专利名称：一种车载环境控制箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种系统中的温度控制及震动调节设备，具体为 一种车载环 境控制箱。
背景技术：
汽车的内部空间相对较小，而且处于封闭状态，在某些气候条件下内部的 温度波动会比较明显，特别是在长时间的日照情况下，温度会上升到一个较高 的水平，对于那些对温度比较敏感的电子设备来说，长时间置于温度波动较大 的车内环境中，会对其正常使用构成一定的影响。
当汽车行驶在路面上时，由于路面的不平，使汽车承受极大的震动，车速 愈高，震动愈大。虽然机动车行业在减震方面投下巨大研发费用，但由于减震 通常会对车辆的操作性能造成负面影响，最终甚至影响到行车安全，所以能改
进的空间有限，目前，车辆震动瞬间的尖峰值仍在40g左右停留。
这种瞬间值由于时间短，对乘客的影响较小，但是对于电子设备而言，则 有可能造成巨大损失，特别是PC机的硬盘，非常容易由于震动而损毁，因此， 在现有技术中，这些抗震性能较低的电子设备无法置于机动车之内。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种车载环境控制箱，在 车载的严酷环境之内，为电子设备提供一个可以持续运行的受控空间。
本发明的技术方案如下 一种车载环境控制箱，包括一个具有高热阻抗 的第一容器，第一容器内设有蒸发器，蒸发器与设在第一容器外部的冷媒压 缩机和散热器连接；第一容器内设有具减震能力的第二容器，在第二容器中 设置抗震能力较低的电子设备；第一容器与第二容器的器壁上均设有供电器 接头通过的开口。进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，在第一容器内还设有制热 装置，制热装置包括电热丝、供电线以及安装架。
进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的散热器的主体为冷 媒导管，冷媒导管上设有若千导热安装片，导热安装片附着在车体的内表面。
更进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的散热器的冷媒导 管与若干导热安装片通过焊锡固定连接，导热安装片通过强力磁体压接或点
焊的方式固定在车体的内表面。
进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的第一容器由内壁和 外壁组成，在内壁和外壁之间设有高热阻值的填充物。
进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的第二容器中充满液 体，第二容器内部设有第三容器，电子设备安置于第三容器内，第三容器上
设有防渗漏的线缆接口；第三容器悬浮在第二容器内的液体中。
更进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的第三容器由两个
或两个以上的塑料袋套叠组成，塑料袋之间有空气存在，互相不紧密接触。 更进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，所述的第三容器上附设
有气袋，用于调整浮力与重力之间的平衡；气袋可以贴附在第三容器的上下两侧。
更进一步，如上所述的车栽环境控制箱，其中，所述的第二容器与第三 容器之间连接有软弹簧，用于补偿浮力与重力间的微小不平衡。
更进一步，如上所述的车载环境控制箱，其中，第二容器通过导管与溢 流袋相连；在常温时溢流袋内只有极少量的气体或液体，远小于溢流袋的满 载容量，当第二容器中的液体因温度变化而产生体积变化时，溢流袋能够提 供调节的空间，以维持第二容器内压力的恒定。
本发明的有益效果如下本发明的第一容器内具有制冷和制热两套装置，可以将受控空间内的温度保持在一定的温度范围内，例如5~30摄氏度，从 而保证了对温度较敏感的电子设备的安全运行；第三容器安置于第二容器中， 第三容器中内置电子设备，第二容器中充满液体，实际上，第二容器中的液 体对第三容器产生一定的浮力，尽量使第三容器接近无重状态，从而相对提 高了第三容器(包含其中的电子设备)的抗震性能。
图l是本发明结构的爆炸示意图2是本发明散热器的结构示意图3是高压高温冷媒管与散热器连接方式的截面图4是第二容器结构的爆炸示意图5是第三容器的二层防水袋状结构示意图。
