СИСТЕМА КЛИМАТ-КОНТРОЛЯ АВТОМОБИЛЯ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
AUTOMOTIVE CLIMATE CONTROL SYSTEM AND METHOD OF ITS OPERATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение 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 насосы используют химические адсорбенты (например, цеолит, силикагель, активированный уголь) вместо механического компрессора, и имеют тепловой привод (например, тепло выхлопных газов) вместо механического.
Один рабочий цикл адсорбционного теплового насоса 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.
3
В документе US 2011/0005267 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 HTF для нагрева/охлаждения адсорберов, в которых рабочей средой является HTF на основе минерального масла; контур адсорбции, находящийся полностью за пределами пассажирского салона, в котором рабочей средой может быть NH; контур хладагента, передающий тепло из салона в контур адсорбции (посредством межконтурного теплообменника), в котором рабочей средой может быть R-134a.
3
3
3
3
Контур HTF нагревает/охлаждает адсорберы, оказывая влияние на процессы адсорбции/десорбции внутри адсорберов. Охладитель HTF подает охлажденную HTF для режима адсорбции, а нагреватель HTF подает горячую HTF для режима десорбции. Тепловые резервуары, накапливающие тепло выхлопных газов в материале с фазовым переходом (Phase Change Material, PCM), соединены с нагревателем HTF. Контур адсорбции содержит NH, который поглощается/выделяется из адсорбентов. После выключения двигателя тепло, накопленное в тепловых резервуарах, используется для десорбции NH из адсорбентов в резервуар. Накопленный в резервуаре NH затем используется для обеспечения «резкого охлаждения» после холодного пуска двигателя, когда HTF в контуре HTF 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, а NH из контура адсорбента испаряется. Кроме того, контур хладагента содержит испаритель R-134a, сообщающийся с салоном для обеспечения его охлаждения с помощью вентилятора.
Раскрытие изобретения
В отличие от описанной выше системы настоящим предложена система климат-контроля с адсорбционным тепловым насосом, который дополнительно к охлаждению обеспечивает нагрев салона, несмотря на необходимость меньшего числа компонентов с электрическим приводом или приводом от двигателя. Другими словами, было обнаружено, что в системе с двумя адсорберами вместо указанных испарителя и конденсатора можно использовать камеры с фитилем (вроде используемых в тепловых трубках), термически связывающие каждый адсорбер с соответствующим баком с антифризом. В одном примере способ эксплуатации системы климат-контроля салона автомобиля при работающем двигателе включает в себя следующие операции: асинхронное переключение первого и второго адсорберов адсорбционного теплового насоса между режимами адсорбции и десорбции; адсорбцию охлаждающего антифриза адсорбера в камерах с фитилем и десорбцию нагревающего антифриза адсорбера в камерах с фитилем; а также кондиционирование воздуха салона с помощью нагретого или охлажденного антифриза, в зависимости от режима работы системы климат-контроля.
3
Таким образом, когда адсорбер работает в режиме адсорбции, всасывание хладагента (например, воды, NH, R1234f), накопленного в камерах с фитилем, вызывает охлаждение в баке антифриза, в котором расположена часть указанных камер. Этот охлаждающий эффект можно использовать для охлаждения пассажирского салона в условиях жаркой погоды (например в «летнем режиме»). Аналогичным образом, когда адсорбер работает в режиме десорбции, конденсация хладагента, выделяемого из осушителя в камерах с фитилем, вызывает эффект нагрева в баке антифриза, который можно использовать для обогрева пассажирского салона в условиях холодной погоды (например, в «режиме мягкой зимы» или «режиме суровой зимы», в зависимости от степени суровости холодной погоды).
Следует понимать, что вышеприведенное краткое изложение сущности изобретения представлено для описания в упрощенной форме ряда выбранных концепций, дальнейшее изложение которых приводится ниже в подробном описании. Краткое раскрытие сущности изобретения не направлено на определение основных или существенных характеристик заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается вариантами реализации изобретения, устраняющими какой-либо из недостатков, указанных выше или в любой части данного описания.
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, вместе с соответствующими камерами с фитилем и баком антифриза. 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 на фиг.2A в режиме десорбции вместе с соответствующими камерами с фитилем и баком антифриза.
На Фиг.3 схематически изображены контуры с холодной и горячей HTF и соответствующие компоненты, которые могут входить в систему климат-контроля на Фиг.1.
На Фиг.4 схематически изображены контуры с антифризом и соответствующие компоненты, которые могут входить в состав системы климат-контроля на Фиг.1.
На Фиг.5 схематически изображен поток HTF, антифриза и воздуха между различными компонентами системы климат-контроля на Фиг.1. в летнем режиме.
На Фиг.6 схематически изображен поток HTF, антифриза и воздуха между различными компонентами системы климат-контроля на Фиг.1. в режиме мягкой зимы.
На Фиг.7 схематически изображен поток HTF, антифриза и воздуха между различными компонентами системы климат-контроля на фиг.1. в режиме суровой зимы.
На Фиг.8 изображен пример способа работы системы климат-контроля на Фиг.1 режимах лета, мягкой зимы или суровой зимы.
На Фиг.9 изображен пример способа работы системы климат-контроля на Фиг.1 после выключения двигателя и при последующем запуске двигателя для обеспечения быстрого охлаждения или нагрева пассажирского салона.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание относится к системам и способам охлаждения и обогрева пассажирского салона автомобиля с помощью системы климат-контроля, использующей адсорбционный тепловой насос. Как показано на Фиг.1, система климат-контроля может быть термически связана с трубопроводом выхлопных газов двигателя, и не может быть связана с двигателем автомобиля или нагружать его. Адсорбционный тепловой насос может содержать два адсорбера, каждый из которых соединен с соответствующим баком антифриза с помощью нескольких камер с фитилем, как показано на Фиг.2A-2B.
Каждый адсорбер может иметь замкнутый контур хладагента, где хладагент проходит между камерами с фитилем и адсорбентом внутри корпуса адсорбера в зависимости от температуры адсорбента, которая, в свою очередь, зависит от температуры HTF, протекающей по трубам адсорбера. 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; емкость с PCM, в которой тепло выхлопных газов накапливается в PCM; и насос, а контур холодной HTF может включать в себя охладитель HTF и насос.
Как показано на Фиг.4, система климат-контроля также содержит контуры антифриза, направляющие поток антифриза от баков к радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» и теплообменнику «жидкость-жидкость», в зависимости от режима работы системы. Например, как показано на Фиг.5, в летнем режиме антифриз проходит из бака соответствующего адсорбирующего адсорбера к теплообменнику «воздух-жидкость». Воздух из салона проходит через теплообменник «воздух-жидкость», который охлаждает воздух перед его возвращением в салон для последующего охлаждения, при этом антифриз возвращается в бак имеющим немного большую температуру. Одновременно, антифриз проходит из бака соответствующего десорбирующего адсорбера к радиатору. Вентилятор обдувает наружным воздухом (из окружающей среды) радиатор, тем самым немного охлаждая антифриз перед его возвращением в бак. В режиме мягкой зимы, напротив, как показано на Фиг.6, антифриз проходит из бака соответствующего адсорбирующего адсорбера к теплообменнику «воздух-жидкость». Наружный воздух проходит через теплообменник «воздух-жидкость», который охлаждает воздух перед его возвращением наружу, при этом антифриз возвращается в бак имеющим немного большую температуру. Одновременно, антифриз проходит из бака соответствующего десорбирующего адсорбера к радиатору. Вентилятор нагнетает наружный воздух к радиатору, тем самым слегка охлаждая антифриз перед его возвращением в бак и нагревая воздух, который затем будет направлен в салон для его обогрева.
В режиме суровой зимы, как показано на Фиг.7, антифриз проходит из бака соответствующего адсорбирующего адсорбера к теплообменнику «воздух-жидкость». Горячая HTF из соответствующего контура проходит через теплообменник «жидкость-жидкость» для нагрева антифриза так, чтобы допустить формирование пара в камерах с фитилем при низких температурах окружающей среды. Одновременно, антифриз проходит из бака соответствующего десорбирующего адсорбера к радиатору. Вентилятор нагнетает наружный воздух к радиатору, тем самым слегка охлаждая антифриз перед его возвращением в бак и нагревая воздух, который затем будет направлен в салон для его обогрева.
