本發(fā)明涉及渦流管能量分離和汽車空氣品質(zhì)調(diào)節(jié)領(lǐng)域，具體是涉及一種利用渦流管實現(xiàn)汽車廂體內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當今社會汽車已經(jīng)成為人們出行不可或缺的工具之一，在日常生活中扮演著越來越重要的角色。目前我國的汽車擁有量和年產(chǎn)量均居于世界前列，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在未來幾年，我國汽車產(chǎn)量仍將保持較快的發(fā)展速度。與此同時，技術(shù)的發(fā)展也使得人們追求更好的生活工作環(huán)境，作為都市生活中的重要使用工具，汽車車廂內(nèi)空氣品質(zhì)的改善也逐步成為人們關(guān)注的熱點，因此汽車空調(diào)技術(shù)應(yīng)運而生。汽車空調(diào)系統(tǒng)主要用于把汽車車廂內(nèi)的溫度、濕度、空氣清潔度及空氣流動調(diào)整和控制在最佳狀態(tài)，為乘員提供舒適的乘坐環(huán)境，減少司機駕駛過程中的疲勞，并為駕駛員創(chuàng)造良好的工作條件，已經(jīng)成為衡量汽車功能是否齊全的重要標志之一。汽車空調(diào)系統(tǒng)的組成與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)大體相同，即包括壓縮機、冷凝器、貯液干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器和鼓風機等部件，各部件通過銅管等相互連接在一起構(gòu)成密閉的系統(tǒng)。以汽車空調(diào)的制冷工況為例：從蒸發(fā)器出口進入到空調(diào)壓縮機的制冷劑蒸汽被壓縮機壓縮后，變?yōu)楦邷馗邏旱闹评鋭怏w，然后制冷劑在冷凝器中被逐步冷凝，其溫度較低，壓力不變。隨后制冷劑蒸汽經(jīng)過節(jié)流閥后節(jié)流降溫降壓，并進入蒸發(fā)器與載冷劑換熱以后變?yōu)榈蛪旱恼羝麖亩粔嚎s機重新吸入，進入下一個制冷循環(huán)。汽車空調(diào)按照驅(qū)動方式來分，可以分為獨立式和非獨立式空調(diào)。其中獨立式的汽車空調(diào)配有一臺專用的驅(qū)動裝置來驅(qū)動空調(diào)的壓縮機，在其工作過程中，性能穩(wěn)定不會受到車行駛狀況的影響。而非獨立式的汽車空調(diào)是通過鏈接機構(gòu)與汽車的發(fā)動機相鏈接，其性能受到發(fā)動機的工作影響較大，穩(wěn)定性相對較差。截止目前，國產(chǎn)轎車的空調(diào)裝置安裝率已經(jīng)接近100％，而在其他車型中的應(yīng)用率也在逐年的提高。汽車空調(diào)作為汽車行業(yè)的重要輔助產(chǎn)業(yè)，也隨著汽車的發(fā)展而快速的發(fā)展起來。

雖然汽車空調(diào)行業(yè)近幾年的發(fā)展非常的迅速，但是也面臨著很大的問題。第一，汽車空調(diào)行業(yè)作為制冷行業(yè)和汽車行業(yè)的交叉領(lǐng)域，同樣也受到制冷劑替代問題的困擾。目前在汽車空調(diào)領(lǐng)域主要使用的制冷劑是R134a，雖然該制冷劑對臭氧沒有破壞作用(ODP＝0)，但是其仍然會導(dǎo)致一定的溫室效應(yīng)(GWP＝1300)，考慮到當前汽車的保有量以數(shù)十億計，汽車空調(diào)在生產(chǎn)和使用過程中排放到大氣中的制冷劑造成的氣候變暖效應(yīng)就顯得非常明顯，目前各國已經(jīng)開始限制汽車空調(diào)中制冷劑的GWP值。第二，目前的汽車大量的使用化石能源作為主要的動力來源，對于非獨立式的汽車空調(diào)系統(tǒng)而言，空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機是通過汽車發(fā)動機來驅(qū)動的，因此汽車空調(diào)的使用會直接導(dǎo)致汽車耗能的增加，從而加劇環(huán)境問題。而對于近年來逐步推廣使用的新能源汽車，其驅(qū)動方式多為電力或者混合動力。由于電池容量的限制，將有限的電能應(yīng)用來驅(qū)動汽車空調(diào)系統(tǒng)將大大犧牲其行駛的里程。因此無論是對于傳統(tǒng)的以燃油為主要動力的汽車，還是對于新型的新能源汽車而言，對于汽車空調(diào)的技術(shù)創(chuàng)新都將具有很大的市場價值。

