Cabin air control system with bypass adsorption unit

Abstract

Cabin air control system (100) for a vehicle cabin, comprising a base housing (1), a three-way duct (2) mounted to a first side portion of the base housing (1), a blower module mounted to a second side portion of the base housing (1), a filter module (50) mounted to the base housing (1) and on top of the blower module, and an adsorption module (40) mounted to the base housing (1) and on top of the three-way duct (2).

Description

Cabin Air Control System with Bypass Adsorption UnitTechnical Field

[0001] Embodiments relate to a Heating, Venting, and Air Conditioning (HVAC) system for a vehicle, and more specifically to a cabin air control system for HVAC system.Background Art

[0002] In most motorvehicles, in orderto achieve as many mileages as possible, it is very necessary to save as much energy as possible while the vehicle is driving. Usually, the driver and passengers can adjust the air temperature and humidity of the passenger compartment of the motor vehicle by means of HVAC system for comfort requirements.

[0003] The HVAC system can be operated in an external circulation mode or in an air recirculation (i.e., internal circulation) mode. In recirculation operation the air in the passenger compartment is recirculated and is air-conditioned (heated or cooled) . Increasing operating time in recirculation mode by controlling an airconditioning device (regulation of external circulation / recirculation mode) will cause the air-conditioning device to draw in as little fresh air as possible from the external environment of the motor vehicle and to heat (in winter) or cool (in summer) the fresh air, and utilize cabin air recirculating by the recirculation mode to adjust the air temperature and humidity of the cabin to achieve desired energy savings.

[0004] However, during operation in the above-mentioned recirculation mode, the water vapor exhaled by the driver and passengers will cause fogging on glass (windshield or side windows) of the vehicle, which will bring unpredictable danger to the driver and passengers of the vehicle. If the defogging mode is continuously turned on, it will increase the power consumption and reduce the range of the vehicle, thereby failing to achieve the purpose of energy saving.

[0005] Moreover, in the air recirculation mode, the CO2 exhaled by the driver and passengers may also accumulate in the passenger compartment. It will cause the driver to get sleepy during driving, which brings potential danger to the normal operation of the vehicle. For safety of the vehicle operation and the health of the driver and passengers, it is necessary to prevent and reduce the occurrence of this situation, so as to avoid that the driver's concentration may be greatly reduced due to the high concentration of carbon dioxide in the air in the passenger compartment, so as to avoid potential hazard to the normal operation of the vehicles.

[0006] At present, there is proposed a cabin air control system including an adsorption unit. However, the cabin air control system is separately disposed in the main filter element, which increases difficulty of vehicle layout. In addition, the adsorption unit is disposed in the main flow path of the cabin air control system, which increase flow resistance.

[0007] To this end, it is desirable to develop a cabin air control system which is integrated with a filter element and has low flow resistance.Summary

[0008] An object of the present disclosure is to provide a cabin aircontrol system which is integrated with a filter element and has low flow resistance.

[0009] In one aspect, a cabin air control system for a vehicle cabin is provided. The cabin air control system comprises: a base housing; a three-way duct mounted to a first side portion of the base housing, the three-way duct comprising an inlet passage, an outlet passage in communication with the vehicle cabin, and a bypass passage; a blower module mounted to a second side portion of the base housing, the blower module comprising a volute structure defining a blower inlet and a blower outlet in communication with the inlet passage of the three-way duct; a filter module mounted to the base housing and on top of the blower module, the filter module comprising an air intake passage provided with a recirculation air inlet, an outside air inlet, and a filtered air outlet, the recirculation air inlet being in communication with the vehicle cabin, and the filtered air outlet being in communication with the blower inlet of blower module; and an adsorption module mounted to the base housing and on top of the three-way duct, the adsorption module comprising an adsorption inlet in communication with the bypass passage of the three-way duct, an adsorption module chamber, as well as an adsorption unit and a heater mounted in the adsorption module  chamber. The adsorption module chamber is divided into an upper chamber and a lower chamber, the upper chamber being selectively in communication with the air intake passage via an adsorption outlet and being selectively in communication with outside environment via an exhaust port.

