CN106585320A - 一种换热装置、其控制方法及应用其的空调暖风系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种换热装置。该换热装置设置有流体加热系统，还设置有电加热系统，温控开关还连接有电源，电源连接有电加热系统开关，电加热系统开关连接有电加热装置，电加热装置设置在热交换器上，电加热装置连接在温控开关上，共同构成闭合的电加热系统。本发明通过设置有流体加热系统和电加热系统，实现了换热装置在低温的环境下快速升温、制热响应速度快、制热效果好的作用。本发明同时公开一种换热装置控制方法及应用上述换热装置的空调暖风系统，增强空调暖风系统的升温及制热效果，并使空调暖风系统的快速升温。

Description

一种换热装置、其控制方法及应用其的空调暖风系统

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种换热装置、其控制方法及应用其的空调暖风系统。

背景技术

天气寒冷时，为保证汽车、工程机械驾驶员操作的舒适性，需要开启空调暖风系统，向驾驶室内部输送暖风。目前汽车、工程机械采暖有四种模式：1)利用发动机冷却液的热量作为热源，称为水暖式暖风系统；2)利用发动机排气系统的热量作为热源，称为气暖式暖风系统；3)装有专门的燃烧机构，称为独立燃烧式暖风系统；4)既利用发动机冷却液的热量，又装有燃烧预热器的综合加热装置，称为综合预热式暖风系统。其中气暖式暖风系统由于废气中含腐蚀性气体以及有毒气体和微粒，如果造成废气泄漏会对车内人员的人身安全产生极大威胁，目前很少采用。

汽车、工程机械等的空调暖风系统主要采用水暖式暖风系统，即以发动机冷却液为热源，通过装置中的热交换器，由风机将空气吹过热交换器使之升温，送入驾驶室。水暖式采暖系统的缺点是采暖必须在发动机冷却水温度较高时才能有效供暖，在寒冷季节发动机水温上升慢，供暖量不足，导致车辆采暖效果差，特别在一些温度特别低的寒区，甚至导致发动机过冷，影响发动机的正常工作。现有的空调暖风系统热源为发动机缸套内冷却液，依靠暖风芯体及风机实现热交换及驾驶室暖风供给。打开暖风开关后，风机开始运转，风吹过暖风芯体吹入驾驶室。发动机开始运转后，依靠发动机水套压力，热的冷却液流经暖风芯体进行热交换后流回发动机。热的冷却液为空调暖风提供热源，暖风芯体是水气热交换的场所。传统的空调暖风系统受发动机水温(冷却液温度的俗称)影响大，发动机水温较低时则系统制热效果差。当环境温度较低时，发动机水温上升缓慢，有时甚至长时间运行在水温较低的状态，导致空调暖风系统响应慢。

发明内容

本发明的目的是提出一种换热装置，能够在低温的环境下实现快速制热响应并且具有制热效果好、传热效率高的特点。

本发明的另一个目的是提出一种换热装置控制方法。

本发明的另一个目的是提出一种应用上述换热装置的空调暖风系统。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种换热装置，包括流体加热系统和电加热系统，所述流体加热系统包括流体驱动装置，所述流体驱动装置外侧设置有流体加热装置，所述流体驱动装置两端分别连接有第一管道和第二管道，所述第一管道和所述第二管道之间依次连接有温控开关和热交换器；所述电加热系统包括电加热装置，所述电加热装置设置在所述热交换器上，所述电加热装置与电源之间通过所述温控开关连接。

作为一种换热装置的优选方案，所述流体加热系统中通过的介质为液体或气体。

作为一种换热装置的优选方案，所述流体驱动装置为内部风机或水泵。

作为一种换热装置的优选方案，所述热交换器为暖风芯体。

作为一种换热装置的优选方案，所述温控开关固定设置在所述热交换器上。

作为一种换热装置的优选方案，所述暖风芯体上通过螺纹连接固定有温控开关，所述温控开关上设置有流体进口，所述流体进口与所述第一管道相连接，所述暖风芯体上还设置有流体出口，所述流体出口与所述第二管道相连接。

