基本信息
- 项目名称：
- 新型车载半导体空调设计及实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 车载半导体空调是将半导体制冷方式应用到汽车空调上的一种绿色环保无污染的空调装置，结构简单、运行可靠，可在无制冷剂、无压缩式制冷组件的情况下，保证汽车内部温度达到的舒适性温度。
- 详细介绍：
- 本文在大量阅读国内外关于半导体制冷技术的文献的基础上，对半导体制冷材料、半导体制冷工况、半导体制冷装置散热（冷）方式及其结构进行了深入的研究。首先本文针对车载空调进行冷负荷计算，并根据计算出的冷负荷确定出合理的送风量以及送风温差；其次选择出适合车载半导体空调的散热及散冷方式，并针对装置各部件进行新型结构设计：选择循环水冷方式进行散热，而散冷选择空气强制对流方式，并在其风道内部加入翅片，以增大其换热面积，解决了半导体空调可能出现送风温度不均匀的问题；然后根据以上思路设计了新型车载半导体空调设计软件，通过该软件可以设计出多种适用于不同车型、不同冷量需求、不同工况下的车载半导体空调；最后根据多种设计结果进行优化选择，在保证满足制冷量的基础上，搭建实验台进行实验研究。实验结果表明该新型车载半导体空调的出风温度可以达到15℃，符合汽车空调的舒适度使用要求。本文设计的车载半导体空调对解决传统半导体空调制冷效率不理想的问题提供有效的技术指导，极具理论和应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着汽车空调的应用普及，传统的压缩式汽车空调在运行过程中需要消耗主发动机10%-15%的动力，直接影响汽车的加速性能和爬坡能力，与此同时空调的制冷能力也受汽车行驶速度的影响，如果汽车发动机停止工作，汽车内的空调系统也立即停止运行，致使汽车空调无法满足乘客的舒适性要求。而本次设计的新型车载半导体空调可以很好的解决传统汽车空调带来的以上问题，首先它的动力来源并非汽车的发动机，而是发动机所带动的发电机，即当发动机工作带动发电机而输出电能给汽车空调进行供电。其次半导体制冷无需制冷工质，无噪音，无泄漏，无污染，属于安全环保的制冷方式。 此次设计的水冷式半导体汽车空调不仅需要克服半导体制冷自身的效率较低的现状，同时也满足了送风温差保持在15℃等汽车空调的最基本设计参数，并对水冷式半导体汽车空调从理论设计到实验研究进行较系统的设计研究。
科学性、先进性
- (1)与传统的汽车空调的制冷方式相比，本次设计的新型车载半导体空调应用的制冷技术并非传统的压缩式制冷技术，而是结构原理简单、运行平稳、无制冷剂、无噪音、无污染的半导体制冷技术。由于半导体制冷效率不是很理想，更适合小功率式制冷，而本次设计应用在汽车空调上属于较大功率的制冷，所以就需要较大程度优化制冷片的结构布置。 (2)和以前的半导体汽车空调相比，本次设计的新型车载半导体空调的散热方式有所不同，以往汽车空调的热端散热一般采用风扇强制对流散热，效率低，而且也无法保证冷热端温度。本次设计热端散热采用水冷散热，不但效率高，而且系统简单，使用寿命长，维护费用低。本装置的风道采用矩形风道，并在风道内部加上换热翅片以增大其与冷端的换热面积。本装置选择在最优工况的条件下进行工作，即在设计出的这个工况下运行既可得到较理想的制冷量，也具有较高的半导体制冷效率。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、图纸、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- (1)水冷散热方式的选择及水冷系统的设计计算。 本设计的热端散热采用的是水冷散热方式，解决了以往风扇强制对流无法保证热端温度不稳定及热端温度过高的问题。 (2)风道的设计计算。 本装置的风道设计是在传热学计算的基础上，将风道内部加入翅片，以增大其换热面积，避免了可能出现送风温度不均匀的问题。经过实验验证该车载半导体空调器以保证空调的出风口温度在10℃左右。 (3)新型车载半导体空调设计软件的设计。 基于Visual Basic可视化程序设计，设计并试运行车载半导体空调设计软件，可以为不同需求量、不同型号的汽车进行车载半导体空调的设计并输出满足需求的空调系统结构图。
同类课题研究水平概述
- 早在19世纪初，物理学家赛贝克和珀尔贴先后发现了温差电流现象和温度反常现象，并开始进行热电制冷的相关研究。上个世纪50年代初正当半导体电子技术日益发展的时候，科学家们发现半导体材料具有良好的热电性能。从二十世纪60年代的开始，半导体制冷就已经开始应用于潜水艇、舰艇、军用电子车辆空调等国防与航天领域，以上设备的主要影响因素是设备结构、可靠性、稳定性及其适应性。 我国半导体汽车空调的发展起步时间比较早，而且发展速度比较快。早在1993年贺孝敏就设计了太阳能汽车降温装置。该降温装置主要包括太阳能电池和半导体制冷器两部分，半导体制冷器安装在汽车壳体上，主要由半导体制冷片、散热片、电绝缘板、风扇和散热管组成。半导体制冷器的热端通过散热片与外界空气进行自然流动散热。冷端产生的冷量由风扇通过散热管送入车内，进行循环制冷。 综合国内外对半导体汽车空调的研究，可以得出以下几个结论: （1）国内对半导体汽车空调的研究集中在空调系统的的设计以及其冷热端的散热方式的选择，而很少有真正涉及散冷方式的选择以及相应的设计计算。 （2）有关半导体汽车空调方面的研究的文章主要介绍的是半导体制冷的优越性，几乎没有涉及半导体制冷工况的选择会对系统的影响，而由于半导体制冷效率的不理想工况的选择也是半导体汽车空调所需解决的难题。
