專利名稱：用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的使用聲制冷機(jī)的溫控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明涉及用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的帶有聲制冷機(jī)的溫控系統(tǒng)，所述聲制冷機(jī)通過(guò)聲波利用熱傳遞的熱聲效應(yīng)。
背景技術(shù)：
0003通常，通過(guò)介質(zhì)內(nèi)密度振動(dòng)(density vibration)的傳播產(chǎn)生聲波。當(dāng)帶有固體外表面的管充滿氣體時(shí)，振動(dòng)通過(guò)聲波沿著氣體介質(zhì)的方向傳播，這種密度振動(dòng)產(chǎn)生壓力脈沖。
0004壓力脈沖涉及溫度變化，這依據(jù)管內(nèi)氣體介質(zhì)的絕熱壓縮和絕熱膨脹，和在固體邊界面沿著與氣體介質(zhì)通過(guò)聲波振動(dòng)的傳遞方向相反的方向的熱傳遞。這被稱為熱聲效應(yīng)?？梢园踩尫诺娇諝庵械亩栊詺怏w，例如氦、氬和氙，通常被用作振動(dòng)傳遞介質(zhì)。
0005如圖1中所示，聲制冷機(jī)包括聲波發(fā)生器(例如，揚(yáng)聲器系統(tǒng))1、管組(stack)2、共鳴管3、高溫?zé)峤粨Q器4和低溫?zé)峤粨Q器5。
0006電能從電功率源6供應(yīng)到聲波發(fā)生器1，從而產(chǎn)生聲波。產(chǎn)生的聲波通過(guò)管組2傳遞到共鳴管3。當(dāng)沿共鳴管3的縱向方向傳遞聲波時(shí)，充滿共鳴管3的氣體介質(zhì)的熱量沿著與熱聲效應(yīng)所傳遞的聲波方向相反的方向傳遞到管組。
0007管組2通過(guò)低溫?zé)峤粨Q器5吸收氣體介質(zhì)的熱量并且將所吸收的熱量傳遞到高溫?zé)峤粨Q器4。高溫?zé)峤粨Q器4的熱量傳遞到周?chē)邷匮h(huán)流體，然后排放到外部。相比之下，低溫?zé)峤粨Q器5的熱量傳遞到低溫循環(huán)流體，例如水或甘油，然后排放到外部，由此導(dǎo)致冷卻效應(yīng)。
0008與使用熱電效應(yīng)的冷卻方法類似，使用聲制冷機(jī)的冷卻方法與壓縮式冷卻方法相比更環(huán)保。這是因?yàn)樗⒉皇褂美鋮s劑。該冷卻方法具有各種優(yōu)點(diǎn)，例如維護(hù)成本更低，噪音和振動(dòng)更小，溫控更精確，以及電功耗更低。
0009其間，如果車(chē)輛燃料箱內(nèi)的燃料溫度升高，燃料被蒸發(fā)并且產(chǎn)生燃料蒸汽。燃料蒸汽主要是烴(HC)。燃料蒸汽充滿燃料箱的空余空間，并且當(dāng)完全充滿燃料箱的空余空間時(shí)，燃料蒸汽從燃料箱泄漏。
0010目前的汽車(chē)排放法規(guī)嚴(yán)格限制車(chē)輛的烴排放量。就燃料消耗考慮也必須限制從燃料箱排放燃料蒸汽。為此，為改進(jìn)車(chē)輛而附加了碳罐，其用作收集燃料箱中產(chǎn)生的蒸汽的存儲(chǔ)空間。被收集氣體通過(guò)凈化閥送至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管，然后適時(shí)地送至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室進(jìn)行燃燒。
0011為了抑制燃料蒸汽的產(chǎn)生，優(yōu)選的是將燃料箱冷卻到預(yù)定溫度以下。其間，由于碳罐的凈化量需要增加以便防止出現(xiàn)問(wèn)題(例如在停止后的重啟中由于流入高密度凈化氣發(fā)動(dòng)機(jī)熄火)，碳罐需要適度地被加熱。

發(fā)明內(nèi)容
0012本發(fā)明試圖通過(guò)使用利用熱聲效應(yīng)的聲制冷機(jī)提供一種用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)，其具有的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)冷卻燃料箱的內(nèi)部空間使燃料蒸汽量減到最少，和通過(guò)加熱碳罐的表面增加凈化量。
0013本發(fā)明的典型實(shí)施方式提供一種用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)，包括聲制冷機(jī)，其包括聲波發(fā)生器、充滿氣體介質(zhì)并且將聲波發(fā)生器產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換成駐波的共鳴器、布置在聲波發(fā)生器和共鳴器之間以將聲波傳遞到共鳴器的管組、在朝著共鳴器的管組的端部形成以取決于氣體介質(zhì)的壓縮和膨脹傳遞熱量的低溫?zé)峤粨Q部分，和在朝著聲波發(fā)生器的管組的端部形成以接收從低溫?zé)峤粨Q部分傳遞的熱量的高溫?zé)峤粨Q部分；低溫循環(huán)管路，其一端連接到低溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