УСТРОЙСТВО АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ САЛОНА АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2000 года по МПК F28D17/00 F24D11/00 B60H3/00 F25B27/00 F25D11/00 F25D17/02 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к аккумулированию и восстановлению обогревающей и охлаждающей способности в системе аккумулирования тепловой энергии. Устройство раскрывается в контексте системы аккумулирования тепловой энергии, включающей в себя по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла с конфигурацией, которая дает возможность включать его в систему обогревания и охлаждения автомобиля или других подобных же средств передвижения.

Предпосылки создания изобретения
Хорошо известна и разработана практика использования обогревающих и охлаждающих систем для автомобилей с целью поддержания внутри автомобиля комфортной окружающей среды в течение всего периода работы двигателя. При нахождении пассажиров в остановившемся автомобиле в течение относительно длительного периода внутреннее пространство автомобиля может стать очень некомфортабельным из-за повышения или понижения температуры воздуха внутри салона автомобиля. У большинства автомобилей система обогревания и охлаждения поддерживает комфорт на должном уровне внутри салона только в процессе работы двигателя. Если двигатель выключен, то подобные системы обогревания и охлаждения не обеспечивают кондиционирование пространства внутри автомобиля.

Материалы изменения фазы ("PCM") аккумулируют тепло в процессе фазового перехода, обычно фазовых переходов жидкость/твердое вещество. Например, вода, парафины, спирт, соли и гидраты соли имеют заметно высокие плотности энергии на всем протяжении температурных диапазонов практического значения. Большое количество тепловой энергии можно аккумулировать в виде латентной теплоты плавления в процессе расплавления соответствующего материала изменения фазы. Затем аккумулированную теплоту можно экстрагировать из жидкого PCM путем ее охлаждения до тех пор, пока она не начнет кристаллизироваться. Тепловую энергию можно также аккумулировать в виде теплосодержания в материалах изменения фазы.

Предпринимались многочисленные попытки по включению материалов фазового перехода в обогревательные системы и системы кондиционирования воздуха, в том числе в системы с тепловым насосом, системы сбора солнечной энергии и в уже распространенные системы обогревания и кондиционирования воздуха. Например, в патенте США N 5054540, выданном на имя Карра, описывается резервуар для аккумулирования холода, устанавливаемый в воздухопроводе автомобиля или в других подобных же средствах передвижения. В резервуаре аккумулирования холода устанавливается множество удлиненных герметически запечатанных контейнеров, причем каждый из герметически запечатанных контейнеров заполняется газ/водяной средой, способной образовывать газовые гидраты. В патенте США N 5277038, также выданном на имя Карра, предложена система аккумулирования тепла для автомашин с помощью газовых гидратов.

И тем не менее, газовые гидраты могут обладать широким ассортиментом недостатков. Газовые гидраты испытывают отрицательное влияние в случае образования значительных давлений в процессе разложения и могут подвергаться чрезмерному переохлаждению. Для инициирования их зарождения могут также потребоваться специфические устройства. Другим недостатком изобретения по патенту N 5277038 является то, что для отвода аккумулированной тепловой энергии требуется индивидуальная система распределения воздуха автомобиля. Система распределения воздуха автомобиля имеет мощный вентилятор, который очень быстро расходует мощность аккумуляторных батарей. Кроме того, в патенте США N 5277038 раскрывается принцип аккумулирования высоко- и низкотемпературной тепловой энергии одной и той же температуры. Это не дает возможности системе по патенту N 5277038 обеспечить комфортабельный тепловой режим внутри салона автомобиля. Кроме того, описанная в патенте N 5277038 система не совместима с автомобилями с электрическим приводом (EV), которые не имеют систем обогревания и охлаждения автомобиля.

Другим примером является "аккумуляторная батарея тепла", предназначенная для "мгновенного нагревания салона автомобиля". (Automotive Engineering, том 100, N 2, февраль 1992 г.). Сердечник аккумуляторной батареи тепла включает в себя серию плоских металлических листовых оболочек из материала фазового перехода, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Аккумуляторная батарея тепла и электронасос для хладагента устанавливаются в линии циркуляции хладагента, которая простирается от двигателя до обогревателя салона, образуя замкнутую схему, способную очень быстро нагревать салон при выключенном двигателе автомобиля.

Хотя подобная конструкция обладает определенными преимуществами применительно к обычным пассажирским автомобилям, однако и в этом случае остается необходимость иметь такие конструкции систем аккумулирования тепла, которые могут функционировать с более высокой степенью гибкости. Например, существует острая необходимость иметь системы аккумулирования тепла, которые могут обеспечить кондиционирование пространства в течение нескольких часов после выключения двигателя.

Раскрытие сущности изобретения
Согласно одному из аспектов изобретения для поддержания какой-то температуры в салоне автомобиля система аккумулирования тепловой энергии может работать по меньшей мере в одном из режимов обогревания и в одном из режимов охлаждения. Каждый режим включает цикл подачи тепла и цикл отвода тепла. Система аккумулирования тепловой энергии сообщается по меньшей мере с одной системой кондиционирования воздуха автомобиля, включающей в себя компрессор, и с системой охлаждающей среды автомобиля, включающей в себя источник обогревания. Эта система содержит по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла конфигурации, которая дает возможность размещать в этом устройстве материал аккумулирования тепловой энергии, который и будет аккумулировать тепловую энергию. По меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла соединяется как минимум с одной системой кондиционирования воздуха и с одной системой охлаждающей среды, чтобы по меньшей мере один из потоков охлаждающей среды и хладагента проходил через устройство аккумулирования тепла и осуществлял процедуру теплопередачи с материалом аккумулирования тепловой энергии. Кроме того, упомянутая система содержит устройство передачи и контур передачи, обеспечивающие циркулирование передающей среды между по меньшей мере одним устройством аккумулирования тепла и устройством передачи. Устройство передачи имеет змеевик передачи, соединенный с контуром передачи, и вентиляторное средство для образования потока воздуха через змеевик передачи, чтобы тепловая энергия, аккумулированная в устройстве аккумулирования тепла и переданная в устройство передачи передающей средой, могла поступать в салон автомобиля посредством обмена тепловой энергии передающей среды, содержащейся в змеевике передачи, с потоком воздуха.

Согласно другому аспекту изобретения система тепловой энергии сообщается с системой хладагента и системой кондиционирования воздуха. Система хладагента включает в себя компонент автомобиля, который должен быть охлажден. Система тепловой энергии имеет циклы подачи охлаждения и обогревания и циклы отвода обогревания и охлаждения. Система тепловой энергии содержит по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла, включающее в себя материал аккумулирования тепловой энергии, который и аккумулирует тепловую энергию. Между устройством аккумулирования тепла и системой кондиционирования воздуха образовано соединение для циркуляции охлаждающей среды от системы кондиционирования воздуха в теплообменной зависимости с материалом аккумулирования тепловой энергии в течение цикла охлаждения. Между устройством аккумулирования тепла и системой хладагента образовано соединение для циркуляции хладагента из системы хладагента в теплообменной зависимости с материалом аккумулирования тепловой энергии в течение цикла нагревания. Контроллер регулирует цикл охлаждения в течение всего периода работы системы кондиционирования воздуха и регулирует цикл обогревания, когда температура компонента автомобиля превышает заданную температуру, чтобы передать тепло в материал аккумулирования тепловой энергии от хладагента и тем самым охладить этот компонент автомобиля.

Согласно еще одному аспекту изобретения предусматривается использование системы управления для системы аккумулирования тепловой энергии, которая аккумулирует тепловую энергию с высокой и низкой температурой для последующего ввода высоко- и низкотемпературной тепловой энергии в ограниченное пространство. Система управления содержит схему регулирования ввода, включающую в себя первое средство с возможностью его перемещения между открытой позицией и закрытой позицией, чтобы регулировать поток низкотемпературной среды тепловой энергии в систему аккумулирования тепловой энергии. Второе средство может перемещаться между открытой позицией и закрытой позицией, чтобы регулировать поток высокотемпературной среды тепловой энергии в систему аккумулирования тепловой энергии. Средства избирательно регулируют первое и второе средства таким образом, чтобы в момент нахождения первого средства в открытой позиции низкотемпературная среда тепловой энергии проходила через систему аккумулирования тепловой энергии и удаляла тепловую энергию из системы аккумулирования тепловой энергии и чтобы в момент нахождения второго средства в открытой позиции высокотемпературная среда тепловой энергии проходила через систему аккумулирования тепловой энергии и аккумулировала тепловую энергию в системе аккумулирования тепловой энергии. Термостат фиксирует температуры в салоне автомобиля, чтобы после достижения температурой салона автомобиля заданной температуры система аккумулирования тепловой энергии отводила или аккумулировала тепловую энергию с целью поддержания температуры салона автомобиля.

