汽車空調出風口的設計研究

黃馳紅

【摘 要】汽車內部的空間狹小、環(huán)境相對密閉、內飾不易清潔等，是導致汽車內部空氣不清新的重要原因。通過對汽車空氣循環(huán)狀況進行分析，設計了一款汽車空調出風口，用以改善車內空氣質量。該設備主要由外框、內外兩組相互垂直的葉片、香薰片、紫外消毒機構和降噪機構構成。文章介紹了該汽車空調出風口的主要結構和基本功能，并對具體應用方法和應用效果進行了論述。所設計的汽車空調出風口可對空調系統(tǒng)輸出的氣體進行凈化和殺菌，改善空氣質量，提高空氣凈化效率，提升乘客乘坐體驗。

【關鍵詞】出風口;汽車;空氣凈化;香薰

【中圖分類號】TP202 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0026-03

0 引言

隨著工業(yè)發(fā)展和制造水平的提升，汽車產量和品質逐步提升，許多家庭選擇配置汽車作為出行、上班的交通工具，因此汽車已逐步成為人們日常出行的代步工具。同時，隨著人們生活水平的提高，消費者的健康意識不斷增強，車內空氣質量受到越來越多駕乘人員的關注，并且反映人對氣味接受程度的主觀評價體系也開始被廣泛應用于空氣質量評估中。

汽車內部空間狹小、環(huán)境密閉、車內飾材質復雜且不易清潔等[1-2]，是導致車內空氣不清新、氣味雜亂的重要原因。同時，空調內部陰暗潮濕，時間一長吸附在空調內部的灰塵等污染物就會發(fā)生霉變并滋生細菌。對于汽車氣體循環(huán)系統(tǒng)，不僅需考慮去除氣體中的雜質，還需考慮空氣是否清新。

為了改善車內空氣質量，提升駕駛員和乘客的駕乘體驗，車主常使用香薰器改善車內空間空氣質量。香薰器主要有擺放式和夾持式兩種，擺放式香薰器的香味擴散慢且氣味主要集中在擺放位周圍，氣味過于集中容易引起擺放位附近乘客的不適。并且，在車內安放擺放式香薰器存在一定安全隱患，在高速狀態(tài)下擺放式香薰器有飛出砸傷乘客的風險。夾持式香薰器通常夾持固定于汽車出風口的扇葉上，具有一定的重量，長期使用會對扇葉旋轉和定位產生影響。夾持式香薰器的位置也相對集中，無法克服局部風向香味過重的問題。

本文設計的汽車空調出風口，能較好地滿足汽車循環(huán)香薰的安裝需求，同時輔以紫外消毒和降噪功能，可有效地改善汽車內部的空氣循環(huán)質量。

1 汽車空調出風口的總體設計

1.1 裝置工作原理

汽車空調出風口的設計主要由外框、內外兩組葉片、香薰片、紫外消毒機構和降噪機構組成，其結構如圖1所示。外葉片組、內葉片組、紫外消毒機構、降噪機構從前至后依次排列安裝于外框內，外葉片組、內葉片組分別由陣列設置的外葉、內葉陣列構成，外框內設置用于驅動外葉片組、內葉片組轉動的聯(lián)動機構，聯(lián)動機構采用常規(guī)結構即可。

本設計的重點之一在于設置夾層式香薰片，香薰片設于外葉的夾層內，氣流經外葉與香薰片接觸，可帶動香味隨氣流均勻地擴散進入車內，可以克服傳統(tǒng)擺件式香薰器香味過度集中、夾持式香薰器局部受力過大的問題。同時，本設計于外框內安裝紫外消毒機構和降噪機構，于氣流必經通道內設置紫外消毒機構和降噪機構，可對氣流進行消毒和降噪處理。

工作時，空調輸出的風進入出風口尾部，依次經降噪機構消音、紫外消毒機構紫外消毒后，經外葉片組、內葉片組導向排出。氣流在經過外葉時，與香薰片接觸，帶動香味進入車內。

1.2 關鍵裝置的具體設計

1.2.1 香薰片安裝結構的設計

內、外兩組葉片分別由內葉、外葉陣列構成，通過聯(lián)動機構轉動安裝于外框內部，葉片角度可根據需要調節(jié)撥鈕。外葉的葉面開設用于固定香薰片的香薰槽，槽口安裝有槽蓋。槽蓋采用翻蓋式，一端鉸接于槽口，另一端卡扣可拆卸連接并設置便于打開卡扣的拉環(huán)。香薰槽和槽蓋開設供香薰片與外界接觸的接觸孔，以便氣流與香薰片接觸傳遞香味。

