具有集成分层功能的空气控制闸门的制作方法

专利名称：具有集成分层功能的空气控制闸门的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及用于机动车的取暖和通风装置和/或取暖、通风和空调装 置，特别是涉及包括壳体的装置，壳体具有向机动车内部供应空气的空气管 道以及对空气进行控制的空气闸门。根据本发明的空气控制闸门特别有利于 促进热和冷气流的混合，并减少通风装置内的空气分层。
背景技术：
现有的传统取暖和通风装置和/或取暖、通风和空调装置(总的称为"通 风装置")，在结构上使冷或温和的空气与由加热器芯体产生的热空气混合。 受不同因素的影响，流过风管的热和冷空气会出现分层冷空气流与热空气 流分开。在一些情况下，在通风装置的出口处会出现过大的温度梯度，机动 车的乘客会感受到这个梯度并感到不适。在除霜或除雾的情况下，仪表板处 的温度梯度会导致不均匀的除霜效果。机动车制造商通常规定仪表板出风口 的温度必须低于除霜和地板出风口的温度，并且除霜和地板出风口的温度近 似。但是，较冷的出风口 (仪表板上)和较热的出风口 (除霜、地板)之间 的温度梯度不应过大。
通风装置中的空气闸门用于控制不同的气流。在要求"全热"条件时， 空气闸门关闭来自非热空气源的气流。相反的，在要求"全冷"条件时，空 气闸门关闭来自热空气源的气流。在"中间模式"的条件下，当要求除"全 热"或"全冷"以外的温度时，可以调节空气闸门的位置以允许不同温度的 热或非热空气穿过通风装置。不应该有的空气分层通常出现在"中间模式" 运行中。虽然空气闸门允许热和冷空气两者都能通过，但是传统的空气闸门 并不促进上述空气流的混合。
现有技术试图减少空气的分层，包括设置分层导流板，它要么与壳体成 为一体，要么作为单独的零件插入到壳体中。这些装置虽然有助于减少分层， 但是却增加了通风装置的工具复杂性和制造成本。此外，这些分层装置即使
在不需要的情况下(如全热和全冷模式)仍然存在于气流之中，因而导致不 应有的压降，这接着又导致气流下降和噪音变大。
虽然这些方法和装置成功地减少了空气分层，但是仍需要促进气流的混 合来更加有效地减少空气分层。

发明内容
本发明提供一种具有集成分层功能的空气控制闸门。闸门包括内部混合 区，这个区由确定间隔开的空气管道的空气导向件组成。闸门的混合区可在 中间模式中运行，并调节位置以使热和冷空气在最靠近混合区的空间中相交。
在优选实施形式中，混合区的空气导向件只有在中间模式运行的情况下 暴露于两个气流中。空气导向件的构形用于引导一个气流，而由空气导向件 形成的间隔开的空气管道用于引导第二个气流。混合区使两个气流相交并混 合，从而减少了空气分层。这种布置的特别优点在于促进了不同气流的混合， 同时控制着穿过不同通风元件的空气的流速。
空气控制闸门的本体在形成时实现了所要求的、与现有技术中相同的气 流控制功能。在特别优选的实施形式中，空气控制闸门的本体为桶状。在这 样一种实施形式中，混合区也可以是桶状，即空气导向件为弯曲状，并通常 具有与间门的其它部分相同的半径。在本发明的这些特别优选的实施形式中， 桶状保证了气流有效地掠过或穿过空气控制闸门的本体或混合区。但要指出 的是，混合区也可以具有与闸门其它部分不同的半径或完全不同的形状。
在一个优选实施型式中，空气导向件包括与之成为一体的通道，气流或 者其中的一部分可以在这些通道中穿流。这些通道引导第一个气流或者其中 的部分气流进入到通风装置中第二个气流所流经的区域，这样就促经了所希 望达到的进一步混合。空气导向件可在尺寸和/或数量上出现变化。例如，本 发明的一个实施形式用可形成例如三个空气管道的四个空气导向件取代了可 形成例如两个空气管道的三个空气导向件。
