CN107364311A - 一种电动汽车热电暖风空调 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种结构简单、能耗低、适合大功率热源，能够根据所需要温度来控制加热系统的电动汽车的热电暖风空调，包括热电空调单元、鼓风机和暖风芯体；所述热电空调单元具备热端换热器、热电器件和冷端换热器；所述热端换热器与暖风芯体通过管道连接，组成第一回路；所述冷端换热器与所述电动汽车的车载冷却系统串联，组成第二回路；所述暖风芯体位于所述鼓风机与车内出风口之间的导风通道内。

Description

一种电动汽车热电暖风空调

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种电动汽车的热电暖风空调。

背景技术

我国已成为全球最大的汽车生产和消费市场，汽车工业所面临的能源消耗和环境污染问题正在日益加重，技术升级和节能减排迫在眉睫。节能环保型汽车，特别是新能源汽车（纯电动汽车）将是未来我国汽车工业发展的重要趋势。纯电动汽车行驶动力全部来自车载电机，能源使用效率极大提高，可以高达90%，没有排放物，更加环保，但续航里程短是现有纯电动汽车推广应用的瓶颈。在冬季，特别是我国北方地区，由于电动汽车没有传统内燃机发动机的余热作为热源且压缩机的制热效果差，要实现冬季挡风玻璃的快速除霜除雾和车内制热，必须使用大功率（超过3kW）PTC（Positive Temperature Coefficient ）加热系统，加剧了汽车功耗，而且大功率大密度的PTC加热系统作为一个高密度热源也增加了电动车的安全隐患。

热电器件具备快速制冷和快速加热的功能，尤其是与单纯电阻加热的PTC加热器相比，热电加热元件不仅具有电阻加热的效应，同时还具有特有的热泵功能，其加热功能的COP（Coefficient of Performance性能系数）可超过2.0，如果用热电空调技术取代PTC加热技术，整车暖风空调系统功率将下降30%～50%，电动汽车的有效续航里程将显著提升。

授权公告号CN 104048375 B——基于热电的汽车局部空气环境调节系统的中国专利文献公开了一种技术方案，将多个热电模块置于输气管中，每个热电模块位于每两个出风口之间，热电模块之间设有隔热海绵。工作时，将预先制冷、制热的空气通过输气管，流经热电模块，根据温度控制系统的反馈，由热电模块对流经的空气温度进行辅助调节，最终从出风口吹向驾驶人员不同部位。但该装置中输气管空间有限，只适合安装小功率的热电模块，无法采用大功率热电模块取代PTC，且热电模块上的热量不能迅速被带走。

专利号ZL02224371.2——热电汽车空调装置的中国专利文献公开了一种技术方案，将热电芯片热端接热端热管盒，冷端接冷端热管盒；热端热管盒置于汽车顶盖板上面，其上装有热端热管，各热管上均装有热端翅片；冷端热管盒置于汽车顶盖板下面，其上装有冷端热管，各热管上均装有热端翅片。各部件均通过空调器上、下外壳包覆于其内，上外壳上与汽车前进方向垂直的两面侧壁分别开设有散热进风口和散热出风口；下外壳上亦分别开设有空调送风口和空调回风口，在冷端热管和空调回风口之间设置一轴流风机。但该装置体积较大，会占用过多车内空间；该装置需要安装在汽车顶盖板两侧，会影响汽车的整体外观，而只能装在顶部位置，导致其送风位置存在局限，无法取代PTC加热系统。

公开号US2009199572A1——车内太阳能-热电空调器的美国专利文献公开了一种技术方案，将热电器件两侧安装散热片，并同风扇一同装入外壳，外壳的一侧装有太阳能电池板，并且与汽车玻璃相贴合，先将太阳能转换成电能，再提供给风机和热电器件，以达到调节车内温度的目的。但此空调器的太阳能电池板面积较小，只能提供很小功率的电源，并且只能在白天有阳光的情况下使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种适合于车用的、能够替代汽车PTC加热系统的电动汽车的热电暖风空调。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

包括热电空调单元、鼓风机和暖风芯体；

所述热电空调单元具备热端换热器、热电器件和冷端换热器；

所述热端换热器与暖风芯体通过管道连接，组成第一回路；

所述冷端换热器与所述电动汽车的车载冷却系统串联，组成第二回路；

所述暖风芯体位于所述鼓风机与车内出风口之间的导风通道内。

本发明的空调利用热电器件对热端换热器中的液体进行加热，通过液体把热量传送至暖风芯体，再由鼓风机吹出的空气经过暖风芯体后带入车内空间。车内出风口附近分别设有温度传感器，并与控制器连接。本发明结构简单、能耗低、适合大功率热源，能够根据所需要温度来控制加热系统，加热部件是热电器件，通过控制热电器件上电压或电流的大小来控制热电器件的发热量，吹出不同温度的暖气，实现冬季车内温度的快速提升以及挡风玻璃的快速除霜除雾，并为乘客提供舒适的乘坐环境。

