一种结合温差发电和涡流管原理的汽车节能系统的制作方法

本发明涉及一种结合温差发电和涡流管原理的汽车节能系统，通过改善汽车制冷系统以提高能源利用率和减少尾气热量排量，属于汽车节能减排技术领域。

背景技术：

温差发电技术背景——随着当今世界的汽车保有量迅速增加，对于提高燃油使用效率的技术已成为研究重点，同时安全有效的能源利用方法也得到了很大发展。现如今，利用汽车尾气余热来进行温差发电的技术日趋成熟。早在1988年，Birkholz等人就已对汽车尾气的余热进行温差发电进行了研究，但受制于温差发电材料，使得发电效果并不理想。日本Nissan公司利用自己开发的多级温差发电装置，冷端采用水冷降温以提高热冷端温差，明显提高了发电效率。美国Hi-z公司开发了一种以碲化铋为材料的温差发电模块，该模块分为4个系列，在两端温度为230℃/30℃时可获得2.5W～19W的发电功率。2001年，西安交通大学提出了温差发电的求解方法和分析公式。通用汽车公司研发了一种利用汽车尾气的发电装置，经测试，该装置在FTP工况及在高速公路工况下输出功率分别可达350W和600W，可提高燃油经济性5%。2010年，华南理工大学为提高传热效率设计了一种新型内置式温差发电器，该结构采用分离式循环水冷，冷端直接接入发动机水冷系统，热端与汽车尾气直接进行对流/辐射传热，强化了流场，温度场与电场的耦合。

涡流管的技术背景——涡流效应是由法国物理学家乔治朗格于1930年发现，他在实验中发现了旋风分离器中的涡流冷却效应，即旋风分离器中气流的中心温度和周边各层的温度是不同的，中心具有较低的温度，而外缘具有较高的温度这一现象。1946年，德国物理学家Rudolf Hilsch关于涡流管装置的实验论文中，运用详细的资料证实了涡旋温度分离效应，并就涡流管装置的设计、应用和温度效应的定义等问题提出了一系列的研究成果和有价值的建议，使涡流管制冷器成为一种实用的制冷机，且有逆流和顺流两种基本类型，但由于其热效率低没有得到应有的重视。由于管内发生的能量交换过程极其复杂，对涡流管效应的解释亦是众说纷纭，未有一种令人非常满意的解释。因此，至今仍难以给出能够精确预测涡流管性能的数学模型。

近年来，经过不断研究和改进，涡流管的绝热效率不断提高，加之其结构简单、造价低廉、无运动部件、采用低压气体制冷工质的特点，因此，逐渐成为发展前景广阔的制冷器。过去几年，法国、印度、日本、苏联、美国、丹麦、荷兰和英国等许多国家都在从事涡流管制冷器的研究和开发工作，并在气体液化、天然气和石油气纯化、仪表、航空等领域得到应用。但我国因片面强调涡流管的低效率，而忽略了其独特的优越性，使得这方面的实验和机理研究开展得很少，而应用研究则几乎为零。随着天然气和液化天然气行业的发展及对安全可靠小型制冷装置和环保的需求，为涡流管的应用提供了一个巨大的机会。相信随着科技的进步和对涡流管的研究，涡流管将有很广阔的应用空间。

文献研究表明，国内外学者对汽车节能减排进行了大量的研究，且汽车尾气和汽车空调系统更是研究的热点，但少有将涡流管用于汽车空调系统的报道。然而涡流管在汽车内辅助空调制冷的优越性能具有很大优势，甚至可能完全取代空调制冷。在已有的汽车尾气研究中，也只是将通过温差发电片转化的电能直接存储在汽车蓄电池中，电能并没有得到更有效的利用。

因此，本发明首次尝试将涡流管用于汽车空调系统，并利用温差发电得到的电能进行驱动，以大大提高汽车节能减排效果。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：在对传统汽车尾气排放系统和汽车空调系统进行优化改善的基础上，提供一种结合温差发电和涡流管原理的汽车节能系统，通过在传统汽车尾气排放系统中加装温差发电系统，用涡流管取代传统汽车空调系统，而涡流管所需的驱动电能则由温差发电系统提供，通过二者结合来提高整个系统的综合性能，达到节能减排和提高燃料利用率的目的。

本发明采用的技术方案是这样的：

一种结合温差发电和涡流管原理的汽车节能系统，包括供气装置、储气罐、涡流管、换热器一、气泵二、换热器二和温差发电系统，所述供气装置为储气罐供气，所述涡流管的输入端与储气罐连接，涡流管的冷气输出管和热气输出管分别分成两个支路与换热器一和气泵二连接且每条支路上均分别设置有一个截止阀，换热器一和气泵二的输出管共同与换热器二输入端连接，换热器二的输出端与储气罐连接，所述温差发电系统分别为供气装置、气泵二供电。

作为优选，供气装置包括依次连接的空气吸收器、过滤器一、活塞推进器、过滤器二、气泵一，所述储气罐连接在过滤器二与活塞推进器之间的管路上，所述温差发电系统为气泵一供电。活塞推进器的连杆与汽车的传动轴相连，当汽车刹车时，连杆开始运动，活塞推进器将过滤后的清洁空气压缩送入储气罐。

