CN106926666B - 汽车空调的进风前处理系统、处理方法及汽车空调 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车空调的进风前处理系统、处理方法及汽车空调。其中汽车空调的进风前处理系统包括：第一风道和第二风道，以及轴流压缩机，设置于所述第一风道，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；涡轮，设置于所述第一风道，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流。本发明的技术方案通过双风道并行设置产生温度不同的两路空气流，将温度较优的空气流供给换热器，实现制冷制热性能的提高。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种汽车空调的进风前处理系统、处理方法及汽车空调。
背景技术
目前的汽车空调所使用的冷媒，例如二氧化碳(R744)，其作为一种自然工质，ODP值(ozone depletion potential，臭氧层破环潜能)为零，GWP值(Global WarmingPotential，温室效应潜能)为1，可以说是最具有竞争力的制冷剂，在可燃性和毒性需要控制的场合也是理想的制冷剂。然而，虽然在制热应用领域方面R744体现出优于常规制冷剂的性能，但在制冷应用领域方面R744的制冷性能却并不理想，这对R744在冷热供应一体机设备上的开发提出了挑战。据已有研究，在制冷运行时，如果可以降低R744在气冷器出口的温度，系统运行的制冷性能将得到很大幅度的提高，目前常规的做法是对气冷器的换热性能进行改进，比如采用换热效果更好的平行流换热器。这种方法在提高系统制冷制热性能方面有一定的作用，但在效果上有很大的局限性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种汽车空调的进风前处理系统、处理方法及汽车空调，采用双风道并行设置用以解决目前汽车空调系统制冷制热性能难以提高的问题。
本发明一方面提供了一种汽车空调的进风前处理系统，包括：第一风道和第二风道，以及轴流压缩机，设置于所述第一风道，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；涡轮，设置于所述第一风道，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流。
可选地，所述第一风道的低温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以冷却冷媒,所述第二风道的高温气流作为废气排出。
可选地，还包括风道换向机构，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于：在制热模式下进行风道换向，使所述第二风道的高温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以加热冷媒，使所述第一风道的低温气流作为废气排出。
可选地，所述第一风道与所述第二风道平行设置，并且其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮之前是由导热材料所构成的型面，在气流通过所述涡轮之后是由绝热材料所构成的型面。
可选地，还包括风扇，所述风扇设置于所述第一风道和/或所述第二风道的出口位置。
可选地，所述轴流压缩机与所述涡轮同轴；所述轴流压缩机采用电驱动，和/或所述涡轮的膨胀功供给于所述轴流压缩机。
本发明的又一方面又提供了一种汽车空调，具有上述任一项所述的系统。
本发明的另一方面又提供了一种汽车空调的进风前处理方法，包括：设置进风风道，所述进风风道包括第一风道和第二风道；在所述第一风道设置轴流压缩机，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；设置热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；在所述第一风道设置涡轮，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流。
可选地，所述第一风道的低温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以冷却冷媒,所述第二风道的高温气流作为废气排出。
可选地，还包括设置风道换向机构，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于：在制热模式下进行风道换向，使所述第二风道的高温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以加热冷媒，使所述第一风道的低温气流作为废气排出。
可选地，所述第一风道与所述第二风道平行设置，并且其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮之前是由导热材料所构成的型面，在气流通过所述涡轮之后是由绝热材料所构成的型面。
可选地，还包括在所述第一风道和/或所述第二风道出口位置设置风扇。
可选地，所述轴流压缩机与所述涡轮同轴设置；所述轴流压缩机采用电驱动，和/或所述涡轮的膨胀功供给于所述轴流压缩机。
本发明的技术方案采用双风道并行设置，通过轴流压缩机的压缩升温、换热器的热传递及涡轮的膨胀冷却过程，产生温度不同的两路空气流，将温度较优的空气流供给汽车空调的车外换热器，实现汽车空调制冷制热性能的提高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提供的汽车空调的进风前处理系统的设备结构示意图；
图2是本发明提供的汽车空调的进风前处理方法的整体框架图；
图3是本发明提供的汽车空调的进风前处理方法的一种优选实施例的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供了一种汽车空调的进风前处理系统,包括：第一风道和第二风道，以及轴流压缩机，设置于所述第一风道，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；涡轮，设置于所述第一风道，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流。
