专利名称：一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统的制作方法
技术领域：
本发明属于制冷空调领域，具体是涉及一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统。
背景技术：
随着汽车保有量的增加，越来越多的汽车只能停放在露天场所，这些场所常常缺少遮阳措施或设备。在夏季，尤其是在南方的夏季，太阳光下停车一段时间后，车内温度一般都会超过50°C，甚至会达到60°C以上，这将大大高于外界温度，使得车内成为一个让人难以忍受的高温空间，车主在打开车门时会有一种车内热浪扑面而来的感觉，严重影响了人们乘车舒适性。为了降低车内温度，车载制冷系统持续大功率开启，造成车辆耗油量大幅度提高。随着追求舒适性乘车理念的普及以及节约能源的呼声高涨，节油舒适型汽车受到越来越多人的喜爱，也成为了一种时尚的汽车设计理念。目前比较常规的汽车遮阳方式主要是采用汽车贴膜、遮阳护罩、汽车降温剂等方式，然而都无法有效降低车内热量积聚过多这一问题，且用车成本大大加大，实用性上不尽如人意。在冬季，尤其是在寒冷的早上，停放在露天的汽车通常会由于车体内温度过低导致车窗前档风玻璃会有厚厚的霜生成，与此同时在天气特别冷的时候，常常会开启空调系统进行辅助加热，这样不仅导致汽车启动除霜时间较长，油耗增加，同时车内舒适度较差。专利号为ZL 200620079788. 0的专利公开了一种车载太阳能空调器，它的主要特点是利用外置太阳能板来驱动半导体制冷，实现对车体内空气的调节；专利号为ZL 201020046851. 7的专利公开了车载太阳能制冷系统，它采用将太阳能电池板放置于车顶产生直流电来驱动半导体制冷；专利号为ZL 201020242920. 1的专利公开了一种车载太阳能辅助双温空调系统，它的主要特点是将外置太阳能供电系统的输出端与转换开关的一端连接，转换开关的另一端与电动机相连来驱动外加的压缩机，并与汽车原有压缩机相耦合实现汽车内空气调节。以上提出的三种系统都在不同程度上降低或改善了车内的温度。但他们都具有调节不太灵活，外置太阳能电池板占用空间较大，而且导致车体的美观性有所下降。
发明内容
本发明提供了一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，通过设置涡流管实现冷热气流的分离，解决了夏季车内热量积聚过多或冬季车内过冷的问题。一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，包括制冷制热装置、太阳能电池板、为所述制冷制热装置提供高压气体的进气装置，所述制冷制热装置包括涡流管、换热装置、泵、第一换热器、第二换热器和四个截止阀，所述进气装置的出口连接涡流管的进口，涡流管的热端出口分成两路，涡流管的冷端出口分成两路，热端出口的一路连接第二截止阀的进口，冷端出口的一路连接第一截止阀的进口，第一截止阀的出口与第二截止阀的出口分别连接所述换热装置的进口，热端出口的另一路连接第四截止阀的进口，冷端出口的另一路连接第三截止阀的进口，第三截止阀的出口与第四截止阀的出口汇成一路，再与换热装置的出口连成一路，接着依次串联泵和第一换热器，第一换热器的出口连接进气装置的进口，第二换热器插入换热装置中；所述泵由所述太阳能电池板驱动；所述进气装置包括空气吸收器、活塞推进器、储气罐；所述空气吸收器的出口连接所述活塞推进器的进口，活塞推进器的出口连接所述储气罐的第一进口，储气罐的出口连接所述涡流管的进口，所述第一换热器的出口连接储气罐的第二进口。优选的，所述的活塞推进器的进口前设有过滤器，使进入储气罐的气体通过过滤器预先过滤，保证进入储气罐的空气清洁。优选的，所述进气装置还包括高压打气筒、与高压打气筒连接的快速管，快速管的出口连接储气罐的第一进口。利用高压打气筒提供高压气体，可增强系统的灵活性。优选的，所述的快速管后设有过滤器，使进入储气罐的气体通过过滤器预先过滤， 保证进入储气罐的空气清洁。优选的，所述进气装置还包括制冷剂钢瓶，制冷剂钢瓶的出口连接储气罐的第一进口。