用于二次回路气候控制系统的多功能贮存器和包括该多功能贮存器的二次回路气候控制系统的制作方法

本文件总体涉及气候控制领域，并且更具体地涉及一种用于二次回路气候控制系统的多功能贮存器和一种包括该多功能贮存器并且适于例如机动车辆中的二次回路气候控制系统。二次回路气候控制系统包括二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统。

背景技术：

本文件涉及用于二次回路气候控制系统的新的和改进的多功能贮存器，所述二次回路气候控制系统为诸如二次回路空气调节系统或二次回路热泵系统。所述多功能贮存器包括含有相变材料(pcm)的舱。因此，多功能贮存器提供冷却剂储存功能、用于防止压力尖峰的调压室功能、空气通风功能，以及现在在无需向气候控制系统添加具有专用储热功能的单独部件的情况下的储热功能。

技术实现要素：

根据本文所述的目的和益处，提供了一种用于二次回路气候控制系统的新的和改进的多功能贮存器。该多功能贮存器包括冷却剂容器、保持在冷却剂容器中的一个或多个舱、以及包含在每个舱中的pcm。

该多功能贮存器还包括在冷却剂容器上的入口端口和出口端口。另外，该多功能贮存器还可包括在入口端口和出口端口中的一者处的调制功能特征件，以允许调节冷却剂流速。该调制功能特征件可以是脉冲宽度调制电磁阀。

设置在舱中的pcm可以是基本上任何适于二次回路气候控制系统的预期储热目的的相变材料。取决于发生相变的温度范围，pcm可以分为三个主要组：a)相变温度低于15摄氏度的低温材料，例如在空气调节应用中，b)相变温度在15到90摄氏度之间的中温材料，例如在太阳能或热泵应用中，和c)相变温度高于90摄氏度的高温材料，例如在航空航天应用中。低温pcm可以是盐水合物，诸如liclo3·3h2o；或石蜡，诸如正十四烷(14碳石蜡)和正十五烷(15碳石蜡)。中温pcm也可以是盐水合物，诸如cacl2·6h2o；或石蜡，诸如正二十二烷(22碳石蜡)和正二十八烷(28碳石蜡)。高温pcm可以是无机化合物，诸如alcl3或nano3。

舱包括优选由导热且稳定的材料制成的外壁。例如，该材料可选自一组金属材料，诸如铝、铜、不锈钢和碳钢。

根据另一方面，提供了一种二次回路空气调节系统。该二次回路空气调节系统包括制冷剂回路，所述制冷剂回路适于在压缩机、冷凝器、膨胀装置和深冷器之间循环制冷剂；以及冷却剂回路，所述冷却剂回路适于在深冷器、泵、第一冷却器和具有集成的相变材料特征件的贮存器之间循环冷却剂。

该贮存器可包括冷却剂容器，并且pcm特征件可包括保持在冷却剂容器中的至少一个舱和包含在每个舱中的pcm。

二次回路空气调节系统还可包括在冷却剂容器中的入口端口和出口端口，以及在所述入口端口和所述出口端口中的一者处用以调节冷却剂流速的调节功能特征件。该调制功能特征件可以通过脉冲宽度调制电磁阀实现。pcm可以是基本上任何适于低温应用的相变材料，例如14碳石蜡。舱可以包括外壁，所述外壁优选地由导热且稳定的材料制成，例如金属材料，诸如铝、铜、不锈钢和碳钢。

二次回路空气调节系统还可包括冷却剂回路中的第二冷却器。该两个冷却器可以为机动车辆的两个不同区域提供空气调节功能。

根据又一方面，提供了一种二次回路热泵系统。该二次回路热泵系统包括第一四通阀、第二四通阀、与所述第一四通阀和所述第二四通阀连通的冷却回路、以及与所述第一四通阀和所述第二四通阀连通的加热回路。该冷却回路包括冷源、第一贮存器、第一热交换器和第一泵。该加热回路包括热源、第二贮存器、第二热交换器和第二泵。该冷却回路中的第一贮存器包括第一相变材料特征件。该加热回路中的第二贮存器包括第二相变材料特征件。

