ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Настоящее изобретение в целом относится к системам отопления/охлаждения транспортного средства, и в частности, к системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха транспортного средства с комбинированным теплообменником для отопления и охлаждения внутренней области транспортного средства.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Широко известно, что следует использовать вспомогательные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) в транспортных средствах. Такие системы могут включать в себя контуры CO₂ в них, которые работают под высокими давлениями. Даже когда частично расположены в пассажирском отделении транспортного средства, должен осуществляться дополнительный уход для защиты занимающих места людей в транспортном средстве от повреждений, связанных с системами высокого давления. Результирующий выпуск CO₂ в пассажирском отделении мог бы приводить к вытеснению кислорода за короткий период времени. Соответственно, существует необходимость устранить потребность в дополнительном уходе и проблемы, связанные с такими системами.

Это может достигаться посредством перемещения контура(ов) CO₂ полностью за пределы пассажирского отделения транспортного средства. Контур хладагента более низкого давления мог бы использоваться в пассажирском отделении. Комбинированный теплообменник в контуре хладагента мог бы использоваться в связи с источником тепла для обеспечения охлаждения и отопления в пассажирском отделении.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с целями и выгодами, описанными в материалах настоящего описания, предусмотрено транспортное средство, содержащее систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для отопления и охлаждения пассажирского отделения. Транспортное средство может быть в общих чертах описано в качестве содержащего контур CO₂, расположенный в моторном отсеке, контур хладагента, расположенный по меньшей мере частично в пассажирском отделении, первый теплообменник, расположенный в моторном отсеке, для переноса тепла от хладагента в контуре хладагента к CO₂ в контуре CO₂, насос для перемещения хладагента в контуре хладагента, второй теплообменник в охлаждающем контуре для повышения или понижения температуры воздуха в пассажирском отделении и первый и второй клапаны для управления перемещением хладагента через второй теплообменник и контур нагретого хладагента.

В еще одном возможном варианте осуществления, контур нагретого хладагента включает в себя источник тепла для подогрева хладагента в резервуаре хладагента.

В кроме того еще одном возможном варианте осуществления, второй теплообменник является теплообменником из хладагента в воздух. В еще одном другом, второй теплообменник используется в режиме обогрева для повышения температуры воздуха в пассажирском отделении. В еще одном возможном варианте осуществления, второй теплообменник используется в режиме охлаждения для понижения температуры воздуха в пассажирском отделении.

В кроме того еще одном возможном варианте осуществления, контур нагретого хладагента включает в себя источник тепла для подогрева хладагента в резервуаре хладагента.

В еще одном возможном варианте осуществления, первое количество хладагента, управляемое первым клапаном, перемещаясь через второй теплообменник из первого теплообменника, и второе количество хладагента, управляемое вторым клапаном, перемещаясь через второй теплообменник из контура нагретого хладагента, по меньшей мере частично определяют температуру воздуха в пассажирском отделении.

В кроме того еще одном возможном варианте осуществления, электрическое расширительное устройство используется для управления количеством и температурой CO₂, поступающего в первый теплообменник.

В одном из других возможных вариантов осуществления, первый клапан направляет первую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника, через второй теплообменник, и вторую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника, через резервуар хладагента, а второй клапан обеспечивает протекание первой и второй частей хладагента из второго теплообменника и резервуара хладагента обратно в первый теплообменник в режиме охлаждения.

В еще одном возможном варианте осуществления, первый клапан направляет хладагент, протекающий из первого теплообменника, через резервуар хладагента, а второй клапан обеспечивает протекание первой части хладагента из резервуара хладагента обратно в первый теплообменник, а второй части хладагента через второй теплообменник обратно в первый клапан в режиме обогрева.

В еще одном другом возможном варианте осуществления, первый клапан направляет первую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника, через второй теплообменник, и вторую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника, через резервуар хладагента, а второй клапан обеспечивает протекание первой части хладагента из второго теплообменника обратно в первый теплообменник, и по меньшей мере третьей части из второй части хладагента из резервуара хладагента через второй теплообменник.