具体实施例方式
本发明的目的是在车载之严酷环境之内，为电子设备提供一个可以持续运 行的受控空间。这个受控空间体积通常小于汽车内之整体空间，并且可依所需 在其中运行的电子设备的需求，调整设计参数以达到保护该电子设备的目的。 本发明包含两大功能第一是将受控空间内的温度保持在一定的温度范围内， 例如5 30摄氏度；第二是减低受控空间内某些特定位置的震动，例如将最大震 动自40g减至2g。这样就能克服现有技术中，对温度比较敏感或抗震能力较低 的电子设备无法置入机动车辆的缺点。
本发明所提供的车载环境控制箱包括一个具有高热阻抗的第 一容器，以及 在其外部的冷媒压缩机和适当的散热器。在第一容器的内部空间可允许抗震能 力较高的电子设备直接安置其中，同时也提供空间安置第二个具减震能力的容 器。在第二容器中可安置抗震能力较低的电子设备，并且同时受到温度保护。
所述的第一容器，通常是长方形的六面体，由平行的内壁和外壁组成，在 两者之间填充具有高热阻值的物质，如玻璃纤维等，以阻止或减^f氐内外壁之间 的热流。在第一容器的内外壁上有两种贯穿的开口，第一种开口有电器接头通 过，用以连接容器内的电子设备与外界的配套设备；第二种开口有供冷媒流通 的铜管通过，其功能是连接第一容器内的蒸发器和容器外的压缩机和散热器，完成冷媒循环的回路。如此经过散热的高压低温冷媒可流入蒸发器中降压，吸 取大量热能，达到冷却第一容器内空间的目的。在第一容器内另备有电热丝， 受控于内在的温度设备，当内部温度降至可操作的下限时，电热丝可提供热量， 使其不至于继续下降。
在所述第一容器外之散热器的主体是导引冷媒的铜管。沿着铜管在适当位 置，以适当面积和形状的薄铜片用锡焊在铜管上。这些铜片的形状将使它们能 顺利的附着于汽车的车体，利用汽车的车体作为散热器的主要散热面积，而无 需其它的散热片。这样一方面获得较大的散热面积，而且免除散热片的额外开 支。在第一容器的一般位置，由于温度被保护在一定范围之内，所以可以安置 耐震性比较强的电子设备。对抗震性能比较薄弱的电子设备，例如硬盘，则再 进一步设置第二容器，以其特殊设施，为此类电子设备提供减震的效果。
所述的第二容器内设有比第二容器容积小的第三容器，所述的第三容器是由 两个或两个以上具有足够柔软度的薄塑料袋套叠组成。薄塑料袋的材料通常难 以达到完全不透水，所以塑料袋之间有空气存在，互相不紧密接触，用以防止 渗入外塑料袋的液体继续渗入内塑料袋。电子设备被安置在所述的第三容器中
最内层的塑料袋内；第二容器中充满液体。第二容器和第三容器均开设可以防 渗漏的线缆接口，电子设备通过线缆接口与外部相连通，电子设备采用有线方 式与外部通讯。
另外，所述的第三容器还可按需要附设气袋。气袋为空气袋，在第三容器的 上、下两侧均可按需要贴有气袋，气袋可以采用与第三容器相同的材料制作。 在三容器与第二容器之间还连接有弹簧，第三容器与第二容器之间至少连接两 根弹簧，所述的弹簧连接于第三容器与第二容器之间的相对位置处。
根据机械震动的基本动力学公式
f(t) = m. (d2x/dt2) + ri . (dx/dt) + k.x(t)
其中，m为震动目标物的质量，x(t)为目标物的位移(时间)函数，d2x/dt2 为目标物的加速度(时间)函数，也可用a(t)表示，dx/dt为目标物的速度(时间) 函数，也可用v(t)表示，ri为目标物的环境阻尼系数，k为目标物的弹性系数， f (t)为目标物所受的外力(时间)函数。
减震是要目标物的加速度，即a(t)降低至最小，从理论上讲可以有如下两 种方法可以达到减震目的第一、将目标物的质量m上升至无穷大，那么加速度a(t)自然就变为零。 无穷大实际上是不可能达到，但这指出一个方向即增加质量m,则相对于一定 的外力f (t)其加速度a(t)可以相应的减小。
第二、将外力f (t)与目标物隔离，即使目标物和外界脱离任何机械性接触。 但在地球重力场g之中，目标物具有一定的重量，而且质量m愈大，也就愈重， 所以必须以吊挂或支撑方式使其停留在地表空间的固定位置附近。但这样也使 得外力f (t)得以经过吊挂或支撑的结构物传至目标物上。此外，环境的阻尼系 数n必须恰当，使外力f (t)所加入的能量能够尽快的消耗，而弹性系数(k)必须 尽量的小，以降低储存的能量，这两项常数的共同作用可以使时间常数延长，以 防止共振的发生。
但在地球重力场g之中
w = tn . g