在进一歩的实施形式中，空气导向件的尺寸和形状也可以不同。在根据 本发明的实施形式中，闸门包括例如三个空气导向件，其中两个的外表在形 状或尺寸上相同，而第三个则与另两个在形状或尺寸上或两个方面都不同。 空气导向件的形状决定混合的特性并因而可进行调整以用于特定用途。例如，
在本发明的某些实施形式中，通道的横断面为U形。而在另外的实施形式中， 半圆形的壁形成通道的横断面。可选或可作为补充的是，空气导向件中的通 道宽度可保持不变或随着通道从闸门本体起的延伸而变窄。要指出的是，虽 然上述实施形式中的空气导向件通常包括用于引导气流或者其中一部分气流 的通道，在设计通风装置的气路时可不必使这些通道去促进气流的混合。在 这些可选的实施形式中，空气导向件不包括通道，但可以是扁平的或翅片状 的。
本发明的其它目的、特性和优点可通过下面的优选实施例、特别是通过 附图得到详细说明。


本发明的实施例可参见附图，其中，
图1是机动车的通风装置的外部立体图2是图1中的通风装置的内部横断面的简图，图中显示了根据本发明 的空气控制闸门处于中间模式时热和冷气流穿过装置的情况；
图3是图1中的通风装置的内部横断面的简图，在图中，根据本发明的 空气控制闸门处于全冷模式；
图4是图1中的通风装置的内部横断面的简图，在图中，根据本发明的 空气控制闸门处于全热模式；
图5是根据本发明的空气控制闸门的一个实施例的立体图，在图中，闸 门的位置处于中间模式运行状态下，气流穿过和环绕闸门流动；
图6 — 8是根据本发明的空气控制闸门的不同实施例的立体图9是根据图6所示的实施例的闸门总成的侧视图10是图9中的闸门总成的立体图11是根据本发明的空气控制闸门的一个实施例的立体图-，
图12是图11所示的空气控制闸门的侧视图13是根据图11所示的空气控制闸门的实施例的闸门总成的侧视图，-
图14是图13所示的闸门总成的立体图15—16是根据本发明的空气控制闸门的实施例的立体图17是图15 — 16所示的闸门的侧视图1 8 — 1 9是根据本发明的空气控制闸门的实施例的立体图20是图18 — 19所示的闸门的侧视图。
具体实施例方式
图1是可用于机动车的通风装置1的外部立体图。与已知的现有技术相
同，该通风装置1包括鼓风机2，它使空气在通风装置中循环并进入到机动 车的客厢中。典型的通风装置还包括蒸发器4、加热器总成5、除雾出口6、 除霜出口 7、仪表板出口 8和地板出口 3 (统称为"空气出口")。当来自鼓 风机2的空气掠过或穿过蒸发器4时，它被冷却。同样地，当鼓风机2强制 空气掠过或穿过加热器总成5时，它被加热。通过选择适当的闸门和控制， 热和冷空气穿过全部或部分的空气出口。
有时需要减少或彻底地阻止"冷"气流即掠过或穿过蒸发器而不是加热 器总成的空气从空气出口流出。当通风装置在这种配置下运行时，可以说它 处于"全热"模式。同样地，有时需要减少或彻底地阻止穿过加热器芯体的 气流即"热"气流从空气出口流出。当通风装置在这种配置下运行时，可以 说它处于"全热"模式。在这两种极端情况之间，通风装置可允许冷和热气 流穿过适当的空气出口。当通风装置在这种配置下运行时，可以说它处于"中 间"模式。
与已知的现有技术相同，空气闸门在通风装置中用于控制不同的气流。 这些闸门在全热模式中阻止冷气流，并且只允许加热空气经过。相同地，在 全冷模式中它们阻止热气流，并且允许只掠过或穿过了蒸发器的空气经过。 在中间模式中，这些闸门根据客厢中所需的温度允许不同比例的热和冷气流 经过。