實際上，作為一種高效的能量分離裝置，渦流管能夠?qū)崿F(xiàn)較好的制冷效果，且整個系統(tǒng)不需要任何的運動部件。渦流管技術(shù)的發(fā)展為汽車空調(diào)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新提供了一個全新的解決問題的思路。渦流管又稱為蘭克-威爾遜管，于1930年由工程師蘭克所提出，一經(jīng)提出，渦流管就以其結(jié)構(gòu)輕便，造價低廉，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢受到學者們的廣泛關(guān)注。常規(guī)的渦流管由噴嘴、渦流室、冷端出口和熱端出口組成。渦流管在工作時，高壓的入口氣體在噴嘴附近膨脹，以很高的速度沿著管道的切線方向流入到渦流室中，由于孔板的作用和與內(nèi)外流體之間的動量交換，流體高速的流向熱端出口，而與此同時，流體分離成溫度不同的兩股流體，中心部分流體的溫度低，而外層流體部分的溫度高。從而最終冷流體從冷端出口被排出，熱流體在熱端流體出口被排出。通過調(diào)節(jié)熱端閥的開度，可控制冷熱流體的質(zhì)量比，從而優(yōu)化渦流管的性能。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前渦流管已經(jīng)逐步應(yīng)用于機械工業(yè)、溫度控制、生物醫(yī)學、航空技術(shù)、石油產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。

經(jīng)文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，已有專利文獻將渦流管引入到汽車空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域，如專利文獻CN201410558771.7提出了一種利用壓縮天然氣作為工資的車用空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用渦流管將高壓的天然氣進行能量的分離，然后熱端出口的熱蒸汽和冷端出口的冷蒸汽分別流經(jīng)兩個換熱器以后混合排出，兩個換熱器均采用水作為載冷劑，制成的熱水和冷水輸送到車廂內(nèi)部進行廂體內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)。該發(fā)明能夠很好的利用渦流管分理出的冷量和熱量，但是該系統(tǒng)過于復(fù)雜，不僅采用了渦流管制冷系統(tǒng)，同時還采用了包含兩個換熱器的水循環(huán)系統(tǒng)，從而使得該系統(tǒng)在小型車輛，如轎車、輕卡車上不便于使用。再則，由于該系統(tǒng)中在使用渦流管的同時，仍然需要使用常規(guī)汽車空調(diào)中的泵，風機等，該裝置的相對常規(guī)汽車空調(diào)的優(yōu)勢并不明顯。專利文獻CN201110192389.0提出了一種基于渦流管的太陽能熱管車載熱泵型空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括制冷制熱裝置、太陽能電池板、進氣裝置等。通過回收汽車在剎車、啟動等過程中的能量來獲得高壓氣體，然后引入渦流管實現(xiàn)制冷與制熱的效果。同時，系統(tǒng)中使用的泵、風機等均由太陽能裝置來驅(qū)動。該專利文獻報道的方案能夠很好的實現(xiàn)太陽能的利用，節(jié)省汽車的耗能，但是該專利文獻利用汽車剎車過程中產(chǎn)生的能量來壓縮氣體，該過程中的能量較少，壓縮獲得的氣體流量不穩(wěn)定等。同時，系統(tǒng)也較為復(fù)雜，需要泵、風機、換熱器等的結(jié)合。

汽車行業(yè)的快速發(fā)展也帶動了汽車空調(diào)的快速發(fā)展，目前在小型車輛中汽車空調(diào)的安裝率已經(jīng)接近100％。作為空調(diào)行業(yè)和汽車行業(yè)的交叉學科，該行業(yè)也面臨著一些發(fā)展難題。如制冷劑的替代，驅(qū)動燃油的消耗等，對其進行技術(shù)上的創(chuàng)新能夠很好的促進該行業(yè)的發(fā)展。渦流管作為一種高效的能量分離裝置，為汽車空氣調(diào)節(jié)技術(shù)的創(chuàng)新提供了很好的思路。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明將渦流管引入到汽車空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域，提出了一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大降低了汽車能耗，且能夠提供穩(wěn)定的氣體來源和穩(wěn)定的制冷效應(yīng)，同時系統(tǒng)較為簡單，控制調(diào)節(jié)也較為簡便。

一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：

氣體供應(yīng)單元；

設(shè)置于所述汽車內(nèi)部的換熱器；

入口與所述氣體供應(yīng)單元連接的渦流管；

所述渦流管的熱端出口和冷端出口中一個出口與所述換熱器的換熱介質(zhì)管路入口相連，另一個出口與周圍環(huán)境導(dǎo)通。

采用該技術(shù)方案，通過氣體功能單元對渦流管提供氣源，通過渦流管產(chǎn)生溫度較低的氣體和溫度較高的氣體，可分別實現(xiàn)對汽車內(nèi)部環(huán)境夏天的制冷和冬天的制熱效果，不會對汽車增加能耗，且不受汽車運行狀態(tài)的影響。

