CN217099610U - 一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体为一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成，包括壳体，所述壳体上设有驾驶室出风口、除霜出风口，所述壳体内部设有第一换热室、第二换热室、第三换热室，所述第一换热室设有空气进风口、蒸发器，所述第二换热室设有暖风芯体，所述第三换热室设有风暖PTC，所述第一换热室通过温度风门切换与第二换热室或第三换热室连通，所述第二换热室与第三换热室连通，所述第二换热室连通驾驶室出风口，所述第三换热室分别连通驾驶室出风口和除霜出风口。本专利的空调风箱总成换热效率高，除霜和温升响应速度快，极大提高对燃料电池余热的利用率。

Description

一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成

技术领域

本实用新型涉及燃料电池汽车空调风箱技术领域，具体为一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将氢气和氧气的化学反应转化为电能的装置，其转化为电能的效率一般在50％左右，其余的化学能转化为热能，并通过冷却液在双极板内部的循环将这些热量带走，避免因电堆内部温度过高而导致失效，从电堆出口流出的冷却液温度可以在特定的工况下达到80℃左右。

当搭载燃料电池的车辆在低温下使用时，为了提高驾驶舱内人员的驾乘舒适性，需要使用暖风对驾驶舱供热，使驾驶舱达到令驾乘人员舒适的环境温度。同时车辆在低温、空气湿度大或者低温雨雪天气使用时，车辆的风挡玻璃容易结霜，为了提高驾驶的安全性，需要利用暖风对玻璃进行除霜，保持驾驶员视野清晰。这些暖风的能量最终来自氢气和氧气的化学反应或者储存在动力蓄电池内的能量，暖风是耗能较大的零件，在使用暖风时，希望能尽可能的降低对能量的消耗，以最终降低车辆的燃料消耗，提高车辆的续航里程。

将燃料电池化学反应产生的热能用于对前风挡玻璃除霜或者或者为驾驶室提供暖风，可以极大的降低低温环境下对车辆的燃料消耗，提升车辆的续航里程。同时搭载燃料电池的车辆还可能在低温环境下燃料电池不工作，仅靠动力电池提供的电能驱动车辆，还有一些情况燃料电池冷启动无法往外提供热能，以及一些燃料电池由于自身的特性其最高冷却液出水温度无法达到暖风的温度需求，这时就需要使用电加热PTC提供除霜和暖风的能量。为了满足驾驶人员对于除霜及提供暖风的需求，同时降低车辆的能耗，需要根据实际工况使用电堆产生的余热或者电加热PTC，这样就需要在燃料电池汽车空调风箱总成里面同时配置燃料电池余热供暖的暖风芯体和电加热PTC。

中国专利CN 207015115 U披露了一种用于电动汽车的热泵空调箱总成，设有余热回收暖风芯体和PTC电加热器进行热交换，余热回收暖风芯体和PTC电加热器并排放置，在余热回收暖风芯体和PTC电加热器外形尺寸不一致的时候，并排放置将导致一部分换热面积无法有效利用且造成气体流动阻力的增加，换热效率低，对燃料电池余热利用率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成，以解决现有燃料电池汽车空调风箱总成换热效率低，对燃料电池余热利用率低的问题。

本实用新型提供的用于燃料电池汽车的空调风箱总成包括壳体，所述壳体上设有驾驶室出风口、除霜出风口，所述壳体内部设有第一换热室、第二换热室、第三换热室，所述第一换热室设有空气进风口、蒸发器，所述第二换热室设有暖风芯体，所述第三换热室设有风暖PTC，所述第一换热室通过温度风门切换与第二换热室或第三换热室连通，所述第二换热室与第三换热室连通，所述第二换热室连通驾驶室出风口，所述第三换热室分别连通驾驶室出风口和除霜出风口。

优选的，所述壳体上设有暖风芯体盖板，所述暖风芯体固定在暖风芯体盖板上。

优选的，所述壳体上设有蒸发器及PTC盖板，所述蒸发器和风暖PTC分别固定在蒸发器及PTC盖板上，且蒸发器及风暖PTC之间呈夹角布置。

优选的，所述第三换热室通过除霜风门切换与除霜出风口连通。

优选的，所述驾驶室出风口通过驾驶室风门切换与第二换热室、第三换热室连通。

优选的，所述驾驶室出风口包括驾驶室面部出风口和驾驶室脚部出风口。

优选的，所述温度风门采用板状风门。

优选的，所述除霜风门采用扇形风门。

优选的，所述驾驶室风门采用扇形风门。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本专利将风暖PTC放置在风箱总成出风口的位置，可以解决暖风芯体和PTC电加热器外形尺寸不一致并排放置导致的一部分换热面积无法有效利用的问题，同时降低了空气流动阻力；同时，由于风暖PTC接近出风口的位置，降低了风暖PTC产生的热量通过壳体向外界热传导导致的损耗，提高出风口的温度；