作为一种换热装置的优选方案，所述电加热系统中还设置有电加热系统开关。

作为一种换热装置的优选方案，所述电加热装置为电加热格栅，所述电加热格栅上设置有两个接线柱。

一种换热装置控制方法，包括如下步骤：

S1：检测外界环境温度；

S2：判断外界环境温度T_a与第一设定温度T₀的大小，若外界环境温T_a＞T₀，断开电加热系统开关，电加热系统断开；若外界环境温度T_a＜T₀，连通所述电加热系统开关，所述电加热系统连通；

S3：检测温控开关上的温度；

S4通过所述温控开关判断流过所述温控开关上介质的温度T_b与第二设定温度T₁的大小，若所述温控开关上的温度T_b＞T₁，所述温控开关断开，则所述电加热系统断开；若所述温控开关上的温度T_b＜T₁，所述温控开关连通，则所述电加热系统连通。

作为一种换热装置控制方法的优选方案，所述T₀为10℃，所述T₁为70℃。

一种空调暖风系统，包括如上所述的换热装置和外部风机。

本发明的有益效果为：

本发明提出的换热装置，通过设置流体加热系统和电加热系统，实现了当电加热系统处在连通状态时，电加热装置能够快速实现加热，其上产生的热量和流体加热系统中产生的热量叠加在一起，起到快速升温、制热响应速度快、制热效果好的作用。本发明提出的应用上述换热装置的空调暖风系统，实现了在较低温度的环境下，车辆内空调暖风系统制热时，可以通过叠加流体加热系统和电加热系统产生的热量，来增强空调暖风系统的升温及制热效果的作用。此外，由于设置的电加热系统的内部加热物质升温较快，可以起到快速升温及提高制热响应速度的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例一提供的换热装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施例一和三提供的流体加热系统的结构示意图；

图3是本发明具体实施例一和三提供的电加热系统的结构示意图；

图4是本发明具体实施例二提供的换热装置控制方法的流程图；

图5是本发明具体实施例三提供的空调暖风系统的结构示意图；

图6是本发明具体实施例一和三中的暖风芯体的结构示意图；

图7是本发明具体实施例一和三中的电加热格栅的结构示意图。

图中标记如下：

1-流体驱动装置；2-第一管道；3-温控开关；4-暖风芯体；5-第二管道；6-流体加热系统；7-电源；8-电加热格栅；9-电加热系统开关；10-外部风机；11-电加热系统；12-流体进口；13-流体出口；14-接线柱。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

具体实施例一：

如图1-图3、图6和图7所示为本具体实施方式提供的一种优选的换热装置，其特征在于，包括流体加热系统6和电加热系统11，流体加热系统6包括流体驱动装置1，流体驱动装置1外侧设置有流体加热装置，流体驱动装置1两端分别连接有第一管道2和第二管道5，第一管道2和第二管道5之间依次连接有温控开关3和热交换器；电加热系统11包括电加热装置，电加热装置设置在热交换器上，电加热装置与电源7之间通过温控开关3连接。

对于流体加热系统6而言，当流体加热系统6中通过的介质为液体时，流体驱动装置1为水泵，水泵连接有水套，通过水套连接在第一管道2上。液体可以选择为冷却液，冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，此外，冷却液中还加入了一定量的防腐蚀添加剂，防止流体加热系统6中产生腐蚀。水泵起到的作用是用来输送冷却液并给冷却液增压，将机械能或其他外部能量传送给冷却液，使冷却液的能量增加。水泵可以选择容积泵、叶片泵等。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，也可以选择离心泵、轴流泵和混流泵等。水套的作用是将流体加热装置上的热量传递到冷却液上，在水泵的外侧设置有发动机燃烧室和缸体，发动机内部产生的热量通过其侧壁传递到水套之上，再通过水套传递给通过水套内部的冷却液，由于冷却液是可流动的，通过冷却液可以将温度传递到流体加热系统6中的每一段上。

