СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE AIR CONDITIONING SYSTEM, AIR CONDITIONING AIR SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING VEHICLE AIR CONDITIONING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее описание в целом относится к системам кондиционирования воздуха, содержащим единственную пару адсорбирующего/десорбирующего теплообменников, избирательно соединенных с радиатором и сердцевиной кондиционирования воздуха, содержащей меняющие фазу материалы, и соответствующим способам их использования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В некоторых автоматических системах кондиционирования воздуха, тепловой насос с термической адсорбцией может использоваться вместо теплового насоса с компрессорным приводом. Тепловые насосы с термической адсорбцией используют адсорбентный реагент (например, цеолит, селикагель, активированный уголь) вместо механического компрессора и приводятся в действие тепловой энергией (такой как отходящее тепло выхлопных газов) вместо механической работы.
Один цикл работы теплового насоса с термической адсорбцией включает в себя адсорбцию хладагента, например, воды, в адсорбентный материал, например, цеолит (в течение чего, в материалах настоящего описания указывается ссылкой как «режим адсорбции»), и последующую десорбцию хладагента из адсорбента (в течение чего, в материалах настоящего описания указывается ссылкой как «режим десорбции»). В режиме адсорбции, адсорбент активно охлаждается для осуществления адсорбции, например, посредством хладагента, циркулирующего в трубках, термически связанных с адсорбентом. Охлаждение адсорбента создает всасывание, которое втягивает испаренный хладагент в адсорбент.
Типично, тепловые насосы с термической адсорбцией включают в себя две камеры адсорбера, которые чередуются между адсорбцией и десорбцией, и которые термически связаны с выделенными конденсатором и испарителем. Например, в US 2008/0066473 (МПК
F25B 17/00, опубл. 20.03.2008) описан адсорбционный тепловой насос для обеспечения кондиционирования воздуха у моторного транспортного средства, имеющего две камеры адсорбера, каждая из которых присоединена к конденсатору и испарителю. Обе камеры адсорбера покрыты сорбентом. Камеры адсорбера, конденсатор и испаритель охвачены вакуумной оболочкой. Система добивается квазинепрерывного кондиционирования воздуха посредством работы, так что первая камера адсорбера поочередно подвергается адсорбции или десорбции и, одновременно, вторая камера адсорбера соответственно подвергается десорбции или адсорбции. Во время адсорбции камеры адсорбера, камера адсорбера сообщается с испарителем, но не с конденсатором, тогда как, во время десорбции камеры адсорбера, камера адсорбера сообщается с конденсатором, но не с испарителем. Адсорбционный тепловой насос приводится в действие отходящим теплом двигателя и действует совместно с одним или более из воздушного охладителя, блока вторичного охлаждения и тепловой трубки(ок) в зависимости от варианта осуществления, чтобы обеспечивать охлаждение для пассажирской кабины.
В других традиционных системах кондиционирования воздуха, могут использоваться две пары теплообменников, где одна пара теплообменников эксплуатируется в режиме десорбции наряду с тем, что другая пара работает в режиме адсорбции. Пара, работающая в режиме адсорбции, в данное время, обеспечивает охлаждение.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В противоположность описанным выше системам, авторы в материалах настоящего описания предложили изобретение, позволяющее преодолеть по меньшей мере некоторые из указанных выше проблем.
В одном аспекте предложена система кондиционирования воздуха транспортного средства, содержащая:
адсорбционный тепловой насос с приводом от системы регенерации отходящего тепла двигателя, причем тепловой насос содержит первый адсорбирующий/десорбирующий теплообменник, второй испаряющий/конденсирующий теплообменник, радиатор и сердцевину, при этом первый и второй теплообменники расположены в вакуумном кожухе и термически связаны посредством пара.
В одном из вариантов предложена система, в которой каждый теплообменник содержит трубчато-пластинчатый узел, содержащий одну или более трубок и множество покрытых адсорбентом пластин, термически связанных с трубками, при этом в зависимости от режима системы трубки первого теплообменника соединены по текучей среде с системой регенерации отходящего тепла или радиатором, а трубки второго теплообменника соединены по текучей среде с радиатором или сердцевиной.
В одном из вариантов предложена система, в которой автоматическая система кондиционирования воздуха не содержит компрессор с приводом от двигателя.
В одном из вариантов предложена система, в которой первый и второй теплообменники являются единственной парой теплообменников в системе.
В одном из вариантов предложена система, в которой теплообменники уложены друг на друга вертикально в кожухе.
В одном из вариантов предложена система, в которой теплообменники расположены бок о бок в кожухе.
В одном из вариантов предложена система, в которой сердцевина содержит множество двойных трубчатых пластин, каждая двойная трубчатая пластина содержит внутреннюю трубку, расположенную в наружной трубке, с меняющими фазу материалами, окружающими внутреннюю трубку в наружной трубке, при этом внутренняя трубка каждой пластины избирательно сообщена по текучей среде с одной или более трубок из трубчато-пластинчатого узла второго теплообменника в зависимости от режима системы.
В одном из вариантов предложена система, в которой в режиме адсорбции/испарения трубки первого теплообменника сообщены по текучей среде с радиатором, а трубки второго теплообменника сообщены по текучей среде с внутренними трубками сердцевины, при этом в режиме десорбции/конденсации трубки первого теплообменника сообщены по текучей среде с источником тепла, а трубки второго теплообменника сообщены по текучей среде с радиатором, и внутренние трубки сердцевины отсоединены по текучей среде от системы.
В одном из вариантов предложена система, в которой сердцевина дополнительно содержит сегменты, содержащие охлаждающие воздух ребра, причем каждый сегмент расположен между и термически связан с двумя из двойных трубчатых пластин.
В одном из дополнительных аспектов предложена система кондиционирования воздуха, содержащая:
первый и второй трубчато-пластинчатые теплообменники, термически связанные паром в вакуумном кожухе;
первый охлаждающий контур, содержащий покрытые адсорбентом пластины первого теплообменника, и источник тепла или радиатор в зависимости от режима работы системы кондиционирования воздуха;
второй охлаждающий контур, содержащий непокрытые адсорбентом пластины второго теплообменника, и радиатор или сердцевину, содержащую меняющие фазу материалы, в зависимости от режима.
В одном из вариантов предложена система, в которой в режиме десорбции/конденсации первый охлаждающий контур содержит источник тепла, а второй охлаждающий контур содержит радиатор, при этом в режиме адсорбции/испарения первый охлаждающий контур содержит радиатор, а второй охлаждающий контур содержит сердцевину.
В одном из вариантов предложена система, в которой система не включает в себя компрессор.
В одном из вариантов предложена система, в которой первый и второй теплообменники являются единственной парой теплообменников в системе.
В одном из вариантов предложена система, в которой охлаждающие пластины избирательно сообщены по текучей среде с одной или более трубок второго теплообменника в зависимости от режима.
В одном из еще дополнительных аспектов предложен способ для системы кондиционирования воздуха транспортного средства, включающий в себя этапы, на которых:
при работе двигателя осуществляют чередование между режимом десорбции/конденсации, включающим в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента между системой регенерации отходящего тепла и первым теплообменником при осуществлении циркуляции хладагента между радиатором и вторым теплообменником, и режимом адсорбции/испарения, включающим в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента между радиатором и первым теплообменником при осуществлении циркуляции хладагента между сердцевиной кондиционирования воздуха, содержащей меняющие фазу материалы, и вторым теплообменником.
В одном из вариантов предложен способ, в котором первый и второй теплообменники представляют собой трубчато-пластинчатые теплообменники, расположенные в общем вакуумном кожухе и термически связанные паром, при этом циркуляция хладагента в первом теплообменнике включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента в одной или более трубок первого теплообменника, которые термически связаны с покрытыми адсорбентом пластинами первого теплообменника, при этом циркуляция хладагента во втором теплообменнике включает в себя этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента в одной или более трубок второго теплообменника, которые термически связаны с непокрытыми адсорбентом пластинами второго теплообменника.
