Вихревая труба на легковом автомобиле

Уважаемая редакция!
К засилью рекламы мы уже привыкли,
 но должны же быть какие-то рамки!
Для начала рекламная Цитата из Интернета (со ссылкой на журнал «За рулем», №4, 2006, цифры в скобках вставлены мной для дальнейшего комментирования. А.А.)
Решение, найденное (1) и запатентованное (2), поражает неожиданностью (3) и простотой (23). Вместо хладагента – обычный воздух. Но его не сжижают (4), а просто… закручивают вихрем в простейшей трубке (5). Оказывается, в таком торнадо однородный по температуре воздух расслаивается: вдоль оси вихря собирается горячий (6), а на периферии трубы – холодный (7). Остается лишь вывести нужный поток наружу и использовать для охлаждения (или отопления).
Все вроде бы хорошо, но где взять исходный сжатый воздух для работы вихревой трубки? Для этого хватит пары процентов (8) того потока, который создает штатный турбокомпрессор, работающий за счет дарового (9) потока выхлопных газов. (Это, правда, ограничивает область применения нового кондиционера (10), хотя на большинстве дизельных (11) моторов, в том числе легковых, как раз и применяется наддув.) Стендовые испытания (12) показали: при разности давления (13) на входе и выходе из трубки 2 атм  (14) воздух с температурой 25оС разделяется на потоки с температурами +38 и -2оС (15). Холодную струю из соображений экологии (16) направляют в теплообменник (17), где он отбирает тепло у чистого забортного воздуха (18). В итоге кондиционер легко (19) обеспечивает понижение температуры в салоне на 10оС – отличный (20) показатель. При этом используются серийные радиаторы-теплообменники, нужно лишь выточить (21) немудреную трубку (22) из алюминиевого сплава.
Краткий комментарий к этому рекламному тексту:
1) В 1950-1960-е годы появились патенты США, ФРГ, Великобритании, др., предусматривающие питание ВТ сжатым воздухом от турбокомпрессора бортовой силовой установки. См., например, «Библиографический указатель по исследованию вихревого эффекта и его применению в технике», Куйбышев, 1975; книжку (лекции) В.В.Бирюка, изд. около 1999г. в Самаре; др. литературу.
2) Полгода назад сообщалось, что имеется только заявка. Если уже получен патент, то (судя по п. 5, 15, 21, 22 и др.) он НЕ касается энергетического совершенствования ВТ, повышения ее адиабатного к.п.д., а представляет вариацию на тему патентов старых, упомянутых выше в п.1. Но, если нет радикального повышения эффективности ВТ, работающей на сжатом воздухе, разговоры о вихревом кондиционере для ЛЕГКОВОГО автомобиля (как и 40 лет назад) останутся только рекламой без должной «энергетической опоры».
3) Неожиданностью?  Два поколения транспортных вихревых холодильников, разработанных в 1968г. (ТВХ-14) и в 1978г. (ТВХ-15, 2ТВХ-50 и ТВХ-5), выпускались серийно более 20 лет. Холодильники емкостью 14, 15 и 5л. - для кабины машиниста, водителя грузового автомобиля и др. питаются сжатым воздухом (6,5…11атм.) от бортовой пневмосети, где главный потребитель – пневмотормоза.
 Сдвоенный (по вертикали) холодильник 2ТВХ-50 емкостью 100л., разработанный по техническому заданию КБ Яковлева для салона ЯК-42, спроектирован для питания сжатым воздухом (3,6атм.) ОТ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ СТУПЕНИ ТУРБОКОМПРЕССОРА двигателя самолета. Подробнее см. в Отчет о НИР и ОКР № 4047, 1978г. Количество отбираемого на 2ТВХ-50 сжатого воздуха равно ТЫСЯЧНЫМ ДОЛЯМ ПРОЦЕНТА от производительности компрессора.
4) А кто предлагал ОЖИЖАТЬ воздух для целей кондиционирования салона автомобиля??
5, 6, 7) Говоря о «простейшей трубке», автор даже не помышляет о повышении энергетической эффективности процесса получения холода при использовании ВТ, работающей на сжатом воздухе. Получив патент, автор сбивается в том, где в ВТ холодный поток, а где горячий.
8) Хватит пары процентов того потока, который создает штатный турбокомпрессор…?? (См. пояснения к п.18, 19).
А сколько всего сжатого воздуха нагнетает турбокомпрессор за час в дизельный двигатель с турбонаддувом? Пусть удельный часовой расход топлива 0,15 кг/эфф. л.с.; постоянная мощность работающего дизеля 100л.с. (или 50л.с.).
При этих условиях часовой расход топлива 15кг/ч (или 7,5кг/ч), а потребление сжатого воздуха дизелем равно 447кг/ч (или 223,5кг/ч) при коэффициенте избытка воздуха на сгорание топлива в дизеле a = 2.
Не поверим автору публикации: «пара процентов» от производительности турбокомпрессора в этом случае – это всего 8,94кг/ч (или того меньше – 4,47кг/ч). Этого хватит только для портативного автомобильного вихревого холодильничка, но не для кондиционирования всего салона!
