一種汽車(chē)降溫裝置的設(shè)計(jì)與研究

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1、一種汽車(chē)降溫裝置的設(shè)計(jì)與研究 摘要 我國(guó)汽車(chē)保有量大，露天停車(chē)場(chǎng)多，汽車(chē)的曝曬問(wèn)題為眾多車(chē)主所困擾。為緩解該問(wèn)題，一種汽車(chē)降溫裝置被設(shè)計(jì)提出，該降溫裝置被設(shè)計(jì)為主要由通風(fēng)散熱裝置和局部制冷裝置兩部分 　　[摘要]我國(guó)汽車(chē)保有量大，露天停車(chē)場(chǎng)多，汽車(chē)的曝曬問(wèn)題為眾多車(chē)主所困擾。為緩解該問(wèn)題，一種汽車(chē)降溫裝置被設(shè)計(jì)提出，該降溫裝置被設(shè)計(jì)為主要由通風(fēng)散熱裝置和局部制冷裝置兩部分組成。通風(fēng)散熱裝置外形根據(jù)車(chē)窗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，能與車(chē)窗緊密契合，并安裝了風(fēng)機(jī)來(lái)強(qiáng)化對(duì)流現(xiàn)象，從而大大地提升汽車(chē)降溫效果。局部制冷裝置主要利用了半導(dǎo)體制冷片，并通過(guò)風(fēng)機(jī)強(qiáng)化制冷片的傳熱現(xiàn)象，滿足局部制冷

2、需求。實(shí)驗(yàn)表明，該裝置具有較良好的降溫效果。 　　[關(guān)鍵詞]太陽(yáng)能;汽車(chē)降溫;通風(fēng)散熱;制冷 　　1前言 　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人們生活水平的不斷的提升，人們的購(gòu)車(chē)剛性需求旺盛，汽車(chē)保有量一直以來(lái)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。上世紀(jì)80年代中國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)私人汽車(chē)，到2003年時(shí)社會(huì)保有量達(dá)到1219萬(wàn)輛，私人汽車(chē)突破1000萬(wàn)輛。2010年，我國(guó)汽車(chē)的保有量達(dá)到了7000萬(wàn)輛。2016年末全國(guó)民用汽車(chē)保有量19440萬(wàn)輛(包括三輪汽車(chē)和低速貨車(chē)881萬(wàn)輛)，比上年末增長(zhǎng)12.8%，其中私人汽車(chē)保有量16559萬(wàn)輛，增長(zhǎng)15.0%。民用轎車(chē)保有量108

3、76萬(wàn)輛，增長(zhǎng)14.4%，其中私人轎車(chē)10152萬(wàn)輛，增長(zhǎng)15.5%[1]。有關(guān)學(xué)者分析認(rèn)為，我國(guó)汽車(chē)保有量遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，將會(huì)保持繼續(xù)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)[2]。 　　露天停車(chē)場(chǎng)具有場(chǎng)地設(shè)置多樣、車(chē)輛停放靈活、停車(chē)出入口不限等特點(diǎn)，是目前我國(guó)普遍使用的停車(chē)場(chǎng)，在專(zhuān)業(yè)運(yùn)輸單位和公交系統(tǒng)采用尤其廣泛。目前我國(guó)的車(chē)輛基本上都會(huì)在露天停車(chē)場(chǎng)停放。 　　車(chē)輛停放在露天停車(chē)場(chǎng)時(shí)往往會(huì)遭受曝曬，產(chǎn)生非常惡劣的影響。在高溫環(huán)境里，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系的散熱溫差小，散熱能力差，發(fā)動(dòng)機(jī)容易過(guò)熱。高溫之下，油料和相應(yīng)的機(jī)件會(huì)加速磨損。蓄電池在高溫下會(huì)出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。電瓶溫度高的時(shí)候，電極會(huì)因?yàn)榻^緣層