葉片組安裝結構如圖2所示，香薰片安裝結構如圖3所示。

1.2.2 紫外消毒機構的設計

空調系統(tǒng)是汽車生產中不可缺少的設施，用以對車內空氣溫度、濕度進行調節(jié)，改善汽車駕乘環(huán)境。然而，在汽車空調營造舒適環(huán)境的同時，也面臨長期運行、不易清洗、清洗不當等原因造成的汽車內部污染，如微生物污染等。汽車空調微生物污染不僅會導致空調異味、破壞車內環(huán)境，嚴重時還會危害人體健康。隨著人們生活水平的提高和健康意識的加強，關于汽車空調異味的報道和消費者的投訴越來越多，在給制造商帶來挑戰(zhàn)的同時，也帶來技術和設備改善和提升的機遇。

空調系統(tǒng)中可能產生微生物污染的位置不少，其中蒸發(fā)器是產生微生物的重要部位。蒸發(fā)器是汽車空調的重要組成部分，因不易清洗和不易更換等，為微生物的滋生和繁殖提供了適宜環(huán)境[3]?？照{系統(tǒng)在通過蒸發(fā)箱制冷時，會引起空氣中的水分凝結，蒸發(fā)箱長期處于潮濕環(huán)境，空氣中的灰塵、微生物和微生物的“種子”就會黏在蒸發(fā)箱上繁殖形成真菌。真菌的繁殖能力很強，孢子的寄生欲望也很強，真菌、孢子會隨著空調輸出的氣流接觸人體并黏附于其鼻黏膜上，使人聞到臭味并引發(fā)呼吸道疾病。據檢測表明，3年不清洗的汽車空調蒸發(fā)箱上每平方厘米有1 000～2 000個真菌，孢子的數量更為龐大，長期受到真菌、孢子侵害會造成駕乘人員神經和內分泌紊亂、免疫抑制、致癌致畸、肝腎損傷、繁殖障礙等問題。

紫外線殺菌消毒是利用適當波長的紫外線破壞微生物機體細胞中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子結構，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。被上述微生物污染的物質，如水和空氣均可采用紫外線消毒[4]。

本設計中，紫外消毒機構包括消毒管和紫外消毒燈，消毒管可拆卸安裝于外框內壁，紫外消毒燈安裝于消毒管內壁。為防止消毒管照射老化，消毒管內壁可涂覆抗紫外涂料。消毒管外壁與外框內壁設置對應的滑臺和滑槽，消毒管可拆卸安裝外框內壁。紫外消毒機構如圖4所示。

1.2.3 降噪機構的設計

汽車室內噪聲是汽車NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）的主要內容，引起車內噪聲的因素很多，主要有發(fā)動機噪聲、進排氣噪聲、傳動系噪聲及高速行駛時的風噪聲等。汽車空調系統(tǒng)在正常工作時也會產生非常明顯的噪聲，若噪聲較明顯或乘坐人員對噪聲較為敏感，則直接影響乘坐者的乘坐體驗，讓其產生焦躁情緒。

汽車空調產生的噪聲有壓縮機、冷凝器、風扇產生的機械噪聲，也有膨脹閥的動作聲、制冷劑的流動聲、電動機的電刷聲、調速機構的傳動聲及鼓風機、管路、格柵等構成的通風系統(tǒng)產生的運行噪聲。其中，最大的噪聲來源為通風系統(tǒng)運行過程中產生的噪聲。

在通風系統(tǒng)中，鼓風機是不可忽視的噪聲源。風機在轉動過程中，氣流從葉輪壓出，蝸殼內產生渦流、進風口出現(xiàn)氣流紊流都會引起噪聲。同時，氣流流經通風管路時會遇到隔板、調節(jié)風門、格柵等障礙產生碰撞噪聲，氣流流經變化管路產生的空氣紊流也會發(fā)出氣流噪聲?；谠搯栴}，本方案對出風口降噪進行了一定的設計，目的在于調整結構達到一定的降噪效果。

方案中，于空調出風口增設降噪機構，降噪機構設置于紫外消毒機構后方，其主體包括可拆卸安裝于外框內壁的降噪框，以及橫向設于降噪框內的蜂窩降噪管。降噪框與外框設有對應的滑臺和滑槽，降噪框可拆卸連接于外框內壁。蜂窩結構具有一定的降噪作用，當聲波進入蜂窩后，聲波引起結構發(fā)生共振，致使聲能衰減[5]。降噪機構的結構如圖5所示。