[0010] The cabin air control system may further comprise: a first sensor assembly mounted in the recirculation air inlet and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet and to output a first value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet; and a second sensor assembly mounted in the outlet passage and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage and to output a second value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage.

[0011] The adsorption unit may comprise: an adsorption flap configured to selectively open the adsorption outlet and the exhaust port; and an adsorption drive mechanism configured to: move the adsorption flap to close the adsorption output if the first value is less than a first predetermined threshold and the second value is less than a second predetermined threshold; and move the adsorption flap to open the adsorption outlet and to close the exhaust port if the first value is equal to or greater than the first predetermined threshold or the second value is equal to or greater than the second predetermined threshold.

[0012] The adsorption drive mechanism may be an electric motor.

[0013] The filter module may further comprise: a left filter housing; a right filter housing; a filter replace cover, the left filter housing, the filter replace cover and the right filter housing together defining the air intake passage; and a filter element mounted in the air intake passage. The filter replace cover is mounted to the left filter housing and the right filter housing and is configured to selectively allow access to the filter element, to remove and / or mount the filter element.

[0014] The adsorption module may further comprise: a front adsorption housing; and a rear adsorption housing defining the adsorption outlet and the exhaust port, the front adsorption housing and the rear adsorption housing (12) together defining the adsorption module chamber.

[0015] The air intake passage may further comprise: a recirculation air flap configured to selectively open the recirculation air inlet; an outside air flap configured to selectively open the outside air inlet; a transmission mechanism; and an intake drive mechanism configured to move the recirculation air flap and the outside air flap at the same time via the transmission mechanism.

[0016] The intake drive mechanism may be an electric motor.

[0017] The adsorption unit may comprise water vapor adsorption material and carbon dioxide adsorption material.

[0018] The adsorption unit may comprise harmful gas adsorption material.

[0019] The cabin air control system is integrated with the filter module and the adsorption module, which greatly saves the space of the fore-cabin of the vehicle.

[0020] The cabin air control system is provided with the first sensor assembly and the second sensor assembly at the recirculation air inlet and the outlet passage, respectively, which can monitor the humidity level and / or carbon dioxide level in the whole cabin in real time, and activating the adsorption module timely.

[0021] The adsorption module is disposed in the bypass, which greatly reduces the flow resistance of the air flow in main flow path.

[0022] In addition, the cabin air control system of the embodiments adopts a single motor to drive both the recirculation air flap and the outside air flap, which reduces the cost of the cabin air control system and enhances the market competitiveness of the cabin air control system.

[0023] Further areas of applicability of the present disclosure will become apparent from the detailed description, the claims and the drawings. The detailed description and specific examples are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the disclosure.Brief Description of Drawings

[0024] The present disclosure will become more fully understood from the detailed description and the accompanying drawings.

[0025] Fig. 1 is a schematic perspective view of a cabin air control system according to embodiments.

[0026] Fig. 2 is a schematic exploded perspective view of the cabin air control system of Fig. 1.

[0027] Fig. 3 is a schematic flow view of a cabin air control system according to embodiments.

[0028] Fig. 4 is a schematic perspective view of a blower module of the cabin air control system according to embodiments.

[0029] Fig. 5 is a schematic perspective view of a filter element of the cabin air control system according to embodiments.

[0030] Fig. 6 is a schematic perspective view of a three-way duct of the cabin air control system according to embodiments.

[0031] Fig. 7 is a schematic perspective view of an adsorption unit and a heater of the cabin air control system according to embodiments.

[0032] Fig. 8 is a schematic perspective view of an adsorption drive mechanism of the cabin air control system according to embodiments.

[0033] Fig. 9 is a schematic partial perspective view of the cabin air control system according to embodiments, wherein the adsorption flap closes the adsorption outlet and opens the exhaust port.

