CN112373265A - 设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统及其控制方法，该系统包括：后排送风口、空气载能辐射空调末端、空调回风口、第一风阀、温度传感器、控制器、风机、制冷循环模块和供热循环模块；空气载能辐射空调末端包括进风口、出风口、金属辐射孔板和围槽，金属辐射孔板设于围槽顶面，金属辐射孔板外表面的上方为乘员舱空调区，金属辐射孔板与围槽围合的区域为缓冲蓄能区，进风口通过风机与制冷循环模块、供热循环模块的出风端连接；第一风阀设于空调回风口与制冷循环模块的进风端、供热循环模块进风端之间的风管上，用于引入室外新风至空调系统。本发明乘员舱前排主要利用辐射传热，提高了空调系统的能效与热舒适性。

Description

设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，具体涉及一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统及其控制方法。

背景技术

燃油轿车通过汽车空调系统对乘员舱进行温、湿度控制，实现乘员舱内人的热舒适性。目前，燃油轿车的空调系统通过制冷循环来实现供冷，通过对发动机冷却水的余热的利用来实现供热。传统燃油汽车空调系统将热湿处理后的冷风或热风通过布置在仪表板处与中央扶手后部的格栅送风口送入乘员舱，空调系统的回风则通过设置在乘员舱内的空调回风口返回空调系统的风道，这种汽车空调系统主要是通过对流传热来实现供冷或供热。

但是，仪表板处的空调送风口正对着驾驶座与副驾驶座送风。夏季，燃油轿车前方的挡风玻璃在阳光照射下，温度较高，当其温度高于人体温度时，前排的人员受到大量的热辐射，而且这种热辐射主要发生在人体上部，容易引起人体的不舒适。由于传统汽车空调系统仪表板处空调送风口向乘员舱送出的冷风主要依靠对流方式传热，因此，前挡风玻璃的温度在空调系统开始运行后的一段时间内逐步降低，此过程中，乘员舱前排的驾驶员与乘员上半身仍受到较多来自挡风玻璃的辐射传热，人体处于不舒适状态。若为了快速降低前挡风玻璃与乘员舱内的温度，而向乘员舱提供较大的冷量，采取降低送风温度或加大送风量的措施，又容易使前排驾驶员与乘员有吹冷风感与上半身偏冷，导致不舒适。因此，有必要对传统汽车空调系统进行改进，消除挡风玻璃辐射传热引起的乘员舱内人员的不舒适，提高空调系统的能效与热舒适性。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统及其控制方法，相对于传统汽车空调系统，本发明摒弃了传统汽车空调系统前排的仪表板处的送风口，采用空气载能辐射空调末端进行送风，结构简洁，安装及维护简单；乘员舱前排主要采用辐射传热来消除前挡风玻璃辐射带来的不舒适并进行温、湿度控制；乘员舱后排沿用格栅送风口送冷风或热风，利用对流传热进行温度、湿度调节，解决了传统辐射空调末端容易结露、维护困难等问题，也保留了传统以水或制冷剂为能量载体的金属板平板式辐射末端节能、热舒适性好的优点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，包括：后排送风口、空气载能辐射空调末端、空调回风口、温度传感器、控制器、第一风阀、风机、用于制冷的制冷循环模块和用于制热的供热循环模块；

所述空气载能辐射空调末端包括进风口、出风口、金属辐射孔板和围槽，主要通过辐射传热实现对乘员舱前排的温、湿度控制，所述金属辐射孔板设于围槽顶面，所述金属辐射孔板外表面的上方为乘员舱空调区，所述金属辐射孔板与围槽围合的区域为缓冲蓄能区，所述进风口、出风口分别设于缓冲蓄能区的进风端与出风端，所述进风口与风机的出口连接，所述出风口与空调回风口连接，所述乘员舱空调区的回风通过空调回风口返回空调系统的风道；

