Система климат-контроля автомобиля - RU137238U1
Код документа: RU137238U1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к системе климат-контроля автомобиля, которая включает в себя адсорбционный тепловой насос с двумя адсорберами.
Уровень техники
В некоторых системах климат-контроля автомобиля вместо компрессорного теплового насоса может быть использован адсорбционный тепловой насос. Адсорбционные тепловые системы кондиционирования воздуха используют химические адсорбенты (например, цеолит, силикагель, активированный уголь) вместо механического компрессора, и имеют тепловой привод (например, от тепла выхлопных газов) вместо механического. Например, адсорбционную систему кондиционирования воздуха автомобиля можно приводить в действие за счет тепла выхлопных газов двигателя, тогда как компрессор, используемый во многих традиционных системах кондиционирования воздуха, может работать от коленчатого вала двигателя и за счет этого может нагружать двигатель. Как таковые, адсорбционные системы кондиционирования воздуха, в отличие от компрессионных систем, могут успешно уменьшить нагрузку на двигатель и снизить потребление топлива.
Один рабочий цикл адсорбционной тепловой системы кондиционирования воздуха включает в себя адсорбцию хладагента (например, воды) твердым адсорбентом, например цеолитом (далее «режим адсорбции»), и последующую десорбцию хладагента из адсорбента (далее «режим десорбции»). Этот процесс может происходить в емкости, называемой адсорбером. В режиме адсорбции адсорбент активно охлаждается, например, с помощью холодной теплообменной среды (Heat Transfer Fluid, HTF). Охлаждение адсорбента создает силу всасывания, которая втягивает испарения хладагента в адсорбер для адсорбции их адсорбентом. При стандартном применении хладагент вовлекается из испарителя в адсорбент за счет аспирации, при этом испаряясь из испарителя и, тем самым, его охлаждая. В отличие от этого в режиме десорбции адсорбент активно нагревается, например, с помощью горячей теплообменной среды. В результате нагревания адсорбента хладагент из него десорбируется. При стандартном применении десорбированный из адсорбента хладагент попадает в конденсатор, конденсируясь и таким образом нагревая его.
В документе US 2011/0005267 (который может быть выбран в качестве ближайшего аналога) описана система кондиционирования воздуха автомобиля, в состав которой входит адсорбционный тепловой насос, работающий совместно с конденсатором и испарителем согласно описанному выше способу. Адсорбционный тепловой насос работает от тепловой энергии выхлопных газов двигателя, и содержит по меньшей мере два адсорбера, которые циклически и асинхронно поглощают и выделяют хладагент. В одном из предпочтительных вариантов осуществления система имеет три контура рабочей среды: контур теплообменной среды для нагрева/охлаждения адсорберов, в которых рабочей средой является теплообменная среда на основе минерального масла; контур адсорбции, находящийся полностью за пределами пассажирского салона, в котором рабочей средой может быть NH3; и контур хладагента, передающий тепло из салона в контур адсорбции (посредством межконтурного теплообменника), в котором рабочей средой может быть R-134a.
Контур теплообменной среды нагревает/охлаждает адсорберы, оказывая влияние на процессы адсорбции/десорбции внутри адсорберов. Охладитель теплообменной среды подает охлажденную теплообменную среду для режима адсорбции, а нагреватель теплообменной среды подает горячую теплообменную среду для режима десорбции. Тепловые резервуары, накапливающие тепло выхлопных газов в материале с фазовым переходом (Phase Change Material, PCM), соединены с нагревателем теплообменной среды. Контур адсорбции содержит NH3, который поглощается/выделяется из адсорбентов. После выключения двигателя тепло, накопленное в тепловых резервуарах, используется для десорбции NH3 из адсорбентов в резервуар. Накопленный в резервуаре NH3 затем используется для обеспечения «резкого охлаждения» после холодного пуска двигателя, когда теплообменная среда в контуре теплообменной среды еще остается нагретой, для запуска теплового цикла адсорберов и накачки хладагента. Для обеспечения охлаждения салона теплообменник соединен с контуром хладагента и контуром адсорбента. В теплообменнике R-134a из контура хладагента конденсируется, a NH3 из контура адсорбента испаряется. Кроме того, контур хладагента содержит испаритель R-134а, сообщающийся с салоном для обеспечения его охлаждения с помощью вентилятора.
Однако было обнаружено, что вышеописанная система имеет ряд недостатков. Для обеспечения резкого охлаждения при запуске двигателя, в этой системе NH3 хранится под давлением в соответствующем резервуаре. Даже не принимая во внимание опасные факторы, связанные с хранением NH3 под давлением, использование резервуара под давлением может быть затратным в отношении материалов и занимаемого в места. Более того, для хранения объема NH3, достаточного для нужд быстрого охлаждения в жаркую погоду, может потребоваться резервуар слишком большого размера. Кроме того, в силу ограничений, присущих резервуару с NH3 под давлением, может быть невозможным уменьшить размеры адсорберов и, соответственно, повысить эффективность их работы и/или обеспечить размещение системы в транспортных средствах.
Раскрытие полезной модели
Для преодоления этих и других недостатков предложена система климат-контроля автомобиля, которая содержит по меньшей мере два адсорбера, выполненных с возможностью переключения в летнем режиме работы системы между режимом адсорбции и режимом десорбции. Система также содержит автономный аккумулятор холода на фазовом переходе, расположенный выше по потоку от испарителя и ниже по потоку от расширительного клапана и конденсатора в контуре хладагента. Система также содержит автономный аккумулятор тепла на фазовом переходе, выполненный с возможностью подключения к сердцевине нагревателя в зимнем режиме работы системы и к адсорберам в летнем режиме работы системы.
Система дополнительно содержит контур горячей теплообменной среды с тепловым коллектором выхлопных газов и аккумулятором тепла на фазовом переходе, а также контур холодной теплообменной среды с охладителем теплообменной среды. При этом система не предусматривает использования хладагента двигателя или компрессора с приводом от двигателя.
Каждый адсорбер может содержать одну или несколько ребристых трубок, термически соединенных с адсорбентом. При этом теплообменная среда из контура горячей теплообменной среды или из контура холодной теплообменной среды протекает через ребристые трубки каждого адсорбера в зависимости от режима работы системы.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение эффективного накопления тепловой энергии без использования резервуаров под давлением, повышение эффективности тепловой адсорбции, а также уменьшение размера адсорберов в системе климат-контроля.
Такой эффект достигается благодаря преимуществам накопления тепловой энергии в материале с фазовыми переходами. При использовании предложенной системы в летнем режиме работы, для обеспечения быстрого охлаждения при последующем запуске двигателя, в аккумуляторе можно накапливать тепловую энергию, заряжая автономный аккумулятор холода на фазовом переходе. Кроме того, в зимнем режиме работы системы для быстрого обогревания салона может быть использован аккумулятор холода на фазовом переходе. Соответственно, адсорберов меньшего размера также может быть достаточно и для зимнего режима работы системы климат-контроля.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение автомобиля, содержащего систему климат-контроля по изобретению.
На Фиг. 2A показан вид в поперечном разрезе примера выполнения адсорбера в режиме адсорбции. В состав системы климат-контроля, показанной на Фиг. 1, могут входить два таких адсорбера.
На Фиг. 2B показан вид в поперечном разрезе примера выполнения адсорбера, показанного на Фиг. 2A, в режиме десорбции вместе.
На Фиг. 3 приведена схема системы климат-контроля с Фиг. 1.
На Фиг. 4 проиллюстрирован пример способа работы системы климат-контроля с Фиг. 1, в летнем режиме, после прогревания двигателя после запуска.
На Фиг. 5A проиллюстрирован пример способа работы системы климат-контроля с Фиг. 1, в летнем режиме после выключения двигателя.
На Фиг. 5B проиллюстрирован пример способа работы системы климат-контроля с Фиг. 1, в летнем режиме, в момент старта двигателя или до него, обеспечивающий резкое охлаждение пассажирского салона.
На Фиг. 6 проиллюстрирован пример способа управления обводным клапаном аккумулятора холода на фазовом переходе, который может быть использован в способе, показанном на Фиг. 4.
На Фиг. 7 проиллюстрирован пример способа управления обводным клапаном аккумулятора тепла на фазовом переходе, который может быть использован в способах, показанных на Фиг. 4 и Фиг. 8.
На Фиг. 8 проиллюстрирован пример способа работы системы климат-контроля с Фиг. 1, в зимнем режиме, после прогревания двигателя после запуска.
На Фиг. 9 проиллюстрирован пример способа работы системы климат-контроля с Фиг. 1, в зимнем режиме, в момент старта двигателя или до него, обеспечивающий резкое нагревание пассажирского салона.
Осуществление полезной модели
Нижеследующее описание относится к системам и способам охлаждения и обогрева пассажирского салона автомобиля с помощью системы климат-контроля, использующей адсорбционный тепловой насос вместо механического сжатия, вместе с автономными аккумуляторами холода и тепла на фазовом переходе. В летнем режиме работы тепло выхлопных газов приводит в действие два адсорбера, которые во взаимодействии с испарителем и конденсатором обеспечивают охлаждение пассажирского салона. Для быстрого охлаждения салона до запуска или в момент запуска двигателя наряду с адсорберами, испарителем и конденсатором могут быть использованы аккумуляторы холода и тепла на фазовом переходе. С другой стороны, в зимнем режиме работы выхлопные газы двигателя нагревают теплообменную среду, которая проходит через сердцевину обогревателя, за счет чего обогревает салон. Для быстрого подогрева салона до запуска или в момент запуска двигателя наряду с с сердцевиной обогревателя может быть использован аккумулятор тепла на фазовом переходе.
