CN106183707A - 一种基于涡流管的汽车空气调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于涡流管的汽车空气调节系统，包括：气体供应单元；设置于所述汽车内部的换热器；入口与所述气体供应单元连接的涡流管；所述涡流管的热端出口和冷端出口中一个出口与所述换热器的换热介质管路入口相连，另一个出口与周围环境导通。在夏天时，冷流体通过车体内部的换热器或者被直接的引入到车厢内部降温，冬天时热流体也可以通过车体内部的换热器或者被直接的引入到车厢内部升温。该发明具有装置简单，可靠性高，占地空间小，能量利用效率高等突出的优势，在汽车空气调节领域具有非常好的应用前景。

Description

一种基于涡流管的汽车空气调节系统

技术领域

本发明涉及涡流管能量分离和汽车空气品质调节领域，具体是涉及一种利用涡流管实现汽车厢体内的空气调节系统。

背景技术

当今社会汽车已经成为人们出行不可或缺的工具之一，在日常生活中扮演着越来越重要的角色。目前我国的汽车拥有量和年产量均居于世界前列，据中国汽车工业协会统计数据显示，在未来几年，我国汽车产量仍将保持较快的发展速度。与此同时，技术的发展也使得人们追求更好的生活工作环境，作为都市生活中的重要使用工具，汽车车厢内空气品质的改善也逐步成为人们关注的热点，因此汽车空调技术应运而生。汽车空调系统主要用于把汽车车厢内的温度、湿度、空气清洁度及空气流动调整和控制在最佳状态，为乘员提供舒适的乘坐环境，减少司机驾驶过程中的疲劳，并为驾驶员创造良好的工作条件，已经成为衡量汽车功能是否齐全的重要标志之一。汽车空调系统的组成与常规的空调系统大体相同，即包括压缩机、冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀、蒸发器和鼓风机等部件，各部件通过铜管等相互连接在一起构成密闭的系统。以汽车空调的制冷工况为例：从蒸发器出口进入到空调压缩机的制冷剂蒸汽被压缩机压缩后，变为高温高压的制冷剂气体，然后制冷剂在冷凝器中被逐步冷凝，其温度较低，压力不变。随后制冷剂蒸汽经过节流阀后节流降温降压，并进入蒸发器与载冷剂换热以后变为低压的蒸汽从而被压缩机重新吸入，进入下一个制冷循环。汽车空调按照驱动方式来分，可以分为独立式和非独立式空调。其中独立式的汽车空调配有一台专用的驱动装置来驱动空调的压缩机，在其工作过程中，性能稳定不会受到车行驶状况的影响。而非独立式的汽车空调是通过链接机构与汽车的发动机相链接，其性能受到发动机的工作影响较大，稳定性相对较差。截止目前，国产轿车的空调装置安装率已经接近100％，而在其他车型中的应用率也在逐年的提高。汽车空调作为汽车行业的重要辅助产业，也随着汽车的发展而快速的发展起来。

虽然汽车空调行业近几年的发展非常的迅速，但是也面临着很大的问题。第一，汽车空调行业作为制冷行业和汽车行业的交叉领域，同样也受到制冷剂替代问题的困扰。目前在汽车空调领域主要使用的制冷剂是R134a，虽然该制冷剂对臭氧没有破坏作用(ODP＝0)，但是其仍然会导致一定的温室效应(GWP＝1300)，考虑到当前汽车的保有量以数十亿计，汽车空调在生产和使用过程中排放到大气中的制冷剂造成的气候变暖效应就显得非常明显，目前各国已经开始限制汽车空调中制冷剂的GWP值。第二，目前的汽车大量的使用化石能源作为主要的动力来源，对于非独立式的汽车空调系统而言，空调系统的压缩机是通过汽车发动机来驱动的，因此汽车空调的使用会直接导致汽车耗能的增加，从而加剧环境问题。而对于近年来逐步推广使用的新能源汽车，其驱动方式多为电力或者混合动力。由于电池容量的限制，将有限的电能应用来驱动汽车空调系统将大大牺牲其行驶的里程。因此无论是对于传统的以燃油为主要动力的汽车，还是对于新型的新能源汽车而言，对于汽车空调的技术创新都将具有很大的市场价值。