图2—4中是根据本发明的空气控制闸门9。闸门9的位置由它围绕垂直 于图示横断面的轴旋转的程度所决定。在图2中，闸门9处于中间模式，在 图3中闸门9处于全冷模式，而在图4中闸门9处于全热模式。如图2_4 中的横断面所示，闸门9在其枢轴点具有毂。在图示的实施例中，闸门9的 本体23的横断面在形状上为半圆形，因此对于这些优选实施例，闸门9的 形状为柱体或"桶"形。
在中间模式中，如图2中的箭头所示，冷气流与热气流混合。两个气流 流经由壳壁12和13形成的壳体11，然后从空气出口 14一16流出。不同的 是，如图3所示，冷气流而不是热气流从空气出口 14一16流出。图4中则 是相反的情况，热气流而不是冷气流被允许从空气出口 14一16流出。
闸门9包括边棱17和18，它们与壳体的不同部分接触，以阻止气流。 如图3所示，在全冷模式中，闸门9旋转直到闸门边棱17与壳体11的终端 部分20接触，而闸门边棱18与壳体部件21的终端部分19接触。通过这些 闸门边棱与壳体接触，使闸门有效地阻止了热空气从空气出口 14一16流出。 如图4所示，在全热模式中，闸门9旋转直到闸门边棱17与壳体部件21的 终端部分19接触，而闸门边棱18与壳体11的终端部分20接触。通过这些 闸门边棱与终端接触，使闸门有效地阻止了冷空气从空气出口 14一16流出。
在本发明的某些实施例中，在全热或全冷模式中，闸门9的混合区10 不与多个气流中的一个接触。在本发明的一个尤其优选的实施例中，混合区 10在闸门9的本体23从终端到终端的规定行程的百分之10到90之间延伸。 在这个实施例中，在闸门9的可能的旋转的大部分行程中，混合区与多个气 流接触，但是它在剩下的旋转行程中与气流并不接触。这种布置保证只有在 需要的时候才使混合区处于气流所流经的路程上，从而在不需要的时候使混 合区的压降减少到最低。出于相似的原因，在本发明的某些实施例中，混合 区10只在闸门9的一部分中横向延伸。在本发明尤其优选的实施例中，混 合区10在闸门9的宽度的百分之10到90之间延伸。
图5是根据一个优选的实施例的空气控制闸门9的立体图。闸门9包括 由三个空气导向件24组成的混合区10,这些导向件相继确定两个间隔开的 空气管道25。空气混合区10是整体成形，附接在闸门9上或与之模压成型。 在一个优选实施例中，空气导向件24包括至少两个空气控制面，其中一个 与第一个气流接触，而另一个则与第二个气流接触。此外，闸门9包括边棱 17和18，它们按照前面所述与壳体相配合。图5包括五个箭头，它们标出 了在混合区10中的两个气流的路线。热气流由三个平行的箭头表示，掠过 或穿过闸门9的顶部，而冷气流则在两个间隔开的空气管道25中穿流。这 些分开的气流在空气导向件24的引导下相交并混合。
图6中是与图5所示的闸门相似的空气控制闸门的一个实施例。空气混 合区10包括三个空气导向件24，它们每个包括一个由通道壁27—29确定 的通道26。闸门9还包括毂30和31，它们处于同一轴线上，使闸门9可旋 转地安装在通风装置上。在图6的实施例中，毂30不同于毂31。在此实施 例中，毂30与第二个闸门相连，而毂31则与通风装置的壳体相连。专业技 术人员将会发现毂30可与毂31完全相同。
闸门9 一旦安装在通风装置1上，则旋转以使空气以不断变化的程度流 经，如图2—4所示。闸门9的本体23的远端(distal surface)面为弯曲的， 总体上半径保持不变。与混合区10不同的是，本体23的远端面阻止空气经 过。在图6的实施例中，空气导向通道壁29的远端面也是弯曲的，为了便 于图示，它也具有与本体23的远端面相同的总体上保持不变的半径。但是 通道壁29却不需具有相同的半径或根本不需弯曲。
