本發(fā)明涉及一種結(jié)合溫差發(fā)電和渦流管原理的汽車節(jié)能系統(tǒng)，通過改善汽車制冷系統(tǒng)以提高能源利用率和減少尾氣熱量排量，屬于汽車節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

溫差發(fā)電技術(shù)背景——隨著當(dāng)今世界的汽車保有量迅速增加，對于提高燃油使用效率的技術(shù)已成為研究重點，同時安全有效的能源利用方法也得到了很大發(fā)展?，F(xiàn)如今，利用汽車尾氣余熱來進(jìn)行溫差發(fā)電的技術(shù)日趨成熟。早在1988年，Birkholz等人就已對汽車尾氣的余熱進(jìn)行溫差發(fā)電進(jìn)行了研究，但受制于溫差發(fā)電材料，使得發(fā)電效果并不理想。日本Nissan公司利用自己開發(fā)的多級溫差發(fā)電裝置，冷端采用水冷降溫以提高熱冷端溫差，明顯提高了發(fā)電效率。美國Hi-z公司開發(fā)了一種以碲化鉍為材料的溫差發(fā)電模塊，該模塊分為4個系列，在兩端溫度為230℃/30℃時可獲得2.5W～19W的發(fā)電功率。2001年，西安交通大學(xué)提出了溫差發(fā)電的求解方法和分析公式。通用汽車公司研發(fā)了一種利用汽車尾氣的發(fā)電裝置，經(jīng)測試，該裝置在FTP工況及在高速公路工況下輸出功率分別可達(dá)350W和600W，可提高燃油經(jīng)濟(jì)性5%。2010年，華南理工大學(xué)為提高傳熱效率設(shè)計了一種新型內(nèi)置式溫差發(fā)電器，該結(jié)構(gòu)采用分離式循環(huán)水冷，冷端直接接入發(fā)動機(jī)水冷系統(tǒng)，熱端與汽車尾氣直接進(jìn)行對流/輻射傳熱，強(qiáng)化了流場，溫度場與電場的耦合。

渦流管的技術(shù)背景——渦流效應(yīng)是由法國物理學(xué)家喬治朗格于1930年發(fā)現(xiàn)，他在實驗中發(fā)現(xiàn)了旋風(fēng)分離器中的渦流冷卻效應(yīng)，即旋風(fēng)分離器中氣流的中心溫度和周邊各層的溫度是不同的，中心具有較低的溫度，而外緣具有較高的溫度這一現(xiàn)象。1946年，德國物理學(xué)家Rudolf Hilsch關(guān)于渦流管裝置的實驗論文中，運用詳細(xì)的資料證實了渦旋溫度分離效應(yīng)，并就渦流管裝置的設(shè)計、應(yīng)用和溫度效應(yīng)的定義等問題提出了一系列的研究成果和有價值的建議，使渦流管制冷器成為一種實用的制冷機(jī)，且有逆流和順流兩種基本類型，但由于其熱效率低沒有得到應(yīng)有的重視。由于管內(nèi)發(fā)生的能量交換過程極其復(fù)雜，對渦流管效應(yīng)的解釋亦是眾說紛紜，未有一種令人非常滿意的解釋。因此，至今仍難以給出能夠精確預(yù)測渦流管性能的數(shù)學(xué)模型。

近年來，經(jīng)過不斷研究和改進(jìn)，渦流管的絕熱效率不斷提高，加之其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、無運動部件、采用低壓氣體制冷工質(zhì)的特點，因此，逐漸成為發(fā)展前景廣闊的制冷器。過去幾年，法國、印度、日本、蘇聯(lián)、美國、丹麥、荷蘭和英國等許多國家都在從事渦流管制冷器的研究和開發(fā)工作，并在氣體液化、天然氣和石油氣純化、儀表、航空等領(lǐng)域得到應(yīng)用。但我國因片面強(qiáng)調(diào)渦流管的低效率，而忽略了其獨特的優(yōu)越性，使得這方面的實驗和機(jī)理研究開展得很少，而應(yīng)用研究則幾乎為零。隨著天然氣和液化天然氣行業(yè)的發(fā)展及對安全可靠小型制冷裝置和環(huán)保的需求，為渦流管的應(yīng)用提供了一個巨大的機(jī)會。相信隨著科技的進(jìn)步和對渦流管的研究，渦流管將有很廣闊的應(yīng)用空間。