Согласно еще одному аспекту изобретения система тепловой энергии сообщается с системой кондиционирования воздуха и системой хладагента, чтобы поддерживать желаемую температуру в салоне автомобиля в том случае, когда ни система кондиционирования воздуха, ни система хладагента не может поддержать желаемую температуру. Упомянутая система содержит по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла такой конфигурации, чтобы оно имело материал аккумулирования тепловой энергии, который аккумулирует тепловую энергию. Между устройством аккумулирования тепла и системой кондиционирования воздуха образовано соединение для передачи охлаждающей среды из системы кондиционирования воздуха в материал аккумулирования тепловой энергии. Соединение образовано также и между устройством аккумулирования тепла и системой хладагента для передачи хладагента из системы хладагента в материал аккумулирования тепловой энергии. Расположенный около устройства аккумулирования тепла вентилятор выполнен такой конфигурации, чтобы он образовывал поток воздуха через устройство аккумулирования тепла с целью обмена тепловой энергией с материалом аккумулирования тепловой энергии и принудительного ввода воздуха в салон автомобиля. Контроллер для обеспечения срабатывания вентилятора в том случае, когда ни система кондиционирования воздуха, ни система хладагента не способны поддерживать желаемую температуру в салоне автомобиля, чтобы поддерживать упомянутую желательную температуру.

Согласно еще одному аспекту изобретения система аккумулирования тепловой энергии может работать по меньшей мере в одном из режимов обогревания и охлаждения для поддержания температуры в салоне автомобиля. Каждый режим работы включает в себя цикл ввода тепла и цикл отвода тепла. Система аккумулирования тепловой энергии сообщается по меньшей мере с одной системой кондиционирования воздуха, включающей компрессор, и системой хладагента автомобиля, включающей в себя источник обогревания. Система аккумулирования тепловой энергии содержит по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла конфигурации, которая допускает расположение в нем материала аккумулирования тепловой энергии, который аккумулирует тепловую энергию. По меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла соединено по меньшей мере с одной системой кондиционирования воздуха и одной системой хладагента, чтобы по меньшей мере либо охлаждающая среда, либо хладагент проходил через устройство аккумулирования тепла в теплопередающей зависимости с материалом аккумулирования тепловой энергии. Вентилятор располагается по меньшей мере около одного устройства аккумулирования тепла, чтобы образовывать прохождение потока воздуха через устройство аккумулирования тепла с целью обмена тепловой энергией с устройством аккумулирования тепла.

Согласно еще одному аспекту изобретения устройство аккумулирования тепловой энергии для салона автомобиля содержит первый контур хладагента, содержащий двигатель и змеевик нагревателя с горячим хладагентом, подаваемым от двигателя в змеевик нагревателя, чтобы образовать положительный тепловой потенциал для змеевика нагревателя. Главный контур кондиционирования воздуха содержит компрессор, конденсатор, приемник для охлаждающей среды, измерительное устройство, испаритель и первое средство для прерывания потока охлаждающей среды к испарителю и предназначенное для образования отрицательного теплового потенциала для испарителя. Трубопровод для подачи воздуха в автомашину и вентилятор имеют впускное и выпускное отверстия. В трубопроводе расположены змеевик нагревателя и испаритель. Средство аккумулирования тепловой энергии содержит замкнутый объем аккумулирующей тепло среды для аккумулирования по меньшей мере одного отрицательного теплового потенциала и одного положительного теплового потенциала. Змеевик непосредственного расширения охлаждающей среды обеспечивает подачу в среду аккумулирования тепла отрицательного теплового потенциала в течение цикла ввода отрицательного теплового потенциала. Змеевик хладагента обеспечивает подачу в среду аккумулирования тепла положительный тепловой потенциал в течение цикла ввода положительного теплового потенциала. Вентилятор обеспечивает поток воздуха с целью восстановления теплового потенциала из средства аккумулирования тепловой энергии, чтобы довести до нужной кондиции воздух, и возвращает кондиционированный воздух в салон в течение цикла ввода теплового потенциала. Дополнительный контур охлаждающей среды содержит змеевик непосредственного расширения охлаждающей среды в прямом контакте со средой аккумулирования тепла, чтобы образовать в среде аккумулирования тепла отрицательный тепловой потенциал. Дополнительный контур охлаждающей среды расположен так, что он сообщается с компрессором, конденсатором и приемником охлаждающей среды главного контура кондиционирования воздуха, чтобы обеспечить поток охлаждающей среды в змеевик непосредственного расширения, и с вторым средством для прерывания упомянутого потока в змеевик непосредственного расширения. Второй контур хладагента обеспечивает поток горячего хладагента в среду аккумулирования тепла. Второй контур хладагента содержит третье средство для прерывания подачи горячего хладагента во второй контур хладагента. Третье средство будет гидравлически сообщаться с первым контуром хладагента. Первое средство управления циклом кондиционирования воздуха приводит в действие компрессор и первое средство. Система управления выбирает первый режим регулирования аккумулирования тепла, чтобы привести в действие компрессор, и второе средство, чтобы аккумулировать отрицательный тепловой потенциал, и второй режим регулирования аккумулирования тепла, чтобы привести в действие третье средство во втором контуре хладагента, чтобы аккумулировать положительный тепловой потенциал и чтобы прекратить работу как второго, так и третьего средства, если не осуществляется режим регулирования.

Краткое описание чертежей
Детальное описание будет сопровождаться ссылками на чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схематический вид варианта системы аккумулирования тепловой энергии, интегрированной в систему кондиционирования пространства автомобиля согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 изображает схематический вид варианта системы аккумулирования тепловой энергии, интегрированной в систему кондиционирования пространства автомобиля согласно настоящему изобретения.

Фиг. 3 изображает трехмерный перспективный вид варианта устройства аккумулирования тепла, содержащего материалы фазового перехода (PCMS) согласно настоящему изобретению для использования в показанной на фиг. 2 системе аккумулирования тепловой энергии.

Фиг. 4 изображает схематический вид схемы регулирования ввода, иллюстрирующий позицию переключателей и реле на момент, когда внутренняя часть автомобиля охлаждается в течение работы двигателя и в систему аккумулирования тепловой энергии не поступает хладагент или охлаждающая среда для ввода тепла.

Фиг. 5 изображает схематический вид схемы управления вводом по фиг. 4, иллюстрирующий позицию переключателей и реле, чтобы допустить поток охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии с целью образования источника ввода низкотемпературной тепловой энергии.

Фиг. 6 изображает схематический вид схемы управления вводом по фиг. 4, иллюстрирующий позицию переключателей и реле, чтобы допустить поток хладагента в систему аккумулирования тепловой энергии с целью образования источника ввода высокотемпературной тепловой энергии.

Фиг. 7 изображает схематический вид схемы управления вводом, иллюстрирующий позицию переключателей и реле на момент, когда внутренняя часть автомобиля охлаждается системой кондиционирования воздуха.

Фиг. 8 изображает схематический вид схемы управления вводом по фиг. 7, иллюстрирующий позицию переключателей и реле на момент, когда система кондиционирования воздуха охлаждает внутреннюю часть автомобиля, а охлаждающая среда течет в систему аккумулирования тепловой энергии, чтобы образовать низкотемпературный источник ввода.

Фиг. 9 изображает схематический вид схемы управления вводом по фиг. 7, иллюстрирующий позицию реле и переключателей, чтобы допустить поток охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии с целью образования источника ввода низкотемпературной тепловой энергии.

