摘要 我国汽车保有量大，露天停车场多，汽车的曝晒问题为众多车主所困扰。为缓解该问题，一种汽车降温装置被设计提出，该降温装置被设计为主要由通风散热装置和局部制冷装置两部分
[摘要]我国汽车保有量大，露天停车场多，汽车的曝晒问题为众多车主所困扰。为缓解该问题，一种汽车降温装置被设计提出，该降温装置被设计为主要由通风散热装置和局部制冷装置两部分组成。通风散热装置外形根据车窗结构设计而成，能与车窗紧密契合，并安装了风机来强化对流现象，从而大大地提升汽车降温效果。局部制冷装置主要利用了半导体制冷片，并通过风机强化制冷片的传热现象，满足局部制冷需求。实验表明，该装置具有较良好的降温效果。
[关键词]太阳能;汽车降温;通风散热;制冷
1前言
随着我国社会经济和科学技术的飞速发展，以及人们生活水平的不断的提升，人们的购车刚性需求旺盛，汽车保有量一直以来呈快速增长趋势。上世纪80年代中国开始出现私人汽车，到2003年时社会保有量达到1219万辆，私人汽车突破1000万辆。2010年，我国汽车的保有量达到了7000万辆。2016年末全国民用汽车保有量19440万辆(包括三轮汽车和低速货车881万辆)，比上年末增长12.8%，其中私人汽车保有量16559万辆，增长15.0%。民用轿车保有量10876万辆，增长14.4%，其中私人轿车10152万辆，增长15.5%[1]。有关学者分析认为，我国汽车保有量远未达到饱和，将会保持继续快速增长的趋势[2]。
露天停车场具有场地设置多样、车辆停放灵活、停车出入口不限等特点，是目前我国普遍使用的停车场，在专业运输单位和公交系统采用尤其广泛。目前我国的车辆基本上都会在露天停车场停放。
车辆停放在露天停车场时往往会遭受曝晒，产生非常恶劣的影响。在高温环境里，发动机冷却系的散热温差小，散热能力差，发动机容易过热。高温之下，油料和相应的机件会加速磨损。蓄电池在高温下会出现电压不稳定的问题。电瓶温度高的时候，电极会因为绝缘层老化而出现氧化，从而造成电瓶电压不稳定。高温下内饰容易老化，醛酮类物质和VOC等车内有毒有害物质易增多。AtlasWeatheringServicesGroup的试验数据显示，汽车在外部环境温度为27~33℃地方曝晒时，其内各部分温度往往能达到50~107℃，这将导致车内物质化学反应速率大大增加，内饰部件容易氧化老化，有毒有害物质也更容易生成[3]。高温还会导致车漆发生变化。经常暴露在烈日下的车漆往往会褪色或者是光泽度会降低，并且可能产生龟裂，影响汽车外形的美观性。
汽车停在露天停车场曝晒的问题已引起很多人的关注，诸多技术被提出，尤其是利用太阳能的技术。如设计太阳能半导体制冷汽车防晒罩;利用压缩制冷的方法设计太阳能汽车制冷系统;综合利用太阳能及半导体制冷片[4-6]等。但这些技术往往有效率低、结构复杂等缺点。从太阳能的应用角度来看，目前研究的热点为对整个汽车或者对某部件等进行改进改造，如太阳能电动车，虽有取得不错的成效，但相对而言成本较高[7-10]。
针对这些现象，一种汽车降温装置被设计提出。该装置以清洁可再生能源太阳能为输入能源，同时实现了汽车车内的整体降温和局部强化降温功能的有机整合，提高能源的综合利用效率。
2设计方案
2.1原理
实验及理论分析表明，在太阳的曝晒下，车内空气会不断被加热，受热后的空气会因体积膨胀密度变小而上浮，故在车内顶部会积聚大量的高温高压的空气。目前的车窗玻璃上沿往往是与其相应的密封胶条平行的，只要当车窗玻璃没有关紧时，车窗上总有一条位于车窗上沿的形状规则的空隙。在阳光的曝晒下，汽车的前挡风玻璃、仪表盘等位置往往会达到非常高温度，曝晒对这些特殊部件的伤害比较大。对司机乘客而言，座位、靠背等位置的高温会使人感到非常难受，即对局部位置的温度控制需求比较大。
基于这些事实，一种汽车降温装置被设计提出。
2.2整体方案
如图1所示，一种以太阳能为能源的汽车降温装置的主体由通风散热装置，局部制冷装置，太阳能电池板，以及其他部件组成。
通风散热装置被设计成能与车窗紧密结合的结构，并安装了风机来强化对流传热，使得车内外的空气能进行更充分的换热，从而实现汽车的降温。局部制冷装置则可灵活地安装在任意有制冷需求的位置。
