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(shí)現(xiàn)汽車廂體內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)今社會(huì)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(guó)的汽車擁有量和年產(chǎn)量均居于世界前列，據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在未來幾年，我國(guó)汽車產(chǎn)量仍將保持較快的發(fā)展速度。與此同時(shí)，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(diǎn)，因此汽車空調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)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(dòng)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(jī)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(biāo)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(jī)、冷凝器、貯液干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器和鼓風(fēng)機(jī)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(jìn)入到空調(diào)壓縮機(jī)的制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)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(jìn)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(jī)重新吸入，進(jìn)入下一個(gè)制冷循環(huán)。汽車空調(diào)按照驅(qū)動(dòng)方式來分，可以分為獨(dú)立式和非獨(dú)立式空調(diào)。其中獨(dú)立式的汽車空調(diào)配有一臺(tái)專用的驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)空調(diào)的壓縮機(jī)，在其工作過程中，性能穩(wěn)定不會(huì)受到車行駛狀況的影響。而非獨(dú)立式的汽車空調(diào)是通過鏈接機(jī)構(gòu)與汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)相鏈接，其性能受到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作影響較大，穩(wěn)定性相對(duì)較差。截止目前，國(guó)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(duì)臭氧沒有破壞作用(ODP＝0)，但是其仍然會(huì)導(dǎo)致一定的溫室效應(yīng)(GWP＝1300)，考慮到當(dāng)前汽車的保有量以數(shù)十億計(jì)，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(guó)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(dòng)力來源，對(duì)于非獨(dú)立式的汽車空調(diào)系統(tǒng)而言，空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)是通過汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的，因此汽車空調(diào)的使用會(huì)直接導(dǎo)致汽車耗能的增加，從而加劇環(huán)境問題。而對(duì)于近年來逐步推廣使用的新能源汽車，其驅(qū)動(dòng)方式多為電力或者混合動(dòng)力。由于電池容量的限制，將有限的電能應(yīng)用來驅(qū)動(dòng)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(duì)于傳統(tǒng)的以燃油為主要?jiǎng)恿Φ钠?，還是對(duì)于新型的新能源汽車而言，對(duì)于汽車空調(diào)的技術(shù)創(chuàng)新都將具有很大的市場(chǎng)價(jià)值。

實(shí)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(gè)系統(tǒng)不需要任何的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jià)低廉，性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)受到學(xué)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(shí)，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(dòng)量交換，流體高速的流向熱端出口，而與此同時(shí)，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(jī)械工業(yè)、溫度控制、生物醫(yī)學(xué)、航空技術(shù)、石油產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。

經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，已有專利文獻(xiàn)將渦流管引入到汽車空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域，如專利文獻(xiàn)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(jìn)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(gè)換熱器以后混合排出，兩個(gè)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(jìn)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(shí)還采用了包含兩個(gè)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(shí)，仍然需要使用常規(guī)汽車空調(diào)中的泵，風(fēng)機(jī)等，該裝置的相對(duì)常規(guī)汽車空調(diào)的優(yōu)勢(shì)并不明顯。專利文獻(xiàn)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(jìn)氣裝置等。通過回收汽車在剎車、啟動(dòng)等過程中的能量來獲得高壓氣體，然后引入渦流管實(shí)現(xiàn)制冷與制熱的效果。同時(shí)，系統(tǒng)中使用的泵、風(fēng)機(jī)等均由太陽能裝置來驅(qū)動(dòng)。該專利文獻(xiàn)報(bào)道的方案能夠很好的實(shí)現(xiàn)太陽能的利用，節(jié)省汽車的耗能，但是該專利文獻(xiàn)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(shí)，系統(tǒng)也較為復(fù)雜，需要泵、風(fēng)機(jī)、換熱器等的結(jié)合。