Фиг. 10 изображает схематический вид схемы управления вводом по фиг. 7, иллюстрирующий позицию реле и переключателей, чтобы допустить поток хладагента в систему аккумулирования тепловой энергии с целью образования источника ввода высокотемпературной тепловой энергии.

Фиг. 11 изображает схематический вид схемы управления отводом, иллюстрирующий контур регулировки зажигания, контур регулировки режима работы вентилятора и контур регулирования работы термостата.

Вариант (варианты) реализации изобретения и промышленная пригодность
На фиг. 1 схематически показано устройство аккумулирования тепла согласно настоящему изобретению, интегрированное в схему кондиционирования пространства для типичного автомобиля.

На фиг. 1 схематически показан вариант настоящего изобретения, имеющий вертикально установленную систему аккумулирования тепловой энергии, интегрированную в систему кондиционирования пространства 110 для типичного автомобиля. Система кондиционирования пространства 110 включает систему аккумулирования тепловой энергии 112 для аккумулирования тепловой энергии в течение работы автомобиля и освобождения аккумулированной тепловой энергии внутри автомобиля в случае необходимости. Как правило, система аккумулирования тепловой энергии 112 подает аккумулированную тепловую энергию в салон автомобиля в период, когда двигатель автомобиля не работает.

Система кондиционирования пространства 110 обычно включает в себя систему контура хладагента 116 и систему охлаждающей среды кондиционирования воздуха 118. Как правило, функционирование системы контура хладагента 116 и системы охлаждающей среды кондиционирования воздуха 118 предусматривает обязательную работу двигателя автомобиля. В момент, когда двигатель автомобиля не работает, система аккумулирования тепловой энергии 112 обогревает и охлаждает салон автомобиля.

Система контура хладагента двигателя 116 включает двигатель автомобиля 120, радиатор 122, змеевик нагревателя 124, термостат 125, клапан 158 и замкнутый контур хладагента 126, передающий хладагент по направлению 127 между двигателем 120, радиатором 122 и змеевиком нагревателя 124. В процессе работы двигателя автомобиля 120 хладагент проходит через двигатель 120, чтобы исключить вероятность его перегрева. Контур хладагента 126 передает высокотемпературный хладагент, выходящий из двигателя 120, к радиатору 122 и в змеевик нагревателя 124, которые должны охлаждаться. Если водитель автомобиля хочет нагреть салон автомобиля, тогда включается вентилятор автомобиля 128 и воздух будет распространяться в направлении 130 по всей поверхности змеевика нагревателя 124. Расположенный внутри системы воздухопровода автомобиля 142 змеевик нагревателя 124 обменивается теплом с принудительно продуваемым потоком воздуха через поверхность змеевика нагревателя.

После этого нагретый воздух продувается в направлении 143 и попадает в салон автомобиля или в направлении 149 к стеклообогревателю. Расположенная в системе воздухопровода автомобиля 142 заслонка регулирования размораживания 151 регулирует интенсивность воздушного потока, направляемого на дефростер. После открытия заслонки регулирования размораживания 151, эта позиция показана пунктирными линиями, поток воздуха направляется на дефростер. Эта заслонка регулирования размораживания 151 закрыта, эта позиция показана сплошной линией, тогда поток воздуха направляется непосредственно в салон автомобиля.

Интенсивность потока воздуха, проходящего через змеевик нагревателя 124, регулируется позицией заслонки регулирования потока воздуха 137, расположенной в системе воздухопровода автомобиля 142. Образуемый вентилятором автомобиля 128 поток воздуха может свободно проходить через змеевик нагревателя 124 в тот момент, когда заслонка регулирования потока воздуха 137 установлена в байпассном трубопроводе 139 недалеко от змеевика нагревателя; эта позиция заслонки регулирования потока воздуха 137 показана пунктирными линиями. Поток воздуха обходит змеевик нагревателя 124 и проходит через байпассный трубопровод 139 в тот момент, когда заслонка регулирования потока воздуха 137 установлена так, чтобы она закрывала впускное отверстие змеевика нагревателя 124, эта позиция заслонки регулирования потока воздуха 137 показана на фиг. 1 сплошными линиями.

Обычная система охлаждающей среды для кондиционирования воздуха 118 включает компрессор 132, конденсатор 134, сушилку 135, клапан расширения 136 и змеевик испарителя 140. Контур охлаждающей среды 144 обеспечивает циркулирование охлаждающей среды в направлении 145 через замкнутый контур между компрессором 132, конденсатором 134, сушилкой 135, клапаном расширения 136 и змеевиком испарителя 140. Система охлаждающей среды для кондиционирования воздуха 118 обеспечивает сжижение охлаждающей среды с последующей ее передачей в змеевик испарителя 140. Вентилятор автомобиля 128 образует принудительный поток воздуха 130, который проходит через змеевик испарителя 140, чтобы этот поток воздуха 130 и охлаждающая среда могли обмениваться теплом с конечным образованием холодного воздуха и испарять охлаждающую среду. Затем охлажденный таким образом поток воздуха вдувается по направлению 143 непосредственно в салон автомобиля через систему воздухопровода автомобиля 142.

В частности, поток окружающего воздуха продувается через змеевик испарителя 140, где находящаяся внутри змеевика испарителя 140 сжиженная охлаждающая среда обеспечивает охлаждение проходящего по змеевику потока воздуха. Происходит расширение и испарение охлаждающей среды при одновременном абсорбировании потока тепла в пределах потока окружающего воздуха. После однократного расширения охлаждающая среда направляется в компрессор 132, где она превращается в поток газообразного пара с высокой температурой и высоким давлением, который направляется в конденсатор 134. Конденсатор 134 охлаждает после перегрева, сжижает и переохлаждает упомянутую высокотемпературную охлаждающую среду еще до момента ее возврата в расширительный клапан 136 и змеевик испарителя 140, где она обменивается теплом с окружающим воздухом с конечным образованием охлаждения.

Система контура хладагента двигателя 116 и система охлаждающей среды для кондиционирования воздуха 118 предусматривают обязательную работу двигателя. Если двигатель 120 не работает, то упомянутые системы 116, 118 не обогревают или не охлаждают салон автомашины. Следует иметь в виду, что в автомашинах с электрическим приводом (EV) отсутствует контур хладагента 126, а для обогрева салона используются катушки сопротивления. В настоящее время считается непрактичным использовать в автомашинах с электрическим приводом систему кондиционирования воздуха 118 по той причине, что она расходует слишком много энергии.

Система аккумулирования тепловой энергии 122 согласно настоящему изобретению предназначена для обогревания и/или охлаждения салона автомобиля в период, когда не работает двигатель 120. Система аккумулирования тепловой энергии 112 работает в режиме двух циклов - цикл ввода и цикл отвода тепла. В течение цикла ввода тепла система аккумулирования тепловой энергии 112 получает высокотемпературную тепловую энергию от системы контура хладагента двигателя 116 или низкотемпературную тепловую энергию от системы контура охлаждающей среды для кондиционирования воздуха 118. В течение цикла отвода в салон автомобиля подается высоко- или низкотемпературная тепловая энергия, хранимая в системе аккумулирования тепловой энергии 112.

В процессе работы двигателя автомобиля эффект обогревания, получаемый от параллельного или последовательного соединения с системой контура хладагента двигателя 116, либо эффект охлаждения получаемый от системы охлаждающей среды кондиционирования воздуха 118, циркулирует через систему аккумулирования тепловой энергии 112 для поглощения. В более узком смысле система аккумулирования тепловой энергии 112 может иметь высокотемпературные материалы фазового перехода, которые взаимодействуют главным образом с системой контура хладагента 116, и низкотемпературные материалы фазового перехода, которые взаимодействуют главным образом с системой охлаждающей среды кондиционирования воздуха 118. При выключенном двигателе 120 ранее аккумулированная тепловая энергия используется для обогревания или охлаждения внутреннего пространства автомобиля в попытке поддержать комфортные условия для пассажиров и/или для самого автомобиля. Кроме того, эту тепловую энергию можно отбирать у системы аккумулирования тепловой энергии 112 и обеспечить ее циркуляцию через систему хладагента двигателя 116 либо до, либо после запуска двигателя в работу, чтобы прогреть или охладить двигатель 120 и другие компоненты автомобиля, например аккумуляторную батарею.