В одном из вариантов предложен способ, в котором в режиме десорбции пар десорбируется из покрытых адсорбентом пластин первого теплообменника и конденсируется на непокрытых адсорбентом пластинах второго теплообменника, причем меняющие фазу материалы в сердцевине отдают тепловую энергию, при этом в режиме адсорбции, пар испаряется с непокрытых адсорбентом пластин второго теплообменника и адсорбируется в покрытых адсорбентом пластинах первого теплообменника, причем меняющие фазу материалы в сердцевине накапливают тепловую энергию.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
в режиме десорбции управляют впускным и выпускным клапанами первого теплообменника, чтобы соединять по текучей среде первый теплообменник с системой регенерации отходящего тепла при разъединении по текучей среде первого теплообменника и радиатора, и управляют впускным и выпускным клапанами второго теплообменника, чтобы соединять по текучей среде второй теплообменник с радиатором при разъединении по текучей среде второго теплообменника и сердцевины;
в режиме адсорбции управляют впускным и выпускным клапанами первого теплообменника, чтобы соединять по текучей среде первый теплообменник с радиатором при разъединении по текучей среде первого теплообменника и системы регенерации отходящего тепла, и управляют впускным и выпускным клапанами второго теплообменника, чтобы соединять по текучей среде второй теплообменник с сердцевиной при разъединении по текучей среде второго теплообменника и радиатора.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
в режиме десорбции вводят в действие первый насос, расположенный последовательно с выпуском радиатора при выведении из работы второго насоса, расположенного последовательно с впуском сердцевины; и
в режиме адсорбции вводят в действие оба, первый насос и второй насос.
В одном из вариантов предложен способ, дополнительно включающий в себя этапы, на которых:
в режиме десорбции охлаждают пассажирскую кабину транспортного средства посредством того, что продувают воздух через сердцевину в кабину, причем меняющие фазу материалы в сердцевине плавятся; и
в режиме адсорбции охлаждают кабину посредством того, что продувают воздух через сердцевину, причем хладагент, охлажденный испарением пара, сконденсированного на пластинах трубчато-пластинчатого узла второго теплообменника, подвергают циркуляции между вторым теплообменником и сердцевиной.
Таким образом, авторы предложили систему кондиционирования воздуха, содержащую тепловой насос с термической адсорбцией, которая не требует выделенных испарителя и конденсатора, и которая не требует двух пар теплообменников. То есть, авторы в материалах настоящего описания выявили, что первый теплообменник, содержащий адсорбентный материал может сообщаться по текучей среде со вторым теплообменником, не содержащим адсорбентный материал в вакуумном кожухе, а второй теплообменник может выполнять такие же функциональные возможности, как выделенные испаритель и конденсатор, когда используется совместно с радиатором и сердцевиной кондиционирования воздуха, содержащей меняющие фазу материалы. В одном из примеров, способ системы кондиционирования воздуха включает в себя этапы, на которых при работе двигателя осуществляют чередование между режимом десорбции/конденсации и режимом адсорбции/испарения. Режим десорбции/конденсации, который, в качестве альтернативы, в материалах настоящего описания указывается ссылкой просто как режим десорбции для краткости, содержит этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента между системой регенерации отходящего тепла двигателя и первым адсорбирующим/десорбирующим теплообменником при осуществлении циркуляции хладагента между радиатором и вторым теплообменником, тогда как режим адсорбции/испарения, который, в качестве альтернативы, в материалах настоящего описания указывается ссылкой просто как режим адсорбции для краткости, содержит этап, на котором осуществляют циркуляцию хладагента между радиатором и первым теплообменником при осуществлении циркуляции хладагента между сердцевиной кондиционирования воздуха, содержащей меняющие фазу материалы, и вторым теплообменником. Соответственно, в режиме адсорбции, радиатор подает хладагент с температурой окружающей среды в первый теплообменник, который осуществляет адсорбцию пара в адсорбентном материале в первом теплообменнике и соответствующее всасывание пара из второго теплообменника в первый теплообменник. Всасывание пара во втором теплообменнике охлаждает хладагент, циркулирующую между вторым теплообменником и сердцевиной кондиционирования воздуха, чтобы нагнетатель мог проталкивать окружающий или подвергнутый рециркуляции воздух за сердцевину кондиционирования воздуха в кабину для охлаждения кабины. Между тем, меняющие фазу материалы в сердцевине кондиционирования воздуха затвердевают. В противоположность, в режиме десорбции, отходящее тепло подает горячую хладагент в первый теплообменник, что побуждает адсорбентный материал выпускать (десорбировать) пар, который затем конденсируется во втором теплообменнике. Тепло конденсации переносится из второго теплообменника в радиатор посредством хладагента и отводится в окружающую среду. В сердцевине кондиционирования воздуха, плавящиеся меняющие фазу материалы обмениваются теплом с окружающим и подвергнутым рециркуляции воздухом, и охлажденный воздух направляется в кабину. Таким образом, особым техническим результатом системы кондиционирования воздуха, описанной в материалах настоящего описания, является способность обеспечивать охлаждение с использованием пары теплообменников с термическим приводом совместно с сердцевиной кондиционирования воздуха, заключающей меняющие фазу материалы, и без необходимости в выделенных испарителе и конденсаторе.
В дополнение к другим преимуществам, связанным с системами кондиционирования воздуха с некомпрессорным приводом (например, уменьшение нагрузки вспомогательных агрегатов для кондиционирования воздуха), обеспечение кондиционирования воздуха описанным выше образом может снижать затраты посредством уменьшения размера системы кондиционирования воздуха (например, в то время как система не включает в себя выделенные испаритель и конденсатор или вторую пару теплообменников). Кроме того, управление может быть упрощено относительно систем, требующих двух пар теплообменников.
Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, представлено для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематично показывает моторное транспортное средство, включающее в себя систему кондиционирования воздуха, описанную в материалах настоящего описания.
Фиг. 2A схематично показывает примерную систему кондиционирования воздуха, которая может быть включена в моторное транспортное средство по фиг. 1, включающую в себя пару теплообменников, радиатор и сердцевину кондиционирования воздуха.
Фиг. 2B показывает подробный местный вид в поперечном разрезе трубки и пластин трубчато-пластинчатого узла первого теплообменника из пары теплообменников по фиг. 2A.
Фиг. 2C показывает подробный местный вид в поперечном разрезе трубки и пластин трубчато-пластинчатого узла второго теплообменника из пары теплообменников по фиг. 2A.
Фиг. 3A схематично показывает один из вариантов осуществления пары теплообменников, расположенных в кожухе, который может быть включен в систему кондиционирования воздуха по фиг. 2A.
Фиг. 3B схематично показывает еще один вариант осуществления пары теплообменников, расположенных в кожухе, который может быть включен в систему кондиционирования воздуха по фиг. 2A.
Фиг. 4 схематично показывает один из вариантов осуществления сердцевины кондиционирования воздуха, которая может быть включена в систему кондиционирования воздуха по фиг. 2A.
Фиг. 5A схематично показывает систему кондиционирования воздуха по фиг. 2A в режиме адсорбции/испарения.
Фиг. 5B схематично показывает систему кондиционирования воздуха по фиг. 2A в режиме десорбции/конденсации.
Фиг. 6 изображает примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 2A.
Фиг. 7 изображает примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 2A в режиме адсорбции/испарения.
Фиг. 8 изображает примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 2A в режиме десорбции/конденсации.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание относится к системам и способам обеспечения кондиционирования воздуха, например, в отношении пассажирской кабины моторного транспортного средства.
Как показано на фиг. 1, когда включена в транспортное средство с приводом от двигателя, система кондиционирования воздуха может быть термически связана с системой регенерации отходящего тепла двигателя, но может не сообщаться иным образом с и не нагружать двигатель транспортного средства. Система кондиционирования воздуха может включать в себя два теплообменника, расположенных в вакуумном кожухе, как показано на фиг. 3A-3B, радиатор и сердцевину кондиционирования воздуха. Как показано на фиг. 2A-2C, два теплообменника могут включать в себя первый теплообменник и второй теплообменник. Первый теплообменник может включать в себя трубчато-пластинчатый узел, включающий в себя трубки, термически связанные с пластинами, пластины покрыты адсорбентным материалами и могут сообщаться с источником тепла или радиатором в зависимости от того, находится ли он в режиме адсорбции или режиме десорбции, тогда как второй теплообменник может включать в себя трубчато-пластинчатый узел, включающий в себя трубки, термически связанные с пластинами, пластины не имеют адсорбентного покрытия и адсорбентные материалы не включены во второй теплообменник. Второй теплообменник может сообщаться с радиатором или сердцевиной кондиционирования воздуха в зависимости от того, является ли первый теплообменник адсорбирующим или десорбирующим. Как показано на фиг. 4, сердцевина кондиционирования воздуха может включать в себя меняющие фазу материалы (PCM); окружающий или подвергнутый рециркуляции воздух, продуваемый через сердцевину кондиционирования воздуха, может охлаждаться посредством теплообмена с плавящимся PCM в режиме десорбции.
