基于热电效应的车载局部空调装置及其系统的制作方法

本发明涉车载空调领域，具体涉及一种基于热电效应的车载局部空调装置及其系统。

背景技术：

目前，市面上的车载空调采用的是传统机械压缩式制冷。机械压缩式制冷振动噪音大，制冷剂对环境不友好。体积大，布置方式单一。

汽车空调能耗大的问题也十分突出，特别是车内只有驾驶员一人的情况下，此时，汽车空调能量是对汽车内部整个环境(包括无人乘坐空间)进行调节，驾驶室内非乘员乘坐区域的调温能耗存在大量浪费。与此同时，驾驶员身体不同部位的最佳舒适温度各异，传统空调对整个车厢温度调节，并不能保证驾驶员各个部位处在舒适状态。

与传统汽车空调相比，由半导体制冷(热)装置组成的汽车局部空调系统没有运动部件，在运行时不会发出强烈噪音。这种汽车局部空调结构简单、布置灵活，在重量和尺寸上也要比传统汽车空调小很多，而且在制冷时无需制冷剂，这就从源头上避免了制冷剂泄漏对臭氧层的破坏。局部空调可直接由车载12v电源供电，从而消除了发动机负荷变化对局部空调制冷能力的影响，当电流反接时还可以进行制热，制冷制热的切换十分方便。另外，纯电动汽车是未来的发展趋势，而纯电动汽车没有发动机，难以使用传统汽车空调，基于半导体制冷的汽车局部空调系统则为这一难题提供了一种解决方案。目前基于单片机的半导体制冷温控技术已发展的较为成熟，通过改变电流和电压可实现温度的连续精准调节。此外，随着尾气温差发电技术、太阳能发电技术、制动能量回收技术的不断发展，汽车上电能的来源将越来越丰富，这也将为汽车局部空调系统运用在汽车领域提供契机。总而言之，与传统汽车空调相比，基于半导体制冷技术的汽车局部空调系统在保证驾驶员身体各部位热舒适性的同时，能更好地降低汽车能耗、减少污染物排放、消除制冷剂泄漏，符合当前绿色、节能、环保、舒适的时代主题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于热电效应的车载局部空调装置及其系统。该空调装置没有压缩机，没有制冷剂，安静环保，体积小巧，制冷(热)迅速，制冷(热)装置灵活布置。

该系统能弥补传统车载空调上述的不足。充分考虑人体表面的温度场、湿度场与乘坐舒适性，减少传统空调系统的能耗，并提高乘员乘坐舒适性。

本发明所用的制冷(热)源为半导体制冷片，制冷片由p型材料和n型材料组成，当有电流通过由两种不同金属或合金材料组成的闭合回路时，在回路的两个结点处会发生吸热或放热现象。这就是热电制冷效应(又称帕尔贴效应)。因此在制冷工况时，利用其中的吸热对驾驶员乘坐空间降温，在制热工况时，利用的则是制冷片的放热功能。半导体制冷片及其装置小巧，因此利用这个优势，解决能量利用问题和散热问题，设计能实现局部控温的汽车空调。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于热电效应的车载局部空调装置，其特征在于：包括制冷(热)装置、夹紧装置和散热装置；

所述制冷(热)装置由两片半导体制冷片、离心风扇和冷端换热翅片构成，车载局部空调采用半导体制冷片作为制冷(热)源；位于冷端换热翅片采用亚克力板隔热和固定，离心风扇固定在冷端换热翅片一端；

所述夹紧装置包括隔热板、螺丝和铝条；所述冷端换热翅片和热端冷却水箱用隔热板、螺丝和铝条夹紧；

所述散热装置由热端冷却水箱、水管、水泵和散热器构成，车载局部空调装置热端用热端冷却水箱水冷强制换热，所述水管用海绵和锡纸隔热；

所述制冷(热)装置布置在驾驶室，出风口朝向驾驶员；所述散热器布置在汽车进风口；所述水管埋在车身内部连接室内的热端冷却水箱和室外的散热器；

将半导体制冷片的正负极反接，即冷端、热端互换，半导体制冷片将散热器关闭，即实现车载局部空调装置的制热功能。

所述半导体制冷片和离心风扇均分别配有功率调节器，用于调节车载局部空调装置的出风温度和出风风速。

所述两片半导体制冷片之间、半导体制冷片与空气接触面之间均设有隔热海绵。

所述半导体制冷片的热端和热端冷却水箱、半导体制冷片的冷端和冷端换热翅片均采用柔性导热材料石墨碳纸增加贴合度。

第二方面，本发明提供一种基于热电效应的车载空调系统，其特征在于：包括若干如上述的基于热电效应的车载局部空调装置；所述车载局部空调装置布置多个于驾驶室内，制冷(热)装置出风口分别布置在人体温度敏感部位，根据人体舒适性分别调节每个空调装置的出风温度和出风风速。

作为优选方案，所述车载局部空调装置布置多个于驾驶室内，同高度且当对于人体对称布置的制冷(热)装置的散热装置中的水管串联，不同高度非对称布置的制冷(热)装置的散热装置中的水管并联。

进一步地，所述车载局部空调装置布置多个于驾驶室内，共用一个散热系统，采用一分多的转接头给各并联水路供水。

上述基于热电效应的车载局部空调装置结构设计包括：1、放置在驾驶舱的制冷(热)装置：作为制冷源半导体制冷片、送风的离心风扇、冷端换热翅片；2、对制冷片两端进行紧固的夹紧装置：亚克力隔热板、螺丝、铝条；3、布置在车身内部通风口的散热装置：热端冷却水箱、水管、水泵、水冷散热器、水管隔热海绵。