到燃料箱，從而將低溫?zé)峤粨Q部分所冷卻的低溫循環(huán)流體傳輸?shù)饺剂舷洌坏蜏責(zé)峤粨Q器，其安裝在燃料箱內(nèi)并且連接到低溫循環(huán)管路，從而將燃料箱內(nèi)的熱量傳遞到低溫循環(huán)流體；高溫循環(huán)管路，其一端連接到高溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到碳罐20，從而將高溫?zé)峤粨Q部分所加熱的高溫循環(huán)流體送至碳罐；高溫?zé)峤粨Q器，其安裝到碳罐并且連接到高溫循環(huán)管路，從而將高溫循環(huán)流體的熱量傳遞到碳罐；和控制聲制冷機(jī)的控制單元。
0014用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于檢測(cè)燃料箱內(nèi)溫度并輸出相應(yīng)信號(hào)的溫度傳感器，并且控制單元可以在溫度傳感器的信號(hào)的基礎(chǔ)上控制聲制冷機(jī)。


0015圖1是聲制冷機(jī)的示意圖。
0016圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用聲制冷機(jī)的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)的示圖。
0017圖3是顯示通過(guò)加熱圖2的溫控系統(tǒng)中的碳罐產(chǎn)生的凈化量的圖表。
具體實(shí)施例方式
0018將在下文參考附圖具體描述本發(fā)明的典型實(shí)施方式。
0019圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的使用聲制冷機(jī)的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)的示圖。圖3是顯示通過(guò)加熱圖2的溫控系統(tǒng)中的碳罐產(chǎn)生的凈化量的圖表。
0020如圖2中所示，用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的使用聲制冷機(jī)的溫控系統(tǒng)S包括燃料箱10，其用于存儲(chǔ)供應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)E的燃料；碳罐20，其用于存儲(chǔ)燃料箱10中產(chǎn)生的燃料蒸汽并且將燃料蒸汽送至發(fā)動(dòng)機(jī)E；和聲制冷機(jī)50，其利用熱聲效應(yīng)進(jìn)行冷卻。溫控系統(tǒng)S也包括低溫循環(huán)管路L和高溫循環(huán)管路H以用于執(zhí)行燃料箱10和碳罐20之間的熱交換。溫控系統(tǒng)S進(jìn)一步包括低溫?zé)峤粨Q器60和高溫?zé)峤粨Q器70以分別用于在低溫循環(huán)管路L和燃料箱10之間、以及在高溫循環(huán)管路H和碳罐20之間交換熱量。另外，由于可以根據(jù)燃料箱10的溫控聲制冷機(jī)50，溫控系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于監(jiān)視燃料箱10內(nèi)溫度的溫度傳感器30。
0021聲制冷機(jī)50包括產(chǎn)生聲波的聲波發(fā)生器52、共鳴器54、管組56、在朝著共鳴器54的管組56的端部形成以傳遞氣體介質(zhì)的熱量的低溫?zé)峤粨Q部分58，和在朝著聲波發(fā)生器52的管組56的端部形成以接收從低溫?zé)峤粨Q部分58傳遞的熱量的高溫?zé)峤粨Q部分59。共鳴器54可以充滿氣體介質(zhì)并且將聲波發(fā)生器52產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換成駐波。管組56布置在聲波發(fā)生器52和共鳴器54之間以將聲波傳遞到共鳴器54。由于聲制冷機(jī)50可以作為傳統(tǒng)的聲制冷機(jī)被實(shí)現(xiàn)，因此將省略其具體說(shuō)明。
0022存儲(chǔ)在燃料箱10中的燃料根據(jù)環(huán)境溫度被蒸發(fā)。被蒸發(fā)的燃料量隨著環(huán)境溫度增加而增加。因此，可以在燃料箱內(nèi)的測(cè)量溫度的基礎(chǔ)上計(jì)算被蒸發(fā)的燃料量。
0023燃料箱10包括用于測(cè)量燃料箱10內(nèi)溫度的溫度傳感器30。溫度傳感器30測(cè)量燃料箱10內(nèi)的溫度并且將對(duì)應(yīng)于測(cè)量溫度的溫度信號(hào)輸出到控制單元40。控制單元40在從溫度傳感器30輸入的溫度信號(hào)的基礎(chǔ)上控制聲制冷機(jī)50。
0024如果在溫度信號(hào)的基礎(chǔ)上確定燃料箱10內(nèi)的溫度高于或等于特定溫度，控制單元40輸出冷卻信號(hào)以操作聲制冷機(jī)50。諸如氦、氬或氙這樣的氣體介質(zhì)或其他合適的氣體介質(zhì)充滿共鳴器54的內(nèi)部空間并且當(dāng)聲制冷機(jī)50的聲波發(fā)生器52操作產(chǎn)生聲波時(shí)膨脹。