1.3 裝置的應用流程

本裝置應用時，空調輸出的氣流接入本方案所述的出風口尾部，氣流從尾部向前方輸送，依次經降噪機構、紫外消毒機構、內葉片組、外葉片組。

氣流首先進入降噪機構的蜂窩降噪管，引起空氣和材料的振動，在管內發(fā)生共振消音，由于摩阻力和黏滯阻力，使一部分聲能轉化為熱能散失，達到一定的降噪效果。通過降噪機構的氣流進入紫外消毒機構，進入紫外消毒機構的氣流通過消毒管，消毒管內的紫外消毒燈發(fā)出的紫外光能對氣流中的細菌進行查殺，紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA或RNA的分子結構，造成生長性細胞死亡、再生性細胞死亡，達到有效殺菌和消毒的效果。

從紫外消毒機構輸出的氣流先通過內葉片組，內葉片組調節(jié)氣流左右流動的方向。通過內葉片組的氣流進入外葉片組工作區(qū)域，外片組調節(jié)氣流上下流動的方向。

香薰片安裝于外葉片用于固定香薰片的香薰槽內，槽蓋采用合頁結構安裝于香薰槽的槽口，對槽口進行封閉。香薰片放置于香薰槽內可以獲得穩(wěn)定的包裹和固定效果。

香薰槽和槽蓋側面開設供香薰片與外界接觸的接觸孔，方案中接觸孔可采用尺寸稍小于槽蓋的大孔，香薰片與香薰槽尺寸大小匹配，此時只需要保證香薰片不會從孔中落出即可。這樣既能保證香薰片與氣流有效接觸提供香薰效果，又能減少外葉的重量，克服重力對扇葉旋轉定位產生的影響。

氣流經內外葉片組后可向車內吹送，氣流均勻且擴散范圍廣。采用本方案設計的汽車空調出風口，可達到較好的凈化殺菌、降噪靜音效果，有效改善車內空氣質量，為乘車人員提供健康安全的乘車環(huán)境。

2 汽車空調出風口的應用效果

2.1 裝置設計解決的問題

克服傳統(tǒng)香薰產品擴散不均勻的問題。方案將外葉設置為具有可放置香薰片的夾層結構，經過外葉的氣流可帶動香味均勻擴散以中和車內讓人不愉快的氣味，進而克服傳統(tǒng)香薰器易使香味過度集中的問題。同時，方案中香薰片采用內置式夾層結構，不影響扇葉的旋轉和定位，香薰產品也不會輕易掉落?？煽朔A持式香薰器局部過重影響扇葉結構并容易掉落的問題。香薰片通過香薰槽和槽蓋可拆卸式定位，也可局部更換，拆裝方便。

對空調輸出氣體進一步殺菌。裝置在原有風道基礎上設置紫外消毒機構，紫外消毒機構的紫外線能對經風口的氣體進一步殺菌消毒，避免密閉空間內細菌持續(xù)滋生，避免因空氣細菌引起呼吸道相關疾病。

改善車內噪音問題。裝置在原有風道基礎上設置降噪機構，空調系統(tǒng)在工作過程中，風機運轉會產生一定噪聲進入車內，方案中降噪機構根據蜂窩降噪原理設置降噪通道，可吸收一部分噪聲達到降噪目的。

2.2 裝置應用的效果

方案所述的汽車空調出風口，將香薰裝置、紫外消毒裝置、降噪裝置有機地結合起來，對經空調出風口的空氣依次進行降噪、消毒、凈化處理，可進一步凈化輸入車內循環(huán)的氣體，保證車內人員的健康。

紫外消毒機構和降噪機構串聯(lián)設置，有序工作、互不干擾，能合理有效地集成于空調出風口中，結構緊湊，美觀度高。

香薰采用夾層式設計，能有效避免掉落風險。同時，所用的香薰片與氣體接觸面積大，能與氣流充分接觸輸出香味，并使香味隨氣流均勻擴散中和車內空氣。當然，如果使用者不喜歡香薰味道，可在夾層中放置活性炭吸附層，用以吸附氣流中的異味和濕氣，避免細菌滋生。

3 結語

綜上所述，采用本文所述汽車空調出風口，可對空調出風口空氣進行凈化消毒，提高空氣凈化效率。從裝置的應用效果分析，汽車空調出風口可對空調系統(tǒng)輸出的氣體進行凈化進而殺菌，改善了車內空氣質量，有效提高空氣凈化效率，使乘坐者身體得到更好的保護。

參 考 文 獻

[1]呂孟強，黃文杰，高鵬，等.基于客觀實測及主觀評價的車內氣味溯源研究[J].暖通空調，2022，52（2）：142-

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[3]尚博文，馮靜，王景軒，等.汽車空調蒸發(fā)器微生物種群調查及分類鑒定研究[J].工業(yè)微生物，2021，51（5）：44-52.

[4]楊茜.紫外殺菌燈的技術及應用[J].燈與照明，2005，30（2）：49-53.

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