一種汽車降溫裝置的設(shè)計與研究

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1、一種汽車降溫裝置的設(shè)計與研究 摘要 我國汽車保有量大，露天停車場多，汽車的曝曬問題為眾多車主所困擾。為緩解該問題，一種汽車降溫裝置被設(shè)計提出，該降溫裝置被設(shè)計為主要由通風散熱裝置和局部制冷裝置兩部分 　　[摘要]我國汽車保有量大，露天停車場多，汽車的曝曬問題為眾多車主所困擾。為緩解該問題，一種汽車降溫裝置被設(shè)計提出，該降溫裝置被設(shè)計為主要由通風散熱裝置和局部制冷裝置兩部分組成。通風散熱裝置外形根據(jù)車窗結(jié)構(gòu)設(shè)計而成，能與車窗緊密契合，并安裝了風機來強化對流現(xiàn)象，從而大大地提升汽車降溫效果。局部制冷裝置主要利用了半導(dǎo)體制冷片，并通過風機強化制冷片的傳熱現(xiàn)象，滿足局部制冷

2、需求。實驗表明，該裝置具有較良好的降溫效果。 　　[關(guān)鍵詞]太陽能;汽車降溫;通風散熱;制冷 　　1前言 　　隨著我國社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人們生活水平的不斷的提升，人們的購車剛性需求旺盛，汽車保有量一直以來呈快速增長趨勢。上世紀80年代中國開始出現(xiàn)私人汽車，到2003年時社會保有量達到1219萬輛，私人汽車突破1000萬輛。2010年，我國汽車的保有量達到了7000萬輛。2016年末全國民用汽車保有量19440萬輛(包括三輪汽車和低速貨車881萬輛)，比上年末增長12.8%，其中私人汽車保有量16559萬輛，增長15.0%。民用轎車保有量108

3、76萬輛，增長14.4%，其中私人轎車10152萬輛，增長15.5%[1]。有關(guān)學(xué)者分析認為，我國汽車保有量遠未達到飽和，將會保持繼續(xù)快速增長的趨勢[2]。 　　露天停車場具有場地設(shè)置多樣、車輛停放靈活、停車出入口不限等特點，是目前我國普遍使用的停車場，在專業(yè)運輸單位和公交系統(tǒng)采用尤其廣泛。目前我國的車輛基本上都會在露天停車場停放。 　　車輛停放在露天停車場時往往會遭受曝曬，產(chǎn)生非常惡劣的影響。在高溫環(huán)境里，發(fā)動機冷卻系的散熱溫差小，散熱能力差，發(fā)動機容易過熱。高溫之下，油料和相應(yīng)的機件會加速磨損。蓄電池在高溫下會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定的問題。電瓶溫度高的時候，電極會因為絕緣層

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，醛酮類物質(zhì)和VOC等車內(nèi)有毒有害物質(zhì)易增多。AtlasWeatheringServicesGroup的試驗數(shù)據(jù)顯示，汽車在外部環(huán)境溫度為27~33℃地方曝曬時，其內(nèi)各部分溫度往往能達到50~107℃，這將導(dǎo)致車內(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]。高溫還會導(dǎo)致車漆發(fā)生變化。經(jīng)常暴露在烈日下的車漆往往會褪色或者是光澤度會降低，并且可能產(chǎn)生龜裂，影響汽車外形的美觀性。 　　汽車停在露天停車場曝曬的問題已引起很多人的關(guān)注，諸多技術(shù)被提出，尤其是利用太陽能的技術(shù)。如設(shè)計太陽能半導(dǎo)體制冷汽

5、車防曬罩;利用壓縮制冷的方法設(shè)計太陽能汽車制冷系統(tǒng);綜合利用太陽能及半導(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。從太陽能的應(yīng)用角度來看，目前研究的熱點為對整個汽車或者對某部件等進行改進改造，如太陽能電動車，雖有取得不錯的成效，但相對而言成本較高[7-10]。 　　針對這些現(xiàn)象，一種汽車降溫裝置被設(shè)計提出。該裝置以清潔可再生能源太陽能為輸入能源，同時實現(xiàn)了汽車車內(nèi)的整體降溫和局部強化降溫功能的有機整合，提高能源的綜合利用效率。 　　2設(shè)計方案 　　2.1原理 　　實驗及理論分析表明，在太陽的曝曬下，車內(nèi)空氣會不斷被加熱，受熱后

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

7、件組成。 　　通風散熱裝置被設(shè)計成能與車窗緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并安裝了風機來強化對流傳熱，使得車內(nèi)外的空氣能進行更充分的換熱，從而實現(xiàn)汽車的降溫。局部制冷裝置則可靈活地安裝在任意有制冷需求的位置。 　　太陽能電池板安裝在汽車的車頂，其作用是為整個裝置提供能源輸入，維持系統(tǒng)的正常運轉(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)的電儲存起來并控制電路。此外，電路控制元件還需為通風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)的正常運轉(zhuǎn)。 　　2.3通風散熱裝置 　　當汽車在室外停車場停放時，在太陽輻射、車體

