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1、一種汽車降溫裝置的設計與研究 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計提出，該降溫裝置被設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計提出，該降溫裝置被設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)車窗結構設計而成，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 　　隨著我國社會經濟和科學技術的飛速發(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]。有關學者分析認為，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。高溫下內飾容易老化，醛酮類物質和VOC等車內有毒有害物質易增多。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，其內各部分溫度往往能達到50~107℃，這將導致車內物質化學反應速率大大增加，內飾部件容易氧化老化，有毒有害物質也更容易生成[3]。高溫還會導致車漆發(fā)生變化。經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注，諸多技術被提出，尤其是利用太陽能的技術。如設計太陽能半導體制冷汽

5、車防曬罩;利用壓縮制冷的方法設計太陽能汽車制冷系統(tǒng);綜合利用太陽能及半導體制冷片[4-6]等。但這些技術往往有效率低、結構復雜等缺點。從太陽能的應用角度來看，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的密封膠條平行的，只要當車窗玻璃沒有關緊時，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。 　　通風散熱裝置被設計成能與車窗緊密結合的結構，并安裝了風機來強化對流傳熱，使得車內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。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。 　　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、導熱等的影響下，車內空氣往往會迅速升溫，并達到一個遠遠高于車外的高溫。為了產生更節(jié)能高效的降溫效果，如圖2所示，本項目設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，使得車內外的空氣能進行更充分的換熱，從而實現(xiàn)汽車的降溫。 　　本裝置結構被設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槽內;裝置的下半部分有凹槽，車窗玻璃能嵌入到該凹槽內，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，并設有空氣凈化器，在貫流風機抽吸產生的負壓的作用下，遠比汽車室內低溫的室外新鮮空氣能進入到汽車車內，并產生強烈的對流現(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、汽車內部的部分結構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，本項目設計了如圖3所示的局部制冷裝置，該裝置結構小巧，可安放在車內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體制冷片。當給半導體制冷片加以電壓時，由Peltier效應[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，本項目在半導體制冷片的散熱部分使用了熱管、散熱片和風機的組合構件，風機從車內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。本項目在半導體制冷片的制冷端安裝了導冷塊，以及一個貫流風機，當制冷片的冷量傳遞到導冷塊時，其周圍的空氣被制冷降溫，再經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，室內外溫差為6.2℃;當已安裝通風散熱裝置但裝置未工作，室內外溫差為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

13、學和通風與空氣調節(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)設計發(fā)明了一種可與車窗緊密貼合的通風散熱結構，該裝置結構可實現(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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