上述两个半导体制冷片并联，中间采用隔热海绵隔热，半导体制冷片周围同样采用隔热海绵与空气隔开，半导体制冷片一端和冷端换热翅片贴合，中间采用石墨碳纸来消除表面粗糙度造成的贴合度不高的问题，保证热量能有效地从半导体材料传递到冷端换热翅片。与翅片平行的两侧和翅片端采用亚克力隔热板与空气隔开，使热量集中，防止热量散失。在冷端换热翅片的前端安装离心风扇，将冷端换热翅片上的堆积热量从另一端(此为空调装置出风口)散去。

上述半导体制冷片另一端和热端冷却水箱贴合，同样采用石墨碳纸作为夹层保证贴合度。热端冷却水箱用水管连接水泵、水冷散热器，为避免水管热量和车内空气发生对流换热，水管上包裹由海绵和锡纸组成的隔热层。水冷散热器置于驾驶室外面，通过两个轴流风扇与室外空气进行强制对流换热，提高散热效率，使半导体制冷片保持高效运作，提高制冷(热)效率。

上述半导体制冷片和离心风扇装有独立的功率调节器，驾驶员或者乘员可根据自身冷热需求调节出风温度和出风风速。

本发明的优点及有益效果如下

本发明的局部空调装置可直接由车载12v电源供电，从而消除了发动机负荷变化对局部空调制冷能力的影响，当电流反接时还可以进行制热，制冷制热的切换十分方便。

本空调系统制冷源和制热源均为半导体制冷片，相较于传统空调的冷热两套管路系统节省布置空间。

水冷散热器和制冷(热)装置中间采用软管连接，由于软管的可弯曲性，因此该空调制冷(热)装置出风口可以灵活布置。该基于热电效应的局部空调没有压缩机和制冷剂，装置绿色环保无噪声，热电效应制冷(热)迅速，装置体积小，设置多个制冷(热)装置，分别布置在人体温度感知敏感部位。半导体制冷片和离心风扇的工作功率可以分别控制，用来调节出风温度和出风风速，满足人体各部位的温度需求。该空调对人体针对性温度调节，实现局部调温，既能减少传统车载空调系统的能耗，又能提高乘员乘坐的舒适性。

附图说明

图1为本发明实施例的制冷工况工作原理图；

图2为本发明实施例的空调装置调温系统原理图；

图3为本发明实施例的制冷(热)装置示意图；

图4为本发明实施例的夹紧装置示意图；

图5为本发明实施例的制冷(热)装置的剖视图；

图6为本发明实施例的夹紧装置的剖视图；

图7为本发明实施例的散热装置示意图；

图8为本发明实施例的驾驶室内空调装置制冷(热)装置出风口布置图；

图9为本发明的结构示意图。

图中：1、制冷(热)装置；2、夹紧装置；3、散热装置；4、半导体制冷片；5、离心风扇；6、冷端换热翅片；7、亚克力隔热板；8、m3螺丝；9、夹紧铝条；10、热端冷却水箱；11、水管；12、水泵；13、散热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本实施例中基于热电效应的车载空调系统，将若干该制冷(热)装置1布置在驾驶室内，每个制冷(热)装置1出风口朝向驾驶员身体的不同部位，制冷(热)装置1的数量根据驾驶员需要温度感受部位的数量决定。本实例以吹向驾驶员脸、胸、背为例子进行说明。即本实施例在汽车驾驶室内设置有三个制冷(热)装置1，这三个制冷(热)装置出风口吹向驾驶员的脸部、胸部和背部，具体设置的位置如图1、8所示。

三个制冷(热)装置1共用一套散热系统，散热器13布置在汽车的进风口，水管11布置在车身内部管道中，水从散热器13出水口和水泵12流出，采用一分三的转接口将水路分成并联的三条，分别流入三个制冷(热)装置的热端冷却水箱10，从三个热端冷却水箱10流出的水通过三合一的转接头，汇入水管11连通至散热器入水口。每个制冷(热)装置中的两片半导体制冷片4采用并联电路，离心风扇5和半导体制冷片4分别配有功率调节器，空调装置的用电装置的电压都是12v，用电均来自车辆的蓄电池。

制冷工况时，水泵12工作，水冷散热器13开始起作用，半导体制冷片4连接的功率调节器调整至一定工况。此时，由于半导体材料热电效应中的帕尔贴效应起主要作用，半导体制冷片4形成温度差，其中热端的高温，通过热传导传递给热端冷却水箱10，热端冷却水箱10中的冷却水在水泵12的带动下，通过水管11到达水冷散热器13将热量散去，半导体制冷片4的冷端通过热传导将热量传递给冷端换热翅片6，为避免冷端换热翅片6的热量散失，利用亚克力隔热板7将热量集中，离心风扇5通过功率调节器给定一个风速，最后利用离心风扇4将冷端换热翅片6上的热量送入驾驶室。若乘员想调节温度和风速，只需分别改变半导体制冷片4和离心风扇5的功率调节器即可，如图2所示，使人体达到最佳舒适状态。

制热工况时，将半导体制冷片4的正负极反接，即发生冷热端的互换。停止水泵12工作，关闭水冷散热器13。此时的半导体制冷片4仍会产生温差，但是由于没有了散热，该端温度会持续攀升，制冷片的产生温差能力一定，两端同时温度升高。此时的半导体制冷片4起到类似电热丝的作用，成为该制热工况的制热源，产生的热量通过热传导传到冷端换热翅片6上，隔热板7使热量聚集最后通过离心风扇5从出风口吹出。同样控制半导体制冷片的功率调节器和离心风扇的功率调节器可以实现调温和调风速。