CN107839435A - 一种基于相变材料的车辆智能温控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于相变材料的车辆智能温控系统，包括设在车体内的温度传感控制单元、制冷单元和加热单元；所述制冷单元加热单元分别与温度传感和控制单元电连接；还包括设在车体上并与所述制冷单元和加热单元连接相通的层状保温结构；所述的层状保温结构包含多层相变材料层。本发明冬季供暖、夏季降温，并可在极端温度条件下使用；而且能耗底、设备损伤小。

Description

一种基于相变材料的车辆智能温控系统
技术领域
本发明涉及车辆温控设施，具体的涉及一种基于相变材料的车辆智能温控系统。
背景技术
现有的车辆温度调节方式主要是：制冷采用车载空调，制热采用抽取底盘发动机热风或加装加热器。温度调节系统刚启动时，车载空调或热风风机、加热器开机运行，将冷风或热风送至出风口，此时出风口温度先发生变化，而远离出风口处温度则需经过一段时间以后才会下降或升高，极端温度条件下远离出风口处无法达到设定温度；当车内温度达到设定温度后，控制系统会间断开启或关闭空调等温控设备，以实现车内温度的平衡，而频繁开关机会对温控设备的使用寿命和性能造成恶劣影响。现有的车辆温度调节系统的运行方式前期及极端温度条件下远离出风口处未达到设定温度，而且能耗高、设备损伤大。为了解决车辆温度调节系统能耗高的问题，本领域的技术人员开发出了利用太阳实现车内温度调节的系统，如CN 106427476A 公开的“一种车载智能温控系统”，包括太阳能电池单元、控制单元、储能单元、制冷单元、制热单元和测温单元，其中太阳能电池单元、储能单元、制冷单元、制热单元和测温单元均与控制单元相连；通过测温单元反馈给控制单元车舱内实时温度，控制单元通过制冷单元、制热单元实现车舱内温度的智能调控。该系统可以直接利用太阳能实现汽车车舱内温度的智能调节，具有节能环保，无污染且功耗低、易控制、安装方便等优点。还开发出了利用相变材料实现密闭空间的温控系统，如CN 105528001A 公开的“一种基于相变材料的准低温储粮仓组合式温控系统及方法”，结构为：工控机控制系统、粮情检测系统、机械通风系统和通风窗，储粮仓孔洞采用保温隔热密封处理，使储粮仓内部达到密闭状态；在储粮仓顶的下部设有轻钢龙骨吊顶，将储粮仓内部空间分割为两个独立的空间，在轻钢龙骨吊顶上表面铺设相变材料储能板；在储粮仓内的粮食上表面铺设相变材料储能垫；在储粮仓壁的内壁上设有空调机，空调机与工控机控制系统连接。该系统将相变材料热量转换机理应用到储粮仓内，利用相变材料的相变潜热对能量的储存与释放，使储粮温度始终保持在准低温状态，达到安全过夏的要求，实现准低温储粮仓高效、低成本组合式隔离控温。但没有利用相变材料解决车辆内部的温度调节与控制问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于相变材料的车辆智能温控系统，其冬季供暖、夏季降温，并可在极端温度条件下使用；而且能耗底、设备损伤小。
本发明所述的一种基于相变材料的车辆智能温控系统，包括设在车体内的温度传感控制单元、制冷单元和加热单元；所述制冷单元和加热单元分别与温度传感控制单元电连接；还包括设在车体上并与所述制冷单元和加热单元连接相通的层状保温结构。
进一步，所述层状保温结构包括车体外层、车体内层和设在车体外层与车体内层之间的两层相变材料层，相变材料层包含多层利用高导热材料（如导热硅脂）封装连接的相变材料，还包括设在两层相变材料层之间的通风管道，通风管道采用蛇形铜管形式，同样利用高导热材料封装在相变材料层之间，所述通风管道的进风口与所述制冷单元和加热单元连接相通，出风口从蛇形铜管的另一端引出车体或引人到制冷单元和加热单元进风口。
进一步，所述层状保温结构包括从外至内依次设置的车体外层、第一相变材料层、通风管道、第二相变材料层和车体内层，所述通风管道设在第一相变材料层和第二相变材料层之间，所述通风管道与所述制冷单元和加热单元连接相通。
进一步，所述第一相变材料层和第二相变材料层所包含的多层相变材料均采用聚乙二醇固-固相变材料，利用不同分子量的聚乙二醇熔点不同的原理，制备相变温度不同的聚乙二醇固-固相变材料；第一相变材料层和第二相变材料层内部均封装多层相变温度不同的相变材料。
进一步，所述温度传感控制单元设在驾驶室仪表台上或独立客舱的其它显眼位置，客舱其他关键部位设置多个温度传感器，温度传感器信号连接至温度传感控制单元。
进一步，所述制冷单元为车载空调，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将冷风送入通风管道。
进一步，所述加热单元为热风风机或加热器，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将热风送入通风管道。
进一步，所述车体外层为车厢顶盖、车厢底板、车厢两侧面外部或车厢尾门外部。
进一步，所述车体内层为车体的内装饰层或地板层。
一般条件下，温控系统可通过利用保温层内相变材料的潜热，高温下吸收环境热量储能，低温下释放热量给环境加热实现环境温度的调节控制；极端条件下，当车辆长期处于高（低）温环境时，无法在预定时间内单独通过相变材料潜热实现预设温度，温控系统则通过温度传感和控制单元的作用，启动制冷（加热）单元往通风管道内通入冷（热）风，相变材料（PCM） 层与通风管道壁热交换后，将热量均匀的释放（吸收）到车内环境中，实现对车辆内部环境温度的调节控制。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）本发明即可跨季节发挥作用，只要车辆加装有制冷和加热设备，车辆可以满足极端温度条件的使用要求；
（2）由于设置有相变材料，一般温度条件下，即使不依靠制冷和加热设备，也可实现车内温度的调节；
（3）由于设置有多层相变材料，且各层相变材料的相变温度不同，使本系统可适应不同的环境温度；
（4）由于采用的聚乙二醇等固-固相变材料相变材料，在发生相变时不会出现漏液等现象；
（5）由于采用相变材料辅助现有车辆空调系统对车辆内部环境温度的调节控制，不需在客舱内设置出风口，使车内温度更加均匀，且系统结构紧凑、节能环保，并可提高现有空调系统在极端环境下的工作效率。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意框图；