Как показано на Фиг. 1, система климат-контроля может быть термически связана с трубопроводом выхлопных газов двигателя, и может не быть связана с двигателем автомобиля или нагружать его. Система климат-контроля может содержать два адсорбера, которые можно использовать в летнем режиме работы, но нельзя использовать в зимнем режиме. Как показано на Фиг. 2A-2B, в зависимости от температуры теплообменной среды (далее - HTF), протекающей по трубам каждого адсорбера, причем адсорбент в каждом из адсорберов может адсорбировать или десорбировать хладагент. Два адсорбера могут работать асинхронно и циклически, где один адсорбер работает в режиме адсорбции с протеканием через него HTF из контура холодной HTF, а другой адсорбер работает в режиме десорбции с протеканием через него HTF из контура горячей HTF. Как показано на Фиг. 3, контур горячей HTF может включать в себя тепловой коллектор, где тепло выхлопных газов двигателя передается к HTF; аккумулятор тепла на фазовом переходе, в котором тепло выхлопных газов накапливается в материале с фазовым переходом (PCM); насос, и сердцевину обогревателя, которая может быть отключена при работе в летнем режиме, причем контур холодной HTF может включать в себя охладитель HTF и насос. Как также изображено на Фиг. 3, контур хладагента может включать в себя два адсорбера с испарителем, конденсатором, аккумулятором холода на фазовом переходе и расширительным клапаном. Пример способа работы системы климат-контроля в летнем режиме изображен на Фиг. 4, а пример способа работы системы климат-контроля в зимнем режиме показан на Фиг. 8. На Фиг. 5A и 5B изображены способы работы системы климат-контроля для быстрого охлаждения салона при выключении двигателя, а также в момент последующего запуска двигателя или до него, тогда как на Фиг. 9 изображен способ работы системы климат-контроля для быстрого обогревания салона в момент запуска двигателя или перед ним.
Теперь обратимся к Фиг. 1, на которой схематически изображен пример выполнения системы 100 климат-контроля автомобиля 102. Автомобиль 102 имеет ведущие колеса 106, пассажирский салон 104 и двигатель 108 внутреннего сгорания (ДВС). Двигатель 108 имеет камеру сгорания (не показана), которая может принимать впускной воздух через впускной канал (не показано) и выпускать отработавшие газы через выпускной канал 110. Двигатель 108 может быть использован в моторном транспортном средстве, таком как дорожное транспортное средство, помимо прочих типов транспортных средств.
В отличие от некоторых автомобильных систем климат-контроля, в которых хладагент может циркулировать в двигателе для поглощения неиспользуемого тепла двигателя, после чего нагретый хладагент может поступать в радиатор и/или радиатор отопителя через трубопроводы хладагента, причем система 100 климат-контроля может не сообщаться с двигателем 108 по текучей среде. Кроме того, система 100 климат-контроля может содержать два адсорбера, которые приводятся в движение тепловой энергией выхлопных газов вместо привода от коленчатого вала или электромотора. Соответственно, единственной связью между двигателем 108 и системой 100 климат-контроля может быть прохождение выхлопных газов двигателя в выхлопном канале ПО через тепловой коллектор выхлопных газов системы 100 климат-контроля, как будет подробно описано ниже. Таким образом, двигатель 108 может быть в значительной степени освобожден от поддержания системы климат-контроля в автомобиле, а система 100 климат-контроля может не создавать нагрузку на двигатель 108. Кроме того, поскольку хладагент двигателя может не циркулировать через систему 100 климат-контроля, то объем хладагента в двигателе может быть уменьшен. Некоторые преимущества уменьшенного объема хладагента в двигателе заключаются в более быстром разогреве двигателя, что приводит, например, к уменьшению выпуска выхлопных газов при холодном старте.
На Фиг. 1 также показана система 114 управления автомобилем 102. Система 114 управления может быть связана с различными компонентами двигателя 108 и системы 100 климат-контроля для выполнения описанных далее управляющих программ и операций. Как показано на Фиг. 1, система 114 управления может содержать электронный цифровой контроллер 112. Контроллер 112 может представлять собой микрокомпьютер, содержащий микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, электронное запоминающее устройство для выполняемых программ и калибровочных значений, оперативную память, энергонезависимую память и шину данных.
Как показано на схеме, контроллер 112 может принимать входные сигналы от множества датчиков 116, среди которых может быть вводимая пользователем информация и/или сигналы от датчиков (например, положение передачи трансмиссии, положение муфты сцепления, сигнал педали газа, сигнал тормоза, положение рычага выбора передачи, скорость автомобиля, частота оборотов двигателя, массовый расход воздуха двигателем, температура окружающей среды, температура впускного воздуха и т.д.), датчиков системы климат-контроля (например, температура HTF, температура антифриза, температура адсорбента, скорость вентилятора, температура пассажирского салона, требуемая температура пассажирского салона, влажность окружающей среды и т.д.) и другие. Как показано на Фиг. 1, датчики 116 могут включать в себя датчик 120 брелока, настроенный на принятие сигнала от электронного брелока 122. В частности, датчик 120 брелока может удаленно связывать автомобиль 102 с электронным брелоком 122, позволяя осуществлять дистанционное управление некоторыми функциями автомобиля 102. В одном из примеров, электронный брелок 122 может удаленно активировать систему 100 климат-контроля для предварительного кондиционирования воздуха в салоне. В зависимости от условий окружающей среды, например, считанных одним или несколькими датчиками 116 и/или введенными пользователем, электронный брелок 122 может дистанционно активировать систему 100 климат-контроля для предварительного быстрого охлаждения или быстрого нагрева воздуха салона перед запуском двигателя, что будет подробно описано далее. Таким образом, будущий водитель автомобиля или пассажир могут использовать электронный брелок 122 для обеспечения требуемой температуры воздуха в салоне к моменту посадки в автомобиль.
Дополнительно к возможности удаленной активации системы 100 климат-контроля, с помощью электронного брелока 122 можно получить доступ в автомобиль 102 без ключа. В данном случае датчик 120 брелока можно настроить на направление указаний контроллеру 112 в отношении закрытого или открытого положения дверей автомобиля.
Кроме того, контроллер 112 может быть связан с различными исполнительными механизмами 118, которые могут представлять собой исполнительные механизмы двигателя (например, топливные форсунки, электронно-управляемая дроссельная заслонка впускного воздуха, свечи зажигания, сцепление трансмиссии и т.д.), исполнительные механизмы системы климат-контроля (например, воздушные впускные клапаны и/или клапаны отсекателя, клапаны управления потоком HTF, клапаны управления потоком хладагента, исполнительные механизмы обдува, исполнительные механизмы вентиляторов и т.д.), и другие. В некоторых примерах, запоминающее устройство можно запрограммировать машиночитаемыми данными, представляющими собой команды, выполняемые процессорным блоком для осуществления описанных ниже способов, а также других предполагаемых, но не описанных специально вариантов.
Как было сказано выше, система 100 климат-контроля содержит два идентичных по конструкции адсорбера, которые могут работать асинхронно (один адсорбер в режиме адсорбции, другой - в режиме десорбции, кроме от режимов «резкого нагрева/охлаждения») и циклично (каждый адсорбер периодически переключается между режимами адсорбции и десорбции). В летнем режиме работы системы климат-контроля адсорберы могут работать за счет тепла выхлопных газов двигателя, чтобы обеспечить испарение и конденсацию хладагента в испарителе и конденсаторе.
На Фиг. 2A изображен поперечный разрез примера конструкции адсорбера 200, функционирующего в режиме адсорбции, а на Фиг. 2B изображен поперечный разрез адсорбера 200, функционирующего в режиме десорбции. Адсорбер 200 может быть одним из двух идентичных адсорберов, входящих в состав адсорбционной тепловой системы 100 климат-контроля, изображенной на Фиг. 1.
Адсорбер 200 осуществляет теплообмен между HTF и химическим адсорбентом (например, цеолит, силикагель, активированный уголь в порошковом виде, в гранулах или в виде покрытия). В описываемых вариантах осуществления изобретения HTF протекает по ребристой змеевиковой трубке 202, а адсорбент 204 образует покрытие на поверхности этой ребристой трубки. Однако следует понимать, что в описанной здесь системе климат-контроля можно использовать и другой подходящий адсорбционный теплообменник. Например, вместо покрытия адсорбент 204 может представлять собой металлическую пену, либо высокопористую металлоорганическую структуру (Metal-Organic Framework, MOF) другого подходящего типа. Аналогичным образом, несмотря на то, что показано расположение одиночной ребристой трубки 202 в виде змеевика, для переноса HTF через адсорбер можно использовать несколько отдельных трубок, либо HTF может протекать через встроенный канал каждого адсорбера, например, канал, проходящий по всему адсорберу.
Ребристая трубка 202 и адсорбент 204 расположены внутри корпуса 206 адсорбера 200. В зависимости от того, находится адсорбер в режиме адсорбции или десорбции, клапан 208 может направлять поток HTF либо из контура горячей HTF, либо из контура холодной HTF в трубку 202. Аналогичным образом, на основании режима адсорбера, клапан 210, который находится ниже по потоку насоса 226, может направлять поток HTF из ребристой трубки либо в контур горячей HTF, либо в контур холодной HTF. Когда адсорбер 200 работает в режиме адсорбции, как изображено на Фиг. 2A, клапан 208 направляет поток HTF из контура холодной HTF через адсорбер, а клапан 210 направляет поток HTF из адсорбера обратно в контур холодной HTF. И напротив, когда адсорбер 200 работает в режиме десорбции, как изображено на Фиг. 2B, клапан 208 направляет поток HTF из контура горячей HTF через адсорбер, а клапан 210 направляет поток HTF из адсорбера обратно в контур горячей HTF. Контуры холодной и горячей HTF будут описаны далее со ссылкой на Фиг. 3.
В зависимости от температуры HTF, протекающей через адсорбер 200, хладагент может быть поглощен адсорбентом или десорбирован из адсорбента. Хладагентом может быть вода, аммиак, R1234f или любой другой приемлемый хладагент. В режиме адсорбции, как показано на Фиг. 2A, контроллер управляет клапаном 208 таким образом, чтобы обеспечить поступление потока холодной HTF через змеевик ребристой трубки 202 в корпусе 206 для охлаждения адсорбента 204. Охлаждение адсорбента 204 создает силу всасывания, которая втягивает хладагент из испарителя, сообщающегося с корпусом 206, когда клапан 220 открыт, как будет более подробно показано в связи с Фиг. 3. Режим десорбции может быть выполнен после режима адсорбции, причем хладагент, из испарителя, который был поглощен адсорбентом, десорбируется и направляется в конденсатор. В режиме десорбции, как показано на Фиг. 2B, контроллер управляет клапаном 208 таким образом, чтобы обеспечить протекание горячей HTF через змеевик ребристой трубки 202 для нагревания адсорбента 204. Нагревание адсорбента приводит к десорбции хладагента из адсорбента. Когда клапан 220 открыт, десорбированный хладагент может быть направлен в конденсатор, сообщающийся с корпусом 206, как будет более подробно показано в связи с Фиг. 3.