所述空调回风口的出风端分别与制冷循环模块的进风端、供热循环模块的进风端连接；

所述第一风阀设于空调回风口与制冷循环模块进风端、供热循环模块进风端之间的风管上，用于引入室外新风至空调系统；

所述制冷循环模块的出风端、供热循环模块的出风端均与风机的入口连接；

所述风机的出口还与后排送风口连接，用于向乘员舱后排送冷风或热风；

所述控制器分别与第一风阀、风机、制冷循环模块、供热循环模块和温度传感器连接，用于控制所述第一风阀的开度、风机的启停、制冷循环模块的启停与制冷量、供热循环模块的启停与制热量、接收温度传感器发送的信号；

所述温度传感器设于乘员舱空调区内，用于检测乘员舱空调区内的温度值，并将检测到的温度值传输至控制器。

作为优选的技术方案，所述制冷循环模块设有第二风阀、第三风阀、蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀；

所述第二风阀设于制冷循环模块的进风端，所述第三风阀设于制冷循环模块的出风端；

所述蒸发器通过制冷剂管道与压缩机连接，所述压缩机通过制冷剂管道与冷凝器连接，所述冷凝器通过制冷剂管道和膨胀阀连接，所述膨胀阀通过制冷剂管道与蒸发器连接；

所述控制器分别与第二风阀、第三风阀和膨胀阀连接，用于控制第二风阀、第三风阀的开关状态，调节第二风阀、第三风阀以及膨胀阀开度。

作为优选的技术方案，所述供热循环模块设有第四风阀、第五风阀、热交换器、发动机和水量调节阀；

所述第四风阀设于供热循环模块的进风端，所述第五风阀设于供热循环模块的出风端；

所述热交换器通过热水管分别与发动机、水量调节阀连接；

所述控制器分别与第四风阀、第五风阀和水量调节阀连接，用于控制第四风阀、第五风阀的开关状态，调节第四风阀、第五风阀和水量调节阀的开度。

作为优选的技术方案，所述金属辐射孔板的孔径为1-3mm，开孔率为6％-7％，厚度为1-2mm。

作为优选的技术方案，所述金属辐射孔板采用铝或铝合金材料。

作为优选的技术方案，所述围槽的外表设有聚氨酯保温层。

作为优选的技术方案，所述缓冲蓄能区的高度设为200mm-300mm。

本发明还提供一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统的控制方法，包括下述步骤：

控制器对制冷循环模块或供热循环模块发出运行指令，调节制冷循环模块的制冷量或者供热循环模块的制热量，并控制风机开启；

空调回风口将乘员舱空调区回风及空气载能辐射空调末端出风返回空调系统风道；

第一风阀将室外新风引入空调系统，控制器调节第一风阀的开度，调节引入空调系统的新风量；

温度传感器检测乘员舱空调区内的温度值，并将温度值信号传输至控制器，控制器根据接收到的温度值信号控制制冷循环模块或供热循环模块的启停，调节制冷循环模块的制冷量或供热循环模块的供热量。

作为优选的技术方案，所述制冷循环模块和供热循环模块的工作模式为：控制器控制单独运行制冷循环模块，或单独运行供热循环模块，或同时关闭制冷循环模块和供热循环模块。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明相对于传统汽车空调系统，仅将仪表板处的送风口改为空气载能辐射空调末端，其余部分保持不变，结构简洁，安装及维护简单。

(2)本发明的乘员舱前排主要通过辐射传热消除前挡风玻璃辐射带来的不舒适并进行温、湿度控制；乘员舱后排沿用格栅送风口送冷风或热风，利用对流传热进行温度、湿度调节，因此，本发明不仅节能、而且热舒适性高。

(3)本发明采用空气载能辐射空调末端，通过金属辐射孔板的微孔进入乘员舱空调区的冷空气在孔板上表面形成低温低湿的边界区，阻隔乘员舱内高温高湿空气与温度较低的金属辐射孔板的直接接触，防止辐射孔板结露。