第一贮存器可包括第一冷却剂容器。第一相变材料特征件可包括保持在第一冷却剂容器中的第一舱和包含在第一舱中的第一相变材料。第二贮存器可包括第二冷却剂容器。第二相变材料特征件可包括保持在第二冷却剂容器中的第二舱和包含在第二舱中的第二相变材料。第一相变材料可以是低温pcm，诸如14碳石蜡。第二相变材料可以是中温pcm，诸如28碳石蜡。

在下面的描述中，示出并描述了多功能贮存器、包括该多功能贮存器的二次回路空气调节系统和也包括该多功能贮存器的二次回路热泵系统的几个优选实施例。应该认识到，该多功能贮存器、该二次回路空气调节系统和该二次回路热泵系统能够具有其他不同的实施例，并且在不脱离如在以下权利要求书中说明和描述的多功能贮存器、二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统的情况下，它们的若干细节能够在所有各种明显的方面进行修改。因此，附图和描述应被视为本质上说明性的而非限制性的。

附图说明

包含在本文中并且形成说明书组成部分的附图示出了多功能贮存器、二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统的若干方面，并与说明书一起用于解释所述多功能贮存器、二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统的某些原理。

图1是适于二次回路气候控制系统中的多功能贮存器的示意图，所述二次回路气候控制系统为诸如二次回路空气调节系统或二次回路热泵系统。

图2是用于多功能贮存器的舱插入件的示意图。

图3是包含图1所示类型的多功能贮存器的二次回路空气调节系统的示意性透视图。

图4是包含两个图1所示类型的多功能贮存器的二次回路热泵系统的示意性框图，所述两个图1所示类型的多功能贮存器为：设置在冷的冷却剂回路中的第一多功能贮存器和设置在热的冷却剂回路中的第二多功能贮存器。

图5a示出了以冷却模式操作的图4的二次回路热泵系统。

图5b示出了以加热模式操作的图4的二次回路热泵系统。

图5c示出了以除湿和再加热模式操作的图4的二次回路热泵系统。

现在将详细参考多功能贮存器、二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统的本发明优选实施例，所述多功能贮存器、二次回路空气调节系统和二次回路热泵系统的示例在附图中示出。

具体实施方式

现在参考图1，图1示意性地示出了新的和改进的多功能贮存器10。该多功能贮存器10特别适于二次回路气候控制系统，诸如图3所示的二次回路空气调节系统12，以及图4和图5a至图5c所示的二次回路热泵系统14。

如图1所示，多功能贮存器10包括冷却剂容器16，所述冷却剂容器16由任何适于保持气候控制系统的冷却剂c，同时在机动车辆环境中在延长的使用寿命内抗腐蚀并提供可靠操作的适当材料形成。该多功能贮存器10还包括保持在冷却剂容器16的冷却剂腔室20内的舱18。相变材料22设置在舱18内。

更具体地，相变材料22可以是任何适于气候控制系统环境的pcm，包括例如石蜡或盐水合物。可以取决于气候控制系统的操作条件和pcm的相变温度来选择该材料。例如，14碳石蜡具有约6摄氏度的相变温度，并且适于在二次回路气候控制系统的冷的冷却剂回路中利用的多功能贮存器10中使用。相比之下，28碳石蜡具有约61摄氏度的相变温度，这使其适于在二次回路气候控制系统的热的冷却剂回路中使用的多功能贮存器10中使用。舱18包括外壁24，所述外壁24优选由导热、稳定且耐受来自保持在冷却剂容器16中的冷却剂c和保持在舱中的相变材料22的腐蚀的材料制成。例如，外壁24可以由金属材料制成，诸如铝、铜、不锈钢和碳钢。