Как было описано выше, адсорберы адсорбционного теплового насоса могут асинхронно менять режим работы с адсорбции на десорбцию во время работы двигателя. Один цикл работы адсорберов может быть отнесен к промежутку времени, в течение которого каждый адсорбер работает как в режиме адсорбции, так и в режиме десорбции. В одном из примеров цикл длится 20-40 минут, а полуцикл длится 10-20 минут. В течение первого полуцикла первый адсорбер может работать в режиме адсорбции, в то время как второй адсорбер работает в режиме десорбции. В течение второго полуцикла, следующего сразу за первым полуциклом, первый адсорбер может работать в режиме десорбции, в то время как второй адсорбер работает в режиме адсорбции. Адсорбционная тепловая система кондиционирования воздуха может повторять этот цикл в течение всего времени работы системы климат-контроля, за исключением определенных режимов (например, режим резкого охлаждения, описанный далее), которые требуют работы обоих адсорберов в режиме адсорбции или десорбции одновременно.
При выключении двигателя в летнем режиме работы, может потребоваться полная десорбция хладагента из адсорбентов в обоих адсорберах. В этом случае система климат-контроля может работать в режиме резкого охлаждения при следующем запуске двигателя. Например, при выключении двигателя в летнем режиме контроллер может управлять клапаном 208 на обоих адсорберах таким образом, чтобы направлять поток горячей HTF через ребристую трубку 202 для нагрева адсорбента 204, и, тем самым, вызвать десорбцию хладагента из адсорбента. Несмотря на то, что контур горячей HTF в данный момент не получает тепло от выхлопа двигателя, так как двигатель выключен, горячая HTF может быть извлечена из аккумулятора тепла с фазовым переходом в контуре горячей HTF для десорбции адсорбентов в обоих адсорберах. После десорбции адсорбентов в обоих адсорберах контроллер может закрыть клапан 220 на обоих адсорберах, тем самым изолируя контур хладагента от корпусов адсорберов для предотвращения повторного попадания паров хладагента в адсорберы, когда двигатель выключен (например, когда автомобиль стоит на парковке). Десорбция адсорбентов обоих адсорберов при выключении двигателя позволяет обоим адсорберам при следующем запуске двигателя временно работать в режиме адсорбции (например, 2-5 минут). Эксплуатация обоих адсорберов в режиме адсорбции может эффективно удвоить охлаждающую способность (по отношению к работе только одного адсорбера в режиме адсорбции), чтобы обеспечить немедленную доставку холодного воздуха для увеличенного комфорта пассажиров (и для других дополнительных потребностей в охлаждении двигателя/автомобиля) в условиях теплой погоды. В некоторых вариантах режим быстрого охлаждения может быть инициирован перед запуском двигателя. Например, пользователь может удаленно включить систему климат-контроля перед запуском двигателя, например, с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг. 1, что, в свою очередь, может активировать режим быстрого охлаждения (например, в условиях жаркой погоды). Режим быстрого охлаждения описан далее со ссылкой на Фиг. 5A и 5B.
На Фиг. 3 схематически изображен пример системы 300 климат-контроля, которая может быть использована в автомобиле 102 на Фиг. 1 и может содержать два идентичных адсорбера: первый адсорбер 302 и второй адсорбер 304. Первый и второй адсорберы 302 и 304 могут иметь конструкцию адсорбера 200, показанного на Фиг. 2A и 2B, и работать асинхронно и циклически способом, описанным выше для адсорбера 200. Система 300 климат-контроля может также содержать две рабочие среды: хладагент и HTF. Система 300 климат-контроля может работать в летнем режиме (например, в жарких погодных условиях) и в зимнем режиме (например, в холодных погодных условиях).
I. Работа в летнем режиме
Во время работы в летнем режиме охлаждение пассажирского салона может быть обеспечено адсорбентами 302 и 304 вместе с контуром горячей HTF и контуром холодной HTF, а также контуром хладагента. Как показано на Фиг. 3, нагревание и охлаждение адсорбентов может быть обеспечено контуром 306 горячей HTF и контуром 308 холодной HTF соответственно. HTF, протекающая в обоих контурах 306 и 308 горячей и холодной HTF, может представлять собой пригодную HTF с высокой точкой кипения, которую можно использовать как при высоких температурах (например, теплообмен с выхлопом двигателя в высокой температурой), так и при низких температурах (например, в условиях суровой зимы). В одном из примеров HTF в контурах 306 и 308 горячей и холодной HTF может представлять собой HTF на нефтяной основе.
Контур 306 горячей HTF обеспечивает десорбцию путем нагревания HTF, которая циркулирует благодаря насосу 310 между тепловым коллектором 312 выхлопных газов, аккумулятора 314 тепла с фазовым переходом, и первым и вторым адсорберами 302 и 304 адсорбционной тепловой системы 324 кондиционирования воздуха. Как показано на Фиг. 3, тепловой коллектор 312 выхлопных газов соединен с выхлопной трубой 316 двигателя. HTF может протекать через тепловой коллектор 312, а тепло от выхлопных газов, протекающих через трубу 316 в тепловом коллекторе 312, может передаваться протекающей через них HTF.
Аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может быть расположен ниже по потоку теплового коллектора 312. Аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может накапливать тепловую энергию в одном или более типов материала с фазовым переходом (PCM), обеспечивая хранение тепловой энергии в диапазоне 125-250°C. PCM может абсорбировать тепловую энергию при изменении состояния с твердого на жидкое, и высвобождать тепловую энергию при изменении состояния с жидкого на твердое. Аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может быть изолирован для уменьшения рассеяния накопленного в ней тепла. Например, аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может представлять собой емкость с двойными стенками типа термоса. Материал PCM может быть помещен в глубоко вакуумированном пространстве (например, с абсолютным давлением, равным 1 микробар или менее) между наружной и внутренней стенками аккумулятора тепла с фазовым переходом. HTF, протекающая в контуре 306 горячей HTF может входить во впускное отверстие аккумулятора 314 тепла на фазовом переходе и выходить из выпускного отверстия аккумулятора 314 тепла на фазовом переходе. В одном из примеров PCM внутри аккумулятора 314 тепла на фазовом переходе может быть размещен в одном или нескольких блоках PCM, расположенных между опорными пластинками, причем каждый блок содержит несколько элементов PCM, расположенных радиально относительно центрального питающего канала. HTF, попадающая во впускное отверстие аккумулятора тепла, может протекать через центральный питающий канал, в котором она может течь радиально от центрального питающего канала к элементам PCM, для накопления в них тепловой энергии. В зависимости от типа или типов PCM, заключенных в аккумуляторе 314, помимо других факторов, аккумулятор 314 с PCM может удерживать определенное количество (в процентах) накопленного во время работы двигателя тепла в течение определенного периода времени после выключения двигателя. В одном из примеров 80% тепла, накопленного в аккумуляторе 314 с PCM во время работы двигателя, может сохраняться не менее 16 часов после выключения двигателя. По существу, аккумулятор 314 с PCM может подавать горячую HTF к адсорберам 302 и 304 даже при отключенном двигателе. Например, аккумулятор 314 с PCM может накапливать от 1,0 до 1,5 кВт*ч энергии, которая может обеспечить немедленную доставку тепловой энергии в оба адсорбера после отключения двигателя для активации режима быстрого охлаждения при следующем запуске двигателя. Емкость аккумулирования тепловой энергии аккумулятора тепла на фазовом переходе может зависеть от многих факторов, в том числе от размера двигателя, типа транспортного средства и различных параметров системы климат-контроля (например, размера пассажирского салона, электрического аккумулятора в случае гибридного автомобиля и т.д.). Следует понимать, что тепловая энергия, накапливаемая в аккумуляторе 314 тепла на фазовом переходе, может высвобождаться без запуска двигателя, например, с помощью удаленного управления при отключенном двигателе. Например, пользователь может удаленно активировать систему климат-контроля до запуска двигателя, например, с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг. 1, который может подать сигнал контроллеру для управления системой 100 климат-контроля с целью выделения горячего теплоносителя, накопленного в аккумуляторе тепла на фазовом переходе, для использования его в режиме быстрого охлаждения, описанного ниже.
Аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может быть установлен параллельно с каналом 318, который содержит обводной клапан 320. HTF может протекать по каналу 318, обходя аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе, в зависимости от положения обводного клапана 320. Например, когда обводной клапан 320 полностью закрыт, вся HTF из теплового коллектора 312 может быть направлена в аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе, где осуществляется накопление тепловой энергии в PCM. В альтернативном случае, когда обводной клапан 320 полностью открыт, вся HTF из теплового коллектора 312 может обходить аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе и протекать через канал 318. Насос 310 может быть расположен ниже по потоку аккумулятора 314 тепла на фазовом переходе и обводного клапана 320; контролер может управлять насосом 310 таким образом, чтобы направлять поток HTF от теплового коллектора 312 через аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе и/или канал 318, в зависимости от положения обводного клапана 320.
В зависимости от положения клапана 382 подачи горячей HTF, расположенного ниже по потоку насоса 310 в контуре горячей HTF, и клапана 344 подачи горячей HTF, расположенного выше по потоку насоса 310 в контуре горячей HTF, в контур горячей HTF будут включены или сердцевина 328 нагревателя или адсорберы 302 и 304. В летнем режиме клапаны 382 и 377 могут быть установлены таким образом, что чтобы адсорберы 302 и 304 были включены в контур 306 горячей HTF, а сердцевина 328 обогревателя не включена в контур 306 горячей HTF. Адсорберы 302 и 304 могут работать совместно с контуром 306 горячей HTF и контуром 308 холодной HTF для обеспечения охлаждения пассажирского салона. Контур 308 холодной HTF может обеспечить адсорбцию за счет охлаждения теплоносителя, циркулирующего с помощью насоса 322 между адсорбером, адсорбирующим в данный момент, и охладителем 326 HTF. Охладитель 326 HTF может представлять собой любое пригодное устройство, которое может поддерживать температуру теплоносителя в пределах необходимого диапазона (например, от 30 до 40°C). Например, охладитель 326 HTF может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Вентилятор 374 может направлять окружающий воздух в охладитель 326 HTF для обеспечения теплопередачи между протекающей HTF и окружающим воздухом, тем самым охлаждая HTF. Как показано на Фиг. 3, насос 322 расположен ниже по потоку охладителя 326 HTF. Контур 308 холодной HTF может иметь трубопровод, сообщающийся с адсорберами 302 и 304 ниже по потоку насоса 322, как описано ниже.