4、老化而出現(xiàn)氧化，從而造成電瓶電壓不穩(wěn)定。高溫下內(nèi)飾容易老化，醛酮類(lèi)物質(zhì)和VOC等車(chē)內(nèi)有毒有害物質(zhì)易增多。AtlasWeatheringServicesGroup的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，汽車(chē)在外部環(huán)境溫度為27~33℃地方曝曬時(shí)，其內(nèi)各部分溫度往往能達(dá)到50~107℃，這將導(dǎo)致車(chē)內(nèi)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率大大增加，內(nèi)飾部件容易氧化老化，有毒有害物質(zhì)也更容易生成[3]。高溫還會(huì)導(dǎo)致車(chē)漆發(fā)生變化。經(jīng)常暴露在烈日下的車(chē)漆往往會(huì)褪色或者是光澤度會(huì)降低，并且可能產(chǎn)生龜裂，影響汽車(chē)外形的美觀性。 　　汽車(chē)停在露天停車(chē)場(chǎng)曝曬的問(wèn)題已引起很多人的關(guān)注，諸多技術(shù)被提出，尤其是利用太陽(yáng)能的技術(shù)。如設(shè)計(jì)太陽(yáng)能半導(dǎo)體制冷汽

5、車(chē)防曬罩;利用壓縮制冷的方法設(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車(chē)制冷系統(tǒng);綜合利用太陽(yáng)能及半導(dǎo)體制冷片[4-6]等。但這些技術(shù)往往有效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。從太陽(yáng)能的應(yīng)用角度來(lái)看，目前研究的熱點(diǎn)為對(duì)整個(gè)汽車(chē)或者對(duì)某部件等進(jìn)行改進(jìn)改造，如太陽(yáng)能電動(dòng)車(chē)，雖有取得不錯(cuò)的成效，但相對(duì)而言成本較高[7-10]。 　　針對(duì)這些現(xiàn)象，一種汽車(chē)降溫裝置被設(shè)計(jì)提出。該裝置以清潔可再生能源太陽(yáng)能為輸入能源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)車(chē)內(nèi)的整體降溫和局部強(qiáng)化降溫功能的有機(jī)整合，提高能源的綜合利用效率。 　　2設(shè)計(jì)方案 　　2.1原理 　　實(shí)驗(yàn)及理論分析表明，在太陽(yáng)的曝曬下，車(chē)內(nèi)空氣會(huì)不斷被加熱，受熱后

6、的空氣會(huì)因體積膨脹密度變小而上浮，故在車(chē)內(nèi)頂部會(huì)積聚大量的高溫高壓的空氣。目前的車(chē)窗玻璃上沿往往是與其相應(yīng)的密封膠條平行的，只要當(dāng)車(chē)窗玻璃沒(méi)有關(guān)緊時(shí)，車(chē)窗上總有一條位于車(chē)窗上沿的形狀規(guī)則的空隙。在陽(yáng)光的曝曬下，汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃、儀表盤(pán)等位置往往會(huì)達(dá)到非常高溫度，曝曬對(duì)這些特殊部件的傷害比較大。對(duì)司機(jī)乘客而言，座位、靠背等位置的高溫會(huì)使人感到非常難受，即對(duì)局部位置的溫度控制需求比較大。 　　基于這些事實(shí)，一種汽車(chē)降溫裝置被設(shè)計(jì)提出。 　　2.2整體方案 　　如圖1所示，一種以太陽(yáng)能為能源的汽車(chē)降溫裝置的主體由通風(fēng)散熱裝置，局部制冷裝置，太陽(yáng)能電池板，以及其他部