Система аккумулирования тепловой энергии 112 имеет модульную конструкцию, содержащую все компоненты, необходимые для работы. Единственное что требуется, так это соединение (системы?) с линиями хладагента 126 и линиями охлаждающей среды 144 автомобиля. Для подачи в салон автомобиля тепловой энергии, аккумулированной в высоко- и низкотемпературных материалах фазового перехода, используется принудительный поток воздуха через устройство передачи 154. Поскольку в данном случае используется принудительный поток воздуха, то устройство передачи 154 должно располагаться так, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение потока воздуха в пространстве автомобиля, которые должны кондиционироваться. Для облегчения процедуры установки устройства передачи 154 необходимо выполнить единственное условие, чтобы устройство располагалось в непосредственной близости от связанных с ним линий хладагента и охлаждающей среды 126 и 144.

Если предусматривается обязательное использование высоко- и низкотемпературного материала фазового перехода, тогда предпочтительным низкотемпературным материалом фазового перехода будет вода, а предпочтительным высокотемпературным материалом фазового перехода будет шестиводный гидрат хлористого кальция. Согласно альтернативным вариантам настоящего изобретения высокотемпературный материал фазового перехода может быть эвтектическая композиция шестиводного гидрата хлористого магния и шестиводный гидрат азотнокислого магния.

Система аккумулирования тепловой энергии 112 включает теплообменник 146, расширительный бачок 148, насос 150, первое устройство аккумулирования тепла 152 и второе устройство аккумулирования тепла 154. Контур передачи 156 соединяет теплообменник 146, расширительный бачок 148, насос 150 и первое и второе устройства аккумулирования тепла 152, 154, чтобы дать возможность передаваемой среде проходить по замкнутому контуру между и через компоненты 146, 148, 150, 152 и 154 системы аккумулирования тепловой энергии 112. Передаваемая среда представлена гликолем. И тем не менее, в качестве передаваемой среды можно также использовать антифриз или другую любую жидкость, имеющую низкую точку замерзания и высокую точку кипения. Контур передачи 156 представлен независимой замкнутой системой и выполняет в системе аккумулирования тепловой энергии 112 функцию контура циркуляции передаваемой среды и передачи энергии.

На фиг. 1 изображена система аккумулирования тепловой энергии 112, которая использует один материал фазового перехода 155 как для высокотемпературных, так и для низкотемпературных применений в одиночном устройстве аккумулирования тепла 152. Устройство аккумулирования тепла 152 имеет боковую стенку контура хладагента 364, которая проходит через корпус 153, чтобы войти в контакт с материалом фазового перехода 155.

Боковая стенка контура хладагента 364 включает змеевик хладагента. Боковая стенка контура передачи 156 включает змеевик гликоли. Боковая стенка контура охлаждающей среды 168 включает змеевик прямого расширения. Змеевик с конфигурацией, приемлемой для этого варианта настоящего изобретения, можно приобрести у фирмы " Астро аэр " из Джаксонвилля, штат Техас.

Хладагент двигателя попадает в устройство аккумулирования тепла 152 через контур хладагента 126 после открытия клапана 160. Высокотемпературный хладагент двигателя циркулирует через боковую стенку контура хладагента 364, находящуюся в непосредственном контактировании с одиночным материалом фазового перехода 155, расположенным в устройстве аккумулирования тепла 152. Хладагент продолжает циркулировать от устройства аккумулирования тепла 152 и возвращается в систему хладагента двигателя 116, чтобы закончить контур циркулирования хладагента. Абсорбированная в материале фазового перехода 155 тепловая энергия удерживается до тех пор, пока не возникнет необходимость в обогревании в связи с отключением двигателя 120.

В течение отвода высокой температуры насос 150 инициирует работу контура передачи 156, содержащего передаваемую среду. Насос 150 обеспечивает движение передаваемой среды внутри замкнутого контура передачи 156 через боковую стенку контура передачи 166 устройства аккумулирования тепла 152 в прямом контакте с материалом фазового перехода 155 в устройстве аккумулирования тепла 152. Проходящая через устройство аккумулирования тепла 152 передаваемая среда абсорбирует тепловой поток из устройства аккумулирования тепла и доводит его до радиатора 221, расположенного внутри границ внутреннего пространства автомобиля, которое необходимо будет кондиционировать. Вентилятор 174 образует поток воздуха поперек змеевика передачи 222, чтобы получить высокотемпературный тепловой эффект от передаваемой среды в процессе обмена тепла с окружающим воздухом из внутреннего пространства автомобиля. Передаваемая среда циклически возвращается в расширительный бачок 148 и насос 150, чтобы продолжить свою циркуляцию.

Согласно предложенной конфигурации охлаждения боковая сторона контура охлаждающей среды 168 устройства аккумулирования тепла 152 установлена параллельно существующей линии жидкой охлаждающей среды 144. Клапан 160 закрывается, чтобы изолировать контур передачи 156 от системы хладагента двигателя 116. В системе аккумулирования тепловой энергии 112 боковая сторона контура охлаждающей среды 118 установлена в прямом контакте с одиночным материалом фазового перехода 155 внутри устройства аккумулирования тепла 152.

После завершения цикла охлаждения аккумулированную в устройстве аккумулирования тепла 152 охлаждающую способность можно будет восстановить посредством инициирования потока передаваемой среды через замкнутый контур передачи 156, о чем уже шла речь выше при описании цикла обогревания. Поток передающей среды через насос 150 и в направлении боковой стороны контура передачи 156 устройства аккумулирования тепла 152 образует поверхность раздела теплообмена с охлажденным материалом фазового перехода 155, чтобы понизить температуру передающей среды еще до момента ее выхода и циркуляции в радиаторе 221. Упомянутая низкотемпературная передающая среда циркулирует через змеевик передачи 222 и подвергается влиянию со стороны потока воздуха, образуемого вентилятором 174. Упомянутый поток воздуха отводится через змеевик передачи 222, чтобы освободить находящуюся в передающей среде охлажденную тепловую энергию и направить ее во внутреннее пространство автомобиля. После этого передающая среда завершает свой цикл через расширительный бачок 148 и насос 150 для продолжающейся циркуляции.

Циркуляцию по контору хладагента 126 через устройство аккумулирования тепла 152 можно использовать для обогревания или охлаждения двигателя 120, аккумуляторной батареи (не показана) и связанных с двигателем компонентов либо до запуска, либо сразу же после запуска или в условиях тяжелой нагрузки двигателя 120. Перемешивание в устройстве аккумулирования тепла 152 посредством мешалки 182 можно поддерживать во всех режимах в течение цикла ввода/вывода, чтобы предотвратить температурную стратификацию и стагнацию материала фазового перехода 155, а также чтобы улучшить эффективность передачи тепла.

На фиг. 2 изображен другой предпочтительный вариант настоящего изобретения. Показанная на фиг. 2 система аккумулирования тепловой энергии 390 включает устройство аккумулирования тепла 392, снабженное боковой стенкой контура хладагента 394, боковой стенкой контура охлаждающей среды 396 и факультативной мешалкой 398. Показанная на фиг. 2 система аккумулирования тепловой энергии 390 идентична по компонентам и принципу работы показанной на фиг. 1 системе аккумулирования тепловой энергии 112 с использованием хладагента двигателя в качестве источника ввода высокой температуры и с использованием охлаждающей среды в качестве источника ввода низкой температуры в одиночный материал фазового перехода 391 в пределах устройства аккумулирования тепла 392. Согласно предпочтительным вариантам настоящего изобретения используемый в системе аккумулирования тепловой энергии 390 одиночный материал фазового перехода 391 будет представлен водой. Основным различием между системой аккумулирования тепловой энергии 112 и системой аккумулирования тепловой энергии 390 является то, что процесс обмена тепла для отвода тепловой энергии в системе аккумулирования тепловой энергии 390 использует конвекционный поток воздуха через устройство аккумулирования тепла 392 в течение цикла вывода. Расположенный около устройства аккумулирования тепла 392 вентилятор 400 образует воздушный поток через устройство аккумулирования тепла 392 в течение циклов вывода.