9) Даровый (??) поток выхлопных газов…
При турбонаддуве дизельного двигателя для привода компрессора устанавливают в выхлопном тракте газовую турбину достаточной мощности. Чтобы получить на турбине нужную мощность НЕДОСТАТОЧНО только высокой температуры выхлопных газов – требуется еще и их избыточное давление. Потеря мощности дизеля от повышенного давления в выхлопном тракте (из-за наличия газовой турбины) КОМПЕНСИРУЕТСЯ при наддуве приростом мощности дизеля от увеличения весового заряда «воздух-топливо», идущего в цилиндр. Так что поток выхлопных газов – это НЕ ДАРОВЫЙ поток, давление этого потока должно находиться в узком коридоре значений (если применен турбнаддув со свободной газовой турбиной, не связанной механически с автомобильным двигателем)…и т.д.
10) Согласимся - область узка, особенно, учитывая сказанное в п. 9.
11) ВОЗМОЖНОСТЬ применения нужно только обсуждать и не для большинства д.в.с. с турбонаддувом, а только для незначительной их части – тех, где осуществлен «высокий турбонаддув» с давлением после турбокомпрессора БОЛЬШЕ 3 абс. атм.
12) Видимо, проведены испытания той простейшей ВТ, что на фото; не всей системы, а только ВТ.
13, 14) Автор пользуется не ОТНОШЕНИЕМ абсолютных давлений (принятым для газорасширительных машин), а их РАЗНОСТЬЮ (принятой для гидравлических машин). Он, видимо, недавно «выточил первую свою немудреную трубку» из алюминиевого сплава. Будем понимать его текст так: при абс. давлении холодного потока РХ = 1ата давление сжатого воздуха на входе в ВТ РС = 3 ата и отношение абсолютных давлений «сжатый воздух – холодный поток» p = 3.
15) Кондиционер-воздухоохладитель особенно актуален в жару; например, при температуре окружающего воздуха 35оС. При этом сжатый воздух после турбокомпрессора в специальном теплообменнике потребуется охладить от температуры более 100оС до 38оС (не ниже, т. к. поверхность теплообменника далека от БЕСКОНЕЧНОСТИ). При величине «эффекта охлаждения» в ВТ 27оС, температура холодного потока на выходе из ВТ равна 38 - 27 = 11оС (см. п. 16, 17).
Указанные значения «эффекта охлаждения» (27град.) и «эффекта нагрева» потоков соответствуют доле холодного потока µ = 0,33; при этом в виде холодного потока из ВТ выводят ЛИШЬ одну треть потребляемого сжатого воздуха и в виде горячего потока – две трети. Такой режим ВТ соответствует максимальному снижению температуры («эффекту охлаждения») холодного потока и низкой энергетической эффективности ВТ - раза в полтора меньшей, чем максимальная для данной ВТ.
Обсудим далее использование ВТ только в качестве охладителя. Сжатый воздух после турбокомпрессора при степени сжатия 3
16, 17, 18) Из-за недорекуперации в противоточном теплообменнике (в 3 град. не менее, т.к. поверхность теплообменника далека от БЕСКОНЕЧНОСТИ) температура «отработавшего» холодного потока (после охлаждения им «чистого забортного воздуха») составит 35 - 3 = 32оС.
При собственном «эффекте охлаждения» (падении температуры холодного потока в ВТ) в 27 град. полезный результат от ВТ скромнее, с точки зрения пользователя кондиционера: при полезном охлаждении «чистого воздуха» холодный поток нагрелся не на 27оС, а лишь на 21оС (с 11оС до 32оС); холодопроизводительность ВТ использована в рассматриваемом случае только на 21/27 = 78%.
При охлаждении «чистого воздуха» в теплообменнике «полезный» нагрев каждого килограмма холодного потока на 21град. соответствует удельной холодопроизводительности его в 5,04 ккал на кг холодного потока ВТ или (втрое меньше, т.к. µ = 0,33) ВСЕГО 1,68 ккал на 1кг сжатого воздуха, потребляемого ВТ от турбокомпрессора автодвигателя.
19) «В итоге кондиционер легко обеспечивает понижение температуры…» Оптимизм этой рекламы далек от запросов пользователя, ищущего не просто дешевый (23), но и конкурентоспособный кондиционер - энергетически ЭФФЕКТИВНЫЙ на фоне многолетнего роста цен на углеводородное топливо.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При испытаниях (12) автор подает в ВТ сжатый воздух с температурой 25оС (14) и «не объясняет откуда взять» такой «холодный» сжатый воздух когда температура окружающей атмосферы, например, 35оС или 40оС.
2. В рекламе приняты идеализированные условия, далекие от реальности: а) не учтена недорекуперация в теплообменниках; б) представлена работа ВТ при температуре сжатого воздуха 25оС, т.е. при температуре в салоне около 20оС, когда кондиционер вообще НЕ НУЖЕН.
3., 4., 5., 6., 7., 8.