7、件組成。 　　通風(fēng)散熱裝置被設(shè)計(jì)成能與車(chē)窗緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并安裝了風(fēng)機(jī)來(lái)強(qiáng)化對(duì)流傳熱，使得車(chē)內(nèi)外的空氣能進(jìn)行更充分的換熱，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的降溫。局部制冷裝置則可靈活地安裝在任意有制冷需求的位置。 　　太陽(yáng)能電池板安裝在汽車(chē)的車(chē)頂，其作用是為整個(gè)裝置提供能源輸入，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。蓄電池與電路控制元件組成本裝置的電路控制裝置，其功能是將電池板發(fā)的電儲(chǔ)存起來(lái)并控制電路。此外，電路控制元件還需為通風(fēng)散熱裝置和局部制冷裝置分配電能，起到平衡系統(tǒng)能量的作用，以維持系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 　　2.3通風(fēng)散熱裝置 　　當(dāng)汽車(chē)在室外停車(chē)場(chǎng)停放時(shí)，在太陽(yáng)輻射、車(chē)體

8、導(dǎo)熱等的影響下，車(chē)內(nèi)空氣往往會(huì)迅速升溫，并達(dá)到一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于車(chē)外的高溫。為了產(chǎn)生更節(jié)能高效的降溫效果，如圖2所示，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種通風(fēng)散熱裝置。其原理主要是利用了風(fēng)機(jī)來(lái)強(qiáng)化對(duì)流傳熱傳質(zhì)，使得車(chē)內(nèi)外的空氣能進(jìn)行更充分的換熱，從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的降溫。 　　本裝置結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為能與車(chē)窗緊密貼合的形狀，裝置的上半部分有凸脊，能卡進(jìn)去車(chē)窗上半部分的玻璃導(dǎo)槽內(nèi);裝置的下半部分有凹槽，車(chē)窗玻璃能嵌入到該凹槽內(nèi)，當(dāng)把該裝置裝入到汽車(chē)車(chē)窗并將車(chē)窗玻璃上升到合適位置時(shí)，如圖所示，該通風(fēng)散熱裝置便與車(chē)窗及車(chē)窗玻璃緊密貼合，有效地保證了本裝置的安全性和美觀性。在裝置的其中一端安裝了貫流風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)的抽吸下，車(chē)內(nèi)的

9、熱空氣在壓力的作用下通過(guò)本通風(fēng)散熱裝置被傳送到了室外。 　　在裝置的另一端是汽車(chē)的新風(fēng)入口，并設(shè)有空氣凈化器，在貫流風(fēng)機(jī)抽吸產(chǎn)生的負(fù)壓的作用下，遠(yuǎn)比汽車(chē)室內(nèi)低溫的室外新鮮空氣能進(jìn)入到汽車(chē)車(chē)內(nèi)，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流現(xiàn)象，通過(guò)空氣的對(duì)流換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)使室內(nèi)空氣降溫的目的。在貫流風(fēng)機(jī)和新風(fēng)入口之間是一個(gè)局部制冷裝置的通風(fēng)管道的風(fēng)孔，其目的是將安放在車(chē)內(nèi)的局部制冷裝置的熱量排出到環(huán)境中。此外，如圖所示，在本通風(fēng)散熱裝置的外側(cè)安裝了一系列的百葉窗，達(dá)到防塵擋雨的目的，使得本裝置更安全可靠。 　　2.4局部制冷裝置 　　當(dāng)汽車(chē)停在室外停車(chē)場(chǎng)時(shí)，在太陽(yáng)的曝曬下，諸如儀表盤(pán)等

10、汽車(chē)內(nèi)部的部分結(jié)構(gòu)會(huì)達(dá)到非常高的溫度，這對(duì)汽車(chē)部件的損傷非常大。而對(duì)很多車(chē)主而言，當(dāng)其進(jìn)入車(chē)內(nèi)時(shí)會(huì)明顯感覺(jué)靠背、座椅、方向盤(pán)等與人體密切接觸的部件炙熱難耐。為了滿足汽車(chē)的實(shí)際停車(chē)和日常使用要求，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了如圖3所示的局部制冷裝置，該裝置結(jié)構(gòu)小巧，可安放在車(chē)內(nèi)任何有制冷需求的位置，并與上述的通風(fēng)散熱裝置實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，使得車(chē)主對(duì)整體降溫和局部強(qiáng)化降溫的需求能同時(shí)得到滿足。 　　局部制冷裝置主要利用了半導(dǎo)體制冷片。當(dāng)給半導(dǎo)體制冷片加以電壓時(shí)，由Peltier效應(yīng)[11]可知，制冷片的一端會(huì)吸收熱量，而另一端會(huì)放出熱量，且吸收和放出的熱量相互影響，即制冷片的散熱效果會(huì)直接影響其制冷