8、導(dǎo)熱等的影響下，車內(nèi)空氣往往會迅速升溫，并達到一個遠遠高于車外的高溫。為了產(chǎn)生更節(jié)能高效的降溫效果，如圖2所示，本項目設(shè)計了一種通風散熱裝置。其原理主要是利用了風機來強化對流傳熱傳質(zhì)，使得車內(nèi)外的空氣能進行更充分的換熱，從而實現(xiàn)汽車的降溫。 　　本裝置結(jié)構(gòu)被設(shè)計為能與車窗緊密貼合的形狀，裝置的上半部分有凸脊，能卡進去車窗上半部分的玻璃導(dǎo)槽內(nèi);裝置的下半部分有凹槽，車窗玻璃能嵌入到該凹槽內(nèi)，當把該裝置裝入到汽車車窗并將車窗玻璃上升到合適位置時，如圖所示，該通風散熱裝置便與車窗及車窗玻璃緊密貼合，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機，在風機的抽吸下，車內(nèi)的

9、熱空氣在壓力的作用下通過本通風散熱裝置被傳送到了室外。 　　在裝置的另一端是汽車的新風入口，并設(shè)有空氣凈化器，在貫流風機抽吸產(chǎn)生的負壓的作用下，遠比汽車室內(nèi)低溫的室外新鮮空氣能進入到汽車車內(nèi)，并產(chǎn)生強烈的對流現(xiàn)象，通過空氣的對流換熱來實現(xiàn)使室內(nèi)空氣降溫的目的。在貫流風機和新風入口之間是一個局部制冷裝置的通風管道的風孔，其目的是將安放在車內(nèi)的局部制冷裝置的熱量排出到環(huán)境中。此外，如圖所示，在本通風散熱裝置的外側(cè)安裝了一系列的百葉窗，達到防塵擋雨的目的，使得本裝置更安全可靠。 　　2.4局部制冷裝置 　　當汽車停在室外停車場時，在太陽的曝曬下，諸如儀表盤等

10、汽車內(nèi)部的部分結(jié)構(gòu)會達到非常高的溫度，這對汽車部件的損傷非常大。而對很多車主而言，當其進入車內(nèi)時會明顯感覺靠背、座椅、方向盤等與人體密切接觸的部件炙熱難耐。為了滿足汽車的實際停車和日常使用要求，本項目設(shè)計了如圖3所示的局部制冷裝置，該裝置結(jié)構(gòu)小巧，可安放在車內(nèi)任何有制冷需求的位置，并與上述的通風散熱裝置實現(xiàn)功能互補，使得車主對整體降溫和局部強化降溫的需求能同時得到滿足。 　　局部制冷裝置主要利用了半導(dǎo)體制冷片。當給半導(dǎo)體制冷片加以電壓時，由Peltier效應(yīng)[11]可知，制冷片的一端會吸收熱量，而另一端會放出熱量，且吸收和放出的熱量相互影響，即制冷片的散熱效果會直接影響其制冷

11、效果。故如(a)模型圖(b)實物圖 　　圖(b)所示，本項目在半導(dǎo)體制冷片的散熱部分使用了熱管、散熱片和風機的組合構(gòu)件，風機從車內(nèi)抽吸空氣到熱管的散熱部分，并與熱管進行對流換熱，再通過漸縮管進入通風管道，并通過如圖2所示的通風管道的風孔排出室外。本項目在半導(dǎo)體制冷片的制冷端安裝了導(dǎo)冷塊，以及一個貫流風機，當制冷片的冷量傳遞到導(dǎo)冷塊時，其周圍的空氣被制冷降溫，再經(jīng)貫流風機的抽吸從風機的出風口噴出，并擴散到出風口周圍，產(chǎn)生強烈的對流傳熱現(xiàn)象。由此，實現(xiàn)對所需進行局部降溫的部位產(chǎn)生強化降溫的效果。 　　3實驗測試及性能分析 　　本項目的成品模型安裝于車體時的情形如

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

13、學(xué)和通風與空氣調(diào)節(jié)原理可知，本裝置能達到的效果將更明顯。之后將會在合適的天氣環(huán)境中補充實驗，并進行多次測量。此外，本測試實驗是通風散熱裝置單獨工作時的結(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 　　(1)設(shè)計發(fā)明了一種可與車窗緊密貼合的通風散熱結(jié)構(gòu)，該裝置結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)通風換熱以及防塵擋雨功能。 　　(2)本項目同時實現(xiàn)了汽車車內(nèi)的整體降溫和局部強化降溫功能的有機整合，使用范圍廣，實用性強。 　　(3)本裝置使用可再生清潔能源太陽能，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

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