实际上，作为一种高效的能量分离装置，涡流管能够实现较好的制冷效果，且整个系统不需要任何的运动部件。涡流管技术的发展为汽车空调行业的技术创新提供了一个全新的解决问题的思路。涡流管又称为兰克-威尔逊管，于1930年由工程师兰克所提出，一经提出，涡流管就以其结构轻便，造价低廉，性能稳定的优势受到学者们的广泛关注。常规的涡流管由喷嘴、涡流室、冷端出口和热端出口组成。涡流管在工作时，高压的入口气体在喷嘴附近膨胀，以很高的速度沿着管道的切线方向流入到涡流室中，由于孔板的作用和与内外流体之间的动量交换，流体高速的流向热端出口，而与此同时，流体分离成温度不同的两股流体，中心部分流体的温度低，而外层流体部分的温度高。从而最终冷流体从冷端出口被排出，热流体在热端流体出口被排出。通过调节热端阀的开度，可控制冷热流体的质量比，从而优化涡流管的性能。经过几十年的发展，目前涡流管已经逐步应用于机械工业、温度控制、生物医学、航空技术、石油产业等领域。

经文献调研发现，已有专利文献将涡流管引入到汽车空气调节领域，如专利文献CN201410558771.7提出了一种利用压缩天然气作为工资的车用空调系统，该系统利用涡流管将高压的天然气进行能量的分离，然后热端出口的热蒸汽和冷端出口的冷蒸汽分别流经两个换热器以后混合排出，两个换热器均采用水作为载冷剂，制成的热水和冷水输送到车厢内部进行厢体内的空气调节。该发明能够很好的利用涡流管分理出的冷量和热量，但是该系统过于复杂，不仅采用了涡流管制冷系统，同时还采用了包含两个换热器的水循环系统，从而使得该系统在小型车辆，如轿车、轻卡车上不便于使用。再则，由于该系统中在使用涡流管的同时，仍然需要使用常规汽车空调中的泵，风机等，该装置的相对常规汽车空调的优势并不明显。专利文献CN201110192389.0提出了一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，该系统包括制冷制热装置、太阳能电池板、进气装置等。通过回收汽车在刹车、启动等过程中的能量来获得高压气体，然后引入涡流管实现制冷与制热的效果。同时，系统中使用的泵、风机等均由太阳能装置来驱动。该专利文献报道的方案能够很好的实现太阳能的利用，节省汽车的耗能，但是该专利文献利用汽车刹车过程中产生的能量来压缩气体，该过程中的能量较少，压缩获得的气体流量不稳定等。同时，系统也较为复杂，需要泵、风机、换热器等的结合。

汽车行业的快速发展也带动了汽车空调的快速发展，目前在小型车辆中汽车空调的安装率已经接近100％。作为空调行业和汽车行业的交叉学科，该行业也面临着一些发展难题。如制冷剂的替代，驱动燃油的消耗等，对其进行技术上的创新能够很好的促进该行业的发展。涡流管作为一种高效的能量分离装置，为汽车空气调节技术的创新提供了很好的思路。

发明内容

本发明将涡流管引入到汽车空气调节领域，提出了一种基于涡流管的汽车空气调节系统，该系统大大降低了汽车能耗，且能够提供稳定的气体来源和稳定的制冷效应，同时系统较为简单，控制调节也较为简便。

一种基于涡流管的汽车空气调节系统，包括：

气体供应单元；

设置于所述汽车内部的换热器；

入口与所述气体供应单元连接的涡流管；

所述涡流管的热端出口和冷端出口中一个出口与所述换热器的换热介质管路入口相连，另一个出口与周围环境导通。

采用该技术方案，通过气体功能单元对涡流管提供气源，通过涡流管产生温度较低的气体和温度较高的气体，可分别实现对汽车内部环境夏天的制冷和冬天的制热效果，不会对汽车增加能耗，且不受汽车运行状态的影响。