Кроме того, во время работы в летнем режиме контур 306 горячей HTF и контур 308 холодной HTF может выборочно сообщаться с адсорберами 302 и 304 в зависимости от положений различных клапанов. Если управление клапаном 382 осуществляют таким образом, что адсорберы соединены с контуром горячей HTF, то положение клапана 330 подачи горячей HTF ниже по потоку насоса 310 и клапана 382 может позволить определить, сообщается ли контур горячей HTF с одним из адсорберов 302 и 304, с обоими адсорберами, или ни с одним из них. Аналогичным образом положение клапана 340 подачи холодной HTF ниже по потоку насоса 322 в контуре холодной HTF может позволить определить, сообщается ли контур холодной HTF с одним из адсорберов 302 и 304, с обоими адсорберами, или ни с одним из них. Первый адсорбер 302 включает в себя первый впускной клапан 332 HTF, а второй адсорбер 304 включает в себя второй впускной клапан 334 HTF. Клапан 332 сообщается с контуром горячей HTF, контуром холодной HTF и первым адсорбером, в то время как клапан 334 сообщается с контуром горячей HTF, контуром холодной HTF и вторым адсорбером. Клапаны 332 и 334 могут выполнять ту же функцию, что и клапан 208, показанный на Фиг. 2A и 2B; например, в зависимости от того, в каком из двух режимов, режиме адсорбции или режиме десорбции, находится первый адсорбер в данный момент, управление первым впускным клапаном HTF может быть осуществлено так, чтобы обеспечить сообщение между контуром горячей HTF или контуром холодной HTF и первым адсорбером. В зависимости от положения клапана 332 в первый адсорбер могут быть подана HTF из контура горячей HTF, либо HTF из контура холодной HTF, либо HTF вообще не будет подана. Аналогичным образом, в зависимости от положения клапана 334 во второй адсорбер могут быть подана HTF из контура горячей HTF, либо HTF из контура холодной HTF, либо HTF вообще не будет подана.
Во время работы двигателя (например, при разогретом после запуска двигателе и перед отключением двигателя) клапаны 330, 332, 334 и 340 могут взаимодействовать друг с другом для того, чтобы направить HTF из контуров горячей и/или холодной HTF в соответствующий(ие) адсорбер(ы) при определенном режиме работы каждого адсорбера. Например, когда первый адсорбер работает в режиме адсорбции, а второй - в режиме десорбции, контроллер может управлять положением клапана 330 таким образом, чтобы направлять поток горячей HTF во второй адсорбер, а не в первый, и управлять положением клапана 340 таким образом, чтобы направлять поток холодной HTF в первый адсорбер, а не во второй. Контроллер также может управлять положением клапанов 332 и 334 таким образом, что HTF из контура горячей HTF может попадать во второй адсорбер, a HTF из контура холодной HTF может попадать в первый адсорбер. Затем после полуцикла адсорбционной тепловой системы кондиционирования воздуха первый и второй адсорберы переключатся, так что второй адсорбер будет работать в режиме адсорбции, а первый - в режиме десорбции. Для выполнения переключения контроллер может управлять положением клапана 330 таким образом, чтобы направить поток горячей HTF в первый адсорбер, а не во второй, и управлять положением клапана 340 таким образом, чтобы направить поток холодной HTF во второй адсорбер, а не в первый. Контроллер также может управлять положением клапанов 332 и 334 таким образом, что HTF из контура холодной HTF может попадать во второй адсорбер, a HTF из контура горячей HTF может попадать в первый адсорбер. После выполнения другого полуцикла первый и второй адсорберы могут переключиться снова, что второй адсорбер будет в режиме десорбции, а первый - в режиме адсорбции. Первый и второй адсорберы могут переключаться между режимами адсорбции и десорбции описанным образом на протяжении всей работы системы климат контроля при работающем двигателе.
Напротив, при выключении двигателя и до запуска или при запуске контроллер может управлять положением клапанов 330, 332, 334 и 340 по-другому, чтобы подготовиться к режиму быстрого охлаждения. Например, при выключении двигателя в условиях теплой погоды контроллер может управлять клапанами таким образом, что в обоих адсорберах будет протекать процесс десорбции. Например, контроллер может управлять клапаном 330 таким образом, чтобы направлять поток HTF в оба адсорбера, и управлять положением клапанов 332 и 334 таким образом, чтобы обеспечить сообщение обоих адсорберов с контуром горячей HTF. Как было рассмотрено более подробно со ссылкой на Фиг. 2A и 2B, в процессе работы каждый корпус адсорбера может быть изолирован от соответствующего контура хладагента, чтобы предотвратить повторное попадание паров хладагента в адсорберы, когда двигатель выключен (например, автомобиль припаркован). Таким образом, при следующем запуске двигателя (либо до следующего запуска) контроллер может переключить контур хладагента между адсорберами, а затем управлять клапанами таким образом, что в обоих адсорберах будет протекать процесс адсорбции. Например, контроллер может управлять клапаном 340 таким образом, чтобы направлять поток HTF в оба адсорбера, и управлять положением клапанов 332 и 334 таким образом, чтобы обеспечить сообщение обоих адсорберов с контуром холодной HTF.
Как было описано ранее со ссылкой на Фиг. 2, на основании режима работы каждого адсорбера, можно управлять клапаном ниже по потоку насоса таким образом, чтобы направлять поток HTF от ребристой трубки либо в контур горячей HTF, либо в контур холодной HTF. Как показано на Фиг. 3, первый выпускной клапан 348 HTF расположен ниже по потоку первого выходного насоса 352 HTF на выходе из первого адсорбера; второй выпускной клапан 350 HTF расположен ниже по потоку второго выходного насоса 354 HTF на выходе из второго адсорбера. Как и насос 226 с Фиг. 2A и 2B, насосы 352 и 354 могут накачивать HTF из ребристых трубок первого и второго адсорберов, соответственно, в контур горячей или холодной HTF, в зависимости от положения клапанов 348 и 350, а также от положения обратного клапана 344 горячей HTF и обратного клапана 346 холодной HTF.
Например, когда первый адсорбер работает в режиме адсорбции, а второй адсорбер - в режиме десорбции, контроллер может управлять положением клапанов 344, 346, 348 и 350 таким образом, чтобы HTF, выходящая из первого адсорбера, возвращалась в контур холодной HTF, a HTF, выходящая из второго адсорбера, возвращалась в контур горячей HTF. Аналогичным образом, когда первый адсорбер работает в режиме десорбции, а второй адсорбер - в режиме адсорбции, контроллер может управлять положением клапанов 344, 346, 348 и 350 таким образом, чтобы HTF, выходящая из первого адсорбера, возвращалась в контур горячей HTF, a HTF, выходящая из второго адсорбера, возвращалась в контур холодной HTF. Следует понимать, что когда горячая HTF протекает через оба адсорбера, например, после выключения двигателя в описываемом режиме быстрого охлаждения, клапан 344 может быть установлен таким образом, чтобы HTF из обоих адсорберов была направлена обратно в контур горячей HTF (например, выше по потоку теплового коллектора 312, как показано на Фиг. 3). Также следует понимать, что когда холодная HTF протекает через оба адсорбера, например, в момент запуска двигателя или перед ним, в режиме быстрого охлаждения, клапан 346 может быть установлен таким образом, чтобы HTF из обоих адсорберов была направлена обратно в контур холодной HTF (например, выше по потоку охладителя 326 HTF, как показано на Фиг. 3).
Как показано на Фиг. 3, система 300 климат-контроля также включает в себя контур 356 хладагента. Контур 356 хладагента функционирует совместно с охлаждением или нагревом адсорбентов внутри адсорберов 302 и 304 с помощью контуров холодной и горячей HTF с целью обеспечения салона охлажденным воздухом. Контур 356 хладагента включает в себя первый и второй адсорберы 302 и 304, испаритель 358, аккумулятор 360 холода на фазовом переходе, терморасширительный клапан 362 и конденсатор 364.
Аккумулятор 360 холода на фазовом переходе может накапливать тепловую энергию в одном или нескольких типах материала с фазовыми переходами для обеспечения аккумулирования тепловой энергии в диапазоне от 3 до 10°C. Материалы с фазовыми переходами могут поглощать тепловую энергию во время перехода из твердого состояние в жидкое и высвобождать тепловую энергию во время перехода из жидкого состояния в твердое. Аккумулятор 360 холода на фазовом переходе может быть изолирован для уменьшения рассеяния хранящейся в нем тепловой энергии. Например, аккумулятор 360 холода на фазовом переходе может представлять собой емкость с двойными стенками типа термоса. Материал PCM может быть помещен в глубоко вакуумированном пространстве (например, с абсолютным давлением, равным 1 микробар или менее) между наружной и внутренней стенками аккумулятора холода с фазовым переходом. Хладагент, протекающий в контуре 356 хладагента, может входить во впускное отверстие аккумулятора 360 холода на фазовом переходе и выходить из выпускного отверстия аккумулятора 360 холода на фазовом переходе. В одном из примеров PCM внутри аккумулятора 360 холода на фазовом переходе может быть размещен в одном или нескольких блоках PCM, расположенных между опорными пластинками, причем каждый блок содержит несколько элементов PCM, расположенных радиально относительно центрального питающего канала. Хладагент, попадающий во впускное отверстие аккумулятора холода, может протекать через центральный питающий канал, в котором он может течь радиально от центрального питающего канала к элементам PCM, для накопления в них. В зависимости от типа или типов РСМ, заключенных в аккумуляторе 360, помимо других факторов, аккумулятор 360 холода с PCM может удерживать определенное количество (в процентах) накопленного во время работы двигателя тепловой энергии в течение определенного периода времени после выключения двигателя. В одном из примеров 80% тепловой энергии, накопленной в аккумуляторе 360 холода с PCM во время работы двигателя, может сохраняться не менее 16 часов после выключения двигателя. По существу, аккумулятор 360 холода с PCM может подавать хладагент к испарителю 358 даже при отключенном двигателе. Например, аккумулятор 360 холода с PCM может накапливать от 1,0 до 1,5 кВт*ч энергии, которая может обеспечить немедленную доставку тепловой энергии в испаритель 358 после отключения двигателя для активации режима быстрого охлаждения при следующем запуске двигателя. Емкость аккумулирования тепловой энергии аккумулятора холода на фазовом переходе может зависеть от многих факторов, в том числе от размера двигателя, типа транспортного средства и различных параметров системы климат-контроля (например, размера пассажирского салона, электрического аккумулятора в случае гибридного автомобиля и т.д.).