Вышеописанный летний режим может быть применим в условиях жаркой погоды, когда на улице теплее, чем при холодной погоде (температура воздуха во время жаркой погоды больше, чем температура воздуха в холодную погоду). Вышеописанные режимы мягкой или суровой зимы могут быть применимы в условиях холодной погоды, когда на улице холоднее, чем при теплой погоде (температура воздуха во время холодной погоды ниже, чем температура воздуха в жаркую погоду). Например, летний режим может быть применим, когда температура окружающей среды выше первого порогового значения. Режим мягкой зимы может быть применим, когда температура окружающей среды ниже второго порогового значения, либо равна первому пороговому значению. Режим суровой зимы может быть применим, когда температура окружающей среды меньше третьего порогового значения, либо равна второму пороговому значению.
Наконец, пример способа осуществления системы климат-контроля для режима лета, мягкой и суровой зимы показан на фиг.8, а пример способа работы быстрого охлаждения или нагрева системы климат-контроля показан на фиг.9.
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). ДВС 108 имеет камеру сгорания (не показана), которая может принимать впускной воздух через впускной канал (не показано) и выпускать отработавшие газы через выпускной канал 110. Автомобиль 102 может представлять собой 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 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 адсорбционный тепловой насос 124 (далее описан более подробно), который приводится в движение тепловой энергией выхлопных газов вместо привода от коленчатого вала или электромотора. Следовательно, единственной связью между двигателем 108 и системой 100 климат-контроля может быть прохождение выхлопных газов двигателя в выхлопном канале 110 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 изображена 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 было показано, контроллер 112 может принимать входные сигналы от множества датчиков 116, среди которых могут 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, от показаний одного или нескольких датчиков 116 и/или вводимой пользователем информации, электронный брелок 122 может дистанционно активировать систему 100 климат-контроля для предварительного кондиционирования воздуха салона перед запуском двигателя, что будет подробно описано далее. Таким образом, будущий оператор автомобиля или пассажир могут использовать электронный брелок 122 совместно с режимами быстрого охлаждения/нагрева системы 100 климат-контроля, согласно приведенному ниже описанию, 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 антифриза, 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 адсорбционный тепловой насос 124 вместо механического компрессора. Адсорбционный тепловой насос 124 может включать в себя два идентичных по конструкции адсорбера, которые могут работать асинхронно (один адсорбер в режиме адсорбции, другой - в режиме десорбции, в отличие от режимов «резкого нагрева/охлаждения») и циклично (каждый адсорбер периодически переключается между режимами адсорбции и десорбции).
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 из двух идентичных адсорберов, входящих в состав адсорбционного теплового насоса 124 системы 100 климатического контроля, изображенной на Фиг.1.
Адсорбер 200 осуществляет теплообмен между HTF и химическим адсорбентом (например, цеолит, силикагель, активированный уголь). В описываемых вариантах осуществления изобретения HTF протекает по ребристой 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.
Как показано, адсорбер 200 соединен с баком 212 антифриза с помощью нескольких камер 214 с фитилем. Бак для антифриза содержит антифриз, который протекает в различных контурах, описанных далее со ссылкой на Фиг.4. Поскольку HTF передает тепло адсорбенту 204, а следовательно, влияет на температуру антифриза (благодаря тепловой связи бака антифриза с адсорбентами через камеры с фитилем), именно антифриз передает тепло или холод воздуху в пассажирском салоне с помощью радиатора или теплообменника «воздух-жидкость», как будет описано далее со ссылкой на Фиг.4-7. Каждая из камер 214 с фитилем содержит трубку, заполненную фитильным материалом 216, при этом через всю длину фитильного материала проходит внутренний канал 218, который является концентричным с указанной трубкой. Как изображено на Фиг.2A и 2B, камеры 214 с фитилем могут входить в адсорбер, и могут быть гидравлически связаны с корпусом 206, в зависимости от положения клапана 220. Несмотря на то, что адсорбер 200 изображен с тремя фитильными камерами, в некоторых вариантах выполнения адсорбер 200 может иметь другое подходящее количество камер с фитилем, в том числе и только одну камеру.
Хладагент может циркулировать в замкнутом контуре, состоящем из камер с фитилем и корпуса адсорбера. Хладагент может представлять собой воду, аммиак, R1234f или другую подходящую среду. Также хладагент может накапливаться в фитильном материале 216 каждой камеры 214 в жидкой форме. При определенных условиях, в зависимости от положения клапана 220, хладагент может испаряться и выходить из фитильного материала 216 в канал 218, а оттуда - в корпус 206. Аналогичным образом в определенных условиях хладагент может выходить из корпуса 206 адсорбера в канал 214 и конденсироваться на фитильном материале.
Следует понимать, что хотя тепловые трубки и могут содержать камеры с фитилем, сами камеры 214 с фитилем не являются тепловыми трубками. Например, в фитильных камерах в указанном режиме работы может происходить только одна смена фазы (например, испарение жидкого хладагента в режиме адсорбции, а также конденсация испаренного хладагента в режиме десорбции), тогда как рабочая среда в тепловых трубках претерпевает множество фазовых переходов одновременно (например, тепловые трубки могут иметь сторону испарения и сторону конденсации так, что рабочая среда одновременно испаряется на одном конце и конденсируется на другом конце).
Далее приведено описание принципа работы адсорбционного насоса (например, адсорбционного теплового насоса 124 системы 100 климат контроля), содержащего адсорберы (например, два адсорбера 200).
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 приводит к испарению хладагента, накопленного в фитильном материале 216 камер 214 с фитилем, в каналы 218. Когда клапан 220 открыт, испаренный хладагент выходит из каналов 218 в корпус 206 (благодаря силе всасывания охлажденного адсорбента 204). Тем временем испарение хладагента в камерах с фитилем создает эффект охлаждения, который охлаждает антифриз в баке 212. Охлажденный антифриз затем будет направлен из выпускного отверстия 222 бака в радиатор или теплообменник, в зависимости от режима работы системы климат-контроля, как описано со ссылкой на Фиг.4-7. В зависимости от того, куда будет направлен антифриз в данном режиме работы системы климат-контроля, этот антифриз возвращается в бак через впускное отверстие 224 бака, либо холоднее, либо теплее, чем антифриз, выходящий из бака через отверстие 222.
Режим десорбции может быть выполнен после режима адсорбции, в котором хладагент, адсорбированный в корпусе адсорбентом из камер с фитилем, проходит процесс десорбции и возвращается в камеры с фитилем. 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 возвращается в каналы 218 камер 214 с фитилем и конденсируется на фитильном материале 216. Тем временем конденсация хладагента в камерах с фитилем выделяет тепло, которое нагревает антифриз в баке. Нагретый антифриз затем будет направлен из выпускного отверстия 222 бака в радиатор или теплообменник, в зависимости от режима работы системы климат-контроля, как будет описано со ссылкой на Фиг.4-7. В зависимости от того, куда будет направлен антифриз в данном режиме работы системы климат-контроля, этот антифриз возвращается в бак через впускное отверстие 224 бака, либо теплее, либо холоднее, чем антифриз, выходящий из бака через отверстие 222.
Соответственно, путем соединения бака антифриза с адсорбером через одну или несколько камер с фитилем, антифриз может быть нагрет и охлажден без специального испарителя или конденсатора, что может повысить эффективность автомобиля. Например, конденсация хладагента с помощью камер с фитилем вместо использования специального конденсатора является преимуществом, поскольку конденсаторы могут иметь привод либо от двигателя, либо от электрического вентилятора, а камеры с фитилем не имеют движущихся деталей и работают от тепловой энергии. Кроме того, испарение хладагента с помощью камер с фитилем вместо специального испарителя является преимуществом, поскольку испарители для правильного функционирования могут сильно зависть от соответствующих устройств регулирования температуры и давления, дроссельной трубки, расширительных клапанов, накопителей и т.д., а камеры с фитилем могут не зависеть в такой степени или вообще не зависеть от подобных дополнительных компонентов. Более того, использование камер с фитилем вместо испарителя или конденсатора может уменьшить размеры системы климат-контроля, тем самым снижая затраты на производство и увеличивая экономию топлива.
Адсорберы адсорбционного теплового насоса могут асинхронно менять режим работы с адсорбции на десорбцию во время работы двигателя. Один цикл работы адсорбционного теплового насоса 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 полу цикла, следующего сразу за первым полуциклом, первый адсорбер может работать в режиме десорбции, в то время как второй адсорбер работает в режиме адсорбции. Адсорбционный тепловой насос может повторять этот цикл в течение всего времени работы системы климат-контроля, за исключением определенных режимов, которые требуют работы обоих адсорберов в режиме адсорбции или десорбции одновременно, как описано ниже.