作为优选，

所述涡流管的热端出口分别通过：带有阀门的第一管路与换热器的换热介质管路入口相连、带有阀门的第二管路与周围环境相连；

所述涡流管的冷端出口分别通过：带有阀门的第三管路与换热器的换热介质管路入口相连、带有阀门的第四管路与周围环境相连。

作为优选，本发明采用涡流管作为产生冷量和热量的关键部件。该涡流管应由高强度的不锈钢材料制成，也可以由强度较高的塑料、铜等材质制作。具体的选择可有涡流管的工作压力和工作介质而定。当储罐内部的工质与塑料、铜不相容时，应采用不锈钢材质。当涡流管的工作压力较高时，应采用铜、不锈钢等材质制作。作为优选，本发明使用的涡流管包括喷嘴，涡流室，孔板和控制阀等结构。其中控制阀用来调节涡流管冷流比和冷热端出口的流体温度数值。涡流室用来在涡流管内部产生涡流。喷嘴用来引入高压的气体。

作为优选，还包括一四通阀；所述四通阀一个端口与所述周围环境导通，另外一个端口与汽车内部空气导通，其他两个端口分别与第二管路、第四管路的出口端相连。通过四通阀可以将复杂的管路集成一体，大大简化了空调系统的结构，同时方便实现自动化控制。

作为优选，所述四通阀与所述周围环境导通的管路上设有热量或者冷量回收单元。夏天时，涡流管的热端出口流出的为高温气体，可通过热量回收单元实现对该部分热量的回收。为了更好的对热流体的能量进行回收，当热流体的温度较高时，采用热电回收阵列对其热量进行回收。作为优选，所述热量回收单元为热电回收阵列；所述冷量回收单元为发动机冷却液冷凝器。

作为优选，所述热电回收阵列是由碲化铋及其合金，碲化铅及其合金或硅锗合金材料制成的热电片的阵列结构，该阵列结构制成柔性的薄板铺设在热流体的排放管道上。该阵列结构制成柔性的薄板铺设在热流体的排放管道上。

本发明中在车厢内部布置有换热器，作为优选，所述换热器和发动机冷却液冷凝器为管壳式换热器、板式换热器、管带式换热器等中的一种及相关的改进结构。

本发明还提供了另外一种基于涡流管的汽车空气调节系统，包括：

气体供应单元；

入口与所述气体供应单元连接的涡流管；

所述涡流管的热端出口和冷端出口中一个出口与所述汽车内部空间导通，另一个出口与周围环境导通。

作为优选，所述气体供应单元包括：

设置在汽车上的高压罐体；

设置在高压罐体上的安全阀；

设置在高压罐体出口管路上的减压阀，该管路出口与涡流管入口相连。

上述技术方案中，气体供应单元用于整个空调系统的气体供应。其中安全阀主要是用于保证高压储罐安全，从高压储放出的工质在减压阀的作用下压力降低。作为优选，该发明中使用的高压罐体后布置有安全阀，高压罐体内的压力值为10MPa～25Mpa。为了保证该装置的可拆卸性，所述高压罐体通过可拆卸方式与汽车车体固定。比如该高压罐体与汽车车厢进行螺栓链接，在需要更换气瓶时，关闭减压阀，即可直接进行拆卸操作。该高压罐体内装有制冷工质，由于涡流管的性能，该工质可以为空气，氮气，对环境友好型的制冷剂等。

作为优选，所述减压阀主要是降低来自高压储罐中气体的压力，作为优选，该减压阀可为活塞式、直接作用式、薄膜式等中的一种。当所需要的压力控制精度较低时，可以采用直接作用式减压阀，而当压力控制精度稍高时，可以采用活塞式减压阀，控制精度要求更高时，则优选薄膜式减压阀体进行压力的控制。

作为优选，本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统在夏天和冬天时具有不同的工作模式，同时由于涡流管的冷端出口的温度可以通过孔板进行调节，因此根据冷端出口的流体温度的高低又分细分为四种工作模式。