作為優(yōu)選，

所述渦流管的熱端出口分別通過：帶有閥門的第一管路與換熱器的換熱介質(zhì)管路入口相連、帶有閥門的第二管路與周圍環(huán)境相連；

所述渦流管的冷端出口分別通過：帶有閥門的第三管路與換熱器的換熱介質(zhì)管路入口相連、帶有閥門的第四管路與周圍環(huán)境相連。

作為優(yōu)選，本發(fā)明采用渦流管作為產(chǎn)生冷量和熱量的關(guān)鍵部件。該渦流管應(yīng)由高強度的不銹鋼材料制成，也可以由強度較高的塑料、銅等材質(zhì)制作。具體的選擇可有渦流管的工作壓力和工作介質(zhì)而定。當儲罐內(nèi)部的工質(zhì)與塑料、銅不相容時，應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。當渦流管的工作壓力較高時，應(yīng)采用銅、不銹鋼等材質(zhì)制作。作為優(yōu)選，本發(fā)明使用的渦流管包括噴嘴，渦流室，孔板和控制閥等結(jié)構(gòu)。其中控制閥用來調(diào)節(jié)渦流管冷流比和冷熱端出口的流體溫度數(shù)值。渦流室用來在渦流管內(nèi)部產(chǎn)生渦流。噴嘴用來引入高壓的氣體。

作為優(yōu)選，還包括一四通閥；所述四通閥一個端口與所述周圍環(huán)境導(dǎo)通，另外一個端口與汽車內(nèi)部空氣導(dǎo)通，其他兩個端口分別與第二管路、第四管路的出口端相連。通過四通閥可以將復(fù)雜的管路集成一體，大大簡化了空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時方便實現(xiàn)自動化控制。

作為優(yōu)選，所述四通閥與所述周圍環(huán)境導(dǎo)通的管路上設(shè)有熱量或者冷量回收單元。夏天時，渦流管的熱端出口流出的為高溫氣體，可通過熱量回收單元實現(xiàn)對該部分熱量的回收。為了更好的對熱流體的能量進行回收，當熱流體的溫度較高時，采用熱電回收陣列對其熱量進行回收。作為優(yōu)選，所述熱量回收單元為熱電回收陣列；所述冷量回收單元為發(fā)動機冷卻液冷凝器。

作為優(yōu)選，所述熱電回收陣列是由碲化鉍及其合金，碲化鉛及其合金或硅鍺合金材料制成的熱電片的陣列結(jié)構(gòu)，該陣列結(jié)構(gòu)制成柔性的薄板鋪設(shè)在熱流體的排放管道上。該陣列結(jié)構(gòu)制成柔性的薄板鋪設(shè)在熱流體的排放管道上。

本發(fā)明中在車廂內(nèi)部布置有換熱器，作為優(yōu)選，所述換熱器和發(fā)動機冷卻液冷凝器為管殼式換熱器、板式換熱器、管帶式換熱器等中的一種及相關(guān)的改進結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供了另外一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：

氣體供應(yīng)單元；

入口與所述氣體供應(yīng)單元連接的渦流管；

所述渦流管的熱端出口和冷端出口中一個出口與所述汽車內(nèi)部空間導(dǎo)通，另一個出口與周圍環(huán)境導(dǎo)通。

作為優(yōu)選，所述氣體供應(yīng)單元包括：

設(shè)置在汽車上的高壓罐體；

設(shè)置在高壓罐體上的安全閥；

設(shè)置在高壓罐體出口管路上的減壓閥，該管路出口與渦流管入口相連。

上述技術(shù)方案中，氣體供應(yīng)單元用于整個空調(diào)系統(tǒng)的氣體供應(yīng)。其中安全閥主要是用于保證高壓儲罐安全，從高壓儲放出的工質(zhì)在減壓閥的作用下壓力降低。作為優(yōu)選，該發(fā)明中使用的高壓罐體后布置有安全閥，高壓罐體內(nèi)的壓力值為10MPa～25Mpa。為了保證該裝置的可拆卸性，所述高壓罐體通過可拆卸方式與汽車車體固定。比如該高壓罐體與汽車車廂進行螺栓鏈接，在需要更換氣瓶時，關(guān)閉減壓閥，即可直接進行拆卸操作。該高壓罐體內(nèi)裝有制冷工質(zhì)，由于渦流管的性能，該工質(zhì)可以為空氣，氮氣，對環(huán)境友好型的制冷劑等。