水套的另一端连接在第一管道2的入口，第一管道2的出口连接在温控开关3上，温控开关3通过螺纹连接的方式固定在暖风芯体4之上。第一管道2的作用是连接水套与温控开关3，并且将冷却液从水套位置输送到暖风芯体4中，第一管道2的材料可以选择为20号碳素钢，该碳素钢钢强度低，韧性、塑性、焊接性且防腐性良好，非常适合用作传递输送冷却液的管道。温控开关3为热电偶，通过给热电偶设定一个温度T₁，当流到热电偶上冷却液的温度在T₁以上，那么连通电加热系统11，否则，电加热系统11断开，仅靠流体加热系统6进行工作。此外，温控开关3还可以选择为蒸汽式、电子式、金属膨胀式等。此外，温控开关3与暖风芯体4的固定方式也不限于螺纹连接，还可以通过焊接，一体成型、卡接等。具体地，可以在温控开关3上设置有卡凸，在暖风芯体4上设置有卡槽，将卡凸卡接固定在卡槽之内，卡凸和卡槽的位置也可以互换。暖风芯体4可以实现冷却液的热交换，能最大限度地增加热量的向外扩散。在温控开关3上还可以设置有流体进口12，在暖风芯体4上设置有流体出口13，第一管道2的出口连接在流体进口12上，流体出口13连接在第二管道5的入口上，第二管道5的出口连接在水泵上，如此可以形成一个连通的流体加热系统6。冷却液经过水泵循环到暖风芯体4，由暖风芯体4通过与外界热交换，将冷却液中的热量带走一部分，实现冷却液的散热，降温后的冷却液继续循环到水套，再次接收流体加热装置产生的热量，如此循环实现转移热能。

此外，当流体加热系统6中通过的介质为气体时，流体驱动装置1为内部风机，通过气体的流动实现热量的传递和交换。

对于电加热系统11而言，温控开关3通过导线还连接有电源7，电源7通过导线连接有电加热系统开关9，电加热系统开关9连接在电加热格栅8上，电加热格栅8再连接在温控开关3上，共同构成闭合的电加热系统11。具体地，电加热格栅8上设置有两个接线柱14，通过将导线连接在两个接线柱14上，实现将电加热格栅8连接到电加热系统11之中的作用。此外，电加热格栅8设置在暖风芯体4上，这样设置的好处在于，当电加热系统11和流体加热系统6同时工作的时候，可以将两个系统中产生的热量有效叠加，达到快速升温并提高制热效果的目的，还能够使得整个换热装置结构紧凑，减小换热装置的体积。通过设置电加热系统开关9，使用者可以通过外界环境温度的不同，自行选择是否启动电加热系统11。如果在外界环境温度较高时，通过流体加热系统6产生的热量足够使用时，用户可以选择断开电加热系统开关9，仅通过流体加热系统6即可实现热量的传递及交换；如果在外界环境的温度比较低的情况下，仅仅通过流体加热系统6产生热量供热会使得制热响应速度比较慢，温度比较低，制热效果比较差，那么用户可以选择连通电加热系统开关9。

在连通电加热系统开关9的情况下，通过设置在电加热系统11中的热电偶对流过其上的冷却液的温度进行判断，当电加热系统11处在连通状态时，电加热格栅8能够快速实现加热，其上产生的热量和流体加热系统6中产生的热量叠加在一起，起到快速升温、制热响应速度快、制热效果好的作用。

具体实施例二：

如图4所示，本具体实施方式提供的一种换热装置控制方法，其具体包括如下步骤：

S1：检测外界环境温度；

S2：判断外界环境温度T_a与第一设定温度T₀的大小，若外界环境温T_a＞T₀，断开电加热系统开关9，电加热系统11断开；若外界环境温度T_a＜T₀，连通电加热系统开关9，电加热系统11连通；

S3：检测温控开关3上的温度；

S4：通过所述温控开关3判断流过所述温控开关3上介质的温度T_b与第二设定温度T₁的大小，若温控开关3上的温度T_b＞T₁，温控开关3断开，则电加热系统11断开；若温控开关3上的温度T_b＜T₁，温控开关3连通，则电加热系统11连通。