3
При выключении двигателя, в зависимости от режима работы системы климат-контроля, может потребоваться полная десорбция или адсорбция хладагента в обоих адсорберах. В этом случае система климат-контроля может работать в режиме резкого охлаждения или нагрева при следующем запуске двигателя, для обеспечения немедленной доставки холодного воздуха летом и теплого воздуха зимой. При этом в альтернативных способах можно использовать тепло, накопленное в PCM для десорбции NH в резервуар, для обеспечения резкого охлаждения при запуске двигателя (например, пока выхлопные газы двигателя нагревают HTF достаточно для работы адсорбционного теплового насоса), вместо того, чтобы полагаться на то, что адсорбционный тепловой насос произведет быстрое охлаждение. Быстрое охлаждение, а также быстрый нагрев можно обеспечить с помощью адсорбционного теплового насоса в по изобретению. Например, при запуске двигателя в режиме лета можно обеспечить быстрое охлаждение путем временного включения обоих адсорберов в режим адсорбции либо во время, либо до запуска двигателя (с помощью дистанционного активатора предварительного кондиционирования), после десорбции адсорберами при предыдущем выключении двигателя с помощью тепла, накопленного в PCM. Например, для обеспечения быстрого охлаждения в теплую погоду (например, при работе в режиме лета) оба адсорбера адсорбционного теплового насоса после выключения двигателя могут временно работать в режиме десорбции, а перед следующим запуском двигателя оба адсорбера могут временно работать в режиме адсорбции. Аналогичным образом, в режиме мягкой и суровой зимы при выключении двигателя для полной адсорбции адсорбентами обоих адсорберов паров хладагента может быть использована холодная HTF. После этого при запуске двигателя оба адсорбера могут временно работать в режиме десорбции, либо непосредственно при запуске двигателя, либо до запуска (с помощью дистанционного активатора предварительного кондиционирования воздуха). Например, для обеспечения быстрого нагрева в холодную погоду путем временного включения обоих адсорберов адсорбционного теплового насоса после выключения двигателя в режиме адсорбции, а перед следующим запуском двигателя - временного включения обоих адсорберов в режиме десорбции. В данном случае при запуске двигателя можно обеспечить быстрый нагрев.
Например, при выключении двигателя в летнем режиме системы климат-контроля, на обоих адсорберах контроллер может управлять клапаном 208 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 емкости с PCM 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 камеры с фитилем каждого адсорбера от соответствующего корпуса адсорбера для уменьшения попадания паров хладагента из камер с фитилем в адсорберы, когда двигатель выключен (например, когда автомобиль стоит на парковке). К моменту следующего запуска двигателя или перед ним контроллер может установить клапан 220 на обоих адсорберах в открытое положение для возобновления сообщения камер с фитилем каждого адсорбера с соответствующим корпусом адсорбера. Десорбция адсорбентов обоих адсорберов адсорбционного теплового насоса 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 адсорбционному тепловому насосу, работающему с одним адсорбером 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. Такой режим работы обозначен здесь как режим быстрого охлаждения.
В качестве другого примера, при выключении двигателя в режиме мягкой или суровой зимы на обоих адсорберах контроллер может установить положение клапана 208 таким образом, чтобы обеспечить направление потока холодной HTF из соответствующего контура холодной HTF через ребристую трубку 202 для охлаждения адсорбента 204, что приводит к адсорбции хладагента адсорбентом. После адсорбции в обоих адсорберах контроллер может закрыть клапан 220 на обоих адсорберах, тем самым изолируя камеры с фитилем каждого адсорбера от соответствующего корпуса адсорбера, чтобы избежать возврата паров хладагента в адсорберы, когда двигатель выключен (например, когда автомобиль припаркован). К моменту следующего запуска двигателя или перед ним контроллер может открыть клапан 220 на обоих адсорберах для возобновления соединения фитильных камер каждого адсорбера с соответствующим корпусом адсорбера. Адсорбция хладагента на адсорбентах обоих адсорберов адсорбционного теплового насоса при выключении двигателя позволяет обоим адсорберам при следующем запуске двигателя временно работать в режиме десорбции (например, 2-5 минут). Так как теплообмен с выхлопом двигателя во время запуска может недостаточно нагреть HTF в контуре горячей HTF для выполнения десорбции, тепло, накопленное в емкости с PCM, может быть использовано для нагрева HTF в данный момент. Эксплуатация обоих адсорберов в режиме десорбции может эффективно удвоить нагревающую способность (относительно адсорбционного теплового насоса, работающего с одним адсорбером в режиме десорбции), чтобы обеспечить немедленную подачу горячего воздуха в салон для улучшения комфорта пассажиров (и для других вспомогательных потребностей в нагреве двигателя/автомобиля) в условиях холодной погоды. Такой режим работы обозначен здесь как режим быстрого нагрева.
В некоторых вариантах осуществления изобретения режимы быстрого охлаждения и нагрева можно запустить 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) или режим быстрого нагрева (например, в условиях холодной погоды) до запуска двигателя.
Как было описано выше, нагревание и охлаждение адсорбентов могут быть обеспечены контуром горячей HTF и контуром холодной HTF соответственно. На Фиг.3 схематически изображен пример варианта контура 300 горячей HTF и контура 302 холодной HTF вместе с адсорбционным тепловым насосом 308. Адсорбционный тепловой насос 308 может быть включен в состав системы 100 климат-контроля, изображенной на Фиг.1, например, в качестве адсорбционного теплового насоса 124, и может иметь конструкцию, показанную на Фиг.2A и 2B. HTF, протекающая в обоих контурах 300 и 302 горячей и холодной HTF, соответственно, может представлять собой 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 300 и 302 горячей и холодной HTF может представлять собой HTF на нефтяной основе.
Контур 300 горячей HTF обеспечивает десорбцию в адсорбционном тепловом насосе 308 путем нагревания HTF, которая циркулирует благодаря насосу 316 между тепловым коллектором 304 выхлопных газов, емкостью 306 с PCM, и первым и вторым адсорберами 318 и 320 теплового насоса 308. Как показано на Фиг.3, тепловой коллектор 304 выхлопных газов соединен с выхлопной трубой 310 двигателя. HTF может протекать через тепловой коллектор 304, а тепло от выхлопных газов, протекающих через трубу 310 в тепловом коллекторе 304, может передаваться протекающей через них HTF.
Емкость 306 с PCM можно расположить ниже по потоку теплового коллектора 304. Емкость 306 с PCM представляет собой емкость, которая накапливает тепло в PCM. PCM адсорбирует тепло при изменении состояния с твердого на жидкое, и отдает тепло при изменении состояния с жидкого на твердое. Такие емкости можно еще назвать тепловыми батареями. Емкость 306 с PCM может быть изолирована для уменьшения рассеяния накопленного в ней тепла. Например, емкость 306 PCM может представлять собой емкость с двойными стенками, при этом между наружной и внутренней стенками емкости может быть расположена вакуумная рубашка для обеспечения вакуумной изоляции. HTF, протекающая в контуре 300 горячей HTF может входить во впускное отверстие емкости 306 с PCM и выходить из выпускного отверстия емкости 306 с PCM. В одном из примеров PCM внутри емкости 306 может быть расположена в одном или нескольких блоках PCM, расположенных между опорными пластинками. Каждый блок содержит несколько элементов PCM, расположенных радиально относительно центрального питающего канала. HTF, попадающая во впускное отверстие емкости, 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 емкости 306, помимо других факторов, емкость 306 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 емкости 306 с PCM во время работы двигателя, может сохраняться не менее 16 часов после выключения двигателя. В связи с этим емкость 306 с PCM может обеспечить подачу горячей HTF для адсорберов описанного адсорбционного теплового насоса даже при выключенном двигателе, например, для описанных режимов быстрого охлаждения или нагрева, где может потребоваться горячая HTF. Следует понимать, что накопленное в емкости 306 с PCM тепло может быть извлечено без запуска двигателя, например, с помощью дистанционного управления пользователя при выключенном двигателе. Например, пользователь может удаленно включить систему климат-контроля до запуска двигателя, например, с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг.1, что может привести к запуску контроллером системы 100 климат-контроля процесса извлечения горячей HTF, накопленной в емкости с PCM для использования в режиме быстрого нагрева или охлаждения.