В еще одном возможном варианте осуществления, транспортное средство, содержащее систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для отопления и охлаждения пассажирского отделения, включает в себя контур CO₂, расположенный в моторном отсеке, контур хладагента, включающий в себя насос для циркуляции хладагента внутри контура хладагента, первый теплообменник для переноса тепла от хладагента к CO₂, перемещающийся в контуре CO₂, для переохлаждения хладагента, второй теплообменник в контуре хладагента для изменения температуры воздуха в пассажирском отделении, первый клапан в контуре хладагента для управления потоком переохлажденного хладагента из первого теплообменника через второй теплообменник и контур нагретого хладагента, и второй клапан в контуре хладагента для управления потоком хладагента из контура нагретого хладагента через второй теплообменник и первый теплообменник,

В кроме того еще одном возможном варианте осуществления, контур нагретого хладагента включает в себя резервуар и источник тепла для нагревания хладагента, протекающего через резервуар.

В кроме того еще одном другом возможном варианте осуществления, второй теплообменник является теплообменником из хладагента в воздух.

В одном из других возможных вариантов осуществления, первый клапан направляет весь поток переохлажденного хладагента из первого теплообменника через второй теплообменник в режиме охлаждения, чтобы понижать температуру воздуха в пассажирском отделении.

В еще одном возможном варианте осуществления, первый клапан направляет по меньшей мере часть потока переохлажденного хладагента из первого теплообменника через контур нагретого хладагента, а второй клапан направляет по меньшей мере часть потока хладагента из контура нагретого хладагента через второй теплообменник в режиме обогрева, чтобы повышать температуру в пассажирском отделении. В еще одном, второй теплообменник и резервуар расположены параллельно.

В соответствии с целями и выгодами, описанными в материалах настоящего описания, предусмотрен способ управления температурой воздуха в пассажирском отделении транспортного средства, содержащего теплообменник из хладагента в воздух, расположенный в пассажирском отделении. Способ может быть в общих чертах описан в качестве содержащего этапы: (a) нагнетания хладагента через контур хладагента, содержащий резервуар нагретого хладагента параллельно с теплообменником из хладагента в воздух; (b) переноса тепла от хладагента, протекающего в контуре хладагента, к CO₂, протекающий в контуре CO₂, контур CO₂ расположен в моторном отсеке транспортного средства, для переохлаждения части хладагента; (c) управления потоком хладагента, в том числе, переохлажденной частью хладагента, через резервуар нагретого хладагента и теплообменник из хладагента в воздух; и (d) перемещения воздуха через теплообменник из хладагента в воздух, чтобы изменять температуру воздуха, поступающего в пассажирское отделение.

В одном из возможных вариантов осуществления, этап управления включает в себя направление переохлажденной части хладагента через теплообменник из хладагента в воздух в режиме охлаждения. В еще одном возможном варианте осуществления, этап управления включает в себя направление по меньшей мере части переохлажденной части хладагента через резервуар нагретого хладагента, а затем, через теплообменник из хладагента в воздух в режиме обогрева.

В нижеследующем описании, показаны и описаны несколько вариантов осуществления транспортного средства, содержащего систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для отопления и охлаждения пассажирского отделения, и связанному способу управления температурой воздуха в пассажирском отделении транспортного средства, содержащего теплообменник из хладагента в воздух, расположенный в пассажирском отделении. Как следует понимать, транспортное средство и связанные способы являются допускающими другие, иные варианты осуществления, и некоторые их детали являются допускающими модификацию в различных очевидных аспектах, все не отходя от способов и узлов, как изложенные и описанные в нижеследующей формуле изобретения. Соответственно, чертежи и описание должны рассматриваться по природе в качестве иллюстративных, а не в качестве ограничивающих.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, включенные в материалы настоящего описания и формирующие часть описания изобретения, иллюстрируют несколько аспектов транспортного средства и способов, и, вместе с описанием, служат для пояснения некоторых его принципов.

На чертежах:

фиг.1 - схематичное изображение системы охлаждения и отопления транспортного средства, включающей в себя контур CO₂, расположенный в моторном отсеке, и контур хладагента, расположенный по меньшей мере частично в пассажирском отделении.

Далее будет сделана подробная ссылка на современные предпочтительные варианты осуществления транспортного средства, содержащего систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для отопления и охлаждения пассажирского отделения, и связанный способ управления температурой воздуха в пассажирском отделении, примеры которых проиллюстрированы на фигурах прилагаемых чертежей, на которых одинаковые номера используются для представления идентичных элементов.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее сделана ссылка на фиг.1, иллюстрирующую схематичное изображение системы 10 отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) транспортного средства, включающей в себя контур 12 CO₂ высокого давления, расположенный в моторном отсеке 14 транспортного средства, и контур 16 хладагента, расположенный по меньшей мере частично в пассажирском отделении 18, для отопления и охлаждения пассажирского отделения через вентиляционные клапаны (не показаны), расположенные в нем. Контур CO₂ полностью содержится в моторном отсеке.

