專利名稱：機動車的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
在美國專利No.5,901,780中，公開了一種在車輛不運行時設置成可連續(xù)運行的吸附系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括在乘客區(qū)的熱交換器，它具有用管道接納被調節(jié)的傳熱流體，并包括在乘客區(qū)外的吸附器冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)具有兩個吸附床，每個床具有足夠的容量滿足乘客車箱在預定的間隔內冷卻的要求，在與預定間隔相對應的負荷周期交替操作的管道，操作時一個床在吸附而另一床在解吸，以便圍繞制冷劑回路驅動制冷劑，制冷劑回路包括在空調(冷卻)時輸送被調節(jié)的傳熱流體到熱交換器的蒸發(fā)器，在乘客區(qū)外的燃燒燃料的加熱器，該加熱器在預定的間隔內有足夠的熱容量使單個吸附床解吸，用于引導由燃燒燃料的加熱器加熱的傳熱流體的一個或多個閥門。該系統(tǒng)運行在加熱模式時，其中燃燒燃料的加熱器加熱的傳熱流體被引導到熱交換器，而在冷卻模式時其中燃燒燃料的加熱器加熱的傳熱流體被交替地引導到各個吸附床，以便使制冷劑吸附和解吸。

發(fā)明內容
本發(fā)明的改進的輔助加熱和空調系統(tǒng)包括上述專利中所描述的系統(tǒng)并使用固體-氣體吸附反應器，該反應器包含通過在金屬鹽上吸附極性氣體，優(yōu)選為氨所形成的絡合物。在優(yōu)選的實施例中，反應器包含結合金屬鹽或絡合物的基體材料。結合氨的絡合物能夠吸附大量的制冷劑，以及具有高的反應速率。如下文中所公開的那樣，通過使用結合金屬鹽或絡合物的吸附劑/基體組成物，系統(tǒng)的反應器提供改進的性能和延長使用的壽命。


圖1是牽引車-拖車的牽引車圖，它的乘客區(qū)間隔成駕駛室和臥鋪區(qū)，其示出本發(fā)明的應用；圖2是本發(fā)明兩個吸附器的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的示意圖，系統(tǒng)運行以提供加熱；圖3是本發(fā)明兩個吸附器的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的示意圖，其運行在用左邊吸附器解吸以提供冷卻；圖4是本發(fā)明兩個吸附器的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的示意圖，其運行在用右邊吸附器解吸以提供冷卻；圖5是本發(fā)明兩個吸附器的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的示意圖，其處于在給發(fā)動機預熱的運行中；圖6是本發(fā)明兩個吸附器的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)的示意圖，其示出在加熱模式中閥的另一種實施例；和圖7是本發(fā)明兩個吸附器系統(tǒng)的另一個實施例，在每個床中使用單個傳熱回路來驅動解吸和吸附。
具體實施例方式
圖1表示牽引車-拖車的牽引車10。牽引車拖車的牽引車部分10包括確定出乘客車箱12的內部空間，乘客車箱包括駕駛室區(qū)14和臥鋪或睡覺區(qū)16。車輛10的駕駛員在長時間工作期間可以使用臥鋪或睡覺區(qū)作周期性休息。在車輛10行駛時，乘客車箱通常由牽引車10的發(fā)動機(未示出)供應能量的主加熱和空調系統(tǒng)加熱和冷卻。在加熱模式中，熱的發(fā)動機冷卻劑用管道輸送到乘客車箱中的熱交換器。在冷卻時發(fā)動機驅動壓縮機，壓縮機壓縮和推動制冷劑圍繞常規(guī)的空調2回路運轉，該回路具有在乘客車箱內的蒸發(fā)器盤管。在駕駛員休息期間，希望能夠關閉牽引車10的發(fā)動機，以便節(jié)省燃料，減小發(fā)動機磨損和限制環(huán)境污染。本發(fā)明的加熱和空調系統(tǒng)性質上是輔助的和有源的。它有獨立的能量來源能在延長的時間內，甚至在發(fā)動機關閉時向牽引車-拖車10的乘客車箱12連續(xù)進行加熱和空氣調節(jié)。雖然表示和描述的系統(tǒng)連接到牽引車-拖車的乘客車箱，但是其可以使用在對任何類型的機動車的乘客車箱以進行加熱和空氣調節(jié)，機動車包括牽引車-拖車，汽車、卡車、野營車，旅宿式汽車，公共汽車，旅游車，某些船舶，和小型飛機或機動車任何可能有乘客的區(qū)域，例如，牽引車拖車的乘客車箱，牽引車-拖車的乘客車箱的睡覺區(qū)，野營車、旅宿式汽車或旅游車的生活區(qū)，和某些船舶的生活和睡覺區(qū)。