通过设置电加热系统开关9，使用者可以通过外界环境温度的不同，自行选择是否启动电加热系统11。如果在外界环境温度较高时，通过流体加热系统6产生的热量足够使用时，用户可以选择断开电加热系统开关9，仅通过流体加热系统6即可实现热量的传递及交换；如果在外界环境的温度比较低的情况下，仅仅通过流体加热系统6产生热量供热会使得制热响应速度比较慢，温度比较低，制热效果比较差，那么用户可以选择连通电加热系统开关9。

在连通电加热系统开关9的情况下，通过设置在电加热系统11中的温控开关3对流过其上的冷却液的温度进行判断，当电加热系统11处在连通状态时，电加热格栅8能够快速实现加热，其上产生的热量和流体加热系统6中产生的热量叠加在一起，起到快速升温、制热响应速度快、制热效果好的作用。

针对采用发动机冷却液为热源时的情况，T₀为10℃，T₁为70℃，当对应不同的流体介质和不同的流体加热装置时，需要根据实际特性来设定T₀和T₁的值。

具体实施例三：

如图2、图3及图5-图7所示，本具体实施方式提供的一种具有上述换热装置的空调暖风系统，包括如实施例一中的换热装置和外部风机10。当在低温的环境下，车辆、机械工程领域中空调暖风制热时，可以通过将流体加热系统6和电加热系统11产生热量进行叠加，从而增强空调暖风系统的升温及制热效果。此外，由于设置的电加热系统11，其内部加热物质升温较快，可以起到快速升温及提高制热响应速度的效果。

注意，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，包括流体加热系统(6)和电加热系统(11)，所述流体加热系统(6)包括流体驱动装置(1)，所述流体驱动装置(1)外侧设置有流体加热装置，所述流体驱动装置(1)两端分别连接有第一管道(2)和第二管道(5)，所述第一管道(2)和所述第二管道(5)之间依次连接有温控开关(3)和热交换器；所述电加热系统(11)包括电加热装置，所述电加热装置设置在所述热交换器上，所述电加热装置与电源(7)之间通过所述温控开关(3)连接。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述流体加热系统(6)中通过的介质为液体或气体。

3.根据权利要求2所述的换热装置，其特征在于，所述流体驱动装置(1)为内部风机或水泵。

4.根据权利要求3所述的换热装置，其特征在于，所述温控开关(3)固定设置在所述热交换器上。

5.根据权利要求4所述的换热装置，其特征在于，所述热交换器为暖风芯体(4)，所述暖风芯体(4)上通过螺纹连接固定有温控开关(3)，所述温控开关(3)上设置有流体进口(12)，所述流体进口(12)与所述第一管道(2)相连接，所述暖风芯体(4)上还设置有流体出口(13)，所述流体出口(13)与所述第二管道(5)相连接。

6.根据权利要求5所述的换热装置，其特征在于，所述电加热系统(11)中还设置有电加热系统开关(9)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的换热装置，其特征在于，所述电加热装置为电加热格栅(8)，所述电加热格栅(8)上设置有两个接线柱(14)。

8.一种换热装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：检测外界环境温度；

S2：判断外界环境温度T_a与第一设定温度T₀的大小，若外界环境温T_a＞T₀，断开电加热系统开关(9)，电加热系统(11)断开；若外界环境温度T_a＜T₀，连通所述电加热系统开关(9)，所述电加热系统(11)连通；

S3：检测温控开关(3)上的温度；

S4：判断流过所述温控开关(3)上介质的温度T_b与第二设定温度T₁的大小，若所述温控开关(3)上的温度T_b＞T₁，所述温控开关(3)断开，则所述电加热系统(11)断开；若所述温控开关(3)上的温度T_b＜T₁，所述温控开关(3)连通，则所述电加热系统(11)连通。

9.根据权利要求8所述的换热装置控制方法，其特征在于，所述T₀为10℃，所述T₁为70℃。

10.一种空调暖风系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的换热装置和外部风机(10)。