В описанном варианте осуществления, контур 12 CO₂ включает в себя компрессор 22. В режиме работы A/C (кондиционирования воздуха) системы 10, компрессор 22 сжимает текучую среду, которая является углекислым газом (CO₂) в описанном варианте осуществления, тем самым, повышая давление и температуру (T) газа CO₂. Высокотемпературный газ CO₂ высокого давления выходит из компрессора 22, как показано стрелкой 24 действия, и течет в конденсатор 26.

Вообще говоря, конденсатор 26 расположен в передней секции моторного отсека в описанном варианте осуществления и функционирует для охлаждения газа CO₂. В конденсаторе 26, высокотемпературный газ CO₂ высокого давления конденсируется, главным образом, вследствие рассеяния тепла в наружный воздух и сжижается. Хотя не показано, вентилятор может использоваться для создания и регулирования потока воздуха через конденсатор.

Сжиженный CO₂ высокого давления затем течет в расширительное или дозирующее устройство 28, как показано стрелкой 30 действия. Регулирование потока сжиженного CO₂ высокого давления через расширительное устройство 28, или дросселирование, используется для управления температурой CO₂, поступающего в первый теплообменник 32, который является теплообменником из CO₂ в хладагент. Усиление потока CO₂ обязательно понижает температуру CO₂, поступающего в первый теплообменник 32.

В описанном варианте осуществления, расширительное устройство 28 является электрическим расширительным устройством, используемым для управления количеством и температурой CO₂, поступающего в первый теплообменник 32. Электрическое расширительное устройство 28 электрически присоединено к модулю управления (не показан) транспортного средства, который управляет устройством в ответ на входной сигнал от по меньшей мере занимающих места людей в транспортном средстве. В альтернативных вариантах осуществления, расширительное устройство 28 могло бы быть трубкой с пропускным отверстием постоянного сечения со связанным байпасным устройством. В байпасном режиме, например, в режиме обогрева, модуль управления определяет, что расширительное устройство предоставляет сжиженному CO₂ высокого давления возможность проходить через устройство без падения давления. Другими словами, расширительное устройство по существу не оказывает воздействия на CO₂ в байпасном режиме.

В небайпасном режиме, например, в режиме охлаждения, жидкий CO₂, протекающий через контур 12 CO₂, расширяется в электрическом расширительном устройстве 28 и становится низкотемпературной смесью жидкого и парообразного CO₂ низкого давления. Эта низкотемпературная смесь жидкого и парообразного CO₂ низкого давления подается в первый теплообменник 32. Во время течения через первый теплообменник 32 в режиме охлаждения, низкотемпературная смесь жидкого и парообразного CO₂ низкого давления поглощает тепло от хладагента, который нагнетается насосом 38 через контур 36 хладагента, как показано стрелкой 34 действия.

Хотя контур CO₂ расположен в моторном отсеке, контур CO₂ находится в тепловом контакте с контуром 36 хладагента, который осуществляет циркуляцию хладагента в пассажирском отделении. Конкретнее, первый теплообменник 32 является смежно-пластинчатым алюминиевым теплообменником из CO₂ в хладагент, который переносит тепло между перемежающимися пластинами с CO₂ и хладагентом, главным образом, посредством проводимости. Другими словами, тепло отбирается из контура 16 хладагента в контур 12 CO₂.

Вследствие поглощения тепла от хладагента в первом теплообменнике 32, низкотемпературная смесь жидкого и парообразного CO₂ низкого давления подвергается фазовому превращению, перекипая в среднетемпературный пар среднего давления, перед повторным поступлением в компрессор 22, где она вновь сжимается и продвигается по кругу через контур 12 CO₂. Одновременно, хладагент, протекающий через первый теплообменник 32, переохлаждается, в описанном варианте осуществления, до температуры между -20 и -30 градусами по Цельсию. Переохлажденная часть хладагента, показанная стрелкой 40 действия, течет из первого теплообменника 32 в первый клапан 42.

