基于熱電模塊的車內(nèi)熱環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

楊航 向展毅 徐屾

摘 要：國(guó)內(nèi)有人曾為電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)了太陽能輔助熱電空調(diào)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)采用熱電制冷系統(tǒng)進(jìn)行降溫，利用高效PTC加熱元件進(jìn)行采暖和對(duì)風(fēng)窗玻璃進(jìn)行除霧。本文從熱電制冷的技術(shù)提出解決夏日車內(nèi)熱環(huán)境的問題，通過設(shè)計(jì)基于熱電模塊的車內(nèi)熱環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來解決夏日駕駛員離開車，車內(nèi)溫度過高的問題。

關(guān)鍵詞：熱電制冷；氣溫自動(dòng)調(diào)節(jié)

熱電制冷又稱半導(dǎo)體制冷或溫差電制冷。具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料， 在通過直流電時(shí)產(chǎn)生制冷效應(yīng)。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(nèi)外熱電堆處均采用了風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流，以增加冷量的傳遞和制冷效率的提高。

1、實(shí)驗(yàn)原理

1.1熱電制冷原理

帕爾帖效應(yīng)：

電荷載體在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級(jí)，當(dāng)它從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)釋放出多余的熱量。純金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。半導(dǎo)體材料具有極高的熱電勢(shì)，可以成功的用來做小型的熱電制冷器。

電子冰箱簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)為：將P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體，以及銅板，銅導(dǎo)線連成一個(gè)回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個(gè)接點(diǎn)接冰箱冷端，另一個(gè)接頭接散熱器熱端。

1.2制冷量的計(jì)算：

在制冷熱電偶中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)上放熱，而另一個(gè)結(jié)點(diǎn)上吸熱，因此兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間有溫差。由于熱傳導(dǎo)，熱從熱結(jié)點(diǎn)流向冷結(jié)點(diǎn)。因熱電偶內(nèi)流動(dòng)的電流產(chǎn)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(jié)點(diǎn)，起了增加從熱結(jié)點(diǎn)至冷結(jié)點(diǎn)總熱量的作用。若熱在電流為I的導(dǎo)體上達(dá)到平衡，則傳導(dǎo)給冷結(jié)點(diǎn)的純熱流可用一維傅里葉方程來表示，由傳導(dǎo)給冷結(jié)點(diǎn)的總熱量影響了帕爾貼制冷，因此，把它減掉就得到了單個(gè)熱電偶的純產(chǎn)冷量：

2、實(shí)驗(yàn)裝置的制作

實(shí)驗(yàn)初，夏日的正午本文分兩組來測(cè)量車輛內(nèi)在一定時(shí)間間隔內(nèi)的溫度變化曲線，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，在電腦上建立模型，使熱電制冷裝置在理想情況下達(dá)到本文預(yù)期所需要的制冷量，跟據(jù)數(shù)據(jù)所反映的參數(shù)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(fēng)扇提高散熱效率，以防在實(shí)際環(huán)境中設(shè)備達(dá)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(dǎo)體高三倍的高等半導(dǎo)體，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試效果比較好。實(shí)際制冷效果如圖所示；

3 夏日車內(nèi)外溫度變化數(shù)據(jù)分析

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

25-33℃雷陣雨：車內(nèi)最高溫度56℃，平均溫度47℃。

30-39℃晴：車內(nèi)最高溫度62℃，平均溫度51℃。

4 結(jié)語

車輛在夏日暴曬下車內(nèi)外溫度相差較大，對(duì)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(nèi)溫度過高問題迫在眉睫。盡管本次實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的熱電制冷設(shè)備能夠在箱內(nèi)體積下能達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目標(biāo)，但是要是將此設(shè)備應(yīng)用在汽車上，還有很多問題需要解決，如外加溫度調(diào)節(jié)器與車內(nèi)空調(diào)的沖突、如何強(qiáng)制對(duì)流等，應(yīng)用于汽車上還有一段距離。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

楊航（1996），男， 山東省濰坊市 在校大學(xué)生，專業(yè)：車輛工程，學(xué)校：上海工程技術(shù)大學(xué).