在下面的描述中，可通用地使用術語“吸收”和“吸附”去提及極性氣體和金屬鹽之間的形成配位絡合物的吸附反應，如這里所公開的那樣。本發(fā)明的加熱和空調系統(tǒng)裝有和使用固體-氣體吸附反應器，反應器包含通過在金屬鹽上吸收極性氣體形成的絡合物。絡合物是在美國專利No.Re.34,259中公開的。在吸收反應中如美國專利No.5,298,231、No.5,328,671和No.5,441,716中所描述，限制所形成的絡合物的體積膨脹。優(yōu)選的極性氣體反應劑是氨、水、低的鏈烷醇(C1-C5)、烷基胺、和多胺。也可以使用二氧化硫、吡啶和磷化氫、氨是最優(yōu)選的。優(yōu)選的金屬鹽包括硝酸鹽、亞硝酸鹽、高氯酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、亞硫酸鹽和鹵化物，特別是堿金屬和堿土金屬以及過渡金屬的氯化物、溴化物和碘化物，金屬特別是，鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鉭和錸以及鋅、鎘、錫和鋁。雙金屬氯化物鹽或溴化物鹽，其中至少一個金屬是堿金屬或堿土金屬，鋁、鉻、銅、鋅、錫、錳、鐵、鎳或鈷也是有用的。特別感興趣的另一種鹽是NaBF4。在美國專利5,186,020和5,263,330中公開了其它有用的絡合物。用于本發(fā)明的反應的優(yōu)選的絡合物是下面的化合物或包括含有至少一個下述物作為其組份的吸附/解吸的化合物。雖然在下面的絡合物中，給定了每摩爾鹽中的氨的摩爾數(shù)值(X)，但在某些絡合物中，給定的摩爾范圍包括幾個配位的步驟。例如，NaBF4化合物，在給定的數(shù)值限制之間會產生許多不同的反應步驟。但是，一般實踐上的考慮僅允許使用部分的設計配位范圍。因此，本領域的技術人員將能理解，打算將下述的范圍定為近似的。
絡合物X值SrCl2X(NH3) 0-1，1-8CaCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-8ZnCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-6ZnBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-6Znl2X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-6CaBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-6CoCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6CoBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-6Col2X(NH3) 0-2，2-6BaCl2X(NH3) 0-8MgCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6MgBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-6Mgl2X(NH3) 0-2，2-6FeCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6FeBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-6Fel2X(NH3) 0-2，2-6NiCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6NiBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-6Nil2X(NH3) 0-2，2-6Srl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6，6-8SrBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-8SnCl2X(NH3) 0-2，5，2，5-4，4-9SnBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-5，5-9BaBr2X(NH3) 0-1，1-2，2-4，4-8MnCl2X(NH3) 0-1，1-2，2-6
MnBr2X(NH3)0-1，1-2，2-6Mnl2X(NH3) 0-2，2-6Cal2X(NH3) 0-1，1-2，2-6，6-8CrCl2X(NH3)0-3，3-6LiCl X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-4LiBr X(NH3) 0-1，1-2，2-3，3-4NaCl X(NH3) 0-5NaBr X(NH3) 0-5，25NaBF4X(NH3)0-5-2，5NaL X(NH3) 0-4，5K2FaCl5X(NH3) 0-5，5-6，6-11K2ZnCl4X(NH3) 0-5，5-12Mg(ClO4)2X(NH3) 0-6Mg(NO3) X(NH3) 0-2，2-4，4-6Sr(ClO4)2X(NH2) 0-6，6-7CrBr3X(NH3)0-3CrCl2X(NH3)0-3，3-6VCl3X(NH3) 0-3，3-5，5-6，6-7，7-12AlCl3X(NM3)0-1，1-3，3-5，5-6，6-7，7-14CuSO4X(NH3)0-1，1-2，2-4，4-5特別優(yōu)選的是任何CaCl2X(NH3)絡合物，Srcl21-8(NH3)，SrBr22-8(NH3)，CaBr22-6(NH3)，CaI22-6(NH3)，F(xiàn)eCl22-6(NH3)，F(xiàn)eBr22-6(NH3)，F(xiàn)eI22-6(NH3)，CoCl22-6(NH3)，CoBr22-6(NH3)，BaCl20-8(NH3)，MgCl22-6(NH3)，MgBr22-6(NH3)，MnCl22-6(NH3)和MnBr22-6(NH3)以及其中兩個或多個混合物。