0025當(dāng)聲波沿共鳴器54的縱向方向傳遞時(shí)，氣體介質(zhì)從周?chē)h(huán)境吸收熱量，從而氣體介質(zhì)的溫度升高。在該過(guò)程期間，氣體介質(zhì)的熱量逐漸傳遞到與管組56末端連接的低溫?zé)峤粨Q部分58。
0026傳遞到低溫?zé)峤粨Q部分58的熱量通過(guò)管組56周?chē)臍怏w介質(zhì)傳遞到高溫?zé)峤粨Q部分59。已處于相對(duì)較低溫度的高溫?zé)峤粨Q部分59吸收已傳遞到管組56的低溫?zé)峤粨Q部分58的熱量。
0027低溫循環(huán)管路L的一端連接到低溫?zé)峤粨Q部分58，其另一端連接到燃料箱10。結(jié)果，低溫循環(huán)管路L圍繞低溫?zé)峤粨Q部分58循環(huán)低溫循環(huán)流體并且被冷卻。
0028在低溫循環(huán)管路L內(nèi)流動(dòng)的低溫循環(huán)流體被送至安裝在燃料箱10內(nèi)部的低溫?zé)峤粨Q器60。結(jié)果，燃料箱10內(nèi)的熱量通過(guò)低溫?zé)峤粨Q器60傳遞到低溫循環(huán)流體，從而燃料箱10內(nèi)的溫度降低。因此，由于燃料箱10內(nèi)的溫度降低，被蒸發(fā)的燃料量減小并且產(chǎn)生的燃料蒸汽減小。
0029已被燃料箱10內(nèi)的熱量加熱的低溫循環(huán)流體被送至聲制冷機(jī)50。當(dāng)共鳴器54內(nèi)的氣體介質(zhì)被壓縮以吸收周?chē)鸁崃繒r(shí)低溫循環(huán)流體再次被冷卻，并且低溫循環(huán)流體再次用于冷卻燃料箱10。
0030盡管燃料箱10中的被蒸發(fā)燃料量被冷卻劑減小，燃料蒸發(fā)并未完全停止而是減小。因此，產(chǎn)生的燃料蒸汽被排放到碳罐20。
0031其間，從低溫?zé)峤粨Q部分58傳遞到高溫?zé)峤粨Q部分59的熱量被傳遞到高溫?zé)峤粨Q部分59周?chē)母邷匮h(huán)流體，并且被加熱的高溫循環(huán)流體通過(guò)高溫循環(huán)管路H被送至碳罐20。高溫循環(huán)管路H的一端連接到高溫?zé)峤粨Q部分59，另一端連接到碳罐20。
0032被加熱的高溫循環(huán)流體被送至在碳罐20的表面形成的高溫?zé)峤粨Q器70，并且在高溫?zé)峤粨Q器70中發(fā)生熱交換，從而高溫循環(huán)流體的熱量被傳遞到溫度相對(duì)較低的碳罐20。
0033被熱交換冷卻的高溫循環(huán)流體被送至聲制冷機(jī)50并且冷卻高溫?zé)峤粨Q部分59的周?chē)h(huán)境，使得高溫?zé)峤粨Q部分59的溫度變?yōu)榈陀诘蜏責(zé)峤粨Q部分58的溫度。因此，低溫?zé)峤粨Q部分58的熱量被傳遞到高溫?zé)峤粨Q部分59，從而高溫循環(huán)流體再次被加熱并且被加熱的高溫循環(huán)流體再次用于加熱碳罐20。
0034如圖3中所示，如果燃料蒸汽在碳罐20內(nèi)的燃料蒸汽的溫度增加的狀態(tài)下供應(yīng)到發(fā)動(dòng)機(jī)，則凈化量增加，從而增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作。因此，由于燃料箱未被加熱到某個(gè)溫度之上，因此可以防止產(chǎn)生過(guò)量燃料蒸汽。另外，由于碳罐可以保持在相關(guān)溫度，因此凈化量可以增加，從而增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)操作。
0035盡管結(jié)合當(dāng)前認(rèn)為可行的典型實(shí)施方式描述了該發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明并不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，而是相反，意欲涵蓋包括在后附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和等效布置。
0036根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，通過(guò)利用熱聲效應(yīng)的聲制冷機(jī)的應(yīng)用，燃料箱的內(nèi)部空間被冷卻，從而使燃料蒸汽量減到最少，并且碳罐的表面被加熱，從而凈化量增加。
0037此外，可以有效地解決燃料蒸汽的調(diào)節(jié)，并且不需要過(guò)度凈化量，從而增強(qiáng)了發(fā)動(dòng)機(jī)可控性和提高了操作性能。
0038更進(jìn)一步地，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式使用無(wú)污染和環(huán)保技術(shù)，因此環(huán)保品牌形象價(jià)值可以增加，本發(fā)明可以容易地應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)輛或燃料電池車(chē)輛。