利用制冷剂钢瓶提供高压气体，可增强系统的灵活性。 优选的，所述第一换热器外面还设有一风扇。通过风扇，可加快第一换热器与环境的热交换。优选的，所述风扇是由太阳能电池板所供的电来驱动，不增加汽车能耗。本发明中，所述第二换热器可采用热管换热器，脉动热管换热器，具体形状可根据实际需要进行装配。所述储气罐的压力约0. 4MPa至2. OMPa0优选的，所述储气罐底部安放安全阀，以保证储气罐的压力在一定范围之内，保证车辆的安全。本发明空调系统中的工质为天然环保工质、臭氧消耗潜值(ODP)为零，温室效应潜值(GWP)很低的环保工质，如空气、氮气、氢氟烃、二氧化碳、碳氢化合物。本发明还提供了一种带有上面所述基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统的汽车，将车顶天窗或车顶及车顶天窗两者制成所述空调系统的太阳能电池板，使汽车整体美观性好，而且没有外置太阳能电池板占用空间大的问题。优选的，所述活塞推进器的连杆与所述汽车的车轴相连，如此可充分利用汽车刹车或启动时的能量来获得供所述制冷制热装置所用的高压气体，充分利用能源，不消耗汽车能耗。本发明的有益效果在于(1)本发明可以利用涡流管来实现冷热气流的分离，可根据实际气候条件全年运行，特别是夏季时充分利用涡流管分离出来的冷气流，实现汽车在室外静止停放时车体内空间温度的降低、汽车运行时车体空间内辅助制冷，这样不仅提高了人体舒适性，与此同时也节约油耗，节省成本；冬季时充分利用涡流管分离出来的热气流，可实现汽车在室外静止停放时车体内空间的辅助制热，也可实现汽车运行时的辅助制热，提高人体的舒适度，且一定程度上也节约了油耗。(2)由热管组成的第二换热器的受热部分和放热部分结构设计和位置非常灵活， 汇源分离的距离可以根据实际需要及所采用的热管性能来定，可以从几十厘米到100米，可以实现冷热流体之间零泄漏。(3)可充分利用天然环保工质、臭氧消耗潜值(ODP)为零，温室效应潜值(GWP)很低的环保工质，如空气、氮气、氢氟烃、二氧化碳、碳氢化合物，减小对环境的污染。(4)将车顶的天窗或天窗+车顶直接制作成空调系统的太阳能电池板，并由其供电来驱动泵与风扇；活塞推进器的连杆与车轴连接，可充分利用汽车的刹车或启动时的能量来获得高压气体，也可利用轻便的高压打气筒获得高压气体，或直接充罐制冷工质来获得高压气体，可依据实际情况灵活使用。因此不消耗额外电能与油耗，不需要额外设置太阳能电池板，这样应用灵活，且不影响汽车美观。总之，本发明充分利用了太阳能电池板供电、涡流管、热管的特性，展现了它在汽车领域中的应用潜力，具有空间需求量小、布置灵活，使用方便，可充分利用太阳能，可在汽车车内与环境处于小温差下正常工作，自身造价低，不影响汽车美观等特点。因此该系统改善汽车的舒适性要求，是一种比较理想的节能减排方案，具有很大的应用前景。
图1为本发明汽车的空调系统的一种实施方式的流程示意图。图2是图1所示空调系统安装于汽车内的安装位置示意图。其中1、车轴；2、空气吸收器；3、活塞推进器；4、快速管；5、太阳能电池板；6、第一过滤器；7、第二过滤器；8、第一止回阀；9、第二止回阀；10、安全阀；11、储气罐；12、涡流管；13、第三截止阀；14、第四截止阀；15、第一换热器；16、第一截止阀；17、第二截止阀； 18、第二换热器；19、换热装置；20、泵；21、风扇；22、制冷剂钢瓶；23、第五截止阀；24、高压打气筒；25、汽车；26、基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统；27、进气装置；28、制冷制热装置。