Емкость 306 с PCM может быть установлена параллельно с каналом 312, который содержит перепускной клапан 314. HTF может протекать по каналу 312, обходя емкость 306 с PCM, в зависимости от положения перепускного клапана 314. Например, когда перепускной клапан 314 полностью закрыт, вся HTF из теплового коллектора 304 может быть направлена в емкость 306 с PCM, где осуществляется накопление тепловой энергии в PCM. В альтернативном случае, когда перепускной клапан 314 полностью открыт, вся HTF из теплового коллектора 304 может обходить емкость 306 PCM и протекать через канал 312. Насос 316 может быть расположен ниже по потоку емкости 306 с PCM и перепускного клапана 314; контролер может управлять насосом 316 таким образом, чтобы направлять поток HTF от теплового коллектора 304 через емкость 306 с PCM и/или канал 312, в зависимости от положения перепускного клапана 314. Адсорбционный тепловой насос 308 может сообщаться по текучей среде с контуром горячей HTF ниже по потоку насоса 316, как будет описано ниже.
Контур 302 холодной HTF обеспечивает адсорбцию в адсорбционном тепловом насосе 308 за счет охлаждения HTF, которая циркулирует благодаря насосу 336 между адсорберами 318 и 320 теплового насоса 308 и охладителем 338 HTF. Охладитель 338 HTF может представлять собой устройство, которое может сохранять температуру HTF в требуемом диапазоне значений (например, 30-40°C). Например, охладитель 338 HTF может представлять собой теплообменник «воздух-жидкость». Вентилятор (не показан) может направлять воздух окружающей среды через охладитель 338 HTF для осуществления передачи тепла между протекающей там HTF и наружным воздухом, тем самым охлаждая HTF. Как показано на Фиг.3, насос 336 расположен ниже по потоку относительно охладителя 338 HTF. Контур 302 холодной HTF может сообщаться с адсорбционным тепловым насосом 308 ниже по потоку относительно насоса 336, как будет описано ниже.
Насос 316 контура 300 горячей HTF и насос 336 контура 302 холодной HTF могут выборочно сообщаться с адсорбционным насосом 308, в зависимости от положения различных клапанов. Как было описано выше, адсорбционный тепловой насос 308 состоит из первого адсорбера 318 и второго адсорбера 320, каждый из которых может иметь конструкцию адсорбера 200 с Фиг.2A и 2B. Адсорбционный тепловой насос 308 также содержит первую совокупность камер 332 с фитилем, соединяющих первый адсорбер 318 с первым баком 324 антифриза, и вторую совокупность камер 326 с фитилем, соединяющих второй адсорбер 320 со вторым баком 328 антифриза. Первый и второй баки 324 и 328 антифриза по отдельности могут иметь конструкцию бака 212 с Фиг.2A и 2B, а каждая фитильная камера первой и второй совокупности камер с фитилем 322 и 326 может иметь конструкцию камер 214 с Фиг.2A и 2B. В ином случае компоненты адсорбционного теплового насоса 308 могут иметь другую подходящую конструкцию, которая функционирует согласно принципу работы адсорбционного теплового насоса, описанного со ссылкой на Фиг.2A и 2B.
Положение клапана 330 подачи горячей HTF, расположенного ниже по потоку насоса 316 в контуре горячей HTF, может определять, будет ли контур горячей HTF сообщаться с одним из адсорберов 318 и 320, с обоими адсорберами, или не сообщаться с ними. Аналогичным образом, положение клапана 340 подачи холодной HTF, расположенного ниже по потоку насоса 336 в контуре холодной HTF, может определять, будет ли контур горячей HTF сообщаться с одним из адсорберов 318 и 320, с обоими адсорберами, или не сообщаться с ними. Первый адсорбер 318 имеет первый впускной клапан 332 HTF, а второй адсорбер 320 имеет 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 с Фиг.2A и 2B; например, в зависимости от того, находится первый адсорбер в режиме адсорбции или десорбции, первым впускным клапаном HTF можно управлять таким образом, чтобы обеспечить сообщение между контуром горячей или холодной HTF и первым адсорбером. В зависимости от положения клапана 332, HTF может попадать в первый адсорбер 318 из контура горячей HTF, контура холодной HTF, либо не попадать в него вообще. Таким же образом, в зависимости от положения клапана 334 HTF может попадать во второй адсорбер 320 из контура горячей HTF, контура холодной HTF или не попадать в него вообще.
Клапаны 330, 332, 334 и 340 могут взаимодействовать для направления потока HTF из контура горячей и/или холодной HTF в соответствующий адсорбер при определенном режиме работы системы климат-контроля и при определенном режиме работы каждого адсорбера. Например, в летнем режиме, режиме мягкой или суровой зимы, а также 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, а HTF из контура холодной HTF может попадать в первый адсорбер. Затем после полуцикла адсорбционного теплового насоса 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, а 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 в летнем режиме, и режимах мягкой или суровой зимы.
Напротив, при выключении двигателя и до запуска или при запуске контроллер может управлять положением клапанов 330, 332, 334 и 340 различным образом, чтобы включить режим быстрого охлаждения или нагрева, в зависимости от условий окружающей среды. Например, при выключении двигателя в летнем режиме 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 соответствующих камер с фитилем и бака антифриза. Таким образом, при следующем запуске двигателя (либо до следующего запуска) контроллер может 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.
И в обратном случае, при выключении двигателя в режиме мягкой или суровой зимы, контроллер может управлять клапанами таким образом, что в обоих адсорберах будет протекать процесс десорбции. 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 рассмотрено более подробно со ссылкой на Фиг.2A и 2B, в процессе работы каждый корпус адсорбера может быть изолирован от соответствующих камер с фитилем и бака антифриза. Таким образом, при следующем запуске двигателя (либо перед следующим запуском) контроллер может управлять клапанами таким образом, что в обоих адсорберах будет протекать процесс десорбции. 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 горячей 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, а 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, а HTF, выходящая из второго адсорбера, возвращалась в контур холодной HTF. Следует понимать, что когда горячая HTF протекает через оба адсорбера, например, в режимах быстрого охлаждения или нагрева, 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 304, как показано на Фиг.3). Также следует понимать, что когда холодная HTF протекает через оба адсорбера, например, в режимах быстрого охлаждения или нагрева, клапан 346 может быть установлен таким образом, чтобы HTF из обоих адсорберов была направлена обратно в контур холодной HTF (например, выше по потоку охладителя 338 HTF, как показано на Фиг.3).
Как было показано на Фиг.3, контур горячей HTF может сообщаться с теплообменником 356 «жидкость-жидкость», в зависимости от положения клапана 330. Например, в режиме суровой зимы контроллер может направлять антифриз из бака соответствующего адсорбционного адсорбера через теплообменник «жидкость-жидкость», при этом управляя клапаном 330 таким образом, чтобы направлять HTF из контура горячей HTF в теплообменник «жидкость-жидкость» для теплообмена с протекающим через него антифризом (по контуру 400 антифриза с Фиг.4, описанному ниже). В этом случае образование пара в камерах с фитилем (а следовательно, и адсорбция) возможно даже при низких температурах окружающей среды.
Как было описано выше, охлаждение или нагревание адсорбентов в адсорберах с помощью контуров HTF, изображенных на Фиг.3, приводит к испарению или конденсации хладагента в камерах с фитилем, соединенных с адсорберами. Испарение и конденсация в камерах с фитилем приводит к охлаждению или нагреванию антифриза в баках антифриза, в которых расположены камеры с фитилем. Охлажденный/нагретый антифриз затем может быть направлен к различным компонентам системы климат-контроля для охлаждения или нагревания воздуха салона, как показано на Фиг.4. В указанном режиме работы системы климат-контроля, и в зависимости от режима работы адсорбера (адсорбция или десорбция), как показано на Фиг.4, антифриз может быть направлен из бака антифриза, соединенного с этим адсорбером, к радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» или «жидкость-жидкость».
Контроллер 12, изображенный на Фиг.4, контур антифриза 400 включает в себя первый бак 402 антифриза и второй бак 404 антифриза. Хотя баки 402 и 404 изображены на Фиг.4 как раздельные компоненты, следует понимать, что эти баки могут входить в состав адсорбционного теплового насоса, например, адсорбционного теплового насоса 308 на Фиг.3. Например, баки 402 и 404 могут соответствовать бакам 324 и 328 с Фиг.3, и могут быть соединены с адсорберами, как адсорберы 318 и 320 с Фиг.3, через камеры с фитилем. Нагревания и охлаждения пассажирского салона можно добиться с помощью направления антифриза из каждого бака к радиатору 406, теплообменнику 408 «воздух-жидкость» или теплообменнику 410 «жидкость-жидкость» или от них.