汽車行業(yè)的快速發(fā)展也帶動(dòng)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(xué)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(dòng)燃油的消耗等，對(duì)其進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新能夠很好的促進(jìn)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(shí)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(shí)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，控制調(diào)節(jié)也較為簡(jiǎn)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(gè)出口與所述換熱器的換熱介質(zhì)管路入口相連，另一個(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)汽車內(nèi)部環(huán)境夏天的制冷和冬天的制熱效果，不會(huì)對(duì)汽車增加能耗，且不受汽車運(yùn)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(qiáng)度的不銹鋼材料制成，也可以由強(qiáng)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(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部的工質(zhì)與塑料、銅不相容時(shí)，應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。當(dāng)渦流管的工作壓力較高時(shí)，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(gè)端口與所述周圍環(huán)境導(dǎo)通，另外一個(gè)端口與汽車內(nèi)部空氣導(dǎo)通，其他兩個(gè)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(jiǎn)化了空調(diào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)，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(shí)現(xiàn)對(duì)該部分熱量的回收。為了更好的對(duì)熱流體的能量進(jìn)行回收，當(dāng)熱流體的溫度較高時(shí)，采用熱電回收陣列對(duì)其熱量進(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jìn)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(gè)出口與所述汽車內(nèi)部空間導(dǎo)通，另一個(gè)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(gè)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(chǔ)罐安全，從高壓儲(chǔ)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(jìn)行螺栓鏈接，在需要更換氣瓶時(shí)，關(guān)閉減壓閥，即可直接進(jìn)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?dú)?，?duì)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(chǔ)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(dāng)所需要的壓力控制精度較低時(shí)，可以采用直接作用式減壓閥，而當(dāng)壓力控制精度稍高時(shí)，可以采用活塞式減壓閥，控制精度要求更高時(shí)，則優(yōu)選薄膜式減壓閥體進(jìn)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(shí)具有不同的工作模式，同時(shí)由于渦流管的冷端出口的溫度可以通過孔板進(jìn)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(xì)分為四種工作模式。

作為優(yōu)選，在夏天模式時(shí)，當(dāng)渦流管冷端出口的溫度稍低于常溫時(shí)，從高壓儲(chǔ)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(jìn)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(shí)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(dāng)渦流管冷端出口的溫度比常溫低很多時(shí)，此時(shí)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(jìn)行換熱，從而實(shí)現(xiàn)度車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)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(jìn)行熱量的回收。該部分所回收的電量將通過變電裝置儲(chǔ)存在汽車的電池中。

作為優(yōu)選，在冬天模式時(shí)，當(dāng)渦流管熱端出口的溫度稍高于常溫時(shí)，此時(shí)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(jìn)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(dòng)機(jī)冷卻回路中的冷凝器處，隨后被排放至周圍環(huán)境中去。當(dāng)渦流管熱端出口的溫度稍高于常溫時(shí)，此時(shí)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(jìn)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(gè)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(qiáng)度和耐磨損度，該部件由高強(qiáng)度的不銹鋼材質(zhì)制作而成；車體內(nèi)部換熱器，發(fā)動(dòng)機(jī)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(shì)，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(shí)間以后才能夠達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，而非獨(dú)立式的空調(diào)系統(tǒng)受到發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǔ)罐中的氣體，在渦流管中實(shí)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(shí)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(shí)間也較短，可以在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的狀態(tài)。同時(shí)，該系統(tǒng)沒有運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)輕量化。汽車空調(diào)裝置通常由壓縮機(jī)，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(shí)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(diǎn)，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(shí)，更易實(shí)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(shí)僅需要對(duì)儲(chǔ)氣鋼瓶進(jìn)行更換。因此分發(fā)明的技術(shù)方案具有很大的優(yōu)勢(shì)，也特別適用于車體上空間較小的轎車，輕卡和一些電動(dòng)汽車。

3)不需要電能驅(qū)動(dòng)，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(jī)是通過汽車發(fā)動(dòng)機(jī)或者獨(dú)立的電能驅(qū)動(dòng)的，因此在使用汽車空調(diào)的同時(shí)也會(huì)引起汽車耗能的增加。同時(shí)，對(duì)于常規(guī)汽車空調(diào)在夏天時(shí)，利用載冷劑將冷量由蒸發(fā)器引出，或者直接通過風(fēng)冷式換熱器將冷風(fēng)引入到車廂內(nèi)部進(jìn)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(shí)，汽車空調(diào)將通過冷凝器的熱風(fēng)引入到車廂內(nèi)部進(jìn)行升溫，而將蒸發(fā)器處排出的冷風(fēng)直接排放到空氣中去。這樣就導(dǎo)致了明顯的能量浪費(fèi)。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(dòng)，而是利用儲(chǔ)氣罐體內(nèi)的高壓氣體，整個(gè)裝置沒有運(yùn)動(dòng)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(shí)，冷流體通過換熱器與車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)行能量的交換，從而降低車廂內(nèi)部的空氣，而此時(shí)的熱流體的能量通過熱電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)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(shí)，熱流體通過換熱器與車廂內(nèi)部的冷空氣進(jìn)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(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)中，用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)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(duì)其優(yōu)勢(shì)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(yùn)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(jiǎn)單緊湊，控制調(diào)節(jié)簡(jiǎn)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(chǎng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)冷卻液冷凝器；14、四通閥。

具體實(shí)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(gè)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(chǔ)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(chǔ)存的該工質(zhì)可以為空氣，氮?dú)猓瑢?duì)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(qiáng)度的不銹鋼材料制成，也可以由強(qiáng)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(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)部的工質(zhì)與塑料、銅不相容時(shí)，應(yīng)采用不銹鋼材質(zhì)。當(dāng)渦流管的工作壓力較高時(shí)，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(shí)現(xiàn)制冷或者制熱。冷量回收單元可為發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(duì)熱量進(jìn)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(chǔ)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(jìn)入到渦流管4中進(jìn)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(shí)，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(shí)會(huì)包括夏天工作模式和冬天工作模式。

