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XX大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)號 學(xué)生姓名 系部 專業(yè)年級 指導(dǎo)教師 職稱 設(shè)計（論文）題目 車載冰箱結(jié)構(gòu)設(shè)計 本課題國內(nèi)外研究動態(tài)及意義： 車載冰箱是家用冰箱的延續(xù)，可以采用半導(dǎo)體電子制冷技術(shù)，也可以通過壓縮機制冷。一般噪音小污染少。在行車中只需將電源插頭插入點煙孔，即可給冰箱降溫。 市場上主要有兩種車載冰箱，一種是 半導(dǎo)體車載冰箱，它的原理是靠電子芯片制冷，利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法.制 冷溫度范圍為5至65度。這種冰箱的優(yōu)點是既能制冷又能制熱，環(huán)保、無污染，體積小，成本較低，工作時沒有震動、噪音、壽命長。缺點是制冷效率不高，制冷 溫度受環(huán)境溫度影響，制冷無法達到零度以下，且容量較小。 另一種是壓縮機車載冰箱，壓縮機是傳統(tǒng)冰箱的傳統(tǒng)技術(shù)，制冷溫度低，為-18度10度。制冷效率高，能制冰、保鮮，體積大，是未來車載冰箱發(fā)展的主流方向。但是這種冰箱重量較重，攜帶不方便，價格較高。壓縮機汽車冰箱的壓縮機世界上的主要產(chǎn)地為德國與日本。 車載冰箱大致有3類。 第一類是比較早期的產(chǎn)品，叫它冰箱可能不太合適，因為它不具備制冷功能，只有保溫功能，使用的時候必須把要冷藏的物 品放冰箱里冷凍后放入保溫箱里，有冰袋的話放入冰袋，這樣一來就能在短時間內(nèi)保持冰凍，這種冰箱的優(yōu)點是不耗電，要知道汽車上的電都是油換來的，價格也比 較低廉，缺點是不能長時間保溫，而且空間較小。 第二類是半導(dǎo)體車載冰箱.制冷溫度范圍為-5至65度。這種方法的優(yōu)點是既能制冷又能制熱，容量較小。 第三類為壓縮機車載冰箱，體積大，是未來車載冰箱發(fā)展的主流方向。缺點是重量較重，比較耗電，國內(nèi)高檔壓縮機汽車冰箱的壓縮機主要是德國的，質(zhì)量較好。 從以上3類來看，每類都有不同的優(yōu)點和缺點，用戶應(yīng)該根據(jù)自己的的實際需求來購買，避免浪費。有3大類型，一種是電 子的，一種是壓縮機的，2者都是靠汽車點煙器的12V電源電來帶動。冰箱儲物箱位于后排座椅中央扶手的位置。還有另外一種車載冰箱，實際上它只是一個低溫 儲物箱，位于副駕駛前的手套箱。它沒有獨立的壓縮機，它的冷氣來源于空調(diào)系統(tǒng)。這種所謂的車載冰箱一般用于中低檔或低檔轎車上。車載冰箱容量很小，一般只 能放幾瓶礦泉水，車載冰箱的位置一般在中控臺、前排乘客位儲物箱里、后排中央扶手或者后備箱里。市場上面的大多數(shù)車載冰箱就是這種，與普通家用冰箱不同， 它不是采用壓縮機的機械壓縮原理制冷，而是采用電子(半導(dǎo)體)制冷原理，盡管不會產(chǎn)生噪聲和污染，而且電源是特設(shè)的車載電源，但制冷效果和壓縮機制冷無法 相比。車主一般需要在往車載冰箱內(nèi)放入食品飲料前，必須先把食品放到家用冰箱降降溫才行。[1] 半導(dǎo)體型 半導(dǎo)體冰箱有制冷和制熱兩項功能：在制冷方面，一般是低于環(huán)境溫度10～15℃，而其制熱溫度卻能夠高達65℃；此外，由于不采用壓縮機，半導(dǎo)體冰箱還有節(jié) 能環(huán)保、無噪音、輕便等優(yōu)點，市場售價一股在200元到1000元之間。這種半導(dǎo)體電子制冷車載冰箱的優(yōu)點是價格相對便宜，使用比較方便，這類產(chǎn)品以酷吧 系冰箱為代表。 原理 半導(dǎo)體電子制冷又稱熱電制冷，或者溫差電制冷，它是利用"帕爾帖效應(yīng)"的一種制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。 1843年，法國物理學(xué)家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上，通電后，他驚奇的發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷；這個現(xiàn)象后來就被稱為"帕爾帖效應(yīng)"。 "帕爾帖效應(yīng)"的物理原理為：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現(xiàn)為制冷）。[2] 結(jié)構(gòu) 電子冰箱簡單結(jié)構(gòu)為：將P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體，以及銅板，銅導(dǎo)線連成一個回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個接點變冷（冰箱內(nèi)部），另一個接頭散熱（冰箱后面散熱器）。 特點 1、結(jié)構(gòu)簡單，部件少，維修方便； 2、無機械傳動部件，無磨損，無噪音，壽命長； 3、無需制冷劑制冷（壓縮式和吸收式都需要），絕對環(huán)保； 4、制冷效率低，制冷溫度受環(huán)境溫度影響大。 