本专利将风暖PTC防止在暖风芯体的流体流动方向的后侧，可以先利用暖风芯体对空气余热升温后再利用风暖PTC二次加热，极大的提高了对于燃料电池余热的利用率；

将蒸发器、暖风芯体和风暖PTC三个零件整合组装到一个大的风箱模块里面，通过对暖风芯体和风暖PTC的选装，在不改变空调风箱总成主体结构的情况下，可以同时用于燃油发动机汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车；

风暖PTC距离除霜风门和驾驶室风门相对较近，具有更快的响应速度，可以更快的对前风挡玻璃进行除霜以及对驾驶室进行制热，降低了由于中间气体通道零件吸热对于除霜速度以及制热速度的影响。

附图说明

图1为本实用新型用于燃料电池汽车的空调风箱总成的立体结构图；

图2为本实用新型用于燃料电池汽车的空调风箱总成的剖视图。

附图标注：

括风箱总车左壳1、风箱总成右壳2、暖风芯体盖板3、蒸发器及PTC盖板4、暖风芯体5、蒸发器6、风暖PTC7、温度风门8、除霜风门9、驾驶室风门10、空气进风口101、除霜出风口102、驾驶室面部出风口103、驾驶室脚部出风口104、第一换热室100、第二换热室200、第三换热室300。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

请参阅图1、2，本实施例提供的用于燃料电池汽车的空调风箱总成壳体，所述壳体包括风箱总车左壳1和风箱总成右壳2，所述风箱总车左壳1和风箱总成右壳2分别为中空的薄壁塑料件，在两者的连接面上有固定点用于将两者连接并固定在一起。所述壳体上设有空气进风口101、除霜出风口102、驾驶室出风口，所述驾驶室出风口包括驾驶室面部出风口103和驾驶室脚部出风口104，从图1中可以看出，所述除霜出风口102、驾驶室面部出风口103位于壳体的顶部，空气进风口101位于壳体的侧面，驾驶室脚部出风口104也位于壳体的侧面，且驾驶室脚部出风口104有两个，位于壳体的两相对面。

所述壳体上设有暖风芯体盖板3和蒸发器及PTC盖板4，所述暖风芯体5固定在暖风芯体盖板3上，所述蒸发器6和风暖PTC7分别固定在蒸发器及PTC盖板4上，所述且蒸发器6及风暖PTC7之间呈夹角布置。所述暖风芯体盖板3和蒸发器及PTC盖板4避免暖风芯体5、蒸发器6和风暖PTC7的旷动以及进而导致的气体泄露和零件碰撞导致的损坏。所述壳体内部设有第一换热室100、第二换热室200、第三换热室300，所述空气进风口101位于第一换热室100，所述蒸发器6固定在第一换热室100内部。所述暖风芯体5固定在第二换热室200内部。所述风暖PTC7固定在第三换热室300内部。所述第一换热室100通过温度风门8切换与第二换热室200或第三换热室300连通，所述第二换热室200与第三换热室300连通，所述第二换热室200连通驾驶室面部出风口103和驾驶室脚部出风口104，所述第三换热室300分别连通驾驶室面部出风口103、驾驶室脚部出风口104和除霜出风口102。所述第三换热室300通过除霜风门9切换与除霜出风口102连通。所述驾驶室出风口通过驾驶室风门10切换与第二换热室200、第三换热室300连通。

本实施例所述温度风门8采用板状风门，所述板状风门的结构主要包括转轴、一个的风门，风门一侧连接转轴，转轴转动带动风门旋转。所述温度风门8通过其自身的旋转来调节从第一换热室100流出的气体是通过第二换热室200流进第三换热室300，还是直接流第三换热室300，通过控制气体通过暖风芯体7进行加热的分配量来控制暖风的气体温度。所述除霜风门9、驾驶室风门10均采用扇形风门，所述扇形风门的结构主要包括一根旋转轴、两个风门，两个风门之间以旋转轴为连接点呈角度形成扇形结构。所述除霜风门9通过其自身的旋转调整用于除霜的气体的流量。所述驾驶室风门10通过其自身的旋转调整用于提供驾驶室暖风的气体的流量。

风箱总成左壳1和风箱总成右壳2组成了气体流通、热交换及气体分配的通道，总的来说气体从空气进风口101流入，在其内部第一换热室100、第二换热室200、第三换热室300同各个交换元件进行热交换并进行流体的分配，最终从除霜出风口102、驾驶室出风口流出。详细工作过程如下：