图1所示的多功能贮存器10包括保持相变材料22的单个舱18。在此应当注意，可以在冷却剂容器16的冷却剂腔室20中设置一个以上的舱18。图2示出了包括三个舱32的多舱插入件30，所述三个舱32都保持相变材料22。该三个舱32全部固定到支撑件或底座33以保持各舱32之间的间隔，以适应冷却剂c在各舱之间和周围的流动，从而实现最有效的热交换。如应当理解，多舱插入件30可以替代图1所示的舱18。在此还应注意，设置在舱32的每一个舱中的热交换材料可以是相同的，或者可以是不同的、具有不同的相变温度。针对舱32的每一个舱选择的pcm是二次回路气候控制系统适应给定应用所需的设计参数和性能要求的乘积。

如图1中进一步所示，多功能贮存器10包括入口端口34和出口端口36，所述入口端口34和出口端口36用于使冷却剂c循环进出冷却剂容器16。在所示实施例中，入口端口34设置在冷却剂容器16中靠近中线处，而出口端口36设置为靠近所述容器的底部17。

调制功能特征件38可以设置在入口端口34和出口端口36中的一者处，以便调节冷却剂流速。在所示实施例中，调制功能特征件38设置在出口端口36中。调制功能特征件38可以采用任何适当结构的流量控制阀形式，包括例如脉冲宽度调制电磁阀，从而允许经由频率控制或位置控制来实现对来自多功能贮存器10的冷却剂流速的调节。更具体地，可以在阀的频率(或开度)和冷却剂流速与由所需的热交换器容量、热交换器几何形状、空气入口条件和冷却剂入口条件确定的期望流速之间建立相关性。

现在参考图3，图3示出了二次回路空气调节系统12。二次回路空气调节系统12包括制冷剂回路40，所述制冷剂回路40适于在压缩机42、冷凝器44、膨胀装置46和深冷器48之间循环制冷剂，诸如r134a、r1234yf、r152a或r744(co2)。动作箭头a示出了由压缩机42通过制冷剂回路40进行的制冷剂循环。

二次回路空气调节系统12还包括冷却剂回路50，所述冷却剂回路50适于在深冷器48、泵52、第一冷却器54和图1所示类型的具有集成的相变材料特征件57的贮存器56(诸如包含相变材料22的舱18)之间循环冷却剂，诸如乙二醇与水的混合物或丙二醇与水的混合物。动作箭头b示出了由泵52通过冷却剂回路50进行的制冷剂循环。

更具体地，制冷剂在压缩机42中被压缩成高温高压蒸气并进入冷凝器44，在冷凝器44中所述制冷剂通过与在冷凝器上循环的环境空气进行热交换而冷却成低温高压制冷剂，优选地为纯液体。离开冷凝器44的所得低温高压制冷剂穿过膨胀装置46，所述膨胀装置46将制冷剂膨胀成低温低压的气液混合物。然后，制冷剂混合物由于来自在冷却剂回路50中循环的冷却剂的热吸收而在深冷器48中蒸发，并作为低温低压蒸气离开。然后，该低温低压制冷剂蒸气返回压缩机42中以再次开始制冷剂循环。

在冷却剂回路50中，来自贮存器56的冷却剂由泵52泵送到深冷器48，以与制冷剂进行热交换。热量从冷却剂传递到深冷器48中的制冷剂。从深冷器48排出的变冷的冷却剂被输送到冷却器54。通过空气调节系统的暖通空调(hvac)壳体58循环的空气与冷却器54中的冷却剂处于热交换关系。因此，冷却的空气循环进入机动车辆的乘客舱。在与所述空气进行热交换之后，冷却剂从冷却器54排出并返回到包括集成的相变材料特征件57的贮存器56。在此应当理解的是，贮存器56提供四种单独的功能：(1)冷却剂储存，(2)调压室功能，所述调压室功能用以防止冷却剂回路中的压力尖峰，(3)通风功能，所述通风功能用以将冷却剂回路中的气泡排出到外部环境中，和(4)通过与集成的相变材料特征件57的相变材料22进行热交换来储热。

