車肺
——高溫暴曬下的車內控溫裝置

張伊卓，張子辰，羅強，楊岳

（中南大學,湖南 長沙 4 1 0 0 0 6）

車肺
——高溫暴曬下的車內控溫裝置

張伊卓，張子辰，羅強，楊岳

（中南大學,湖南 長沙 4 1 0 0 0 6）

基于半導體制冷片的P e l t i e r效應，設計制造了夏天車內溫度控制裝置，意在改善夏天溫度極高的車內部環境，為司機提供一個更為舒適的駕駛環境。

汽車溫控；半導體制冷片；P e l t i e r效應；太陽能技術

1 研制背景及意義

夏天，處于太陽暴曬下的車輛內部環境無疑是乘車人最為頭疼的問題之一，而近7 0℃的車內溫度也不僅僅影響了乘車人的舒適感，更對生命健康造成了一定的威脅。

2 設計方案

2.1 基本方案

2.2 項目裝置設計

2.2.1 空氣綜合處理裝置

器材：風機，溫度控制器，活性炭等空氣凈化材料，半導體制冷片×2，導冷片 ×2，散熱片×2。

工作原理：溫控開關實時監控車內溫度，智能啟動。由風機提供循環動力，利用半導體制冷模塊對空氣進行冷處理，加速車內空氣循環，同時凈化組塊對循環空氣進行凈化處理，將車內因高溫而產生的有毒氣體，如甲醛等進行吸附。

2.2.2 太陽能電池供能裝置

器材：光伏板、導線、蓄電池組、太陽能控制器。

工作原理：將汽車天窗原有的遮陽材料替換成光伏板收集太陽能，為了使其提供的電壓電流與半導體制冷片相匹配，必須配備蓄電池和太陽能控制器，陽光照射下，光能立即轉化為直流電，供給半導體制冷片，降低駕駛室內溫度。當光照強度較大時，一部分電能直接供給半導體制冷片，另一部分由控制器向蓄電池輸送并儲存起來，當太陽能電池產電量比較低時，再釋放給半導體制冷片。

2.2.3 內循環管道模塊

器材：車載空調內循環管道工作原理：利用汽車空調的循環管道和鼓風機，當汽車車首和車尾的風門擋板打開時，即為外循環，當前后風門關閉時，形成封閉空間即為內循環。空氣經過綜合處理裝置降溫進入車輛內部，與內部熱空氣形成對流，再經內循環管道進行循環處理里，達到降低車內溫度的效果。

3 理論設計計算

3.1 車內實際情況探索

車內空間體積：V≈2×1.5×1.5=4.5 m3；

夏季汽車暴曬下車內溫度可達7 0℃，外界溫度4 0℃；

已知：太陽照射到地面的功率大概是1 0 0 0～2 0 0 0 W，車窗玻璃的面積大約為1.7 m2，車玻璃光的透射率為8 5%，透射光的熱載體約為4 0%。車頂的材質為碳素鋼，反射率為9 1.3%，導熱系數為5 8.3 3 W/（m·K）（6 5℃時），車頂面積大約為2.1 5 m2。

計算：太陽光對車的加熱功率為φ：φ=φ1+φ2

透過車玻璃對車加熱功率：φ1=1 0 0 0×1.7×0.8 5×0.4=5 7 8 W

透過車頂對車的加熱功率：φ2=1 0 0 0×2.1 5×0.8 5×(1-0.9 1 3)=1 5 9 W則：φ=φ1+φ2=5 7 8+1 5 9=7 3 7 W

換氣風扇換氣時間：譽達Y D-8 0 2 0直流汽車電子扇風量1 m3/mi n。 則4.5 m3的高溫空氣排出，需要時間t=4.5 mi n。

3.2 制冷片制冷工作

車內散熱量計算如下：

已知：強制對流條件下氣體的對流傳熱表面傳熱系數h/［W/（m·K）］≈2 0-1 0 0

鋁制肋片的導熱系數（2 0℃時）為2 3 6 W/（m·K）；車內氣溫T=6 0℃

大氣壓（p=1 0 1 k P a）下干空氣（6 0℃時）ρ=1.0 6 0 k g/m3，C p=1.0 0 5 k J/（k g·K）

等截面直肋的散熱效率nf：

對于矩形截面直肋：

假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量：φ=A h(t f-t m)

車內空間體積：V≈2×1.5×1.5=4.5 m3

制冷片將4 0℃的車內溫度降至3 5℃。

大氣壓（p=1 0 1 k P a）下干空氣（6 0℃時）ρ=1.0 6 0 k g/m3，C p=1.0 0 5 k J/（k g·K）；車內空間體積：V≈2×1.5×1.5=4.5 m3；

車內氣體總散熱量：Q=cpm△t=1.0 0 5×1 03×1.0 6 0×4.5×(4 0-3 5）=2 3 9 6 9.2 5 J。

（2）制冷片工作時間計算

制冷片的制冷功率為P，采用n片制冷片：n p t=7 3 7t+2 3 9 6 9.2 5

選用T E C 1-2 6 3 1 5半導體制冷片，尺寸：5 0 mm×5 0 mm，取蓄電瓶2 4 V時，制冷功率2 0 0 W。當n=5時，代入上式，t=1.5 mi n。

4 實驗分析

水箱溫度測定實驗。

實驗環境：室內，恒溫2 5℃；

實驗器材：水箱，散熱器，溫度計，肋片，半導體，風扇。

圖1 穩定溫度5 4.5℃

5 創新點及應用前景

本文介紹了半導體制冷和太陽能驅動的半導體制冷系統，提出了太陽能半導體制冷技術在汽車的應用，起到使汽車在曝曬情況下的降溫作用。總體來說，太陽能驅動的半導體制冷系統有以下優點：

（1）結構緊湊，體積小，安裝方便；

圖2 初始溫度2 7℃

圖3 模擬軟件：f l u e n t

（2）不需要制冷劑，因此不會產生環境污染，符合環境友好型理念；

（3）制冷迅速、對車體動力無影響。

總而言之，太陽能半導體制冷在汽車上的應用符合當前綠色、環保、節能的主題。該技術具有相當可觀的經濟價值和社會價值，應用前景十分廣泛。

[1]麻友良 .汽車空調技術[M].北京：機械工業出版社，2 0 0 9.

[2](美)施敏，李明逵.半導體器件物理與工藝（第三版）[M].杭州：蘇州大學出版社，2 0 1 4.

U 2 7 0.3 8 3

A

1 6 7 1-0 7 1 1（2 0 1 7）0 2（下）-0 1 1 8-0 2