作為優(yōu)選，所述減壓閥主要是降低來自高壓儲罐中氣體的壓力，作為優(yōu)選，該減壓閥可為活塞式、直接作用式、薄膜式等中的一種。當所需要的壓力控制精度較低時，可以采用直接作用式減壓閥，而當壓力控制精度稍高時，可以采用活塞式減壓閥，控制精度要求更高時，則優(yōu)選薄膜式減壓閥體進行壓力的控制。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在夏天和冬天時具有不同的工作模式，同時由于渦流管的冷端出口的溫度可以通過孔板進行調(diào)節(jié)，因此根據(jù)冷端出口的流體溫度的高低又分細分為四種工作模式。

作為優(yōu)選，在夏天模式時，當渦流管冷端出口的溫度稍低于常溫時，從高壓儲罐中流出的工質(zhì)經(jīng)過減壓閥以后變?yōu)榈蛪旱臍怏w，并以該壓力流入到渦流管中進行能量的分離。工質(zhì)經(jīng)過渦流管以后被分離成兩股流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。此時通過調(diào)節(jié)管路中閥門的關(guān)閉與開啟，使得低溫流體直接被引入到車廂內(nèi)部降溫，而高溫流體則被直接排放至周圍環(huán)境中去。當渦流管冷端出口的溫度比常溫低很多時，此時通過調(diào)節(jié)管路中閥門的關(guān)閉與開啟，使得低溫流體與車廂內(nèi)部的換熱器進行換熱，從而實現(xiàn)度車廂內(nèi)部的空氣進行降溫。熱流體在被排放至周圍環(huán)境之前，通過熱電回收陣列進行熱量的回收。該部分所回收的電量將通過變電裝置儲存在汽車的電池中。

作為優(yōu)選，在冬天模式時，當渦流管熱端出口的溫度稍高于常溫時，此時通過調(diào)節(jié)管路中閥門的關(guān)閉與開啟，使得高溫流體直接被引入到汽車車廂內(nèi)部與空氣進行換熱，然后被排放至周圍環(huán)境中。冷流體則通過四通閥和管路，被引入到汽車發(fā)動機冷卻回路中的冷凝器處，隨后被排放至周圍環(huán)境中去。當渦流管熱端出口的溫度稍高于常溫時，此時通過調(diào)節(jié)管路中閥門的關(guān)閉與開啟，使得高溫流體通過車體內(nèi)部的換熱器與車廂內(nèi)部的空氣進行換熱，然后被排放至周圍的環(huán)境中去。冷流體的工作過程則不變。

本發(fā)明中，氣體供應(yīng)系統(tǒng)用于整個裝置的氣體供應(yīng)。渦流管系統(tǒng)用于產(chǎn)生溫度較低的氣體和溫度較高的氣體，包括渦流管以及內(nèi)部的附屬部件，為了保證渦流管的強度和耐磨損度，該部件由高強度的不銹鋼材質(zhì)制作而成；車體內(nèi)部換熱器，發(fā)動機冷卻回路冷凝器，四通閥以及管路中的截止閥等構(gòu)成了本發(fā)明的能量利用系統(tǒng)。

本發(fā)明所提出的基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有非常明顯的優(yōu)勢，具體說來：

1)本裝置易控制，可靠性高。常規(guī)的汽車空調(diào)系統(tǒng)需要工作一段時間以后才能夠達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，而非獨立式的空調(diào)系統(tǒng)受到發(fā)動機工作狀態(tài)的影響很大。本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，直接利用高壓儲罐中的氣體，在渦流管中實現(xiàn)能量的分離，并形成一股高溫的流體和一股低溫的流體。每股流體的流量和溫度的數(shù)值均能夠通過調(diào)節(jié)渦流管中的孔板來實現(xiàn)，由于渦流管的響應(yīng)速度較快，因此該系統(tǒng)的響應(yīng)時間也較短，可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)所設(shè)定的狀態(tài)。同時，該系統(tǒng)沒有運動的部件，只需要常規(guī)的靜態(tài)密封。因此裝置的可靠性較好。

2)可移植性高，占地空間小，易實現(xiàn)輕量化。汽車空調(diào)裝置通常由壓縮機，冷暖器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器和一些輔助的裝置組成，系統(tǒng)在汽車內(nèi)部將占用很大的空間。在拆裝和維修的時候也比較繁瑣。而本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)裝置充分利用了渦流管體積小，拆裝方便的特點，將渦流管引入到汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。該系統(tǒng)在保證效率的同時，更易實現(xiàn)汽車調(diào)節(jié)裝置的小型化，并且系統(tǒng)在維修和更換時僅需要對儲氣鋼瓶進行更換。因此分發(fā)明的技術(shù)方案具有很大的優(yōu)勢，也特別適用于車體上空間較小的轎車，輕卡和一些電動汽車。