В режиме охлаждения, первый клапан 42 направляет весь переохлажденный хладагент во второй теплообменник 44, как показано стрелкой 46 действия, в описанном варианте осуществления. В альтернативном варианте осуществления, первый клапан 42 может направлять первую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника 32, через второй теплообменник 44, а вторую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника 32, через контур 54 нагретого хладагента. Кроме того еще, второй клапан 52 может обеспечивать протекание первой и второй частей хладагента из второго теплообменника 44 и контура 54 нагретого хладагента обратно в первый теплообменник 32. В этом альтернативном варианте осуществления, источник 60 тепла для нагревания хладагента в резервуаре 58 хладагента находился бы в выключенном («OFF») состоянии и осуществлял бы циркуляцию хладагента через резервуар 58 хладагента, не оказывая влияния на температуру воздуха в пассажирском отделении 18. Это может делаться в целях обезгаживания хладагента или иных целей.

В описанном варианте осуществления, второй теплообменник 44 является теплообменником из хладагента в воздух. Во время течения через второй теплообменник 44, переохлажденный хладагент поглощает скрытое тепло из воздуха, который подвергается циркуляции через пассажирское отделение 18, как показано стрелками 48. Побочными продуктами являются воздух с пониженной температурой и конденсат из воздуха, которые проводятся из второго теплообменника 44 в наружную область транспортного средства. Нагнетатель (не показан) продувает воздух через второй теплообменник 44 и через один или более вентиляционных клапанов (не показаны) в пассажирское отделение 18. Этот процесс дает в результате пассажирское отделение 18, содержащее более холодный, более сухой воздух в нем.

Вследствие поглощения тепла из воздуха, переохлажденный хладагент подогревается перед возвратом в первый теплообменник 32. Второй клапан 52 направляет подогретый хладагент из второго теплообменника 44, как показано стрелкой 50 действия, обратно в первый теплообменник 32, как показано стрелкой 34 действия. Другими словами, первый клапан 42 направляет хладагент, протекающий из первого теплообменника 32, через второй теплообменник 44, а второй клапан 52 предоставляет хладагенту возможность течь из второго теплообменника 44 обратно в первый теплообменник в режиме охлаждения.

Второй теплообменник, в описанном варианте осуществления, наделен размерами под хладагент и сконструирован с большой глубиной активной зоны в 92 мм. Использование хладагента низкого давления вместо хладагента предоставляет возможность, чтобы использовался металл меньшей толщины, который обеспечивает оптимальную передачу тепла при более низком общем весе. Глубина активной зоны второго теплообменника больше, чем глубина активной зоны стандартного испарителя, которая типично имеет значение 38 мм. Хотя размер второго теплообменника является значительно большим, чем стандартный испаритель, второй теплообменник по-прежнему способен быть расположен в стандартом кожухе HVAC. Это возможно, так как второй теплообменник обеспечивает обе функции, охлаждения и отопления, устраняя необходимость в активной зоне отопителя в пределах системы. Таким образом, есть содержащееся в распоряжении пространство в пределах стандартного кожуха HVAC.

В режиме обогрева, компрессор 22 переключен в выключенное («OFF») состояние или может быть установлен в байпасный режим в альтернативных вариантах осуществления. В этом сценарии с выключенным («OFF») компрессором, CO₂ прекращает течь в контуре 12 CO₂, и хладагент, протекающий через первый теплообменник 32, не переохлаждается благодаря переносу тепла к CO₂. Тем не менее, насос 38 действует, чтобы нагнетать хладагент через весь контур 36 хладагента. Конкретнее, хладагент нагнетается через первый теплообменник 32, хотя и без значительного влияния на температуру хладагента, проходящего через него. Как показано стрелкой 40 действия, хладагент уходит из первого теплообменника 32 и направляется первым клапаном 42 через второй теплообменник 44 (показано стрелкой 46 действия) и через контур 54 нагретого хладагента (показано стрелкой 56 действия).

Контур 54 нагретого хладагента выдает тепло в хладагент при низком давлении. В описанном варианте осуществления, контур 54 нагретого хладагента включает в себя резервуар 58 хладагента и источник 60 тепла для подогрева или нагрева хладагента в резервуаре хладагента. Резервуар 58 хладагента находится параллельно со вторым теплообменником 44. В альтернативном варианте осуществления, контур 54 нагретого хладагента дополнительно может включать в себя дегазатор (не показан).

