汽车智能降温设备研发

　　摘要：长时间的太阳暴晒会使汽车释放有毒物质、车内部件老化等。为解决以上问题，设计出了一套汽车智能降温设备，该设备主要由局部制冷装置及气囊结构两部分组成。气囊结构与太阳能薄板、离心风机相结合，太阳能薄板收集太阳能提供能量。离心风机正转，导气管道使气囊充气并展开，在汽车面前形成低温风幕;局部制冷装置采用了半导体制冷及水冷循环，通过水冷循环带走由半导体制冷装置所产生的热量，极大地提高了装置的散热效率。

　　关键词：智能;高效;太阳能;监控;汽车降温

　　李剑波; 陈罗锐; 张奕扬; 郑义隆; 田媛; 江啟城; 黄志越， 内燃机与配件 发表时间：2021-11-12

　　0 引言

　　随着人民的生活水平不断提升，很多家庭都拥有了汽车。据调查，2019 年小型载客汽车保有量达到 2.21 亿辆，私家车保有量达到 2.07 亿辆，且持续快速增长。汽车数量的增多随之而来停车位也严重欠缺，室内停车位只有 0.8 亿个。美国一项研究表明，当环境气温为 35℃时，阳光照射 15 min 便能使封闭车厢内的温度达到 65℃，一旦遇到高温天气，汽车长时间暴晒会加速车辆老化、释放有毒气体;使车内人员产生闷热、中暑等问题。

　　目前市面上的降温产品，往往存在着降温效果差、便携性差等问题。针对这些现象，一款汽车智能降温设备被设计提出，该设备以太阳能为能源，清洁环保，具有智能防盗、远程监控功能。通过气囊及局部制冷设备的相结合，实现了对汽车的高效隔热及强力降温。

　　1 设计思路

　　针对暴晒、降温、防盗等问题，我们设计了一款汽车智能降温设备。通过太阳能和薄膜板相结合的折叠机构，有效地减少太阳对汽车的暴晒;半导体制冷片和离心风机的机构，在汽车前面形成低温风幕，有效降低汽车室内温度;针对汽车防盗和远程操控问题，设计了智能防盗震动传感器和远程操控。

　　2 产品工作流程及设计

　　2.1 工作原理

　　我们的汽车智能降温设备配有散热模组来带走水循环和半导体的热量，通过半导体片所产生的能量来降低温度，然后通过铜管组件，冷风到达气囊从而传导到全车。(图 1)

　　2.2 工作流程

　　如图 2 所示，工作前，由人工把装置放置在车顶上，并确定设备正面朝上。通过操作手机 APP 或设备按钮，设备便可开始工作。

　　本产品工作时，离心风机和半导体制冷装置开始运作，使气垫充气，先伸出两侧导气条，同时气囊充气鼓起，气囊底板材料具备透气性，在保证气压的前提下，超压部分气体会从气囊底板逸出，直接吹到汽车外表面，形成一道低温风幕。水冷循环系统通过水泵把低温水经绿色管输送至框内，从浅红色高温管回流，然后再通过冷却水热转换框的翅板把气体降温后送至气囊。

　　工作结束时，通过操作 APP 或按钮，离心风机停止工作，气囊放气卷起，两侧导气杠缩起，用主机收回到初始状态即可将设备拿下来。

　　2.3 产品设计

　　2.3.1 气囊收纳机构 气囊收纳机构(如图 3)主要利用离心风机、充气气囊、太阳能薄膜相结合，太阳能薄膜附着在气囊上。离心风机正转，通过导气管道使气囊充气并展开，在汽车面前形成低温风幕，同时收集太阳能来提供能量。离心风机不工作，气囊放气，离心风机反转，使气囊空气排出，最后人工收回气囊到初始位置。本机构由太阳能薄膜气垫 1，塑料框架 2，离心风机 3，太阳能薄膜 4 组成。