На фиг. 3 изображен предпочтительный вариант устройства аккумулирования тепла 392. Устройство аккумулирования тепла 392 дополнительно включает первый корпус 393, в котором находится материал фазового перехода 391, и второй корпус 395, закрывающий собой первый корпус 393. По предпочтительным вариантам второй корпус 395 изготовляют из металла или пластмассы. Второй корпус 395 из пластмассы имеет малый вес и обеспечивает изоляционный барьер для материала фазового перехода 391, находящегося в первом корпусе 393.

Первый корпус 393 включает торцевые стенки 383, 385, а второй корпус 395 включает торцевые стенки 402, 403, верхнюю стенку 404 и боковые стенки 405, 406. Зазор 397 между первым корпусом 393 и боковыми стенками 405, 406 и верхней стенкой 404 второго корпуса 395 образует канал для воздушного потока 397, по которому проходит воздушный поток. Кроме того, на торцах устройства аккумулирования тепла 390 расположены первая вентиляционная камера 378 и вторая вентиляционная камера 379, причем первая вентиляционная камера 378 расположена между торцевой стенкой 402 и торцевой стенкой 383, а вторая вентиляционная камера 379 расположена между торцевой стенкой 403 и торцевой стенкой 385.

В верхней части второго корпуса 395 расположены вентиляторы 400. Вентиляторы 400 обеспечивают прохождение потока воздуха от внутренней части автомобиля через отверстия треугольной формы 399, расположенные в донной части первого корпуса 393. Первый корпус 393 имеет шестиугольное сечение, имеющее нижнее V-образное поперечное сечение 380, верхнее V-образное поперечное сечение 381 и прямоугольное поперечное сечение 382 между верхним и нижним V-образными сечениями 380, 381. V-образные поперечные сечения 380, 381 направляют поток воздуха и образуют большую площадь поверхности для воздушного потока с целью контактирования с находящимся в первом корпусе 393 материалом фазового перехода. Поперечное сечение первого корпуса 393 допускает расширение первого корпуса 393 за счет сил, которые образуются в течение расплавления или замораживания материала фазового перехода 391. В альтернативных вариантах настоящего изобретения можно использовать иные формы поперечного сечения.

По предпочтительным вариантам настоящего изобретения боковая сторона контура охлаждающей среды 396 включает в себя змеевик прямого расширения 386, а боковая сторона контура хладагента 394 включает в себя змеевик хладагента 387. Упомянутые змеевики 386, 387 размещаются внутри первого корпуса 393 в непосредственном контактировании с материалом фазового перехода 391.

Змеевики 386, 387 выходят из первого корпуса 393 через торцевую стенку 383. Змеевики 386, 387 монтируются внутри первого корпуса 393 посредством крепления змеевиков 386, 387 к торцевой стенке 383, скольжения первого торца 383 в направлении 388 к фланцу 376 и крепления торцевой стенки 383 к фланцу 376. По альтернативным вариантам настоящего изобретения змеевики 386, 387 можно устанавливать посредством сборки первого корпуса 393, за исключением верхнего V-образного поперечного сечения 381, при этом змеевики сперва устанавливаются внутри первого корпуса 393, а затем верхнее V-образное поперечное сечение 381 приваривается на поперечном сечении прямоугольной формы 382.

Торцевые стенки 383, 385 включают отверстия 389. Идентичные отверстия 401 расположены на торцевых стенках 402, 403 второго корпуса 395, чтобы в случае расположения второго корпуса 395 поверх первого корпуса 393 отверстия 389 и 401 располагались на одной линии и тем самым давали бы возможность потоку воздуха свободно проходить в первую и вторую вентиляционные камеры 378, 379 по направлению 408. В торцевых стенках 402, 403 образована сетка из открытых каналов 377, чтобы также обеспечить свободное прохождение потока воздуха в вентиляционные камеры 378, 379.

Независимо от режима отвода для передачи энергии от материала фазового перехода 391, находящегося внутри устройства аккумулирования тепла 392, в проходящий поток воздуха с помощью вентиляторов 400 образуется конвекционный поток воздуха через канал воздушного потока 397 устройства аккумулирования тепла 392. Впускной поток воздуха со всеми характеристиками внутреннего состояния автомобиля поступает в устройство аккумулирования тепла 392 через отверстия 389, 401 и каналы 377, а затем через вентиляционные камеры этот поток воздуха попадает в отверстия треугольной формы 399. Поток воздуха продолжает свое движение через канал для воздушного потока 397, где он вступает в непосредственный контакт с первым корпусом 393 с целью обмена теплом с материалом фазового перехода 391, а затем возвращается во внутреннее пространство автомобиля в направлении 409, чтобы поддержать нужную температуру. Внутренние и внешние поверхности первого корпуса 393 можно выполнить ребристыми, гофрированными и т.д. с целью повышения эффективности передачи тепла и образования турбулентного потока воздуха.

На верхней V-образной секции 381 расположены с определенным интервалом друг от друга вентиляционные отверстия 407. Упомянутые вентиляционные отверстия 407 понижают давление, образуемое в первом корпусе 393 в связи с расширением материала фазового перехода в момент изменения фаз и температур. Вентиляционные отверстия 407 расположены с таким интервалом друг от друга, чтобы давление можно было сбрасывать даже в случае наклонения устройства аккумулирования тепла 392 Кроме того, материал фазового перехода 391 можно загружать в первый корпус 393 через вентиляционные отверстия 407. Вентиляционные отверстия 407 можно соединить вместе, чтобы иметь одиночное вентиляционное отверстие (не показано) и тем самым исключить вероятность просачивания материала фазового перехода 391 из первого корпуса 393 в случае наклонения устройства аккумулирования тепла 392.

На фиг. 4 - 11 изображены предпочтительные варианты контроллера 184. Показанный на фиг. 4 - 6 первый вариант включает первую схему регулирования ввода 610, которая является частью контроллера 184. Схема регулирования ввода 610 дает возможность пассажиру автомобиля использовать систему кондиционирования воздуха 118 для охлаждения салона автомобиля или для зарядки системы аккумулирования тепловой энергии 112.

Схема регулирования ввода 610 включает в себя переключатель кондиционирования воздуха 612, переключатель ввода аккумулированного тепла 614, реле 616, имеющее нормально замкнутый контакт 618 и нормально открытый контакт 620, соленоидные клапана 138, регулирующие поток охлаждающей среды в испаритель 140, соленоидные клапана 178, регулирующие поток охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии 112, и клапана 160, регулирующие поток хладагента в систему аккумулирования тепловой энергии 112, а также выпускное отверстие обычного компрессора высокого давления 132, впускное отверстие обычного компрессора низкого давления 132 и аварийные выключатели 628 обычного низкотемпературного испарителя 140. Первая схема ввода 610 имеет три следующих различных режима работы.

Первый режим работы схемы регулирования ввода 610 изображен на фиг. 4, когда в процессе работы двигателя автомобиля 120 система кондиционирования воздуха 118 охлаждает салон автомобиля и система аккумулирования тепловой энергии 112 не придает материалу фазового перехода обогревающей или охлаждающей способности. В этом режиме работы переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON (включен), а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции OFF (выключен). Электрический ток проходит через аварийные выключатели 628, чтобы обеспечить нормальное питание током обычной магнитной муфты 630, которая запускает в работу компрессор системы охлаждения 132. Электрический ток также подается в соленоидный клапан 138, чтобы обеспечить свободное прохождение охлаждающей среде к испарителю 140 и тем самым обеспечить охлаждение внутренней части автомобиля в течение периода работы двигателя 120. Поскольку нормально открытый контакт 620 находится в открытом состоянии, то соленоидный клапан 178 не возбуждается током, а следовательно, и охлаждающая среда не попадает в систему аккумулирования тепловой энергии 112. В этом режиме работы система кондиционирования воздуха 118 функционирует в своем обычном режиме с целью охлаждения внутреннего пространства автомобиля в течение всего периода работы двигателя автомобиля 120. Если в схеме 628 выключается какой-либо аварийный выключатель, то обесточивается магнитная муфта 630, а следовательно, выключается из работы также и компрессор 132.