Нагретый хладагент нагнетается из резервуара 58 хладагента насосом 38 во второй клапан 52. В режиме обогрева, в описанном варианте осуществления, второй клапан 52 направляет по меньшей мере часть нагретого хладагента во второй теплообменник 44, как показано стрелкой 62 действия. Во время течения через второй теплообменник 44, нагретый хладагент рассеивает тепло в воздух, показано стрелками 48, который подвергается циркуляции через пассажирское отделение 48. Результатом является воздух с повышенной температурой в пассажирском отделении 18.

Вследствие рассеяния тепла, хладагент охлаждается по мере того, как она проходит через второй теплообменник 44. Первый клапан 42 вновь направляет охлажденный хладагент обратно через контур 54 нагретого хладагента во второй клапан 52. Вновь, второй клапан 52 направляет по меньшей мере часть нагретого хладагента обратно во второй теплообменник 44, а оставшуюся часть обратно в первый теплообменник 32, как показано стрелкой 34 действия. Другими словами, первый клапан 42 направляет хладагент, протекающий из первого теплообменника 32, через второй теплообменник 44 и контур нагретого хладагента 54, а второй клапан 52 обеспечивает протекание хладагента через второй теплообменник 44 обратно в первый теплообменник и направляет по меньшей мере часть нагретого хладагента, накачиваемой из контура 54 хладагента, через второй теплообменник в режиме обогрева. Первый клапан 42 дополнительно направляет часть нагретого хладагента, направленного обратно через второй теплообменник 44, обратно через контур 54 хладагента.

В альтернативном варианте осуществления, первый клапан 42 может направлять весь хладагент, протекающий из первого теплообменника 32, через резервуар 58 хладагента, а второй клапан 52 может обеспечивать протекание первой части хладагента, протекающего через резервуар хладагента, из резервуара хладагента обратно в первый теплообменник, а второй части хладагента, протекающего через резервуар хладагента, через второй теплообменник 44 обратно в первый клапан в режиме обогрева.

В еще одном альтернативном варианте осуществления, первый клапан 42 может направлять первую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника 32, через второй теплообменник 44, а вторую часть хладагента, протекающего из первого теплообменника, через резервуар 58 хладагента. Второй клапан 52 может направлять первую часть хладагента, протекающего из второго теплообменника, обратно в первый теплообменник, и по меньшей мере некоторое количество из второй части хладагента, чтобы текло из резервуара хладагента через второй теплообменник, в режиме обогрева.

В еще одном другом альтернативном варианте осуществления, первое количество хладагента, управляемое первым клапаном 42, перемещаясь через второй теплообменник 44 из первого теплообменника 32, и второе количество хладагента, управляемое вторым клапаном, перемещаясь через второй теплообменник из контура 54 нагретого хладагента, работают вместе во втором теплообменнике, чтобы по меньшей мере частично определять температуру воздуха в пассажирском отделении 18. Другими словами, некоторое количество хладагента, возможно переохлажденного в первом теплообменнике 32 посредством действия компрессора 22, конденсатора 26 и расширительного устройства 28, может перемещаться через второй теплообменник 32, одновременно, некоторое количество хладагента, подогретого в резервуаре 58 хладагента, перемещается через второй теплообменник. С обоими, охлажденным и подогретым, хладагентом, перемещающимися во втором теплообменнике 32, температура воздуха, проходящего через него, может по желанию повышаться или понижаться. Первый и второй клапаны действуют для управления количествами переохлажденного хладагента и подогретого хладагента, проходящих через второй теплообменник 32, что определяет температуру воздуха в пассажирском отделении.

Подводя итог вышесказанному, многочисленные выгоды вытекают из транспортного средства, использующего систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха с комбинированным теплообменником для отопления и охлаждения внутренней области транспортного средства. Использование комбинированного теплообменника в контуре хладагента аннулирует необходимость в дополнительном уходе и проблемы, связанные с работой систем с CO₂ в пассажирском отделении.

Вышеизложенное было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не подразумевается исчерпывающим или ограничивающим варианты осуществления точной раскрытой формой. Очевидные модификации и варианты возможны в свете вышеприведенного описания. Все такие модификации и варианты находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, когда интерпретируются в соответствии с объемом притязаний, на который ей дано право объективно, по закону и по справедливости.