汽車智能降溫設(shè)備研發(fā)

李劍波 陳羅銳 張奕揚(yáng) 鄭義隆 田媛 江啟城 黃志越

摘要：長時間的太陽暴曬會使汽車釋放有毒物質(zhì)、車內(nèi)部件老化等。為解決以上問題，設(shè)計出了一套汽車智能降溫設(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)與太陽能薄板、離心風(fēng)機(jī)相結(jié)合，太陽能薄板收集太陽能提供能量。離心風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)，導(dǎo)氣管道使氣囊充氣并展開，在汽車面前形成低溫風(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。

Abstract： Long sun exposure will make the car release toxic substances， car interior parts aging， etc.In order to solve the above problems， a set of automobile intelligent cooling equipment is designed， which mainly consists of two parts： local refrigeration device and airbag structure.The airbag structure is combined with solar panels， centrifugal fans， which collect solar energy to provide energy.The centrifugal fan is rotating， the air guide pipeline inflated the air bag and expands， forming a low temperature air screen in front of the car; the local refrigeration device adopts semiconductor refrigeration and water cooling circulation， taking away the heat generated by the semiconductor cooling device， greatly improving the heat dissipation efficiency of the device.

關(guān)鍵詞：智能;高效;太陽能;監(jiān)控;汽車降溫

Key words： intelligence;efficient;solar energy;monitoring;car cooling

中圖分類號：U46??????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0230-02

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。據(jù)調(diào)查，2019年小型載客汽車保有量達(dá)到2.21億輛，私家車保有量達(dá)到2.07億輛，且持續(xù)快速增長。汽車數(shù)量的增多隨之而來停車位也嚴(yán)重欠缺，室內(nèi)停車位只有0.8億個。美國一項(xiàng)研究表明，當(dāng)環(huán)境氣溫為 35℃時，陽光照射15 min 便能使封閉車廂內(nèi)的溫度達(dá)到 65℃，一旦遇到高溫天氣，汽車長時間暴曬會加速車輛老化、釋放有毒氣體;使車內(nèi)人員產(chǎn)生悶熱、中暑等問題。

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

1? 設(shè)計思路

針對暴曬、降溫、防盜等問題，我們設(shè)計了一款汽車智能降溫設(shè)備。通過太陽能和薄膜板相結(jié)合的折疊機(jī)構(gòu)，有效地減少太陽對汽車的暴曬;半導(dǎo)體制冷片和離心風(fēng)機(jī)的機(jī)構(gòu)，在汽車前面形成低溫風(fēng)幕，有效降低汽車室內(nèi)溫度;針對汽車防盜和遠(yuǎn)程操控問題，設(shè)計了智能防盜震動傳感器和遠(yuǎn)程操控。

2? 產(chǎn)品工作流程及設(shè)計

2.1 工作原理

我們的汽車智能降溫設(shè)備配有散熱模組來帶走水循環(huán)和半導(dǎo)體的熱量，通過半導(dǎo)體片所產(chǎn)生的能量來降低溫度，然后通過銅管組件，冷風(fēng)到達(dá)氣囊從而傳導(dǎo)到全車。（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頂上，并確定設(shè)備正面朝上。通過操作手機(jī)APP或設(shè)備按鈕，設(shè)備便可開始工作。

本產(chǎn)品工作時，離心風(fēng)機(jī)和半導(dǎo)體制冷裝置開始運(yùn)作，使氣墊充氣，先伸出兩側(cè)導(dǎo)氣條，同時氣囊充氣鼓起，氣囊底板材料具備透氣性，在保證氣壓的前提下，超壓部分氣體會從氣囊底板逸出，直接吹到汽車外表面，形成一道低溫風(fēng)幕。水冷循環(huán)系統(tǒng)通過水泵把低溫水經(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，通過操作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。