优选地，所述热端换热器和所述冷端换热器表面均设有温度传感器，出风口温度传感器用于控制出风温度，热端换热器和冷端换热器表面温度传感器避免换热器中液体温度过热。由此可以通过改变所述热电器件的电压或电流，实现出风口温度的调控。还可以通过改变所述鼓风机的电压或电流，实现出风口风量的调控。

较佳为，所述热端换热器位于所述热电空调单元中间，

所述热端换热器两侧分别装有所述热电器件，

所述冷端换热器位于所述热电器件外侧。

热电器件通电后，热电器件外侧吸取冷端换热器中的热量，连同热电器件自身产生的焦耳热，一起传递至热端换热器，热端换热器中的液体被加热后流入暖风芯体，由鼓风机吹出的空气流经暖风芯体被加热后，最终导入车内。

优选地，所述热端换热器包括本体和上盖，

所述热端换热器的本体的内部设有数个U型水通道，

所述热端换热器的上盖在与所述热端换热器的本体连接的一侧设有数个翅片。

优选地，所述冷端换热器包括本体和上盖，

所述冷端换热器的本体的内部设有数个U型水通道，

所述冷端换热器的上盖的两侧均设有数个翅片，

所述冷端换热器的上盖在不与所述冷端换热器的本体连接的一侧与空气接触以增大换热面积。

附图说明

图1示出根据本发明一实施形态的热电暖风空调的示意图

图2示出根据本发明一实施形态的热电空调单元结构的示意图

图3示出根据本发明一实施形态的热端换热器结构的示意图

图4示出根据本发明一实施形态的冷端换热器结构的示意图

附图标记：

1热电暖风空调

2热电空调单元

3暖风芯体

4鼓风机

5冷端换热器

6热电器件

7热端换热器

8车载冷却系统

9本体

10水路接口

11 U型水通道

12上盖

13翅片

14本体

15水路接口

16 U型水通道

17上盖

18翅片

19翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种温度可调的电动汽车热电暖风空调，如图1所示，根据本发明一实施形态的热电暖风空调1包括热电空调单元2、鼓风机4和暖风芯体3。冷端换热器5、热电器件6和热端换热器7组成热电空调单元2。具体而言，热电空调单元2的中间是热端换热器7，热端换热器7两侧均装有热电器件6，热电器件6外侧再安装冷端换热器5。

热端换热器7与暖风芯体3通过管道连接组成第一回路。暖风芯体3通过导风通道与鼓风机4相连，最终与车内出风口连接。暖风芯体3位于鼓风机4与车内出风口之间的导风通道内。冷端换热器5与车载冷却系统8串联，组成第二回路。通过改变热电器件6的电压或电流，实现出风口温度的调控。通过改变所述鼓风机的电压或电流，实现出风口风量的调控。

所述热端换热器7和冷端换热器5表面均设有温度传感器；可以通过改变所述热电器件的电压或电流，实现出风口温度的调控；可以通过改变所述鼓风机的电压或电流，实现出风口风量的调控。

所述鼓风机4为车载空调自带。所述暖风芯体3可为普通汽车水冷型暖风芯体。

如图2所示，根据本发明一实施形态的热电空调单元2，其中热端换热器7的两侧装有热电器件6。热电器件6是用树脂做成框架，热电材料位于框架内，两面喷涂电极，具有良好的抗震性能。当对热电器件6施加电流时，热电器件6就会产生帕尔帖效应，其两侧表面分别产生吸热和放热效应。

热电器件6通电后，热电器件6外侧吸取冷端换热器5中的热量，连同热电器件6自身产生的焦耳热，一起传递至热端换热器7，热端换热器7中的液体被加热后流入暖风芯体6，由鼓风机吹出的空气流经暖风芯体6被加热后，最终导入车内。

也就是说，热电器件6放热面放出的热量先传导至热端换热器7的两侧，再传至其内部的液体，液体通过第一回路将热量带至暖风芯体3；鼓风机4通过导风通道与暖风芯体3连接，鼓风机4吹出的空气经过暖风芯体3时与其产生热交换，加热后的空气通过出风口进入车内空间，以起到加热和除霜除雾的效果。

热电器件6的吸热面与冷端换热器5贴合，其温度低于冷端换热器5，冷端换热器5中液体和车外空气中的热量传导至热电器件6的吸热面，最终搬运至热电器件6的放热面。冷端换热器5与车载冷却系统8通过管道相连接，组成第二回路,这样既能发挥热泵功能，吸收车载冷却系统8和车外空气中的热量，使得加热功能的COP超过2.0，节省了能耗，又能降低整车冷却系统的温度，提高冷却效果。