作为优选，在夏天模式时，当涡流管冷端出口的温度稍低于常温时，从高压储罐中流出的工质经过减压阀以后变为低压的气体，并以该压力流入到涡流管中进行能量的分离。工质经过涡流管以后被分离成两股流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。此时通过调节管路中阀门的关闭与开启，使得低温流体直接被引入到车厢内部降温，而高温流体则被直接排放至周围环境中去。当涡流管冷端出口的温度比常温低很多时，此时通过调节管路中阀门的关闭与开启，使得低温流体与车厢内部的换热器进行换热，从而实现度车厢内部的空气进行降温。热流体在被排放至周围环境之前，通过热电回收阵列进行热量的回收。该部分所回收的电量将通过变电装置储存在汽车的电池中。

作为优选，在冬天模式时，当涡流管热端出口的温度稍高于常温时，此时通过调节管路中阀门的关闭与开启，使得高温流体直接被引入到汽车车厢内部与空气进行换热，然后被排放至周围环境中。冷流体则通过四通阀和管路，被引入到汽车发动机冷却回路中的冷凝器处，随后被排放至周围环境中去。当涡流管热端出口的温度稍高于常温时，此时通过调节管路中阀门的关闭与开启，使得高温流体通过车体内部的换热器与车厢内部的空气进行换热，然后被排放至周围的环境中去。冷流体的工作过程则不变。

本发明中，气体供应系统用于整个装置的气体供应。涡流管系统用于产生温度较低的气体和温度较高的气体，包括涡流管以及内部的附属部件，为了保证涡流管的强度和耐磨损度，该部件由高强度的不锈钢材质制作而成；车体内部换热器，发动机冷却回路冷凝器，四通阀以及管路中的截止阀等构成了本发明的能量利用系统。

本发明所提出的基于涡流管的汽车空气调节系统具有非常明显的优势，具体说来：

1)本装置易控制，可靠性高。常规的汽车空调系统需要工作一段时间以后才能够达到稳定的工作状态，而非独立式的空调系统受到发动机工作状态的影响很大。本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统，直接利用高压储罐中的气体，在涡流管中实现能量的分离，并形成一股高温的流体和一股低温的流体。每股流体的流量和温度的数值均能够通过调节涡流管中的孔板来实现，由于涡流管的响应速度较快，因此该系统的响应时间也较短，可以在较短的时间内实现所设定的状态。同时，该系统没有运动的部件，只需要常规的静态密封。因此装置的可靠性较好。

2)可移植性高，占地空间小，易实现轻量化。汽车空调装置通常由压缩机，冷暖器、节流阀、蒸发器和一些辅助的装置组成，系统在汽车内部将占用很大的空间。在拆装和维修的时候也比较繁琐。而本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节装置充分利用了涡流管体积小，拆装方便的特点，将涡流管引入到汽车空气调节系统中。该系统在保证效率的同时，更易实现汽车调节装置的小型化，并且系统在维修和更换时仅需要对储气钢瓶进行更换。因此分发明的技术方案具有很大的优势，也特别适用于车体上空间较小的轿车，轻卡和一些电动汽车。

3)不需要电能驱动，且能量利用效率高。传统的汽车空气调节系统，其压缩机是通过汽车发动机或者独立的电能驱动的，因此在使用汽车空调的同时也会引起汽车耗能的增加。同时，对于常规汽车空调在夏天时，利用载冷剂将冷量由蒸发器引出，或者直接通过风冷式换热器将冷风引入到车厢内部进行车内空气温度的调节，而在冷凝器处排出温度较高的空气。在冬天时，汽车空调将通过冷凝器的热风引入到车厢内部进行升温，而将蒸发器处排出的冷风直接排放到空气中去。这样就导致了明显的能量浪费。而本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统，不需要电能等能源的驱动，而是利用储气罐体内的高压气体，整个装置没有运动耗能的部件。通过调节涡流管中的孔板，使得分离出的冷流体和热流体均能够得到很好的利用。夏天时，冷流体通过换热器与车厢内部的空气进行能量的交换，从而降低车厢内部的空气，而此时的热流体的能量通过热电转换装置进行能量的回收。能量利用效率明显高于传统的空调。而在冬天时，热流体通过换热器与车厢内部的冷空气进行换热，从而提高车厢内部流体的温度，冷流体则被引入到发动机的冷却系统中，用来冷却发动机，此时的冷热流体也均得到很好的利用。

