CN210526231U - 一种车内空气制冷制热系统及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征在于包括制冷装置和制热装置。所述制冷装置和制热装置分别用于夏季工况和冬季工况，二者主体部分相同，利用太阳能光伏板发电驱动半导体芯片，切换工况时调换电流方向即可产生不同的制冷和制热效果。该系统在温度较高的工况下，降低车内温度；在温度较低的工况下，升高车内温度。该系统可提高车内人员舒适度，替代传统压缩蒸汽式汽车空调制冷系统，降低汽车能耗，并且弥补现有汽车空调主动制热系统的缺失。

Description

一种车内空气制冷制热系统及装置

技术领域

本实用新型专利涉及一种基于半导体制冷制热的车内空气温度调节系统及装置，属于空气温度调节领域。

背景技术

随着人民生活水平的提高，汽车保有量不断增长，人们对驾驶时车内舒适度的要求也不断提升，驾驶人员对营造舒适驾车环境的汽车空调系统依赖度越来越高。但目前传统的汽车空调大多是基于燃油驱动的蒸汽压缩式制冷系统，耗用了汽车大量输出功率，有着耗能大、不环保等缺点；车内环境制热大多利用发动机冷却水余热回收系统制暖气，这种制热方式汽车动力消耗大，温度调节不稳定，效率低。而汽车燃油燃烧后排出的尾气仍然具有一定的品位，其温度通常高于80℃，具有一定的利用价值，而目前这一低品位热源通常被直接排放到大气中而未加任何利用，存在较大的能源浪费。

以夏季制冷为例，一般汽车运行时，开空调制冷会使得汽车的油耗在原来的基础上增加10％左右，如果遇到崎岖道路、堵车，增加的油耗会更高，然而石油资源逐年减少，汽油价格逐渐上升，燃油驱动的车内空调是不经济的。此外，燃油排放的汽车尾气具有一定的污染性，目前人们已从汽车尾气中分离出十几种有害物质，在污染大气的同时对人类中枢神经系统存在危害，因此传统制冷制热方式需要进行改进。

针对此类问题，目前已有部分专利提出了解决方案，如专利CN200410084506.1中提出利用太阳能为车内空调供电，使用隔热性能更好的反光膜双层隔热玻璃，并在车窗、车顶外布置隔热材料，此方法能在一定程度上减缓外界环境对车内空气温度的影响，但各类部件繁多，安装过程复杂，反光材料容易造成光污染；专利CN201410784350.1中提出使用鼓风机和风道将空调制取的热量和冷量均匀输送至车内各个区域，从而降低空调负荷，但此方法并没有解决车内空调高能耗、高污染的现状，且风管的使用会造成额外的沿程损失，节能效果不明显。

本专利主要针对车内空气温度调节，设计了一种车内空气制冷制热系统及装置，该系统适用范围广，工作过程不受环境因素制约，适合不同种类的汽车，并且合理利用车顶空闲区域进行发电，从而节约了能源，整个系统在工作过程中不会产生任何污染，改善了传统车用空调耗能多、污染环境的状况，而且运行简单，维护成本低。

发明内容

本专利所要解决的技术问题是提供一种车内空气制冷制热系统及装置，替代传统的基于蒸汽压缩式制冷系统的汽车空调和基于发动机余热回收的暖气系统，降低汽车空调运行能耗，提高车内制冷制热效率和稳定性，充分利用清洁能源和低品位热源。

一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征在于，包括制冷装置和制热装置。所述制冷装置和制热装置分别用于夏季工况和冬季工况，二者主体部分相同，切换工况时调换电流方向即可产生不同制冷制热效果。

一种车内空气冷制热系统及装置，包括了光伏板(1)、电位器(2)、开关(3)、蓄电池(4)、散热片(5)、铜管(6)、半导体芯片(7)和导冷片(8)、相变材料(9)、储液池(10)、第一风机(11)、第二风机(12)、第一盘管(13)、换热器(14)、烟气风机(15)、烟气阀(16)和第二盘管(17)；

