汽車智能降溫設備研發

　　摘要：長時間的太陽暴曬會使汽車釋放有毒物質、車內部件老化等。為解決以上問題，設計出了一套汽車智能降溫設備，該設備主要由局部制冷裝置及氣囊結構兩部分組成。氣囊結構與太陽能薄板、離心風機相結合，太陽能薄板收集太陽能提供能量。離心風機正轉，導氣管道使氣囊充氣并展開，在汽車面前形成低溫風幕;局部制冷裝置采用了半導體制冷及水冷循環，通過水冷循環帶走由半導體制冷裝置所產生的熱量，極大地提高了裝置的散熱效率。

　　關鍵詞：智能;高效;太陽能;監控;汽車降溫

　　李劍波; 陳羅銳; 張奕揚; 鄭義隆; 田媛; 江啟城; 黃志越， 內燃機與配件 發表時間：2021-11-12

　　0 引言

　　隨著人民的生活水平不斷提升，很多家庭都擁有了汽車。據調查，2019 年小型載客汽車保有量達到 2.21 億輛，私家車保有量達到 2.07 億輛，且持續快速增長。汽車數量的增多隨之而來停車位也嚴重欠缺，室內停車位只有 0.8 億個。美國一項研究表明，當環境氣溫為 35℃時，陽光照射 15 min 便能使封閉車廂內的溫度達到 65℃，一旦遇到高溫天氣，汽車長時間暴曬會加速車輛老化、釋放有毒氣體;使車內人員產生悶熱、中暑等問題。

　　目前市面上的降溫產品，往往存在著降溫效果差、便攜性差等問題。針對這些現象，一款汽車智能降溫設備被設計提出，該設備以太陽能為能源，清潔環保，具有智能防盜、遠程監控功能。通過氣囊及局部制冷設備的相結合，實現了對汽車的高效隔熱及強力降溫。

　　1 設計思路

　　針對暴曬、降溫、防盜等問題，我們設計了一款汽車智能降溫設備。通過太陽能和薄膜板相結合的折疊機構，有效地減少太陽對汽車的暴曬;半導體制冷片和離心風機的機構，在汽車前面形成低溫風幕，有效降低汽車室內溫度;針對汽車防盜和遠程操控問題，設計了智能防盜震動傳感器和遠程操控。

　　2 產品工作流程及設計

　　2.1 工作原理

　　我們的汽車智能降溫設備配有散熱模組來帶走水循環和半導體的熱量，通過半導體片所產生的能量來降低溫度，然后通過銅管組件，冷風到達氣囊從而傳導到全車。(圖 1)

　　2.2 工作流程

　　如圖 2 所示，工作前，由人工把裝置放置在車頂上，并確定設備正面朝上。通過操作手機 APP 或設備按鈕，設備便可開始工作。

　　本產品工作時，離心風機和半導體制冷裝置開始運作，使氣墊充氣，先伸出兩側導氣條，同時氣囊充氣鼓起，氣囊底板材料具備透氣性，在保證氣壓的前提下，超壓部分氣體會從氣囊底板逸出，直接吹到汽車外表面，形成一道低溫風幕。水冷循環系統通過水泵把低溫水經綠色管輸送至框內，從淺紅色高溫管回流，然后再通過冷卻水熱轉換框的翅板把氣體降溫后送至氣囊。

　　工作結束時，通過操作 APP 或按鈕，離心風機停止工作，氣囊放氣卷起，兩側導氣杠縮起，用主機收回到初始狀態即可將設備拿下來。

　　2.3 產品設計

　　2.3.1 氣囊收納機構 氣囊收納機構(如圖 3)主要利用離心風機、充氣氣囊、太陽能薄膜相結合，太陽能薄膜附著在氣囊上。離心風機正轉，通過導氣管道使氣囊充氣并展開，在汽車面前形成低溫風幕，同時收集太陽能來提供能量。離心風機不工作，氣囊放氣，離心風機反轉，使氣囊空氣排出，最后人工收回氣囊到初始位置。本機構由太陽能薄膜氣墊 1，塑料框架 2，離心風機 3，太陽能薄膜 4 組成。