Второй режим работы схемы регулирования ввода 610 показан на фиг. 5, когда в процессе работы двигателя автомобиля 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 аккумулирует низкотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха 118 не охлаждает внутреннее пространство автомобиля. В этом режиме работы переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции охлаждения, а переключатель кондиционирования воздуха 612 может находиться либо в позиции OFF, либо в позиции ON. Электрический ток от переключателя ввода аккумулированного тепла 614 возбуждает реле 616, чтобы открыть нормально замкнутый контакт 618 и закрыть нормально открытый контакт 620. Электрический ток проходит через контакт 620, чтобы обеспечить электропитание магнитной муфты 630 в течение всего периода времени, пока аварийные выключатели 628 находятся в своих нормальных рабочих позициях. Активизация магнитной муфты 630 инициирует срабатывание компрессора охлаждения 132. В этом режиме работы электрический ток обеспечивает срабатывание соленоидного клапана 178, допуская тем самым свободное прохождение потока охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии 112. Соленоидный клапан 138 не будет срабатывать только по той причине, что нормально замкнутый контакт 618 находится в открытом состоянии. В этом режиме работы система кондиционирования воздуха 118 используется только для зарядки системы аккумулирования тепловой энергии 112.

На фиг. 6 показан третий режим работы схемы регулирования ввода 610, когда в процессе работы двигателя автомобиля 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 аккумулирует высокотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха 118 может находиться во включенном или выключенном состоянии. В этом режиме работы переключатель ввода аккумулированного тепла 614 может находиться в позиции "горячий", а переключатель кондиционирования воздуха 612 может находиться либо в позиции ON, либо в позиции OFF. В этом режиме работы происходит возбуждение током соленоидного клапана 160, чтобы обеспечить свободное прохождение хладагента двигателя в систему аккумулирования тепловой энергии 112 с последующим образованием источника высокотемпературной тепловой энергии. Если переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON, тогда срабатывает система кондиционирования воздуха 118, чтобы охладить внутреннее пространство автомобиля во время работы двигателя 120. Функционирование системы кондиционирования воздуха 118 не оказывает никакого влияния на возможность одновременного осуществления цикла обогревания в системе аккумулирования тепловой энергии 112.

На фиг. 7 - 10 показан второй вариант схемы регулирования ввода 640 контроллера 184. Схема регулирования ввода 640 включает переключатель кондиционирования воздуха 612, переключатель ввода аккумулированного тепла 614, соленоидные клапана 138, 160 и 178, а также устройство 628, состоящее из выпускного отверстия компрессора высокого давления 132, впускного отверстия компрессора низкого давления 132 и из аварийных выключателей низкотемпературного испарителя 140. Схема регулирования ввода 640 дополнительно включает в себя реле 642, имеющее контакты 644, 646, 648 и 650, реле 652, имеющее контакты 654, 656, таймер 658 и потенциометр 659, подсоединенный к таймеру 658. Схема регулирования ввода 640 функционирует в следующих четырех различных режимах.

На фиг. 7 показан первый вариант режима работы схемы регулирования ввода 640, когда в процессе работы двигателя автомашины 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 не аккумулирует ни высокотемпературную, ни низкотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха 118 охлаждает внутреннее пространство автомобиля. В этом режиме работы переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON, а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции OFF. Электрический ток проходит через и возбуждает током реле 642, чтобы замкнуть нормально открытые контакты 644, 646 и разомкнуть нормально закрытые контакты 648, 650. Поскольку реле 652 не возбуждено током, то нормально закрытый контакт 654 остается замкнутым. Электрический ток проходит через закрытые контакты 644 и 654, чтобы возбудить электрическим током и открыть соленоидный клапан 138, обеспечивая тем самым свободное прохождение охлаждающей среды в испаритель 140 системы кондиционирования воздуха 118 с помощью упомянутой охлаждающей среды. Электрический ток также используется для возбуждения магнитной муфты 630, чтобы запустить в работу компрессор кондиционирования воздуха 132, если все аварийные выключатели 628 находятся в своих рабочих позициях. Если любой один из аварийных выключателей 628 находится в выключенном состоянии, тогда магнитная муфта 630 снимает возбуждение током и выключает из работы компрессор 132. В этом режиме работы, когда переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции OFF, соленоидные клапана 160, 178 отключаются от источника питания, что собственно и исключает вероятность попадания в систему аккумулирования тепловой энергии 112 либо охлаждающей среды, либо хладагента.

На фиг. 8 показан второй режим работы схемы регулирования ввода 640, когда в процессе работы двигателя автомашины 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 аккумулирует низкотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха 118 охлаждает внутреннее пространство автомобиля. В этом режиме работы переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON, а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции охлаждения. Электрический ток проходит через и возбуждает током реле 642 и 652. Контакты 648, 650 и 654 открываются, а контакты 644, 646 закрываются. Магнитная муфта 630 возбуждается током, чтобы начал функционировать компрессор охлаждающей среды 132, если аварийные выключатели находятся в нормальной рабочей позиции.

Электрический ток проходит через холодный контакт переключателя ввода аккумулированного тепла 614 и контакт 646, чтобы достичь таймера 658. Таймер 658 совершает цикл через непрерывную последовательность открывающегося соленоидного клапана 138 и закрывающегося соленоидного клапана 178, чтобы дать возможность охлаждающей среде свободно проходить в змеевик испарителя 140, и закрывающийся соленоидный клапан 138 и открывающийся соленоидный клапан 178, чтобы дать возможность охлаждающей среде свободно проходить в систему аккумулирования тепловой энергии 112, чтобы обеспечить ввод в систему 112 низкотемпературной энергии. По предпочтительным вариантам настоящего изобретения таймер 658 срабатывает для того, чтобы дать возможность охлаждающей среде свободно проходить в змеевик испарителя 140 в течение 120 секунд, а затем допустить попадание охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии 112 в течение 30 секунд. Этот временной интервал 120 сек / 30 сек сохраняется в течение всего периода, пока переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON, а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции холод. Для изменения временного интервала используется потенциометр 659.

На фиг. 9 показан третий режим работы схемы регулирования ввода 640, когда в течение периода работы двигателя автомобиля 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 будет аккумулировать низкотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха 118 не будет охлаждать внутреннее пространство автомобиля. В этом режиме работы переключатель кондиционера воздуха 612 находится в позиции OFF, а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в позиции холод. Реле 642 не возбуждается электрическим током, а реле 652 возбуждается током и именно поэтому происходит размыкание контактов 644, 646 и 654 и замыкание контактов 648, 650 и 656. Происходит возбуждение электрическим током магнитной муфты 630, чтобы включить в работу компрессор охлаждающей среды 132, если аварийные выключатели 628 находятся в рабочей позиции. Поскольку контакты 646 и 654 разомкнуты, то ни к соленоидному клапану 138, ни к таймеру 658 не поступает электроток. Единственным открытым соленоидным клапаном будет соленоидный клапан 178, что и обеспечивает непрерывный поток охлаждающей среды в систему аккумулирования тепловой энергии 112.

На фиг. 10 показан четвертый режим работы схемы регулирования ввода 640, когда в течение периода работы двигателя 120 система аккумулирования тепловой энергии 112 будет аккумулировать высокотемпературную тепловую энергию, а система кондиционирования воздуха либо может, либо не может охлаждать внутреннее пространство автомобиля. В этом режиме работы переключатель кондиционирования воздуха 612 может находиться либо в позиции ON, либо в позиции OFF, а переключатель ввода аккумулированного тепла 614 находится в положении "горячий". В соленоидный клапан 160 подается электроток и он открывается, чтобы образовать маршрут потока хладагента в систему аккумулирования тепловой энергии 112 для создания источника высокотемпературной тепловой энергии. Если переключатель кондиционирования воздуха 612 находится в позиции ON, тогда система кондиционирования воздуха 118 срабатывает одновременно с вводом высокой температуры системы аккумулирования тепловой энергии 112.

Схема регулирования ввода 640 дает возможность водителю автомобиля вводить в систему аккумулирования тепловой энергии высоко- или низкотемпературную тепловую энергию при одновременном функционировании системы обогревания 116 или системы охлаждения 118, чтобы либо обогреть, либо охладить внутреннее пространство автомобиля.