图2是本发明的层状保温结构示意图；
图3是本发明安装在车辆上的示意图；
图4是层状保温结构布置在车体顶盖、底板和车厢尾门上的示意图；
图5是层状保温结构布置在车厢两侧面上的示意图。
图中：1—温度传感和控制单元，2—制冷单元，3—加热单元；
4—层状保温结构，40—车体外层，41—第一相变材料层，42—通风管道，43—第二相变材料层，44—车体内层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参见图1至图5所示的一种基于相变材料的车辆智能温控系统，包括设在车体内的温度传感控制单元1、制冷单元2和加热单元3，其特征是：所述制冷单元2和加热单元3分别与温度传感控制单元1电连接；还包括多个设在车体上并与所述制冷单元2和加热单元3连接相通的层状保温结构4。
所述层状保温结构4包括车体外层40、车体内层44和设在车体外层与车体内层之间的两层相变材料层，相变材料层包含多层利用高导热材料（如导热硅脂）封装连接的相变材料，既能保证相变材料层从车辆周围环境吸收热量，又可降低车表与周围环境的温度差，这对于军用装甲车等特种车辆来说，可降低车辆被红外探测的风险。
还包括设在两层相变材料层之间的通风管道42，通风管道42采用蛇形铜管形式，同样利用高导热材料封装在相变材料层之间，所述通风管道的进风口与所述制冷单元2和加热单元3连接相通，出风口从蛇形铜管的另一端引出车体或引人到制冷单元2和加热单元3进风口。
所述层状保温结构包括从外至内依次设置的车体外层40、第一相变材料层41、通风管道42、第二相变材料层43和车体内层44，所述通风管道42设在第一相变材料层41和第二相变材料层42之间，这样设置人员能接触的位置为内饰层，其温度不会过高或过冷，以保证人员安全；所述通风管道42与所述制冷单元2和加热单元3连接相通。
所述第一相变材料层41和第二相变材料层43所包含的多层相变材料均采用聚乙二醇等固-固相变材料，利用不同分子量的聚乙二醇熔点不同的原理，第一相变材料层41和第二相变材料层43内部均封装多层相变温度不同的相变材料；固-固相变材料发生相变时不发生漏液现象，具有相变过程体积变化小、无污染、无腐蚀、热效率高等特点。
所述温度传感和控制单元1设在驾驶室仪表台上或独立客舱的其它显眼位置，客舱其他关键部位设置多个温度传感器，温度传感器信号连接至温度传感控制单元1。
所述制冷单元2为车载空调，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将冷风送入通风管道42。
所述加热单元3为热风风机或加热器，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将热风送入通风管道42。
所述车体外层40为车顶盖、车厢底板、车厢两侧面外部或车厢尾门外部。
所述车体内层44为车体的内装饰层或地板层。
所述的基于相变材料的车辆智能温控系统的工作原理如下：
一般温度条件下，当温度偏高时，相变材料发生相变吸收热量以降低周围环境温度；当温度降低时，相变材料释放出所吸收的热量给周围环境供暖。
极端条件下，当车辆处于高温（或低温）条件，相变材料的潜热无法满足温度调节需求时，温度传感和控制单元启动制冷单元或加热单元，往通风管道内通入冷风或热风，通过相变材料层吸收（或释放）热量，实现对车辆内部环境温度的调节控制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。所属领域的技术人员在上述说明的基础上做出属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于相变材料的车辆智能温控系统，包括设在车体内的温度传感控制单元（1）、制冷单元（2）和加热单元（3），其特征是：所述制冷单元（2）和加热单元（3）分别与温度传感控制单元（1）电连接；还包括设在车体上并与所述制冷单元（2）和加热单元（3）连接相通的层状保温结构（4）。
2.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述层状保温结构包括从外至内依次设置的车体外层（40）、第一相变材料层（41）、通风管道（42）、第二相变材料层（43）和车体内层（44），所述通风管道（42）设在两层相变材料层之间，所述通风管道（42）采用蛇形铜管形式，其进风口与所述制冷单元（2）和加热单元（3）的出风口连接相通、出风口引出车体或引到制冷单元（2）和加热单元（3）的进风口。
3.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述第一相变材料层（41）和第二相变材料层（42）均采用聚乙二醇固-固相变材料，第一相变材料层（41）和第二相变材料层（43）内部均封装多层相变温度不同的相变材料。
4.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述温度传感控制单元（1）设在驾驶室仪表台上或独立客舱的其它显眼位置，客舱其他关键部位设置多个温度传感器，温度传感器信号连接至温度传感控制单元（1）。
5.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：.所述制冷单元（2）为车载空调，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将冷风送入通风管道（42）。
6.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述加热单元（3）为热风风机或加热器，安装在发动机舱或其它可固定位置；开机运行时，将热风送入通风管道（42）。
7.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述车体外层（40）为车顶盖、车厢底板、车厢两侧面外部或车厢尾门外部。
8.根据权利要求1或2所述的车辆智能温控系统，其特征是：所述车体内层（44）为车体的内装饰层或地板层。
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