由以上的发明内容和对其优势的阐述中可以看到，本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统巧妙的运用涡流管产生制冷和制热效应，能够提供稳定的气体来源和稳定的制冷效应，结构简单紧凑，控制调节简便，并且使得其冷流体和热流体均能够得到很好的利用，将在汽车空器调节领域具有非常好的市场前景。

附图说明

图1为本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空调系统在夏天工作模式下，冷流体直接引入车厢，热流体直接排出的原理图；

图2为本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空调系统在夏天工作模式下，冷流体直接引入车厢，热流体通过热电回收装置的原理图；

图3为本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空调系统在冬天工作模式下，热流体直接引入车厢，冷流体冷却发动机冷却液的原理图。

图4为本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空调系统在冬天工作模式下，热流体经过换热器引入车厢，冷流体冷却发动机冷却液的原理图。

上述附图中：

1、高压罐体；2、安全阀，3、减压阀；4、涡流管；4a为冷端出口；4b为热端出口；5、截止阀；6、截止阀；7、截止阀；9截止阀；8、汽车车厢；10、周围环境；11、车体内部换热器；12、热电回收阵列；13、发动机冷却液冷凝器；14、四通阀。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空调调节系统，包括气体供应单元、涡流管4、四通阀14、截止阀5、截止阀6、截止阀7、截止阀9、以及所在的管路、车体内部换热器11、热量回收单元或者冷量回收单元等。

气体供应单元用于整个装置的气体供应，包括高压罐体1，安全阀2和减压阀3；高压罐体可采用储气钢瓶；高压罐体通过管路与涡流管4的气体入口相连，该管路上设有减压阀3；安全阀2设置在高压罐体1上。高压罐体1内储存的该工质可以为空气，氮气，对环境友好型的制冷剂等。

涡流管4用于产生温度较低的气体和温度较高的气体，包括涡流管本体以及内部的附属部件。涡流管应由高强度的不锈钢材料制成，也可以由强度较高的塑料、铜等材质制作。具体的选择可有涡流管的工作压力和工作介质而定。当储罐内部的工质与塑料、铜不相容时，应采用不锈钢材质。当涡流管的工作压力较高时，应采用铜、不锈钢等材质制作。作为优选，本发明使用的涡流管包括喷嘴，涡流室，孔板和控制阀等结构。其中控制阀用来调节涡流管冷流比和冷热端出口的流体温度数值。涡流室用来在涡流管内部产生涡流。喷嘴用来引入高压的气体。

涡流管4具有入口以及冷端出口4a和热端出口4b，冷端出口4a或热端出口4b的冷流体或者热流体来控制车厢内的温度，通过车体内部换热器11或者直接通入汽车内部空间实现制冷或者制热。冷量回收单元可为发动机冷却液冷凝器13，四通阀14以及管路中的截止阀5、截止阀6、截止阀7、截止阀9等用于实现流体流向的控制。热量回收单元可采用热电回收阵列对热量进行回收。

本发明核心的制冷部件为涡流管，其工作过程可以表述为：储存在高压罐体1中的工质在流经减压阀3以后，其压力降低。并以该压力值进入到涡流管4中进行能量的分离。经过涡流管以后，流体被分成两股温度不同的流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。由于在夏天和冬天时，车厢内部分别需要不同温度的流体，因此本发明在应用时会包括夏天工作模式和冬天工作模式。

在夏天时，车厢内温度较高，因此需要将冷流体引入到车厢内部，此时冷流体有两种方式来对车厢内部的空气进行降温。

(1)当涡流管冷端出口4a的温度较低时，由于冷流的温度太低，不适于直接对车内环境进行制冷，此时截止阀5，截止阀9开启，截止阀6，截止阀7关闭，四通阀14的端口c和端口b接通。冷流体依次经过截止阀5，车体内部换热器11，与汽车车厢8内部的空气进行换热以后排出至周围环境10。而热流体依次经过截止阀9，四通阀14的端口c和端口b，热电回收阵列12进行热量的回收以后再排出至周围环境10。