作为优选例，所述制冷装置和制热装置主体部分相同，包括光伏板(1)、电位器(2)、开关(3)、蓄电池(4)、铜管(6)、半导体芯片(7)和导冷片(8)；

作为优选例，所述制冷装置另包括散热片(5)、相变材料(9)、储液池(10)、第一风机(11)、第二风机(12)和第二盘管(17)；

作为优选例，所述制热装置另包括第一风机(11)、第二风机(12)、第一盘管(13)、换热器(14)、烟气风机(15)和烟气阀(16)；

半导体芯片(7)包括半导体芯片热端(7a)和半导体芯片冷端(7b)；

换热器(14)内包含热空气管束(14a)和烟气管束(14b)；

上述制冷装置中，光伏板(1)主体固定在汽车顶端，与电位器(2)连接，开关(3)和半导体芯片(7)以并联的方式分别与电位器(2)相连，蓄电池(4)连接在开关(3)之后，一组铜管(6)固定在半导体芯片冷端(7b)，导冷片(8)镶嵌在铜管(6)上，半导体芯片热端(7a)另固定有一组铜管(6)，散热片(5)镶嵌在这组铜管(6)上，储液池(10)里装有液态相变材料(9)，导冷片(8)浸在相变材料(9)中，第一风机(11)置于散热片附近，入口段连接车外未处理空气，出口段正对散热片(5)，第二风机(12)置于储液池附近，入口段连接车外未处理空气，出口段连接第二盘管(17)的进口端，第二盘管(17)浸在相变材料(9)中，进口端与第二风机(12)出口段相连，出口端伸出储液池(10)。

上述制热装置中，光伏板(1)主体固定在汽车顶端，与电位器(2)连接，开关(3)和半导体芯片(7)以并联的方式分别与电位器(2)相连，蓄电池(4)连接在开关(3)之后，第一盘管(13)固定在半导体芯片热端(7a)上，进口端与第一风机(11)出口段相连，出口端与换热器(14)相连，第一风机(11)入口段连接车外未处理空气，出口段连接第一盘管(13)的进口端，第二风机(12)置于导冷片(8)附近，入口段连接车外未处理空气，出口段正对导冷片(8)，所述换热器(14)内设有热空气管束(14a)和烟气管束(14b)，热空气管束(14a)的进口端端连接第一盘管(13)的出口端，出口端置于车内环境中；烟气管束(14b)的进口端连接烟气风机(15)的出口段，出口端连接烟气阀(16)。

一种车内空气制冷制热系统及装置，包括以下工作模式和过程：

夏季工作模式下，车内空气需要降温时，制冷装置工作。置于车顶的光伏板(1)在被太阳照射后产生直流电，直流电经过电位器(2)的控制后进入半导体芯片(7)，通入电流后，半导体芯片冷端(7b)产生冷量，半导体芯片热端(7a)产生热量。半导体芯片热端(7a)所产生的热量传递至铜管(6)，再从铜管(6)传递至散热片(5)，第一风机(11)向散热片(5)鼓风。半导体芯片冷端(7b)所产生的冷量通过铜管(6)传递至导冷片(8)，再从导冷片(8)传递至液态相变材料(9)中，相变材料(9)储存了半导体芯片冷端(7b)所产生的冷量，第二风机(12)向第二盘管(17)中鼓风将相变材料(9)中的冷量传递到从车厢内部，使车厢内空气温度降低。