[0034] Fig. 10 is a schematic partial perspective view of the cabin air control system according to embodiments, wherein the adsorption flap opens the adsorption outlet and closes the exhaust port.Description of Embodiments

[0035] The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, application, or uses. It should be understood that throughout the drawings, corresponding reference numerals indicate like or corresponding parts and features. Additionally, the drawings are generally schematic and not necessarily to scale. Some features may be exaggerated or minimized to show details of particular components. Therefore, specific structural and functional details disclosed herein are not to be interpreted as limiting, but merely as a representative basis for teaching one skilled in the art to variously employ the present disclosure.

[0036] As used herein, the term “vehicle” may be used to include any relevant vehicle platform, such as passenger vehicles (ICE, HEV, FEV, fuel cell, fully and partially autonomous, etc. ) , commercial vehicles, industrial vehicles, tracked vehicles, off-road and all-terrain vehicles (ATV) , motorcycles, farm equipment, watercraft, aircraft, etc. In an example, a vehicle includes a vehicle body with a passenger cabin, multiple road wheels mounted to the vehicle body, and other standard original equipment. An electrified powertrain contains one or more vehicle-mounted traction motors that operate alone (e.g., for FEV powertrains) or in conjunction with an internal  combustion engine assembly (e.g., for HEV powertrains) to selectively drive one or more of the road wheels and thereby propel the vehicle.

[0037] Certain terminology may be used in the following description for the purpose of reference only, and thus are not intended to be limiting. For example, terms such as “above” and “below” refer to directions in the drawings to which reference is made. Terms such as “front” , “back” , “fore” , “aft” , “left” , “right” , “rear” , “side” , “upward” , “downward” , “horizontal” , “vertical” , “top” , and “bottom” , etc., describe the orientation and / or location of portions of the components or elements within a consistent but arbitrary frame of reference, which is made clear by reference to the text and the associated drawings describing the components or elements under discussion.

[0038] Furthermore, terms such as “first” , “second” , “third” , and so on may be used to describe separate components. Such terminology are used descriptively for the figures, and do not represent limitations on the scope of the disclosure, as defined by the appended claims.

[0039] Referring now to the drawings, wherein like reference numbers refer to like features throughout the several views. Fig. 1 is a schematic perspective view of a cabin air control system 100 according to embodiments. Fig. 2 is a schematic exploded perspective view of the cabin air control system 100 of Fig. 1.

[0040] According to one example, the cabin air control system 100 may comprise a base housing 1; a three-way duct 2 mounted to a first (left) side portion of  the base housing 1; a blower module 3 mounted to a second (right) side portion of the base housing 1; a filter module 50 mounted to the base housing 1 on top of the blower module 3; and an adsorption module 40 mounted to the base housing 1 on top of the three-way duct 2. Although Fig 1 and Fig. 2 show that the three-way duct 2 is mounted to the left side portion of the base housing 1 and the blower module 3 is mounted to the right side portion of the base housing 1, the three-way duct 2 and the blower module 3 may be mounted in any other suitable layout, as long as the three-way duct 2 and the blower module 3 are mounted on the base housing 1 side by side. In this way, the space of the fore-cabin of the vehicle is greatly saved.

[0041] Fig. 6 is a schematic perspective view of a three-way duct 2 of the cabin air control system 100 according to embodiments. According to one example, the three-way duct 2 may comprise an inlet passage 21, an outlet passage 22 in communication with the vehicle cabin 101, and a bypass passage 23.

[0042] Fig. 4 is a schematic perspective view of a blower module 3 of the cabin air control system 100 according to embodiments. According to one example, the blower module 3 may comprise a volute structure defining a blower inlet 31 and a blower outlet 34 in communication with the inlet passage 21 of the three-way duct 2. A blower is disposed in the volute structure.