Насосы могут быть расположены ниже по потоку относительно выпускных отверстий каждого бака для организации потока антифриза из каждого бака к радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» или теплообменнику «жидкость-жидкость». Например, как изображено на Фиг.4, первый выходной насос 412 может быть расположен ниже по потоку относительно выпускного отверстия первого бака 402 антифриза, а второй выходной насос 414 может быть расположен ниже по потоку относительно выпускного отверстия второго бака 404 антифриза. Также насосы могут быть расположены ниже по потоку относительно выпускных отверстий радиатора 406, теплообменника 408 «воздух-жидкость» и теплообменника 410 «жидкость-жидкость». Например, как изображено на Фиг.4, первый и второй выходные насосы 416 и 426 радиатора могут быть расположены ниже по потоку относительно первого и второго выпускных отверстий радиатора 406; первый и второй выходные насосы 428 и 430 теплообменника «воздух-жидкость» могут быть расположены ниже по потоку относительно первого и второго выпускных отверстий теплообменника 408 «воздух-жидкость»; первый и второй выходные насосы 432 и 434 теплообменника «жидкость-жидкость» могут быть расположены ниже по потоку относительно первого и второго выпускных отверстий теплообменника 410 «жидкость-жидкость»
Клапаны могут быть расположены ниже по потоку относительно выпускных отверстий каждого бака антифриза, выше по потоку относительно впускного отверстия каждого бака антифриза для направления потока антифриза к соответствующему месту назначения и от него, в зависимости от режима работы системы климат контроля и текущего режима работы адсорбера, соединенного с каждым баком. Как показано на Фиг.4, первый выпускной клапан 418 может быть расположен ниже по потоку относительно первого выходного насоса 412 и выше по потоку относительно радиатора 406, теплообменника 408 «воздух-жидкость» и теплообменника 410 «жидкость-жидкость». В зависимости от положения клапана 418 антифриз, выходящий из выпускного отверстия первого бака антифриза, может быть направлен к радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» или теплообменнику «жидкость-жидкость». Аналогичным образом, второй выпускной клапан 420 может быть расположен ниже по потоку относительно второго выпускного насоса 414 и выше по потоку относительно радиатора 406, теплообменника 408 «воздух-жидкость» и теплообменника 410 «жидкость-жидкость». В зависимости от положения клапана 420 антифриз, выходящий из выпускного отверстия второго бака антифриза, может быть направлен к радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» или теплообменнику «жидкость-жидкость». Как изображено на Фиг.4, первый впускной клапан 422 может быть расположен выше по потоку относительно впускного отверстия первого бака антифриза. В зависимости от положения клапана 422, антифриз, выходящий из радиатора, теплообменника «воздух-жидкость» или теплообменника «жидкость-жидкость», может быть направлен в первый бак антифриза. Аналогичным образом, второй впускной клапан 424 может быть расположен выше по потоку относительно впускного отверстия второго бака антифриза. В зависимости от положения клапана 424, антифриз, выходящий из радиатора, теплообменника «воздух-жидкость» или теплообменника «жидкость-жидкость», может быть направлен во второй бак антифриза. Следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения при определенных условиях антифриз может быть направлен из баков антифриза к более чем одному радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» и теплообменнику «жидкость-жидкость» без выхода за рамки сущности данного изобретения. Аналогичным образом, в определенный момент времени антифриз может быть направлен из баков антифриза к более чем одному радиатору, теплообменнику «воздух-жидкость» и теплообменнику «жидкость-жидкость» без выхода за рамки сущности данного изобретения.
Схема потока антифриза в каждом из режимов работы системы климат-контроля будет описана со ссылкой на Фиг.5-7. Следует понимать, что конфигурация контура антифриза, изображенная на Фиг.4, например, расположение различных клапанов, насосов, каналов и других компонентов приведена для примера. Без выхода за рамки сущности данного изобретения может быть использована и другая подходящая конфигурация, при которой антифриз будет направлен из каждого бака в соответствующее место назначения для конкретного режима работы.
На Фиг.5 помимо прочих компонентов системы климат-контроля (например, система 100 климат-контроля на Фиг.1, вместе с адсорбером 200 с Фиг.2, адсорбционным тепловым насосом и контурами HTF с Фиг.3, и контуром антифриза с Фиг.4) схематически изображен поток HTF, антифриза, хладагента и воздуха в режиме лета. Режим лета может быть применим в жарких погодных условиях, включая, помимо прочего, жаркие погодные условия во время летнего сезона. Например, в теплых климатических зонах автомобили, оснащенные описанной здесь системой климат-контроля, могут использовать ее в летнем режиме на протяжении большей части года или всего года. Как изображено на Фиг.5, адсорбционный тепловой насос 500 содержит первый адсорбер 502, второй адсорбер 504, а также первый бак 506 антифриза и второй бак 508 антифриза.
В первом полуцикле работы теплового насоса 500 первый адсорбер 502 работает в режиме адсорбции, а второй адсорбер 504 - в режиме десорбции. По этой причине первый адсорбер 502 связан с контуром холодной HTF, в то время как второй адсорбер 504 связан с контуром горячей HTF описанным выше образом (см Фиг.3). Так как первый адсорбер 502 адсорбирует хладагент, антифриз в первом баке 506 антифриза охлаждается благодаря испарению хладагента в камерах с фитилем, соединяющих бак с адсорбером. Охлажденный антифриз будет направлен от первого бака антифриза к теплообменнику 510 «воздух-жидкость». Теплообменник 510 «воздух-жидкость» может работать совместно с обдувом 512 для осуществления теплообмена между воздухом из пассажирского салона и антифризом из первого бака антифриза. Такой теплообмен охлаждает воздух, который далее возвращается в салон, обеспечивая охлаждение. После протекания через теплообменник 510 «воздух-жидкость», антифриз возвращается в первый бак антифриза с чуть большей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из первого бака антифриза с температурой 7±2°C, а вернуться в первый бак антифриза после теплообмена с воздухом салона в теплообменнике «воздух-жидкость» может с температурой 11±2°C. При этом, поскольку второй адсорбер 504 выделяет хладагент, то антифриз во втором баке 508 антифриза нагревается благодаря конденсации хладагента в камерах с фитилем, соединяющих бак с адсорбером. Нагретый антифриз будет направлен от второго бака антифриза к радиатору 514. Радиатор 514 может работать совместно с вентилятором 516 для осуществления теплообмена между воздухом окружающей среды (например, наружным воздухом автомобиля) и антифризом из второго бака антифриза. Такой теплообмен нагревает воздух, который затем возвращается обратно за пределы автомобиля. После протекания через радиатор 514 антифриз возвращается во второй бак антифриза с чуть меньшей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из второго бака антифриза с температурой 45±2°C, а после теплообмена с наружным воздухом в радиаторе вернуться во второй бак антифриза с температурой 40±2°C.
Во втором полуцикле работы теплового насоса 500 первый адсорбер 502 работает в режиме десорбции, а второй адсорбер 504 работает в режиме адсорбции. Как показано, для периода второго полуцикла направление антифриза отличается от первого полуцикла; антифриз будет направлен от второго бака антифриза к теплообменнику «воздух-жидкость» для теплообмена с воздухом салона для его охлаждения, в то время как антифриз из второго бака будет направлен к радиатору для отдачи тепла наружному воздуху.
Как было описано выше, в одном из примеров цикл длится 20-40 минут, а полуцикл длится 10-20 минут. После второго полуцикла тепловой насос запускает следующий цикл работы, начиная с первого полуцикла, и продолжает чередовать первый и второй полуциклы, пока двигатель запущен и работает система климат-контроля.
На Фиг.6 помимо прочих компонентов системы климат-контроля (например, система 100 климат-контроля на Фиг.1, вместе с адсорбером 200 с Фиг.2, адсорбционным тепловым насосом и контурами HTF с Фиг.3, и контуром антифриза с Фиг.4) схематически изображен поток HTF, антифриза, хладагента и воздуха в режиме мягкой зимы. Режим мягкой зимы может быть использован в умеренно холодных погодных условиях, включая, помимо прочего, умеренно холодные погодные условия во время зимнего сезона. Например, в умеренно холодных климатических зонах автомобили, оснащенные описанной системой климат-контроля, могут использовать ее в режиме мягкой зимы на протяжении большей части года или всего года. Как показано на Фиг.6, адсорбционный тепловой насос 600 содержит первый адсорбер 602, второй адсорбер 604, а также первый бак 606 антифриза и второй бак 608 антифриза.