11、效果。故如(a)模型圖(b)實(shí)物圖 　　圖(b)所示，本項(xiàng)目在半導(dǎo)體制冷片的散熱部分使用了熱管、散熱片和風(fēng)機(jī)的組合構(gòu)件，風(fēng)機(jī)從車(chē)內(nèi)抽吸空氣到熱管的散熱部分，并與熱管進(jìn)行對(duì)流換熱，再通過(guò)漸縮管進(jìn)入通風(fēng)管道，并通過(guò)如圖2所示的通風(fēng)管道的風(fēng)孔排出室外。本項(xiàng)目在半導(dǎo)體制冷片的制冷端安裝了導(dǎo)冷塊，以及一個(gè)貫流風(fēng)機(jī)，當(dāng)制冷片的冷量傳遞到導(dǎo)冷塊時(shí)，其周?chē)目諝獗恢评浣禍兀俳?jīng)貫流風(fēng)機(jī)的抽吸從風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口噴出，并擴(kuò)散到出風(fēng)口周?chē)?，產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流傳熱現(xiàn)象。由此，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需進(jìn)行局部降溫的部位產(chǎn)生強(qiáng)化降溫的效果。 　　3實(shí)驗(yàn)測(cè)試及性能分析 　　本項(xiàng)目的成品模型安裝于車(chē)體時(shí)的情形如

12、圖4所示，顯然，本裝置可與汽車(chē)本身良好兼容，通風(fēng)散熱裝置尤其可以與車(chē)窗良好契合，不影響汽車(chē)本身的正常使用，有效地保證了裝置的安全性和美觀性。 　　將該模型安裝在車(chē)體上后，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并測(cè)出數(shù)據(jù)如表所示。當(dāng)未安裝通風(fēng)散熱裝置時(shí)，室內(nèi)外溫差為6.2℃;當(dāng)已安裝通風(fēng)散熱裝置但裝置未工作，室內(nèi)外溫差為4.3℃;已安裝通風(fēng)散熱裝置且裝置正常工作時(shí)，室內(nèi)外溫差為2.4℃。即與未安裝通風(fēng)散熱裝置的情形相比，當(dāng)安裝本通風(fēng)散熱裝置后，室內(nèi)外溫差可降低38.1%~55.8%，汽車(chē)降溫效果顯著。 　　需要指出的是，本裝置是在陰天時(shí)測(cè)量的，故室外溫度較低，而當(dāng)是在晴天測(cè)量時(shí)，由傳熱傳質(zhì)

13、學(xué)和通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)原理可知，本裝置能達(dá)到的效果將更明顯。之后將會(huì)在合適的天氣環(huán)境中補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行多次測(cè)量。此外，本測(cè)試實(shí)驗(yàn)是通風(fēng)散熱裝置單獨(dú)工作時(shí)的結(jié)果，局部制冷裝置并未工作，但降溫效果已較為明顯了。 　　4創(chuàng)新點(diǎn) 　　(1)設(shè)計(jì)發(fā)明了一種可與車(chē)窗緊密貼合的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)，該裝置結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)換熱以及防塵擋雨功能。 　　(2)本項(xiàng)目同時(shí)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)車(chē)內(nèi)的整體降溫和局部強(qiáng)化降溫功能的有機(jī)整合，使用范圍廣，實(shí)用性強(qiáng)。 　　(3)本裝置使用可再生清潔能源太陽(yáng)能，而不需要其他形式的能源，更加節(jié)能環(huán)保，符合節(jié)能減排的理念。 　　參考文獻(xiàn)

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