在贮存器56包括调制功能特征件38的情况下，可以以期望的方式控制从贮存器56到泵52的冷却剂流速。

现在参考图4，图4示出了二次回路热泵系统14的一个可能实施例。二次回路热泵系统14包括第一四通阀60、第二四通阀62、冷却回路64和加热回路66。

更具体地，冷却回路64设置成与第一四通阀60和第二四通阀62连通。此外，冷却回路64包括冷源68，诸如制冷剂回路的深冷器；第一贮存器70，所述第一贮存器70可以与图1所示的多功能贮存器10相同；第一热交换器72，所述第一热交换器72用于在冷却回路64中的冷却剂与循环通过机动车辆的乘客舱的空气之间提供热交换；和第一泵74。加热回路66也设置成与第一四通阀60和第二四通阀62连通。加热回路66包括热源76，所述热源76用于加热冷却剂；第二贮存器78，所述第二贮存器78可以与图1所示的多功能贮存器10相同；第二热交换器80，所述第二热交换器80用于在冷却剂与循环通过机动车辆的乘客舱的空气之间进行热交换；和第二泵82，所述第二泵82用于使冷却剂循环通过加热回路66。设置在冷却回路64的第一贮存器70中的集成的相变材料特征件83包含适合于冷却回路的低温pcm。此类相变材料可以是例如14碳石蜡。相比之下，加热回路66中的第二贮存器78包括集成的相变材料特征件85，所述集成的相变材料特征件85具有适于加热回路的中温pcm，诸如28碳石蜡。

图5a示出了二次回路热泵系统14在冷却模式下的操作。如图所示，第一泵74将冷却剂从第一贮存器70泵送到冷源68，以便从冷却剂移除热量，然后将所述冷却剂从冷源通过第一四通阀60泵送到第一热交换器72。在那里，从循环进入乘客舱的空气移除热量，以便为机动车辆乘员提供所需的冷却。然后，将变暖的冷却剂通过第二四通阀62泵送回第一贮存器70，从而完成通过冷却回路64的一个循环。冷却剂以这种方式(注意动作箭头c)继续移动通过冷却回路64，直到冷却模式终止。

现在参考图5b，图5b示出了二次回路热泵系统14在加热模式下的操作。更具体地，来自第二贮存器78的冷却剂由第二泵82泵送到热源76以进行热交换。然后，加热的冷却剂从热源76通过第二四通阀62行进到第二热交换器80，在第二热交换器80中冷却剂与循环通过机动车辆的乘客舱的空气进行热交换。因此，空气被加热而使乘客舱的乘客变暖。从第二热交换器80排出的冷却剂由泵82泵送通过第一四通阀60，然后返回到第二贮存器78，从而完成加热回路66的一个完整循环。冷却剂的这种运动以这种方式(注意动作箭头d)继续，直到加热模式终止。

现在参考图5c，图5c示出了二次回路热泵系统14在除湿和再加热模式下的操作。冷却剂以与上文在图5a中关于冷却模式所述相同的方式(注意动作箭头c)移动通过冷却回路64，并且冷却剂以与上文在图图5b中关于加热模式所述相同的方式(注意动作箭头d)移动通过加热回路66。因此，被引导到机动车辆的乘客舱中的空气首先与第一热交换器72进行热交换接触。此时，空气被冷却并除湿。接下来，空气以热交换关系穿过第二热交换器80。因此，空气经加热以为乘客舱中的乘客提供干燥温暖的舒适性。此类空气尤其可用于对挡风玻璃进行除雾或除冰。

在此描述的多功能贮存器10、二次回路空气调节系统12和二次回路热泵系统14提供了许多益处和优点。多功能贮存器10将相变材料特征件57、83、85集成到二次回路系统中，并且更具体地集成到二次回路系统的贮存器56、70、78中，而无需将新的单独部件引入所述系统中。因此，多功能贮存器10、56、70、78不仅提供传统的冷却剂储存和调压室功能，而且还允许并提供储热，以在基本上任何可预见的操作条件下提供更好的舒适性和气候控制系统操作。在多功能贮存器10包括调制功能特征件38的情况下，有可能在利用固定速度的冷却剂泵52、74、82并且还消除对回路中截止阀的需要的同时完全控制冷却剂流动。