Система кондиционирования воздуха может переключаться между режимом адсорбции/испарения, где адсорбция происходит в первом теплообменнике, испарение происходит во втором теплообменнике, и PCM в сердцевине кондиционирования воздуха затвердевает, и режимом десорбции/конденсации, где десорбция происходит в первом теплообменнике, конденсация происходит во втором теплообменнике, и PCM в сердцевине кондиционирования воздуха плавится. Работа в режиме адсорбции показана на фиг. 5A а работа в режиме десорбции показана на фиг. 5B. Примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 1 показан на фиг. 6. Примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 1 в режиме адсорбции показан на фиг. 7, а примерный способ работы системы кондиционирования воздуха по фиг. 1 в режиме десорбции показан на фиг. 8.
Далее, с обращением к фиг. 1, схематично проиллюстрирован примерный вариант осуществления автоматической системы 100 кондиционирования воздуха транспортного средства в моторном транспортном средстве 102. Транспортное средство 102 включает в себя ведущие колеса 106, пассажирский салон 104 и двигатель 108 внутреннего сгорания. Двигатель 108 внутреннего сгорания включает в себя камеру сгорания (не показана), которая может принимать всасываемый воздух через впускной канал (не показан) и может выпускать газообразные продукты сгорания через выпускной канал 110. Моторное транспортное средство 102 может быть дорожным автомобилем в числе других типов транспортных средств.
В отличие от некоторых автоматических систем кондиционирования воздуха транспортного средства, которые могут осуществлять циркуляцию хладагента через двигатель для поглощения отходящего тепла двигателя и раздавать хладагент в радиатор и/или сердцевину отопителя через магистрали для хладагента, автоматическая система 100 кондиционирования воздуха может не сообщаться по текучей среде с двигателем 108. Кроме того, автоматическая система 100 кондиционирования воздуха может включать в себя систему 124 кондиционирования воздуха (A/C) с термической адсорбцией (подробнее описанную ниже), которая приводится в действие тепловой энергией из выхлопных газов двигателя вместо коленчатого вала двигателя или электродвигателя. Соответственно, единственным координированием между двигателем 108 и автоматической системой 100 кондиционирования воздуха может быть направление выхлопных газов двигателя в выпускном канале 110 через систему 111 регенерации отходящего тепла автоматической системы 100 кондиционирования воздуха, как будет детализировано ниже. Таким образом, двигатель 108 может быть в значительной степени освобожден от обеспечения кондиционирования воздуха в транспортном средстве, и автоматическая система 100 кондиционирования воздуха может не прикладывать нагрузку к двигателю 108. Кроме того, так как хладагент двигателя может не циркулировать через автоматическую систему 100 кондиционирования воздуха, объем хладагента в двигателе может быть уменьшен. Некоторые преимущества уменьшенного объема хладагента двигателя, например, включают в себя более быстрый прогрев двигателя и, таким образом, уменьшенные выбросы при холодном запуске.
Фиг. 1 дополнительно показывает систему 114 управления транспортного средства 102. Система 114 управления может быть с возможностью взаимодействия присоединена к различным компонентам двигателя 108 и автоматической системы 100 кондиционирования воздуха, чтобы выполнять процедуры управления и действия, описанные в материалах настоящего описания. Как показано на фиг. 1, система 114 управления может включать в себя электронный цифровой контроллер 112. Контроллер 112 может быть микрокомпьютером, включающем в себя микропроцессорный блок, порты ввода/вывода, электронный запоминающий носитель для хранения исполняемых программ и калибровочных значений, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память и шину данных.
Как изображено, контроллер 112 может принимать входные сигналы с множества датчиков 116, которые могут включать в себя пользовательские устройства ввода и/или датчики (такие как положение передачи трансмиссии, положение сцепления трансмиссии, входной сигнал педали газа, входной сигнал тормоза, положение рычага управления трансмиссией, скорость транспортного средства, скорость вращения двигателя, массовый расход воздуха через двигатель, температура окружающей среды, температура всасываемого воздуха, и т.д.), датчики системы кондиционирования воздуха (такие как температура хладагента, температура в пассажирском отделении, требуемая температура в пассажирском отделении, влажность окружающей среды, и т.д.) и прочее. Как показано на фиг. 1, датчики 116 могут включать в себя датчик 120 брелока, выполненный с возможностью принимать входной сигнал с электронного брелока 122. Более точно, датчик 120 брелока может дистанционно связывать транспортное средство 102 с электронным брелоком 122, тем самым, давая возможность дистанционного управления некоторыми функциями транспортного средства 102. В одном из примеров, электронный брелок 122 может дистанционно вводить в действие автоматическую систему 100 кондиционирования воздуха, чтобы заранее кондиционировать воздух в кабине. В зависимости от окружающих условий, например, в качестве считанных одним или более датчиков 116 и/или введенных пользователем, электронный брелок 122 может дистанционно вводить в действие автоматическую систему 100 кондиционирования воздуха, чтобы заранее кондиционировать воздух в кабине до запуска двигателя. Таким образом, будущие водитель или пассажир транспортного средства могут использовать электронный брелок 122, чтобы гарантировать, что требуемая температура в кабине будет воспроизведена, когда они попадут в транспортное средство.
В дополнение к предоставлению возможности дистанционного ввода в действие автоматической системы 100 кондиционирования воздуха, электронный брелок 122 может давать возможность дистанционного отпирания дверей без ключа транспортного средства 102. В этом случае, датчик 120 брелока дополнительно выполнен с возможностью выдавать индикацию в контроллер 112 касательно запертого или незапертого положения дверей транспортного средства.
Кроме того, контроллер 112 может поддерживать связь с различными исполнительными механизмами 118, которые могут включать в себя исполнительные механизмы двигателя (такие как топливные форсунки, впускная воздушная дроссельная заслонка с электронным управлением, свечи зажигания, муфты трансмиссии, и т.д.), исполнительные механизмы автоматической системы кондиционирования воздуха (такие как вентиляционные отверстия управления обдувом и/или клапаны дозирования воздуха, клапаны, управляющие потоком хладагента, приводы нагнетателя, приводы вентилятора, и т.д.) и другие. В некоторых примерах, запоминающий носитель может быть запрограммирован машиночитаемыми данными, представляющими команды, приводимые в исполнение процессором для выполнения способов, описанных ниже, а также других вариантов, которые предвидятся, но не перечислены прямо.
Как описано выше, автоматическая система 100 кондиционирования воздуха включает в себя систему 124 A/C с термической адсорбцией. Система 124 A/C может приводиться в действие тепловой энергией вместо механического компрессора. Система 124 A/C может включать в себя пару теплообменников, которые могут быть расположены в сообщении по текучей среде друг с другом в вакуумном кожухе. Пара теплообменников может работать совместно с радиатором и сердцевиной кондиционирования воздуха (A/C), сердцевина A/C содержит меняющие фазу материалы. В определенное время, первый теплообменник из пары теплообменников может работать в качестве адсорбера/десорбера наряду с тем, что второй теплообменник из пары теплообменников может работать в качестве испарителя/конденсатора. Работа системы 124 A/C может периодически переключаться между режимом адсорбции и режимом десорбции. Конструктивные и функциональные подробности системы A/C будут дополнительно описаны со ссылкой на фиг. 2-8.
Фиг. 2A - схематичное изображение примерной системы 200 A/C. Как показано, система 200 A/C включает в себя пару теплообменников, содержащую первый теплообменник 202 и второй теплообменник 204; примерные варианты осуществления пары теплообменников описаны в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 3A-3B. Система 200 A/C дополнительно включает в себя радиатор 206, сердцевину 208 A/C и источник 219 тепла. Сердцевина 208 A/C подробнее описана в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 4. Источник 219 тепла может быть системой регенерации отходящего тепла выхлопных газов в примерах, где система 200 A/C включена в транспортное средство с приводом от двигателя. В качестве альтернативы, если система 200 A/C является автономной системой A/C (например, системой A/C, не заключенной в транспортном средстве), другой пригодный источник тепла может использоваться в качестве источника 219 тепла. Система 200 A/C может быть одним из примерных вариантов осуществления системы 124 A/C по фиг. 1.
Несмотря на то, что схематичное изображение пары теплообменников на фиг. 2 показывает трубопровод 217, который обеспечивает сообщение по текучей среде между кожухами, вмещающими первый и второй теплообменники, соответственно, в других примерах, теплообменники могут использоваться в общем кожухе, например, вакуумном кожухе. Общий кожух может быть заполнен текучей средой переноса тепла, такой как вода, которая может адсорбироваться/десорбироваться на пластинах трубчато-пластинчатого узла первого теплообменника и испаряться с/конденсироваться на пластинах трубчато-пластинчатого узла второго теплообменника в зависимости от условий работы. Примеры конструкции с парой теплообменников будут описаны со ссылкой на фиг. 3A и 3B. Несмотря на то, что текучая среда переноса тепла (например, вода, аммиак, R1234f или другой пригодный хладагент), содержащаяся в теплообменниках, в материалах настоящего описания будет указываться ссылкой как «пар» для удобства, следует принимать во внимание, что эта текучая среда переноса тепла не ограничена текучей средой в испаренном состоянии и может находиться в другом состоянии в зависимости от условий окружающей среды (например, конденсированном/сжиженном).