在系統(tǒng)中使用的優(yōu)選的反應器結合了公開在1999年5月4日申請的申請序列號為09/304,763的美國專利的各項改進。特別是，反應器的熱交換表面之間的空間基本上用吸附劑/基體組成物充滿，該組成物包括結合金屬鹽的或者結合由金屬鹽和極性氣體產生的絡合物的基體材料。結合金屬鹽或絡合物的基體材料可以是紡織材料，如織物或布，無紡材料如氈、席或類似的材料，在材料中紗或纖維已經(jīng)被纏結或其他的混合，捻轉，加壓或裝填以便形成結合的基體。在無紡纖維層之間可以使用紡織織物層，特別是在交替的紡織和無紡纖維層的復合物中使用。對某些反應器熱交換器的設計也可以使用紗，繩，或帶或條的基體織物。
特別優(yōu)選的基體材料包括具有非芳香族尼龍或聚酰胺芳族聚酰胺或芳香族聚酰胺、玻璃纖維和聚苯硫醚的尼龍聚合物。對反應器操作溫度在約150℃下的絡合物，優(yōu)選的是芳香族聚酰胺。對更高的溫度，玻璃纖維和聚苯硫醚是優(yōu)選的，而在溫度低于約120℃時，尼龍基的聚合物材料也是合適的。在反應器溫度高于約150℃時不推薦芳香族聚酰胺。具有高導熱性的基體材料是有利的，因為它們提高了熱交換器吸收芯的傳熱特性。通過將高導熱性的材料，如纖維、顆粒等等結合到基體中可以提高上述基體材料的導熱性。
為了獲得基體組成物的高的熱力學的和質量效率，希望使用的被裝載材料的物理形式具有較高的吸收劑質量份額。在吸收劑/基體組成物中，優(yōu)選至少50％，優(yōu)選的是70％，更優(yōu)選的是85％或更多的體積是吸收劑本身。這樣，用來產生本發(fā)明吸收劑/基體組成物的優(yōu)選的基體材料具有約50％或更多和達到約98％的孔隙率。用于滿足這樣開放體積和孔隙率要求的織物類型的實例包括紡織材料，如通常由紡織或針織制成的布、織物、氈、席等，以及無紡的但為粘接的形式，如毛層或棉胎和類似物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用具有足夠高的氣體滲透性可讓制冷劑氣體通過并具有足夠小的細孔尺寸以防止小的鹽顆粒穿過的基體材料是有利的。盡管紡織材料一般能提供優(yōu)良的物理和結構均勻性，但是使用無紡的或無定形的纖維基體可以提供固體吸附劑在材料的全部細孔、空間和間隙內的更加均勻的分布。
通過嵌入或浸漬將吸附劑結合到基體材料中或用其他方法組合兩種成份以形成要安裝到本發(fā)明的吸附器熱交換器中的吸附劑/基體組成物。將吸附劑結合到基體材料中的優(yōu)選方法是通過浸漬?？赏ㄟ^任何合適的裝置進行這樣的浸漬，如用含有吸附劑的溶液、漿、懸浮液或混合物噴灑到基體材料上，或者將基體泡在吸附劑的溶液、漿或懸浮液中，接著通過干燥或加熱，和/或通過真空去除溶劑或載體。還有，另一種將吸附劑結合到基體中的方法，其包括使用吹噴、噴丸或燒結的方法和技術將細的吸附劑顆粒嵌入或其他方法分布到基體中。此外在制造基體氈或織物時或之后，可以將顆粒引入到基體材料中或與其組合。吸附劑也可以是溶化的水合物，并且在基體制造時或之后將液態(tài)的吸附劑加到基體上。在安裝到反應器之前用吸收劑浸漬基體的方法可能是優(yōu)選的。但是，在用含吸收劑鹽的溶液浸漬之前也可以安裝基體。
反應器的質量擴散路徑是氣體分子在氣體分布表面和吸附劑顆粒之間必須通過的距離。在美國專利No.5,441,716中公開了質量擴散路徑長度的明確描述和定義。在使用氨作為制冷劑和與氨化合的絡合物的反應器中，平均最大質量擴散路徑最好低于約15mm(毫米)，它等于上述結合的專利中所描述的優(yōu)選平均質量擴散路徑長度。優(yōu)化的尺寸是在過程中所用的特定吸附劑和制冷劑以及運行壓力、接近壓力和溫度的函數(shù)，同樣也是吸附劑裝載密度和基體材料的透氣性的函數(shù)。優(yōu)選的平均質量擴散路徑長度低于約15mm，并且最優(yōu)選的低于約12mm。熱擴散或熱路徑長度取決于相鄰的熱交換表面之間的距離，具體來說是，從最近的高的導熱率的表面到吸附劑質量芯之間的距離。例如，對圖7中所示這類反應器，熱路徑長度是相鄰翅片之間距離的一半。最好，熱路徑長度是小于4.5mm，更優(yōu)選的是小于4mm，最優(yōu)選的是約3mm或更小。所以，對翅片管熱交換器設計來說，這樣熱路徑長度是等價于反應器模塊組件的每英寸長度(高度)中有至少4個翅片的反應器翅片數(shù)。優(yōu)選的反應器翅片數(shù)是每英寸約9到25個翅片之間(1.4mm到0.5mm的熱路徑長度)。
通過使用高導熱率的材料，如金屬或碳纖維可以進一步改進熱交換器吸附芯。在基體材料中結合這樣的材料或添加劑將允許使用的翅片管熱交換器比上述專利中公開的熱交換器每英寸具有較低的翅片數(shù)或較少的翅片。因此，基體織物或氈在它的紡織結構中可以包含導熱的金屬、碳或石墨的纖維或顆粒。當基體材料有相對低的導熱性時使用這樣的導熱材料是特別合適的和甚至是優(yōu)選的。例如，玻璃纖維，它的低導熱性是眾所周知的，通過結合這樣的導熱纖維其將被大大改進。
參考圖2-4，示意地說明按照本發(fā)明構造的加熱和空調系統(tǒng)。圖解說明的加熱和空調系統(tǒng)能在多個模式中運行并適合可選擇地通過乘客車箱12內的單個熱交換器20向牽引車10的乘客車箱12供給被加熱的或被冷卻的空氣。圖示的熱交換器20包括盤管22，它具有傳熱流體可以循環(huán)的通道。通過盤管22循環(huán)的傳熱流體已經(jīng)被輔助的加熱和空調系統(tǒng)“調節(jié)”，使它或者成為被加熱的傳熱流體或者成為被冷卻的傳熱流體。被調節(jié)的傳熱流體的熱能可以通過對流從盤管22傳給乘客或睡覺區(qū)12和16，通過使空氣流過盤管22的風機24造成對流。所以，不象機動車的常規(guī)的加熱和空調系統(tǒng)，常規(guī)系統(tǒng)通常在公共的壓力通風系統(tǒng)中有分離的加熱和空氣調節(jié)熱交換器并使用風閥引導空氣進入一個或另一個或同時兩個熱交換器，但是本發(fā)明僅需單個熱交換器用于加熱和空氣調節(jié)兩者，從而減小本發(fā)明需要的重量，空間和成本。