適用范圍 車用、家用兩相宜。適用于飲料、食物、水果、牛奶、紅酒、低溫藥物的保鮮儲存及保溫, 是居家、賓館、辦公室、酒吧、學(xué)生公寓，及駕車（貨車、的士、客車、旅游大巴）、旅游、野餐、露營、垂釣人士的最好伙伴。 高等工科院校的畢業(yè)設(shè)計是完成教學(xué)計劃達到本科生培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)。它通過深入實踐、了解社會、完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)或撰寫論文等諸環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力和獨立工作能力、組織管理和社交能力；同時，對學(xué)生的思想品德，工作態(tài)度及作風(fēng)等諸方面都會有很大影響。對于增強事業(yè)心和責(zé)任感，提高畢業(yè)生全面素質(zhì)具有重要意義。是學(xué)生在校期間的昀后學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練階段；是學(xué)習(xí)深化、拓寬、綜合運用所學(xué)知識的重要過程；是學(xué)生學(xué)習(xí)、研究與實踐成果的全面總結(jié)；是學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗；是實現(xiàn)學(xué)生從學(xué)校學(xué)習(xí)到崗位工作的過渡環(huán)節(jié)；是學(xué)生畢業(yè)及學(xué)位資格認定的重要依據(jù)；是衡量高等教育質(zhì)量和辦學(xué)效益的重要評價內(nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(論文)研究內(nèi)容、擬解決的主要問題： 按時完成研究設(shè)計內(nèi)容，對車載冰箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本工作原理和機構(gòu)的合理與工藝性有更加深刻的感悟與認識，并且完成車載冰箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要零部件和總裝圖的繪制，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。 畢業(yè)設(shè)計(論文)研究方法、步驟及措施： 1、查閱設(shè)計資料和手冊，了解基本結(jié)構(gòu)和原理； 2、確定工作機的主要動力機構(gòu)； 3、零部件的設(shè)計及其主要零件圖和裝配圖的詳細繪制。 主要參考文獻： [1] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計（第八版）.北京：高等教育出版社，2008.360-36 [2] 鄒慧君 機械原理 第二版 北京：高等教育出版社 2006年5月，1~112 [3] 徐灝 ， 機械設(shè)計手冊[M] ， 第二版 ，北京：機械工業(yè)出版社 ， 2000 [4] 于向軍，趙德銘 機械基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社 2002.4 [5] 崔占全，邱平善 機械工程材料 ， 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009- [6] 鞏云鵬、田萬祿等主編，機械設(shè)計課程設(shè)計 沈陽：東北大學(xué)出版社 2000 [7] 張玉，劉平主編.幾何量公差與測量技術(shù). 沈陽：東北大學(xué)出版社 1999 [8] 卜炎主編.機械傳動裝置設(shè)計手冊（上冊），機械工業(yè)出版社。1999 [9] 濮良貴.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2001. [10] 劉朝儒.機械制圖.[M]北京：高等教育出版社，2001. [11] 鄧志平.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).[M]成都：西南交通大學(xué)出版社，2004. 是否可以進入設(shè)計（論文）研究： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 是否可以進入設(shè)計（論文）研究： 教研室(系、研究所)主任簽名： 年 月 日 XXXX大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 摘要 車載冰箱是家用冰箱的延續(xù)，可以采用半導(dǎo)體電子制冷技術(shù)，也可以通過壓縮機制冷。一般噪音小污染少。在行車中只需將電源插頭插入點煙孔，即可給冰箱降溫。 車載冰箱按照技術(shù)原理分為半導(dǎo)體冰箱和壓縮機冰箱，這兩種冰箱各有其性能優(yōu)點。半導(dǎo)體冰箱有制冷和制熱兩項功能：在制冷方面，最多能夠達到零下5~C，而其制熱溫度卻能夠高達65~C；此外，由于不采用壓縮機，半導(dǎo)體冰箱還有節(jié)能環(huán)保、無噪音、輕便等優(yōu)點，市場售價一股在200元到1000元之間。