Емкость аккумулирования тепловой энергии аккумулятора холода на фазовом переходе может позволить ему соответствовать требованиям быстрого охлаждения для обеспечения комфорта пассажиров во время запуска двигателя, несмотря на небольшой размер аккумулятора холода на фазовом переходе, например, относительно резервуара с NH3 под давлением. Кроме того, увеличенная емкость аккумулирования тепловой энергии аккумулятора холода на фазовом переходе, например, относительно резервуара с NH3 под давлением позволяет уменьшить размеры адсорберов, применяемых для охлаждения салона, тем самым улучшая эффективность работы системы климат-контроля и делая ее более компактной.
Следует понимать, что тепловая энергия, накапливаемая в аккумуляторе 360 холода на фазовом переходе, может высвобождаться без запуска двигателя, например, при удаленном управлении при отключенном двигателе. Например, пользователь может удаленно активировать систему климат-контроля до запуска двигателя, например, с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг. 1, который может подать сигнал контроллеру для управления системой 100 климат-контроля с целью выделения холодного хладагента, накопленного в аккумуляторе холода на фазовом переходе, для использования его в режиме быстрого охлаждения.
Аккумулятор 360 холода на фазовом переходе может быть установлен параллельно с каналом 372, который содержит обводной клапан 370. HTF может протекать по каналу 372, обходя аккумулятор 360 холода на фазовом переходе, в зависимости от положения обводного клапана 370. Например, когда обводной клапан 370 полностью закрыт, весь хладагент, выходящий из терморасширительного клапана 362, может быть направлен в аккумулятор 360 холода на фазовом переходе, где осуществляется накопление тепловой энергии в PCM. В альтернативном случае, когда обводной клапан 370 полностью открыт, весь хладагент, выходящий из терморасширительного клапана 362, может обходить аккумулятор 360 холода на фазовом переходе и протекать через канал 372.
Испаритель 358 и конденсатор 364 могут выборочно сообщаться с адсорберами 302 и 304 в зависимости от положений различных клапанов. Положение клапана 378 для адсорбированного хладагента может определять, может ли хладагент из испарителя 358 быть адсорбирован в адсорбент(ы) одного, обоих или ни одного из адсорберов 302 и 304. Аналогичным образом положение клапана 380 для десорбированного хладагента может определять, может ли хладагент, десорбированный из адсорбента одного, обоих или ни одного из адсорберов 302 и 304, быть конденсирован в конденсаторе 364. Во время заданного режима работы каждого из адсорберов, клапаны 378 и 380 могут взаимодействовать друг с другом для того, чтобы направлять хладагент из испарителя 358 в соответствующий(ие) адсорбер(ы), а также направлять хладагент из соответствующего(их) адсорбера(ов) в конденсатор 364, как описано ниже.
Совместно с другими элементами и контурами системы 300 климат-контроля контур 356 хладагента может обеспечить охлаждение пассажирского салона следующим способом.
В течение первого полу цикла работы адсорберов 302 и 304 первый адсорбер 302 работает в режиме адсорбции, а второй адсорбер 304 работает в режиме десорбции. По существу, первый адсорбер 302 сообщается с контуром холодной HTF, в то время как второй адсорбер 304 сообщается с контуром горячей HTF. Поскольку второй адсорбер 304 работает в режиме десорбции, то он десорбирует хладагент. Контроллер управляет клапаном 380 таким образом, чтобы он обеспечивал сообщение между корпусом второго адсорбера и конденсатором. Конденсация хладагента, десорбированного из второго адсорбера 304, происходит в конденсаторе 364, при этом в окружающий воздух выделяется тепло, которое вентилятор 368, соединенный с конденсатором, направляет через конденсатор. Вывод тепла в окружающий воздух охлаждает горячий жидкий хладагент в конденсаторе. Затем жидкий хладагент проходит через терморасширительный клапан 362, который измеряет поток жидкого хладагента и, таким образом, обеспечивает дальнейшее охлаждение жидкого хладагента (например, за счет понижения давления жидкого хладагента). Далее жидкий хладагент, отмеренный терморасширительным клапаном, поступает в аккумулятор 360 холода на фазовом переходе (например, накапливающий тепловую энергию в PCM в аккумуляторе) и/или обходит аккумулятор 360 холода с фазовым переходом по трубопроводу 372 в зависимости от положения обводного клапана 370. При этом адсорбция в первом адсорбере (работающем в режиме адсорбции) создает всасывание. Контроллер управляет клапаном 378 таким образом, чтобы он обеспечивал сообщение между первым адсорбером и испарителем 358, а всасывание в первом адсорбере стимулирует поступление потока жидкого хладагента из аккумулятора 360 холода на фазовом перехода и (или) трубопровода 372 в испаритель 358, который расположен вниз по потоку относительно аккумулятора 360 холода на фазовом переходе и трубопровода 372. Жидкий хладагент испаряется внутри испарителя 358 перед тем, как поступить в корпус первого адсорбера, в котором он поглощается адсорбентом первого адсорбера. Испарение хладагента охлаждает наружный воздух, всасываемый в испаритель и пассажирский салон с помощью нагнетательного вентилятора 366, тем самым охлаждая воздух в пассажирском салоне.
Наоборот, в течение второго полу цикл а работы адсорберов 302 и 304 первый адсорбер 302 работает в режиме десорбции, а второй адсорбер 304 работает в режиме адсорбции. По существу, второй адсорбер 304 сообщается с контуром холодной HTF, в то время как первый адсорбер 302 сообщается с контуром горячей HTF. Поскольку первый адсорбер 302 работает в режиме десорбции, то он десорбирует хладагент. Контроллер управляет клапаном 380 таким образом, чтобы он обеспечивал сообщение между корпусом первого адсорбера и конденсатором. Конденсация хладагента, десорбированного из первого адсорбера 302, происходит в конденсаторе 364, при этом в окружающий воздух выделяется тепло, которое вентилятор 368, соединенный с конденсатором, направляет через конденсатор. Отвод тепла в окружающий воздух охлаждает горячий жидкий хладагент в конденсаторе. Затем жидкий хладагент проходит через терморасширительный клапан 362, который отмеряет поток жидкого хладагента и, таким образом, обеспечивает дальнейшее охлаждение жидкого хладагента (например, за счет понижения давления жидкого хладагента). После чего жидкий хладагент, отмеренный терморасширительным клапаном, поступает в аккумулятор 360 холода на фазовом переходе (таким образом, накапливающим тепловую энергию в материале с фазовыми переходами в аккумуляторе) и/или обходит аккумулятор 360 холода с фазовым переходом по трубопроводу 372 в зависимости от положения обводного клапана 370. При этом адсорбция во втором адсорбере (работающем в режиме адсорбции) создает всасывание. Контроллер управляет клапаном 378 таким образом, чтобы он обеспечивал сообщение между корпусом второго адсорбера и испарителем 358, а всасывание во втором адсорбере стимулирует поступление потока жидкого хладагента из аккумулятора 360 холода на фазовом переходе и/или трубопровода 372 в испаритель 358, который расположен ниже потоку аккумулятора 360 холода на фазовом переходе и трубопровода 372. Жидкий хладагент испаряется внутри испарителя 358 перед тем, как поступить в корпус второго адсорбера, в котором он поглощается адсорбентом второго адсорбера. Испарение хладагента охлаждает наружный воздух, всасываемый в испаритель и пассажирский салон с помощью нагнетательного вентилятора 366, тем самым охлаждая воздух в пассажирском салоне. Соответственно, в течение второго полуцикла хладагент проходит обратный путь относительно его перемещения во время первого полуцикла.
В одном из примеров цикл длится 20-40 минут, а полуцикл длится 10-20 минут. По окончании второго полуцикла система климат-контроля начинает следующий рабочий цикл согласно первому полуциклу; при этом чередование первого и второго полуциклов продолжается до тех пор, пока двигатель работает, а система климат-контроля работает в летнем режиме.
II. Работа в зимнем режиме
Во время работы в зимнем режиме сердцевина обогревателя соединена с контуром горячей HTF для обеспечения обогрева пассажирского салона, в то время как адсорберы 302 и 304, а также контур 356 хладагента не используются для обогрева салона. Контроллер управляет клапанами 382 и 344 таким образом, чтобы сердцевина 328 обогревателя была включена в контур 306 горячей HTF, а адсорберы 302 и 304 не были включены в контур 306 горячей HTF. Например, контроллер может управлять клапаном 382 таким образом, чтобы он направлял всю HTF, выходящую из насоса 310, в сердцевину 328 обогревателя; контроллер может также управлять клапаном 344 таким образом, чтобы он направлял в тепловой коллектор 312 выхлопных газов только HTF, выходящую из сердцевины 328 обогревателя. Кроме того, нагнетательный вентилятор 376 может направлять воздух (например, наружный воздух или воздух в салоне) в сердцевину 328 обогревателя для его нагрева, а затем направлять его в пассажирский салон для обеспечения обогрева.
Во время работы двигателя (например, при разогретом после запуска двигателе и до того, как двигатель отключен) тепло выхлопных газов двигателя может быть достаточным для нагрева HTF в контуре 306 горячей HTF, и, следовательно, обводной клапан 320 может быть открыт таким образом, чтобы HTF не попадала в аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе. В одном примере обводной клапан 320 может быть полностью открыт, как только аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе достигает полного заряда тепловой энергией. В другом примере осуществления изобретения обводной клапан 320 может быть частично открыт во время работы двигателя таким образом, чтобы некоторое количество HTF обходило аккумулятор тепла на фазовом переходе, в то время как некоторое количество HTF заряжало бы аккумулятор тепла на фазовом переходе.
Наоборот, в режиме быстрого обогрева, активированного до запуска двигателя или во время запуска, тепло может поступать из аккумулятора тепла на фазовом переходе вместо или в дополнение к теплу выхлопных газов двигателя. Режим быстрого обогрева может быть активирован до запуска или во время запуска двигателя. Например, пользователь может удаленно активировать систему климат-контроля до запуска двигателя, например, с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг. 1, который может подать сигнал контроллеру для управления системой 100 климат-контроля с целью высвобождения горячей HTF, накопленной в аккумуляторе 314 тепла на фазовом переходе, для немедленной доставки тепловой энергии в сердцевину обогревателя. Как было описано выше, аккумулятор 314 тепла на фазовом переходе может аккумулировать от 1,0 до 1,5 кВт*ч энергии, что может обеспечить доставку тепла в сердцевину обогревателя перед запуском или во время запуска двигателя (например, когда для нагрева HTF в контуре горячего HTF невозможно использовать тепло выхлопных газов). Режим быстрого обогрева описан далее со ссылкой на Фиг. 9.