附图说明

图1为本发明设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统结构示意图；

图2为本发明空气载能辐射空调末端的结构示意图；

图3为本发明空气载能辐射空调末端的剖面示意图。

其中，1-后排送风口，2-空气载能辐射空调末端，3-空调回风口，4-蒸发器，5-压缩机，6-冷凝器，7-膨胀阀，8-热交换器，9-发动机，10-水量调节阀，11-温度传感器，12-控制器，13-第一风阀，14-第二风阀，15-第三风阀，16-第四风阀，17-第五风阀，18-风机，19-进风口，20-金属辐射孔板，21-出风口，22-围槽，23-缓冲蓄能区，24-乘员舱空调区。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，包括：后排送风口1、空气载能辐射空调末端2、空调回风口3、温度传感器11、控制器12、第一风阀13、风机18、用于制冷的制冷循环模块和用于制热的供热循环模块；

空气载能辐射空调末端2包括进风口19、出风口21、金属辐射孔板20和围槽22，金属辐射孔板20设于围槽22顶面，金属辐射孔板20外表面为乘员舱空调区24，金属辐射孔板20与围槽22围合的区域为缓冲蓄能区23，进风口19、出风口21分别设于缓冲蓄能区23的进风端与出风端；

空气载能辐射空调末端2的出风口21与空调回风口连接，空调回风口3还通过风管分别与制冷循环模块的进风端、供热循环模块的进风端连接；

第一风阀13设于空调回风口3与制冷循环模块的进风端、供热循环模块进风端之间的风管上，用于引入室外新风至空调系统；

风机18的入口分别与制冷循环模块的出风端、供热循环模块的出风端连接，风机18的出口分别与后排送风口1、空气载能辐射空调末端2的进风口连接；

第一风阀13引入新风与空调回风口3回风混合后经过制冷循环模块或供热循环模块处理得到冷风或热风，也就是载能空气，风机将载能空气送入空气载能辐射空调末端2与后排送风口1。绝大部分送入空气载能辐射空调末端2的载能空气在缓冲蓄能区23内以对流方式将携带的冷量或热量传递给金属辐射孔板20后从出风口21流出，而金属辐射孔板20将获得的冷量或热量以辐射方式传递到乘员舱空调区24；小部送入空气载能辐射空调末端2的载能空气通过金属辐射孔板20的微孔进入乘员舱空调区24，以对流方式将携带的冷量或热量传递到乘员舱空调区24。送入后排送风口1的载能空气直接进入乘员舱空调区24的后排，以对流方式将携带的冷量或热量传递到该区域。乘员舱空调区24的回风和空气载能辐射空调末端2的出风口21流出的载能空气通过空调回风口3返回空调系统风道；

控制器12分别与第一风阀13、风机18、制冷循环模块、供热循环模块、温度传感器11连接，用于控制第一风阀13的开度、风机18的启停、制冷循环模块的启停与制冷量、供热循环模块的启停与制热量、接收温度传感器11发送的信号；

温度传感器11设于乘员舱空调区24内，用于检测乘员舱空调区24内的温度值，并传输检测到的温度信号至控制器12。

制冷循环模块包括蒸发器4、压缩机5、冷凝器6、膨胀阀7、第二风阀14和第三风阀15；蒸发器4制冷剂侧通过制冷剂管道分别与压缩机5、膨胀阀7连接，压缩机5通过制冷剂管道分别与冷凝器6、膨胀阀7连接，蒸发器4风侧通过风管分别与第二风阀14、第三风阀15连接，压缩机5、膨胀阀7、第二风阀14、第三风阀15还与控制器12通过控制线路连接；

供热循环模块包括热交换器8、发动机9、水量调节阀10、第四风阀16和第五风阀17；热交换器8水侧通过热水管分别与发动机9、水量调节阀10连接，热交换器8风侧通过风管分别与第四风阀16、第五风阀17连接，水量调节阀10、第四风阀16和第五风阀17还与控制器12通过控制线路连接。