在夏天時(shí)，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(shí)冷流體有兩種方式來對(duì)車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)行降溫。

(1)當(dāng)渦流管冷端出口4a的溫度較低時(shí)，由于冷流的溫度太低，不適于直接對(duì)車內(nèi)環(huán)境進(jìn)行制冷，此時(shí)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(jìn)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(jìn)行熱量的回收以后再排出至周圍環(huán)境10。

(2)當(dāng)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(shí)，此時(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)熱流體也有兩種方式來對(duì)車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)行升溫。

(1)當(dāng)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(shí)，此時(shí)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(jìn)入到車廂內(nèi)部，與車廂內(nèi)部的冷空氣進(jìn)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(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液冷凝器13冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液以后排出至周圍環(huán)境10。

(2)當(dāng)渦流管熱端出口的流體溫度較高時(shí)，此時(shí)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(jìn)入車體內(nèi)部換熱器11，與車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)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(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液冷凝器13冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液以后排出至周圍環(huán)境10。

作為本發(fā)明的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)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(shí)具有不同的工作模式，同時(shí)由于渦流管的冷端出口的溫度可以通過孔板進(jìn)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(xì)分為四種工作模式，以下將通過具體的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明：

實(shí)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(shí)，由于太陽的照射作用，車廂內(nèi)的溫度上升較快，同時(shí)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(dá)50-60℃以上，此時(shí)就需要對(duì)車廂內(nèi)的溫度進(jìn)行降溫。本實(shí)施例將主要說明本發(fā)明在該工況條件下，對(duì)車廂內(nèi)部的空氣進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)行混合。從而實(shí)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(shí)用性，下面通過計(jì)算來說明：假設(shè)在夏天時(shí)，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(jìn)入到渦流管中進(jìn)行能量的分離，其流量為0.02kg/s,假設(shè)此時(shí)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(zhǎng)度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對(duì)比時(shí)，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度降低至27℃每小時(shí)油耗為3L計(jì)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(chǔ)罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。則應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)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(fèi)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(duì)于環(huán)境保護(hù)，和節(jié)省能源具有重大的意義。

實(shí)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(yuǎn)低于常溫，則此時(shí)的冷流體并不能直接排放到車廂內(nèi)部，而是通過一個(gè)換熱結(jié)構(gòu)將其冷量引入到車廂內(nèi)部。本實(shí)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行廢熱的回收。并把回收的電能儲(chǔ)存起來，用于驅(qū)動(dòng)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(shì)，下面通過計(jì)算進(jìn)行說明：假設(shè)在夏天時(shí)，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(jìn)入到渦流管中進(jìn)行能量的分離，假設(shè)此時(shí)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(chǔ)罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長(zhǎng)度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對(duì)比時(shí)，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度降低至27℃每小時(shí)油耗為3L計(jì)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(fèi)用和回收的能量

實(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)施例將主要說明本發(fā)明應(yīng)用在此工況下，對(duì)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(dòng)機(jī)冷卻液冷凝器13進(jìn)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(shì)，下面通過計(jì)算進(jìn)行說明：假設(shè)在冬天時(shí)，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(jìn)入到渦流管中進(jìn)行能量的分離，假設(shè)此時(shí)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(zhǎng)度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對(duì)比時(shí)，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度升高至20℃每小時(shí)油耗為3L計(jì)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(chǔ)罐內(nèi)部的氣體全部消耗完。同時(shí)，冷流體經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)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(fèi)用

實(shí)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(shí)高溫的氣體不能直接通入到車廂內(nèi)部進(jìn)行升溫，但是可以通過換熱器將熱量導(dǎo)出。本實(shí)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(chǔ)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(dòng)機(jī)冷卻液的冷凝器進(jìn)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(jìn)行計(jì)算說明：假設(shè)在冬天時(shí)，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(jìn)入到渦流管中進(jìn)行能量的分離，假設(shè)此時(shí)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(dòng)機(jī)冷卻回路中冷凝器換熱器的換熱溫差為10度。同時(shí)，取車廂內(nèi)座位區(qū)域的長(zhǎng)度為2m，寬度為1.5m，高度為1m。對(duì)比時(shí)，按照采用汽車空調(diào)把車廂溫度升高至20℃每小時(shí)油耗為3L計(jì)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(chǔ)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(fèi)用

由以上的實(shí)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(jì)性能，并且能夠有效的節(jié)省汽車燃油的消耗量，并且能夠?yàn)槠噧?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。