壓縮機冰箱只有制冷功能，其制冷能力可以達到一18℃，能分段控溫，不易損壞，可以穩(wěn)定有效地進行制冷，在很多高檔轎車和標配轎車上，都采用了壓縮機冰箱，市場售價為同等容積半導(dǎo)體冰箱的1O倍以上。 本文主要設(shè)計一款采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)的車載冰箱。利用三維軟件SOLIDWORKS對車載冰箱進行三維造型設(shè)計，最后達到設(shè)計的要求。 關(guān)鍵詞： 車載冰箱；半導(dǎo)體制冷；三維 Abstract A refrigerator is a continuation of the household refrigerator, can be used for semiconductor electronic refrigeration technology, can also through the compressor refrigeration. General noise pollution. In the running process of the power plug is inserted into the lighter hole, can give the refrigerator cooling. Car refrigerator for semiconductor refrigerator and refrigerator compressor according to the technology principle, the two kinds of refrigerators have their respective advantages. Semiconductor refrigerator has two functions of refrigeration and heating: in refrigeration, most can reach minus 5~C, and the heating temperature can reach as high as 65~C; in addition, because of not adopting semiconductor refrigerator compressor, and energy saving and environmental protection, no noise, light and other advantages, the market price of a stock in 200 yuan to 1000 yuan between. Compressor refrigerator only cooling function, the refrigerating capacity can reach 18 ℃, sectional temperature control, not easy to damage, can refrigeration stability effectively, in many high-end cars and the standard car, have adopted the refrigerator compressor, 1O times higher than the market price for the same volume of semiconductor refrigerator. Design of the main section uses the semiconductor refrigeration technology car refrigerator in the. Three-dimensional modeling design for car refrigerator using 3D software SOLIDWORKS, finally reached the design requirements. Keywords: car refrigerator; three-dimensional semiconductor refrigeration; 目錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1車載冰箱概述 1 1.2 課題研究的目的和意義 1 1.3制冷技術(shù)的發(fā)展 2 1.4課題主要研究內(nèi)容 3 第二章 車載冰箱知識概述 4 2.1車載冰箱分類及應(yīng)用現(xiàn)狀 4 2.1.1車載冰箱應(yīng)用現(xiàn)狀 4 2.1.2車載冰箱的分類 4 2.1.3半導(dǎo)體式車載冰箱的原理和結(jié)構(gòu)特點 5 第三章 車載冰箱的設(shè)計 6 3.1車載冰箱設(shè)計的考慮因素 6 3.1.1車載冰箱成本考慮 6 3.1.2工藝考慮 7 3.1.3車載冰箱安全認證考慮 7 3.2車載冰箱設(shè)計步驟 8 3.2.1熱負荷計算 8 3.2.2冰箱系統(tǒng)熱力計算 10 第四章 車載冰箱的整體結(jié)構(gòu)的布置 12 