文獻(xiàn)研究表明，國內(nèi)外學(xué)者對汽車節(jié)能減排進(jìn)行了大量的研究，且汽車尾氣和汽車空調(diào)系統(tǒng)更是研究的熱點，但少有將渦流管用于汽車空調(diào)系統(tǒng)的報道。然而渦流管在汽車內(nèi)輔助空調(diào)制冷的優(yōu)越性能具有很大優(yōu)勢，甚至可能完全取代空調(diào)制冷。在已有的汽車尾氣研究中，也只是將通過溫差發(fā)電片轉(zhuǎn)化的電能直接存儲在汽車蓄電池中，電能并沒有得到更有效的利用。

因此，本發(fā)明首次嘗試將渦流管用于汽車空調(diào)系統(tǒng)，并利用溫差發(fā)電得到的電能進(jìn)行驅(qū)動，以大大提高汽車節(jié)能減排效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：在對傳統(tǒng)汽車尾氣排放系統(tǒng)和汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改善的基礎(chǔ)上，提供一種結(jié)合溫差發(fā)電和渦流管原理的汽車節(jié)能系統(tǒng)，通過在傳統(tǒng)汽車尾氣排放系統(tǒng)中加裝溫差發(fā)電系統(tǒng)，用渦流管取代傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)，而渦流管所需的驅(qū)動電能則由溫差發(fā)電系統(tǒng)提供，通過二者結(jié)合來提高整個系統(tǒng)的綜合性能，達(dá)到節(jié)能減排和提高燃料利用率的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：

一種結(jié)合溫差發(fā)電和渦流管原理的汽車節(jié)能系統(tǒng)，包括供氣裝置、儲氣罐、渦流管、換熱器一、氣泵二、換熱器二和溫差發(fā)電系統(tǒng)，所述供氣裝置為儲氣罐供氣，所述渦流管的輸入端與儲氣罐連接，渦流管的冷氣輸出管和熱氣輸出管分別分成兩個支路與換熱器一和氣泵二連接且每條支路上均分別設(shè)置有一個截止閥，換熱器一和氣泵二的輸出管共同與換熱器二輸入端連接，換熱器二的輸出端與儲氣罐連接，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)分別為供氣裝置、氣泵二供電。

作為優(yōu)選，供氣裝置包括依次連接的空氣吸收器、過濾器一、活塞推進(jìn)器、過濾器二、氣泵一，所述儲氣罐連接在過濾器二與活塞推進(jìn)器之間的管路上，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)為氣泵一供電?；钊七M(jìn)器的連桿與汽車的傳動軸相連，當(dāng)汽車剎車時，連桿開始運動，活塞推進(jìn)器將過濾后的清潔空氣壓縮送入儲氣罐。

作為優(yōu)選，還包括一個風(fēng)扇，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)扇供電，所述風(fēng)扇位于散熱器二的散熱面。該風(fēng)扇用于夏季時加快空氣流通以提高換熱器二的熱交換效率，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

作為優(yōu)選，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)包括熱電模塊、蓄電池組和冷卻水泵，所述蓄電池組對熱電模塊轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行存儲，所述冷卻水泵對熱電模塊進(jìn)行冷卻。作為優(yōu)選，所述冷卻水泵的水溫由一個水溫控制器進(jìn)行控制。熱電模塊安裝在發(fā)動機(jī)的尾氣排氣管中，直接與汽車尾氣接觸，負(fù)責(zé)將尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

作為優(yōu)選，所述冷卻水泵和水溫控制器均由熱電模塊轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行供電。如此設(shè)置，有效地利用了溫差發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的電能，起到了節(jié)能減排的效果。

作為優(yōu)選，所述熱電模塊的工作狀態(tài)由熱電控制模塊進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控參數(shù)包括電壓、電流、熱電模塊內(nèi)阻、輸出功率、轉(zhuǎn)化效率等基本參數(shù)以及模塊的冷熱端溫度，當(dāng)模塊熱端溫度即將達(dá)到其能承受的最高溫度時，通過位于發(fā)動機(jī)后、熱點模塊前的分流支路排放部分廢氣，減少進(jìn)入排氣管的廢氣量，以降低模塊熱端溫度；所述蓄電池組的工作狀態(tài)由蓄電池管理模塊進(jìn)行監(jiān)控，主要是對電池充電量進(jìn)行監(jiān)測,并將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送給熱電控制模塊，使之能夠及時為蓄電池充電。冷氣輸出管與熱氣輸出管的四個支路上的四個截止閥由熱電模塊控制。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、本系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)相比，具有明顯減小汽車油耗，提高汽車舒適度，降低成本等特點，因此更適合實際需要。