В первом полуцикле работы теплового насоса 600 первый адсорбер 602 работает в режиме адсорбции, а второй адсорбер 604 работает в режиме десорбции. По существу, первый адсорбер 602 сообщается с контуром холодной HTF, а второй адсорбер 604 сообщается с контуром горячей HTF описанным выше образом (см. Фиг.3). Так как первый адсорбер 602 адсорбирует хладагент, антифриз в первом баке 606 антифриза охлаждается за счет испарения хладагента в камерах с фитилем, соединяющих бак с адсорбером. Охлажденный антифриз будет направлен от первого бака антифриза к теплообменнику 610 «воздух-жидкость». Теплообменник 610 «воздух-жидкость» может работать совместно с обдувом 612 для осуществления теплообмена между наружным воздухом и антифризом из первого бака антифриза. Такой теплообмен охлаждает воздух, который затем возвращается обратно за пределы автомобиля. После протекания через теплообменник 610 «воздух-жидкость» антифриз возвращается в первый бак антифриза с чуть большей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из первого бака антифриза с температурой 7±2°C, а после теплообмена с наружным воздухом в теплообменнике «воздух-жидкость» может вернуться в первый бак антифриза с температурой 11±2°C. Между тем, когда второй адсорбер 604 выделяет хладагент, антифриз во втором баке 608 антифриза нагревается из-за конденсации хладагента в камерах с фитилем, соединяющих бак с адсорбером. Нагретый антифриз будет направлен от второго бака антифриза к радиатору 614. Радиатор 614 может работать совместно с вентилятором 616 для осуществления теплообмена между воздухом окружающей среды (например, наружным воздухом автомобиля) и антифризом из второго бака антифриза. Такой теплообмен нагревает воздух, который затем возвращается в салон, обеспечивая его обогрев. После протекания через радиатор 614 антифриз возвращается во второй бак антифриза с чуть меньшей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из второго бака антифриза с температурой 45±2°C, а после теплообмена с наружным воздухом в радиаторе вернуться во второй бак антифриза с температурой 40±2°C.
Во втором полуцикле работы теплового насоса 600 первый адсорбер 602 работает в режиме десорбции, а второй адсорбер 604 работает в режиме адсорбции. Как показано, для периода второго полуцикла направление антифриза отличается от первого полуцикла. Антифриз будет направлен из второго бака антифриза к теплообменнику «воздух-жидкость» для теплообмена с наружным воздухом, в то время как антифриз из первого бака будет направлен к радиатору для теплообмена с наружным воздухом и направления нагретого наружного воздуха в пассажирский салон для его обогрева.
При очень низкой температуре окружающей среды режим мягкой зимы может не справиться с задачей обогрева пассажирского салона. Например, теплообмен между антифризом из бака антифриза адсорбционного адсорбера и наружным воздухом при очень низких температурах не сможет должным образом нагреть антифриз, в результате чего хладагент в камерах с фитилем не будет испарен в количестве, необходимом для адсорбции. Соответственно, в таких условиях система климат-контроля может быть включена в режиме суровой зимы.
На Фиг.7 помимо прочих компонентов системы климат-контроля (например, система 100 климат-контроля на Фиг.1, вместе с адсорбером 200 с Фиг.2, адсорбционным тепловым насосом и контурами HTF с Фиг.3, а также контуром антифриза с Фиг.4) схематически показан поток HTF, антифриза, хладагента и воздуха в режиме суровой зимы. Как показано на Фиг.7, адсорбционный тепловой насос 700 содержит первый адсорбер 702 и второй адсорбер 704, а также первый бак 706 антифриза и второй бак 708 антифриза.
В режиме суровой зимы температуры окружающей среды могут быть настолько низкими, что может потребоваться дополнительный нагрев антифриза в баке адсорбционного адсорбера для обеспечения возможности образования пара в камерах с фитилем. Дополнительный нагрев антифриза может быть обеспечен с помощью передачи тепла от горячей HTF в контуре горячей HTF (например, в теплообменнике «жидкость-жидкость»). Как подробно описано ниже, в одном из примеров в режиме суровой зимы система климат-контроля может обеспечивать нагрев антифриза из бака антифриза адсорбционного адсорбера адсорбционного теплового насоса путем теплообмена с HTF контура горячей HTF.
В первом полуцикле работы теплового насоса 700 первый адсорбер 702 работает в режиме адсорбции, а второй адсорбер 704 работает в режиме десорбции. По существу, первый адсорбер 702 связан с контуром холодной HTF, а второй адсорбер 704 связан с контуром горячей HTF описанным выше образом (см. Фиг.3). В условиях суровой зимы антифриз в баке, соединенном с адсорбционным адсорбером, может быть настолько холодным, что образование пара (с последующей адсорбцией) становится невозможным, следовательно, антифриз может быть направлен из первого бака антифриза в теплообменник 710 «жидкость-жидкость» для обеспечения достаточного нагрева антифриза для осуществления адсорбции. Антифриз из первого бака антифриза может совершать теплообмен с HTF из контура горячей HTF с помощью теплообменника 710 «жидкость-жидкость». После протекания через теплообменник 710 «жидкость-жидкость» антифриз возвращается в первый бак антифриза с чуть большей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из первого бака антифриза с температурой 7±2°C, а после теплообмена с горячей HTF в теплообменнике «жидкость-жидкость» вернуться в первый бак антифриза с температурой 11±2°C. Соответственно, за счет теплообмена с горячей HTF из контура горячей HTF антифриз в баке адсорбционного адсорбера может быть активно разогрет для образования пара в камерах с фитилем. Пар может быть адсорбирован сорбентом адсорбционного адсорбера даже при низких температурах окружающей среды.
При этом, поскольку второй адсорбер 704 выделяет хладагент, то антифриз во втором баке 708 антифриза нагревается за счет конденсации хладагента в камерах с фитилем, соединяющих бак с адсорбером. Нагретый антифриз будет направлен от второго бака антифриза к радиатору 714. Радиатор 714 может работать совместно с вентилятором 716 для осуществления теплообмена между воздухом из окружающей среды (например, наружным воздухом автомобиля) и антифризом из второго бака антифриза. Такой теплообмен позволяет нагревать воздух, который далее возвращается в салон, обеспечивая его обогрев. После протекания через радиатор 714 антифриз возвращается во второй бак антифриза с чуть меньшей температурой, чем при выходе из бака. Например, антифриз может выйти из второго бака антифриза с температурой 45±2°C, а после теплообмена с наружным воздухом в радиаторе вернуться во второй бак антифриза с температурой 40±2°C.
Во втором полуцикле работы теплового насоса 700 первый адсорбер 702 работает в режиме десорбции, а второй адсорбер 704 работает в режиме адсорбции. Как показано, для периода второго полуцикла направление антифриза отличается от первого полуцикла. Антифриз будет направлен из второго бака антифриза к теплообменнику «жидкость-жидкость» для теплообмена с горячей HTF, а антифриз из первого бака будет направлен к радиатору для теплообмена с наружным воздухом и направления нагретого наружного воздуха в пассажирский салон для его обогрева.
На Фиг.8 изображен пример способа 800 работы системы климат контроля (например, системы климат-контроля 100, показанной на Фиг.1) в режимах лета, мягкой и суровой зимы.
На этапе 802 способ 800 предусматривает выбор режима работы системы климат-контроля на основании условий окружающей среды, введенной пользователем информации и т.д. Например, выбор может быть основан на показаниях датчика температуры окружающей среды, либо записи значений температуры окружающей среды за период времени, сохраненный в памяти системы управления. В одном примере, если температура, полученная от датчиков, больше первого порогового значения, либо если средняя температура, определенная на основании записи значений температур, больше первого порогового значения, то может быть выбран летний режим. Если температура, полученная от датчиков, меньше второго порогового значения, либо если средняя температура, определенная на основании записи значений температур, меньше второго порогового значения, то может быть выбран режим мягкой зимы. Второе пороговое значение может быть меньше или равно первому пороговому значению. Если температура, полученная от датчиков, меньше второго порогового значения, либо если средняя температура, определенная на основании записи значений температур, меньше второго порогового значения, то может быть выбран режим суровой зимы. В ином случае пользователь может ввести выбранный режим работы до или в момент запуска двигателя, например с помощью электронного брелока 122, показанного на Фиг.1. Например, пользователь может выбрать из режимов лета, мягкой или суровой зимы, выбрать из режимов кондиционирования воздуха или обогрева (режим кондиционирования воздуха может соответствовать летнему режиму, а режим обогрева может соответствовать режиму мягкой или суровой зимы, на основании показаний датчиков температуры среды), либо пользователь может выбрать требуемую температуру (которую система климат-контроля может преобразовать в режим лета, мягкой или суровой зимы, в зависимости от введенного значения). В другом примере пользователь может активировать систему климат-контроля без указания требуемого режима или температуры, например, с помощью электронного брелока, и система управления может определить подходящий режим работы на основании условий окружающей среды.