3)不需要電能驅(qū)動，且能量利用效率高。傳統(tǒng)的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其壓縮機是通過汽車發(fā)動機或者獨立的電能驅(qū)動的，因此在使用汽車空調(diào)的同時也會引起汽車耗能的增加。同時，對于常規(guī)汽車空調(diào)在夏天時，利用載冷劑將冷量由蒸發(fā)器引出，或者直接通過風冷式換熱器將冷風引入到車廂內(nèi)部進行車內(nèi)空氣溫度的調(diào)節(jié)，而在冷凝器處排出溫度較高的空氣。在冬天時，汽車空調(diào)將通過冷凝器的熱風引入到車廂內(nèi)部進行升溫，而將蒸發(fā)器處排出的冷風直接排放到空氣中去。這樣就導(dǎo)致了明顯的能量浪費。而本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不需要電能等能源的驅(qū)動，而是利用儲氣罐體內(nèi)的高壓氣體，整個裝置沒有運動耗能的部件。通過調(diào)節(jié)渦流管中的孔板，使得分離出的冷流體和熱流體均能夠得到很好的利用。夏天時，冷流體通過換熱器與車廂內(nèi)部的空氣進行能量的交換，從而降低車廂內(nèi)部的空氣，而此時的熱流體的能量通過熱電轉(zhuǎn)換裝置進行能量的回收。能量利用效率明顯高于傳統(tǒng)的空調(diào)。而在冬天時，熱流體通過換熱器與車廂內(nèi)部的冷空氣進行換熱，從而提高車廂內(nèi)部流體的溫度，冷流體則被引入到發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)中，用來冷卻發(fā)動機，此時的冷熱流體也均得到很好的利用。

由以上的發(fā)明內(nèi)容和對其優(yōu)勢的闡述中可以看到，本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)巧妙的運用渦流管產(chǎn)生制冷和制熱效應(yīng)，能夠提供穩(wěn)定的氣體來源和穩(wěn)定的制冷效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，控制調(diào)節(jié)簡便，并且使得其冷流體和熱流體均能夠得到很好的利用，將在汽車空器調(diào)節(jié)領(lǐng)域具有非常好的市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空調(diào)系統(tǒng)在夏天工作模式下，冷流體直接引入車廂，熱流體直接排出的原理圖；

圖2為本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空調(diào)系統(tǒng)在夏天工作模式下，冷流體直接引入車廂，熱流體通過熱電回收裝置的原理圖；

圖3為本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空調(diào)系統(tǒng)在冬天工作模式下，熱流體直接引入車廂，冷流體冷卻發(fā)動機冷卻液的原理圖。

圖4為本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空調(diào)系統(tǒng)在冬天工作模式下，熱流體經(jīng)過換熱器引入車廂，冷流體冷卻發(fā)動機冷卻液的原理圖。

上述附圖中：

1、高壓罐體；2、安全閥，3、減壓閥；4、渦流管；4a為冷端出口；4b為熱端出口；5、截止閥；6、截止閥；7、截止閥；9截止閥；8、汽車車廂；10、周圍環(huán)境；11、車體內(nèi)部換熱器；12、熱電回收陣列；13、發(fā)動機冷卻液冷凝器；14、四通閥。

具體實施方式

如圖1-3所示，本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括氣體供應(yīng)單元、渦流管4、四通閥14、截止閥5、截止閥6、截止閥7、截止閥9、以及所在的管路、車體內(nèi)部換熱器11、熱量回收單元或者冷量回收單元等。

氣體供應(yīng)單元用于整個裝置的氣體供應(yīng)，包括高壓罐體1，安全閥2和減壓閥3；高壓罐體可采用儲氣鋼瓶；高壓罐體通過管路與渦流管4的氣體入口相連，該管路上設(shè)有減壓閥3；安全閥2設(shè)置在高壓罐體1上。高壓罐體1內(nèi)儲存的該工質(zhì)可以為空氣，氮氣，對環(huán)境友好型的制冷劑等。

渦流管4用于產(chǎn)生溫度較低的氣體和溫度較高的氣體，包括渦流管本體以及內(nèi)部的附屬部件。渦流管應(yīng)由高強度的不銹鋼材料制成，也可以由強度較高的塑料、銅等材質(zhì)制作。具體的選擇可有渦流管的工作壓力和工作介質(zhì)而定。當儲罐內(nèi)部的工質(zhì)與塑料、銅不相容時，應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。當渦流管的工作壓力較高時，應(yīng)采用銅、不銹鋼等材質(zhì)制作。作為優(yōu)選，本發(fā)明使用的渦流管包括噴嘴，渦流室，孔板和控制閥等結(jié)構(gòu)。其中控制閥用來調(diào)節(jié)渦流管冷流比和冷熱端出口的流體溫度數(shù)值。渦流室用來在渦流管內(nèi)部產(chǎn)生渦流。噴嘴用來引入高壓的氣體。