權(quán)利要求
1.一種用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)，包括聲制冷機(jī)，其包括聲波發(fā)生器，用于將聲波發(fā)生器產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換成駐波的共鳴器，布置在聲波發(fā)生器和共鳴器之間以將聲波傳遞到共鳴器的管組，在朝著共鳴器的管組的端部形成以取決于氣體介質(zhì)的壓縮和膨脹傳遞熱量的低溫?zé)峤粨Q部分，和在朝著聲波發(fā)生器的管組的端部形成以接收從低溫?zé)峤粨Q部分傳遞的熱量的高溫?zé)峤粨Q部分；低溫循環(huán)管路，其一端連接到低溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到燃料箱，從而將低溫?zé)峤粨Q部分所冷卻的低溫循環(huán)流體傳輸?shù)饺剂舷?；低溫?zé)峤粨Q器，其安裝在燃料箱內(nèi)并且連接到低溫循環(huán)管路，從而將燃料箱內(nèi)的熱量傳遞到低溫循環(huán)流體；高溫循環(huán)管路，其一端連接到高溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到碳罐，從而將高溫?zé)峤粨Q部分所加熱的高溫循環(huán)流體送至碳罐；高溫?zé)峤粨Q器，其安裝到碳罐并且連接到高溫循環(huán)管路，從而將高溫循環(huán)流體的熱量傳遞到碳罐；和控制聲制冷機(jī)的控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的溫控系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢測(cè)燃料箱內(nèi)溫度并輸出相應(yīng)信號(hào)的溫度傳感器，并且其中控制單元在溫度傳感器的信號(hào)的基礎(chǔ)上控制聲制冷機(jī)。
3.一種用于車(chē)輛的燃料箱的溫控系統(tǒng)，包括聲制冷機(jī)；低溫循環(huán)管路，其一端連接到低溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到燃料箱，從而將低溫?zé)峤粨Q部分所冷卻的低溫循環(huán)流體傳輸?shù)饺剂舷?；低溫?zé)峤粨Q器，其安裝在燃料箱內(nèi)并且連接到低溫循環(huán)管路，從而將燃料箱內(nèi)的熱量傳遞到低溫循環(huán)流體；高溫循環(huán)管路，其一端連接到高溫?zé)峤粨Q部分，另一端連接到碳罐，從而將高溫?zé)峤粨Q部分所加熱的高溫循環(huán)流體送至碳罐；高溫?zé)峤粨Q器，其安裝到碳罐并且連接到高溫循環(huán)管路，從而將高溫循環(huán)流體的熱量傳遞到碳罐；和控制聲制冷機(jī)的控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的溫控系統(tǒng)，其中聲制冷機(jī)進(jìn)一步包括聲波發(fā)生器；共鳴器，其用于將聲波發(fā)生器產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換成駐波；管組，其布置在聲波發(fā)生器和共鳴器之間；低溫?zé)峤粨Q部分，其在朝著共鳴器的管組的端部形成以取決于氣體介質(zhì)的壓縮和膨脹傳遞熱量；和高溫?zé)峤粨Q部分，其在朝著聲波發(fā)生器的管組的端部形成以接收從低溫?zé)峤粨Q部分傳遞的熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的溫控系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢測(cè)燃料箱內(nèi)溫度并輸出相應(yīng)信號(hào)的溫度傳感器，并且其中控制單元在溫度傳感器的信號(hào)的基礎(chǔ)上控制聲制冷機(jī)。
全文摘要
一種用于車(chē)輛的燃料箱和碳罐的溫控系統(tǒng)包括聲制冷機(jī)；低溫循環(huán)管路，其將低溫?zé)峤粨Q部分所冷卻的低溫循環(huán)流體傳輸?shù)饺剂舷?；低溫?zé)峤粨Q器，其安裝在燃料箱內(nèi)并且連接到低溫循環(huán)管路，從而將燃料箱內(nèi)的熱量傳遞到低溫循環(huán)流體；高溫循環(huán)管路，其將高溫?zé)峤粨Q部分所加熱的高溫循環(huán)流體送至碳罐；高溫?zé)峤粨Q器，其安裝到碳罐并且連接到高溫循環(huán)管路，從而將高溫循環(huán)流體的熱量傳遞到碳罐；和控制聲制冷機(jī)的控制單元。
文檔編號(hào)F25B9/14GK101085599SQ20061016053
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者申峻植 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社