為了給乘客車箱的加熱和空調提供能量，輔助的加熱和空調系統(tǒng)包括獨立于牽引車-拖車發(fā)動機運行的能量來源。在優(yōu)選的實施例中，該能量來源是燃燒燃料的加熱器54，它具有可以使傳熱流體循環(huán)和對其加熱的通道56。燃燒燃料的加熱器54從燃料源55獲得燃料，燃料源55位于牽引車-拖車10上并且通過燃料管57連接到加熱器。對加熱和空調兩種功能，燃燒燃料的加熱器54驅動系統(tǒng)以提供被加熱的傳熱流體，通過引導這個加熱的傳熱流體直接到熱交換器20進行加熱，并且通過引導傳熱流體到吸附冷卻系統(tǒng)進行空氣調節(jié)。
在圖2-4中所示的系統(tǒng)使用兩個吸收器，即兩個反應器冷卻系統(tǒng)。兩個反應器冷卻系統(tǒng)的運行是交替地加熱一個反應器而同時另一個反應器進行冷卻。被加熱的反應器解吸來自制冷劑回路的制冷劑而同時進行冷卻的反應器吸附來自制冷劑回路的制冷劑，從而驅動制冷劑圍繞回路流動。在預定的間隔內轉換兩個反應器的作用，從而使吸附器冷卻系統(tǒng)可以連續(xù)地提供空氣調節(jié)。盡管被描述的本發(fā)明的吸附器系統(tǒng)是具有兩個反應器，本領域的技術人員將能理解，每個“反應器”可以包括一組具有兩個或多個的反應器。因此，兩個反應器系統(tǒng)可以包括四個、六個或多個反應器，只要第一組反應器和第二組反應器可以交替地加熱和冷卻。此外，通過在每組反應器中吸收器的順序地運行或按時間變換地運行還可以獲得循環(huán)的改進，并且在每一組中也可以包括不相等數(shù)目的吸收器。
圖解說明的吸附器空調系統(tǒng)有閉合的制冷劑回路30，它包括第一反應器和第二反應器32和34、冷凝器36、流動裝置和膨脹閥38和蒸發(fā)器40。制冷劑回路還包括單向閥42，44，46，48，它們在反應器32，34解吸和吸附時促使制冷劑通過回路30的流動。第一和第二反應器32、34每個各自包含獨立的通道50、52，通過它們傳熱流體可以循環(huán)以便加熱要解吸的反應器。
燃燒燃料的加熱器54為特殊結構以便具有足夠的熱容量，使得無論在冬天和夏天都可以給輔助的加熱和空調系統(tǒng)供應能量。特別是，在夏天燃燒燃料的加熱器54必須能夠把傳熱流體加熱到適當?shù)臏囟纫员阍诜磻髦羞M行解吸/吸附的過程，并且它必須有足夠的熱容量在預定的間隔終止之前完成解吸/吸附過程。此外，燃燒燃料的加熱器54必須有足夠的容量在冬天滿足乘客車箱12加熱的需要。例如，對于乘客車箱的一般睡覺區(qū)，輔助的加熱和空調系統(tǒng)在夏天應該能產生至少2000BTU/小時的冷卻能量并且在冬天能產生大于4000BTU/小時的加熱能量。對于使用氨作為制冷劑和常規(guī)的車輛發(fā)動機冷卻劑作為傳熱流體的這種系統(tǒng)，燃燒燃料的加熱器應該能把傳熱流體加熱到270°F并且產生最小為7500BTU/小時的熱能。這樣的系統(tǒng)在夏天能產生溫度為55°F的冷卻空氣的200BTU/小時冷量，而在冬天能產生溫度為150°F加熱空氣的7500BTU/小時熱量，該系統(tǒng)將具有小于4.5立方英尺的體積和近似150磅的重量。
在圖2-4中所示的系統(tǒng)還包括傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)系統(tǒng)有選擇地將加熱器54中的傳熱流體通道56或者與在第一反應器32、第二反應器34中的傳熱流體通道相互連接，或者與熱交換器20的傳熱流體通道互相連接。傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)包括至少三條獨立的傳熱流體通路。第一通路58使傳熱流體在加熱器54和熱交換器20之間循環(huán)(在圖2中清楚所示)，第二通路60使傳熱流體在加熱器54和第一反應器32之間循環(huán)(在圖3中清楚表示)，以及第三通路62使傳熱流體在加熱器54和第二反應器34之間循環(huán)(在圖4中清楚表示)。如圖2-4中所示，為了促進傳熱流體的循環(huán)，該系統(tǒng)包括泵64，它的定位使它可以驅動傳熱流體通過三條通路中任何一條。應能理解在傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)中可以使用任何類型的傳熱流體，包括水或水與例如乙二醇或丙二醇的防凍劑的混合物。
圖解說明的系統(tǒng)包括閥組件65，用它引導加熱器54產生的被加熱的傳熱流體，使得可以應用加熱器為加熱和空氣調節(jié)提供能量。閥組件65至少可以在加熱模式和冷卻模式下運行。在加熱模式中，引導由燃燒燃料的加熱器54加熱的傳熱流體作為被調節(jié)的傳熱流體進入熱交換器。在冷卻模式中，在預定的間隔內交替地引導由燃燒燃料的加熱器54加熱的傳熱流體進入各自的反應器。在圖示的實施例中，閥組件65包括定位在燃燒燃料的加熱器出口附近的多方向閥，它接納被加熱的傳熱流體并引導流體或者進入第一、第二或者進入第三傳熱流體通路58、60、62。圖示的閥組件65還包括在燃燒燃料的加熱器54入口附近的第二多方向閥，它雖然不需要控制傳熱流體從加熱器54流出的流動方向，但在加熱時其阻斷傳熱流體回流到反應器32、34中，并且在空氣調節(jié)時阻斷回流到熱交換器20和吸附反應器中。