其中，m是目标物的质量，g是地球表面重力加速度(9. 8 m/sec2), w是目 标物的重量。
为达到第二种方式中将外力f (t)与目标物隔离的目的，使物体接近无重状 态，解决的方法是应用浮力(B)。 浮力(B)遵守以下的公式 B = p V
其中，B是目标物所受的浮力，p是目标物(含其保护设备)的外环境比重， V是目标物(含其保护设备)的总体积。 显然，当设计满足以下条件时
即当B w时，则目标物处于近似无重状态，即悬浮于空间，无需强力的 吊挂或支撑结构。本发明则是采用第二种方式中的这种原理，通过第二容器中 的液体对第三容器所产生的浮力，尽量使得第三容器接近无重状态，从而相对 提高第三容器(包含其中的电子设备)的抗震性能，也就是说，相对于现有技 术，对于获得与现有技术相同(相当)的抗震性能，本发明中对于电子设备自 身的抗震性能的要求可以更低，通过适当的设计，可以将现有的电子设备直接 适用于本发明，使其适用于机动车的现实环境。
在本发明中，对于现实应用中，将第三容器(包含其中的电子设备)所受 到的液体浮力与其重量接近，需要准确预估第三容器的重量与体积，应该是较为困难的，并且不利于以后更改设计，通过第三容器附设气袋，则可以更为经 济地提供现实解决途径，而且，通过对气袋的容积与数量的控制，可以极为容 易地实现第三容器所受到的浮力与重量接近的目标，并易于更改设计，从而进 一步地提高本发明的实用性和可操作性，降低成本。在本发明中，通过第三容 器与第二容器之间连接弹簧，来对第三容器所受到的浮力与重量之间达到作用
力的自动平衡。显然，任何电子设备自身总是会具备一定的抗震性能，因此， 从设计的角度来说，并没有必要使第三容器所受到的浮力与重量绝对地相当， 其间的不平衡只需要处于电子设备的自身可容忍范围内即可。另一方面，也避 免了第三容器与第二容器的直接接触，从而进一步地提高本发明的实用性和可 操作性，降低成本。第二容器和第三容器均开设可以防渗漏的线缆接口，电子 设备通过线缆接口与外部相连通，可以进一步提高本发明的实用性。
在本发明中，第三容器的作用是防止液体渗漏至其内部，浸蚀所保护的电子
设备。但是能够完全防止渗漏的材料，往往伴随其它的缺陷例如太厚，太硬 或太密。所以本发明釆用二个或二个以上套叠的袋状容器，以达到防渗漏的目 的。这种应用方式其原理在于渗漏的发生是由于液体分子受较高的渗透压力 推动，通过容器的分子间隙，向渗透压较小的一方移动，直到达成平衡为止。 如果只用一层袋状容器，其面向液体的一面，承受完全的渗透压比较容易允许 液体分子向气体的一面渗透。如果采用两层袋状容器，并在两层间预留部份空 气，则当液体渗透过外容器进入夹层后，由于渗透量小，对内容器不至于形成 渗透压力，所以就不可能立即渗入内容器的内部，浸蚀所保护的电子设备。一 直要等到夹层被液体充满，才会有足够的渗透压力，才有可能进行实质的渗透。 达到这个状态需要极长的时间；如果设计得当，这个时间可以远超过产品使用 年限，使渗漏不致成为产品失效的弱点。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
图1是本发明实施例的结构爆炸示意图，其中有压缩机10，散热器20和蒸 发器30组成一个典型的Vapor-Compression循环的制冷器系统。由蒸发器30 中回流的低压冷媒，通过压缩机10加压后成为高压高温的冷媒流入散热器20 中。由于冷媒温度(可达90。C )比周围气温(正常范围约为-4(TC +40°C)高 出许多，所以热能得以歉t到空气中。降温后的高压冷^f某，经过节流阀32流入低压蒸发器30中迅速减压，遂形成急速膨胀降温过程，能够从周围环境吸收大 量热能，达到制冷效果。
散热器20是由冷媒导管21,导热安装片22及汽车车体所组成，如图2所 示。导热安装片22并非沿导管21全程安装，它的安装选择是为了满足两个条 件l.必须提供足够的散热面积，将热能导入车体表面；2.必须提供足够的安 装附着力，以维持导管的21结构稳固。导管21和导热安装片22可用铜质。
图3是图2的A-A截面图。导管21和导热安装片22之间用焊锡23连接固 定。由于汽车车体100是铁质(通常为冷轧碳钢板)，所以可用强力磁体24将 导热安装片22以磁力压接在车体100的内表面。磁体24磁力强度的选择，以 满足导管21的结构稳固为要件。或者，导热安装片22还可以通过点焊的方式 固定在车体100的内表面，点焊后的车体需经过适当处理后才能上漆。在导热 安装片22和车体100之间，安置可变形导热体，如导热软硅胶，或导热硅胶液， 用以排除二者之间可能存在的空气间隙。