На фиг. 11 показана схема регулирования отвода 670, которая является частью контроллера 184. Схема регулирования отвода 670 включает схему регулирования зажигания 672, схему регулирования вентилятора 674 и схему регулирования термостата 676 для функционирования термостата 678. Схема регулирования отвода дополнительно включает вентиляторы 174, реле 680, имеющее контакт 682, реле 684, имеющее контакты 686, 688, и переключатель отвода 690.

Во время работы двигателя автомобиля 120 схема регулирования зажигания 672 обеспечивает электропитание реле 680, чтобы разомкнуть контакт 682 и обесточить источник питания вентиляторов 174, чтобы гарантировать, что во время работы двигателя 120 поток не будет проходить мимо устройства аккумулирования тепла. После выключения двигателя 120 водитель автомобиля может выбрать позицию переключателя отвода 690 из OFF, горячо или холодно. Если переключатель отвода 690 находится в позиции OFF, то в этом случае вентиляторы 174 не работают.

Все варианты настоящего изобретения могут включать систему управления, чтобы дать возможность хранимой в системе аккумулирования тепловой энергии низкотемпературной тепловой энергии пополнять радиатор в системе хладагента, чтобы исключить вероятность перегрева двигателя 120 в течение экстремальных нагрузок. Например, это может оказаться необходимым тогда, когда автомобиль идет на подъем в жаркий день. Эту же систему управления можно использовать для обогревания двигателя автомобиля 120, аккумуляторной батареи и компонента двигателя перед моментом запуска двигателя 120 в работу.

Все варианты настоящего изобретения можно использовать в широком диапазоне автотранспортных средств, включая электрические автотранспортные средства, гибридные электрические автотранспортные средства, автотранспортные средства с обычными двигателями внутреннего сгорания и в зданиях. Кроме того, все варианты настоящего изобретения могут вводить тепло или холод посредством их соединения с бойлерами, печами, источниками электрического тока, обогревающими и охлаждающими системами, энергосистемами зданий и т.д.

Все материалы фазового перехода для всех вариантов могут демонстрировать заметные и/или скрытые тепловые способности, а также особенности фазового перехода в зависимости от температур фазового перехода и диапазонов рабочей температуры системы.

Для специалистов в данной области совершенно очевидно, что возможны различные изменения и модификации в тех элементах системы, которые описаны выше. Например, можно с одинаковым успехом использовать и другие передающие жидкости и среды аккумулирования тепла, а не только те, что были описаны выше. Более того, согласно изобретению можно использовать различные заменители для клапанов и насосов и/или дополнительных клапанов или насосов, показанных на чертежах. Кроме того, согласно настоящему изобретению в автотранспортное средство можно добавлять и другие устройства и/или системы аккумулирования тепловой энергии.

Во всех описанных вариантах ссылочная позиция 184 обозначает контроллер. Этот контроллер 184 регулирует режим работы описанных насосов, вентиляторов, соленоидных клапанов и смесителей во всех описанных вариантах.

Хотя изобретение детально описано со ссылкой на конкретные предпочтительные варианты, однако в пределах объема и сущности изобретения, которые определены в нижеследующей формуле изобретения, возможны различные изменения и модификации.