太阳能电池板安装在汽车的车顶，其作用是为整个装置提供能源输入，维持系统的正常运转。蓄电池与电路控制元件组成本装置的电路控制装置，其功能是将电池板发的电储存起来并控制电路。此外，电路控制元件还需为通风散热装置和局部制冷装置分配电能，起到平衡系统能量的作用，以维持系统的正常运转。
2.3通风散热装置
当汽车在室外停车场停放时，在太阳辐射、车体导热等的影响下，车内空气往往会迅速升温，并达到一个远远高于车外的高温。为了产生更节能高效的降温效果，如图2所示，本项目设计了一种通风散热装置。其原理主要是利用了风机来强化对流传热传质，使得车内外的空气能进行更充分的换热，从而实现汽车的降温。
本装置结构被设计为能与车窗紧密贴合的形状，装置的上半部分有凸脊，能卡进去车窗上半部分的玻璃导槽内;装置的下半部分有凹槽，车窗玻璃能嵌入到该凹槽内，当把该装置装入到汽车车窗并将车窗玻璃上升到合适位置时，如图所示，该通风散热装置便与车窗及车窗玻璃紧密贴合，有效地保证了本装置的安全性和美观性。在装置的其中一端安装了贯流风机，在风机的抽吸下，车内的热空气在压力的作用下通过本通风散热装置被传送到了室外。
在装置的另一端是汽车的新风入口，并设有空气净化器，在贯流风机抽吸产生的负压的作用下，远比汽车室内低温的室外新鲜空气能进入到汽车车内，并产生强烈的对流现象，通过空气的对流换热来实现使室内空气降温的目的。在贯流风机和新风入口之间是一个局部制冷装置的通风管道的风孔，其目的是将安放在车内的局部制冷装置的热量排出到环境中。此外，如图所示，在本通风散热装置的外侧安装了一系列的百叶窗，达到防尘挡雨的目的，使得本装置更安全可靠。
2.4局部制冷装置
当汽车停在室外停车场时，在太阳的曝晒下，诸如仪表盘等汽车内部的部分结构会达到非常高的温度，这对汽车部件的损伤非常大。而对很多车主而言，当其进入车内时会明显感觉靠背、座椅、方向盘等与人体密切接触的部件炙热难耐。为了满足汽车的实际停车和日常使用要求，本项目设计了如图3所示的局部制冷装置，该装置结构小巧，可安放在车内任何有制冷需求的位置，并与上述的通风散热装置实现功能互补，使得车主对整体降温和局部强化降温的需求能同时得到满足。
局部制冷装置主要利用了半导体制冷片。当给半导体制冷片加以电压时，由Peltier效应[11]可知，制冷片的一端会吸收热量，而另一端会放出热量，且吸收和放出的热量相互影响，即制冷片的散热效果会直接影响其制冷效果。故如(a)模型图(b)实物图
图(b)所示，本项目在半导体制冷片的散热部分使用了热管、散热片和风机的组合构件，风机从车内抽吸空气到热管的散热部分，并与热管进行对流换热，再通过渐缩管进入通风管道，并通过如图2所示的通风管道的风孔排出室外。本项目在半导体制冷片的制冷端安装了导冷块，以及一个贯流风机，当制冷片的冷量传递到导冷块时，其周围的空气被制冷降温，再经贯流风机的抽吸从风机的出风口喷出，并扩散到出风口周围，产生强烈的对流传热现象。由此，实现对所需进行局部降温的部位产生强化降温的效果。
3实验测试及性能分析
本项目的成品模型安装于车体时的情形如图4所示，显然，本装置可与汽车本身良好兼容，通风散热装置尤其可以与车窗良好契合，不影响汽车本身的正常使用，有效地保证了装置的安全性和美观性。
将该模型安装在车体上后，设计实验并测出数据如表所示。当未安装通风散热装置时，室内外温差为6.2℃;当已安装通风散热装置但装置未工作，室内外温差为4.3℃;已安装通风散热装置且装置正常工作时，室内外温差为2.4℃。即与未安装通风散热装置的情形相比，当安装本通风散热装置后，室内外温差可降低38.1%~55.8%，汽车降温效果显著。
需要指出的是，本装置是在阴天时测量的，故室外温度较低，而当是在晴天测量时，由传热传质学和通风与空气调节原理可知，本装置能达到的效果将更明显。之后将会在合适的天气环境中补充实验，并进行多次测量。此外，本测试实验是通风散热装置单独工作时的结果，局部制冷装置并未工作，但降温效果已较为明显了。
4创新点
(1)设计发明了一种可与车窗紧密贴合的通风散热结构，该装置结构可实现通风换热以及防尘挡雨功能。
(2)本项目同时实现了汽车车内的整体降温和局部强化降温功能的有机整合，使用范围广，实用性强。
(3)本装置使用可再生清洁能源太阳能，而不需要其他形式的能源，更加节能环保，符合节能减排的理念。
参考文献
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