Устройство аккумулирования тепловой энергии для салона автомобиля

Устройство аккумулирования тепловой энергии для салона автомобиля

Реферат

 

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.

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