В дополнение к пару, содержащемуся в кожухе(ов), вмещающего теплообменники 202 и 204, другая текучая среда переноса тепла может течь через одну или более трубок трубчато-пластинчатого узла каждого теплообменника. Эта другая текучая среда переноса тепла, которая в материалах настоящего описания будет указываться ссылкой как «хладагент», чтобы отличать ее от пара, содержащегося в кожухе(ах) теплообменника, например, может быть гликолем, смесью гликоля и воды или другим пригодным хладагентом. Пар в кожухе(ах) теплообменников и хладагент, текущей через трубки, могут быть термически связаны друг с другом, но не связаны друг с другом по текучей среде. Термическое связывание пара и хладагента будет подробнее описано в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 5A и 5B.
Первый теплообменник 202 может включать в себя трубчато-пластинчатый узел 225, включающий в себя одну или более трубок 210 и множество пластин 212, термически связанных с трубкой. Пластины 212 могут быть металлическими пластинами или пластинами, сделанными из другого теплопроводного материала. Несмотря на то, что многочисленные трубки 210 в материалах настоящего описания будут указываться ссылкой для простоты, следует принимать во внимание, что первый теплообменник может включать в себя извивающуюся компоновку единственной трубки 210, как показано на фиг. 2A, вместо многочисленных отдельных трубок. Хладагент может протекать в трубках трубчато-пластинчатого узла; например, когда хладагент циркулирует между первым теплообменником и радиатором или источником тепла, как будет детализировано ниже, она может циркулировать в трубках трубчато-пластинчатого узла первого теплообменника. Трубки и пластины могут быть сделаны из разных типов металлов или одного и того же типа металла, или трубки и/или пластины могут быть сделаны из разного (неметаллического) теплопроводного материала, не выходя из объема настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2B, пластины 212 первого теплообменника могут быть покрыты адсорбентом 215, и адсорбент, нанесенный на пластины, может быть термически связан с хладагентом, протекающим в трубках. Например, адсорбент 215 может быть напылен на пластины наряду со связующим веществом. Адсорбент 215 может быть химическим адсорбентом, таким как цеолит, селикагель или активированный уголь. В качестве альтернативы, другой пригодный адсорбционный теплообменник может использоваться в автоматической системе кондиционирования воздуха, описанной в материалах настоящего описания. Например, вместо покрытия, адсорбент 215 мог бы быть металлическим пеноматериалом или другим пригодным типом высокопористого металлорганического каркаса (MOF).
Подобно первому теплообменнику 202, второй теплообменник 204 может включать в себя трубчато-пластинчатый узел 227, включающий в себя одну или более трубок 211, через которые может течь хладагент, и множество пластин 213, термически связанных с трубкой. Пластины 213 могут быть металлическими пластинами или пластинами, сделанными из другого теплопроводного материала. Несмотря на то, что многочисленные трубки 211 в материалах настоящего описания будут указываться ссылкой для простоты, следует принимать во внимание, что первый теплообменник может включать в себя извивающуюся компоновку единственной трубки 211, как показано на фиг. 2A, вместо многочисленных отдельных трубок. Трубки и пластины могут быть сделаны из разных типов металлов или одного и того же типа металла, или трубки и/или пластины могут быть сделаны из разного (неметаллического) теплопроводного материала, не выходя из объема настоящего изобретения. Однако, в отличие от первого теплообменника, пластины 213 могут быть не покрыты адсорбентом, и второй теплообменник может не включать в себя никакого адсорбентного материала, как может быть видно на детализированном виде по фиг. 2C. Взамен, в зависимости от режима работы пары теплообменников, пар, десорбированный из адсорбента первого теплообменника, может конденсироваться на пластинах 213 или испаряться с пластин 213.
Как будет описано в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 5A и 5B, первый теплообменник 202 может функционировать в качестве адсорбера или десорбера в результате теплообмена между хладагентом, протекающим в трубках, и адсорбентом. В зависимости от того, находится ли теплообменник на данный момент в режиме адсорбции или десорбции, впускной клапан 214 первого теплообменника и выпускной клапан 216 первого теплообменника могут управляться, чтобы циркулировать хладагент между источником тепла 219 или радиатором и трубками 210 теплообменника 202. Трубопровод 230 может присоединять выпуск 248 радиатора к впускному окну 240 первого теплообменника; насос 222 может быть включен в трубопровод 230 для перекачивания хладагента из радиатора 206 в первый теплообменник 202 или второй теплообменник 204 в зависимости от положений впускного клапана 214 первого теплообменника и впускного клапана 220 второго теплообменника. Кроме того, трубопровод 234 может термически связывать источник 219 тепла с впускным окном 240 и выпускным окном 242 первого теплообменника в зависимости от положений впускного клапана 214 первого теплообменника и выпускного клапана 216 первого теплообменника.
Кроме того, второй теплообменник 204 может работать в качестве испарителя/конденсатора. Как отмечено выше, хотя первый и второй теплообменники 202 и 204 могут быть конструктивно сходны подобной компоновкой трубок, пластины второго теплообменника 204 могут не быть покрыты адсорбентом. Взамен, тонкий слой жидкого пара (например, слой с толщиной 0,2 миллиметра) может присутствовать в режиме десорбции/конденсации пары теплообменников в результате конденсации на пластинах пара, десорбированного из адсорбента первого теплообменника.
В зависимости от того, находится ли второй теплообменник на данный момент в режиме испарения или конденсации, выпускной клапан 218 второго теплообменника и впускной клапан 220 второго теплообменника могут управляться, чтобы осуществлять циркуляцию хладагента между трубками 211 второго теплообменника 204 и сердцевиной 208 A/C или радиатором 206. Выпускное окно 244 второго теплообменника может быть присоединено к впуску 254 сердцевины A/C через трубопровод 241 или к впуску 250 радиатора 206 через трубопроводы 238 и 232. Трубопровод 241 может включать в себя насос 224, который может вызывать циркуляцию хладагента между сердцевиной 208 A/C и вторым теплообменником 204.
В изображенном примере, трубопровод 238 может связывать по текучей среде выпускное окно 244 второго теплообменника с выпускным клапаном 216 первого теплообменника, и трубопровод 232 может связывать по текучей среде выпускной клапан 216 первого теплообменника с впуском 250 радиатора 206 в зависимости от положений выпускного клапана 216 первого теплообменника и выпускным клапаном 218 второго теплообменника. Соответственно, в зависимости от положения выпускного клапана 216 первого теплообменника, трубопровод 232 может связывать выпускное окно 242 первого теплообменника с впуском 250 радиатора. Кроме того, как показано, трубопровод 228 может связывать впускное окно 246 второго теплообменника с выпуском 252 сердцевины A/C или выпуском 248 радиатора (через впускной клапан 214 первого теплообменника).
Как показано, нагнетатель 282 может быть включен в систему A/C, чтобы проталкивать окружающий воздух, подвергнутый рециркуляции воздух кабины транспортного средства или воздух из другого источника через сердцевину 208 A/C, чтобы охлаждался. Кроме того, вентилятор 280 может быть включен в систему A/C, чтобы проталкивать окружающий воздух, подвергнутый рециркуляции воздух кабины транспортного средства или воздух из другого источника через радиатор 206 для теплообмена с хладагентом, протекающим через радиатор, тем самым, охлаждая хладагент.
С обращением к фиг. 3A, она показывает вид в поперечном разрезе в перспективе пары 300A теплообменников, содержащей первый и второй теплообменники 302 и 304, которые могут быть включены в систему 200 A/C по фиг. 2A. Многие из элементов по фиг. 3A соответствуют аналогично пронумерованным элементам, уже описанным выше для фиг. 2A; такие элементы, для краткости, вновь описаны не будут.
Первый теплообменник 302 и второй теплообменник 304 из пары 300 теплообменников могут быть расположены вертикально (то есть, с одним теплообменником, расположенным над другим) в кожухе 305. Кожух 305 может быть вакуумным кожухом. Несмотря на то, что первый теплообменник расположен вертикально выше второго теплообменника в изображенном примере, второй теплообменник, в качестве альтернативы, может быть расположены вертикально выше первого теплообменника, не выходя из объема настоящего изобретения.