[0043] According to one example, the filter module 50 may comprise a left filter housing 7; a right filter housing 9; and a filter replace cover 16, wherein the left filter  housing 7, the filter replace cover 16 and the right filter housing 9 together define an air intake passage 8. The air intake passage 8 is provided with a recirculation air inlet and an outside air inlet, and a filtered air outlet, the recirculation air inlet is in communication with the vehicle cabin 101, the filtered air outlet is in communication with the blower inlet 31 of blower module 3. The filter module 50 may further comprise a filter element 15 mounted in the air intake passage 8, wherein the filter replace cover 16 is mounted to the left filter housing 7 and the right filter housing 9 and is configured to selectively allow to access to the filter element 15, to remove and / or mount the filter element 15. Fig. 5 is a schematic perspective view of a filter element 15 of the cabin air control system 100 according to embodiments.

[0044] Return back to Fig. 1 and Fig. 2, according to one example, the cabin air control system 100 may further comprise: a first sensor assembly 32 mounted in the recirculation air inlet and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet and to output a first value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet; and a second sensor assembly 33 mounted in the outlet passage 22 and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage 22 and to output a second value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage 22. The cabin air control system 100 may comprise other components as needed, such as additional sensor and / or controller, etc., without departing the scope of the disclosure. Be means  of the first sensor assembly 32 and the second sensor assembly 33 at the recirculation air inlet and the outlet passage 22, respectively, the humidity level and / or carbon dioxide level in the whole cabin can be monitored in real time, and the adsorption module can be activated timely.

[0045] According to one example, the adsorption module 40 may comprise: afront adsorption housing 6; a rear adsorption housing 12 defining the adsorption outlet 42 and the exhaust port 41, the front adsorption housing 6 and the rear adsorption housing 12 together define an adsorption module chamber; an adsorption inlet in communication with the bypass passage 23 of the three-way duct 2; as well as an adsorption unit 4 and a heater 5 mounted in the adsorption module chamber. The adsorption unit 4 divides the adsorption module chamber into an upper chamber 43 and a lower chamber 44. The upper chamber 43 is selectively in communication with the air intake passage 8 via an adsorption outlet 42 and being selectively in communication with outside environment via an exhaust port 41.

[0046] Fig. 7 is a schematic perspective view of an adsorption unit4 and a heater 5 of the cabin air control system 100 according to embodiments. According to one example, the adsorption unit 4 may comprise water vapor adsorption material and carbon dioxide adsorption material. According to one example, the adsorption unit 4 may comprise harmful gas adsorption material. According to one example, the adsorption unit 4 may further comprise volatile adsorption material or adsorption  material for absorbing other harmful substances according to customer needs. As a non-limiting example, the adsorption material may include resin, which has a certain adsorption capacity at room temperature, and has desorption ability at a temperature of 80-120℃. By using the properties of low-temperature adsorption and high-temperature desorption of resin, the air quality in the cabin is well controlled. However, as will be understood by those skilled in the art, the adsorption material may be made from any suitable material, without departing the scope of the disclosure.

[0047] According to one example, the adsorption unit 4 may further comprise: an adsorption flap 13 selectively opening the adsorption outlet 42 and the exhaust port 41;and an adsorption drive mechanism 14 configured to move the adsorption flap 13.

[0048] Fig. 8 is a schematic perspective view of an adsorption drive mechanism 14 of the cabin air control system 100 according to embodiments. As a non-limiting example, the adsorption drive mechanism 14 is an electric motor, with control logic and sensor signals for fully automatic control. However, the adsorption drive mechanism 14 may also include any other suitable drive mechanism, such as a hydraulic motor, without departing the scope of the disclosure.

[0049] Return back to Fig. 1 and Fig. 2, according to one example, the air intake passage 8 may further comprise: a recirculation air flap 81 configured to selectively opening the recirculation air inlet; an outside air flap 82 configured to selectively opening the outside air inlet; a transmission mechanism 10; an intake drive mechanism  11 configured to move the recirculation air flap 81 and the outside air flap 82 at the same time via the transmission mechanism 10. As a non-limiting example, the intake drive mechanism 11 is an electric motor, with control logic and sensor signals for fully automatic control. However, the intake drive mechanism 11 may also include any other suitable drive mechanism, such as a hydraulic motor, without departing the scope of the disclosure.

