基于熱電模塊的車內熱環境自動調節系統研究

楊航 向展毅 徐屾

摘 要：國內有人曾為電動汽車設計了太陽能輔助熱電空調系統，這個系統采用熱電制冷系統進行降溫，利用高效PTC加熱元件進行采暖和對風窗玻璃進行除霧。本文從熱電制冷的技術提出解決夏日車內熱環境的問題，通過設計基于熱電模塊的車內熱環境自動調節系統來解決夏日駕駛員離開車，車內溫度過高的問題。

關鍵詞：熱電制冷；氣溫自動調節

熱電制冷又稱半導體制冷或溫差電制冷。具有熱電能量轉換特性的材料， 在通過直流電時產生制冷效應。由于熱電制冷效率的大小取決于熱電堆冷熱端的溫差，故在車內外熱電堆處均采用了風扇進行強制對流，以增加冷量的傳遞和制冷效率的提高。

1、實驗原理

1.1熱電制冷原理

帕爾帖效應：

電荷載體在導體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。純金屬的導電導熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。半導體材料具有極高的熱電勢，可以成功的用來做小型的熱電制冷器。

電子冰箱簡單結構為：將P型半導體，N型半導體，以及銅板，銅導線連成一個回路，銅板和導線只起導電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個接點接冰箱冷端，另一個接頭接散熱器熱端。

1.2制冷量的計算：

在制冷熱電偶中，一個結點上放熱，而另一個結點上吸熱，因此兩個結點間有溫差。由于熱傳導，熱從熱結點流向冷結點。因熱電偶內流動的電流產生焦耳熱，使局部溫度升高，溫度升高就使更多的熱流向冷結點，起了增加從熱結點至冷結點總熱量的作用。若熱在電流為I的導體上達到平衡，則傳導給冷結點的純熱流可用一維傅里葉方程來表示，由傳導給冷結點的總熱量影響了帕爾貼制冷，因此，把它減掉就得到了單個熱電偶的純產冷量：

2、實驗裝置的制作

實驗初，夏日的正午本文分兩組來測量車輛內在一定時間間隔內的溫度變化曲線，處理實驗數據后，在電腦上建立模型，使熱電制冷裝置在理想情況下達到本文預期所需要的制冷量，跟據數據所反映的參數選擇器材和材料，比如在散熱材料的選擇上本文選擇散熱好的銅管，并且添加風扇提高散熱效率，以防在實際環境中設備達不到本文所需的最低制冷量，故本文選擇制冷效果比普通半導體高三倍的高等半導體，經實驗測試效果比較好。實際制冷效果如圖所示；

3 夏日車內外溫度變化數據分析

記錄十二點到下午一點的車內溫度變化：十二點從地下車庫開出，停放在太陽下曝曬，此時記錄車內溫度為23℃。每過半小時記錄一次車內溫度。

25-33℃雷陣雨：車內最高溫度56℃，平均溫度47℃。

30-39℃晴：車內最高溫度62℃，平均溫度51℃。

4 結語

車輛在夏日暴曬下車內外溫度相差較大，對車輛和人的安全以及乘坐人的舒適度來說造成了一定的威脅，解決車輛在暴曬下車內溫度過高問題迫在眉睫。盡管本次實驗所設計的熱電制冷設備能夠在箱內體積下能達到實驗的預期目標，但是要是將此設備應用在汽車上，還有很多問題需要解決，如外加溫度調節器與車內空調的沖突、如何強制對流等，應用于汽車上還有一段距離。

參考文獻：

[1]職更辰，王瑞.熱電制冷技術的進展及應用[J].制冷，2012，（04）：42-48.

[2]施軍錁，祁影霞.太陽能技術在汽車空調上的應用[J]. 低溫與超導，2012，（08）：64-68.

作者簡介：

楊航（1996），男， 山東省濰坊市 在校大學生，專業：車輛工程，學校：上海工程技術大學.