汽車(chē)智能降溫設(shè)備研發(fā)

　　摘要：長(zhǎng)時(shí)間的太陽(yáng)暴曬會(huì)使汽車(chē)釋放有毒物質(zhì)、車(chē)內(nèi)部件老化等。為解決以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)出了一套汽車(chē)智能降溫設(shè)備，該設(shè)備主要由局部制冷裝置及氣囊結(jié)構(gòu)兩部分組成。氣囊結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)能薄板、離心風(fēng)機(jī)相結(jié)合，太陽(yáng)能薄板收集太陽(yáng)能提供能量。離心風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)，導(dǎo)氣管道使氣囊充氣并展開(kāi)，在汽車(chē)面前形成低溫風(fēng)幕;局部制冷裝置采用了半導(dǎo)體制冷及水冷循環(huán)，通過(guò)水冷循環(huán)帶走由半導(dǎo)體制冷裝置所產(chǎn)生的熱量，極大地提高了裝置的散熱效率。

　　關(guān)鍵詞：智能;高效;太陽(yáng)能;監(jiān)控;汽車(chē)降溫

　　李劍波; 陳羅銳; 張奕揚(yáng); 鄭義隆; 田媛; 江啟城; 黃志越， 內(nèi)燃機(jī)與配件 發(fā)表時(shí)間：2021-11-12

　　0 引言

　　隨著人民的生活水平不斷提升，很多家庭都擁有了汽車(chē)。據(jù)調(diào)查，2019 年小型載客汽車(chē)保有量達(dá)到 2.21 億輛，私家車(chē)保有量達(dá)到 2.07 億輛，且持續(xù)快速增長(zhǎng)。汽車(chē)數(shù)量的增多隨之而來(lái)停車(chē)位也嚴(yán)重欠缺，室內(nèi)停車(chē)位只有 0.8 億個(gè)。美國(guó)一項(xiàng)研究表明，當(dāng)環(huán)境氣溫為 35℃時(shí)，陽(yáng)光照射 15 min 便能使封閉車(chē)廂內(nèi)的溫度達(dá)到 65℃，一旦遇到高溫天氣，汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間暴曬會(huì)加速車(chē)輛老化、釋放有毒氣體;使車(chē)內(nèi)人員產(chǎn)生悶熱、中暑等問(wèn)題。

　　目前市面上的降溫產(chǎn)品，往往存在著降溫效果差、便攜性差等問(wèn)題。針對(duì)這些現(xiàn)象，一款汽車(chē)智能降溫設(shè)備被設(shè)計(jì)提出，該設(shè)備以太陽(yáng)能為能源，清潔環(huán)保，具有智能防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。通過(guò)氣囊及局部制冷設(shè)備的相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車(chē)的高效隔熱及強(qiáng)力降溫。

　　1 設(shè)計(jì)思路

　　針對(duì)暴曬、降溫、防盜等問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款汽車(chē)智能降溫設(shè)備。通過(guò)太陽(yáng)能和薄膜板相結(jié)合的折疊機(jī)構(gòu)，有效地減少太陽(yáng)對(duì)汽車(chē)的暴曬;半導(dǎo)體制冷片和離心風(fēng)機(jī)的機(jī)構(gòu)，在汽車(chē)前面形成低溫風(fēng)幕，有效降低汽車(chē)室內(nèi)溫度;針對(duì)汽車(chē)防盜和遠(yuǎn)程操控問(wèn)題，設(shè)計(jì)了智能防盜震動(dòng)傳感器和遠(yuǎn)程操控。

　　2 產(chǎn)品工作流程及設(shè)計(jì)

　　2.1 工作原理

　　我們的汽車(chē)智能降溫設(shè)備配有散熱模組來(lái)帶走水循環(huán)和半導(dǎo)體的熱量，通過(guò)半導(dǎo)體片所產(chǎn)生的能量來(lái)降低溫度，然后通過(guò)銅管組件，冷風(fēng)到達(dá)氣囊從而傳導(dǎo)到全車(chē)。(圖 1)

　　2.2 工作流程

　　如圖 2 所示，工作前，由人工把裝置放置在車(chē)頂上，并確定設(shè)備正面朝上。通過(guò)操作手機(jī) APP 或設(shè)備按鈕，設(shè)備便可開(kāi)始工作。