图1是本发明提供的汽车空调的进风前处理系统的设备结构示意图。图1中所示的设备标号如下：1为第一风道，2为第二风道，3为中轴线，4为换热壁面，5为轴流压缩机，6为热交换器，7为涡轮，8为风道换向机构，9为空调换热器，10为风道A，11为风道B。本发明提供的技术方案中，所述第一风道1与所述第二风道2平行设置，并且其二者有共用的风道壁，所述第一风道1与所述第二风道2的形状可根据汽车安装的方便和降阻目的等因素进行设计，图1所示的结构中，第一风道1与第二风道2为共轴的柱状圆筒结构，图1为风道结构的纵向截面图，其沿中轴线3对称。所述第一风道1与所述第二风道2其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮7之前是由导热材料所构成的型面，如图1所示标号4为换热壁面；二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮7之后是由绝热材料所构成的型面。
在图1中，为清楚起见，将第一风道1和第二风道2在风道换向机构8之后的部分分别称作风道A(图中标号为10)，和风道B(图中标号为11)。如图1所示，车外空气分两股流入第一风道1、第二风道2，从左向右，最后由风道A、风道B流出。在通过涡轮7之前，两股气流由导热材料(如铜铝材等)所构成的型面隔开，两气流间可相互传热；在过涡轮7及其后的通道时，两股气流由包含绝热材料的型面隔开，两气流相互绝热。
本发明提供的技术方案借助于双风道并行策略，产生温度不同的两路空气流。通过轴流压缩机的压缩升温、换热器的热传递及涡轮的膨胀冷却过程，在第一风道产生低温气流，在第二风道产生高温气流。之后再使用风道换向机构将温度较优的空气流供给汽车空调的车外换热器，实现汽车空调制冷制热性能的提高。
根据本发明汽车空调的进风前处理系统的一种实施方式，在冷暖机型的情况下，所述系统还包括风道换向机构8，与所述第一风道1和所述第二风道2相连接，用于：在制冷模式下不进行风道换向，使所述第一风道1的低温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器9用以冷却冷媒，使所述第二风道2的高温气流作为废气排出；在制热模式下进行风道换向，使所述第二风道2的高温气流流向设置于所述第一风道1的空调换热器9用以加热冷媒，使所述第一风道1的低温气流作为废气排出。
具体地，在制冷模式下，车外空气分两股流入第一风道1和第二风道2。进入第一风道1的气流先经过轴流压缩机5压缩升温，并在温差推动下，通过热交换器6将自身热量散给流过第二风道2的气流。此后，第一风道1的气流通过涡轮7膨胀冷却，形成常压低温冷气流。该模式下风道换向机构不进行风道换向。第一风道1的低温冷气流流向空调换热器9(此时为气冷器)冷却高温高压的R744冷媒，之后由风道A(图中标号为10)流出；第二风道2的空气流在通过热交换器6吸热后形成的高温废气由风道B(图中标号为11)流出。
具体地，在制热模式下，在经过风道换向机构前，第一风道1和第二风道2的空气流处理过程和以上的制冷模式相同。不同的是在经过风道换向机构时，风道换向机构进行风道换向，第二风道2中的高温气流经过换向后流向空调换热器9(此时为蒸发器)加热低温低压的冷媒，之后由风道A(图中标号为10)流出；第一风道1中的低温气流作为废气经过换向后由风道B(图中标号为11)流出。
本发明提供的技术方案针对用于汽车空调上的冷媒设计，如R744冷媒，也适用于采用其他冷媒(如R134a、R410a，R1234yf等)的汽车空调。做制冷运行时，降低与气冷器换热的空气流温度，进而降低气冷器出口温度，提高空调系统的制冷性能；做制热运行时，提高与蒸发器换热的空气流温度，提高蒸发温度从而提高空调系统的制热性能。
根据本发明汽车空调的进风前处理系统的一种实施方式，在单冷机型的情况下，可取消风道换向机构8。所述第一风道1的低温气流流向设置于所述第一风道1的空调换热器9用以冷却冷媒,所述第二风道2的高温气流作为废气排出。
根据本发明汽车空调的进风前处理系统的一种实施方式，所述系统还包括风扇，所述风扇设置于所述第一风道1和/或所述第二风道2的出口位置，也就是风道A(图中标号为10)和风道B(图中标号为11)的出口位置。可在风道A和风道B的出口位置可加装小型风扇，用以提高换热效率和空气流量。
根据本发明汽车空调的进风前处理系统的一种实施方式，所述轴流压缩机5与所述涡轮7同轴；所述轴流压缩机5采用电驱动，和/或所述涡轮7的膨胀功供给于所述轴流压缩机5。在整个空气前处理过程中，压缩机除了电驱动外，涡轮的膨胀功供给于压缩机，最大限度减少压缩机的额外功耗。
另外，第一风道、第二风道2、风道A和风道B可根据汽车安装的方便和降阻目的进行流路曲线和曲面设计。
本发明的又一方面又提供了一种汽车空调，具有上述任一项所述的汽车空调的进风前处理系统。
本发明的另一方面又提供了一种汽车空调的进风前处理方法。图2是本发明提供的汽车空调的进风前处理方法的整体框架图。参见图1及图2，本发明汽车空调的进风前处理方法包括：步骤S110，设置进风风道，所述进风风道包括第一风道1和第二风道2；步骤S120，在所述第一风道1设置轴流压缩机5，用于对进入所述第一风道1的气流压缩升温；步骤S130，设置热交换器6，与所述第一风道1和所述第二风道2相连接，用于将经过所述轴流压缩机5压缩升温后的所述第一风道1的气流的热量传递给流过所述第二风道2的气流，以在所述第二风道2形成高温气流；步骤S140，在所述第一风道1设置涡轮7，用于将经过所述热交换器6的热量传递之后的所述第一风道1的气流膨胀冷却，以在所述第一风道1形成低温气流。
图3是本发明提供的汽车空调的进风前处理方法的一种优选实施例的步骤流程图。参见图1及图3，根据本发明汽车空调的进风前处理方法的一种实施方式，在冷暖机型的情况下，所述方法还包括步骤S150，设置风道换向机构8，与所述第一风道1和所述第二风道2相连接，用于：在制冷模式下不进行风道换向(步骤S160)，使所述第一风道1的低温气流流向设置于所述第一风道1的空调换热器9用以冷却冷媒，使所述第二风道2的高温气流作为废气排出；在制热模式下进行风道换向(步骤S170)，使所述第二风道2的高温气流流向设置于所述第一风道1的空调换热器9用以加热冷媒，使所述第一风道1的低温气流作为废气排出。