在輔助的加熱和空調系統(tǒng)的示意附圖中，傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)的運行部分(即那些含有循環(huán)流體的)用兩根實線并帶有箭頭指示流動方向來表示，而不運行部分用單根實線表示。相似地，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的運行部分用密的斜陰影線并帶箭頭指示流動方向來表示，而不運行部分用虛線表示。
在加熱期間，被加熱的傳熱流體從燃燒燃料的加熱器54的傳熱流體通道56通過閥組件裝置65被引入到乘客車箱12中的熱交換器20。如在圖2中示意表示的那樣。在加熱模式時，傳熱流體通過第一流體通路58循環(huán)，即從燃燒燃料的加熱器54出來的被加熱的傳熱流體通過在乘客車箱內的熱交換器20循環(huán)。在熱交換器20中，被加熱的傳熱流體的熱能通過風機24傳給乘客車箱。在加熱模式時制冷劑回路30的制冷劑將不循環(huán)，并且將傳熱流體從加熱器54循環(huán)分別通過第一和第二反應器32、34的第二和第三傳熱流體通路62、63被中止或關閉。
在空調時，使被加熱的傳熱流體循環(huán)通過熱交換器20的第一傳熱流體通路58被中斷，而從加熱器54來的被加熱的傳熱流體通過閥組件裝置65交替地通過第一和第二反應器32、34進行循環(huán)，在加熱一個反應器的同時另一個進行冷卻。圖3示意地說明在加熱第一反應器32和冷卻第二反應器34的半個周期內傳熱流體的流動和制冷劑的流動。相似地，圖4示意地說明在加熱第二反應器34和冷卻第一反應器32的半個周期內傳熱流體的流動和制冷劑的流動。
參考圖3，閥組件65引導傳熱流體通過第二傳熱流體通路60循環(huán)，它將燃燒燃料的加熱器54與第一反應器32互相連接而傳熱流體路徑58、62被中斷或關閉。在圖3說明的冷卻模式的半個周期內，單向閥42和48打開而單向閥44和46關閉。當被加熱的傳熱流體通過第一反應器32床中的傳熱流體通道50經(jīng)過泵64循環(huán)時，流體中的熱能傳給反應器中的吸附劑組份。當吸附劑組份被加熱時，吸附劑組份的蒸汽壓增加直到它大于冷凝壓力，在這時吸附劑組份開始使制冷劑蒸汽解吸，并使制冷劑蒸汽通過制冷劑回路30到冷凝器。在第一反應器32被加熱使制冷劑解吸的同時，第二反應器34床從升高的溫度冷卻。當?shù)诙磻?4冷卻時，其中的吸附劑連續(xù)從制冷劑回路30中吸附制冷劑蒸汽。第一反應器32解吸或將制冷劑“推入”到冷凍到回路30中和第二反應器34吸附或將制冷劑從制冷劑回路30中“拉出”的組合作用驅動制冷劑圍繞制冷劑回路30流動而不需機械的壓縮機。
由第一反應器32解吸的制冷劑蒸汽首先在冷凝器36中冷凝，然后到蒸發(fā)器40中蒸發(fā)。最后，制冷劑蒸汽被第二反應器34吸附。例如膨脹閥38這樣的流動裝置設置在冷凝器36和蒸發(fā)器40之間，用于降低進入到蒸發(fā)器40的液態(tài)制冷劑的壓力以便改變制冷劑的飽和點。在空調模式時蒸發(fā)器40通過通路68的管道將已冷卻的傳熱流體傳送到熱交換器20。在冷卻模式時制冷劑通過蒸發(fā)器40循環(huán)產生的冷卻能量用來冷卻通過連接蒸發(fā)器40和熱交換器20的通路68循環(huán)的傳熱流體。通路68包括泵70，泵驅動傳熱流體通過該通路。此外，路徑68包括設置的單向閥72，它被設置用來在加熱模式時中斷或關閉通路68。
為了進一步改進吸附器冷卻系統(tǒng)的性能和效率，該系統(tǒng)最好包括設置在制冷劑回路中的過冷卻器66，其設置用于在流入到蒸發(fā)器的較熱的液態(tài)制冷劑和離開蒸發(fā)器的較冷的制冷劑蒸汽之間進行熱量交換，從而降低進入蒸發(fā)器之前制冷劑的溫度并使制冷劑到達吸附反應器之前變暖。此外，吸附器冷卻系統(tǒng)最好包括制冷劑貯存器74用于貯存系統(tǒng)運行所需的任何多余的制冷劑。
吸附反應器從制冷劑回路30中吸附制冷劑會產生熱量。為了改進系統(tǒng)的性能，該系統(tǒng)包括第二制冷劑回路，它使來自制冷劑回路的部分制冷劑再循環(huán)通過正在冷卻的反應器以便移去這個熱量。更具體的是，優(yōu)選的設備使用部分冷凝的制冷劑來冷卻吸附反應器。所以在系統(tǒng)操作中，將冷凝的制冷劑引入到反應器的傳熱部分，在該反應器中解吸周期結束和吸附周期開始。在反應器傳熱部分中的管子或管道是與吸附劑交換傳熱的。引入到傳熱管中的冷凝的制冷劑蒸發(fā)從而冷卻該管，該管依次冷卻周圍的吸附劑從而使吸附劑的蒸汽壓力下降到蒸發(fā)器壓力之下。產生的低壓從蒸發(fā)器抽吸制冷劑蒸汽進入反應器內，并使吸附開始。