На Фиг. 4 изображен пример способа 400 работы системы климат-контроля (например, системы климат-контроля 100 на Фиг. 1) в летнем режиме. Например, работа системы климат-контроля может осуществляться согласно способу 400, когда показания датчика температуры наружного воздуха превышают первое пороговое значение, либо когда средняя температура, определенная на основании записей значений датчика уличной температуры, превышает первое пороговое значение. В альтернативном варианте работа в летнем режиме может быть выбрана пользователем до запуска двигателя или к моменту запуска, например с помощью электронного брелока 122 на Фиг. 1. Например, пользователь может выбрать требуемый режим работы из летнего режима и зимнего режима, режима кондиционирования и режима обогрева воздуха (режим кондиционирования воздуха может соответствовать летнему режиму, а режим обогрева воздуха может соответствовать зимнему режиму). Либо пользователь может выбрать требуемую температуру (на основе которой система климат-контроля может сама выбрать летний или зимний режим в зависимости от значения). В другом примере пользователь может активировать систему климат-контроля без указания требуемого режима или значения температуры, например, с помощью электронного брелока, а система управления может определить подходящий режим работы на основании условий окружающей среды.
На этапе 402 способ 400 предусматривает определение, прогрет ли двигатель после запуска или нет. Это определение может быть основано на том, прошло ли заданное время с момента запуска двигателя; на показаниях температуры (например, температуры выхлопной трубы, хладагента двигателя и др.); на основании числа циклов сгорания в двигателе, выполненных с момента запуска двигателя, и др.
Если ответ на этапе 402 «НЕТ», то это значит, что двигатель еще не прогрет с момента запуска, и способ 400 завершается. Работа системы климат-контроля до разогрева двигателя (например, перед запуском и после выключения двигателя) будет описана в отношении способа на Фиг. 5A или 5B для летнего режима работы.
В противном случае, если ответ на этапе 402 «ДА», то способ 400 переходит на этап 404. На этапе 404 способ 400 управляет обводным клапаном аккумулятора холода на фазовом переходе и обводным клапаном аккумулятора тепла на фазовом переходе в зависимости от условий эксплуатации. Процедуры управления этими клапанами представлены на Фиг. 6 и 7. Например, обводными клапанами для каждого автономного аккумулятора на фазовом переходе можно управлять на основании состояния заряда аккумуляторов, независимо от того, может ли требуемое охлаждение салона может быть обеспечено только адсорберами, или требуемый нагрев теплоносителя контура горячего HTF может обеспечиваться за счет теплообмена только лишь с выхлопной системой двигателя и т.д.
После этапа 404 способ 400 переходит на этап 406. На этапе 406 способ 400 предусматривает соединение ребристых трубок адсорбционного адсорбера с контуром холодной HTF и соединение ребристых трубок десорбционного адсорбера с контуром горячей HTF. Ребра ребристых трубок могут выступать в адсорбент, способствуя теплообмену между теплоносителем, протекающим по трубкам, и адсорбентом. Соответственно, соединение ребристых трубок адсорбционного адсорбера с контуром холодной HTF эффективно охлаждает адсорбент данного адсорбера, в то время как соединение ребристых трубок десорбционного адсорбера с контуром горячей HTF эффективно нагревает адсорбент данного адсорбера. Следует понимать, что термины «адсорбционный адсорбер» и «десорбционный адсорбер» используются для различения адсорбера, который работает в режиме адсорбции (соединенный с контуром холодной HTF), и адсорбера, который работает в режиме десорбции (соединенный с контуром горячей HTF) в ходе текущего полуцикла работы системы климат-контроля.
После этапа 406 способ 400 переходит на этап 408. На этапе 408 способ 400 предусматривает соединение корпуса десорбционного адсорбера с конденсатором и направление потока наружного воздуха через конденсатор и обратно в окружающую среду с помощью вентилятора. Далее на этапе 408 способ 400 предусматривает соединение корпуса адсорбционного адсорбера с испарителем и направление потока наружного воздуха через испаритель и в пассажирский салон путем обдува. Как было сказано ранее в отношении Фиг. 3, охлаждение адсорбента адсорбционного адсорбера создает эффект всасывания, и это всасывание закачивает испаренный хладагент из испарителя в корпус адсорбционного адсорбера, где он поглощается адсорбентом. Нагрев адсорбента десорбционного адсорбера приводит к десорбции хладагента из адсорбента, и этот десорбированный хладагент поступает в конденсатор, где конденсируется. Эффект охлаждения из-за испарения хладагента в испарителе используют для обеспечения охлажденного воздуха для салона с помощью обдува, а эффект нагревания из-за конденсации хладагента в конденсаторе используют для возврата тепла в окружающую среду, тем самым охлаждая хладагент в контуре хладагента.
После этапа 408 способ 400 переходит на этап 410. На этапе 410 способ 400 предусматривает определение, был ли двигатель выключен. Определение может быть выполнено на основании показаний датчиков, например, датчика состояния зажигания. Если ответ на этапе 410 «ДА», то способ 400 переходит на этап 416. На этапе 416 выполняется способ 500 (изображенный на Фиг. 5A и описанный ниже), начиная с этапа 504. После этапа 416 способ 400 завершается.
В противном случае, если ответ на этапе 410 «НЕТ», это означает, что выключение двигателя не было произведено, и способ 400 переходит на этап 412. На этапе 412 способа 400 система определяет, был ли завершен полуцикл работы системы климат-контроля. Например, определение может быть выполнено на основании времени, прошедшего с момента начала цикла. В альтернативном варианте определение может быть выполнено на основании показаний датчиков, связанных с адсорберами, например, датчика объема хладагента, поглощенного адсорбционным адсорбером; или датчика объема хладагента, конденсированного в конденсаторе, и т.п.
Если ответ на этапе 410 «НЕТ», то способ 400 возвращается на этап 410, где адсорбция и десорбция продолжаются в адсорберах, пока не будет выключен двигатель или пока на этапе 412 не будет получен положительный ответ. Например, контроллер может проверить, был ли выключен двигатель, и был ли полуцикл работы системы климат-контроля завершен прерыванием, либо прерывание было выполнено при выключении двигателя, или когда полуцикл работы системы климат-контроля был завершен.
В противном случае, если ответ на этапе 412 «ДА», то способ 400 переходит на этап 414 для переключения режимов работы адсорберов. Переключение режимов работы адсорберов может предусматривать изменение положения клапанов, соединяющих контуры HTF с адсорберами, так как текущий режим (то есть режим адсорбции или десорбции) адсорбера может основываться на том, холодная или горячая HTF протекает через ребристые трубки адсорбера. Например, На этапе 412 контроллер может управлять клапанами, такими как клапаны 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348, и 350 на Фиг. 3 таким образом, чтобы отключить контур холодной HTF от адсорбера, который был адсорбционным в ходе первого полуцикла, и соединять контур горячей HTF с тем адсорбером, который переключается в режим десорбции. В это же время контроллер может управлять клапанами таким образом, чтобы отключить контур горячей HTF от адсорбера, который был десорбционным в ходе первого полуцикла, и соединять контур холодной HTF с тем адсорбером, который переключается в режим адсорбции. Таким образом, переключение режимов приводит к тому, что адсорбционный адсорбер первого полуцикла становится десорбционным адсорбером следующего полуцикла, а десорбционный адсорбер первого полуцикла становится адсорбционным адсорбером следующего полуцикла.
После этапа 414 способ 400 возвращается на этап 406. Система климат-контроля может повторять процессы этапов 406-412 во время всей работы системы климат-контроля в летнем режиме, пока работает двигатель. В отличие от этого, при выключении двигателя и в момент запуска двигателя или перед запуском система климат контроля может работать в соответствии со способом на Фиг. 5A, который описан далее.
На Фиг. 5A изображен способ 500 работы системы климат-контроля (например, системы климат-контроля 100 на Фиг. 1) в летнем режиме после выключения двигателя для быстрого охлаждения пассажирского салона в момент последующего запуска двигателя или перед таким запуском. Как показано на Фиг. 4, способ 500 может быть выполнен после выключения двигателя в летнем режиме работы системы климат-контроля.
На этапе 502 способа 500 предусматривает определение, был ли двигатель выключен. Определение может быть выполнено, например, на основании показаний датчиков. Контроллер может выполнять этап 502 периодически или на основе прерывания на протяжении всей работы системы климат-контроля в летнем режиме при работающем двигателе (например, во время выполнения способа 400). Если ответ на этапе 502 «НЕТ», то способ 500 завершается.
В противном случае, если ответ на этапе 502 «ДА», то способ 500 переходит на этап 504. На этапе 504 способ 500 предусматривает закрывание обводного клапана аккумулятора тепла на фазовом переходе. Как было сказано ранее, аккумулятор тепла на фазовом переходе может быть заряжен энергией от HTF, нагретой в процессе теплообмена с выхлопной системой двигателя, и эта тепловая энергия в нескольких примерах может быть сохранена в течение 16 часов после выключения двигателя. Таким образом, с помощью закрывания обводного клапана аккумулятора тепла на фазовом переходе при выключении двигателя или перед осуществлением десорбции обоими адсорберами (см. этап 506) можно гарантировать, что отвод тепла от аккумулятора тепла на фазовом переходе не осуществляется, и аккумулятор может поставлять горячую HTF для процесса десорбции в адсорберах.
После этапа 504 способ 500 переходит на этап 506. На этапе 506 способа 500 система предусматривает соединение контура горячей HTF с обоими адсорберами для их временной работы в режиме десорбции, после чего отключает контур горячей HTF от обоих адсорберов (то есть, спустя какое-то время). Например, контроллер может управлять клапанами 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 и 350 на Фиг. 3 таким образом, что возникает сообщение потоков контура горячей HTF с обоими адсорберами, и горячая HTF может закачиваться через оба адсорбера. Далее контроллер может управлять клапаном 380 на Фиг. 3 таким образом, чтобы обеспечивать сообщение потоков конденсатора с корпусами адсорберов 302 и 304. В результате любой хладагент, который мог быть адсорбирован в адсорберах во время работы системы климат-контроля в летнем режиме, может быть десорбирован, так что адсорбенты обоих адсорберов подготовлены к работе в режиме адсорбции в момент запуска или перед запуском двигателя.