渦流管4具有入口以及冷端出口4a和熱端出口4b，冷端出口4a或熱端出口4b的冷流體或者熱流體來控制車廂內(nèi)的溫度，通過車體內(nèi)部換熱器11或者直接通入汽車內(nèi)部空間實現(xiàn)制冷或者制熱。冷量回收單元可為發(fā)動機冷卻液冷凝器13，四通閥14以及管路中的截止閥5、截止閥6、截止閥7、截止閥9等用于實現(xiàn)流體流向的控制。熱量回收單元可采用熱電回收陣列對熱量進行回收。

本發(fā)明核心的制冷部件為渦流管，其工作過程可以表述為：儲存在高壓罐體1中的工質(zhì)在流經(jīng)減壓閥3以后，其壓力降低。并以該壓力值進入到渦流管4中進行能量的分離。經(jīng)過渦流管以后，流體被分成兩股溫度不同的流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。由于在夏天和冬天時，車廂內(nèi)部分別需要不同溫度的流體，因此本發(fā)明在應(yīng)用時會包括夏天工作模式和冬天工作模式。

在夏天時，車廂內(nèi)溫度較高，因此需要將冷流體引入到車廂內(nèi)部，此時冷流體有兩種方式來對車廂內(nèi)部的空氣進行降溫。

(1)當渦流管冷端出口4a的溫度較低時，由于冷流的溫度太低，不適于直接對車內(nèi)環(huán)境進行制冷，此時截止閥5，截止閥9開啟，截止閥6，截止閥7關(guān)閉，四通閥14的端口c和端口b接通。冷流體依次經(jīng)過截止閥5，車體內(nèi)部換熱器11，與汽車車廂8內(nèi)部的空氣進行換熱以后排出至周圍環(huán)境10。而熱流體依次經(jīng)過截止閥9，四通閥14的端口c和端口b，熱電回收陣列12進行熱量的回收以后再排出至周圍環(huán)境10。

(2)當渦流管冷端出口4a的溫度較高(仍然低于車內(nèi)環(huán)境溫度或者室外環(huán)境溫度)時，此時截止閥5，截止閥6關(guān)閉，截止閥7，截止閥9開啟，四通閥14的端口a和端口d，端口c和端口b接通。冷流體依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口d，直接引入到車體內(nèi)部與車廂內(nèi)部的空氣進行換熱，然后排出至周圍環(huán)境10。而熱流體依次經(jīng)過截止閥9，四通閥14的端口c和端口b，直接排出至周圍環(huán)境10。

冬天工作模式下，此時車廂內(nèi)部的溫度較低，因此需要將渦流管熱端出口處的熱流體引入來升高車廂內(nèi)部的空氣溫度。此時熱流體也有兩種方式來對車廂內(nèi)部的空氣進行升溫。

(1)當渦流管熱端出口的流體溫度較低(仍高于車內(nèi)環(huán)境溫度或者室外環(huán)境溫度)時，此時截止閥7，截止閥9開啟，截止閥5，截止閥6關(guān)閉，四通閥14的端口a和端口b導(dǎo)通，端口c和端口d導(dǎo)通。熱流體依次經(jīng)過截止閥9，四通閥14的端口c和端口d直接進入到車廂內(nèi)部，與車廂內(nèi)部的冷空氣進行換熱，然后排出至周圍環(huán)境10。冷流體則依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口b，進入發(fā)動機冷卻液冷凝器13冷卻發(fā)動機冷卻液以后排出至周圍環(huán)境10。

(2)當渦流管熱端出口的流體溫度較高時，此時截止閥5，9關(guān)閉，截止閥6，截止閥7開啟，四通閥14的端口a和端口b接通。熱流體依次經(jīng)過截止閥6，進入車體內(nèi)部換熱器11，與車廂內(nèi)部的空氣進行換熱以后排出至周圍環(huán)境10。冷流體則依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口b，進入發(fā)動機冷卻液冷凝器13冷卻發(fā)動機冷卻液以后排出至周圍環(huán)境10。

作為本發(fā)明的一個突出優(yōu)勢之一，本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在夏天和冬天時具有不同的工作模式，同時由于渦流管的冷端出口的溫度可以通過孔板進行調(diào)節(jié)，因此根據(jù)冷端出口的流體溫度的高低又分細分為四種工作模式，以下將通過具體的實施例進行詳細的說明：

實施例1 夏天工作模式下直接調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的空氣溫度

夏天時，由于太陽的照射作用，車廂內(nèi)的溫度上升較快，同時由于車廂內(nèi)的環(huán)境具有一定的密封性，因此車廂內(nèi)的溫度可高達50-60℃以上，此時就需要對車廂內(nèi)的溫度進行降溫。本實施例將主要說明本發(fā)明在該工況條件下，對車廂內(nèi)部的空氣進行降溫的過程。