(1)制冷模式

当空调系统处于制冷模式下时，温度风门8位于和暖风芯体5贴合的位置，风暖PTC7不通电制热。从空气进风口101流入的空气首先经过蒸发器6，在蒸发器6进行热交换气体温度降低。由于温度风门8位于和暖风芯体5贴合的位置，从蒸发器6流出的气体不经过暖风芯体5，直接全部流经风暖PTC7，由于风暖PTC7不通电制热，流经风暖PTC7的气体不发生热交换，从风暖PTC7流出的气体流经驾驶室风门10从驾驶室面部出风口103、驾驶室脚部出风口104进入驾驶室提供冷风。

(2)制暖模式--燃料电池不工作或者温度低、仅风暖PTC提供暖风的工况

在该工况下，蒸发器6不工作，温度风门8位于和暖风芯体5贴合的位置，风暖PTC7通电制热。从空气进风口101流入的空气首先经过蒸发器6，由于蒸发器6不工作，在蒸发器6不发生热交换。由于温度风门8位于和暖风芯体5贴合的位置，从蒸发器6流出的气体不经过暖风芯体5，全部直接流进风暖PTC7，由于风暖PTC7通电制热，流经风暖PTC7的气体发生热交换，从风暖PTC7流出的高温气体流经除霜风门9或者驾驶室风门10进行除霜或者为驾驶室提供暖风。

(3)制暖模式--暖风芯体和风暖PTC同时提供暖风的工况

燃料电池达到额定温度可以提供暖风，但提供暖风的温度偏低，需要暖风芯体5和风暖PTC7同时提供暖风。在该工况下，蒸发器6不工作，温度风门8处于风暖PTC7一侧的位置，风暖PTC7通电但在部分功率下工作制热。从空气进风口101流入的空气首先经过蒸发器6，由于蒸发器6不工作，在蒸发器6不发生热交换。由于温度风门8位于风暖PTC7一侧的位置，从蒸发器6流出的全部气体经过暖风芯体5，在暖风芯体5进行热交换达到一定的高温，从暖风芯体5流出的气体再全部流经风暖PTC7，由于风暖PTC7通电制热，流经风暖PTC7的气体发生热交换，气体经过二次升温达到要求的温度，从风暖PTC7流出的高温气体流经除霜风门9或者驾驶室风门10进行除霜或者为驾驶室提供暖风。

(4)制暖模式--仅暖风芯体提供暖风的工况

燃料电池达到额定温度可以提供暖风，且提供的空气温度可以满足暖风的使用需求。在该工况下，蒸发器6不工作，温度风门8处于任意的位置，风暖PTC7不通电制热。从空气进风口101流入的空气首先经过蒸发器6，由于蒸发器6不工作，在蒸发器6不发生热交换。由于温度风门8位于任意的位置，可以通过其转动调整制热的温度。从蒸发器6流出的气体部分或者全部流经暖风芯体5，气体在暖风芯体5进行热交换升温后流出暖风芯体5，与不经过暖风芯体5加热的冷空气混合，调整空气的温度。由于风暖PTC7不通电制热，流经风暖PTC7的气体不发生热交换，从风暖PTC7流出的气体流经除霜风门9或者驾驶室风门10进行除霜或者为驾驶室提供暖风。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池汽车的空调风箱总成，包括壳体，所述壳体上设有驾驶室出风口、除霜出风口，其特征在于：所述壳体内部设有第一换热室、第二换热室、第三换热室，所述第一换热室设有空气进风口、蒸发器，所述第二换热室设有暖风芯体，所述第三换热室设有风暖PTC，所述第一换热室通过温度风门切换与第二换热室或第三换热室连通，所述第二换热室与第三换热室连通，所述第二换热室连通驾驶室出风口，所述第三换热室分别连通驾驶室出风口和除霜出风口。

2.根据权利要求1所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述壳体上设有暖风芯体盖板，所述暖风芯体固定在暖风芯体盖板上。

3.根据权利要求1所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述壳体上设有蒸发器及PTC盖板，所述蒸发器和风暖PTC分别固定在蒸发器及PTC盖板上，且蒸发器及风暖PTC之间呈夹角布置。

4.根据权利要求1所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述第三换热室通过除霜风门切换与除霜出风口连通。

5.根据权利要求1所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述驾驶室出风口通过驾驶室风门切换与第二换热室、第三换热室连通。

6.根据权利要求5所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述驾驶室出风口包括驾驶室面部出风口和驾驶室脚部出风口。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述温度风门采用板状风门。

8.根据权利要求4所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述除霜风门采用扇形风门。

9.根据权利要求5所述的用于燃料电池汽车的空调风箱总成，其特征在于：所述驾驶室风门采用扇形风门。

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