机动车气候控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种可在冬季模式和夏季模式操作的车辆气候控制系统，该系统包括发动机废气驱动的热导热流体（HTF）回路，其在冬季模式下与加热器芯连接来为车厢提供加热，存储在热HTF回路中的独立的热相变材料（PCM）电池中的热能可在发动机启动前或启动时提供急速加热。热HTF回路和冷HTF回路包括在夏季模式下驱动两个吸收器的HTF冷却器，从而与包括冷凝器、蒸发器、膨胀阀和独立的冷PCM电池的制冷剂回路一起为车厢提供冷却。存储在独立的冷PCM电池中的热能可在发动机启动时或启动前提供急速冷却。

【技术实现步骤摘要】
机动车气候控制系统相关专利的交叉引用本申请要求于2012年08月27日提交的美国专利申请第61/693,728号的优先权，其内容结合于此作为参考。
本专利技术总的来说涉及一种用于可在冬季模式和夏季模式下操作的机动车气候控制系统的方法和系统，其中发动机废热驱动包括热相变材料电池的热导热流体回路（hotheattransferfluidcircuit），以在冬季模式下通过加热器芯为车厢提供加热，并且该热导热流体回路和包括导热流体冷却器的冷导热流体回路在夏季模式中驱动两个吸收器，从而与包括冷凝器、蒸发器、膨胀阀以及冷相变材料电池的制冷回路一起为车厢提供冷却。
技术介绍
在一些机动车空调系统中，会采用热吸收来代替压缩。热吸收空调系统采用化学吸收剂（如沸石、硅胶和活性炭）而不是机械压缩机，并且通过热能而不是机械做功来驱动。例如，机动车中的热吸收空调系统可通过来自车辆发动机的废热驱动，而在很多传统空调系统中使用的压缩机可通过发动机曲轴驱动并会对发动机施加载荷。因此，采用热吸收代替压缩机的空调系统可有利降低发动机负载和油耗。热吸收空调系统的一个工作循环包括：将制冷剂（例如，水）吸收到固体吸收剂上（例如，沸石）（本文将其称为“吸收模式”），随后将制冷剂自吸收剂解吸（本文将其称为“解吸模式”）。该过程可发生在被称为吸收器的金属罐中。在吸收模式中，吸收剂被主动冷却，例如通过低温导热流体（HTF）。吸收剂的冷却产生吸力，使汽化的制冷剂被吸入吸收器并被吸收剂所吸收。在一般应用中，制冷剂通过吸力自蒸发器吸入吸收剂，使其从蒸发器汽化，从而冷却蒸发器。相反，在解吸模式中，吸收剂被主动加热，例如通过热HTF。吸收剂的加热引起制冷剂自吸收剂解吸。在一般应用中，制冷剂从吸收剂解吸后流入冷凝器，使其在冷凝器中冷凝，从而加热冷凝器。美国专利2011/0005267描述了一种机动车空调系统，其包括以上述方式与冷凝器和蒸发器一起工作的热吸收热泵。该热吸收热泵由发动机废热驱动，并包括至少两个循环且异步地吸收和解吸制冷剂的吸收器。在一个实施例中，该系统包括三个工作的流体循环：用于加热/冷却吸收器的HTF循环，其中工作流体为矿物油基HTF；完全在车厢外部的吸收循环，其中，工作流体可以是NH3；以及将热量自车厢转移至吸收循环（通过内循环换热器）的制冷剂循环，其中，工作流体可以是R-134a。HTF循环加热/冷却吸收器以引起吸收器内部的吸收剂的吸收/解吸。用于吸收模式的冷HTF由HTF冷却器提供，用于解吸模式的热HTF由HTF加热器提供。在相变材料（PCM）中存储废热的储热器与HTF加热器连接。吸收循环包括从吸收器中的吸收剂吸收/解吸的NH3。在发动机关闭后，存储在储热器中的热量用于将吸收剂中的NH3解吸至储存器。储存在储存器中的NH3然后用于在发动机冷启动后提供“急速冷却”，同时HTF循环中的HTF仍被加热，以开始吸收器的热循环及泵送制冷剂。为了给车厢提供冷却，换热器与制冷剂循环和吸收剂循环连接。在换热器中，来自制冷剂循环的R-134a冷凝，同时来自吸收剂循环的NH3蒸发。制冷剂循环进一步包括与车厢连通的R-134a蒸发器，以通过鼓风机为车厢提供冷却。然而，专利技术人发现了上述系统的多种问题。为了在发动机启动时提供急速冷却，在上述系统中，NH3储存在加压储存器中。即使忽略与存储加压NH3相关的安全风险，加压储存器在材料方面和占用车辆空间方面成本较高。此外，为了存储足够的NH3以满足高温天气条件下的急速冷却需要，所需储存器可能非常大。此外，因加压NH3储存器的限制，不可能减小系统中使用的吸收器的尺寸，因此不可能提高吸收器的工作效率和/或确保系统可组装在机动车中。