Изобретение относится к устройствам теплообмена и теплопередачи. Система предназначена для работы в режимах аккумулирования и отвода обогревающей среды и в режимах аккумулирования и отвода охлаждающей среды для поддержания в салоне автомобиля температуры. Каждый режим работы включает цикл ввода тепла и цикл отвода тепла. Система 112 аккумулирования тепловой энергии сообщается с системой 118 кондиционирования воздуха автомобиля, включающей в себя компрессор с системой 116 хладагента автомобиля, включающей в себя двигатель 120 автомобиля. Система 112 аккумулирования тепловой энергии содержит устройство аккумулирования тепла, включающее в себя материал 155 аккумулирования тепловой энергии, который хранит тепловую энергию. Устройство аккумулирования тепла соединено с системой 118 кондиционирования воздуха и с системой 116 хладагента, чтобы охлаждающая среда или хладагент проходили через устройство аккумулирования тепла в теплопередающей зависимости с материалом 155 аккумулирования тепловой энергии. Изобретение направлено на повышение комфортабельности в салоне автомобиля. 2 с. и 26 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система аккумулирования тепловой энергии, обеспечивающая возможность работы по меньшей мере в одном из режимов - нагрева и охлаждения -, для поддержания температуры в салоне автомобиля, причем каждый режим предусматривает реализацию цикла накопления тепла и цикла отбора тепла, а сама система аккумулирования тепловой энергии связана с по меньшей мере одной из систем: системой кондиционирования воздуха, включающей компрессор, и системой охлаждения автомобиля, включающей обогреватель, при этом упомянутая система аккумулирования тепловой энергии содержит по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла, выполненное обеспечивающим сохранение аккумулирующего тепловую энергию вещества, позволяющего аккумулировать тепловую энергию, причем это по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла связано с по меньшей мере одной из систем - системой кондиционирования воздуха и системой охлаждения -, таким образом, чтобы по меньшей мере один из потоков - поток хладагента и поток охлаждающей среды -, имел возможность протекания через устройство аккумулирования тепла по змеевику непосредственной компенсации, пребывающему в непосредственном контакте с аккумулирующим тепловую энергию веществом, и вентилятор, расположенный рядом с по меньшей мере одним устройством аккумулирования тепла, для формирования потока воздуха через устройство аккумулирования тепла для обмена тепловой энергией с устройством аккумулирования тепла. 2. Система аккумулирования тепловой энергии по п.1 дополнительно содержит контур охлаждающей среды для обеспечения циркуляции охлаждающей среды между по меньшей мере одним устройством аккумулирования тепла и компрессором системы кондиционирования воздуха и контур хладагента для обеспечения циркуляции хладагента между по меньшей мере одним устройством аккумулирования тепла и обогревателем в системе хладагента. 3. Система аккумулирования тепловой энергии по п.2, в которой по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла включает часть контура охлаждающей среды, пребывающую в сообщении с остальным контуром охлаждающей среды, и часть контура хладагента, расположенную рядом с частью контура охлаждающей среды и находящуюся в сообщении с остальным контуром хладагента. 4. Система аккумулирования тепловой энергии по п.3, в которой часть контура хладагента включает змеевик хладагента, связанный с контуром хладагента и находящийся в непосредственном контакте с аккумулирующим тепловую энергию веществом, при этом хладагент поступает по змеевику хладагента от обогревателя, выполняя роль высокотемпературного источника нагрева для аккумулирующего тепловую энергию вещества. 5. Система аккумулирования тепловой энергии по п.3, в которой по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла содержит первый корпус, включающий часть контура охлаждающей среды и часть контура хладагента, и второй корпус, окружающий первый корпус. 6. Система аккумулирования тепловой энергии по п.3, в которой по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла выполнено включающим средства для уменьшения стратификации температур и стагнации вещества, а также для улучшения процесса теплопередачи в аккумулирующем тепловую энергию веществе. 7. Система аккумулирования тепловой энергии по п.6, в которой средства для уменьшения стратификации и стагнации выполнены в виде средств перемешивания. 8. Система аккумулирования тепловой энергии по п.1, в которой по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепловой энергии включает первый корпус, содержащий аккумулирующее тепловую энергию вещество, и второй корпус, окружающий первый корпус. 9. Система аккумулирования тепловой энергии по п.8, в которой первый корпус включает противолежащие торцевые стенки, а второй корпус включает первую и вторую торцевые стенки, верхнюю стенку и противолежащие боковые стенки, при этом второй корпус размещен с возможностью обеспечения между его боковыми и верхней стенками и первым корпусом зазора. 10. Система аккумулирования тепловой энергии по п.9, в которой в зазоре между первым и вторым корпусами образован канал для прохождения потока воздуха. 11. Система аккумулирования тепловой энергии по п.8, в которой во втором корпусе предусмотрены средства вентиляции. 12. Система аккумулирования тепловой энергии по п.1, в которой устройство аккумулирования тепловой энергии для салона автомобиля содержит первый контур хладагента, содержащий двигатель и змеевик обогревателя с горячим хладагентом, поступающим от двигателя на змеевик обогревателя для сообщения змеевику обогревателя положительного теплового потенциала, главный контур кондиционирования воздуха, содержащий компрессор, конденсатор, приемник для охлаждающей среды, измерительный прибор, испаритель и первое средство, предназначенное для прерывания потока охлаждающей среды, поступающего на испаритель, и предназначенное для сообщения испарителю отрицательного теплового потенциала, воздуховод и вентилятор для подачи воздуха в автомобиль, причем воздуховод снабжен впускным и выпускным отверстиями, а змеевик обогревателя и испаритель расположены в воздуховоде, устройство аккумулирования тепловой энергии, включающие замкнутый объем аккумулирующего тепловую энергию вещества, предназначенное для аккумулирования по меньшей мере одного из потенциалов: положительного теплового потенциала и отрицательного теплового потенциала, змеевик непосредственной компенсации охлаждающей среды для сообщения отрицательного теплового потенциала в течение цикла накопления отрицательного теплового потенциала аккумулирующей тепло среде, змеевик хладагента для сообщения положительного теплового потенциала в течение цикла накопления положительного теплового потенциала аккумулирующей тепло среде, и вентилятор, выполненный обеспечивающим формирование потока воздуха для восстановления и использования теплового потенциала из средства аккумулирования тепловой энергии для кондиционирования воздуха и для возврата кондиционированного воздуха в салон автомобиля в течение цикла отбора теплового потенциала, дополнительный контур охлаждающей среды, содержащий упомянутый змеевик непосредственной компенсации охлаждающей среды, находящийся в непосредственном контакте с аккумулирующей тепло средой для сообщения отрицательного теплового потенциала аккумулирующей тепло среде, причем дополнительный контур охлаждающей среды выполнен связанным с компрессором конденсатором и приемником охлаждающей среды главного контура кондиционирования воздуха для подачи потока охлаждающей среды на змеевик непосредственной компенсации, и вторые средства для прерывания потока, поступающего на змеевик непосредственной компенсации, второй контур хладагента для формирования потока горячего хладагента, поступающего к аккумулирующей тепло среде, причем второй контур хладагента включает третьи средства для прерывания подачи горячего хладагента во второй контур хладагента и эти третьи средства выполнены обеспечивающими гидравлическое сообщение с первым контуром хладагента, первые средства управления кондиционированием воздуха для приведения в действие компрессора и упомянутых первых средств и систему управления для выбора первого режима накопления тепловой энергии и приведения в действие компрессора и упомянутых вторых средств для аккумулирования отрицательного теплового потенциала или второго режима накопления тепловой энергии и приведения в действие упомянутых третьих средств во втором контуре хладагента для аккумулирования положительного теплового потенциала и для отключения вторых и третьих средств в отсутствие реализации режима накопления. 13. Система аккумулирования тепловой энергии по п.12 дополнительно содержит первый корпус для сохранения аккумулирующего тепловую энергию вещества и второй корпус, выполненный с образованием зазора между первым и вторым корпусами, при этом вентилятор выполнен обеспечивающим направление потока воздуха в область зазора, непосредственно контактирующую с первым корпусом, и отвод воздуха из периферийной области устройства аккумулирования тепла. 14. Система аккумулирования тепловой энергии по п.12 дополнительно содержит контур передачи, включающий первый змеевик теплообмена, пребывающий в теплообменном контакте с аккумулирующей тепло средой, второй змеевик теплообмена для сообщения теплового потенциала салону автомобиля, схему с насосом для обеспечения циркуляции теплообменной среды между первым и вторым змеевиками теплообмена и вентилятор, выполненный обеспечивающим направление потока воздуха через второй змеевик теплообмена для кондиционирования воздуха и возврата кондиционированного воздуха в салон автомобиля в течение цикла отбора. 15. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14, в которой аккумулирующая тепло среда содержит аккумулирующее тепловую энергию вещество. 16. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14 дополнительно содержит вторые средства управления для предотвращения отбора аккумулированного теплового потенциала при работающем двигателе и для разрешения реализации цикла отбора аккумулированного тепла при выключении двигателя. 17. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14 дополнительно содержит третьи средства управления, расположенные с возможностью обеспечения доступа к ним оператора автомобиля для разрешения реализации цикла отбора аккумулированного тепла. 18. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14 дополнительно содержит средства измерения температуры для приведения в действие и отключения в зависимости от температуры в салоне автомобиля, вентилятора средств аккумулирования тепловой энергии в течение цикла отбора тепловой энергии. 19. Система аккумулирования тепловой энергии по п.14 дополнительно содержит средства измерения температуры для приведения в действие и отключения в зависимости от температуры в салоне автомобиля вентилятора средств аккумулирования тепловой энергии и насоса схемы для обеспечения циркуляции теплообменной среды между первым и вторым змеевиками теплообмена в течение цикла отбора тепловой энергии. 20. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14 дополнительно содержит предохранительные средства для отключения компрессора в моменты времени, когда по меньшей мере одно из давлений всасывания охлаждающей среды в компрессоре снижается ниже предварительного заданного давления, когда давление на выходе компрессора увеличивается свыше предварительно заданного давления и когда температура всасывания охлаждающей среды снижается ниже предварительно заданной температуры. 21. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14 дополнительно содержит четвертые средства управления для отключения первых средств для прерывания потока охлаждающей среды, поступающего на испаритель главного контура кондиционирования воздуха, в моменты времени, когда первые средства управления и вторые средства управления кондиционированием воздуха приводятся в действие для аккумулирования отрицательного теплового потенциала в средствах аккумулирования тепловой энергии с сохранением вторых средств в открытом состоянии для накопления в средствах аккумулирования тепловой энергии отрицательного теплового потенциала. 22. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14, в которой система управления включает таймер для поочередного приведения в действие первых средств для разрешения прохождения потока охлаждающей среды на испаритель главного контура кондиционирования воздуха и вторых средств для разрешения прохождения потока охлаждающей среды в дополнительный контур охлаждения. 23. Система аккумулирования тепловой энергии по любому из пп.12 - 14, в которой система управления включает пятые средства управления для приведения в действие и отключения третьих средств для аккумулирования положительного теплового потенциала. 24. Система для кондиционирования воздуха внутри автомобиля, в котором предусмотрены пространство оператора для управления автомобилем и спальный салон для отдыха в автомобиле, при этом система содержит главную систему кондиционирования воздуха, включающую конденсатор, змеевик испарителя, компрессор, управляемый двигателем автомобиля для обеспечения циркуляции охлаждающей среды между конденсатором и змеевиком испарителя, по меньшей мере один вентилятор для принудительного формирования потока воздуха через змеевик испарителя для создания первого потока охлажденного воздуха, систему воздуховода для передачи первого потока охлажденного воздуха к пространству оператора в автомобиле, дополнительную систему кондиционирования воздуха, включающую по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла, выполненное обеспечивающим сохранение аккумулирующего тепловую энергию вещества, при этом упомянутое по меньшей мере одно устройство аккумулирования тепла связано с главной системой кондиционирования воздуха и обеспечивает возможность протекания охлаждающей среды через устройство аккумулирования тепла в условиях реализации процесса теплопередачи между этой средой и аккумулирующим тепловую энергию веществом для охлаждения аккумулирующего тепловую энергию вещества, по меньшей мере один вентилятор для принудительного формирования потока воздуха для обеспечения обмена тепловой энергией с устройством аккумулирования тепла и создания второго потока охлажденного воздуха, причем второй поток охлажденного воздуха выводится в спальный салон автомобиля. 25. Система по п.24, в которой устройство аккумулирования тепла расположено в самом спальном салоне автомобиля. 26. Система по п.25, в которой устройство аккумулирования тепла включает компенсационный змеевик для пропускания охлаждающей среды через устройство аккумулирования тепла, при этом компенсационный змеевик пребывает в непосредственном контакте с аккумулирующим тепловую энергию веществом. 27. Система по п.26, в которой по меньшей мере один вентилятор дополнительной системы кондиционирования воздуха может быть использован в условиях работающего двигателя автомобиля. 28. Система по п.26, в которой по меньшей мере один вентилятор дополнительной системы кондиционирования воздуха может быть использован в условиях неработающего двигателя автомобиля.