Что касается фиг. 3B, она показывает вид в поперечном разрезе в перспективе еще одной примерной пары 300B теплообменников, содержащей первый и второй теплообменники 302 и 304, которые могут быть включены в систему 200 A/C по фиг. 2A. Подобно фиг. 3A, многие из элементов по фиг. 3B соответствуют аналогично пронумерованным элементам, уже описанным выше для фиг. 2A; такие элементы, для краткости, вновь описаны не будут.
Первый теплообменник 302 и второй теплообменник 304 из пары 300 теплообменников могут быть расположены горизонтально (например, с боковой стороной одного теплообменника, располагающейся сбоку от боковой стороны другого теплообменника, так что теплообменники расположены рядом) в кожухе 305. В примерах, где система A/C заключена в моторном транспортном средстве, может быть полезным компоновать теплообменники расположенными рядом, так как получающаяся в результате геометрия пары теплообменников может быть вполне пригодной для расположения в низу кузова транспортного средства.
Далее, со ссылкой на варианты осуществления по обеим из фиг. 3A и 3B, как показано, первый и второй теплообменники могут быть установлены в кожухе с пространством, остающимся между боковыми сторонами, верхом и низом кожуха и теплообменниками, чтобы пар мог свободно течь в и вокруг теплообменников (например, чтобы он мог адсорбироваться в адсорбентном покрытии первого теплообменника и конденсироваться на пластинах второго теплообменника). В других примерах, однако, может быть перегородка, разделяющая кожух на две секции, каждая секция вмещает один из теплообменников, и пар может перемещаться между секциями в зависимости от положения клапана, такого как поворотный клапан.
Несмотря на то, что не показано на видах в поперечном разрезе в перспективы примерных пар теплообменников, следует принимать во внимание, что пара теплообменников может включать в себя впускное и выпускное окно для каждого из теплообменников (например, соответствующие впускным окнам 240 и 246 и выпускным окнам 242 и 244 по фиг. 2A). Хладагент может входить в и выходить из трубок трубчато-пластинчатого узла каждого теплообменника через соответствующий впуск и выпуск. Тогда как трубки теплообменников могут соединяться по текучей среде с другими компонентами системы A/C в зависимости от положений различных клапанов (например, радиатора и сердцевины A/C), пар в кожухе может оставаться в пределах кожуха и может не подвергаться циркуляции в другие компоненты системы A/C. Иными словами, пар в кожухе остается в замкнутом контуре между двумя теплообменниками в пределах кожуха и изолирован по текучей среде от других текучих сред переноса тепла. Однако, как отмечено выше, пар термически связан с хладагентом, движущейся в трубках двух теплообменников.
В зависимости от того, сколько трубок заключено в теплообменнике, трубки данного теплообменника могут быть присоединены друг к другу на обоих концах, чтобы трубы формировали извивающуюся конфигурацию. В одном из примеров, трубки могут быть соединены вертикально. Например, трубка может быть присоединена к трубке, расположенной выше и/или к трубке, расположенной ниже. В еще одном примере, трубки могут быть соединены горизонтально. Например, трубка может быть присоединена к трубкам, расположенным с правой стороны и/или левой стороны. В еще одном другом примере, трубки могут быть соединены диагонально. Пластины могут быть уложены друг на друга с пространством между ними, чтобы пар мог свободно течь между пластинами и вокруг трубок в кожухе.
Фиг. 4 схематично показывает сердцевину 400 A/C. Сердцевина 400 A/C, например, может быть одним из неограничивающих примеров сердцевины 208 A/C по фиг. 2A. Следует принимать во внимание, что другие конструкции сердцевины A/C могут использоваться, не выходя из объема настоящего изобретения. Сердцевина 400 A/C, в некотором смысле, может быть конструктивно подобной сердцевине автомобильного отопителя. Однако, в отличие от сердцевины автомобильного отопителя, сердцевина 400 A/C действует с использованием хладагента в единой фазе вместо хладагента в двух фазах. Тогда как сердцевина автомобильного отопителя может включать в себя двухфазный хладагент в плоских трубках, сердцевина 400 A/C может включать в себя однофазную хладагент, которая очень холодна (например, приблизительно 5°C), и которая не меняет фазу, циркулирует ли через трубки сердцевины 400 A/C или остается неподвижной в трубках сердцевины 400 A/C, в зависимости от режима работы системы A/C. Кроме того, в отличие от сердцевины автомобильного отопителя, сердцевина 400 A/C содержит PCM в термической связи с однофазной хладагентом.
Как показано, сердцевина 400 A/C включает в себя многочисленные сегменты 408, причем, каждый сегмент 408 содержит охлаждающие воздух ребра 410. Каждые из сегментов 408 отделены друг от друга двойными трубчатыми пластинами 404. Каждая пластина 404 содержит внутреннюю трубку 414, окруженную камерами 412 PCM в наружной трубке 416. Внутренняя трубка 414 и наружная трубка 416, например, могут быть плоскими трубками. Внутренняя трубка 414 может сообщаться по текучей среде с парой теплообменников системы A/C, чтобы хладагент циркулировал между вторым теплообменником и пластинами сердцевины A/C во время условий работы, где второй теплообменник и сердцевина A/C сообщены по текучей среде (например, в режиме адсорбции, который будет подробно описан со ссылкой на фиг. 5A). Например, впуск 454 сердцевины 400 A/C может соответствовать впуску 254 сердцевины 208 A/C по фиг. 2A, выпуск 452 сердцевины 400 A/C может соответствовать выпуску 252 сердцевины 208 A/C по фиг. 2A. Как показано, после поступления во впуск 454, хладагент может течь в трубопроводе 450, который присоединен по текучей среде к верхнему концу каждой из внутренних трубок 414 пластин 404. После прохождения через внутренние трубки 414, хладагент может поступать в трубопровод 460, который ведет к выпуску 452 сердцевины A/C, и который присоединен к нижнему концу каждой из внутренних трубок 414. Как показано, трубопроводы 450 и 460 могут быть соединены по текучей среде с каждой из пластин 404, чтобы хладагент мог циркулировать между вторым теплообменником системы A/C и пластинами сердцевины A/C. Следует принимать во внимание, что изображенная конструкция трубопроводов 450 и 460 для хладагента и связанные элементы являются неограничивающими, и другая возможная конструкция может использоваться для направления хладагента через сердцевину A/C, не выходя из объема настоящего изобретения.
В изображенном примере, камера 412 PCM окружает внутреннюю трубку внутреннюю трубку 414 каждой пластины 404 и окружена наружной трубкой 416 пластины. В примерах, где внутренние трубки 414 и наружные трубки 416 являются плоскими трубками, каждая камера PCM может иметь прямоугольную кубоидную форму с полой частью прямоугольного кубоида, в которой расположена внутренняя трубка 414. Однако, внутренние трубки, наружные трубки и камеры PCM могут иметь другие формы или могут быть расположены иным образом в сердцевине 400 A/C, не выходя из объема настоящего изобретения.
При работе системы A/C, нагнетатель может проталкивать наружный воздух или подвергнутый рециркуляции воздух в кабине за сердцевину A/C, например, для охлаждения кабины транспортного средства. В режиме адсорбции системы A/C, хладагент, охлажденный вследствие испарения пара с пластин трубчато-пластинчатого узла второго теплообменника, циркулирует между вторым теплообменником и сердцевиной A/C, в особенности, циркулируя в трубопроводах 450 и 460 и внутренним трубкам 414 сердцевины A/C. Охлажденный хладагент может иметь температуру в диапазоне 5-8°C в одном из неограничивающих примеров. Соответственно, во время этого режима, охлажденный хладагент во внутренних трубках пластин охлаждает воздух, проталкиваемый через сердцевину A/C нагнетателем, наряду с тем, что, одновременно, охлажденный хладагент отверждает PCM в камерах PCM сердцевины A/C, которые термически связаны с внутренними трубками внутри пластин.
В противоположность, в режиме десорбции системы A/C, второй теплообменник не сообщается по текучей среде с сердцевиной A/C, и хладагент, уже находящийся во внутренних трубках 414, остается неподвижным, и PCM в камерах PCM, больше активно не охлаждается. Как результат, PCM начинает плавление во время этого режима; точка плавления PCM внутри камер 412 PCM может находиться в диапазоне 5-7°C, в одном из неограничивающих примеров. Между тем, по мере того, как нагнетатель (например, нагнетатель 282 по фиг. 2A) проталкивает теплый воздух (например, наружный воздух или подвергнутый рециркуляции воздух в кабине) через сегменты сердцевины A/C, теплый воздух обменивается теплом с PCM в камерах PCM и, в силу этого, охлаждается. Соответственно, даже в режиме десорбции, когда охлажденный хладагент не выдается в сердцевину A/C парой теплообменников, сердцевина A/C по-прежнему может обеспечивать охлаждение для воздуха, который проталкивается через сердцевину A/C, посредством теплообмена с плавящимся PCM.