技术实现思路
为了解决这些问题以及其它问题，专利技术人在此提出了一种气候控制系统及其操作方法，该系统将热吸收与独立的冷PCM电池和独立的热PCM电池进行结合。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于车辆气候控制系统的方法，包括：在夏季模式期间，利用热导热流体（HTF）回路中被发动机废气加热的HTF和冷HTF回路中被HTF冷却器冷却的HTF驱动第一吸收器和第二吸收器，以及为与吸收器连通的独立的冷相变材料（PCM）电池储能；以及在冬季模式期间，将热HTF回路与加热器芯连接。优选地，该方法还包括：在夏季模式和冬季模式期间，为布置在热HTF回路中的独立的热PCM电池储能。优选地，该方法还包括：在夏季模式期间，将第一吸收器和第二吸收器在吸收模式与解吸模式之间异步地切换，处于吸收的吸收器吸收来自布置在冷PCM电池下游的蒸发器的制冷剂，处于解吸的吸收器将制冷剂解吸至布置在热膨胀阀上游的冷凝器，同时基于工作条件控制冷PCM电池旁通阀。优选地，该方法还包括：在夏季模式期间，通过利用鼓风机将车厢空气或环境空气导过蒸发器并将冷却的空气导入车辆的车厢来冷却车厢；以及在冬季模式期间，通过利用鼓风机将车厢空气或环境空气导过加热器芯并将加热的空气导入车厢来加热车厢。优选地，该方法还包括：在夏季模式和冬季模式期间，基于工作条件控制热PCM电池旁通阀。优选地，该方法还包括：在夏季模式期间，如果所需的车厢冷却大于吸收器的冷却能力，则关闭冷PCM电池旁通阀；以及如果所需的车厢冷却不大于吸收器的冷却能力，则基于冷PCM电池的储能状态控制冷PCM电池旁通阀的打开程度。优选地，该方法还包括：在夏季模式和冬季模式期间，如果热HTF回路中的HTF需要额外的加热，则关闭热PCM电池旁通阀；以及如果热HTF回路中的HTF不需要额外的加热，则基于热PCM电池的储能状态控制热PCM电池旁通阀的打开程度。优选地，该方法还包括：在夏季模式下关闭发动机后，利用来自热PCM电池的HTF使两个吸收器解吸一段时间；以及在发动机下次启动时或启动之前，利用来自冷PCM电池的HTF使两个吸收器在急速冷却模式下吸收一段时间。优选地，该方法还包括：在冬季模式下发动机启动时或启动之前，将来自热PCM电池的HTF在急速加热模式下导入加热器芯持续一段时间。优选地，该方法还包括：响应于用户的远程控制在发动机启动之前启动急速冷却模式或急速加热模式。优选地，该方法还包括：在不使用发动机冷却液或发动机驱动的压缩机的情况下，利用夏季模式、冬季模式、急速冷却模式以及急速加热模式调节车厢空气。根据本专利技术的另一方面，提供了一种车辆气候控制系统，包括：至少两个在夏季模式期间在吸收模式与解吸模式之间切换的吸收器；在制冷剂回路中布置在蒸发器上游且在膨胀阀和冷凝器的下游的独立的冷相变材料（PCM）电池；在冬季模式下可与加热器芯连接、在夏季模式下可与吸收器连接的独立的热PCM电池。优选地，该系统还包括：热导热流体（HTF）回路和冷HTF回路，热HTF回路包括废热收集器和热PCM电池，冷HTF回路包括HTF冷却器，其中，系统不包括发动机冷却液或发动机驱动的压缩机。优选地，该每个吸收器均包括与吸收剂热连接的一个或多个翅片管，并且来自热HTF回路或冷HTF回路的HTF基于系统的工作模式流过每个吸收器的翅片管。根据本专利技术的又一方面，提供了一种用于操作车辆气候控制系统的方法，包括：在夏季模式期间，通过热吸收冷却制冷剂并根据需要通过冷相变材料（PCM）电池对制冷剂提供额外的冷却；在夏季模式和冬季模式期间，通过在夏季模式和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于车辆气候控制系统的方法，包括：在夏季模式期间，利用热导热流体（HTF）回路中被发动机废气加热的HTF和冷HTF回路中被HTF冷却器冷却的HTF驱动第一吸收器和第二吸收器，以及为与吸收器连通的独立的冷相变材料（PCM）电池储能；以及在冬季模式期间，将所述热HTF回路与加热器芯连接。