2、利用汽車運行時汽車尾氣中的大量熱量，熱量通過溫差發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為電能臨時儲存在蓄電池當(dāng)中，以供渦流管原理的空調(diào)系統(tǒng)使用，從而取代傳統(tǒng)的汽車空調(diào)系統(tǒng)，從而解決了因傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)運行過程中功率較大導(dǎo)致的汽車油耗太大的問題。

3、通過在汽車尾氣排放系統(tǒng)中加裝溫差發(fā)電系統(tǒng)，一方面降低了汽車尾氣排放時的噪音，另一方面降低了汽車尾氣排放時的溫度，避免了汽車尾氣帶走大量可再利用熱量。

4、利用汽車尾氣進(jìn)行溫差發(fā)電，具有能量輸出較穩(wěn)定且效率高的特點。

5、渦流管原理的空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，耗電量少，完全可以利用溫差發(fā)電系統(tǒng)的電能實現(xiàn)自給自足，節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理圖。

圖2是圖1中標(biāo)記為11的尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)的原理圖。

圖3是本發(fā)明中尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)與渦流管空調(diào)系統(tǒng)的連接示意圖。

圖中標(biāo)記：0為活塞推進(jìn)器，1為空氣吸收器，2A為過濾器一，2B為過濾器二，3為氣泵一，4為儲氣罐，5為渦流管， 6A、6B、6C和6D 均為截止閥，7為換熱器一，8為氣泵二，9為換熱器二，10為風(fēng)扇，11為溫差發(fā)電系統(tǒng)，11a為冷卻水泵，11b為水溫控制器，11c為熱電模塊，11d為熱電控制模塊，11e為蓄電池組，11f為蓄電池管理模塊，12為發(fā)動機(jī)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

實施例：

如圖1所示，一種結(jié)合溫差發(fā)電和渦流管原理的汽車節(jié)能系統(tǒng)，包括供氣裝置、儲氣罐4、渦流管5、換熱器一7、氣泵二8、換熱器二9和溫差發(fā)電系統(tǒng)，所述供氣裝置為儲氣罐4供氣，所述渦流管5的輸入端與儲氣罐4連接，渦流管5的冷氣輸出管和熱氣輸出管分別分成兩個支路與換熱器一7和氣泵二8連接且每條支路上均分別設(shè)置有一個截止閥，換熱器一7和氣泵二8的輸出管共同與換熱器二9輸入端連接，換熱器二9的輸出端與儲氣罐4連接。

所述溫差發(fā)電系統(tǒng)分別為供氣裝置、氣泵二8供電，還包括一個風(fēng)扇10，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)扇10供電，如圖3所示，風(fēng)扇10位于換熱器二9的散熱面，用于夏季時加快空氣流通以提高換熱器二9的熱交換效率，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

供氣裝置包括依次連接的空氣吸收器1、過濾器一2A、活塞推進(jìn)器0、過濾器二2B、氣泵一3，所述儲氣罐4連接在過濾器二2B與活塞推進(jìn)器0之間的管路上，所述溫差發(fā)電系統(tǒng)為氣泵一3供電。

所述溫差發(fā)電系統(tǒng)如圖2所示，包括熱電模塊11c、蓄電池組11e和冷卻水泵11a，所述蓄電池組11e對熱電模塊11c轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行存儲，所述冷卻水泵11a對熱電模塊11c進(jìn)行冷卻。熱電模塊11c安裝在發(fā)動機(jī)12的尾氣排氣管中，直接與汽車尾氣接觸，負(fù)責(zé)將尾氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

所述冷卻水泵11a的水溫由一個水溫控制器11b進(jìn)行控制。

所述冷卻水泵11a和水溫控制器11b均由熱電模塊11c轉(zhuǎn)化的電能進(jìn)行供電。

所述熱電模塊11c的工作狀態(tài)由熱電控制模塊11d進(jìn)行監(jiān)控，所述蓄電池組11e的工作狀態(tài)由蓄電池管理模塊11f進(jìn)行監(jiān)控。

換熱器一7的作用是利用渦流管出來的冷熱流體通過換熱，與汽車現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)相連，實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)；換熱器二9的作用是在夏季時將換熱器一7出口溫度較高的熱空氣進(jìn)行換熱降溫。渦流管5出來的熱流和冷流由熱電控制模塊通過控制截止閥（包括6A、6B、6C和6D）來實現(xiàn)冬夏季期間冷熱兩種流體的流向，在汽車原空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，借助換熱器一7實現(xiàn)對車內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)。夏季時，6B、6D關(guān)閉，6A、6C打開，冷流進(jìn)入換熱器一7，熱流進(jìn)入氣泵8；冬季時，6A、6C關(guān)閉，6B、6D打開，熱流進(jìn)入換熱器一7，冷流進(jìn)入氣泵8。