车载太阳能制冷空调可行性报告.doc

车载太阳能半导体制冷片空调可行性报告 深圳大学 机电学院 樊玉龙简介： 车载系统中空调系统一般采用发动机带动压缩机进行制冷，制冷剂在车体空间内蒸发汽化吸热制冷，在车体外部空间经压缩机压缩液化放热，利用热泵原理工作 半导体制冷(即热电制冷或温差电制冷)与传统 制冷方法不同的是既没有制冷剂,也没有复杂的机械设备和管路系统,只要给热电制冷器接上电源,就可以制冷.其主要优点是外形尺寸小、重量轻、无摩擦、无噪声、能精确控制和平稳调节温度工况与制冷量,不存在制冷剂泄漏而引起的空气污染问题,无需经常维修,管理方便.在国防、工业、农业和医疗等领域中有广泛的应用前景,特别适用于一些特殊场合的制冷,如潜艇空调、加压舱空调、军用通讯车和地下工程等.制冷片的介绍 半导体制冷片（TE）也叫热电制冷片，是一种热泵，它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合　　半导体制冷片的工作运转是用直流电流，它既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热，这个效果的产生就是通过热电的原理，以下的图就是一个单片的制冷片，它由两片陶瓷片组成，其中间有N型和P型的半导体材料（碲化铋），这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成半导体制冷片的工作原理是：当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端。

吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定，以下三点是热电制冷的温差电效应1、 塞贝克效应（SEEBECK EFFECT）　　一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时，如两个连接点保持不同的温差，则在导体中产生一个温差电动势： ES=S.△T　　式中：ES为温差电动势　　S（?）为温差电动势率（塞贝克系数）△ T为接点之间的温差2、 珀尔帖效应（PELTIER EFFECT）　　一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应，即当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热和吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定　　Qл=л.I л=aTc　　式中：Qπ 为放热或吸热功率　　π为比例系数，称为珀尔帖系数　　I为工作电流　　a为温差电动势率Tc为冷接点温度3、 汤姆逊效应 （THOMSON EFFECT）　　当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为：　　Qτ=τ.I.△T　　Qτ为放热或吸热功率　　τ为汤姆逊系数　　I为工作电流　　△T为温度梯度　　以上的理论直到本世纪五十年代，苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究，于一九五四年发表了研究成果，表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果，这是最早的也是最重要的热电半导体材料，至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。

　　约飞的理论得到实践应用后，有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数，才达到相当水平，得到大规模的应用，也就是我们现在的半导体制冷片件　　中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初，当时在国际上也是比较早的研究单位之一，60年代中期，半导体材料的性能达到了国际水平，60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶在此期间，一方面半导体制冷材料的优值系数提高，另一方面拓宽其应用领域中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力，获得了半导体制冷片，因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用制冷片的技术应用半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：1、 不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易2、 半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统3、 半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4、 半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，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5、 半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电6、 半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围7、 半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：1、 军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统2、 医疗方面；冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等3、 实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片4、 专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等5、 日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了缺点效率低3.2，日本的家用空调效能比可达4-5半导体制冷片的循环效率在制冷系数达到最佳值时也只有12%。

远不及压缩制冷的理想循环效率网上摘录的关于半导体制冷效率的叙述即使用水冷却能效比也就是0.5左右，比较低，建议使用压缩冷凝制冷注：空调器的能效比，就是名义制冷量（制热量）与运行功率之比，一般家用空调的效能比在2.8-5.0之间导体制冷片是一种热泵，没有滑动部件，可以应用在一些空间受到限制、可靠性要求高以及无制冷剂污染的场合，而制冷压缩机是空调系统的核心部件，具有结构紧凑、高效节能以及微振低噪等特点　　　　半导体制冷片既可制冷又可加热，通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时，在这个电路中接通直流电流后，就能产生能量的转移，电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量，成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量，成为热端　　　　压缩机制冷机从蒸发器中吸m蒸气，以保证蒸发器内一定的蒸发压力，提高压力以创造在较高温度下冷凝的条件，输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环　　　　二者相比较，压缩机制冷机能效远远高于半导体制冷片，半导体制冷片的循环效率在制冷系数达到最佳值时也只有12%，远不及压缩制冷的理想循环效率，但是半导体制冷可应用在特殊的场合。

实验实验说明网上购买的180瓦风冷二极管制冷器冷端放入纸箱内，热端放在外面使用长水银温度计测量，每隔一分钟拍一次照片记录下箱子内温度实验记录实验一 每隔一分钟记录一次温度 启动时为27℃ 第1分钟26℃ ℃℃ ℃℃ ℃℃实验二 二十分钟冷却测试 ℃℃实验三 工况测量电流钳测量电流实验半导体制冷模块工况 实测半导体制冷模组工作电流为10.8A，工作电压为12V 箱子体积为 V=23*45*45=46575 m^3小型汽车内半导体空调单元所需太阳能板输出功率一般车内空间为2m^3实现车内温度下降5℃需要 1*(2/0.046575)=J按照车子平均一天1个小时的空调一天的充足日照时间安5小时计算太阳能冲入蓄电池电能转换效率按80%计算，蓄电池对半导体模组的转换效率按90%计算蓄电池容量计算每天放电1小时，则2m^3需要容量为Q=10.8*2/0.046575=463AH的12V蓄电池 车载太阳能空调可行性报告 深圳大学 机电学院 樊玉龙前言 炎炎夏日，密闭的汽车内在盛夏的日光下温度甚至达到60摄氏度。

此时若准备开车离开，不得不打开车子的门窗，启动发动机及空调等待上几分钟，让车内温度降低一些才能够入座开车太阳能电池板恰好具有在日光照晒之下产生电能的能力若将汽车上安装太阳能发电系统以供空调系统使用，在人准备上车前提前通过控制手段打开车内空调，等乘客上车之时便可享受到丝丝凉意香港理工大学郑家伟教授曾研究过太阳能汽车空调并安装在若干货车及巴士上试运行，取得良好效果一般轿车空调系统 一般家用轿车空调系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发器构成 其中最重要的工作器件是压缩机，一般轿车用压缩机通过皮带轮与发动机相连，皮带轮上还附加有电磁离合器，空调制冷的启停就是通过控制电磁离合器的开关实现的太阳能汽车空调系统 太阳能空调系统能量来源为太阳能电池板转换而来的电能所以要求使用电动压缩机现有的电动汽车用电动压缩机就是一类 一般的纯电动汽车或油电混合动力汽车所使用的空调系统结构如下图所示 经过调查，现在市面上已经有各种功率的汽车空调专用的电动压缩机汽车空调的核心部件，先就一款输入功率为900w输入电压为24V的压缩机进行分析 太阳能空调系统结构如下图按每天使用30分钟计算 太阳能板在日照下5小时能够将24V40Ah的蓄电池组充满。

充满的电池组能够提供空调系统使用半个多小时乘客上车前提前10分钟通过或智能无线遥控器开动空调系统，等进入车子的时候便可以享受到空调带来的舒适。