作为优选，还包括一个风扇，所述温差发电系统为风扇供电，所述风扇位于散热器二的散热面。该风扇用于夏季时加快空气流通以提高换热器二的热交换效率，保证系统的正常稳定运行。

作为优选，所述温差发电系统包括热电模块、蓄电池组和冷却水泵，所述蓄电池组对热电模块转化的电能进行存储，所述冷却水泵对热电模块进行冷却。作为优选，所述冷却水泵的水温由一个水温控制器进行控制。热电模块安装在发动机的尾气排气管中，直接与汽车尾气接触，负责将尾气中的热能转化为电能。

作为优选，所述冷却水泵和水温控制器均由热电模块转化的电能进行供电。如此设置，有效地利用了温差发电系统转化的电能，起到了节能减排的效果。

作为优选，所述热电模块的工作状态由热电控制模块进行监控，监控参数包括电压、电流、热电模块内阻、输出功率、转化效率等基本参数以及模块的冷热端温度，当模块热端温度即将达到其能承受的最高温度时，通过位于发动机后、热点模块前的分流支路排放部分废气，减少进入排气管的废气量，以降低模块热端温度；所述蓄电池组的工作状态由蓄电池管理模块进行监控，主要是对电池充电量进行监测,并将监测结果发送给热电控制模块，使之能够及时为蓄电池充电。冷气输出管与热气输出管的四个支路上的四个截止阀由热电模块控制。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本系统与传统汽车空调系统相比，具有明显减小汽车油耗，提高汽车舒适度，降低成本等特点，因此更适合实际需要。

2、利用汽车运行时汽车尾气中的大量热量，热量通过温差发电系统转化为电能临时储存在蓄电池当中，以供涡流管原理的空调系统使用，从而取代传统的汽车空调系统，从而解决了因传统空调系统运行过程中功率较大导致的汽车油耗太大的问题。

3、通过在汽车尾气排放系统中加装温差发电系统，一方面降低了汽车尾气排放时的噪音，另一方面降低了汽车尾气排放时的温度，避免了汽车尾气带走大量可再利用热量。

4、利用汽车尾气进行温差发电，具有能量输出较稳定且效率高的特点。

5、涡流管原理的空调系统，结构简单，耗电量少，完全可以利用温差发电系统的电能实现自给自足，节能环保。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是图1中标记为11的尾气温差发电系统的原理图。

图3是本发明中尾气温差发电系统与涡流管空调系统的连接示意图。

图中标记：0为活塞推进器，1为空气吸收器，2A为过滤器一，2B为过滤器二，3为气泵一，4为储气罐，5为涡流管， 6A、6B、6C和6D 均为截止阀，7为换热器一，8为气泵二，9为换热器二，10为风扇，11为温差发电系统，11a为冷却水泵，11b为水温控制器，11c为热电模块，11d为热电控制模块，11e为蓄电池组，11f为蓄电池管理模块，12为发动机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例：

如图1所示，一种结合温差发电和涡流管原理的汽车节能系统，包括供气装置、储气罐4、涡流管5、换热器一7、气泵二8、换热器二9和温差发电系统，所述供气装置为储气罐4供气，所述涡流管5的输入端与储气罐4连接，涡流管5的冷气输出管和热气输出管分别分成两个支路与换热器一7和气泵二8连接且每条支路上均分别设置有一个截止阀，换热器一7和气泵二8的输出管共同与换热器二9输入端连接，换热器二9的输出端与储气罐4连接。

所述温差发电系统分别为供气装置、气泵二8供电，还包括一个风扇10，所述温差发电系统为风扇10供电，如图3所示，风扇10位于换热器二9的散热面，用于夏季时加快空气流通以提高换热器二9的热交换效率，保证系统的正常稳定运行。

供气装置包括依次连接的空气吸收器1、过滤器一2A、活塞推进器0、过滤器二2B、气泵一3，所述储气罐4连接在过滤器二2B与活塞推进器0之间的管路上，所述温差发电系统为气泵一3供电。

所述温差发电系统如图2所示，包括热电模块11c、蓄电池组11e和冷却水泵11a，所述蓄电池组11e对热电模块11c转化的电能进行存储，所述冷却水泵11a对热电模块11c进行冷却。热电模块11c安装在发动机12的尾气排气管中，直接与汽车尾气接触，负责将尾气中的热能转化为电能。

所述冷却水泵11a的水温由一个水温控制器11b进行控制。

所述冷却水泵11a和水温控制器11b均由热电模块11c转化的电能进行供电。

所述热电模块11c的工作状态由热电控制模块11d进行监控，所述蓄电池组11e的工作状态由蓄电池管理模块11f进行监控。

换热器一7的作用是利用涡流管出来的冷热流体通过换热，与汽车现有空调系统相连，实现对车内温度的调节；换热器二9的作用是在夏季时将换热器一7出口温度较高的热空气进行换热降温。涡流管5出来的热流和冷流由热电控制模块通过控制截止阀（包括6A、6B、6C和6D）来实现冬夏季期间冷热两种流体的流向，在汽车原空调系统的基础上，借助换热器一7实现对车内温度的调节。夏季时，6B、6D关闭，6A、6C打开，冷流进入换热器一7，热流进入气泵8；冬季时，6A、6C关闭，6B、6D打开，热流进入换热器一7，冷流进入气泵8。