CN100443812C

CN100443812C - 回风调温轿车空调

Info

Publication number: CN100443812C
Application number: CNB2006100196366A
Authority: CN
Inventors: 李曹县; 陈华; 鄢庆春; 吴祥生; 范亚明
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: CN1900613A

Abstract

本发明涉及回风调温轿车空调，它包括进风混合风道、制冷风道和出风风道；进风混合风道与出风风道之间设有与制冷风道隔离的直通风道，直通风道与制冷风道的出风口均通向出风风道内；制冷风道的出风口包括与出风风道直接连通的直通口和流经加热器的加热通口；直通口与直通风道的出风口之间铰接有双阀片调节风门，双阀片调节风门由一对固定在转轴上交叉成一定角度的联动阀片构成，两联动阀片分别设于直通风道的出风口和制冷风道的直通口上用于分别调节各自的开口度。本发明能同步控制制冷风道的直通口与直通风道的出风口的开度大小，从而不仅在制冷时能调节直通风道与制冷风道的流量；而且在等温除湿或加热时可确保有足够的空气流量流过加热器。

Description

回风调温轿车空调

技术领域

本发明涉及轿车空调，特别是一种用于调节空调送风温度的回风调温轿车空调。

背景技术

现有的冷暖一体化轿车自动空调，由于受到空间结构与调节精度的限制，其送风加热调温空调装置的构造原理图和构造示意图如图1和图3所示，基本上是由依次连通的进风混合风道1、制冷风道2和出风风道3构成；进风混合风道内设有风机11，进风混合风道的进风口由用于输入补充的新鲜空气的新风进口12、用于输入循环空气的回风进口13、和设于新风进口与回风进口之间的新风调节风门14组成；总的循环风量由风机的转速调节，新风与回风的风量比由新风调节风门调定。制冷风道内设有空调装置的蒸发器21，制冷风道2的出风口包括与出风风道3直接连通的直通口23和另一流经加热器22的加热通口24。其空气冷却处理过程为：先将循环空气及补充的新鲜空气在进风混合风道内混合后，在制冷风道内冷却降温除湿变成冷风，接着一部分冷风从直通口23直接进入出风风道内，另一部分冷风经加热器22加热后从加热通口24进入出风风道内与冷风混合，(冷热风的混合比例由风门51调节)使出风风道内形成温度适宜的空气，最后从送风口送出(空气处理过程的焓湿图见图2)。这种空气处理方式的缺点在于：(1)为了达到空调的舒适标准，轿车内送风的温度要求在10～15℃以上，而蒸发器出风口温度一般为2～7℃之间，加热温差为8～12℃，为了调节舒适的送风温度，空气通过蒸发器进行降温除湿后又要通过加热器加热升温，浪费了大量的冷量；(2)新鲜空气的进气量和循环空气的进气量没有得到精确调整，因此经常补充入过量的新鲜空气(以下简称新风)，造成新风的过量能耗。目前轿车的空调耗能大概占汽车总能耗的10％左右，其中，加热升温耗能量占空调能耗的20％～30％，过量新风能耗占10％左右，无效能耗占空调能耗的30％～40％。

以往，轿车自动空调设计主要关注于其舒适性方面，对节能方面并没有投入太多的重视。在石油危机成为世界性的严重社会与经济问题的今天，随着汽油价格的一路攀升及环境污染问题的日益严重，如何进一步降低汽车空调油耗已成了需要认真解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种回风调温轿车空调，它能同步控制制冷风道的直通口与直通风道的出风口的开度大小，从而不仅在制冷时能调节直通风道与制冷风道的流量，而且在等温除湿或加热时，可使制冷风道的直通口的开口度与直通风道的出风口的开口度同时达到最小值，确保有足够的空气流量流过加热器，保证加热效果。

本发明的技术方案是这样构成的：它包括依次连通的进风混合风道、制冷风道和出风风道；所述进风混合风道内设有风机，进风混合风道的进风口由新风进口、回风进口和设于新风进口与回风进口之间的新风调节风门组成；所述制冷风道内设有空调装置的蒸发器，其特征在于：所述进风混合风道与出风风道之间还设有与制冷风道隔离的直通风道，直通风道的出风口与制冷风道的出风口通向出风风道内；所述制冷风道的出风口包括与出风风道直接连通的直通口和另一流经加热器的加热通口；所述直通口与直通风道的出风口之间铰接有一双阀片调节风门，该双阀片调节风门由一对固定在转轴上的交叉成一定角度的联动阀片构成，两联动阀片分别设于直通风道的出风口和制冷风道的直通口上用于分别调节直通风道的出风口的开口度以及制冷风道的直通口的开口度。