Таким образом, как показано на фиг. 1-4, система кондиционирования воздуха может содержать первый и второй теплообменники с трубками и пластинами, термические связанные паром в вакуумном кожухе, первый охлаждающий контур, содержащий покрытые адсорбентом пластины первого теплообменника и либо источник тепла, либо радиатор в зависимости от режима работы системы кондиционирования воздуха, и второй охлаждающий контур, содержащий не покрытые адсорбентом пластины второго теплообменника и либо радиатор, либо сердцевину, содержащую меняющие фазу материалы, в зависимости от режима. Как будет детализировано ниже со ссылкой на фиг. 5A и 5B, в режиме десорбции/конденсации, первый охлаждающий контур может содержать источник тепла, а второй охлаждающий контур может содержать радиатор, тогда как, в режиме адсорбции/испарения, первый охлаждающий контур может содержать радиатор, а второй охлаждающий контур может содержать сердцевину.
Фиг. 5A и 5B изображают поток хладагента в системах A/C, которые соответствуют системе 200 A/C по фиг. 2A во время режимов адсорбции/испарения и десорбции/конденсации соответственно. Так как изображенные системы 500A и 500B соответствуют системе 200A по фиг. 2, вышеприведенное описание системы 200A также применяется к системам 500A и 500B.
В режиме адсорбции/испарения, как показано на фиг. 5A, контроллер может управлять впускным клапаном 214 первого теплообменника и выпускным клапаном 216 первого теплообменника, чтобы соединять первый теплообменник и радиатор, и может управлять насосом 222, чтобы вызывать циркуляцию хладагента между радиатором и первым теплообменником в направлении, указанном стрелкой на насосе 222. Хладагент может течь через извивающиеся трубки первого теплообменника. Как указано, хладагент, циркулирующий между радиатором и первым теплообменником, может находиться при температуре приблизительно 45°C. Поток хладагента при этой температуре может вызывать адсорбцию пара в адсорбенте, покрывающем пластины первого теплообменника. Тепло адсорбции пара в первом теплообменнике затем может переноситься в хладагент, протекающий через трубки первого теплообменника; следовательно, хладагент в первом теплообменнике может подогреваться, например, приблизительно до 50°C. Подогретый хладагент может подвергаться циркуляции обратно в радиатор, где хладагент может охлаждаться посредством отвода тепла в окружающую среду по мере того, как вентилятор проталкивает воздух через радиатор. Например, радиатор может охлаждать хладагент обратно до приблизительно до 45°C. Как указано в условных обозначениях, хладагент, циркулирующий между первым теплообменником и радиатором в режиме адсорбции/десорбции, указан пунктирной линией на фиг. 5A.
Кроме того, в режиме адсорбции, хладагент также циркулирует в отдельном контуре (например, контуре, изолированном от хладагента, который является циркулирующей между первым теплообменником и радиатором) между вторым теплообменником и сердцевиной A/C. Например, контроллер может управлять выпускным клапаном 218 теплообменника и впускным клапаном 220 теплообменника, чтобы присоединять второй теплообменник к сердцевине A/C во время этого режима, и насос 224 может эксплуатироваться для возбуждения потока хладагента между вторым теплообменником и сердцевиной A/C в направлении, указанном стрелкой на насосе 224. Адсорбция пара в первом теплообменнике может понижать абсолютное давление в кожухе, вмещающего теплообменники, до в пределах диапазона приблизительно от 0,5 до 1,0 кПа. Понижение давления в кожухе может содействовать испарению пара, сконденсированного на поверхностях пластин второго теплообменника. Испарение пара охлаждает хладагент, протекающий через трубки второго теплообменника. Например, хладагент во втором теплообменнике может охлаждаться до диапазона приблизительно от 5°C до 7°C вследствие испарения хладагента с трубок второго теплообменника по мере того, как он адсорбируется в адсорбентном покрытии пластин первого теплообменника. Хладагент, в таком случае, циркулирует между трубками второго теплообменника и сердцевиной A/C. По мере того, как охлажденный хладагент из второго теплообменника течет через сердцевину A/C, охлажденный хладагент может охлаждать охлаждающие воздух ребра сердцевины A/C посредством переноса тепла. Окружающий воздух или подвергнутый рециркуляции воздух затем может продуваться через сердцевину A/C нагнетателем и охлаждаться охлаждающими воздух ребрами. Кроме того, поток охлажденного хладагента через сердцевину A/C может отверждать PCM, хранимый в камерах PCM сердцевины A/C. Поэтому, вследствие переноса тепла между хладагентом и охлаждающими воздух ребрами и переноса тепла между хладагентом и PCM, охлажденный хладагент, текущий через сердцевину A/C, может подогреваться. Например, температура хладагента, поступающего в сердцевину A/C, может находиться приблизительно на 5°C, а температура хладагента, выходящего из сердцевины A/C, может быть большей, чем приблизительно 5°C. Подогретый хладагент может рециркулироваться во второй теплообменник для охлаждения.
Таким образом, адсорбция паров хладагента в первом теплообменнике может содействовать испарению хладагента с поверхности второго теплообменника, интенсивно охлаждая испарением хладагент, протекающий через трубки второго теплообменника. Охлажденный хладагент затем может использоваться для охлаждения охлаждающих воздух ребер сердцевины A/C, которое может обеспечивать охлаждение (например, для кабины транспортного средства) по мере того, как окружающий или подвергнутый рециркуляции воздух продувается через охлажденные охлаждающие воздух ребра сердцевины A/C нагнетателем.
В противоположность, в режиме десорбции/конденсации системы A/C, которая изображена на фиг. 5B, пары хладагента могут десорбироваться из адсорбентного покрытия пластин первого теплообменника. Во время этого режима, контроллер может управлять впускным и выпускным клапанами первого теплообменника, чтобы осуществлять циркуляцию хладагента между первым теплообменником и источником тепла. Этот охлаждающий контур изображен пунктирными линиями, как указано в легенде. Источник тепла, например, может быть стабильным источником тепла, таким как система регенерации тепла выхлопных газов, и он может нагревать хладагент приблизительно до 130°C. По мере того, как нагретая хладагент циркулирует в первый теплообменник, покрытые адсорбентом пластины первого теплообменника могут выпускать или десорбировать пар хладагента в кожух, вмещающий теплообменник. Следовательно, абсолютное давление в кожухе может повышаться, чтобы оно находилось в пределах диапазона приблизительно 12-20 кПа.
Повышение абсолютного давления в кожухе может побуждать хладагент конденсироваться на пластинах второго теплообменника. Эта конденсация может вырабатывать тепло на пластинах, которое может переноситься в хладагент, протекающий через трубки, термически связанные с пластинами. Как результат, температура хладагента, протекающего через трубки второго теплообменника, может возрастать. Во время этого режима, контроллер может управлять впускным и выпускным клапанами второго теплообменника и вводить в действие насос 222, чтобы хладагент могла циркулировать между трубками второго теплообменника и радиатором (в направлении, указанном стрелкой на насосе 222). Таким образом, в режиме десорбции/конденсации, второй теплообменник отсоединен от и не сообщается по текучей среде с сердцевиной A/C, и, в замен соединен с и сообщается по текучей среде с радиатором. Хладагент, циркулирующий между вторым теплообменником и радиатором, представлена сплошной линией, а хладагент, циркулирующая в этом контуре, может находиться при температуре приблизительно 45°C, как указано в условных обозначениях. Следует принимать во внимание, что, в это время, хладагент в сердцевине A/C (и какой-либо хладагент, остающийся в трубопроводах, ведущих в сердцевину A/C), может оставаться неподвижным.
В радиаторе, подогретый хладагент (вследствие тепла конденсации) из второго теплообменника может охлаждаться посредством отвода тепла в окружающую среду по мере того, как вентилятор проталкивает воздух через радиатор. Как результат, хладагент, выходящий из радиатора (через выпуск радиатора) может находиться на более низкой температуре относительно хладагента, поступающего в радиатор.
В режиме десорбции, кабина транспортного средства может охлаждаться продуванием подвергнутого рециркуляции или охлаждающего воздуха через сердцевину A/C. Охлаждение воздуха в сердцевине A/C может выполняться посредством теплообмена между плавящимся PCM и воздухом, продуваемым через сердцевину A/C, как обсуждено выше со ссылкой на фиг. 4.