　　2.3.2 水冷组件 水冷是通过铜或者其他高导热材质平面贴合半导体表面，导入热量于水冷头内的水道，通过冷却水热转换框，再通过水泵把低温水经绿色管 5A 输送至框内，然后从浅红色高温管 5B 回流，使半导体制冷装置产生的热量带到散热机构。水冷组件由水循环管路 5，水泵 6，冷却水热转换框 7 组成。(图 4)

　　2.3.3 制冷系统 半导体通过帕尔贴原理又被称为是 “帕尔贴效益”，将两种不同的导体充分运用起来。由两个不同的半导体组成的电路，在电路的接头处可以产生焦耳热，同时还会释放出一些其它的热量，此时就会发现，另一个接头处不是在释放热量，而是在吸收热量。那么吸收热量那端温度就会变低。

　　2.3.4 散热系统 散热系统是对单个半导体使用四热管的四组散热器，热管连接在底座上，热管将半导体产生的热量带到鳍片。鳍片是散热器上最大的一块区域，鳍片的面积主要影响被动散热的最大散热能力，由于温度的传播都是由热到冷扩散，然后再加风扇使其快速带走热量。本系统是由散热器 8，热管 9，夹紧杠 10 组成。(图 5)

　　2.3.5 铜管组件 设备利用铜管优良的导热性和铜管内液体的冷凝转化，水蒸气将沿着毛细结构带走主板的热量;当水蒸气冷却液化后，开始循环回流。热管散热器由密封管、吸液芯和蒸汽通道组成，将低温段的能量输出到铜管末端。然后通过风扇使其吹出的冷风大面积到达车顶，然后传导到全车。

　　2.4 技术说明

　　产品关键技术：①针对汽车降温问题，我们创新性地设计了以半导体制冷片、离心风扇以及太阳能薄膜板的折叠机构，对汽车车顶形成气流屏障，高效隔绝阳光暴晒的热量，从而对汽车内部进行降温，且降温速度快，达到舒适温度效果; ②针对汽车防盗问题，我们通过振动传感器的异常信号触发报警器鸣响再通过手机 APP 通知车主，解决产品本身容易被盗等问题;③针对汽车防晒产品安放复杂问题，我们创新型地设计了全自动收纳方式对本产品展开的机构收缩成一个盒子类型，能让车主简单安放到车顶;④针对汽车内部温度的监控难问题，我们通过 GSM 与 WLAN 射频技术结合 APP，达到了实时监控汽车内部温度的效果。

　　3 特色和创新之处

　　①高效隔热：本设备利用先进半导体制冷片、离心风机、太阳能薄膜板、水冷系统等多功能对汽车进行高效降温。在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差，能够使汽车达到适当温度，同时还能对汽车温度进行检测，解决了当前因车内外温度过高所引起一系列不良问题。②收纳方便：本设备采用先进的全自动收纳方式对产品进行伸展与收纳，太阳能薄膜的伸缩只需要 10 秒钟即可完成，将该产品的所有部件收纳成一个盒子类型，方便车主携带，减少了人工劳动力。③远程监控：本设备采用了先进的远程监控系统，利用 GSM 和 WLAN 射频技术开发掌上终端，同时采用了 Arduino 的可编程逻辑控制器利用温度传感器反馈环境信息，车主可通过 APP 监控汽车内部温度及设备工作状态。

　　4 结语

　　在《2017 中国汽车消费趋势调查报告》中提出了现在中国的汽车购买量有了井喷式的增长，2017 年，我国汽车的需求量为 2619 万辆，同比增长 97%。我国的汽车智能降温设备市场不断在发展，而本设备从设计就非常注重节能、环保和安全的特点，与国内市场很多降温产品相比，本设备具备降温快、防盗、远程监控以及全自动收纳装置等多功能的优势。因此，我们的产品在上市前期将引起智能降温设备市场的广泛关注并将处于垄断地位。