如圖3和4中所示，吸附器冷卻系統(tǒng)在制冷劑回路中冷凝器36下游裝設再循環(huán)控制閥78，它控制制冷劑通過包括兩個反應器的第二制冷劑回路80的制冷劑再循環(huán)。如在圖3中所示，在冷卻模式周期時第一反應器被加熱，在制冷劑回路中循環(huán)的部分制冷劑被轉向到第二制冷劑回路80，并通過控制閥78和經(jīng)過管線88到第二反應器34。為了作為再循環(huán)制冷劑的通道，每個反應器32，34可以裝備通道86、88用作制冷劑的循環(huán)。流過管線84并經(jīng)過第二反應器34中的通道88的再循環(huán)制冷劑從吸附材料中吸收熱量，從而保證反應器適當?shù)乩鋮s，從而使其更有效地吸附制冷劑。反應器傳熱反應的例子描述在上述的美國專利5,441,716和5,447,706中。系統(tǒng)組件的運行以及引導和使用部分的冷凝制冷劑來冷卻吸附反應器的方法也在5,447,706專利中進行描述。作為使用冷凝的制冷劑來冷卻吸附反應器的一種代替，設備和系統(tǒng)可以改為使用具有從液體到氣體相變的溫度在或低于吸附反應器溫度的傳熱流體或冷卻劑，也如在5,447,706專利中描述的那樣。也可以使用從吸附反應器移除熱量的其他方法，包括強制通風讓空氣流過反應器通過對流除去熱量。
在圖3表示的半個周期已經(jīng)運行預定的間隔時間之后，然后通過兩個反應器的溫度轉換開始冷卻模式的半個周期。這是通過引導被加熱的傳熱流體從加熱器54流過閥組件65流經(jīng)第三傳熱流體通路62來完成，第三通路連接加熱器54和第二反應器34，如圖4所示。各床的溫度轉換使第一和第二反應器32、34的作用相反。因此，當加熱第二反應器34時它解吸制冷劑蒸汽使其進入到制冷劑回路30中，并且冷卻第一反應器32時它從制冷劑回路30中吸附制冷劑蒸汽。在這半個周期期間單向閥44和46打開并且單向閥42和48關閉。與圖3中表示的半個周期一樣，傳熱流體通過第二傳熱流體通路68在蒸發(fā)器40和熱交換器20之間循環(huán)，以便能用熱交換器20向車輛的乘客車箱12供應冷卻空氣。此外，與圖3中表示的半個周期和上述一樣，在主制冷劑回路30中的部分制冷劑可以經(jīng)過第一反應器34中的制冷劑通道86再循環(huán)，這是由控制閥78引導制冷劑流過管線82形成的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可以使用輔助的加熱和空調系統(tǒng)來預熱機動車的發(fā)動機。如圖5中示意說明的那樣，閥裝置65包括發(fā)動機預熱模式，其中引導從加熱器54來的被加熱的傳熱流體經(jīng)過傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)中的第四通路90，該通路連接燃燒燃料的加熱器34和車輛發(fā)動機的冷卻液系統(tǒng)92。
從上述可以理解，本領域的技術人員將能理解閥組件65并不局限于圖解說明的在燃燒燃料的加熱器54進、出口的多方向閥。例如，閥組件65可以包括至少三個分離的控制閥，在三個流體通路58，60，62的每個通路中至少有一個閥，這樣它們可以引導被加熱的傳熱流體從加熱器54流入到如圖6中(表示加熱模式)示意表示的適當通路。另外，可以在每個傳熱流體通路中鄰近它們再進入加熱器的地點處裝設單向閥，以便當該這些路徑不使用時防止傳熱流體回流到適當?shù)穆窂街小?br> 圖7說明本發(fā)明兩個吸附器系統(tǒng)的另一個實施例，該系統(tǒng)使用分離的傳熱回路用于引導傳熱流體經(jīng)過每個反應器來驅動解吸和吸附。所示的系統(tǒng)包括位于機動車的乘客區(qū)內部的內部熱交換盤管114和位于乘客區(qū)外商的冷凝器116。蒸發(fā)器112也位于乘客區(qū)外面，并在制冷劑盤管117和傳熱流體盤管119之間傳送熱能。貯存器120保持從冷凝器116來的冷凝的制冷劑(氨或其他極性氣體的制冷劑)。可以包括泵(未示出)的循環(huán)加熱或冷卻的流體回路134在熱交換器112和室內盤管114之間引導傳熱流體，例如乙二醇-水，丙二醇-水或其他合適的流體。反應器102和104每個分別具有傳熱回路122和124，被加熱的傳熱流體流經(jīng)這些回路在解吸時加熱吸附劑驅散出制冷劑，并且引導被冷卻的傳熱流體流經(jīng)這些回路來開始和維持吸附，在吸附時排出吸附的熱量。傳熱回路裝設四通閥門128和130，對于各自的解吸和吸附作用其用于開關流體的路徑。例如，引導從燃燒燃料的加熱器110來的被加熱的傳熱流體經(jīng)過傳熱回路122流過反應器102的傳熱部分使制冷劑從絡合物中解吸，而同時通過室外盤管118冷卻的傳熱流體冷卻在反應器104中的吸附劑以便開始吸附，用冷卻的傳熱流體的連續(xù)流動排出在吸附周期內反應器中的吸附熱。泵106和107與傳熱流體回路126配合工作。制冷劑回路113引導制冷劑蒸汽從解吸的反應器到冷凝器116然后到貯存器120。所示的系統(tǒng)還包括許多數(shù)值，可選擇地操作它們以便在傳熱流體回路126和循環(huán)流體回路124之間引導傳熱流體。所以，在該系統(tǒng)中可方便地使用普通的乙二醇-水發(fā)動機防凍劑的傳熱流體。在冷卻模式，從貯存器120來的冷凝的制冷劑在蒸發(fā)器112中蒸發(fā)并且產生的冷卻通過循環(huán)回路124傳給室內盤管114。通過管道108引導蒸發(fā)的制冷劑到吸附的反應器。單向閥103、105、109和111與制冷劑回路和管道配合引導蒸發(fā)的制冷劑進入各自的反應器和離開各自的反應器。在說明的實施例中，多個雙向閥可以代替圖示的四通閥。制冷劑回路還包括在貯存器120和蒸發(fā)器112之間沿制冷劑回路上的電磁閥135和熱膨脹閥(TXY)137。為了加熱車輛的乘客區(qū)，即卡車的睡覺室，使從燃燒燃料的加熱器110出來的傳熱流體通過管道131和133循環(huán)，進入和離開室內盤管114。還裝設可選擇的連接132、123，用于將來自燃燒燃料的加熱器110的傳熱流體預熱發(fā)動機。加熱器可以用柴油，汽油、丙烷，天然氣等燃料。另一種是，可以使用電加熱。