Таким образом, сердцевина A/C с PCM может использоваться для обеспечения охлаждения в режиме десорбции/конденсации. Например, тогда как традиционные системы, которые включают в себя две пары теплообменников, чередующихся между режимами адсорбции и десорбции, могут обеспечивать охлаждение для кабины транспортного средства или другого пространства посредством пары адсорбирующих теплообменников, в то время как другая пара теплообменников эксплуатируется в режиме десорбции, система A/C, описанная в материалах настоящего описания, может обеспечивать охлаждение в режиме десорбции своей пары теплообменников без необходимости во второй паре теплообменников, посредством теплообмена между воздухом, продуваемом через сердцевину A/C, и плавящемся PCM.
Фиг. 6 показывает примерный способ 600 работы системы A/C(например, системы 200 A/C по фиг. 2). Способ 600 может начинаться, когда система A/C включается, и заканчиваться, когда система A/C выключается, в одном из примеров. Система A/C может включаться и выключаться на основании пользовательского ввода (например, ввода водителя или пассажира транспортного средства, когда система A/C используется в моторном транспортном средстве) или включаться и выключаться автоматически, например, системой управления транспортного средства на основании условий работы двигателя и условий окружающей среды, в числе других факторов.
На этапе 602, способ 600 включает в себя определение требуемого режима системы A/C. Например, как описано выше, система A/C может эксплуатироваться в режиме адсорбции или режиме десорбции и, таким образом, определение требуемого режима системы A/C может включать в себя определение, следует ли работать в режиме адсорбции или режиме десорбции. В одном из примеров, определение может быть основано на текущем состоянии системы A/C, текущее состояние определяется системой управления на основании предыдущей работы системы A/C (например, самого последнего режима работы системы A/C) и/или на основании сигналов, принятых с датчиков (например, сигналов, указывающих оценку количества пара, адсорбированного в покрытых адсорбентом пластинах первого теплообменника, и/или оценку количества пара, сконденсированного на непокрытых адсорбентом пластинах второго теплообменника).
После этапа 602, способ 600 переходит на этап 604. На этапе 604, способ 600 включает в себя определение параметров завершения режимов адсорбции и десорбции. Параметры завершения режимов адсорбции и десорбции могут включать в себя заданную продолжительность времени для каждого режима. Например, заданная продолжительность времени для каждого режима может иметь значение 5-10 минут. Заданная продолжительность времени может быть одинаковой для обоих режимов, или каждый режим может иметь разную заданную продолжительность времени. Система управления может определять заданную продолжительность времени для каждого режима на основании рабочих параметров двигателя и/или сигналов, принятых с датчиков. В качестве альтернативы или дополнительно, могут быть определены параметры завершения режимов адсорбции и десорбции, иные чем продолжительность времени. Например, завершение режима адсорбции или десорбции может определяться на основании сигналов с одного или более датчиков, расставленных в системе A/C.
После этапа 604, способ 600 переходит на этап 606. На этапе 606, способ 600 включает в себя работу системы A/C в требуемом режиме (например, требуемом режиме, определенном на этапе 602) в соответствии со способами, показанными на фиг. 7 и 8. Например, если требуемым режимом является режим адсорбции, работа системы A/C в требуемом режиме может включать в себя выполнение способа по фиг. 7. В качестве альтернативы, если требуемым режимом является режим десорбции, работа системы A/C в требуемом режиме может включать в себя выполнение способа по фиг. 8.
После этапа 606, способ 600 переходит на этап 608. На этапе 608, способ 600 включает в себя определение, была ли система A/C выключена (например, выключена посредством пользовательского ввода или выключена автоматически системой управления).
Если ответом на этапе 608 является Да, указывающим, что система A/C была выключена, способ 600 переходит на этап 614. На этапе 614, способ 600 включает в себя выполнение процедуры остановки системы A/C. В одном из неограничивающих примеров, процедура остановки может включать в себя переключение с режима адсорбции на режим десорбции, или продолжение оставаться в режиме десорбции, если система уже является работающей в режиме десорбции, чтобы десорбировать весь пар из адсорбентного материала, чтобы начинать работу системы A/C в режиме адсорбции при последующем вводе в действие системы A/C. После этапа 614, способ 600 заканчивается.
Возвращаясь на этап 608, если ответом является Нет, указывающее, что система A/C не была выключена, способ 600 переходит на этап 610, чтобы определять, завершен ли текущий режим (например, адсорбция или десорбция, как определено на этапе 602). Определение, завершен ли режим, может быть основано на параметрах завершения режима, определенных на этапе 604. Например, в примерах, где параметрами завершения режима являются заданные продолжительности времени, система управления может определять, что текущий режим завершен, когда истекла заданная продолжительность времени для такого режима.
Если ответом на этапе 610 является Нет, способ 600 возвращается на этап 608. Иначе, если ответом на этапе 610 является Да, способ 600 переходит на этап 612. На этапе 612, способ 600 включает в себя переключение требуемого режима с адсорбции на десорбцию, или с десорбции на адсорбцию. После этапа 612, способ 600 возвращается на этапе 606. Таким образом, в соответствии со способом 600, система A/C работает циклами между режимами адсорбции и десорбции до тех пор, пока система A/C не выключена, в какой момент, она может выполнять процедуру остановки.
Фиг. 7 показывает примерный способ 700 для работы системы A/C (например, системы 124 A/C, показанной на фиг. 1) в режиме адсорбции. Способ 700 может выполняться на этапе 606 способа 600, например, когда требуемый режим является режимом адсорбции.
На этапе 702, способ 700 включает в себя управление впускным клапаном первого теплообменника (например, клапаном 214 по фиг. 2), чтобы соединять впуск первого теплообменника с выпуском радиатора, и управление выпускным клапаном первого теплообменника (например, клапаном 216 по фиг. 2), чтобы соединять выпуск первого теплообменника с впуском радиатора. Соединение впуска и выпуска первого теплообменника с выпуском и впуском радиатора, соответственно, может предоставлять хладагента возможность циркулировать между первым теплообменником и радиатором.
После этапа 702, способ 700 переходит на этап 704. На этапе 704, способ 700 включает в себя управление впускным клапаном второго теплообменника (например, клапаном 220 по фиг. 2), чтобы соединять впуск второго теплообменника с выпуском сердцевины A/C, и управление выпускным клапаном второго теплообменника (например, клапаном 218 по фиг. 2), чтобы соединять выпуск второго теплообменника с впуском сердцевины A/C. Соединение впуска и выпуска второго теплообменника с выпуском и впуском сердцевины A/C, соответственно, может предоставлять хладагента возможность циркулировать между вторым теплообменником и сердцевиной A/C.
После этапа 704, способ 700 переходит на этап 706. На этапе 706, способ 700 включает в себя ввод в действие первого насоса (например, насоса 222 по фиг. 2) для осуществления циркуляции хладагента между первым теплообменником и радиатором. Ввод в действие первого насоса может включать в себя не выполнение никаких действий, если первый насос уже является действующим, тогда как, если первый насос на данный момент выведен из работы, ввод в действие первого насоса может включать управление системы управления исполнительным механизмом для осуществления ввода в действие первого насоса, если первый насос выведен из работы на данный момент. Во введенном в действие состоянии, первый насос может вызывать поток хладагента между одним или более каналов для хладагента внутри радиатора и покрытыми адсорбентом пластинами первого теплообменника.
После этапа 706, способ 700 переходит на этап 708. На этапе 708, способ 700 включает в себя ввод в действие вентилятора радиатора. Дополнительно, способ 700 включает в себя направление окружающего или подвергнутого рециркуляции воздуха в радиатор и продувание воздуха через радиатор вентилятором для охлаждения хладагента из первого теплообменника ниже первого порогового значения. После того, как радиатор охлаждает хладагент ниже первого порогового значения, охлажденная хладагент закачивается обратно в первый теплообменник, где она осуществляет адсорбцию пара на покрытых адсорбентом пластинах первого теплообменника. Например, первое пороговое значение может соответствовать температуре, ниже которой может происходить адсорбция пара в адсорбентном покрытии пластин первого теплообменника. В варианте осуществления, где адсорбентное покрытие содержит гранулы цеолита, первое пороговое значение может быть температурой, например, соответствующей температуре окружающей среды летом, например, температурой в диапазоне 30-45°C. Адсорбция пара в адсорбентном покрытии пластин вырабатывает тепло, которое переносится в хладагент, протекающий через трубки, подогревая хладагент. Например, хладагент может подогреваться приблизительно на 5°C; таким образом, в примере, где хладагент поступает в первый теплообменник при 35°C, хладагент может нагреваться на несколько градусов перед рециркуляцией в радиатор. В радиаторе, подогретая хладагент охлаждается посредством отвода тепла в окружающую среду по мере того, как вентилятор радиатора продувает воздух через радиатор, например, приблизительно на 5°C, чтобы повторно приводить первый теплообменник на температуру, которая будет осуществлять адсорбцию.