在本实施例中，能单独运行制冷循环模块，或只单独运行供热循环模块，或同时关闭制冷循环模块和供热循环模块。

如图2、图3所示，空气载能辐射空调末端2包括进风口19、金属辐射孔板20、出风口21、围槽22；其中进风口19、出风口21分别设置在围槽22两侧，金属辐射孔板20和围槽22围成的区域为缓冲蓄能区23，金属辐射孔板20位于围槽22的顶面，金属辐射孔板20上方为乘员舱空调区24，下方为缓冲蓄能区23。风机18将经过降温除湿或加热后的载能空气由进风口19送入空气载能辐射空调末端2，绝大部分载能空气在缓冲蓄能区23内以对流方式将携带的冷量或热量传递给金属辐射孔板20后从出风口21流出，而金属辐射孔板20将获得的冷量或热量以辐射方式传递到乘员舱空调区24，由于这部分空气并不直接送到空调区，而是只送到缓冲蓄能区23，以辐射传热消除前挡风玻璃辐射带来的不舒适，提高乘员舱内前排人员的舒适度，避免了传统汽车空调系统因对流传热导致乘员舱内前排人员有吹冷风的不适感。

在本实施例中，汽车空调系统分别通过空气载能辐射空调末端2与后排送风口1来实现对乘员舱前排、后排的温湿度调节。实际应用时，无论是经过空气载能辐射空调末端2的出风口21流出的载能空气还是经过金属辐射孔板20的微孔和通过后排送风口1进入乘员舱空调区24的载能空气最后均通过空调回风口3回到空调系统的风道中，与新风混合后送到蒸发器4(制冷工况)或热交换器8(供热工况)进行热湿处理，外部新风量的大小，由控制器12发出指令调节第一风阀13的开度进行控制。

在本实施例中，仅小部分载能空气通过金属辐射孔板20的微孔进入乘员舱空调区24，通过金属辐射孔板20的微孔进入乘员舱空调区24的冷空气在孔板上表面形成低温低湿的边界区，阻隔乘员舱内高温高湿空气与温度较低的金属辐射孔板20的直接接触，防止辐射孔板结露。在本实施例中，空气载能辐射空调末端2顶面金属辐射孔板20的孔径为1-3mm，开孔率为6％-7％，厚度为1-2mm；开孔率影响金属辐射板的辐射传热量，辐射传热量随开孔率的增加而减小；厚度对经过微孔的空气的阻力有影响，但是研究表明当厚度与孔径之比等于0.5-1.0时，厚度对阻力的影响可以忽略不计。

在本实施例中，金属辐射孔板20采用的材料为铝或铝合金。

在本实施例中，空气载能辐射空调末端2除金属辐射孔板20外的围槽22的材料与同汽车空调系统风管的材料相同，且其外面贴聚氨酯保温层，用于减少送风过程中的冷量或热量损失。

在本实施例中，空气载能辐射空调末端2的缓冲蓄能区23的高度为200mm-300mm。

在本实施例中，设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统的控制方法，包括下述步骤：

控制器12对制冷循环模块或供热循环模块发出运行指令，并调节制冷循环模块的制冷量或者供热循环模块的制热量；

控制器12控制风机18开启；

空调回风口3将乘员舱空调区24回风及空气载能辐射空调末端2出风返回空调系统风道；第一风阀13将室外新风引入空调系统，控制器12调节第一风阀13的开度进行调节引入空调系统的新风量的大小；

温度传感器11检测乘员舱空调区24内的温度值，传输温度信号至控制器12，控制器12根据接收到的温度信号控制制冷循环模块或供热循环模块的启停，调节制冷循环模块的制冷量或供热循环模块的供热量。

在本实施例中，制冷循环模块和供热循环模块的工作模式为：控制器12控制单独运行制冷循环模块，或单独运行供热循环模块，或同时关闭制冷循环模块和供热循环模块。

在本实施例中，制冷循环模块运行步骤具体包括：控制器12对制冷循环模块发出运行指令，压缩机5通过传动皮带在发动机的带动下开始运行，并打开第二风阀14、第三风阀15，关闭第四风阀16、第五风阀17。控制器12依据接收到的乘员舱内温度传感器11，调节膨胀阀7、第二风阀14、第三风阀15的开度来调节制冷循环模块的制冷量，使乘员舱温度维持在制冷工况下的设定值。

在本实施例中，供热循环模块运行步骤包括：控制器12对供热循环模块发出运行指令，打开第四风阀16、第五风阀17，关闭第二风阀14、第三风阀15。控制器12依据接收到的乘员舱内的温度传感器11，通过调节水量调节阀10、第四风阀16、第五风阀17的开度，从而调节供热量，使乘员舱温度维持在供热工况下的设定值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，包括：后排送风口、空气载能辐射空调末端、空调回风口、温度传感器、控制器、第一风阀、风机、用于制冷的制冷循环模块和用于制热的供热循环模块；