為了有利于安裝、修理和替換，本發(fā)明的加熱和空調系統(tǒng)的任何部分可以是模塊設計。例如，在圖2-4中示出的吸附器冷卻系統(tǒng)和燃燒燃料的加熱器54位于輔助的加熱和空調模塊96內，該模塊安裝在圖1所示的車輛的外面。模塊96通過主和第二傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)與乘客車箱12內的熱交換器20互相連接。如圖1中所示，模塊96可以是基本上矩形的封閉體，它可以很容易地安裝在牽引車-拖車10的車架上，就在駕駛室的睡覺區(qū)16的后面。如果設計的系統(tǒng)具有上述實例中給予的特征，那么該系統(tǒng)可以包含在不大于5立方英尺的模塊內。除了圖1中所示的位置，模塊96也可以安裝在剛好在睡覺區(qū)16的后面在車架的相反側，或者它可以安裝在乘客車箱12后壁的外面。
由于加熱和空調系統(tǒng)主要位于車輛乘客車箱12的外部，可以很容易接近系統(tǒng)進行維修而不是必須進入到車內或打開發(fā)動機室。模塊設計和其外部位置使得用該系統(tǒng)改裝現(xiàn)有的卡車更加容易，因為不需要在乘客車箱或發(fā)動機室內占有空間。類似地，系統(tǒng)的模塊設計使得當系統(tǒng)必須修理時很容易用另一個系統(tǒng)來代替。還有，與有很多組件連接到發(fā)動機、連接到主空調系統(tǒng)或位于發(fā)動機室內的輔助的加熱和空調系統(tǒng)相反，模塊96的外部位置避免了任何干擾車輛正常操作的可能性。
權利要求
1.一種用于機動車輛的乘客區(qū)的輔助的有源的加熱和空調系統(tǒng)，其包括在乘客區(qū)內用管道接納被調節(jié)的傳熱流體的熱交換器；制冷劑回路，其包括在空氣調節(jié)期間用管道將被調節(jié)的傳熱流體傳送到該熱交換器的蒸發(fā)器；在乘客區(qū)外用于加熱傳熱流體的燃燒燃料的加熱器；和閥組件，其包括一個或多個用于引導被該燃燒燃料的加熱器加熱的傳熱流體的閥門并具有多個運行模式，該模式包括加熱模式，其中將被加熱的傳熱流體引導到該熱交換器，并包括冷卻模式，其中將被加熱的傳熱流體引導到該反應器；其特征在于，吸附冷卻系統(tǒng)位于乘客區(qū)的外面并具有第一反應器和第二反應器，每個反應器包括熱交換表面，該表面之間具有空間，其包含金屬鹽和在金屬鹽上吸收極性氣體形成的絡合物，所述金屬鹽包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、鋅、鎘、錫或鋁的鹵化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、草酸鹽、高氯酸鹽、硫酸鹽或亞硫酸鹽，上述金屬鹽還包括氟硼化鈉或者雙金屬鹵化物，所述反應器具有傳熱部分，該部分用于在熱方面暴露傳熱流體和/或冷凝的極性氣體制冷劑，使其與所述金屬鹽或所述絡合物形成熱交換聯(lián)系。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述每個反應器在至少所述熱交換表面的一部分之間具有空間，該空間基本上被吸附劑/基體組成物充填，該組成物包括對于極性氣體為惰性的基體材料，并且該組成物結合所述鹽或者其兩種或多種的混合物，或者所述絡合物。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述基體材料包括線、繩、氈或織物。
4.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基體材料在結合所述金屬鹽之前具有約50％至約98％之間的孔隙率。
5.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬鹽或絡合物包括所述吸附劑/基體組成物的至少50％體積。
6.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬鹽或絡合物包括所述吸附劑/基體物組成的至少85％體積。
7.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，該極性氣體是水、胺、醇或氨。
8.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述鹽是堿金屬鹽、堿土金屬鹽或過渡金屬鹽的混合物。
9.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括翅片管式或板式熱交換器。
10.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，其具有長度為15mm或更小的平均質量擴散路徑。
11.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，其具有長度為4mm或更小的熱擴散路徑。
12.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，該基體材料包括玻璃纖維。
13.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，該基體材料包括聚苯硫醚。
14.如權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，該基體材料包括芳香族聚酰胺或尼龍。