根据空气导向件24和间隔开的空气管道25的尺寸，来自第一个气流的 一部分空气被引导进入到通道26中，而不是进入到空气管道25中。第二个 气流被强制穿过间隔开的管道25，并与没有流经通道26的第一个气流的一 部分立即混合。接下来，部分混合的气流与流经通道26的空气相交并混合。 因此，具有或不具有通道的空气导向件24控制着第一个气流的一部分和第 二个气流混合的方式和地点。
图7中是根据本发明的空气控制闸门9的可选实施例。在这个实施例中， 闸门9比前面的实施例中的闸门大。因此，混合区10要求四个空气导向件 24，它们相继确定三个间隔开的空气通道25。如图6所示的实施例，空气 导向件24包括由通道壁确定的通道26。虽然闸门9比前面实施例中的闸门 大，要指出的是，任何尺寸例如图6所示的闸门尺寸的闸门上的空气导向件 的数量，可依照所要求的混合特性减少或增加。空气导向件的累积表面面积 的增加将加大混合区10附近的各气流的压降。
图8中是根据本发明的空气控制闸门9的另一个实施例。与图6和7中 的实施例相比，图8中的实施例的混合区中的空气导向件相互并不相同。中 央空气导向件32大于两个旁边的空气导向件24，它们一起确定两个间隔开 的的空气管道25。在这个实施例中，两个气流的质量流速和混合特性将不同 于前面所述的实施例。专业技术人员将发现空气导向件24可选地大于中央 空气导向件32，并且/或者旁边的空气导向件24不需具有相同的形状。相同 的是，专业技术人员将发现同一混合区可使用超过三个空气导向件，它们在
形状或尺寸上并不相同。举例来说，较大的空气导向件例如空气导向件32
可被图7中的实施例中的一个或更多的空气导向件24代替。
图9是闸门总成34的侧视图，而图10则是这个总成的立体图。在成组 的关系中，第二空气控制闸门33与第一空气控制闸门9组合形成闸门总成 34。如图所示，第二闸门33的毂35和36与第一闸门9的毂30和31相比 是反过来的。两个内部的毂30和35使两个闸门9和33可以相连，而两个 外部的毂31和36使闸门总成34可与通风装置1的壳体相连。虽然图9和 10中的闸门总成34通常是根据图6所示的闸门9的实施例，但要指出的是， 闸门的不同实施例例如前面所述的图7_8中的实施例，可以组合形成相应 的闸门总成。此外，本领域技术人员将会发现，更多的闸门中的三个可以根 据通风装置的尺寸和要求组合形成相应的闸门总成。
图11和12中是闸门9的另一个实施例。在这个实施例中，混合区10 包括具有通常为半圆形横断面的空气导向件37。但本领域技术人员将会发 现，曲面不必是精确的圆形或半圆形，相反，可以根据空气动力学成形或以 减少压降的方式进行弯曲。空气导向件37的横断面包括确定通道39的通道 壁40。空气导向件37的远端面41可依从闸门9的本体23的远端面的形状， 如图11所示，或者可依从其它形状。例如，空气导向件37的远端面41的 曲率半径可大于或小于本体23的曲率半径。可选的是，远端面41可以是 笔直的。这个实施例的混合区还包括由空气导向件37确定的间隔开的空气 管道38。导向表面42中的缺口 43进一步确定空气管道38。在图11和12 的实施例中，缺口43通常为u形，并还包括与导向表面42成为一体的径向 面44。缺口43的存在和成形，包括径向面44，进一步促进了两个气流的理 想混合。