较之已有技术而言，本发明上述技术方案不仅有利于减少因对空调送风的重复加热而造成的能量损耗；而且能同步控制制冷风道的直通口与直通风道的出风口的开度大小，从而一方面在制冷时有利于调节直通风道与制冷风道的流量，达到较好的调温目的；另一方面在等温除湿(春秋季除雾)或加热(冬季)时，可使制冷风道的直通口的开口度与直通风道的出风口的开口度同时达到最小值，确保有足够的空气流量流过加热器(流过加热器的空气流量的最大值能达到流过制冷风道总空气量的30％)，保证加热效果。

为了精确控制流经上述直通风道的风量，从而调整经过蒸发器冷却的冷风与未经过冷却的原风的混合后的温度，以达到最舒适的出风温度，本发明技术方案的进一步改进如下：所述直通风道的出风口上设有与双阀片调节风门的一个阀片配合的流量调节隔栅用于调节直通风道出风口的开口度；所述出风风道内设有温度传感器，该温度传感器与用于控制双阀片调节风门相对流量的开启角度的控制装置进行连接，该温度传感器为直通风道双阀片调节风门的开度调节提供反馈信号。

为了精确控制新风的进风量，调整新风与回风的进风比，从而减少过量新风能量的损耗，本发明技术方案的进一步改进如下：所述新风进口上还设有与新风调节风门配合的流量调节隔栅用于调节新风进口的开口度，所述进风混合风道内还设有温度传感器，该温度传感器与用于控制新风调节风门相对流量的开启角度的控制装置进行连接，该温度传感器为新风调节风门的开度调节提供反馈信号。

为了减少加热而引起的冷量的消耗，本发明技术方案的进一步改进如下：所述加热器在与其相联接的加热流体(汽车发动机冷却液)循环管路上装有电动开关阀，所述电动开关阀与用于控制电动开关阀启闭的控制装置进行连接。通过电动开关阀来控制加热器中加热流体的流动，从而控制空调在制冷、加热、除湿等运行模式间的转换时加热器加热工能的开启和关闭。

较之已有技术而言，本发明具有下列优点：(1)由于增设了由进风混合风道通向出风风道的直通风道，可直接利用一部分流经直通风道的未制冷的原风与流经制冷风道的经过制冷的冷风进行混合，使混合后的出风温度升高，因而不需要额外通过加热装置对经蒸发器冷却后的冷空气进行加热，有利于降低冷量的损耗，而且通过蒸发器冷却的风量会减少，制冷量会减小，既减少了空调能量的损耗(与传统的回风加热调温空调装置相比，可节省空调能量30～40％)，又减小了蒸发器的体积、冷凝器面积、压缩机排气量(空调装置的组件)，有利于降低成本、减轻重量、方便安装；(2)由于在直通风道上设有与双阀片调节风门的一个阀片配合的流量调节隔栅，且通过出风风道上的温度传感器将温度信号传递给控制装置，精确控制双阀片调节风门相对流量调节的开启角度，有利于调节需要冷却的风与不需要冷却的风的比例，从而达到精确调整经过冷却的风与未经过冷却的风混合后的出风温度的目的；(3)由于在新风进口设有与新风调节风门配合的流量调节隔栅用于调节新风进口的开口度，并通过温度传感器将温度信号传递给控制装置，以调整新风调节风门相对流量的开启角度，因此可精确调节新风进风量，避免造成过量新风的能耗；(4)由于在加热流体循环管路上设置了具有开启和关闭加热器功能的电动开关阀，实现了加热器与蒸发器在制冷风道内的直接无遮挡放置，减小了风道占用空间，改善了流道，降低了气流阻力；(5)可缩小风机的流量调节范围，提高风机的循环运行效率；(6)可减小送风温差，提高座舱内的舒适度；(7)与传统的回风加热调温空调装置相比，本发明在中低湿度环境内除湿量会减少，座舱内空气状态点的均衡相对湿度点会等温右移，而在高湿度环境下工况又保持不变，改善了舒适度。

附图说明

图1是已有的回风加热调温空调装置的构造原理图。

图2是已有的回风加热调温空调装置的空气处理过程焓湿图。

图3是已有的回风加热调温空调装置的构造示意图。

图4是本发明构造原理图。

图5是本发明的空气处理过程焓湿图。

图6是本发明实施例构造示意图。

图7是流量调节隔栅与调节风门配合构造示意图。

图8是本发明采用的一种流量调节隔栅的正面构造示意图。

图9是普通调节风门与加设了流量调节隔栅后的调节风门的开度-风量曲线对比示意图。

图10是本发明采用的一种双阀片调节风门构造示意图。

标号说明：1、进风混合风道，11、风机，12、新风进口，13、回风进口，14、新风调节风门，15、流量调节隔栅，16、温度传感器，2、制冷风道，21、蒸发器，22、加热器，23、制冷风道的直通口，24、制冷风道的加热通口，25电动开关阀，26、加热流体循环管路，3、出风风道，31、温度传感器，32、出风风道的送风口，4、直通风道，41、双阀片调节风门，42、流量调节隔栅，5、通向轿车后车厢的后车道，51、加热器通风量调节风门。