Если выбран летний режим, то способ 800 переходит на этап 804. На этапе 804 способ 800 подразумевает охлаждение адсорбента адсорбционного адсорбера с помощью HTF из контура холодной HTF, при этом нагревая адсорбент десорбционного адсорбера с помощью HTF из контура горячей HTF. Например, охлаждение/нагрев адсорбента может предполагать пропускание холодной/горячей HTF через один или несколько ребристых трубок, термически соединенных с адсорбентом в корпусе адсорбера. Ребра ребристых трубок могут выступать в адсорбент и способствовать теплопередаче между HTF внутри трубок и адсорбентом.
После этапа 804 способ 800 переходит на этап 806. На этапе 806 способ 800 предусматривает управление клапанами контура антифриза таким образом, чтобы направить антифриз из бака, соединенного с адсорбционным адсорбером, к теплообменнику «воздух-жидкость», при этом направляя воздух салона через теплообменник «воздух-жидкость». Например, в зависимости от того, какой адсорбер на данный момент является адсорбирующим, контроллер может управлять клапанами 418, 420, 422 и 424, а также насосами 412, 414, 428 и 430 с Фиг.4 таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака адсорбционного адсорбера к теплообменнику «воздух-жидкость» и от него. Вентилятор, соединенный с теплообменником «воздух-жидкость», также может направлять воздух салона через теплообменник «воздух-жидкость».
На этапе 806 способ 800 также включает в себя управление клапанами схемы антифриза таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака, соединенного с десорбционным адсорбером, к радиатору, при этом направляя наружный воздух через радиатор. Например, в зависимости от того, какой адсорбер на данный момент является десорбирующим, контроллер может управлять клапанами 418, 420, 422 и 424, а также насосами 412, 414, 416 и 426 с Фиг.4 таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака десорбирующего адсорбера к радиатору и от него. Вентилятором, соединенным с радиатором, также можно управлять для направления наружного воздуха через радиатор.
После этапа 806 способ 800 переходит на этап 808 для определения того, был ли завершен полуцикл адсорбционного теплового насоса. Например, это можно определить на основании времени, прошедшего с момента начала цикла. Альтернативно, это можно определить на основе регистрируемых значений параметров, связанных с тепловым насосом, например: объема хладагента, поглощенного адсорбционным адсорбером; объема хладагента, накопленного в фитильном материале камер с фитилем, соединенных с десорбционным адсорбером и т.д.
Если ответ на этапе 808 «НЕТ», то способ 800 возвращается к началу этапа 808, и адсорбция и десорбция продолжаются в адсорберах, пока не будет получен положительный ответ. Например, контроллер может периодически проверять, завершается ли полуцикл теплового насоса, либо после завершения полуцикла теплового насоса может генерироваться прерывание.
Если ответ на этапе 808 «ДА», то способ 800 переходит на этап 810 для переключения режимов работы адсорберов. Переключение режимов работы адсорберов может включать в себя изменение положения клапанов, соединяющих контуры HTF с адсорберами, поскольку текущий режим работы (например, адсорбция или десорбция) адсорбера может быть основан на том, горячая HTF или холодная HTF протекает через ребристые трубки адсорбера. Например, на этапе 810 контроллер может управлять клапанами 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 и 350 с Фиг.3 для отсоединения контура холодной HTF от адсорбера, который работал в режиме адсорбции на протяжении первого полуцикла, и подключения к этому адсорберу контура горячей HTF для переключения в режим десорбции. В это же время контроллер может управлять клапанами таким образом, чтобы отключить контур горячей HTF от адсорбера, который в первом полуцикле работал в режиме десорбции, и подключить к нему контур холодной HTF для переключения 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 810 способ 800 переходит на этап 804. Система климат-контроля может повторять процессы блоков 804-810 во время работы в режиме лета, пока двигатель запущен. При выключении двигателя система климат-контроля может работать в соответствии со способом, изображенным на Фиг.9, который описан ниже.
Возвращаясь к этапу 802, если выбран режим мягкой зимы, то способ 800 переходит на этап 812. На этапе 812 так же, как на этапе 804, способ 800 предусматривает охлаждение адсорбента адсорбционного адсорбера с помощью HTF из контура холодной HTF, при этом нагревая адсорбент десорбционного адсорбера с помощью HTF из контура горячей HTF.
После этапа 812 способ 800 переходит на этап 814. На этапе 814 способ 800 предусматривает управление клапанами схемы антифриза таким образом, чтобы направлять антифриз из бака, соединенного с адсорбционным адсорбером, к теплообменнику «воздух-жидкость», при этом направляя наружный воздух через теплообменник «воздух-жидкость». Например, в зависимости от того, какой адсорбер на данный момент является адсорбционным, контроллер может управлять клапанами 418, 420, 422 и 424, а также насосами 412, 414, 428 и 430 с Фиг.4 для направления потока антифриза из бака адсорбционного адсорбера к теплообменнику «воздух-жидкость» и от него. Вентилятор, соединенный с теплообменником «воздух-жидкость», может направлять наружный воздух через теплообменник «воздух-жидкость».
На этапе 814 способ 800 также предусматривает управление клапанами схемы антифриза таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака, соединенного с десорбционным адсорбером, к радиатору, при этом нагревая наружный воздух в радиаторе и направляя его в пассажирский салон. Например, в зависимости от того, какой адсорбер на данный момент является десорбционным, контроллер может управлять клапанами 418, 420, 422 и 424, а также насосами 412, 414, 416 и 426 с Фиг.4 таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака десорбционного адсорбера к радиатору и от него. Вентилятор, соединенным с радиатором, может направлять наружный воздух к радиатору для его нагрева, после чего направляя нагретый воздух в пассажирский салон.
После этапа 814 способ 800 переходит на этап 816 для определения того, был ли завершен полуцикл адсорбционного теплового насоса (например, аналогично этапу 808).
Если ответ на этапе 816 «НЕТ», то способ 800 возвращается к началу этапа 816. и адсорбция и десорбция продолжаются в адсорберах, пока на этапе 816 не будет получен положительный ответ.
Если ответ на этапе 816 «ДА», то способ 800 переходит на этап 818 для переключения режимов работы адсорберов (например, аналогично этапу 810).
После этапа 818 способ 800 переходит на этап 812. Система климат-контроля может повторять процессы этапов 812-818 во время работы в режиме лета, пока двигатель запущен. При выключении двигателя система климат-контроля может работать в соответствии со способом, изображенным на Фиг.9, который описан ниже.
Возвращаясь к этапу 802, если выбран режим суровой зимы, то способ 800 переходит на этап 820. На этапе 820 так же, как на этапах 804 и 812, способ 800 предусматривает охлаждение адсорбента адсорбционного адсорбера с помощью HTF из контура холодной HTF, при этом нагревая адсорбент десорбционного адсорбера с помощью HTF из контура горячей HTF.
После этапа 820 способ 800 переходит на этап 822. На этапе 822 способ 800 предусматривает управление клапанами контура антифриза для направления антифриза из бака, соединенного с адсорбционным адсорбером, к теплообменнику «жидкость-жидкость» для теплообмена с HTF из контура горячей HTF. Например, в зависимости от того, какой адсорбер на данный момент является адсорбционным, контроллер может управлять клапанами 418, 420, 422 и 424, а также насосами 412, 414, 432 и 434 с Фиг.4 таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака адсорбционного адсорбера к теплообменнику «жидкость-жидкость» и от него. При этом контроллер может управлять клапаном 330 с Фиг.3 для направления потока HTF из контура горячей HTF в теплообменник «жидкость-жидкость» для теплообмена с антифризом, протекающим в теплообменнике.
На этапе 822 способ 800 также предусматривает управление клапанами контура антифриза таким образом, чтобы направлять поток антифриза из бака, соединенного с десорбционным адсорбером, к радиатору, при этом нагревая наружный воздух в радиаторе и направляя его в пассажирский салон (например, аналогично этапу 814).