(2)当涡流管冷端出口4a的温度较高(仍然低于车内环境温度或者室外环境温度)时，此时截止阀5，截止阀6关闭，截止阀7，截止阀9开启，四通阀14的端口a和端口d，端口c和端口b接通。冷流体依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口d，直接引入到车体内部与车厢内部的空气进行换热，然后排出至周围环境10。而热流体依次经过截止阀9，四通阀14的端口c和端口b，直接排出至周围环境10。

冬天工作模式下，此时车厢内部的温度较低，因此需要将涡流管热端出口处的热流体引入来升高车厢内部的空气温度。此时热流体也有两种方式来对车厢内部的空气进行升温。

(1)当涡流管热端出口的流体温度较低(仍高于车内环境温度或者室外环境温度)时，此时截止阀7，截止阀9开启，截止阀5，截止阀6关闭，四通阀14的端口a和端口b导通，端口c和端口d导通。热流体依次经过截止阀9，四通阀14的端口c和端口d直接进入到车厢内部，与车厢内部的冷空气进行换热，然后排出至周围环境10。冷流体则依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口b，进入发动机冷却液冷凝器13冷却发动机冷却液以后排出至周围环境10。

(2)当涡流管热端出口的流体温度较高时，此时截止阀5，9关闭，截止阀6，截止阀7开启，四通阀14的端口a和端口b接通。热流体依次经过截止阀6，进入车体内部换热器11，与车厢内部的空气进行换热以后排出至周围环境10。冷流体则依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口b，进入发动机冷却液冷凝器13冷却发动机冷却液以后排出至周围环境10。

作为本发明的一个突出优势之一，本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统在夏天和冬天时具有不同的工作模式，同时由于涡流管的冷端出口的温度可以通过孔板进行调节，因此根据冷端出口的流体温度的高低又分细分为四种工作模式，以下将通过具体的实施例进行详细的说明：

实施例1 夏天工作模式下直接调节车厢内的空气温度

夏天时，由于太阳的照射作用，车厢内的温度上升较快，同时由于车厢内的环境具有一定的密封性，因此车厢内的温度可高达50-60℃以上，此时就需要对车厢内的温度进行降温。本实施例将主要说明本发明在该工况条件下，对车厢内部的空气进行降温的过程。

如附图1所示，从高压罐体1中流出的工质经过减压阀4以后变为低压的气体，并以该压力流入到涡流管4中进行能量的分离。工质经过涡流管4以后被分离成两股流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。此时截止阀5，截止阀6关闭，截止阀7，截止阀9开启，四通阀14的端口a和端口d导通，端口c和端口b导通。因此冷端出口4a流出的低温流体依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口d直接与车厢内的高温空气进行混合。从而实现车厢内空气的降温效果。

为了更好的说明本发明所提出的一种基于涡流管的汽车温度调节系统在夏天工作模式的有效性和实用性，下面通过计算来说明：假设在夏天时，车厢内的初始温度为50℃，高压罐体内含有25MPa的压缩空气，其体积为60L，环境温度为35℃。高压气体经过减压阀以后的压力为0.8MPa并以该压力进入到涡流管中进行能量的分离，其流量为0.02kg/s,假设此时调整孔板的位置，使得涡流管的冷流比为0.5，取涡流管冷端出口的温度为10～15℃，热端流体出口的温度为55～60℃。取车厢内座位区域的长度为2m，宽度为1.5m，高度为1m。对比时，按照采用汽车空调把车厢温度降低至27℃每小时油耗为3L计算。另外，使车厢内部温度降低至27℃以后的工质流量变为0.004kg/s，直至储罐内部的气体全部消耗完。则应用该系统对汽车内部空气调节的效能总结如表1所示：

表1 使用该发明车厢内最终的温度值与相应节省的燃油费用

由此可见，应用本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统，能够有效的节省汽车的燃油消耗量，这对于环境保护，和节省能源具有重大的意义。