【技术特征摘要】
2012.08.27 US 61/693,728;2013.01.11 US 13/739,8171.一种用于车辆气候控制系统的方法，包括：在夏季模式期间，利用热导热流体(HTF)回路中被发动机废气加热的导热流体和冷导热流体回路中被导热流体冷却器冷却的导热流体驱动第一吸收器和第二吸收器，以及为与吸收器连通的独立的冷相变材料(PCM)电池储能；以及在冬季模式期间，将所述热导热流体回路与加热器芯连接。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述夏季模式和所述冬季模式期间，为布置在所述热导热流体回路中的独立的热相变材料电池储能。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：在所述夏季模式期间，将所述第一吸收器和所述第二吸收器在吸收模式与解吸模式之间异步地切换，处于吸收的吸收器吸收来自布置在所述冷相变材料电池下游的蒸发器的制冷剂，处于解吸的吸收器将制冷剂解吸至布置在热膨胀阀上游的冷凝器，同时基于工作条件控制冷相变材料电池旁通阀。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在所述夏季模式期间，通过利用鼓风机将车厢空气或环境空气导过所述蒸发器并将冷却的空气导入所述车辆的车厢来冷却所述车厢；以及在所述冬季模式期间，通过利用鼓风机将车厢空气或环境空气导过所述加热器芯并将加热的空气导入所述车厢来加热所述车厢。5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在所述夏季模式和所述冬季模式期间，基于工作条件控制热相变材料电池旁通阀。6.根据权利要求5所述的方法，还包括：在所述夏季模式期间，如果所需的车厢冷却大于所述吸收器的冷却能力，则关闭所述冷相变材料电池旁通阀；以及如果所需的车厢冷却不大于所述吸收器的冷却能力，则基于所述冷相变材料电池的储能状态控制所述冷相变材料电池旁通阀的打开程度。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在所述夏季模式和所述冬季模式期间，如果所述热导热流体回路中的导热流体需要额外的加热，则关闭所述热相变材料电池旁通阀；以及如果所述热导热流体回路中的导热流体不需要额外的加热，则基于所述热相变材料电池的储能状态控制所述热相变材料电池旁通阀的打开程度。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：在所述夏季模式下关闭发动机后，利用来自所述热相变材料电池的导热流体使两个所述吸收器解吸一段时间；以及在发动机下次启动时或启动之前，利用来自所述冷相变材料电池的导热流体使两个所述吸收器在急速冷却模式下吸收一段时间。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述冬季模式下发动机启动时或启动之前，将来自所述热相变材料电池的导热流体在急速加热模式下导入所述加热器芯持续一段时间。10.根据权利要求9所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：富尔坎·扎法尔·谢赫，迈克尔·莱文，丹里奇·亨利·德米特罗夫，唐纳德·马施，詹姆斯·帕特里克·奥尼尔，
申请(专利权)人：福特环球技术公司，
类型：发明
国别省市：