После этапа 506 способ 500 переходит на этап 508. На этапе 508 способ 500 предусматривает отключение обоих адсорберов от контура хладагента. Например, как изображено на Фиг. 2A и 2B, каждый адсорбер может содержать корпус адсорбера, содержащий адсорбент и одну или несколько ребристых трубок. Положение клапана, такого как клапан 220, может определять наличие сообщения потоков контура хладагента и корпуса адсорбера. Таким образом, отключение контура хладагента от обоих корпусов адсорберов может заключаться в закрывании клапана, такого как клапан 220, у каждого адсорбера, так чтобы не было сообщения потоков между корпусом адсорбера и контуром хладагента. Отключение контура хладагента от корпусов адсорберов при выключенном двигателе может успешно предотвратить попадание испаренного хладагента в адсорберы, когда транспортное средство припарковано. После этапа 508 способ 500 завершается.
На Фиг. 5B изображен способ 520 работы системы климат-контроля (например, системы климат-контроля 100 на Фиг. 1) в летнем режиме в момент запуска двигателя или перед запуском. Так, если способ 500 на Фиг. 5A был выполнен при последнем выключении двигателя, то способ 520 может быть выполнен при запуске двигателя.
На этапе 522 способ 520 предусматривает определение, был ли двигатель запущен или пользователь активировал систему климат-контроля перед запуском двигателя. Например, контроллер может определить, был ли двигатель запущен, на основании показаний датчиков, например, датчика состояния зажигания. Контроллер может выполнить такое определение на основании того, получал ли датчик 120 брелока на Фиг. 1 входной сигнал от пульта дистанционного управления, такого как электронный брелок 122 на Фиг. 1. Если ответ на этапе 502 «НЕТ», то способ 520 завершается.
В противном случае, если ответ на этапе 522 «ДА», то способ 520 переходит на этап 524. На этапе 524 способ 520 предусматривает закрывание обводного клапана аккумулятора холода на фазовом переходе. Закрывание обводного клапана аккумулятора холода на фазовом переходе на этапе 524 может успешно обеспечить охлаждение обоих адсорберов для включения режима быстрого охлаждения. В условиях жаркой погоды пассажирский салон транспортного средства может сильно нагреться, например, когда двигатель выключен и транспортное средство припарковано с закрытыми окнами. Таким образом, может возникнуть желание быстро охладить воздух пассажирского салона путем запуска системы климат-контроля перед запуском двигателя (например, с помощью дистанционного управления) или в момент запуска двигателя. Как было сказано ранее, аккумулятор холода на фазовом переходе может быть заряжен тепловой энергией от охлажденного хладагента при работающем двигателе, и эта тепловая энергия в нескольких примерах может быть сохранена в течение 16 часов после выключения двигателя. Таким образом, путем закрывания обводного клапана аккумулятора холода при включенной системе климат-контроля можно гарантировать, что аккумулятор холода не блокируется и может поставлять холодный хладагент испарителю в данный момент времени для достижения непосредственной подачи холодного воздуха в пассажирский салон. При этом следует понимать, что обводной клапан аккумулятора тепла остается закрытым после того, как он был закрыт на этапе 504 способа 500. Так же как и аккумулятор холода, аккумулятор тепла может удерживать тепловую энергию (например, энергию, сохраненную в аккумуляторе тепла за счет нагретой HTF при последней работе двигателя) в некоторых случаях до 16 часов после выключения двигателя. Таким образом, с помощью сохранения обводного клапана аккумулятора тепла в закрытом состоянии при включенной системе климат-контроля может быть возможна непосредственная подача горячей HTF в десорбционный адсорбер после прогрева двигателя в случае, если тепла выхлопной системы двигателя недостаточно для эффективной десорбции в десорбционном адсорбере.
После этапа 524 способ 520 переходит на этап 526. На этапе 526 способа 520 система соединяет оба адсорбера с испарителем. Например, контроллер может управлять клапаном, таким как клапан 378 на Фиг. 3 таким образом, чтобы обеспечивать сообщение потоков испарителя и корпусов адсорберов 302 и 304. Несмотря на то, что адсорберы не соединены с конденсатором 364, во время десорбции в обоих адсорберах при последнем выключении двигателя в конденсаторе 364 может быть конденсировано достаточное количество хладагента (см. этап 506 способа 500) для предоставления испарителю через контур хладагента для охлаждения кабины в течение определенного промежутка времени.
После этапа 526 способ 520 переходит на этап 528. На этапе 528 способ 520 предусматривает соединение контура холодной HTF с обоими адсорберами для их работы в режиме адсорбции в течение определенного промежутка времени. Например, контроллер может управлять клапанами 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 и 350 на Фиг. 3 таким образом, чтобы возникло сообщение потоков контура холодной HTF и обоих адсорберов, и холодная HTF могла прокачиваться через оба адсорбера.
После этапа 528 способ 520 переходит на этап 530. На этапе 530 способ 520 предусматривает активацию вентилятора конденсатора и обдува испарителя. Включение вентилятора конденсатора приводит к охлаждению хладагента в конденсаторе, выбрасывая тепло в наружный воздух, при этом включение обдува испарителя влияет на направление потока наружного воздуха или воздуха салона через испаритель для охлаждения и последующего направления охлажденного воздуха в пассажирский салон.
Таким образом, работа системы климат-контроля в соответствии со способом 520 может обеспечить быстрое охлаждение пассажирского салона с помощью работы обоих адсорберов в режиме адсорбции совместно с непосредственным подводом к испарителю холодного хладагента от аккумулятора холода.
На Фиг. 6 изображен пример способа 600 управления обводным клапаном аккумулятора холода на фазовом переходе. Например, способ 600 может быть выполнен системой управления 114 в процессе работы системы климат-контроля в летнем режиме, например, на этапе 404 способа 400.
На этапе 602 способ 600 предусматривает определение, превышает ли требуемое охлаждение кабины охлаждающую способность адсорберов. Требуемое охлаждение кабины контроллер может определить, например, на основании показаний датчиков температуры наружного воздуха и температуры воздуха кабины, других регистрируемых параметров, либо вводимых пользователем параметров системы климат-контроля. Охлаждающей способностью адсорберов может быть охлаждающая способность адсорберов при нормальной, асинхронной работе, либо альтернативно может соответствовать охлаждающей способности адсорберов, когда оба адсорбера работают в режиме адсорбции.
Если ответ на этапе 602 «ДА», то способ 600 переходит на этап 604. На этапе 604 способ 600 предусматривает закрывание обводного клапана аккумулятора холода на фазовом переходе. В этом случае тепловая энергия, сохраненная в аккумуляторе холода на фазовом переходе во время предыдущей работы двигателя, и, возможно, тепловая энергия, сохраняемая в аккумуляторе холода на фазовом переходе при текущей работе двигателя, может способствовать охлаждению хладагента адсорберами для достижения требуемого охлаждения салона. После этапа 604 способ 600 завершается.
В противном случае, если ответ на этапе 602 «НЕТ», то это означает, что охлаждающей способности адсорберов достаточно для удовлетворения требований в охлаждении салона. В данном случае может быть необходимым, по крайней мере частично, отвести хладагент от аккумулятора холода на фазовом переходе для ускорения доставки охлажденного хладагента из контура хладагента к испарителю для охлаждения салона. Однако также может быть необходимым учесть текущее состояние зарядки аккумулятора холода на фазовом переходе для гарантии того, что аккумулятор холода может помочь адсорберам выполнить охлаждение при будущем быстром охлаждении, либо когда условия эксплуатации изменятся так, что требуемое охлаждение кабины превысит охлаждающую способность адсорберов. Таким образом, на этапе 606 способ 600 предусматривает управление степенью открывания обводного клапана аккумулятора холода на фазовом переходе в зависимости от состояния зарядки аккумулятора холода. Например, если аккумулятор холода на фазовом переходе полностью заряжен, то может быть целесообразным полностью открыть обводной клапан аккумулятора холода, чтобы хладагент полностью обходил аккумулятор холода (тем самым ускоряя доставку хладагента из расширительного вентиля в испаритель). В альтернативном варианте, если заряд аккумулятора холода меньше порогового значения, то может быть целесообразным частично открыть обводной клапан аккумулятора холода, чтобы некоторая часть хладагента протекала через аккумулятор холода и заряжала его, в то время как другая часть хладагента обходила бы аккумулятор холода. Таким образом, можно достичь компромисса между быстрой доставкой хладагента к испарителю и зарядкой аккумулятора холода на фазовом переходе, с помощью регулирования степени открывания обводного клапана аккумулятора холода. После этапа 606 способ 600 завершается.
На Фиг. 7 изображен пример способа 700 управления обводным клапаном аккумулятора холода на фазовом переходе. Например, способ 600 может быть выполнен системой управления 114 в процессе работы системы климат-контроля в летнем режиме (например, на этапе 404 способа 400) и в зимнем режиме (например, на этапе 904 способа 900).
На этапе 702 способ 700 предусматривает определение, требуется ли дополнительное нагревание HTF в контуре горячей HTF. Это определение может быть выполнено на основании показаний датчиков температуры HTF в контуре горячей HTF и выхлопных газов двигателя, или, например, на основании периода времени, прошедшего с запуска двигателя. Например, при запуске двигателя до его прогрева, например, до того, как температура выхлопных газов достигнет определенного порогового значения, тепло, накапливаемое в выпускном тепловом коллекторе и передаваемое HTF из контура горячего HTF, может не нагреть HTF до требуемой температуры. Например, в летнем режиме теплоноситель может быть недостаточно горячим для осуществления десорбции, в то время как в зимнем режиме теплоноситель может быть недостаточно горячим для обеспечения требуемого уровня нагрева воздуха салона вместе с теплообменником.
Если ответ на этапе 702 «ДА», то способ 700 переходит на этап 704. На этапе 704 способ 700 предусматривает закрывание обводного клапана аккумулятора тепла на фазовом переходе. В этом случае тепловая энергия, сохраненная в аккумуляторе тепла на фазовом переходе во время предыдущей работы двигателя, и, возможно, тепловая энергия, сохраняемая в аккумуляторе тепла на фазовом переходе при текущей работе двигателя, может помочь выпускному тепловому коллектору нагреть HTF в контуре горячей HTF. После этапа 704 способ 700 завершается.