采用车体IOO作为最终散热片的主要原因有二第一是因为车体面积庞大， 可提供远超过需要的散热面积；第二是因为当汽车开动时，高速空气流动可以 极大的增加散热效能，更进一步节能。此外，避免使用额外的散热片， 一方面 可以节约材料成本，另一方面则可减轻整体重量，是额外的收获。当然，若有 确切需要，仍然可以采用传统式的，如空调设备常用的多叶片式散热器。
由于本发明也适用于低温气候和地区，所以备有一套加温设备，如图1所 示之制热系统40。其中包括电热丝41，供电线42及安装架43。可将电能转换 为热能，提升周边温度。
可控温度箱50(即第一容器)是一个温度受控的箱体。它是由箱体外壁51, 箱体内壁52，箱盖外壁53和箱盖内壁54所构成。在外壁51、 53及内壁52、 54之间分别置入高热阻填充料55,用以阻止热流以传导方式通过内外壁。高热 阻填充料55可以用玻璃纤维或发泡PU等材料。当箱体和箱盖合拢并锁紧后， 可以阻止箱内和箱外的空气对流，阻止因对流造成的热损失。
前述之蒸发器30和制热系统40都被安置在可控温度箱50之内。它们的制 冷和制热功能受到温度控制器110的控制。由于它们的功能再配合密闭箱体对 热流的阻断，使得可控温度箱50的内部温度，可以在预设的能耗条件下，被控 制在设计范围内，例如5 35摄氏度。此范围可通过参数设置，由软件执行。在可控温度箱50的腔体内部安装有受温度保护的器件。它们可以分为两类， 第一类是仅需温度保护无需震动保护的电器60,如电路板。第二类是除温度保 护外还需震动保护的电器，如硬盘，存于减震盒70内。
第一类的电路板60通常是用表面贴装(SMD)方式设计生产的电路板，但 是因为价格竟争或获取困难所选用的元器件的温度范围比较狭隘，例如个人电 脑(PC)的主机板所采用的元器件。
第二类的所采用的减震盒70除了因为处在可控温度箱50内部，温度已经 受到保护之外，它本身还能为箱内的电子设备91,如硬盘，提供减震的保护作 用。
图4是减震盒70 (即第二容器)的结构爆炸图，它是由减震盒体71及减震 盒盖72所组成。在减震盒70之内部，设有防水袋状容器80 (即第三容器)以 防止其内部的电子设备91受液体浸蚀。防水袋状容器80的外防水袋81的四个 角有弹性系数较小的软弹簧84。这些弹簧84,将防水袋状容器80挂接在减震 盒70的内角73之上。当减震盒70的箱体71及箱盖72,完密闭封合之后，内 部将被灌以液体。此时防水袋状容器80将会浮起，但是因为大量制造的过程中 无法维持浮力和重的量绝对平衡，所以四角的软弹簧84有助于将防水袋状容器 80保持在相对的中间位置；同时由于弹性系数较小，又不至于造成防水袋状容 器80与减震盒70之间的硬连接，危害减震效果。
电子设备91与外界通讯是以有线方式完成。参考图4中所示的电线组92。 因为减震盒70之内充满液体，所以在减震盒体71上设有一个防7jC接口 74,使 电线组92能通过它和外界连接，不致于渗漏液体。
由于节能的考虑，可控温度箱50的腔体内部的温度通常是设定为能让PC 机舒适运行的5°C~ 35。C之间。这仍然会使减震盒70内液体的体积发生变化， 有可能使减震盒70变形。为解决这一问题，在减震盒体71上表面开有小洞77, 有导管75和它密封连接。导管75的另一端密封连接于一个柔软气嚢(即溢流 袋)76。在常温时气嚢76只存有少量气体，远少于气嚢76的容量极限。当温 度上升时，减震盒70内膨胀的流体可以流入气嚢76中，以维持恒压。反之， 当温度低于常温时，气嚢76之中的流体可以流入减震盒70内，同样协助维持 减震盒70内的压力稳定。
图5显示了防水袋状容器80的多层结构。它是由外层袋状容器81及内层袋状容器82所组成。在外层袋状容器81的四角有加强材质的悬挂环83,为弹 簧84提供连接点。受保护的电子设备91 (通常为硬盘)被安置在内层袋状容器 82之内。内外袋状容器82、 81的边框有防渗漏开口设计，为电线组92提供防 水通道。在内外袋状容器82、 81之间，保留有一个空气夹层，以确保两容器之 间不会紧密相贴，以防止内袋状容器82,在外层袋状容器81受到渗透后，立即 受到影响，提早失效。如果双层袋状容器82、 81不足以防止渗漏，则可以增加 袋状容器的层数，增进防止渗漏性能。