N、座舱内空气温湿度状态点，W、座舱外空气温湿度状态点，C、新风回风一次混合空气温湿度状态点，L、蒸发器出口冷却空气温湿度状态点，O、出风风道送风口空气温湿度状态点。

a、普通调节风门的开度-风量曲线，b、加设了流量调节隔栅后的调节风门的开度-风量曲线。

具体实施方式

本发明具体实施例它包括依次连通的进风混合风道1、制冷风道2和出风风道3；所述进风混合风道1内设有风机11，进风混合风道的进风口由新风进口12、回风进口13、和设于新风进口与回风进口之间的新风调节风门14组成；所述制冷风道2内设有空调装置的蒸发器21，其特征在于：所述进风混合风道1与出风风道3之间增设了与制冷风道隔离的直通风道4，所述直通风道4的出风口43与制冷风道2的出风口通向出风风道内。如图4所示，直通风道4的出风口可设于风机11与蒸发器相邻部位的风机外壳壳壁上，其开口可设置在朝向出风风道3或者朝向出风风道3内的任意位置，如图6所示。

所述制冷风道2的出风口包括与出风风道3直接连通的直通口23和另一流经加热器22的加热通口24，所述直通口23与直通风道的出风口43之间铰接有一双阀片调节风门41，该双阀片调节风门41由一对固定在转轴上的交叉成一定角度的联动阀片构成，两联动阀片分别设于直通风道的出风口和制冷风道的直通口上用于分别调节直通风道的出风口43的开口度以及制冷风道的直通口23的开口度。

所述直通风道的出风口43上设有与双阀片调节风门41的一个阀片配合的流量调节隔栅42用于调节直通风道出风口43的开口度；所述出风风道内设有温度传感器31，该温度传感器31与用于控制双阀片调节风门41相对流量的开启角度的控制装置进行连接，该温度传感器为直通风道双阀片调节风门的开度调节提供反馈信号。

具体实施时，上述双阀片调节风门41的开度调节可根据下列公式进行计算：

G_c×(T_c-T_o)＝G_s×(T_s-T_o)

G_{s} = \frac{Q}{C_{p} \times (T_{n} - T_{s})}

T_s＝T_n-ΔT

S_w＝f(T_s，T_c，T_o)

上式中：G_c流经直通风道4的风量，可由双阀片调节风门41控制；

G_s出风风道3的送风口32的总送风量，主要由风机11转速及双阀片调节风门41调节，其数量关系由实测标定；

Q轿车座舱热负荷，对固定的车型主要由车速、设定座舱设定温度、车外空气温度、太阳辐射及乘员人数确定，其数量关系由实测标定；

C_p空气定压比热；

T_o空调装置的蒸发器空气出口温度，由温度传感器测定；

T_s送风口空气温度，由舒适方程确定；

T_c进风混合风道内混合空气的温度，它由车外空气温度、回风进口空气温度及新风调节风门14的开度共同确定，其值可由由温度传感器测知；

T_n座舱内设定温度，其值由由温度传感器测知；

ΔT送风温差，由舒适性条件确定，其值可由由温度传感器测知；

S_w双阀片调节风门41的开度，决定开度的函数关系由实验确定；

上述制冷风道直通口23的开口度不需太精确，只要保证在开度达到最小值时流过加热器的流量与流过蒸发器的流量比能接近或达到0.4左右即可。

通过以上公式编制控算法模块来控制双阀片调节风门41的开度所确定的空气流量，可提升送风温度到设定值附近，从而实现更高的舒适性标准(缩小送风温差)，在具体实施时采用更高的送风温差(如18～20℃度)送风而不会额外增加空调负荷。

所述新风进口12上还设有与新风调节风门14配合的流量调节隔栅15用于调节新风进口的开口度，所述进风混合风道内还设有温度传感器16，该温度传感器与用于控制新风调节风门14相对流量的开启角度的控制装置进行连接。该温度传感器为新风调节风门的开度调节提供反馈信号。

具体实施时，可通过下列公式计算新风进口最低新风量：

G_nw×(T_nw-T_h)＝G_s×(T_c-T_h)

G_nw+G_L＝G_BN

T_{c} = \frac{(G_{BN} - G_{L})}{G_{s}} \times (T_{nw} - T_{h}) + T_{h}

S_w＝f(T_h，T_nw，T_c)