15.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該機動車具有發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝有管道接納傳熱流體，并且上述閥裝置還包括發(fā)動機預熱模式，其中將來自燃燒燃料的該加熱器的傳熱流體引導至該機動車的該發(fā)動機冷卻系統(tǒng)。
16.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該吸附器冷卻系統(tǒng)和燃燒燃料的該加熱器設置在安裝到機動車外部的輔助的加熱和空調模塊內。
17.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該加熱器燃燒柴油機燃料、丙烷或汽油。
18.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該制冷劑回路包括第二制冷劑路徑，其用于引導冷凝的極性氣體制冷劑通過吸附反應器的該傳熱部分，以便從此處除去熱量。
19.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該燃燒燃料的加熱器和該吸附床能夠向乘客車箱提供至少2000BTU/小時的空調能量和大于4000BTU/小時的供熱能量。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述極性制冷劑是氨，所述傳熱流體是發(fā)動機冷卻劑，并且該加熱器具有足夠的熱容量將該傳熱流體加熱到近似270°F并且產生至少7500BTU/小時的供熱能量。
21.如權利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，燃燒燃料的該加熱器和包括兩個上述反應器的該反應器冷卻系統(tǒng)設置在安裝到該機動車車架上的封閉體內。
22.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該閥裝置包括用于引導由燃燒燃料的該加熱器加熱的該傳熱流體的單個可控多方向閥。
23.如權利要求22所述的系統(tǒng)，其特征在于，該閥裝置還包括一閥，該閥在加熱模式中阻斷傳熱流體回流到該反應器，并且在冷卻模式中阻斷傳熱流體回流到該熱交換器和該吸附反應器床。
24.如權利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)，其可選擇地從該燃燒燃料的加熱器將被加熱的傳熱流體循環(huán)到該熱交換器、該第一反應器或者該第二反應器，并且其中該閥組件包括一個或多個閥，其用于引導來自燃燒燃料的加熱器的被加熱的上述傳熱流體，在加熱模式中使該流體通過該熱交換器，并且在冷卻模式中使該流體至所述反應器的上述傳熱部分以便驅動其中的解吸，并且其中該吸附冷卻系統(tǒng)位于安裝在該機動車外部的輔助的加熱和空調模塊中，并且具有包括蒸發(fā)器的制冷劑回路，在冷卻期間該蒸發(fā)器用管道將傳熱流體傳送到該熱交換器。
25.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，該機動車具有與該傳熱流體循環(huán)系統(tǒng)互相連接的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，并且其中該閥組件包括發(fā)動機預熱模式，在該模式中來自燃燒燃料的該加熱器的該傳熱流體被引導到該機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中。
26.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，位于該蒸發(fā)器和該熱交換器之間的管道包括單向閥，其用于在加熱模式時中斷其中的流體流動。
27.如權利要求24所述的系統(tǒng)，其特征在于，該制冷劑回路包括第二制冷劑通路，其用于引導已冷凝的極性氣體制冷劑通過上述吸附反應器的上述傳熱部分，以便從此處除去熱量。
28.如權利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括蒸發(fā)器和冷凝器；在乘客區(qū)中的熱交換盤管；和在所述蒸發(fā)器和所述熱交換盤管之間的循環(huán)加熱或冷卻傳熱回路。
全文摘要
一種機動車輛乘客區(qū)用的加熱和空調系統(tǒng),其包括在乘客區(qū)具有管道接納被調節(jié)的傳熱流體的熱交換器(20、114),位于乘客區(qū)外面有第一和第二反應器(32、34、102、104)的吸附冷卻系統(tǒng),每個反應器包含金屬鹽或絡合物并具有在傳熱流體和/或冷凝的極性氣體制冷劑與所述金屬鹽或所述絡合物之間進行熱交換的部分,制冷劑回路,該回路包括具有管道在空調時將被調節(jié)的傳熱流體傳送到熱交換器(20、114)和蒸發(fā)器(40、112),用于加熱傳熱流體的加熱器(54、110),和引導由加熱器(54、110)加熱的傳熱流體的閥組件(65、128、130)。在優(yōu)選的實施例中每個反應器包含有對于極性氣體為惰性的并結合鹽或絡合物的基體材料。
文檔編號B61D27/00GK1375049SQ00813130
公開日2002年10月16日 申請日期2000年7月7日 優(yōu)先權日1999年7月20日
發(fā)明者U·羅肯菲勒, L·基羅爾, P·薩基斯安, K·哈利利 申請人:羅基研究公司