高溫停車用太陽能智能控溫器設(shè)計(jì)

常敏 陶瑩 董志國 伊哲鋒

（遼寧科技學(xué)院 冶金工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004）

汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使人們對(duì)車內(nèi)環(huán)境的要求不斷提高，因此兼具實(shí)用性與舒適性的汽車智能產(chǎn)品備受歡迎。根據(jù)《中國制造2025》規(guī)劃綱要，只有將人工智能與先進(jìn)制造深度融合才能成為新一代智能制造[1]。高溫停車用太陽能智能控溫器正是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生，具有在高溫停車時(shí)維持車內(nèi)溫度恒定、改善車內(nèi)環(huán)境、雙重智能控制、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，此外不使用傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮制冷，也無需對(duì)車輛進(jìn)行改造。

一、設(shè)計(jì)背景

夏季高溫下，由于停車時(shí)車內(nèi)制冷系統(tǒng)無法正常使用，汽車經(jīng)長時(shí)間停放后車內(nèi)溫度急劇升高。汽車內(nèi)皮制品和塑料制品會(huì)散發(fā)出有害氣體和刺鼻味道，車內(nèi)零件老化加速；若汽車在曝曬之后立刻打開車內(nèi)空調(diào)降溫，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷迅速增加，而且油耗量也急劇增加；如不慎將孩子遺忘車內(nèi)，很容易導(dǎo)致窒息的危險(xiǎn)發(fā)生；此外，密閉車廂內(nèi)空氣不流通，發(fā)動(dòng)機(jī)在停車時(shí)工作汽油燃燒不充分，這種情況下開空調(diào)休息很容易導(dǎo)致一氧化碳中毒 [2]。

鑒于此種情況，市場上開發(fā)出許多不同類型的汽車“降溫”產(chǎn)品，如清涼罩、防爆隔熱膜、遮陽網(wǎng)、遮陽擋等。汽車清涼罩可遮雨、防曬、防塵及防雪等，可有效控制車身溫度，減緩車內(nèi)零件老化，但其鋪在車外對(duì)車內(nèi)控溫效果有限；防爆隔熱膜在抗紫外線方面作用突出，但是控溫效果一般；而遮陽網(wǎng)等在行車時(shí)對(duì)視線的影響極大，特別是倒車時(shí)需要經(jīng)常裝卸十分麻煩。而針對(duì)停車時(shí)密閉車廂內(nèi)開空調(diào)休息或誤將兒童遺忘其中而導(dǎo)致的危險(xiǎn)，目前只是在加強(qiáng)安全意識(shí)、完善管理制度等方面做工作，并無實(shí)質(zhì)性的保護(hù)產(chǎn)品被開發(fā)。

當(dāng)前世界，化石燃料引起的全球變暖問題逐漸加劇[3]。面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，作為一種綠色、環(huán)保的可再生資源，太陽能正以其無可爭議的優(yōu)勢(shì)改變未來的生活[4]。本文提出的方案正是采用太陽能為動(dòng)力能源，在夏季高溫天氣下維持車內(nèi)溫度恒定。

二、技術(shù)原理

高溫停車用太陽能智能控溫器包括四部分：電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其原理如圖1所示。該控溫器以太陽能為動(dòng)力能源、制冷片組為制冷系統(tǒng)降低車內(nèi)溫度、空氣循環(huán)機(jī)為通風(fēng)系統(tǒng)控制車內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)、人體紅外感應(yīng)與手機(jī)APP雙重結(jié)合智能操控的節(jié)能環(huán)保型車用智能控溫裝置。

圖1 高溫停車用太陽能智能控溫器的原理圖

控溫器的電源系統(tǒng)采用光伏板與太陽能轉(zhuǎn)換器相連接，太陽能轉(zhuǎn)換器與蓄電池相連接。將光伏板以特定的固定方式暴露在陽光下，利用太陽能產(chǎn)生直流電，太陽能轉(zhuǎn)換器將光伏板輸出的變化幅度很大的直流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的50Hz交流電，輸出給蓄電池存儲(chǔ)，蓄電池為整個(gè)控溫器提供穩(wěn)定的電能。

裝置電源啟動(dòng)后，內(nèi)部制冷系統(tǒng)開始工作，半導(dǎo)體制冷片的制冷面溫度開始降低，從而使與之相連的導(dǎo)冷片溫度降低，進(jìn)而使制冷室內(nèi)溫度降低。與此同時(shí)，空氣循環(huán)機(jī)不斷將車內(nèi)熱空氣通過控溫器機(jī)殼上的通氣孔吸入制冷室內(nèi)降溫，再由空氣循環(huán)機(jī)將其吹出，如此循環(huán)，即可使車內(nèi)溫度降低。空氣循環(huán)機(jī)和制冷器以并聯(lián)連接，另一端與保護(hù)裝置相連，當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度值時(shí)，溫控開關(guān)會(huì)主動(dòng)切斷負(fù)載的供電端，使控溫器暫停工作，當(dāng)車內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定回差值時(shí)，溫控開關(guān)會(huì)接通負(fù)載的供電端再次工作。

三、功能預(yù)設(shè)及特點(diǎn)