图13是闸门总成42的侧视图，它由两个根据图11和12中的实施例的 闸门组成。图14是这个总成42的立体图。与图9和10中的实施例相同的 是，第二空气控制闸门33与第一空气控制闸门9组合形成闸门总成42。如 图所示，第二闸门33的毂35和36与第一闸门9的毂30和31相比是反过 来的。与图9和10所示的闸门总成相同，要指出的是，闸门的不同实施例 可以根据特定通风装置的尺寸和气流要求组合形成相应的闸门总成。
图15到17中是空气控制闸门的一个实施例，其中，混合区10包括具
有由通道壁49 — 51确定的通道48的空气导向件46。通道48的宽度随着通 道从本体起的延伸而改变。如图17所示，空气导向件46在纵断面上的形状 为梯形。在这个实施例中，混合区10还包括由空气导向件46确定的间隔开 的的空气管道47。如图16所示，通道壁49的远端面52为弯曲的，并且如 图所示，大体上依从闸门9的本体23的形状。与前面的实施例相同，远端 面52的形状不必与本体23的形状相同或甚至相似。例如，空气导向件的远 端面的曲率半径可以大于或小于本体23的曲率半径。
图18到20中是根据本发明的空气控制闸门的其它实施例。在这些实施 例中，空气导向件53包括通道55 (由通道壁56—58确定)，这些通道沿着 u形的横断面逐渐变窄。与图15—17中的实施例所示的空气导向件相比， 通道55的宽度随着通道从本体起的延伸以不均匀的比率变化。图20是闸门 9的这个实施例的侧视图，它显示了通道55的宽度的非线性的变化率。在这 个实施例中，混合区10也包括由空气导向件53确定的间隔开的空气管道 54。通道壁56的远端面59是弯曲的，并且如图所示，大体上依从闸门9的 本体23的形状。与前面的实施例相同，远端面59的形状不必与远端面23 的形状相同或甚至相似。例如，空气导向件的远端面可以是笔直且不弯曲的。
在前面所述的实施例中，每个不同形状的通道使空气不同地掠过和穿过 闸门9的混合区10。通过对空气导向件采用不同的横向和纵向形状，HVAC 设计人员对两个或更多的气流的混合特性拥有更大的控制度。通过使空气导 向件具有空气动力学上理想的形状，可以使由在空气导向件之上和之中流动 的气流所造成的压降和噪音减少到最低。在不同的实施例中，例如，穿过通 道的气流的一部分将被导向下游，并具有比不穿过通道的空气更大的速度。 通过改变通道的形状和/或宽度，可以控制穿过通道的质量流速以及空气的速 度。穿过通道的部分第一气流将因此在处于气流的其它部分所混合的位置下 游的位置与第二气流混合。
在本发明的范围内，发明的可选实施例(图未示)包括与闸门9的本体 23成为一体的通道。在这些实施例中，通道引导与前面所述的空气导向件中 的通道不同的气流。空气导向件也可以不包括通道。相反，在这些实施例中， 混合区包括引导气流但不是通道状的突出部，例如扁平状或翅片状的突出部。 在空气导向件和闸门表面这两者中，通道可以有不同的排列和组合，或者可
以没有通道，并且通过前面的说明和附图使本领域技术人员了解到这一点。
最后，虽然前面描述的优选实施例中包括涉及与闸门9的本体23成为一体 的单一混合区10，但专业技术人员将发现，其实可以添加另外的混合区。例 如，闸门9包括在其旋转行程的一端的第一混合区和其旋转行程的另一端的 第二混合区。
很明显，可对本发明进行进一步的改型，并且可以实现本发明的一些或 全部优点。也就是说，本发明并不要求具有每个上述的特性和方面或者它们 的组合。在许多情况下，某些特性和方面不是实现其它特性和方面的关键。 本发明只受所附的权利要求及其等效要求的限制，因为权利要求的目的在于 覆盖其它即使未在字面范围内体现的变型和更改。
权利要求