После этапа 708, способ 700 переходит на этап 710. На этапе 710, способ 700 включает в себя ввод в действие второго насоса (например, второго насоса 224 по фиг. 2) для осуществления циркуляции хладагента между вторым теплообменником и сердцевиной A/C. В это время, всасывание, порожденное адсорбентными материалами, пара первого теплообменника вызывает испарение пара, сконденсированного на не покрытых адсорбентом пластинах второго теплообменника, испаренный пар адсорбируется в адсорбентном покрытии пластин первого теплообменника. Испарение сконденсированного пара оказывает охлаждающее действие на хладагент, циркулирующую в трубках второго теплообменника, так что хладагент из сердцевины A/C охлаждается по мере того, как она проходит через трубки второго теплообменника. Например, охлажденная хладагент, покидающая второй теплообменник, может находиться при температуре приблизительно 5°C. По мере того, как она течет через сердцевину A/C, охлажденная хладагент может замораживать (например, отверждать) меняющие фазу материалы в сердцевине A/C. Перенос тепла между хладагентом и меняющими фазу материалами может подогревать хладагент, чтобы она была теплее (например, приблизительно на 7°C), когда покидает сердцевину A/C.
После этапа 710, способ 700 переходит на этап 712. На этапе 712, способ 700 включает в себя ввод в действие нагнетателя сердцевины A/C, направление окружающего или подвергнутого рециркуляции воздуха в сердцевину A/C и продувание воздуха через сердцевину A/C нагнетателем. Как описано выше, в режиме адсорбции, хладагент, циркулирующая между вторым теплообменником и сердцевиной A/C, охлаждается во втором теплообменнике испарением пара с непокрытых адсорбентом пластин второго теплообменника. Перенос тепла между охлажденной хладагентом и воздухом, продуваемым через сердцевину A/C, охлаждает воздух (например, который затем направляется в пассажирскую кабину, когда система A/C включена в моторное транспортное средство). Соответственно, перенос тепла между хладагентом, протекающим через сердцевину A/C, и воздухом, продуваемым через сердцевину A/C, в дополнение к переносу тепла между хладагентом и меняющими фазу материалами в сердцевине A/C, может вносить вклад в подогрев хладагента, который происходит в сердцевине A/C. После этапа 712, способ 700 заканчивается.
Фиг. 8 показывает примерный способ 800 для работы системы A/C (например, системы 124 A/C, показанной на фиг. 1) в режиме десорбции. Способ 800 может выполняться на этапе 606 способа 600, например, когда требуемый режим является режимом десорбции.
На этапе 802, способ 800 включает в себя управление впускным клапаном первого теплообменника (например, клапаном 214 по фиг. 2), чтобы соединять впуск первого теплообменника с выпуском источника тепла, и управление выпускным клапаном первого теплообменника (например, клапаном 216 по фиг. 2), чтобы соединять выпуск первого теплообменника с впуском источника тепла. Например, в вариантах осуществления, где система A/C используется для охлаждения пассажирской кабины моторного транспортного средства, источник тепла может быть системой регенерации отходящего тепла двигателя. Соединение первого теплообменника с источником тепла может давать возможность циркуляции хладагента между первым теплообменником и источником тепла. Источник тепла может нагревать хладагент выше второго порогового значения, которое может соответствовать температуре, выше которой происходит десорбция пара из адсорбентных материалов в первом теплообменнике. В одном из неограничивающих примеров, второе пороговое значение может находиться в диапазоне от 130 до 170°C, в зависимости от конструкции и возможностей источника тепла. Соответственно, поток хладагента, нагретой выше второго порогового значения, в первый теплообменник может осуществлять десорбцию пара из адсорбентного покрытия пластин первого теплообменника.
После этапа 802, способ 800 переходит на этап 804. На этапе 804, способ 800 включает в себя управление впускным клапаном второго теплообменника (например, клапаном 220 по фиг. 2), чтобы соединять впуск второго теплообменника с выпуском радиатора, и управление выпускным клапаном второго теплообменника (например, клапаном 218 по фиг. 2), чтобы соединять выпуск второго теплообменника с впуском радиатора. Соединение впуска и выпуска второго теплообменника с выпуском и впуском, соответственно, радиатора может предоставлять хладагента возможность циркулировать между вторым теплообменником и радиатором.
После этапа 804, способ 800 переходит на этап 806. На этапе 806, способ 800 включает в себя вывод из работы второго насоса и ввод в действие первого насоса. Вывод из работы второго насоса может включать в себя не выполнение никаких действий, если второй насос уже выведен из работы, или, если второй насос на данный момент введен в действие, вывод из работы второго насоса может включать в себя управление системы управления исполнительным механизмом для осуществления вывода из работы второго насоса. Подобным образом, ввод в действие первого насоса может включать в себя не выполнение никаких действий, если первый насос уже является действующим, или может включать управление системы управления исполнительным механизмом для осуществления ввода в действие первого насоса, если первый насос на данный момент выведен из работы. Ввод в действие первого насоса включает в себя рециркуляцию хладагента между радиатором и вторым теплообменником, который присоединен к нему в режиме десорбции, как описано выше со ссылкой на этап 802. Вывод из работы второго насоса уместен, в то время как второй теплообменник и сердцевина A/C разъединены и не сообщены в режиме десорбции; взамен, в режиме десорбции, хладагент в каналах, которые соединяют выпуск и впуск второго теплообменника с впуском и выпуском сердцевины A/C, соответственно, в режиме адсорбции, а также хладагент в самой сердцевине A/C остается неподвижной. Между тем, циркуляция хладагента между источником тепла и первым теплообменником приводит к десорбции пара из адсорбентных материалов в первом теплообменнике. Десорбированный пар конденсируется на пластинах из непокрытых адсорбентом пластин второго теплообменника; эта конденсация вырабатывает тепло в пластинах из непокрытых адсорбентом пластин второго теплообменника, которое обменивается с хладагентом, протекающим через второй теплообменник. Теплообмен нагревает хладагент, протекающий через второй теплообменник, и, таким образом, хладагент течет из второго теплообменника обратно в радиатор при более высокой температуре относительно температуры хладагента, поступающей во второй теплообменник из радиатора.
После этапа 806, способ 800 переходит на этап 808. На этапе 808, способ 800 включает в себя ввод в действие вентилятора радиатора. Дополнительно, способ 800 включает в себя направление окружающего или подвергнутого рециркуляции воздуха в радиатор и продувание воздуха через радиатор вентилятором для охлаждения прогретой хладагента из второго теплообменника. Соответственно, тепло, вырабатываемое конденсацией во втором теплообменнике, которое впоследствии переносится в хладагент, протекающий через теплообменник, может рассеиваться, когда нагретая хладагент подвергается циркуляции обратно в радиатор, посредством теплообмена с воздухом, продуваемым через радиатор.
После этапа 808, способ 800 переходит на этап 810. На этапе 810, способ 800 включает в себя ввод в действие нагнетателя сердцевины A/C, направление окружающего или подвергнутого рециркуляции воздуха в сердцевину A/C и продувание воздуха через сердцевину A/C нагнетателем. Как описано выше, в режиме десорбции, любая хладагент, которая остается в каналах, ведущих в сердцевину A/C, и в самой сердцевине A/C, остается неподвижной и не циркулирует. Как описано выше, в режиме десорбции, окружающий или подвергнутый рециркуляции воздух, продуваемый через сердцевину A/C, обменивается теплом с плавящимся PCM в камерах PCM, так что холодный воздух может выдаваться системой A/C в режиме десорбции. После этапа 812, способ 800 заканчивается.
В еще одном представлении, способ управления системой A/C может включать в себя избирательное управление соответствующими впускными и выпускными клапанами первого содержащего адсорбент тепла теплообменника и второго не содержащего адсорбент теплообменника, и первым и вторым насосами, чтобы либо осуществлять циркуляцию хладагента между первым теплообменником и источником тепла, и между вторым теплообменником и радиатором во время отсоединения сердцевины, содержащей меняющие фазу материалы, от второго теплообменника, либо чтобы осуществлять циркуляцию хладагента между первым теплообменником и радиатором, и между вторым теплообменником и сердцевиной.
Следует отметить, что примерные процедуры управления и оценки, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. Специфичные процедуры, описанные в материалах настоящего описания, могут представлять собой одну или более из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерыванием, многозадачная, многопоточная, и тому подобная. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован на машиночитаемый запоминающий носитель в системе управления двигателем.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по природе, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула изобретения подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке.
Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия.