennungsmotorkühlmenge umgesetzt wird, welche für den Hochlastbetrieb geeignet ist.
Das thermoelektrische Modul 20 erzeugt hierbei relativ weniger Elektrizität als im Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A (S30), wobei die Elektrizität an die Batterie 26 und/oder eine Energieverbrauchseinrichtung 27 geliefert wird.
Ferner strömt das Niedrigtemperaturkühlmittel, welches mit in dem thermoelektrischen Modul 20 erhöhter Temperatur aus dem thermoelektrischen Modul 20 ausströmt, durch die Niedrigtemperaturleitung 24 in den Niedrigtemperaturradiator 25 ein, wobei es durch den Niedrigtemperaturradiator 25 gekühlt wird. Das Verbrennungsmotorkühlmittel hingegen führt eine Verbrennungsmotorkühlung anhand der Wärmeabfuhrmenge, welche thermoelektrisch an die Modul-Niedrigtemperaturleitung 22 innerhalb des thermoelektrischen Moduls 20 abgegeben wurde, und der Wärmeaustauschmenge des Hochtemperaturradiators 18 durch.
Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C (S50) wird zum Beispiel durch eine Thermoelektrizitätserzeugung-Minimum-Steuerung (S51) durchgeführt, und die Thermoelektrizitätserzeugung-Minimum-Steuerung (S51) wird auf einen Motorkühlung-Bereich angewendet, der ein Bereich, in dem nur eine Fahrzeugkühlung wie bisher durchgeführt wird, ist.
Bezugnehmend auf 9 wird die Thermoelektrizitätserzeugung-Minimum-Steuerung (S51) in einem Bereich, wo die Verbrennungsmotordrehzahl hoch ist oder die Last hoch ist, was einem Bereich entspricht, in dem die Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge groß ist und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert niedrig ist, unter Verwendung von, als Betriebsbedingungen, einer von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Außenlufttemperatur und der Verbrennungsmotorbetriebsumgebung durchgeführt.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 betreibt daher die Wasserpumpe 19, während das Durchflussrateneinstellventil 12 hin zur Thermoelektrisches-Modul-Seite geöffnet wird/ist, wohingegen die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 die elektrische Wasserpumpe 23 stoppt. Zugleich öffnet die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Strömungsweg-Umschaltventil 14 derart, dass die Wärmeaustauschleitung 16 geschlossen wird und die Umgehungsleitung 17 maximal geöffnet wird, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel mit hoher Temperatur, welches aus dem Verbrennungsmotor 10 ausströmt, um in die Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises einzuströmen, nur (z.B. nahezu ausschließlich) in die Umgehungsleitung 17 einströmt. Jedoch strömt das Verbrennungsmotorkühlmittel in die Wärmeaustauschleitung 16 mit einer kleinen Durchfluss(raten)menge ein, welche dem Verteilungsverhältnis gemäß dem Leitungswiderstandsanteil aufgrund des Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrads, welcher auf das Durchflussrateneinstellventil 12 angewendet wird, entspricht.
Das thermoelektrische Modul 20 wird daher in einen Zustand versetzt, bei dem in dem thermoelektrischen Element 21 keine Thermoelektrizitätserzeugung vorhanden ist, wohingegen das Verbrennungsmotorkühlmittel eine schnelle Verbrennungsmotorkühlung mittels der Wärmeaustauschmenge des Hochtemperaturradiators 18 ohne die thermoelektrische Wärmeabfuhrmenge des thermoelektrischen Moduls 20 durchführt. Im vorliegenden Fall kann der Verbrennungsmotorkühlkreis die Maximale-Kühlung-Funktion wie die bestehende Leistungsfähigkeit durchführen, und, da die Strömungsquerschnittsfläche der Umgehungsleitung 17 groß ist, strömt aufgrund des Strömungswiderstands der inneren Rippe 17-2, welche im Innenraum der Hochtemperaturkammer 15 des thermoelektrischen Moduls 20 und zum Erhöhen der Wärmeaustauschleistung ausgebildet ist, eine höhere Verbrennungsmotorkühlmitteldurchflussrate hin zur Umgehungsleitung 17, wenn das gesamte Strömungsweg-Umschaltventil 14 geöffnet wird.
Der Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D (S60) wird zum Beispiel durch eine Thermoelektrizitätserzeugung-Stopp-Steuerung (S61) durchgeführt, und die Thermoelektrizitätserzeugung-Stopp-Steuerung (S61) wird auf einen Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereich angewendet, der ein Bereich ist, in dem sowohl die Kühlung durch das Thermoelektrizitätserzeugungssystem als auch die Fahrzeugkühlung unnötig sind.
Bezugnehmend auf 10 kann die Thermoelektrizitätserzeugung-Stopp-Steuerung (S61) in einem Bereich, in dem die Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge sehr klein ist und der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert ebenfalls niedrig ist, unter Verwendung von, als Betriebsbedingungen, einer von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast, der Außenlufttemperatur und der Verbrennungsmotorbetriebsumgebung durchgeführt werden.
Die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 stoppt daher die Wasserpumpe 19 und die elektrische Wasserpumpe 23, während das Durchflussrateneinstellventil 12 geschlossen wird/ist. Zugleich schließt die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Strömungsweg-Umschaltventil 14, um sowohl die Wärmeaustauschleitung 16 als auch die Umgehungsleitung 17 zu schließen, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel mit relativ niedriger Temperatur, welches aus dem Verbrennungsmotor 10 ausströmt, um in die Hochtemperaturleitung 13 des Verbrennungsmotorkühlkreises einzuströmen, nicht in das thermoelektrische Modul 20 einströmt.
Das thermoelektrische Modul 20 wird daher in einen Zustand versetzt, bei dem in dem thermoelektrischen Element 21 keine Thermoelektrizitätserzeugung vorhanden ist und zur selben Zeit das Verbrennungsmotorkühlmittel innerhalb des Verbrennungsmotors 10 zirkuliert. Im vorliegenden Fall kann die Strömungsweg-Steuereinrichtung 20-1 das Öffnen und Schließen des Strömungsweg-Umschaltventils 14 in Verbindung mit dem Durchflussrateneinstellventils 12 steuern.
Wie vorstehend beschrieben, weist das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System vom Integrierter-Kreis-Typ gemäß der beispielhaften Ausführungsform das Strömungsweg-Umschaltventil 14, welches in den Innenraum des thermoelektrischen Moduls 20, wo die Thermoelektrizitätserzeugung durch den Wärmeaustauscheffekt aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel und dem Niedrigtemperaturkühlmittel auftritt, integriert ist, auf und tritt der Wärmeaustauscheffekt auf oder tritt dieser nicht auf, indem die Wegumschaltung mittels des Strömungsweg-Umschaltventils 14 in einem von dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus A des Thermoelektrizitätserzeugung-Bereichs, dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus B des Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereichs, dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus C des Verbrennungsmotorkühlung-Bereichs und dem Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus D des Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereichs mit der Änderung der Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge und des Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwerts in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen durchgeführt wird, womit die Systemkomplexität verbessert und optimiert wird, indem die Kühlkreisausgestaltung bzw. Kühlkreisanordnung (auch Kühlkreislayout) vereinfacht wird und der zum Ausbilden des Kreises notwendige Installationsraum verringert wird, wobei die einfache Strömungswegsteuerung für den Hochtemperaturkühlmittel-Kreis mit der verbauten Zahl von weniger Strömungsweg-Steuerventilen durchgeführt wird.
Zur Erleichterung der Erklärung und genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „ober...“, „unter...“, „inner...“, „äußer...“, „hoch“, „runter“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorder...“, „hinter...“, „vorne“, „hinten“ „nach innen / einwärts“, „nach außen / auswärts“, „innerhalb, „außerhalb“, „innen“, „außen“, „nach vorne / vorwärts“ und „nach hinten / rückwärts“ dazu verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Positionen, wie sie in den Zeichnungen gezeigt sind, zu beschreiben. Es ist ferner zu verstehen, dass der Begriff „verbinden“ oder seine Abwandlungen‟ sich sowohl auf eine direkte als auch eine indirekte Verbindung beziehen.
Die vorhergehenden Beschreibungen von bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienten dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sind nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Änderungen und Abwandlungen vor dem Hintergrund der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und ihre praktische Anwendbarkeit zu beschreiben, um es dadurch dem Fachmann zu erlauben, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, sowie verschiedene Alternativen und Abwandlungen davon, herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.

Claims

Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System, aufweisend: ein thermoelektrisches Modul (20), welches mit einer Hochtemperaturleitung (13), durch welche Verbrennungsmotorkühlmittel strömt, und einer Niedrigtemperaturleitung (24), durch welche ein Kühlmittel mit einer Temperatur, die niedriger als eine Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels ist, strömt, verbunden ist, und welches dazu eingerichtet ist, eine Thermoelektrizitätserzeugung mittels eines Wärmeaustauscheffekts basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen dem Verbrennungsmotorkühlmittel in der Hochtemperaturleitung (13) und dem in der Niedrigtemperaturleitung (24) strömenden Kühlmittel durchzuführen, wobei ein thermoelektrisches Element (21) zwischen der Hochtemperaturleitung (13) und der Niedrigtemperaturleitung (24) angeordnet ist, eine Wärmeaustauschleitung (16), in welcher der Wärmeaustauscheffekt auftritt, und eine Umgehungsleitung (17), in welcher kein Wärmeaustauscheffekt auftritt, wobei die Wärmeaustauschleitung (16) und die Umgehungsleitung (17) mit der Hochtemperaturleitung (13) verbunden sind, um zwei jeweilige Strömungswege zu bilden, eine Steuereinrichtung (20-1), und ein eingebautes Ventil (14, 14-1, 14-2), welches in einen Innenraum des thermoelektrischen Moduls (20) angeordnet ist und mit der Steuereinrichtung dazu verbunden ist, Durchflussraten des Kühlmittels in der Wärmeaustauschleitung (16) und der Umgehungsleitung (17) durch eine Wegumschaltung zwischen der Wärmeaustauschleitung (16) und der Umgehungsleitung (17) einzustellen.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 1, wobei das eingebaute Ventil dazu eingerichtet ist, einen Umgehungsleitung-Strömungsweg-Öffnungs-und-Schließgrad auf die Umgehungsleitung (17) anzuwenden, so dass das Verbrennungsmotorkühlmittel mit einer Durchflussrate, welche kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, in die Wärmeaustauschleitung (16) einströmt, wenn die Umgehungsleitung (17) geöffnet ist.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das eingebaute Ventil an einem Abzweigungsort zwischen der Umgehungsleitung (17) und der Wärmeaustauschleitung (16) in dem Innenraum des thermoelektrischen Moduls (20) angeordnet ist.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das eingebaute Ventil ein Strömungsweg-Umschaltventil (14) ist, und das Strömungsweg-Umschaltventil (14) dazu eingerichtet ist, die Wegumschaltung in einem von einem ersten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (A), einem zweiten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (B), einem dritten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (C) und einem vierten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (D) unter Verwendung einer Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge und eines Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwerts durchzuführen.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 4, wobei der erste Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (A) ein Thermoelektrizitätserzeugung-Bereich ist, der zweite Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (B) ein Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereich ist, der dritte Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (C) ein Verbrennungsmotorkühlung-Bereich ist und der vierte Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (D) ein Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereich ist.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 3, wobei das eingebaute Ventil ein Elektromotorventil (14-1) ist, und das Elektromotorventil (14-1) dazu eingerichtet ist, die Wegumschaltung mit einer Schrauben-Rotation mittels eines Elektromotors (14E) durchzuführen.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 6, wobei das Elektromotorventil (14-1) dazu eingerichtet ist, eine von einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Verbrennungsmotorlast und einer Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur zum Einstellen des Öffnungs-und-Schließgrads des Elektromotorventils (14-1) anzuwenden, um die Wegumschaltung durchzuführen.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 3, wobei das eingebaute Ventil ein ausdehnbares Ventil (14-2) ist, und das ausdehnbare Ventil (14-2) dazu eingerichtet ist, die Wegumschaltung mit Wachsausdehnung durchzuführen.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 8, wobei das ausdehnbare Ventil (14-2) dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels zum Einstellen des Öffnungs- und Schließgrads des ausdehnbaren Ventils (14-2) anzuwenden.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 9, wobei das thermoelektrische Modul (20) mit einer inneren Rippe (17-2) versehen ist.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 10, wobei die Hochtemperaturleitung (13) mit einem Durchflussrateneinstellventil (12) versehen ist, welches mit der Steuereinrichtung (20-1) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, eine Durchflussrate des Verbrennungsmotorkühlmittels einzustellen, und wobei das Durchflussrateneinstellventil (12) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungsmotorkühlmittelverteilung an einen ersten Radiator (18) und eine Pumpe (19), welche an der Hochtemperaturleitung (13) angebracht sind, zu steuern.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach Anspruch 11, wobei das Durchflussrateneinstellventil (12) dazu eingerichtet, die Verbrennungsmotorkühlmittelverteilung an einen von einem Heizerkern, einem Abgasrückführung-(AGR-)Kühler, einem Ölwärmer und einem Automatikgetriebefluid-(ATF-)Wärmer zu steuern.
Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 12, wobei die Niedrigtemperaturleitung (24) mit einer elektrischen Pumpe (23) und einem Zweite-Temperatur-Radiator (25) versehen ist.
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren zum Steuern eines Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-Systems, welches ein Durchflussrateneinstellventil (12), das mit einer Strömungsweg-Steuereinrichtung (20-1) dazu verbunden ist, ein Kühlmittel, welches mittels einer Pumpe (19) zirkuliert wird und hin zu einem ersten Radiator (18) und einem Wärmetauscher (30) strömt, anzupassen, und ein Strömungsweg-Umschaltventil (14), das in einen Innenraum eines thermoelektrischen Moduls (20) integriert ist und mit der Strömungsweg-Steuereinrichtung (20-1) verbunden ist, aufweist, das Verfahren aufweisend: Verteilen, mittels des mit der Strömungsweg-Steuereinrichtung verbundenen Durchflussrateneinstellventils (12), des Kühlmittels, welches durch die Wasserpumpe (19) zirkuliert wird, zu dem ersten Radiator (18) und dem Wärmetauscher (30); Einstellen, mittels des in den Innenraum des thermoelektrischen Moduls (20) integrierten und mit der Strömungsweg-Steuereinrichtung (20-1) verbundenen Strömungsweg-Umschaltventils (14), einer Durchflussrate eines Verbrennungsmotorkühlmittels mittels Wegumschaltung zu einer Wärmeaustauschleitung (16), in welcher ein Wärmeaustauscheffekt auftritt, und einer Umgehungsleitung (17), in welcher kein Wärmeaustauscheffekt auftritt, dann, wenn eine Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels eingerichtet ist für die Thermoelektrizitätserzeugung des thermoelektrischen Moduls (20) aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels, das mittels einer elektrischen Pumpe (23) durch einen zweiten Radiator (25) zirkuliert, und dem Kühlmittel, das eine niedrigere Temperatur als das Verbrennungsmotorkühlmittel hat und durch den ersten Radiator (18) zirkuliert, und Steuern, mittels der Strömungsweg-Steuereinrichtung (20-1), des Strömungsweg-Umschaltventils (14) in irgendeinem von einem ersten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (A) eines Thermoelektrizitätserzeugung-Bereichs (S31), einem zweiten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (B) eines Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Kombiniert-Bereichs (S41), einem dritten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (C) eines Verbrennungsmotorkühlung-Bereichs (S51) und einem vierten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (D) eines Thermoelektrizitätserzeugung-/Verbrennungsmotorkühlung-Blockieren-Bereichs (S61).
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren nach Anspruch 14, wobei, in dem ersten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (A), der Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung (16) auftritt, indem eine Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils (12) geöffnet wird, die Pumpe (19) und die elektrische Pumpe (23) betrieben werden und durch Öffnen des Strömungsweg-Umschaltventils (14) die Wärmeaustauschleitung (16) geöffnet wird und die Umgehungsleitung (17) geschlossen wird, und wobei der erste Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (A) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge, welche kleiner oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, und einen Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert auf das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System anzuwenden.
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei, in dem zweiten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (B), der Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung (16) auftritt, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils (12) geöffnet wird, die Pumpe (19) und die elektrische Pumpe (23) betrieben werden und durch Öffnen des Strömungsweg-Umschaltventils (14) die Wärmeaustauschleitung (16) teilweise geöffnet wird und die Umgehungsleitung (17) teilweise geöffnet wird, und wobei der zweite Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (B) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge, welche größer oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, und einen Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert, welcher größer oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, auf das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System anzuwenden.
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, wobei, in dem dritten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (C) kein Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung (16) auftritt, indem die Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils (12) geöffnet wird, die Pumpe (19) betrieben wird, die elektrische Pumpe (23) gestoppt wird, und durch Öffnen des Strömungsweg-Umschaltventils (14) die Wärmeaustauschleitung (16) geschlossen wird und die Umgehungsleitung (17) geöffnet wird, und wobei der dritte Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (C) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge, welche größer oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, und einen Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert, welcher kleiner oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, auf das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System anzuwenden.
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, wobei, in dem vierten Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (D), kein Wärmeaustauscheffekt in der Wärmeaustauschleitung (16) auftritt, indem eine Thermoelektrisches-Modul-Seite des Durchflussrateneinstellventils (12) geschlossen wird, die Pumpe (19) und die elektrische Pumpe (23) gestoppt werden, und durch das Schließen des Strömungsweg-Umschaltventils (14) die Wärmeaustauschleitung (16) geschlossen wird und die Umgehungsleitung (17) geschlossen wird, und wobei der vierte Thermoelektrizitätserzeugung-Betriebsmodus (D) dazu eingerichtet ist, eine Verbrennungsmotorkühlungsbedarfsmenge, welche kleiner oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, und einen Verbrennungsmotorkühlmitteltemperaturzielwert, welcher kleiner oder gleich einem vorbestimmten Einstellwert ist, auf das Kühlmittel-Thermoelektrizitätserzeugung-System anzuwenden.
Kühlmittelsteuerung-Thermoelektrizitätserzeugung-Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, wobei eine von einer Verbrennungsmotordrehzahl (1/min), einer Verbrennungsmotorlast und einer Außenlufttemperatur als eine Bedingung zum Betreiben des Strömungsweg-Umschaltventils (14) angewendet wird.