[0050] Fig. 9 is a schematic partial perspective view of the cabin air control system 100 according to embodiments, wherein the adsorption flap 13 closes the adsorption outlet 42 and opens the exhaust port 41. Fig. 10 is a schematic partial perspective view of the cabin air control system 100 according to embodiments, wherein the adsorption flap 13 opens the adsorption outlet 42 and closes the exhaust port 41.

[0051] Fig. 3 is a schematic flow view of a cabin aircontrol system 100 according to embodiments. When the HVAC system is operated in external circulation mode, the recirculation airflap 81 closes the recirculation air inlet and the outside airflap 82 opens the outside air inlet. Air flows from the outside environment via the outside air inlet into the air intake passage 8, through the filter element 15, through the blower module 3, and flows into the three-way duct 2 via the inlet passage 21. The main portion of the air flows back to the vehicle cabin 101 via outlet passage 22 of the three-way duct 2.  The remaining portion of the air flows to the adsorption module 40 via the bypass passage 23 of the three-way duct 2.

[0052] When the HVAC system is operated in recirculation (internal circulation) mode, the recirculation air flap 81 opens the recirculation air inlet and the outside air flap 82 closes the outside air inlet. Air flows from the vehicle cabin 101 via the recirculation air inlet into the air intake passage 8, through the filterelement 15, through the blower module 3, and flows into the three-way duct 2 via the inlet passage 21. The main portion of the air flows back to the vehicle cabin 101 via outlet passage 22 of the three-way duct 2. The remaining portion of the air flows to the adsorption module 40 via the bypass passage 23 of the three-way duct 2.

[0053] The first value from the first sensor assembly 32 and the second value from the second sensor assembly 33 is monitored. If the first value is less than a first predetermined threshold and if the second value is less than a second predetermined threshold, then the adsorption drive mechanism 14 is activated to move the adsorption flap 13 to close the adsorption outlet 42. Thus, the air bypasses the adsorption module 40.

[0054] If the first value is equal to or greater than the first predetermined threshold or the second value is equal to or greater than the second predetermined threshold, the adsorption drive mechanism 14 is activated to move the adsorption flap 13 to open the adsorption outlet 42 and to close the exhaust port 41. The air flowing  through the bypass passage 23 of the three-way duct 2 flows through the adsorption module 40, to reduce the humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet and the humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage 22, until the first value is less than the first predetermined threshold and if the second value is less than the second predetermined threshold.

[0055] The adsorption module 40 is disposed in the bypass, which greatly reduces the flow resistance of the air flow in main flow path.

[0056] In addition, the cabin air control system 100 of the embodiments adopts a single motor to drive both the recirculation air flap 81 and the outside air flap 82, which reduces the cost of the cabin air control system 100 and enhances the market competitiveness of the cabin air control system 100.

[0057] If the adsorption module 40 is saturated with water and / or carbon dioxide, the adsorption module 40 can be regenerated or replaced. When he adsorption module 40 is in regeneration mode, the adsorption drive mechanism 14 is activated to move the adsorption flap 13 to close the adsorption outlet 42 and to open the exhaust port 41, and the heater 5 is activated to heat the air to a set temperature, and then the heated air is delivered to the adsorption unit 4. The adsorption material in the adsorption unit 4 is regenerated. The exhaust including gas such as carbon dioxide and water after regeneration flows to the outside environment through the exhaust port 41.

[0058] Aspects of the present disclosure have been described in detail with reference to the illustrated embodiments; those skilled in the art will recognize, however, that many modifications may be made thereto without departing from the scope of the present disclosure. The present disclosure is not limited to the precise construction and compositions disclosed herein; any and all modifications, changes, and variations apparent from the foregoing descriptions are within the scope of the disclosure as defined by the appended claims. Moreover, the present concepts expressly include any and all combinations and subcombinations of the preceding elements and features.