根据本发明汽车空调的进风前处理方法的一种实施方式，在单冷机型的情况下，取消风道换向机构8，所述第一风道1的低温气流流向设置于所述第一风道1的空调换热器9用以冷却冷媒,所述第二风道2的高温气流作为废气排出。
根据本发明汽车空调的进风前处理方法的一种实施方式，所述第一风道1与所述第二风道2平行设置，并且其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮之前是由导热材料所构成的型面，在气流通过所述涡轮之后是由绝热材料所构成的型面。
根据本发明汽车空调的进风前处理方法的一种实施方式，还包括在所述第一风道1和/或所述第二风道2出口位置设置风扇。
根据本发明汽车空调的进风前处理方法的一种实施方式，所述轴流压缩机5与所述涡轮7同轴设置；所述轴流压缩机5采用电驱动，和/或所述涡轮7的膨胀功供给于所述轴流压缩机5。
本发明的技术方案采用双风道并行设置，通过轴流压缩机的压缩升温、换热器的热传递及涡轮的膨胀冷却过程，产生温度不同的两路空气流，将温度较优的空气流供给汽车空调的车外换热器，实现汽车空调制冷制热性能的提高。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种汽车空调的进风前处理系统，其特征在于，包括：第一风道和第二风道，所述第一风道与所述第二风道为共轴的柱状圆筒结构；
以及轴流压缩机，设置于所述第一风道，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；
热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；
涡轮，设置于所述第一风道，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流；
以产生温度不同的两路空气流，将温度较优的空气流供给汽车空调的车外换热器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一风道的低温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以冷却冷媒,所述第二风道的高温气流作为废气排出。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括风道换向机构，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于：
在制热模式下进行风道换向，使所述第二风道的高温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以加热冷媒，使所述第一风道的低温气流作为废气排出。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一风道与所述第二风道平行设置，并且其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮之前是由导热材料所构成的型面，在气流通过所述涡轮之后是由绝热材料所构成的型面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，还包括风扇，所述风扇设置于所述第一风道和/或所述第二风道的出口位置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，所述轴流压缩机与所述涡轮同轴；所述轴流压缩机采用电驱动，和/或所述涡轮的膨胀功供给于所述轴流压缩机。
7.一种汽车空调，其特征在于，具有如权利要求1-6中任一项所述的系统。
8.一种汽车空调的进风前处理方法，其特征在于，包括：
设置进风风道，所述进风风道包括第一风道和第二风道；
在所述第一风道设置轴流压缩机，用于对进入所述第一风道的气流压缩升温；
设置热交换器，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于将经过所述轴流压缩机压缩升温后的所述第一风道的气流的热量传递给流过所述第二风道的气流，以在所述第二风道形成高温气流；
在所述第一风道设置涡轮，用于将经过所述热交换器的热量传递之后的所述第一风道的气流膨胀冷却，以在所述第一风道形成低温气流；
以产生温度不同的两路空气流，将温度较优的空气流供给汽车空调的车外换热器。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一风道的低温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以冷却冷媒,所述第二风道的高温气流作为废气排出。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括设置风道换向机构，与所述第一风道和所述第二风道相连接，用于：
在制热模式下进行风道换向，使所述第二风道的高温气流流向设置于所述第一风道的空调换热器用以加热冷媒，使所述第一风道的低温气流作为废气排出。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一风道与所述第二风道平行设置，并且其二者共用的风道壁在气流通过所述涡轮之前是由导热材料所构成的型面，在气流通过所述涡轮之后是由绝热材料所构成的型面。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在所述第一风道和/或所述第二风道出口位置设置风扇。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述轴流压缩机与所述涡轮同轴设置；所述轴流压缩机采用电驱动，和/或所述涡轮的膨胀功供给于所述轴流压缩机。
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