如图3所示的热端换热器7由本体9和上盖12两部分组成。本体9内部设有数个U型水通道11, 本实施方式中，每个水通道的宽度和深度为10-18mm，本体9外部设有两个水路接口10，热端换热器7与暖风芯体3连接组成第一回路，所以接口10一端与水通道11连接，另一端通过管道与暖风芯体3连接。上盖12中，与本体9连接的一侧设有数个翅片13，与本体组装时，每个翅片13分别位于U型水通道11的中间，以增强热端换热器7的换热能力。本实施方式中，翅片13的厚度和高度分别为4-6mm和6-16mm。系统工作时，热量从热电器件6传递至热端换热器7，上盖12和本体9组成了热端换热器7，热电器件与热端换热器7的上、下面都接触，参见图2，通过U型水通道11和翅片13将液体加热，液体再将热量带至暖风芯体3，加热流经的空气。

如图4所示的冷端换热器5由本体14和上盖17两部分组成。本体14内部设有数个U型水通道16, 本实施方式中，每个水通道的宽度和深度为10-18mm，本体14外部设有两个水路接口15，冷端换热器5与车载冷却系统8串联，组成第二回路，所以接口15一端与水通道11连接，另一端通过管道与车载冷却系统8连接。上盖17两侧分别设有数个翅片18、19，与本体14组装时，与本体连接一侧的每个翅片18分别位于U型水通道16的中间。本实施方式中，翅片18的厚度和高度分别为4-6mm和6-16mm；上盖17另一侧的翅片19与空气接触，以增大换热面积。本实施方式中，翅片19厚度为1-3mm，高度为5-30mm，相邻两个翅片19的间隔1-5mm。系统工作时，车载冷却系统8以及车外空气中的热量通过翅片18、U型水通道16和翅片19进入热电器件6的吸热面，最终传递至热电器件6的放热面。因为热电器件6的吸热面温度较低，所以热量同时会从空气中以及车载冷却系统8的液体中进入冷端换热器，再传递至热电器件6的吸热面（即器件与冷端换热器的接触面），最终到达热电器件6的放热面。另外，热电器件6与本体14的外表面接触。

依照前述的实施方式，发明人提供如下试验数据，以说明本发明的有益效果：

以如下数据为例：U型水通道11和U型水通道16的宽度和深度均为18mm；翅片13和翅片18的厚度为6mm,高度为16mm；翅片19的厚度2mm，高度20mm，相邻两个翅片19的间隔4mm；热端换热器7与暖风芯体3组成的第一回路中水流量为230mL/s；冷端换热器5与车载冷却系统8组成的第二回路中水流量为350mL/s；热电器件6功率恒定1980W，鼓风机4功率恒定35W，分别测量热电暖风空调进风口、出风口和暖风芯体3上温度随时间的变化，如表1所示：

表1。

本发明能够根据所需要温度来控制加热系统，吹出不同温度的暖气，实现冬季车内温度的快速提升以及挡风玻璃的快速除霜除雾。并且冷端换热器与电动汽车的车载冷却系统串联，可以将车载冷却系统以及车外空气中的热量通过两面翅片和U型水通道，最终传递至热电器件的放热面。如上所述，本发明比PTC加热系统节能，而且车体内无高压电，消除安全隐患。

Claims (5)

1.一种电动汽车的热电暖风空调，其特征在于，

包括热电空调单元、鼓风机和暖风芯体；

所述热电空调单元具备热端换热器、热电器件和冷端换热器；

所述热端换热器与暖风芯体通过管道连接，组成第一回路；

所述冷端换热器与所述电动汽车的车载冷却系统串联，组成第二回路；

所述暖风芯体位于所述鼓风机与车内出风口之间的导风通道内。

2.根据权利要求1所述的热电暖风空调，其特征在于，

所述热端换热器和所述冷端换热器表面均设有温度传感器。

3.根据权利要求1所述的热电暖风空调，其特征在于，

所述热端换热器位于所述热电空调单元中间，

所述热端换热器两侧分别装有所述热电器件，

所述冷端换热器位于所述热电器件外侧。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的热电暖风空调，其特征在于，

所述热端换热器包括本体和上盖，

所述热端换热器的本体的内部设有数个U型水通道，

所述热端换热器的上盖在与所述热端换热器的本体连接的一侧设有数个翅片。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的热电暖风空调，其特征在于，

所述冷端换热器包括本体和上盖，

所述冷端换热器的本体的内部设有数个U型水通道，

所述冷端换热器的上盖的两侧均设有数个翅片，

所述冷端换热器的上盖在不与所述冷端换热器的本体连接的一侧与空气接触以增大换热面积。