Claims

1.Acabin air control system (100) for a vehicle cabin (101) , the cabin air control system (100) comprising:a base housing (1) ;a three-way duct (2) mounted to a first side portion of the base housing (1) , the three-way duct (2) comprising an inlet passage (21) , an outlet passage (22) in communication with the vehicle cabin (101) , and a bypass passage (23) ;a blower module (3) mounted to a second side portion of the base housing (1) , the blower module (3) comprising a volute structure defining a blower inlet (31) and a blower outlet (34) in communication with the inlet passage (21) of the three-way duct (2) ;a filter module (50) mounted to the base housing (1) and on top of the blower module (3) , the filter module (50) comprising an air intake passage (8) provided with a recirculation air inlet, an outside air inlet, and a filtered air outlet, the recirculation air inlet being in communication with the vehicle cabin (101) , and the filtered air outlet being in communication with the blower inlet (31) of blower module (3) ; andan adsorption module (40) mounted to the base housing (1) and on top of the three-way duct (2) , the adsorption module (40) comprising an adsorption inlet in communication with the bypass passage (23) of the three-way duct (2) , an adsorption module chamber, as well as an adsorption unit (4) and a heater (5) mounted in the adsorption module chamber, the adsorption module chamber being divided into an upper chamber (43) and a lower chamber (44) , and the upper chamber (43) being selectively in communication with the air intake passage (8) via an adsorption outlet (42) and being selectively in communication with outside environment via an exhaust port (41) .2.The cabin air control system (100) according to claim 1, further comprising:a first sensor assembly (32) mounted in the recirculation air inlet and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet and to output a first value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the recirculation air inlet; anda second sensor assembly (33) mounted in the outlet passage (22) and configured to sense humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage (22) and to output a second value indicating the humidity level and / or carbon dioxide level in the outlet passage (22) .3.The cabin air control system (100) according to claim 2, wherein the adsorption unit (4) comprises:an adsorption flap (13) configured to selectively open the adsorption outlet (42) and the exhaust port (41) ; andan adsorption drive mechanism (14) configured to:move the adsorption flap (13) to close the adsorption outlet (42) if the first value is less than a first predetermined threshold and the second value is less than a second predetermined threshold; andmove the adsorption flap (13) to open the adsorption outlet (42) and to close the exhaust port (41) if the first value is equal to or greater than the first predetermined threshold or the second value is equal to or greater than the second predetermined threshold.4.The cabin air control system (100) according to claim 3, wherein the adsorption drive mechanism (14) is an electric motor.5.The cabin air control system (100) according to claim 1, wherein the filter module (50) further comprises:a left filter housing (7) ;a right filter housing (9) ;a filter replace cover (16) , the left filter housing (7) , the filter replace cover (16) , and the right filter housing (9) together defining the air intake passage (8) ; anda filter element (15) mounted in the air intake passage (8) ,wherein the filter replace cover (16) is mounted to the left filter housing (7) and the right filter housing (9) and is configured to selectively allow access to the filter element (15) , to remove and / or mount the filter element (15) .6.The cabin air control system (100) according to claim 1, wherein the adsorption module (40) further comprises:a front adsorption housing (6) ; anda rear adsorption housing (12) defining the adsorption outlet (42) and the exhaust port (41) , the front adsorption housing (6) and the rear adsorption housing (12) together defining the adsorption module chamber.7.The cabin air control system (100) according to claim 1, wherein the air intake passage (8) further comprises:a recirculation air flap (81) configured to selectively open the recirculation air inlet;an outside air flap (82) configured to selectively open the outside air inlet;a transmission mechanism (10) ; andan intake drive mechanism (11) configured to move the recirculation airflap (81) and the outside air flap (82) at the same time via the transmission mechanism (10) .8.The cabin air control system (100) according to claim 7, wherein the intake drive mechanism (11) is an electric motor.9.The cabin air control system (100) according to claim 1, wherein the adsorption unit (4) comprises water vapor adsorption material and carbon dioxide adsorption material.10.The cabin air control system (100) according to claim 1, wherein the adsorption unit(4)comprises harmful gas adsorption material.

Images