实施例2 夏天工作模式下通过换热器调节车厢内的空气温度

通过调整孔板的位置，使得涡流管4冷端出口4a处流体的温度远低于常温，则此时的冷流体并不能直接排放到车厢内部，而是通过一个换热结构将其冷量引入到车厢内部。本实施例将用来说明本发明提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统应用于该工况模式下的工作过程。

如附图2所示，从高压罐体1中流出的工质经过减压阀3以后变为低压的气体，并以该压力流入到涡流管4中进行能量的分离。工质经过涡流管以后被分离成两股流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。此时截止阀6，截止阀7关闭，截止阀5，截止阀9开启，四通阀14的端口c和端口b接通。冷流体经过截止阀5在换热器11处与车厢内部的空气进行换热，之后被排出至周围环境中。而热流体流经截止阀9，四通阀14的端口c和端口b，通过热电回收阵列12，然后被排出至周围环境中。通过热电回收阵列12进行废热的回收。并把回收的电能储存起来，用于驱动汽车内部的照明等设备。

为了更好的说明本发明在此工作模式下的优势，下面通过计算进行说明：假设在夏天时，车厢内的初始温度为50℃，高压罐体内含有25MPa的压缩空气，其体积为60L，环境温度为35℃。高压气体经过减压阀3以后的压力为0.8MPa并以该压力进入到涡流管中进行能量的分离，假设此时调整孔板的位置，使得涡流管的冷流比为0.5，取涡流管冷端出口的温度为-10～-15℃，其流量为0.02kg/s,热端流体出口的温度为80-85℃。取经过车体内部换热器11的冷流体出口温度为0℃。另外，使车厢内部温度降低至27以后的流量变为0.004kg/s，直至储罐内部的气体全部消耗完。取车厢内座位区域的长度为2m，宽度为1.5m，高度为1m。对比时，按照采用汽车空调把车厢温度降低至27℃每小时油耗为3L计算。热流体经过回收以后温度降低20℃，热电回收的效率为20％，则该装置的整体效能见表2所示：

表2 使用该发明所节省的燃油费用和回收的能量

实施例3 冬天工作模式下直接调节车厢内的空气温度

冬天时，太阳的辐射作用明显的减弱，周围环境的温度也比较的低，此时应用汽车空调系统主要是提高车厢内的温度，以使得环境事宜。本实施例将主要说明本发明应用在此工况下，对车厢内部的空气的升温过程。

如附图3所示，从高压罐体1中流出的工质经过减压阀3以后变为低压的气体，并以该压力流入到涡流管4中进行能量的分离。工质经过涡流管以后被分离成两股流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。此时截止阀5，截止阀9关闭，截止阀6开启，四通阀14的端口a和端口b接通。热流体经过截止阀6以后，通过车体内部换热器11与车厢内部的空气进行热量的交换。随后被排出至周围环境10。冷流体依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口b与发动机冷却液冷凝器13进行换热以后被排放至周围环境10。

为了更好的说明本发明在此工作模式下的优势，下面通过计算进行说明：假设在冬天时，车厢内部的初始温度为5度，高压罐体内含有25MPa的压缩空气，其体积为60L，环境温度为0℃。高压气体经过减压阀以后的压力为0.8MPa并以该压力进入到涡流管中进行能量的分离，假设此时调整孔板的位置，使得涡流管的冷流比为0.5，取涡流管冷端出口的温度为10～15℃，热端流体出口的温度为55～60℃。取车厢内座位区域的长度为2m，宽度为1.5m，高度为1m。对比时，按照采用汽车空调把车厢温度升高至20℃每小时油耗为3L计算。另外，使车厢内部温度升高至20℃以后的流量变为0.004kg/s，直至储罐内部的气体全部消耗完。同时，冷流体经过发动机冷却液冷凝器换热以后温度降低10℃。则该装置的整体效能见表3所示：

表3 使用该发明车厢内最终的温度值和所节省的燃油费用

实施例4 冬天工作模式下通过换热器调节车厢内的空气温度

通过调节涡流管内部的孔板结构，可使得涡流管热端出口的温度较高，此时高温的气体不能直接通入到车厢内部进行升温，但是可以通过换热器将热量导出。本实施例主要用来说明本发明所提出的一种基于涡流管的汽车空气调节系统应用于此工况下的工作过程。