　　本產(chǎn)品工作時(shí)，離心風(fēng)機(jī)和半導(dǎo)體制冷裝置開(kāi)始運(yùn)作，使氣墊充氣，先伸出兩側(cè)導(dǎo)氣條，同時(shí)氣囊充氣鼓起，氣囊底板材料具備透氣性，在保證氣壓的前提下，超壓部分氣體會(huì)從氣囊底板逸出，直接吹到汽車(chē)外表面，形成一道低溫風(fēng)幕。水冷循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)水泵把低溫水經(jīng)綠色管輸送至框內(nèi)，從淺紅色高溫管回流，然后再通過(guò)冷卻水熱轉(zhuǎn)換框的翅板把氣體降溫后送至氣囊。

　　工作結(jié)束時(shí)，通過(guò)操作 APP 或按鈕，離心風(fēng)機(jī)停止工作，氣囊放氣卷起，兩側(cè)導(dǎo)氣杠縮起，用主機(jī)收回到初始狀態(tài)即可將設(shè)備拿下來(lái)。

　　2.3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

　　2.3.1 氣囊收納機(jī)構(gòu) 氣囊收納機(jī)構(gòu)(如圖 3)主要利用離心風(fēng)機(jī)、充氣氣囊、太陽(yáng)能薄膜相結(jié)合，太陽(yáng)能薄膜附著在氣囊上。離心風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)導(dǎo)氣管道使氣囊充氣并展開(kāi)，在汽車(chē)面前形成低溫風(fēng)幕，同時(shí)收集太陽(yáng)能來(lái)提供能量。離心風(fēng)機(jī)不工作，氣囊放氣，離心風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使氣囊空氣排出，最后人工收回氣囊到初始位置。本機(jī)構(gòu)由太陽(yáng)能薄膜氣墊 1，塑料框架 2，離心風(fēng)機(jī) 3，太陽(yáng)能薄膜 4 組成。

　　2.3.2 水冷組件 水冷是通過(guò)銅或者其他高導(dǎo)熱材質(zhì)平面貼合半導(dǎo)體表面，導(dǎo)入熱量于水冷頭內(nèi)的水道，通過(guò)冷卻水熱轉(zhuǎn)換框，再通過(guò)水泵把低溫水經(jīng)綠色管 5A 輸送至框內(nèi)，然后從淺紅色高溫管 5B 回流，使半導(dǎo)體制冷裝置產(chǎn)生的熱量帶到散熱機(jī)構(gòu)。水冷組件由水循環(huán)管路 5，水泵 6，冷卻水熱轉(zhuǎn)換框 7 組成。(圖 4)

　　2.3.3 制冷系統(tǒng) 半導(dǎo)體通過(guò)帕爾貼原理又被稱(chēng)為是 “帕爾貼效益”，將兩種不同的導(dǎo)體充分運(yùn)用起來(lái)。由兩個(gè)不同的半導(dǎo)體組成的電路，在電路的接頭處可以產(chǎn)生焦耳熱，同時(shí)還會(huì)釋放出一些其它的熱量，此時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，另一個(gè)接頭處不是在釋放熱量，而是在吸收熱量。那么吸收熱量那端溫度就會(huì)變低。

　　2.3.4 散熱系統(tǒng) 散熱系統(tǒng)是對(duì)單個(gè)半導(dǎo)體使用四熱管的四組散熱器，熱管連接在底座上，熱管將半導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量帶到鰭片。鰭片是散熱器上最大的一塊區(qū)域，鰭片的面積主要影響被動(dòng)散熱的最大散熱能力，由于溫度的傳播都是由熱到冷擴(kuò)散，然后再加風(fēng)扇使其快速帶走熱量。本系統(tǒng)是由散熱器 8，熱管 9，夾緊杠 10 組成。(圖 5)