另外，图1还显示在可控温度箱50的外表面有电器接口 56伸出，它的主 要功能是为箱内的电器提供电源及通讯通道，这些接口 56都经过防止热量流失 的处理。图1中还包括温度控制器110,它依温度传感器的信息，对制冷、制热 做出决定，温度控制器110可依照其本身的构造和材质，来决定被安置于可控 温度箱50之内或之外。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种形式上的改动和变型而..不 脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种车载环境控制箱，其特征在于它包括一个具有高热阻抗的第一容器(50)，第一容器(50)内设有蒸发器(30)，蒸发器(30)与设在第一容器(50)外部的冷媒压缩机(10)和散热器(20)连接；第一容器(20)内设有具减震能力的第二容器(70)，在第二容器(70)中设置抗震能力较低的电子设备；第一容器(50)与第二容器(70)的器壁上均设有供电器接头通过的开口。
2. 如权利要求1所述的车载环境控制箱，其特征在于在第一容器(50) 内还"&有制热装置(40),制热装置包括电热丝(41)、供电线(42)以及 安装架(43)。
3. 如权利要求1或2所述的车栽环境控制箱，其特征在于所述的散 热器(20)的主体为冷媒导管(21)，冷媒导管(21)上设有若干导热安装 片(22),导热安装片(22)附着在车体(100)的内表面。
4. 如权利要求3所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的散热器 (20)的冷媒导管(21)与若干导热安装片(22)通过焊锡(23)固定连接，导热安装片(22)通过强力磁体(24)压接或点焊的方式固定在车体(100) 的内表面。
5. 如权利要求1或2所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的第 一容器(50)由内壁(54)和外壁(53)组成，在内壁(54)和外壁(53) 之间设有高热阻值的填充物(55)。
6. 如权利要求1或2所述的车栽环境控制箱，其特征在于所述的第 二容器(70)中充满液体，第二容器(70)内部设有第三容器(80),电子 设备(91)安置于第三容器(80)内，第三容器(80)上设有防渗漏的线缆 接口；第三容器(80)悬浮在第二容器(70)内的液体中。
7. 如权利要求6所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的第三容 器(80)由两个或两个以上的塑料袋(81、 82)套叠组成，塑料袋之间有空 气存在，互相不紧密接触。
8. 如权利要求7所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的第三容器(80)上附设有气袋，用于调整浮力与重力之间的平衡。
9. 如权利要求8所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的气袋贴 附在第三容器的上下两倒。
10. 如权利要求6所述的车载环境控制箱，其特征在于所述的第二容 器(70)与第三容器(80)之间连接有软弹簧(84)，用于补偿浮力与重力 间的微小不平衡。
11. 如权利要求6所述的车载环境控制箱，其特征在于第二容器(70) 通过导管(75)与溢流袋(76)相连；在常温时溢流袋(76)内只有极少量 的气体或液体，远小于溢流袋的满载容量，当第二容器(70)中的液体因温 度变化而产生体积变化时，溢流袋(76)能够提供调节的空间，以维持第二 容器(70)内压力的恒定。
全文摘要
本发明涉及一种系统中的温度控制及震动调节设备，具体为一种车载环境控制箱。其结构包括一个具有高热阻抗的第一容器，第一容器内设有蒸发器，蒸发器与设在第一容器外部的冷媒压缩机和散热器连接；第一容器内设有具减震能力的第二容器，在第二容器中设置抗震能力较低的电子设备；第一容器与第二容器的器壁上均设有供电器接头通过的开口。本发明可以将受控空间内的温度保持在一定的温度范围内，并且具有良好的抗震性能，实用性强，可靠性高。
文档编号B60H1/22GK101612874SQ20091009004
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月28日 优先权日2009年7月28日
发明者坦 吴 申请人:杜景钦