環保制冷風扇的研制

天津職業大學 天津 300410

1 引言

隨著溫室效應加劇,地球溫度不斷升高,對于北方的學生和剛畢業的年輕人來說,如何度過炎熱的夏季是個難題。北方學校的宿舍里大多沒有安裝空調；對剛畢業的學生來說,空調價格昂貴,且不容易搬動。電風扇價格低,但吹出的熱風不舒適。因此,制作了小巧而且價格低廉的制冷風扇。該制冷風扇能吹出低于室溫5－10℃的涼風,迅速降低體感溫度。

2 制冷風扇工作原理

當冷水遇到高溫空氣時,就會在冷水表面產生由于導熱、對流和熱輻射引起的顯熱交換,冷水與空氣之間的這種顯熱交換就是實現蒸發冷卻的根本原理[1]。該制冷風扇采用直接蒸發冷卻,即冷水與空氣直接接觸,通過風扇吹出涼爽的空氣,迅速降低體感溫度。該裝置采用水作為冷卻介質成本低、能耗小,維護費用低,且避免了使用氟利昂制冷劑對大氣環境的污染。

3 制冷風扇的設計思路

單片機接收溫度傳感器所測水的溫度,溫度高于25℃時,半導體制冷芯片開始工作,降低水溫,冷水和空氣進行熱交換,同時排風扇將冷卻后的空氣排出；當水溫冷卻至23℃時,制冷芯片停止工作,排風扇繼續排出涼風。當水的溫度上升到25℃時,重復前面的過程。

由于冷熱交換,會使水蒸發,液位降低,因此采用液位報警模塊提醒加水操作。

4 控制電路系統設計

控制電路系統圖如圖1所示。

圖1 控制電路系統圖

4.1 核心控制芯片 單片機為整個系統的核心部件,采用市面上常用的89C52,其功能為：

(1)接收溫度傳感器測試的溫度,將測量值與設定值相比較,控制半導體制冷芯片的啟停。控制算法采用二位式控制,又稱通斷式控制。即當溫度高于26℃時,啟動制冷芯片；溫度低于23℃時,制冷芯片停止工作。

(2)設定高低液位值,單片機接收液位傳感器測得的液位信號,與設定值比較,通過蜂鳴器進行缺水和溢水報警。控制算法同樣采用二位式控制。

4.2 半導體制冷芯片 制冷芯片采用TEC1－12706芯片,由半導體材料制成,工作電壓12V,工作電流4－4.6A。半導體材料具有最佳的熱電能量轉換特性,在通以直流電流時,具有制冷功能。半導體制冷是建立于塞貝克效應、珀爾帖效應、湯姆遜效應、焦耳效應、傅立葉效應共五種熱電效應基礎上的制冷新技術[2]。在本設計中,為了迅速制冷,使用兩片半導體制冷芯片,總功率為90瓦。

4.3 溫度傳感器 溫度傳感器采用DS18B20,是一款功耗低、精確度高的數字型傳感器。能將溫度信號直接轉變為數字信號,可以和單片機直接相連。經常用于家電溫度控制中。

4.4 液位傳感器 液位傳感器采用電容式非接觸傳感器。將兩個傳感器表貼在液體容器外面的兩個極限位置,測量最低和最高液位,容器壁厚不能超過傳感器的感應距離。當容器內的液位達到傳感器的高度時,傳感器輸出高電平,如果沒有達到,則輸出低電平。

5 結構設計

結構總體設計如圖2所示。

制冷片鑲嵌在容器壁間,冷面向里,熱面朝外。測試冷熱面時,將紅線接電源正極,黑線接負極,瞬間通電,用手觸摸制冷片的兩個面,發熱一面為熱面,有冷感一面為冷面。時間不超過5秒鐘,否則熱端溫度高,沒有散熱,容易燒壞制冷片。

高低液位傳感器需要通過單片機調試安裝在外壁上。溫度傳感器安裝內壁上,與冷空氣接觸,測量冷空氣度。

圖2 制冷風扇結構示意圖

6 結論

本文基于單片機及制冷片技術,制作了制冷風扇。該設備能耗低,功率為100瓦；小巧,攜帶方便,是一款環保節能產品。該設備還可以作為制作飲用的冷水裝置,或者小型冰箱,非常適合在校及剛畢業的年輕人。

制冷風扇只能實現人體溫感迅速降低,不能實現整個房間的降溫,且屋內要適當通風,防止空氣內循環[3]。