1.一种用于通风装置的空气控制闸门包括沿轴旋转的本体，它根据旋转的角度阻止规定数量的空气流过通风装置；以及多个附接在本体上的空气导向件，其特征在于，空气导向件确定至少一个空气管道，而来自多个气流的空气在其内混合。
2. 根据权力要求1所述的空气控制闸门，其特征在于，本体为桶状。
3. 根据权力要求1所述的空气控制闸门，其特征在于，空气导向件为桶状。
4. 根据权力要求1所述的空气控制闸门，其特征在于，至少一个空气导 向件包括通道。
5. 根据权力要求4所述的空气控制闸门，其特征在于，通道的宽度是不变的。
6. 根据权力要求4所述的空气控制闸门，其特征在于，通道的宽度是可 变的。
7. 根据权力要求6所述的空气控制闸门，其特征在于，通道的宽度以恒 定的比率发生变化。
8. 根据权力要求6所述的空气控制闸门，其特征在于，通道的宽度以非 线性的比率发生变化。
9. 根据权力要求1所述的空气控制闸门，其特征在于，所有的空气导向 件包括通道。
10. 根据权力要求1所述的空气控制闸门，其特征在于，所有的空气导 向件形状相同。
11. 安装在机动车通风装置中的空气控制闸门包括 沿轴旋转的本体，它根据旋转的角度阻止规定数量的空气流过通风装置；以及由多个空气导向件确定的混合区和至少一个空气管道，其特征在于，混 合区根据本体的旋转角度允许规定数量的第一气流与第二气流混合。
12. 根据权力要求11所述的空气控制闸门，其特征在于，当本体旋转到第一位置时，、混合区没有暴露在第一气流中。
13. 根据权力要求11所述的空气控制闸门，其特征在于，当本体旋转到 第二位置时，混合区没有暴露在第二气流中。
14. 根据权力要求11所述的空气控制闸门，还包括由多个空气导向件确 定的第二混合区和至少一个空气管道，其特征在于，第二混合区根据本体的 旋转角度允许规定数量的第一气流与第二气流混合。
15. 可旋转的空气控制闸门，在通风装置的壳体内部使用并位于两个不同温度的气流交点处，所述的空气控制闸门包括第一表面，当旋转到第一位置时，它阻止所有来自第一气流的空气穿过 壳体，同时允许所有来自第二气流的空气穿过壳体；以及第二表面，它与第一表面相接并成为一体，并且它的位置使它在第一表 面转到第一位置时不与来自第一气流的空气接触，而且，当第一表面转到第 二位置时，第二表面与两个气流处于流体连接中，并阻止规定数量的第一气 流穿过壳体。
16. 根据权力要求15所述的空气控制闸门，其特征在于，第一表面从第一位置到第二位置的旋转量决定被阻止穿过壳体的第一气流的空气数量。
17. 根据权力要求15所述的空气控制闸门，其特征在于，第二表面包 括多个空气导向件，它们确定至少一个被来自两个气流的空气穿流的空气管 道。
18. 根据权力要求17所述的空气控制闸门，其特征在于，至少一个空 气导向件包括通道。
19. 根据权力要求17所述的空气控制闸门，其特征在于，空气导向件 的纵断面为梯形。
20. 根据权力要求17所述的空气控制闸门，其特征在于，通道的宽度 可变。
全文摘要
本发明提供一种具有分层功能的空气控制闸门。该闸门包括具有空气导向件的混合区，空气导向件确定间隔开的空气管道。在混合模式中，当需要热和冷气流混合时，空气控制闸门引导两种气流彼此进入，由此促进气流的混合并减少气流分层。通过混合区与空气控制闸门的集成，本发明减少了所需元件的尺寸、数量和复杂性以减少空气分层至一可接受的水平。
文档编号A47C20/00GK101098645SQ200680001769
公开日2008年1月2日 申请日期2006年1月3日 优先权日2005年1月4日
发明者威廉·摩根, 永尹·朴, 韦·拉杰什, 马尔库斯·瓦尔拉文 申请人:贝洱两合公司