所述空气载能辐射空调末端包括进风口、出风口、金属辐射孔板和围槽，主要通过辐射传热实现对乘员舱前排的温、湿度控制，所述金属辐射孔板设于围槽顶面，所述金属辐射孔板外表面的上方为乘员舱空调区，所述金属辐射孔板与围槽围合的区域为缓冲蓄能区，所述进风口、出风口分别设于缓冲蓄能区的进风端与出风端，所述进风口与风机的出口连接，所述出风口与空调回风口连接，所述乘员舱空调区的回风通过空调回风口返回空调系统的风道；

所述空调回风口的出风端分别与制冷循环模块的进风端、供热循环模块的进风端连接；

所述第一风阀设于空调回风口与制冷循环模块进风端、供热循环模块进风端之间的风管上，用于引入室外新风至空调系统；

所述制冷循环模块的出风端、供热循环模块的出风端均与风机的入口连接；

所述风机的出口还与后排送风口连接，用于向乘员舱后排送冷风或热风；

所述控制器分别与第一风阀、风机、制冷循环模块、供热循环模块和温度传感器连接，用于控制所述第一风阀的开度、风机的启停、制冷循环模块的启停与制冷量、供热循环模块的启停与制热量、接收温度传感器发送的信号；

所述温度传感器设于乘员舱空调区内，用于检测乘员舱空调区内的温度值，并将检测到的温度值传输至控制器。

2.根据权利要求1所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述制冷循环模块设有第二风阀、第三风阀、蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀；

所述第二风阀设于制冷循环模块的进风端，所述第三风阀设于制冷循环模块的出风端；

所述蒸发器通过制冷剂管道与压缩机连接，所述压缩机通过制冷剂管道与冷凝器连接，所述冷凝器通过制冷剂管道和膨胀阀连接，所述膨胀阀通过制冷剂管道与蒸发器连接；

所述控制器分别与第二风阀、第三风阀和膨胀阀连接，用于控制第二风阀、第三风阀的开关状态，调节第二风阀、第三风阀以及膨胀阀开度。

3.根据权利要求1所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述供热循环模块设有第四风阀、第五风阀、热交换器、发动机和水量调节阀；

所述第四风阀设于供热循环模块的进风端，所述第五风阀设于供热循环模块的出风端；

所述热交换器通过热水管分别与发动机、水量调节阀连接；

所述控制器分别与第四风阀、第五风阀和水量调节阀连接，用于控制第四风阀、第五风阀的开关状态，调节第四风阀、第五风阀和水量调节阀的开度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述金属辐射孔板的孔径为1-3mm，开孔率为6％-7％，厚度为1-2mm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述金属辐射孔板采用铝或铝合金材料。

6.根据权利要求1-3任一项所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述围槽的外表设有聚氨酯保温层。

7.根据权利要求1-3任一项所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统，其特征在于，所述缓冲蓄能区的高度设为200mm-300mm。

8.根据权利要求1-7任一项所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

控制器对制冷循环模块或供热循环模块发出运行指令，调节制冷循环模块的制冷量或者供热循环模块的制热量，并控制风机开启；

空调回风口将乘员舱空调区回风及空气载能辐射空调末端出风返回空调系统风道；

第一风阀将室外新风引入空调系统，控制器调节第一风阀的开度，调节引入空调系统的新风量；

温度传感器检测乘员舱空调区内的温度值，并将温度值信号传输至控制器，控制器根据接收到的温度值信号控制制冷循环模块或供热循环模块的启停，调节制冷循环模块的制冷量或供热循环模块的供热量。

9.根据权利要求8所述的设有空气载能辐射空调末端的汽车空调系统的控制方法，其特征在于，所述制冷循环模块和供热循环模块的工作模式为：控制器控制单独运行制冷循环模块，或单独运行供热循环模块，或同时关闭制冷循环模块和供热循环模块。

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