В противном случае, если ответ на этапе 702 «НЕТ», то это означает, что HTF в контуре горячего теплоносителя не требует дополнительного разогрева. В данном случае может быть целесообразным, по крайней мере частичный обвод аккумулятора холода на фазовом переходе для ускорения поставки HTF адсорберам в летнем режиме или сердцевине нагревателя в зимнем режиме. Однако также может быть целесообразным принять во внимание текущее состояние заряда аккумулятора тепла для гарантии того, что он может обеспечить быструю поставку тепла при будущем быстром нагревании, либо когда условия эксплуатации изменятся так, что HTF в контуре горячей HTF потребует дополнительного нагрева. Таким образом, на этапе 706 способ 700 предусматривает регулирование степени открывания обводного клапана аккумулятора тепла на фазовом переходе в зависимости от состояния зарядки аккумулятора тепла. Например, если аккумулятор тепла на фазовом переходе полностью заряжен, то может быть целесообразным полное открытие обводного клапана аккумулятора тепла, чтобы HTF в контуре горячей HTF полностью обходила аккумулятор тепла (тем самым ускоряя доставку HTF из выпускного теплового коллектора к адсорберам в летнем режиме или к сердцевине нагревателя в зимнем режиме). В альтернативном варианте, если заряд аккумулятора тепла меньше порогового значения, то может быть целесообразным частичное открывание обводного клапана аккумулятора тепла, чтобы некоторая часть HTF протекала через аккумулятор тепла и заряжала его, в то время как другая часть HTF обходила бы аккумулятор тепла. Таким образом, можно достичь компромисса между быстрой доставкой HTF к адсорберам или сердцевине нагревателя и зарядкой аккумулятора тепла на фазовом переходе, с помощью регулирования степени открытия обводного клапана аккумулятора тепла. После этапа 706 способ 700 завершается.
На Фиг. 8 изображен пример способа 800 работы системы климат-контроля (например, системы климат-контроля 100 на Фиг. 1) в зимнем режиме. Например, работа системы климат-контроля может осуществляться согласно способу 800, когда показания датчика температуры наружного воздуха ниже второго порогового значения (которое может быть равно или меньше первого порогового значения, описанного выше в отношении летнего режима), либо когда средняя температура, определенная на основании записей показаний датчика наружной температуры, ниже второго порогового значения. В альтернативном варианте работа в зимнем режиме может быть выбрана пользователем перед запуском двигателя или к моменту запуска, например с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг. 1. Например, пользователь может выбрать требуемый режим работы из летнего режима и зимнего режима, режима кондиционирования и режима обогрева воздуха (режим кондиционирования воздуха может соответствовать летнему режиму, а режим обогрева воздуха может соответствовать зимнему режиму), либо пользователь может выбрать требуемую температуру (на основании которой система климат-контроля может выбрать летний или зимний режим в зависимости от значения). В другом примере пользователь может активировать систему климат-контроля без указания требуемого режима или значения температуры, например, с помощью электронного брелока, а система управления может определить подходящий режим работы на основании условий окружающей среды.
Следует понимать, что в зимнем режиме адсорберы и контур хладагента могут быть не востребованы; вместо этого для обеспечения обогрева кабины используют контур горячей HTF и сердцевину нагревателя.
На этапе 802 способ 800 предусматривает определение, прогрет ли двигатель после запуска или нет. Это определение может быть основано на том, прошло ли заданное время с момента запуска двигателя; на показаниях температуры (например, температуры выхлопной трубы, хладагента двигателя и др.); на основании числа циклов сгорания двигателя, выполненных с момента запуска двигателя, и др.
Если ответ на этапе 802 «НЕТ», то это означает, что двигатель еще не прогрет с момента запуска, и способ 800 завершается. Работа системы климат-контроля в зимнем режиме до разогрева двигателя (например, перед запуском и в момент запуска двигателя) будет описана в отношении способа на Фиг. 9.
В противном случае, если ответ на этапе 802 «ДА», то способ 800 переходит на этап 804. На этапе 804 способ 800 предусматривает управление обводным клапаном аккумулятора тепла на фазовом переходе в зависимости от условий эксплуатации. Такое управление обводным клапаном аккумулятора тепла на фазовом переходе описано выше в отношении Фиг. 7. Например, обводным клапаном автономного аккумулятора тепла на фазовом переходе можно управлять на основании состояния зарядки аккумулятора, независимо от того, может ли требуемое нагревание HTF из контура горячей HTF быть обеспечено за счет теплообмена только лишь с выхлопной системой двигателя и т.д.
После этапа 804 способ 800 переходит на этап 806. На этапе 806 способ 800 предусматривает соединение сердцевины нагревателя с контуром горячей HTF. Например, контроллер может управлять клапаном (например, клапан 382 на Фиг. 3), чтобы обеспечить закачивание HTF насосом 310 в сердцевину 328 нагревателя, а не в адсорберы.
После этапа 806 способ 800 переходит на этап 808. На этапе 808 способ 800 предусматривает направление наружного воздуха или воздуха салона через сердцевину нагревателя, а затем в пассажирский салон с помощью обдува. В качестве примера, контроллер может направлять наружный воздух обдувом (например, вентилятор 376, изображенный на Фиг. 3) через сердцевину нагревателя (например, сердцевину 328 нагревателя) для нагрева, после чего направлять нагретый воздух в пассажирский салон. Таким образом, сердцевина нагревателя может осуществлять теплообмен между теплоносителем контура горячей HTF и наружным воздухом для обогрева пассажирского салона. После этапа 808 способ 800 завершается.
На Фиг. 9 изображен способ 900 работы системы климат-контроля (например, системы климат-контроля 100 на Фиг. 1) в зимнем режиме в момент запуска двигателя или перед запуском для обеспечения быстрого обогрева пассажирского салона.
На этапе 902 способ 900 предусматривает определение, был ли запущен двигатель, или активировал ли пользователь систему климат-контроля перед запуском двигателя. Например, контроллер может определить, был ли двигатель запущен, на основании показаний датчиков, например, датчика состояния зажигания. В альтернативном варианте контроллер может определить, что пользователь активировал систему климат-контроля к моменту запуска двигателя или перед запуском, на основании того, получал ли датчик 120 брелока на Фиг. 1 входной сигнал от пульта дистанционного управления, такого как электронный брелок 122 на Фиг. 1.
Если ответ на этапе 902 «НЕТ», то способ 900 завершается. В противном случае, если ответ на этапе 902 «ДА», то способ 900 переходит на этап 904. На этапе 904 способ 900 предусматривает закрывание обводного клапана аккумулятора тепла на фазовом переходе. В холодных зимних условиях пассажирский салон транспортного средства может сильно охладиться при выключенном двигателе (например, когда транспортное средства находится на улице всю ночь). Таким образом, может быть целесообразным быстрый нагрев воздуха пассажирского салона с помощью включения системы климат-контроля перед запуском двигателя (например, с помощью дистанционного управления) или в момент запуска двигателя. Как было сказано выше, аккумулятор тепла на фазовом переходе может быть заряжен энергией от HTF, нагретой в процессе теплообмена с выхлопной системой двигателя, и эта тепловая энергия в некоторых примерах может быть сохранена в течение 16 часов после выключения двигателя. Таким образом, путем закрывания обводного клапана аккумулятора тепла при включенной системе климат-контроля можно гарантировать, что аккумулятор тепла не будет перекрыт, и что он может поставлять горячую HTF сердцевине нагревателя в данный момент времени для достижения быстрой подачи горячего воздуха в пассажирский салон.
После этапа 904 способ 900 переходит на этап 906. На этапе 906 способ 900 предусматривает в течение определенного времени прокачивание HTF через аккумулятор тепла на фазовом переходе в сердцевину нагревателя, а затем в выпускной тепловой коллектор, при этом направляя воздух салона или наружный воздух через сердцевину нагревателя, а затем уже нагретый воздух в салон. Например, контроллер может управлять клапанами (например, клапанами 382 и 344 на Фиг. 3) таким образом, чтобы сердцевина нагревателя была соединена с контуром горячей HTF, а адсорберы при этом были отключены от горячей HTF. Контроллер может управлять насосом (например, насосом 310 на Фиг. 3) таким образом, чтобы обеспечивать прокачивание HTF через сердцевину нагревателя, а затем в тепловой коллектор выхлопных газов. При этом контроллер может активировать обдув вентилятором (например, вентилятором 376), соединенным с сердцевиной нагревателя, и управлять этим обдувом таким образом, чтобы направлять воздух салона или наружный воздух через сердцевину нагревателя для осуществления теплообмена с протекающей в нем горячей HTF. И наконец, контроллер может управлять обдувом таким образом, чтобы направлять нагретый воздух в пассажирский салон, тем самым осуществляя его обогрев.
Таким образом, работа системы климат-контроля в соответствии со способом 900 может обеспечить быстрый нагрев пассажирского салона с помощью сердцевины нагревателя и контура горячей HTF совместно с непосредственным подводом к сердцевине нагревателя горячей HTF от аккумулятора тепла.
Необходимо отметить, что рассмотренный пример программ управления можно использовать с различными конфигурациями системы двигателя и/или автомобиля. Описанная методика может представлять собой один или несколько принципов обработки, такие как принцип событийного управления, управления прерываниями, многозадачный режим, многопоточный режим, и прочие. По существу, различные действия, операции или функции могут быть выполнены в указанной последовательности, параллельно, или, в некоторых случаях, пропущены. Аналогично, порядок действий не является обязательным, чтобы достичь характеристик и эффекта описанных примерных вариантов выполнения, он представлен для объяснения иллюстраций и описания. Одно или более проиллюстрированных действий или функций может быть повторено в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, занесенный в виде программы в машиночитаемую память системы управления двигателем.
Вышеописанная технология может быть применена к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитным 4-цилиндровым двигателям и двигателям других типов.
Реферат
1. Система климат-контроля автомобиля, которая содержит по меньшей мере два адсорбера, выполненных с возможностью переключения в летнем режиме работы системы между режимом адсорбции и режимом десорбции; автономный аккумулятор холода на фазовом переходе, расположенный выше по потоку от испарителя и ниже по потоку от расширительного клапана и конденсатора в контуре хладагента; а также автономный аккумулятор тепла на фазовом переходе, выполненный с возможностью подключения к сердцевине нагревателя в зимнем режиме работы системы и к адсорберам в летнем режиме работы системы.2. Система по п.1, которая дополнительно содержит контур горячей теплообменной среды с тепловым коллектором выхлопных газов и аккумулятором тепла на фазовом переходе, а также контур холодной теплообменной среды с охладителем теплообменной среды, причем система не предусматривает использования хладагента двигателя или компрессора с приводом от двигателя.3. Система по п.2, в которой каждый адсорбер содержит одну или несколько ребристых трубок, термически соединенных с адсорбентом, и в которой теплообменная среда из контура горячей теплообменной среды или контура холодной теплообменной среды протекает через ребристые трубки каждого адсорбера в зависимости от режима работы системы.
Формула