上式中：G_nw从新风进口进入的新风量，可由新风调节风门14控制；

G_L轿车座舱漏风量，对固定的车型主要由车速确定，其数量关系由实测标定；

G_BN轿车座舱内总的新风换气量。由乘员人数、相关卫生标准及舒适性标准共同确定；

T_nw车外空气温度，由温度传感器测定；

T_h回风进口空气温度，由温度传感器测定；

T_c进风混合风道内混合空气的温度，它由车外空气温度、回风进口空气温度及新风调节风门14的开度共同确定，其值可由温度传感器测知；

S_w新风调节风门14的开度，决定开度的函数关系由实验确定；

通过以上公式编制控算法模块控制新风调节风门14的开度，可使新风进气量始终保持在最佳新风量附近。

所述加热器22在与其相联接的加热流体(汽车发动机冷却液)循环管路26上装有电动开关阀25，所述电动开关阀与用于控制电动开关阀启闭的控制装置进行连接。通过电动开关阀来控制加热器中加热流体的流动，从而控制空调在制冷、加热、除湿等运行模式间的转换时加热器加热功能的开启和关闭。

当需对空气进行等温减湿处理时(春秋季除雾)，经空气处理后出风风道内混合后的空气仍然无法达到合适的送风温度，此时可打开电动开关阀25，启动加热器22，使一部分空气通过加热器加热后再送出，以便达到适宜的送风温度。当外界温度太低(冬季、初春或深秋)需进行加热时，此时可关闭空调压缩机，打开电动开关阀25，启动加热器22，使一部分空气通过加热器加热后再送出，以便达到适宜的送风温度。在通常状态下，电动开关阀25都处于关闭状态。

本发明与传统回风加热调温空调装置的一个重要区别在于：混风调节风门处都加设了流量调节隔栅(构造如图7和图8所示)，用来精确调节空气混合的比例。流量调节隔栅改变了调节风门的流量开度曲线，改善了调节风门的调节性能。流量调节隔栅可以根据需要设计成匀均分布或由密至疏分布(如图8所示)。未设流量调节隔栅的普通调节风门与加设了流量调节隔栅后的调节风门的开度-风量曲线对比如图7所示，其中a为普通调节风门的开度-风量曲线，b为加设了流量调节隔栅后的调节风门的开度-风量曲线。

本发明与传统回风加热调温空调装置的另一个重要区别在于：加热流体循环管路上加装了电动开关阀25，用来对加热器的加热功能进行开启与关闭。这样就能使加热器可直接串接在蒸发器之后，减小了占用空间，降低了气流阻力。

Claims

1.一种回风调温轿车空调，它包括依次连通的进风混合风道(1)、制冷风道(2)和出风风道(3)；所述进风混合风道(1)内设有风机(11)，进风混合风道的进风口由新风进口(12)、回风进口(13)和设于新风进口与回风进口之间的新风调节风门(14)组成；所述制冷风道(2)内设有空调装置的蒸发器(21)，其特征在于：所述进风混合风道(1)与出风风道(3)之间还设有与制冷风道隔离的直通风道(4)，直通风道(4)的出风口(43)与制冷风道(2)的出风口通向出风风道内；所述制冷风道(2)的出风口包括与出风风道(3)直接连通的直通口(23)和另一流经加热器(22)的加热通口(24)；所述直通口(23)与直通风道的出风口(43)之间铰接有一双阀片调节风门(41)，该双阀片调节风门(41)由一对固定在转轴上的交叉成一定角度的联动阀片构成，两联动阀片分别设于直通风道的出风口和制冷风道的直通口上用于分别调节直通风道的出风口(43)的开口度以及制冷风道的直通口(23)的开口度。

2.根据权利要求1所述的回风调温轿车空调，其特征在于：所述直通风道的出风口(43)上设有与双阀片调节风门(41)的一个阀片配合的流量调节隔栅(42)用于调节直通风道出风口(43)的开口度；所述出风风道内设有温度传感器(31)，该温度传感器(31)与用于控制双阀片调节风门(41)开启角度的控制装置进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的回风调温轿车空调，其特征在于：所述新风进口(12)上还设有与新风调节风门(14)配合的流量调节隔栅(15)用于调节新风进口的开口度，所述进风混合风道内还设有温度传感器(16)，该温度传感器与用于控制新风调节风门(14)开启角度的控制装置进行连接。

4.根据权利要求1或2所述的回风调温轿车空调，其特征在于：所述加热器(22)在与其相联接的加热流体循环管路(26)上装有电动开关阀(25)，所述电动开关阀与用于控制电动开关阀启闭的控制装置进行连接。