冬季工作模式下，车内空气需要加热时，制热装置工作。置于车顶的光伏板(1)在被太阳照射后产生直流电，直流电经过电位器(2)的控制后进入半导体芯片(7)，通入电流后，半导体芯片热端(7a)产生热量，芯片冷端(7b)产生冷量。半导体芯片冷端(7b)所产生的冷量传递至铜管(6)，再从铜管(6)传递至导冷片(8)，第二风机(12)向导冷片(8)鼓风。半导体芯片热端(7a)所产生的热量直接传递至第一盘管(13)上，第一风机(11)向第一盘管(13)内部鼓风，气流经过第一盘管(13)进入热空气管束(14a)，烟气风机(15)向烟气管束(14b)中鼓入烟气完成换热，热空气管束(14a)中的空气被进一步加热并送入车厢内部，使车厢内空气温度升高。

附图说明

附图1是本实用新型专利实施例的夏季工作模式系统结构示意图；

附图2是本实用新型专利实施例的冬季工作模式系统结构示意图；

附图1中的标号名称：光伏板(1)、电位器(2)、开关(3)、蓄电池(4)、散热片(5)、铜管(6)、半导体芯片(7)、半导体芯片热端(7a)、半导体芯片冷端(7b)、导冷片(8)、第一风机(11)、第二风机(12)、和第二盘管(17)；

附图2中的标号名称：光伏板(1)、电位器(2)、开关(3)、蓄电池(4)、铜管(6)、半导体芯片(7)、半导体芯片热端(7a)、半导体芯片冷端(7b)、导冷片(8)、相变材料(9)、储液池(10)、第一盘管(13)、换热器(14)、热空气管束(14a)、烟气管束(14b)、烟气风机(15)、烟气阀(16)。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型专利实施例的一种车内空气制冷制热系统及装置，包括制冷装置和制热装置。所述制冷装置和制热装置分别用于夏季工况和冬季工况，二者主体部分相同，切换工况时调换电流方向即可产生不同制冷制热效果。

实施例1：

在夏季制冷时，光伏板(1)将太阳能转化为电能驱动半导体(7)工作，未处理空气从第一风机(11)进入，在第一风机(11)的推动力下，穿过散热片(5)，变成热空气，排出车外，加快散热片(5)的散热速度，从而提高半导体芯片热端(7a)的工作效率。基于半导体芯片(7)在一端工作效率提高的情况下，另一端工作效率也会提高的性质，这一单元使半导体芯片冷端(7b)的制冷效率也得到提高，制冷量增大，温度可达-10℃左右。未处理空气从第二风机(12)进入，在第二风机(12)的推动力下进入第二盘管(17)，第二盘管(17)蛇形排布增大了其与相变材料(9)的接触面积，使冷量充分传递至第二盘管(17)中的空气。未处理空气从第二盘管(17)中排出变为冷空气，温度可达15℃左右，进入车内降低车内环境温度，提高车内人员舒适度。当制冷装置停止运行后，车内环境温度升高，相变材料(9)从固态变为液态，吸收一部分潜热，能够有效抑制车内温升，保持较长时间车内温度稳定。

实施例2：

在冬季制热时，光伏板(1)将太阳能转化为电能驱动半导体(7)工作，制热所述第一风机(11)入口段连接车外未处理空气，出口段连接第一盘管(13)的进口端；所述第二风机(12)入口段连接车外未处理空气，出口段正对导冷片(8)。未处理空气从第二风机(12)进入，在第二风机(12)的推动力下，穿过导冷片(8)，变成冷空气，排出车外，加快导冷片(8)的导冷速度，从而提高半导体芯片冷端(7b)的工作效率。基于半导体芯片(7)在一端工作效率提高的情况下，另一端工作效率也会提高的性质，这一单元使半导体芯片热端(7a)的制热效率也得到提高，制热量增大，温度可达20℃左右。未处理空气从第一风机(11)进入，在第一风机(11)的推动力下进入第一盘管(13)，第一盘管(13)蛇形排布增大其与半导体芯片(7)的接触面积，使热量充分迅速传递至第一盘管(17)中的空气。未处理空气从第一盘管(13)中排出变为初步热空气，温度可达10℃左右，进入换热器(14)的热空气管束(14a)进行进一步升温，从换热器(14)排出变为热空气，温度可达25℃左右，进入车内升高车内环境温度，从而提高车内人员舒适度。