　　2.3.5 銅管組件 設(shè)備利用銅管優(yōu)良的導(dǎo)熱性和銅管內(nèi)液體的冷凝轉(zhuǎn)化，水蒸氣將沿著毛細(xì)結(jié)構(gòu)帶走主板的熱量;當(dāng)水蒸氣冷卻液化后，開(kāi)始循環(huán)回流。熱管散熱器由密封管、吸液芯和蒸汽通道組成，將低溫段的能量輸出到銅管末端。然后通過(guò)風(fēng)扇使其吹出的冷風(fēng)大面積到達(dá)車(chē)頂，然后傳導(dǎo)到全車(chē)。

　　2.4 技術(shù)說(shuō)明

　　產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)：①針對(duì)汽車(chē)降溫問(wèn)題，我們創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了以半導(dǎo)體制冷片、離心風(fēng)扇以及太陽(yáng)能薄膜板的折疊機(jī)構(gòu)，對(duì)汽車(chē)車(chē)頂形成氣流屏障，高效隔絕陽(yáng)光暴曬的熱量，從而對(duì)汽車(chē)內(nèi)部進(jìn)行降溫，且降溫速度快，達(dá)到舒適溫度效果; ②針對(duì)汽車(chē)防盜問(wèn)題，我們通過(guò)振動(dòng)傳感器的異常信號(hào)觸發(fā)報(bào)警器鳴響再通過(guò)手機(jī) APP 通知車(chē)主，解決產(chǎn)品本身容易被盜等問(wèn)題;③針對(duì)汽車(chē)防曬產(chǎn)品安放復(fù)雜問(wèn)題，我們創(chuàng)新型地設(shè)計(jì)了全自動(dòng)收納方式對(duì)本產(chǎn)品展開(kāi)的機(jī)構(gòu)收縮成一個(gè)盒子類(lèi)型，能讓車(chē)主簡(jiǎn)單安放到車(chē)頂;④針對(duì)汽車(chē)內(nèi)部溫度的監(jiān)控難問(wèn)題，我們通過(guò) GSM 與 WLAN 射頻技術(shù)結(jié)合 APP，達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車(chē)內(nèi)部溫度的效果。

　　3 特色和創(chuàng)新之處

　?、俑咝Ц魺幔罕驹O(shè)備利用先進(jìn)半導(dǎo)體制冷片、離心風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)能薄膜板、水冷系統(tǒng)等多功能對(duì)汽車(chē)進(jìn)行高效降溫。在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差，能夠使汽車(chē)達(dá)到適當(dāng)溫度，同時(shí)還能對(duì)汽車(chē)溫度進(jìn)行檢測(cè)，解決了當(dāng)前因車(chē)內(nèi)外溫度過(guò)高所引起一系列不良問(wèn)題。②收納方便：本設(shè)備采用先進(jìn)的全自動(dòng)收納方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行伸展與收納，太陽(yáng)能薄膜的伸縮只需要 10 秒鐘即可完成，將該產(chǎn)品的所有部件收納成一個(gè)盒子類(lèi)型，方便車(chē)主攜帶，減少了人工勞動(dòng)力。③遠(yuǎn)程監(jiān)控：本設(shè)備采用了先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用 GSM 和 WLAN 射頻技術(shù)開(kāi)發(fā)掌上終端，同時(shí)采用了 Arduino 的可編程邏輯控制器利用溫度傳感器反饋環(huán)境信息，車(chē)主可通過(guò) APP 監(jiān)控汽車(chē)內(nèi)部溫度及設(shè)備工作狀態(tài)。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　在《2017 中國(guó)汽車(chē)消費(fèi)趨勢(shì)調(diào)查報(bào)告》中提出了現(xiàn)在中國(guó)的汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)量有了井噴式的增長(zhǎng)，2017 年，我國(guó)汽車(chē)的需求量為 2619 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 97%。我國(guó)的汽車(chē)智能降溫設(shè)備市場(chǎng)不斷在發(fā)展，而本設(shè)備從設(shè)計(jì)就非常注重節(jié)能、環(huán)保和安全的特點(diǎn)，與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很多降溫產(chǎn)品相比，本設(shè)備具備降溫快、防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及全自動(dòng)收納裝置等多功能的優(yōu)勢(shì)。因此，我們的產(chǎn)品在上市前期將引起智能降溫設(shè)備市場(chǎng)的廣泛關(guān)注并將處于壟斷地位。