　　2.3.2 水冷組件 水冷是通過銅或者其他高導熱材質平面貼合半導體表面，導入熱量于水冷頭內的水道，通過冷卻水熱轉換框，再通過水泵把低溫水經綠色管 5A 輸送至框內，然后從淺紅色高溫管 5B 回流，使半導體制冷裝置產生的熱量帶到散熱機構。水冷組件由水循環管路 5，水泵 6，冷卻水熱轉換框 7 組成。(圖 4)

　　2.3.3 制冷系統 半導體通過帕爾貼原理又被稱為是 “帕爾貼效益”，將兩種不同的導體充分運用起來。由兩個不同的半導體組成的電路，在電路的接頭處可以產生焦耳熱，同時還會釋放出一些其它的熱量，此時就會發現，另一個接頭處不是在釋放熱量，而是在吸收熱量。那么吸收熱量那端溫度就會變低。

　　2.3.4 散熱系統 散熱系統是對單個半導體使用四熱管的四組散熱器，熱管連接在底座上，熱管將半導體產生的熱量帶到鰭片。鰭片是散熱器上最大的一塊區域，鰭片的面積主要影響被動散熱的最大散熱能力，由于溫度的傳播都是由熱到冷擴散，然后再加風扇使其快速帶走熱量。本系統是由散熱器 8，熱管 9，夾緊杠 10 組成。(圖 5)

　　2.3.5 銅管組件 設備利用銅管優良的導熱性和銅管內液體的冷凝轉化，水蒸氣將沿著毛細結構帶走主板的熱量;當水蒸氣冷卻液化后，開始循環回流。熱管散熱器由密封管、吸液芯和蒸汽通道組成，將低溫段的能量輸出到銅管末端。然后通過風扇使其吹出的冷風大面積到達車頂，然后傳導到全車。

　　2.4 技術說明

　　產品關鍵技術：①針對汽車降溫問題，我們創新性地設計了以半導體制冷片、離心風扇以及太陽能薄膜板的折疊機構，對汽車車頂形成氣流屏障，高效隔絕陽光暴曬的熱量，從而對汽車內部進行降溫，且降溫速度快，達到舒適溫度效果; ②針對汽車防盜問題，我們通過振動傳感器的異常信號觸發報警器鳴響再通過手機 APP 通知車主，解決產品本身容易被盜等問題;③針對汽車防曬產品安放復雜問題，我們創新型地設計了全自動收納方式對本產品展開的機構收縮成一個盒子類型，能讓車主簡單安放到車頂;④針對汽車內部溫度的監控難問題，我們通過 GSM 與 WLAN 射頻技術結合 APP，達到了實時監控汽車內部溫度的效果。

　　3 特色和創新之處

　　①高效隔熱：本設備利用先進半導體制冷片、離心風機、太陽能薄膜板、水冷系統等多功能對汽車進行高效降溫。在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差，能夠使汽車達到適當溫度，同時還能對汽車溫度進行檢測，解決了當前因車內外溫度過高所引起一系列不良問題。②收納方便：本設備采用先進的全自動收納方式對產品進行伸展與收納，太陽能薄膜的伸縮只需要 10 秒鐘即可完成，將該產品的所有部件收納成一個盒子類型，方便車主攜帶，減少了人工勞動力。③遠程監控：本設備采用了先進的遠程監控系統，利用 GSM 和 WLAN 射頻技術開發掌上終端，同時采用了 Arduino 的可編程邏輯控制器利用溫度傳感器反饋環境信息，車主可通過 APP 監控汽車內部溫度及設備工作狀態。

　　4 結語

　　在《2017 中國汽車消費趨勢調查報告》中提出了現在中國的汽車購買量有了井噴式的增長，2017 年，我國汽車的需求量為 2619 萬輛，同比增長 97%。我國的汽車智能降溫設備市場不斷在發展，而本設備從設計就非常注重節能、環保和安全的特點，與國內市場很多降溫產品相比，本設備具備降溫快、防盜、遠程監控以及全自動收納裝置等多功能的優勢。因此，我們的產品在上市前期將引起智能降溫設備市場的廣泛關注并將處于壟斷地位。