如附圖1所示，從高壓罐體1中流出的工質(zhì)經(jīng)過減壓閥4以后變?yōu)榈蛪旱臍怏w，并以該壓力流入到渦流管4中進行能量的分離。工質(zhì)經(jīng)過渦流管4以后被分離成兩股流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。此時截止閥5，截止閥6關(guān)閉，截止閥7，截止閥9開啟，四通閥14的端口a和端口d導(dǎo)通，端口c和端口b導(dǎo)通。因此冷端出口4a流出的低溫流體依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口d直接與車廂內(nèi)的高溫空氣進行混合。從而實現(xiàn)車廂內(nèi)空氣的降溫效果。

為了更好的說明本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在夏天工作模式的有效性和實用性，下面通過計算來說明：假設(shè)在夏天時，車廂內(nèi)的初始溫度為50℃，高壓罐體內(nèi)含有25MPa的壓縮空氣，其體積為60L，環(huán)境溫度為35℃。高壓氣體經(jīng)過減壓閥以后的壓力為0.8MPa并以該壓力進入到渦流管中進行能量的分離，其流量為0.02kg/s,假設(shè)此時調(diào)整孔板的位置，使得渦流管的冷流比為0.5，取渦流管冷端出口的溫度為10～15℃，熱端流體出口的溫度為55～60℃。取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對比時，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度降低至27℃每小時油耗為3L計算。另外，使車廂內(nèi)部溫度降低至27℃以后的工質(zhì)流量變?yōu)?.004kg/s，直至儲罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。則應(yīng)用該系統(tǒng)對汽車內(nèi)部空氣調(diào)節(jié)的效能總結(jié)如表1所示：

表1 使用該發(fā)明車廂內(nèi)最終的溫度值與相應(yīng)節(jié)省的燃油費用

由此可見，應(yīng)用本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能夠有效的節(jié)省汽車的燃油消耗量，這對于環(huán)境保護，和節(jié)省能源具有重大的意義。

實施例2 夏天工作模式下通過換熱器調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的空氣溫度

通過調(diào)整孔板的位置，使得渦流管4冷端出口4a處流體的溫度遠低于常溫，則此時的冷流體并不能直接排放到車廂內(nèi)部，而是通過一個換熱結(jié)構(gòu)將其冷量引入到車廂內(nèi)部。本實施例將用來說明本發(fā)明提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于該工況模式下的工作過程。

如附圖2所示，從高壓罐體1中流出的工質(zhì)經(jīng)過減壓閥3以后變?yōu)榈蛪旱臍怏w，并以該壓力流入到渦流管4中進行能量的分離。工質(zhì)經(jīng)過渦流管以后被分離成兩股流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。此時截止閥6，截止閥7關(guān)閉，截止閥5，截止閥9開啟，四通閥14的端口c和端口b接通。冷流體經(jīng)過截止閥5在換熱器11處與車廂內(nèi)部的空氣進行換熱，之后被排出至周圍環(huán)境中。而熱流體流經(jīng)截止閥9，四通閥14的端口c和端口b，通過熱電回收陣列12，然后被排出至周圍環(huán)境中。通過熱電回收陣列12進行廢熱的回收。并把回收的電能儲存起來，用于驅(qū)動汽車內(nèi)部的照明等設(shè)備。

為了更好的說明本發(fā)明在此工作模式下的優(yōu)勢，下面通過計算進行說明：假設(shè)在夏天時，車廂內(nèi)的初始溫度為50℃，高壓罐體內(nèi)含有25MPa的壓縮空氣，其體積為60L，環(huán)境溫度為35℃。高壓氣體經(jīng)過減壓閥3以后的壓力為0.8MPa并以該壓力進入到渦流管中進行能量的分離，假設(shè)此時調(diào)整孔板的位置，使得渦流管的冷流比為0.5，取渦流管冷端出口的溫度為-10～-15℃，其流量為0.02kg/s,熱端流體出口的溫度為80-85℃。取經(jīng)過車體內(nèi)部換熱器11的冷流體出口溫度為0℃。另外，使車廂內(nèi)部溫度降低至27以后的流量變?yōu)?.004kg/s，直至儲罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對比時，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度降低至27℃每小時油耗為3L計算。熱流體經(jīng)過回收以后溫度降低20℃，熱電回收的效率為20％，則該裝置的整體效能見表2所示：

表2 使用該發(fā)明所節(jié)省的燃油費用和回收的能量

實施例3 冬天工作模式下直接調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的空氣溫度

冬天時，太陽的輻射作用明顯的減弱，周圍環(huán)境的溫度也比較的低，此時應(yīng)用汽車空調(diào)系統(tǒng)主要是提高車廂內(nèi)的溫度，以使得環(huán)境事宜。本實施例將主要說明本發(fā)明應(yīng)用在此工況下，對車廂內(nèi)部的空氣的升溫過程。