具体实施例方式本发明可适用于全年运行，尤其是适用于夏季制冷与冬季制热工况。以下实施例仅是作为示例性，并非限制本发明的范围。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。实施例参照图1，图1为本发明汽车的空调系统的一种实施方式的流程示意图。该空调系统包括进气装置27、制冷制热装置观和太阳能电池板5 ；其中进气装置27包括空气吸收器 2、活塞推进器3、快速管4、第一过滤器6、第二过滤器7、第一止回阀8、第二止回阀9、安全阀10、储气罐11、制冷剂钢瓶22、第五截止阀23、高压打气筒M ；制冷制热装置观包括涡流管12、第三截止阀13、第四截止阀14、第一换热器15、第一截止阀16、第二截止阀17、第二换热器18、换热装置19、泵20、风扇21。空气吸收器2的出口与第一过滤器6进口相连，第一过滤器6的出口与活塞推进器3的进口相连，活塞推进器3的出口与第一止回阀8的进口相连，第一止回阀8的出口与第二止回阀9的出口汇成一路后，连接储气罐11的第一进口 ；高压打气筒M的出口与快速管4的进口相连，快速管4的出口与第二过滤器7的进口相连，第二过滤器7的出口与第二止回阀9的进口相连；制冷剂钢瓶22出口通过第五截止阀23与储气罐11的第一进口相连。储气罐11的第一出口与安全阀10的进口相连，储气罐11的第二出口与涡流管12的进口相连。涡流管12的热端出口分成两路，一路和第二截止阀17的进口相连，另一路和第四截止阀14的进口相连，第二截止阀17的出口与换热装置19的第一进口相连；涡流管12冷端出口分成两路，一路连接于第一截止阀16的进口，另一路连接于第三截止阀13的进口，第一截止阀16的出口与换热装置19的第二进口相连，第四截止阀14的出口和第三截止阀13 的出口汇成一路后，与换热装置19的出口连成一路，再与泵20的进口相连，泵20的出口与第一换热器15的进口相连，第一换热器15的出口与储气罐11的第二进口相连，第二换热器18插入换热装置19中。第一换热器15的外面设有风扇21。太阳能电池板5的输出电线接口分别连接于泵20的输入电流电线接口和风扇21的输入电流电线接口。将活塞推进器3的连杆与车轴1相连，以利用汽车刹车或启动时的能量来获得高压气体。将汽车天窗或车顶+天窗直接制作成太阳能电池板5，蓄电池可安装在汽车25座位下或后备车箱里，也或直接利用汽车25原有的蓄电池。这样不需要外置太阳能电池板，整体安装灵活，不影响车身美观。虽然图1显示换热装置19有两个进口，但换热装置19可仅有一个进口，这种情况下，第一截止阀16的出口和第二截止阀17的出口均连接同一进口。图2为图1所示空调系统安装于汽车内的安装位置示意图。图2中沈为图1的空调系统。第二换热器18 —端伸入汽车25车内，另一端安装在换热装置19中。以下提供本实施例汽车的空调系统在夏季和冬季两种工况下的工作流程。夏季工况本系统的流程为当汽车在公路上行驶时，快速管4断开，空气由空气吸收器2吸入后进入第一过滤器6，然后进入活塞推进器3，汽车25在刹车时利用惯性，由车轴1驱动活塞推进器3来压缩来自第一过滤器6的空气，压缩空气经过第一止回阀8进入储气罐11。 当汽车在公路上长久静止后，可将快速管4连接，空气由高压打气筒M进入，经过快速管4 后进入第二过滤器7，然后通过第二止回阀9进入储气罐11，或可接好制冷剂钢瓶22，并打开第五截止阀23将工质充罐进入储气罐11达到所需的压力。当储气罐11中的气体压力达到一定值时，停止活塞推进器3压缩气体或者停止高压打气筒M打气或停止利用制冷剂钢瓶22充罐制冷工质，高压气体在储气罐11中储存。制冷剂钢瓶22中的工质可为空气、 氮气、氢氟烃、二氧化碳、碳氢化合物等尽可能减小对环境的污染的物质。当汽车静止停放或运行时，储气罐11中的高压气体进入涡流管12，此时，第二截止阀17和第三截止阀13均关闭，从涡流管12冷端流出的低压低温气体经过第一截止阀16进入换热装置19，第二换热器18中的流体在换热装置19中放出热量。涡流管12热端流出的低压高温气体经过第四截止阀14后，与在换热装置19中吸热后的气体混合，随后进入泵20，泵20将此部分气体加压送入第一换热器15，使其与环境空气进行热交换，经过热交换的气体进入储气罐11，完成循环。当储气罐11中的气体压力过高时，气体由安全阀10流出。将汽车天窗、天窗+车顶直接制作成太阳能电池板5，由其吸收太阳能产生电能，用来驱动泵20和风扇21。风扇 21可使第一换热器15与环境空气的热交换更加完全。当高压打气筒M在打好气后或制冷剂钢瓶22充好制冷工质后，可收起放入汽车 25后备箱中。通过对本实施例汽车的空调系统在夏季工况下进行模拟计算，其中采用工质为空气所计算的结果见表1与表2 ；采用工质为HFC-13^所计算的结果见表3与表4。