根據(jù)控溫器的技術(shù)原理，全方位考慮產(chǎn)品的實(shí)用性、舒適性、智能化和節(jié)能環(huán)保需求，制定產(chǎn)品的預(yù)設(shè)功能如下：

1.制冷：利用半導(dǎo)體制冷片制冷，無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性高、無制冷劑污染；

2.通風(fēng)：通過空氣循環(huán)機(jī)進(jìn)行車內(nèi)冷、熱氣體交換；

3.加濕：啟動(dòng)一鍵霧化加濕裝置，潤濕車內(nèi)環(huán)境；

4.雙重控制：采用溫控開關(guān)與紅外感應(yīng)雙重控制，監(jiān)測(cè)到車內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度且無人時(shí)則自動(dòng)開啟；

5.遠(yuǎn)程控制：汽車長時(shí)間未用后，可在用前特定時(shí)間內(nèi)通過手機(jī)APP控制設(shè)備的開啟與數(shù)據(jù)的設(shè)定等；

6.數(shù)據(jù)設(shè)定：數(shù)據(jù)設(shè)定具有保存功能，可根據(jù)不同環(huán)境條件設(shè)定多種備選模式；

7.外接電源：設(shè)有220V交流電調(diào)壓器，可在密閉空間外接電源使用。

四、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)產(chǎn)品的功能預(yù)設(shè)確定其結(jié)構(gòu)，主要包括機(jī)殼、制冷器、空氣循環(huán)機(jī)、電源系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)等。控溫器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。由圖可以看出，固定在機(jī)殼上的隔離板將制冷器與空氣循環(huán)機(jī)分隔為兩個(gè)部分，并與兩條水平支撐板共同支撐制冷器。制冷器位于機(jī)殼中部，包括導(dǎo)冷片、半導(dǎo)體制冷片、四組導(dǎo)熱管、兩組散熱片和兩組導(dǎo)熱風(fēng)機(jī)。導(dǎo)冷片緊貼于半導(dǎo)體制冷片的制冷面，當(dāng)制冷面溫度下降時(shí)，導(dǎo)冷片的溫度也隨之下降。半導(dǎo)體制冷片的發(fā)熱面與導(dǎo)熱管相連接，導(dǎo)熱管貫穿于散熱片中，兩組導(dǎo)熱風(fēng)機(jī)分別固定在散熱片的兩端。導(dǎo)熱管將發(fā)熱面的熱量傳導(dǎo)至散熱片上，與導(dǎo)熱風(fēng)機(jī)共同散熱。隔離板的中部設(shè)有第一通孔，制冷器的導(dǎo)冷片鑲嵌在第一通孔中。隔離板的左端設(shè)有保溫層，用于減少制冷器一側(cè)機(jī)殼內(nèi)的溫度散失。保溫層中部設(shè)有第二通孔，導(dǎo)冷片鑲嵌其中。空氣循環(huán)機(jī)固定于左端機(jī)蓋的內(nèi)壁上，其作用是將車內(nèi)的熱空氣通過機(jī)蓋上的通氣孔吸入機(jī)殼內(nèi)降溫，并將機(jī)殼內(nèi)的冷空氣通過機(jī)蓋上的通氣孔吹到車內(nèi)，完成冷熱交換過程。此外，導(dǎo)冷片下方還設(shè)有接水凹槽和霧化裝置，用于承接導(dǎo)冷片所產(chǎn)生的水滴，并在需要時(shí)將水滴霧化以改善車內(nèi)濕度。此外，機(jī)殼內(nèi)部還設(shè)有蓄電池、調(diào)壓器、紅外線感應(yīng)器和保護(hù)裝置。

溫控系統(tǒng)包括溫控開關(guān)和溫度傳感器，溫控開關(guān)位于機(jī)殼的外壁上，溫度傳感器的探頭可使用夾子夾置于車內(nèi)測(cè)溫位置，其作用是為測(cè)量環(huán)境溫度，并進(jìn)一步控制控溫器的開啟或關(guān)閉。在機(jī)殼的前端和后端均設(shè)有若干散熱孔，為半導(dǎo)體制冷片制熱端產(chǎn)生的熱量散熱。機(jī)殼前端的內(nèi)壁上還固定設(shè)有保護(hù)裝置，用于防止電壓不穩(wěn)、過量對(duì)控溫器產(chǎn)生傷害。

圖2 高溫停車用太陽能智能控溫器的結(jié)構(gòu)圖

五、展望

高溫停車用太陽能智能控溫器采用太陽能為動(dòng)力能源、制冷片組為制冷系統(tǒng)降低車內(nèi)空氣溫度、空氣循環(huán)機(jī)為通風(fēng)系統(tǒng)控制車內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)、人體紅外感應(yīng)與手機(jī)APP雙重控制，不僅給用戶創(chuàng)造了舒適的駕駛環(huán)境，也為相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)研究提供決策參考。該產(chǎn)品在功能設(shè)計(jì)方面還存在很大的改進(jìn)空間。在本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，制備一款夏季制冷、冬季產(chǎn)熱、智能調(diào)濕、凈化空氣的多功能升級(jí)產(chǎn)品是未來的發(fā)展方向。此外，隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，推動(dòng)該產(chǎn)品與新能源汽車的深度融合也是亟待解決的問題。