如附圖3所示，從高壓罐體1中流出的工質(zhì)經(jīng)過減壓閥3以后變?yōu)榈蛪旱臍怏w，并以該壓力流入到渦流管4中進行能量的分離。工質(zhì)經(jīng)過渦流管以后被分離成兩股流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。此時截止閥5，截止閥9關(guān)閉，截止閥6開啟，四通閥14的端口a和端口b接通。熱流體經(jīng)過截止閥6以后，通過車體內(nèi)部換熱器11與車廂內(nèi)部的空氣進行熱量的交換。隨后被排出至周圍環(huán)境10。冷流體依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口b與發(fā)動機冷卻液冷凝器13進行換熱以后被排放至周圍環(huán)境10。

為了更好的說明本發(fā)明在此工作模式下的優(yōu)勢，下面通過計算進行說明：假設(shè)在冬天時，車廂內(nèi)部的初始溫度為5度，高壓罐體內(nèi)含有25MPa的壓縮空氣，其體積為60L，環(huán)境溫度為0℃。高壓氣體經(jīng)過減壓閥以后的壓力為0.8MPa并以該壓力進入到渦流管中進行能量的分離，假設(shè)此時調(diào)整孔板的位置，使得渦流管的冷流比為0.5，取渦流管冷端出口的溫度為10～15℃，熱端流體出口的溫度為55～60℃。取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對比時，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度升高至20℃每小時油耗為3L計算。另外，使車廂內(nèi)部溫度升高至20℃以后的流量變?yōu)?.004kg/s，直至儲罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。同時，冷流體經(jīng)過發(fā)動機冷卻液冷凝器換熱以后溫度降低10℃。則該裝置的整體效能見表3所示：

表3 使用該發(fā)明車廂內(nèi)最終的溫度值和所節(jié)省的燃油費用

實施例4 冬天工作模式下通過換熱器調(diào)節(jié)車廂內(nèi)的空氣溫度

通過調(diào)節(jié)渦流管內(nèi)部的孔板結(jié)構(gòu)，可使得渦流管熱端出口的溫度較高，此時高溫的氣體不能直接通入到車廂內(nèi)部進行升溫，但是可以通過換熱器將熱量導(dǎo)出。本實施例主要用來說明本發(fā)明所提出的一種基于渦流管的汽車空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于此工況下的工作過程。

如附圖4所示，從高壓儲罐中流出的工質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥以后變?yōu)榈蛪旱臍怏w，并以該壓力流入到渦流管中進行能量的分離。工質(zhì)經(jīng)過渦流管以后被分離成兩股流體，一股為高溫流體，另一股為低溫流體。此時截止閥5，截止閥9關(guān)閉，截止閥6，截止閥7開啟，四通閥14的端口a和端口b接通。熱流體經(jīng)過截止閥6以后，依次經(jīng)過車體內(nèi)部的換熱器11，與車廂內(nèi)部的空氣進行換熱以后，被排放至周圍環(huán)境10。冷流體依次經(jīng)過截止閥7，四通閥14的端口a和端口b，與發(fā)動機冷卻液的冷凝器進行換熱以后也被排放至周圍環(huán)境10。

為了更好的說明本發(fā)明的有效性，下面進行計算說明：假設(shè)在冬天時，車廂內(nèi)部的初始溫度為5度，高壓罐體內(nèi)含有25MPa的壓縮空氣，其體積為60L，環(huán)境溫度為0℃。高壓氣體經(jīng)過減壓閥以后的壓力為0.8MPa并以該壓力進入到渦流管中進行能量的分離，假設(shè)此時調(diào)整孔板的位置，使得渦流管的冷流比為0.5，取渦流管冷端出口的溫度為-10～-15℃，熱端出口的溫度為80～85℃。取經(jīng)過車體內(nèi)部換熱器11的熱流體出口溫度為60℃。與發(fā)動機冷卻回路中冷凝器換熱器的換熱溫差為10度。同時，取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對比時，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度升高至20℃每小時油耗為3L計算。另外，使車廂內(nèi)部溫度升高至20℃以后的流量變?yōu)?.004kg/s，直至儲罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。則該裝置的整體效能見表4所示：

表4 使用該發(fā)明車廂內(nèi)最終的溫度值和所節(jié)省的燃油費用

由以上的實施例可以明顯看出，本發(fā)明在使用過程中，具有很好的經(jīng)濟性能，并且能夠有效的節(jié)省汽車燃油的消耗量，并且能夠為汽車內(nèi)部的耗電設(shè)備提供一定的電量，因此具有非常好的應(yīng)用前景。