表1不同车厢温度下节能比较
权利要求
1.一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，包括制冷制热装置、太阳能电池板，其特征在于还包括为所述制冷制热装置提供高压气体的进气装置；所述制冷制热装置包括涡流管、换热装置、泵、第一换热器、第二换热器和四个截止阀， 所述进气装置的出口连接涡流管的进口，涡流管的热端出口分成两路，涡流管的冷端出口分成两路，热端出口的一路连接第二截止阀的进口，冷端出口的一路连接第一截止阀的进口，第一截止阀的出口与第二截止阀的出口分别连接所述换热装置的进口，热端出口的另一路连接第四截止阀的进口，冷端出口的另一路连接第三截止阀的进口，第三截止阀的出口与第四截止阀的出口汇成一路，再与换热装置的出口连成一路，接着依次串联泵和第一换热器，第一换热器的出口连接进气装置的进口，第二换热器插入换热装置中；所述泵由所述太阳能电池板驱动；所述进气装置包括空气吸收器、活塞推进器、储气罐；所述空气吸收器的出口连接所述活塞推进器的进口，活塞推进器的出口连接所述储气罐的第一进口，储气罐的出口连接所述涡流管的进口，所述第一换热器的出口连接储气罐的第二进口。
2.根据权利要求1所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，其特征在于所述进气装置还包括高压打气筒、与高压打气筒连接的快速管，快速管的出口连接储气罐的第一进口。
3.根据权利要求1所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，其特征在于所述进气装置还包括制冷剂钢瓶，制冷剂钢瓶的出口连接储气罐的第一进口。
4.根据权利要求1所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，其特征在于所述第一换热器外面还设有一风扇。
5.根据权利要求4所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，其特征在于所述风扇是由所述太阳能电池板驱动。
6.根据权利要求1所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，其特征在于所述第二换热器为热管换热器或脉动热管换热器。
7.一种带有权利要求1-6任一所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统的汽车，包括车顶和车顶天窗，其特征在于所述车顶天窗或车顶天窗及车顶两者制成所述空调系统的太阳能电池板。
8.根据权利要求7所述的基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统的汽车，其特征在于所述活塞推进器的连杆与所述汽车的车轴相连。
全文摘要
本发明公开了一种基于涡流管的太阳能热管车载热泵型空调系统，包括制冷制热装置、太阳能电池板、进气装置，制冷制热装置包括涡流管、换热装置、泵、第一换热器和第二换热器；第二换热器可采用热管换热器或脉动热管换热器，泵由太阳能电池板驱动。本发明还公开了一种带有上述空调系统的汽车，将汽车的车顶天窗或车顶天窗及车顶两者均制成空调系统的太阳能电池板，而且还可以把进气装置与车轴连接，可充分利用汽车的刹车或启动时的能量来获得高压气体。本发明不仅实现夏天制冷，冬天制热，提高人体在汽车内的舒适度，而且不增加汽车能耗、调节灵活性强、不影响车身美观。
文档编号B60R16/033GK102305488SQ201110192389
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者吴孔祥, 周凯, 李鹏, 王征, 陈光明, 韩晓红 申请人:浙江大学