图4中所示的二次回路热泵系统14包括具有集成的相变材料特征件83的第一贮存器70和具有集成的相变材料特征件85的第二贮存器78，从而提供对冷却回路64和加热回路66两者的更有效和高效的操作。

为了说明和描述的目的，已经呈现了前述描述。无意穷举或将实施例限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，明显修改和变化是可能的。例如，舱18可以以任何所需的形状提供，并且可以以任何所需的数量提供。四通阀60、62可以由多个单向阀、双通阀或三通阀代替。所有此类修改和变化当根据它们被合理、合法且公正地授予的范围进行解释时都在所附权利要求书的范围内。

根据本发明，提供了一种用于二次回路气候控制系统的多功能贮存器，所述多功能贮存器被设置为具有：冷却剂容器；舱；所述舱保持在所述冷却剂容器中；和相变材料，所述相变材料在所述舱中。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于冷却剂容器上的入口端口和出口端口。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于在入口端口和出口端口中的一者处用以调节冷却剂流速的调制功能特征件。

根据一个实施例，调制功能特征件是脉冲宽度调制电磁阀。

根据一个实施例，相变材料对于冷却回路具有低于15摄氏度的相变温度，并且对于加热回路具有15至90摄氏度之间的相变温度。

根据一个实施例，相变材料选自由石蜡或盐水合物组成的第一组材料。

根据一个实施例，舱包括由第二组金属材料制成的外壁，所述第二组金属材料由铝、铜、不锈钢和碳钢组成。

根据本发明，二次回路空气调节系统被设置为具有：制冷剂回路，所述制冷剂回路适于在压缩机、冷凝器、膨胀装置和深冷器之间循环制冷剂；以及冷却剂回路，所述冷却剂回路适于在深冷器、泵、第一冷却器和具有集成的相变材料特征件的贮存器之间循环冷却剂。

根据一个实施例，贮存器包括冷却剂容器，并且集成的相变材料特征件包括保持在冷却剂容器中的舱和所述舱中的相变材料。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于冷却剂容器中的入口端口和出口端口，以及在所述入口端口和所述出口端口中的一者处用以调节冷却剂流速的调节功能特征件。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于调制功能特征件是脉冲宽度调制电磁阀。

根据一个实施例，相变材料具有低于15摄氏度的相变温度。

根据一个实施例，相变材料选自由石蜡或盐水合物组成的第一组材料。

根据一个实施例，舱包括由选自第二组金属材料的材料制成的外壁，所述第二组金属材料由铝、铜、不锈钢和碳钢组成。

根据一个实施例，上述发明的特征还在于冷却剂回路中的第二冷却器用于向机动车辆的两个不同区域提供空气调节功能。

根据本发明，提供一种二次回路热泵系统，所述二次回路热泵系统具有：第一四通阀；第二四通阀；冷却回路，所述冷却回路与所述第一四通阀和所述第二四通阀连通，所述冷却回路包括冷源、第一贮存器、第一热交换器和第一泵；和加热回路，所述加热回路与所述第一四通阀和所述第二四通阀连通，所述加热回路包括热源、第二贮存器、第二热交换器和第二泵，其中所述第一贮存器包括第一相变材料特征件，并且所述第二贮存器包括第二相变材料特征件。

根据一个实施例，(a)所述第一贮存器包括第一冷却剂容器，并且所述第一相变材料特征件包括保持在所述第一冷却剂容器中的第一舱和所述第一舱中的第一相变材料，并且(b)所述第二贮存器包括第二冷却剂容器，并且所述第二相变材料特征件包括保持在所述第二冷却剂容器中的第二舱和在所述第二舱中的第二相变材料。

根据一个实施例，第一相变材料在冷却回路中具有低于15摄氏度的相变温度。

根据一个实施例，第二相变材料具有在15至90摄氏度之间的相变温度。

根据一个实施例，第一相变材料是14碳石蜡，并且第二相变材料是28碳石蜡。