如附图4所示，从高压储罐中流出的工质经过节流阀以后变为低压的气体，并以该压力流入到涡流管中进行能量的分离。工质经过涡流管以后被分离成两股流体，一股为高温流体，另一股为低温流体。此时截止阀5，截止阀9关闭，截止阀6，截止阀7开启，四通阀14的端口a和端口b接通。热流体经过截止阀6以后，依次经过车体内部的换热器11，与车厢内部的空气进行换热以后，被排放至周围环境10。冷流体依次经过截止阀7，四通阀14的端口a和端口b，与发动机冷却液的冷凝器进行换热以后也被排放至周围环境10。

为了更好的说明本发明的有效性，下面进行计算说明：假设在冬天时，车厢内部的初始温度为5度，高压罐体内含有25MPa的压缩空气，其体积为60L，环境温度为0℃。高压气体经过减压阀以后的压力为0.8MPa并以该压力进入到涡流管中进行能量的分离，假设此时调整孔板的位置，使得涡流管的冷流比为0.5，取涡流管冷端出口的温度为-10～-15℃，热端出口的温度为80～85℃。取经过车体内部换热器11的热流体出口温度为60℃。与发动机冷却回路中冷凝器换热器的换热温差为10度。同时，取车厢内座位区域的长度为2m，宽度为1.5m，高度为1m。对比时，按照采用汽车空调把车厢温度升高至20℃每小时油耗为3L计算。另外，使车厢内部温度升高至20℃以后的流量变为0.004kg/s，直至储罐内部的气体全部消耗完。则该装置的整体效能见表4所示：

表4 使用该发明车厢内最终的温度值和所节省的燃油费用

由以上的实施例可以明显看出，本发明在使用过程中，具有很好的经济性能，并且能够有效的节省汽车燃油的消耗量，并且能够为汽车内部的耗电设备提供一定的电量，因此具有非常好的应用前景。

Claims (10)

1.一种基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：包括：

气体供应单元；

设置于所述汽车内部的换热器；

入口与所述气体供应单元连接的涡流管；

所述涡流管的热端出口和冷端出口中一个出口与所述换热器的换热介质管路入口相连，另一个出口与周围环境导通。

2.根据权利要求1所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：

所述涡流管的热端出口分别通过：带有阀门的第一管路与换热器的换热介质管路入口相连、带有阀门的第二管路与周围环境相连；

所述涡流管的冷端出口分别通过：带有阀门的第三管路与换热器的换热介质管路入口相连、带有阀门的第四管路与周围环境相连。

3.根据权利要求2所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：

还包括一四通阀；

所述四通阀一个端口与所述周围环境导通，另外一个端口与汽车内部空气导通，其他两个端口分别与第二管路、第四管路的出口端相连。

4.根据权利要求3所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：所述四通阀与所述周围环境导通的管路上设有热量或者冷量回收单元。

5.根据权利要求4所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：所述热量回收单元为热电回收阵列；所述冷量回收单元为发动机冷却液冷凝器。

6.根据权利要求5所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：所述热电回收阵列是由碲化铋及其合金，碲化铅及其合金或硅锗合金材料制成的热电片的阵列结构，该阵列结构制成柔性的薄板铺设在热流体的排放管道上。

7.根据权利要求5所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：所述换热器和发动机冷却液冷凝器为管壳式换热器、板式换热器、管带式换热器等中的一种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：

所述气体供应单元包括：

设置在汽车上的高压罐体；

设置在高压罐体上的安全阀；

设置在高压罐体出口管路上的减压阀，该管路出口与涡流管入口相连。

9.根据权利要求8所述的基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：所述高压罐体通过可拆卸方式与汽车车体固定。

10.一种基于涡流管的汽车空气调节系统，其特征在于：包括：

气体供应单元；

入口与所述气体供应单元连接的涡流管；

所述涡流管的热端出口和冷端出口中一个出口与所述汽车内部空间导通，另一个出口与周围环境导通。