2.3 產(chǎn)品設(shè)計

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、太陽能薄膜相結(jié)合，太陽能薄膜附著在氣囊上。離心風(fēng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過導(dǎo)氣管道使氣囊充氣并展開，在汽車面前形成低溫風(fēng)幕，同時收集太陽能來提供能量。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)由太陽能薄膜氣墊1，塑料框架2，離心風(fēng)機(jī)3，太陽能薄膜4組成。

2.3.2 水冷組件? 水冷是通過銅或者其他高導(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，通過冷卻水熱轉(zhuǎn)換框，再通過水泵把低溫水經(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)體通過帕爾貼原理又被稱為是“帕爾貼效益”，將兩種不同的導(dǎo)體充分運(yùn)用起來。由兩個不同的半導(dǎo)體組成的電路，在電路的接頭處可以產(chǎn)生焦耳熱，同時還會釋放出一些其它的熱量，此時就會發(fā)現(xiàn)，另一個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變低。

2.3.4 散熱系統(tǒng)? 散熱系統(tǒng)是對單個半導(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。然后通過風(fēng)扇使其吹出的冷風(fēng)大面積到達(dá)車頂，然后傳導(dǎo)到全車。

2.4 技術(shù)說明

產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)：①針對汽車降溫問題，我們創(chuàng)新性地設(shè)計了以半導(dǎo)體制冷片、離心風(fēng)扇以及太陽能薄膜板的折疊機(jī)構(gòu)，對汽車車頂形成氣流屏障，高效隔絕陽光暴曬的熱量，從而對汽車內(nèi)部進(jìn)行降溫，且降溫速度快，達(dá)到舒適溫度效果;②針對汽車防盜問題，我們通過振動傳感器的異常信號觸發(fā)報警器鳴響再通過手機(jī)APP通知車主，解決產(chǎn)品本身容易被盜等問題;③針對汽車防曬產(chǎn)品安放復(fù)雜問題，我們創(chuàng)新型地設(shè)計了全自動收納方式對本產(chǎn)品展開的機(jī)構(gòu)收縮成一個盒子類型，能讓車主簡單安放到車頂;④針對汽車內(nèi)部溫度的監(jiān)控難問題，我們通過GSM與WLAN射頻技術(shù)結(jié)合APP，達(dá)到了實(shí)時監(jiān)控汽車內(nèi)部溫度的效果。

3? 特色和創(chuàng)新之處

①高效隔熱：本設(shè)備利用先進(jìn)半導(dǎo)體制冷片、離心風(fēng)機(jī)、太陽能薄膜板、水冷系統(tǒng)等多功能對汽車進(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，能夠使汽車達(dá)到適當(dāng)溫度，同時還能對汽車溫度進(jìn)行檢測，解決了當(dāng)前因車內(nèi)外溫度過高所引起一系列不良問題。②收納方便：本設(shè)備采用先進(jìn)的全自動收納方式對產(chǎn)品進(jìn)行伸展與收納，太陽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盒子類型，方便車主攜帶，減少了人工勞動力。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)開發(fā)掌上終端，同時采用了Arduino的可編程邏輯控制器利用溫度傳感器反饋環(huán)境信息，車主可通過APP監(jiān)控汽車內(nèi)部溫度及設(shè)備工作狀態(tài)。

4? 結(jié)語

在《2017中國汽車消費(fèi)趨勢調(diào)查報告》中提出了現(xiàn)在中國的汽車購買量有了井噴式的增長，2017年，我國汽車的需求量為2619萬輛，同比增長97%。我國的汽車智能降溫設(shè)備市場不斷在發(fā)展，而本設(shè)備從設(shè)計就非常注重節(jié)能、環(huán)保和安全的特點(diǎn)，與國內(nèi)市場很多降溫產(chǎn)品相比，本設(shè)備具備降溫快、防盜、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及全自動收納裝置等多功能的優(yōu)勢。因此，我們的產(chǎn)品在上市前期將引起智能降溫設(shè)備市場的廣泛關(guān)注并將處于壟斷地位。

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