После этапа 822 способ 800 переходит на этап 824 для определения того, был ли завершен полуцикл адсорбционного теплового насоса (например, аналогично этапам 808 и 816).
Если ответ на этапе 824 «НЕТ», то способ 800 возвращается к началу этапа 824, и адсорбция и десорбция продолжаются в адсорберах, пока на этапе 824 не будет получен положительный ответ.
Если ответ на этапе 824 «ДА», то способ 800 переходит на этап 826 для переключения режимов работы адсорберов (например, таким же способом, как на этапах 810 и 818).
После этапа 826 способ 800 переходит на этап 820. Система климат-контроля может повторять процессы этапов 820-826 во время работы в режиме суровой зимы, пока двигатель запущен. При выключении двигателя система климат-контроля может работать в соответствии со способом, изображенным на Фиг.9, который описан ниже.
Следует понимать, что в некоторых примерах режим работы системы климат-контроля может меняться во время работы двигателя. Например, во время поездки, когда автомобиль поднимается на высоту, где температура окружающей среды переходит от большего значения к меньшему, то рабочий режим системы климат-контроля может переключиться из режима лета в режим мягкой или суровой зимы во время работы двигателя. Например, этап 802 может выполняться на основе прерывания, когда температура окружающей среды или значение другого параметра пересекает пороговое значение.
На Фиг.9 изображен пример способа 900 работы системы климат контроля (например, системы климат-контроля 100, изображенной на Фиг.1) после выключения двигателя, а также перед или во время последующего включения, для обеспечения быстрого охлаждения или обогрева пассажирского салона.
На этапе 902 способ 900 определяет, произошла ли остановка двигателя, например, на основании показаний датчиков.
Если ответ на этапе 902 «НЕТ», то способ 900 переходит на этап 902. Например, контроллер может выполнить этап 902 с перерывами, либо на основании временных остановок во время работы системы климат-контроля при работающем двигателе.
Если ответ на этапе 904 «ДА», то способ 900 переходит на этап 904. На этапе 904 способ 900 предусматривает определение режима, в котором система климат-контроля работала до остановки двигателя. Например, наиболее частое рабочее состояние системы климат-контроля может быть сохранено в памяти системы управления, а контроллер может получить доступ к этой информации для определения режима. В ином случае, определение может быть основано на показаниях датчиков, например на основании температуры окружающей среды.
Если на этапе 904 было определено, что режим работы системы климат-контроля перед остановкой двигателя был летним, то способ 900 переходит на этап 906. На этапе 906 способ 900 предусматривает временное включение обоих адсорберов в режиме десорбции. Например, контроллер может управлять клапанами 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 и 350 с Фиг.3 таким образом, чтобы соединения соединить контур горячей HTF с обоими адсорберами, чтобы горячая HTF могла закачиваться в оба адсорбера. В результате хладагент, который мог быть поглощен в адсорберах во время работы системы климат-контроля в летнем режиме, мог выделиться, чтобы подготовить адсорбенты обоих адсорберов для работы в режиме адсорбции к моменту следующего запуска двигателя.
На этапе 906 способ 900 также предусматривает разъединение фитильных камер от корпусов адсорберов. Например, как показано на Фиг.2A и 2B, каждый адсорбер может иметь корпус, содержащий адсорбент и одну или несколько ребристых трубок. Положение клапана, например, клапана 220, может определить, могут ли камеры с фитилем, термически связывающие адсорбер с соответствующим баком антифриза, иметь сообщение с корпусом адсорбера. Соответственно, отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов адсорбционного теплового насоса может предполагать закрывание клапана 220 каждого адсорбера теплового насоса, чтобы не возникало сообщение между корпусом адсорбера и камерами с фитилем. Отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов при выключенном двигателе может помочь предотвратить попадание испарений хладагента в адсорберы, например, когда автомобиль припаркован.
После этапа 906 способ 900 переходит на этап 908. На этапе 908 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 ином случае контроллер может определить, что пользователь активировал систему климат-контроля до запуска двигателя, на основании получения датчиком 120 электронного брелока, показанного на Фиг.1, входного сигнала от элемента дистанционного управления, такого как электронный брелок 122 с Фиг.1.
Если ответ на этапе 908 «НЕТ», то способ 900 переходит к началу этапа 908. Например, система климат-контроля может отключиться после этапа 906 и может оставаться отключенной до обнаружения запуска двигателя или активации системы климат-контроля (например, дистанционной активация системы климат-контроля пользователем до запуска двигателя), в этом случае ответ на этапе 908 будет «ДА».
Если ответ на этапе 908 «ДА», то способ 900 переходит к этапу 910. На этапе 910 способ 900 предусматривает отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов. Камеры с фитилем могут быть повторно подключены к корпусам адсорберов путем открывания клапана 220 с Фиг.2A и 2B, например, для обеспечения сообщения между корпусом адсорбера и камерами с фитилем (тем самым обеспечивая адсорбцию и десорбцию в адсорберах).
На этапе 910 способ 900 также предусматривает обеспечение быстрого охлаждения пассажирского салона путем временного включения обоих адсорберов в режим адсорбции (например, на 2-5 минут), при этом управляя клапанами контуров антифриза таким образом, чтобы направлять антифриз от обоих баков к теплообменнику «воздух-жидкость», направляя также воздух салона через теплообменник. Затем после истечения определенного промежутка времени, система климат-контроля может вернуться в нормальный режим. Нормальный режим может относиться к асинхронному переключению двух адсорберов теплового насоса между режимами адсорбции и десорбции. Например, после этапа 910 способ 900 может перейти на этап 804 способа 800.
Возвращаясь к этапу 904, если было определено, что режим работы системы климат-контроля перед остановкой двигателя был режимом мягкой или суровой зимы, то способ 900 переходит на этап 912. На этапе 912 способ 900 предусматривает временное включение обоих адсорберов в режиме адсорбции. Например, контроллер может управлять клапанами 330, 332, 334, 340, 344, 346, 348 и 350 с Фиг.3 для соединения контура холодной HTF с обоими адсорберами так, чтобы холодная HTF могла закачиваться в оба адсорбера. В результате хладагент в корпусах адсорберов может поглотиться в адсорберах, чтобы подготовить адсорбенты обоих адсорберов для работы в режиме десорбции к моменту следующего запуска двигателя. На этапе 912 способ 900 также предусматривает отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов. Как было описано выше для этапа 906, отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов при выключенном двигателе может быть полезным для того, чтобы избежать попадания паров хладагента в адсорберы, когда автомобиль припаркован.
После этапа 912 способ 900 переходит на этап 914 для определения, был ли запущен двигатель, или активировал ли пользователь систему климат-контроля до запуска двигателя (например, аналогично этапу 908).
Если ответ на этапе 914 «НЕТ», то способ 900 переходит к началу этапа 914. Например, система климат-контроля может отключиться после этапа 912 и оставаться отключенной до обнаружения запуска двигателя или активации системы климат-контроля (например, дистанционной активации системы климат-контроля пользователем до запуска двигателя), в этом случае ответ этапа 914 будет «ДА».
Если ответ на этапе 914 «ДА», то способ 900 переходит к этапу 916. На этапе 916 способ 900 предусматривает отсоединение камер с фитилем от корпусов адсорберов. Как было описано выше со ссылкой на этап 910, повторное подключение камер с фитилем к корпусам адсорберов обеспечивает сообщение между корпусами адсорберов и камерами с фитилем (тем самым обеспечивая адсорбцию и десорбцию в адсорберах).
На этапе 916 способ 900 также предусматривает обеспечение быстрого обогрева пассажирского салона за счет временного включения обоих адсорберов в режим десорбции (например, на 2-5 минут), при этом управляя клапанами схем антифриза таким образом, чтобы направлять антифриз от обоих баков к радиатору, а наружный воздух на радиатор для нагревания, а оттуда в пассажирский салон. Затем после завершения указанного промежутка времени, система климат-контроля может вернуться в нормальный режим. Нормальный режим может относиться к асинхронному переключению двух адсорберов теплового насоса между режимами адсорбции и десорбции. Например, после этапа 916 способ 900 может перейти на этап 812 или 820 способа 800, в зависимости от того, подходит ли для условий окружающей среды режим мягкой или суровой зимы.
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.
Специалистам в данной области понятно, что описанные конфигурации и процедуры являются примерными и не являются ограничивающими, поскольку допускаются различные изменения и модификации изобретения без выхода за рамки его сущности. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V6, I4, I6, V12, оппозитным и другим типам двигателей.