实施例3：

在阴雨天气太阳能资源缺乏时，光伏板(1)产生电能不足，此时关闭开关(3)，由储存在蓄电池(4)中的电能为系统供电，系统仍然保持正常运行，此时系统工作情况与实施例1、实施例2相同。

以上结合具体实施例描述了一种车内空气制冷制热系统及装置的技术原理。

Claims (4)

1.一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征在于：包括了制冷装置和制热装置，所述制冷装置和制热装置分别用于夏季工况和冬季工况；所述制冷装置和制热装置分别用于夏季工况和冬季工况，二者主体部分相同，切换工况时调换电流方向即可产生不同制冷制热效果；

所述制冷装置和制热装置主体部分包括光伏板(1)、电位器(2)、开关(3)、蓄电池(4)、铜管(6)、半导体芯片(7)和导冷片(8)；

系统主体部分中，光伏板(1)主体固定在汽车顶端，与电位器(2)连接，开关(3)和半导体芯片(7)以并联的方式分别与电位器(2)相连，蓄电池(4)连接在开关(3)之后，一组铜管(6)固定在半导体芯片冷端(7b)，导冷片(8)镶嵌在铜管(6)上；

制冷装置另包括散热片(5)、储液池(10)、第一风机(11)、第二风机(12)和第二盘管(17)，其中光伏板(1)由多块光伏板单元组成，半导体芯片(7)由半导体芯片热端(7a)和半导体芯片冷端(7b)组成；

上述制冷装置中，半导体芯片热端(7a)固定有一组铜管(6)，散热片(5)镶嵌在这组铜管(6)上，储液池(10)里装有液态相变材料(9)，导冷片(8)浸在相变材料(9)中，第一风机(11)置于散热片附近，入口段连接车外未处理空气，出口段正对散热片(5)，第二风机(12)置于储液池附近，入口段连接车外未处理空气，出口段连接第二盘管(17)的进口端，第二盘管(17)浸在相变材料(9)中，进口端与第二风机(12)出口段相连，出口端伸出储液池(10)；

制热装置包括第一风机(11)、第二风机(12)、第一盘管(13)、换热器(14)、烟气风机(15)和烟气阀(16)，其中半导体芯片(7)由半导体芯片热端(7a)和半导体芯片冷端(7b)组成，换热器(14)内设有热空气管束(14a)和烟气管束(14b)；

上述制热装置中，第一盘管(13)固定在半导体芯片热端(7a)上，进口端与第一风机(11)出口段相连，出口端与换热器(14)相连，第一风机(11)入口段连接车外未处理空气，出口段连接第一盘管(13)的进口端，第二风机(12)置于导冷片(8)附近，入口段连接车外未处理空气，出口段正对导冷片(8)，所述换热器(14)内设有热空气管束(14a)和烟气管束(14b)，热空气管束(14a)的进口端端连接第一盘管(13)的出口端，出口端置于车内环境中；烟气管束(14b)的进口端连接烟气风机(15)的出口段，出口端连接烟气阀(16)。

2.根据权利要求1所述的一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征是开关(3)为活动开关，当开关(3)打开时，电流仅从光伏板(1)流至电位器(2)再至半导体芯片(7)；当开关(3)闭合时，电流即可从光伏板(1)流至电位器(2)再至半导体芯片(7)和蓄电池(4)。

3.根据权利要求1所述的一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征是电位器(2)的作用为改变电流方向和大小，从而改变半导体芯片(7)的工作端和工作量，控制车内温度高低，可由电位器(2)改变电流正反方向，从而使半导体芯片(7)的工作端产生冷量或热量，满足制冷或制热的需求。

4.根据权利要求1所述的一种车内空气制冷制热系统及装置，其特征是制冷装置和制热装置主体部分相同，但工作时相互独立，切换工况时调换电流方向即可产生不同制冷制热效果。

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