4.1車載冰箱的組成 13 4.2 箱體的設(shè)計 13 4.3 制冷箱的設(shè)計 14 4.4 制冷裝置的設(shè)計 15 4.4.1半導(dǎo)體制冷片三維造型 15 4.4.2 鋁制散熱器的三維造型 16 4.4.3 散熱風(fēng)扇的三維造型 17 4.4.4 制冷裝置的整體三維造型 18 4.4 車載冰箱的總體的三維造型 19 4.4 車載冰箱的總體的二維視圖 20 第五章 車載冰箱的節(jié)能技術(shù) 21 5.1合理選擇絕熱層厚度 21 5.2增厚隔熱層與真空隔熱板 22 5.3 減少電器件的熱負荷 23 結(jié)論 24 致謝 25 參考文獻 26 第 27 頁 第一章 緒論 1.1車載冰箱概述 大多數(shù)國產(chǎn)的車載冰箱其實就是一種電子冰箱，與普通車載冰箱不同，它不是采用壓縮機的機械壓縮原理制冷，而是采用電子(半導(dǎo)體)制冷原理，盡管不會產(chǎn)生噪聲和污染，而且電源是特設(shè)的車載電源，但制冷效果和壓縮機制冷無法相比。從冷源的提供上來看，車載冰箱主要分為有源冰箱和無源冰箱兩種，其中有源車載冰箱的品牌有奧特賽、迷你、愛科、美固等。無源車載冰箱品牌有優(yōu)冷、福意聯(lián)等。不管是有源還是無源的車載冰箱，其制冷溫度都是2～8℃，也就是只能攜帶保存冷飲等冷藏食品。也就是說，在往車載冰箱內(nèi)放入食品飲料前，必須先把食品放到車載冰箱降降溫才行，并且所有的車載冰箱均不可能在停車后長時間使用，這樣不但上車前要將食品降溫，而且下車時還要把食品帶走，非常麻煩。 目前國際上比較流行的車載冰箱是壓縮機汽車冰箱，世界上許多高檔汽車上已經(jīng)采用OEM方式嵌入配套壓縮機汽車冰箱，這是真正意義上的汽車冰箱，歐美及歐洲、日本、韓國，許多較專業(yè)的愛好者和國防軍隊的需求，已經(jīng)開始使用全封閉壓縮機的汽車冰箱，其制冷溫度可以達到零下18度，且能分段控溫，大部分的冰箱都可以使用220伏/110伏-12伏/24伏電壓并自動轉(zhuǎn)換。這種壓縮機冰箱使用是傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機和旋轉(zhuǎn)式壓縮機。即使冰箱任意翻轉(zhuǎn)都不會使壓縮機損壞。壓縮機采用全封閉，無氟，免維護技術(shù)，使汽車冰箱反轉(zhuǎn)過來都能夠正常運轉(zhuǎn)，許多汽車拉力賽、越野賽使用這種冰箱。汽車冰箱采用半導(dǎo)體電子制冷和制熱，其原理是利用直流電流通過半導(dǎo)體制冷芯片，使熱量從芯片的冷端向熱端傳遞(帕爾貼效應(yīng))通過散熱風(fēng)扇提高其效應(yīng)。在制冷的功能上，電子芯片的溫度能夠達到5度，芯片的溫度傳導(dǎo)到冰箱的內(nèi)壁上由于耗損溫度達到5度。 車載冰箱2000年前后進入中國，目前市場上比較暢銷的有奧特賽、龍?zhí)?、愛科、美固等品牌。業(yè)內(nèi)人士據(jù)此分析，隨著自駕車旅游的漸漸風(fēng)行，將在一定程度上刺激車載冰箱的銷售。估計經(jīng)過了今年夏季的市場磨合期后，今年底到明年將會有一個明顯的增長。正是由于看到了國內(nèi)市場的無限商機，不少原本只面對國外市場出口的施耐、德寶龍等專用車載冰箱品牌紛紛轉(zhuǎn)戰(zhàn)國內(nèi)市場，而國外一些經(jīng)銷商更是看好中國的車載冰箱市場。有關(guān)人士介紹說，今年以來，已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)有一些車載冰箱品牌進入市場，產(chǎn)品大小從3升到33升不等，顏色鮮艷多變，價位也從200多元到1000多元不等。據(jù)幾家公司的銷售人員介紹，車載冰箱的容量一般從6升到50升，但消費者多選擇20升以下的產(chǎn)品。從價位來看，購買200元—500元車載冰箱的消費者最多。由于車載冰箱攜帶方便，操作便利，符合現(xiàn)代人追求自由的個性特點，價格又相對低廉，因而一個巨大的市場正在悄然形成。 1.2 課題研究的目的和意義 車載冰箱按照技術(shù)原理分為半導(dǎo)體冰箱和壓縮機冰箱，這兩種冰箱各有其性能優(yōu)點。半導(dǎo)體冰箱有制冷和制熱兩項功能：在制冷方面，最多能夠達到零下5~C，而其制熱溫度卻能夠高達65~C；此外，由于不采用壓縮機，半導(dǎo)體冰箱還有節(jié)能環(huán)保、無噪音、輕便等優(yōu)點，市場售價一股在200元到1000元之間。壓縮機冰箱只有制冷功能，其制冷能力可以達到一18℃，能分段控溫，不易損壞，可以穩(wěn)定有效地進行制冷，在很多高檔轎車和標配轎車上，都采用了壓縮機冰箱，市場售價為同等容積半導(dǎo)體冰箱的1O倍以上。 車載壓縮冰箱的好處不言而喻，而國內(nèi)的車載冰箱的發(fā)展方向顯然與潮流有些相左，沒有從消費者的需求出發(fā)，去研究車載冰箱的實用性，而一味去追求容積大小、外觀和顏色，可以肯定的是，壓縮機汽車冰箱必然要成為車載冰箱的主流產(chǎn)品，雖然在國內(nèi)壓縮機汽車冰箱還集中在一些高端車領(lǐng)域，但隨著技術(shù)的成熟和市場的不斷普及，成為主流產(chǎn)品只是時間的問題，中國的車載冰箱業(yè)技術(shù)還有待提高。 目前國內(nèi)除了德國美固、科龍在中國國內(nèi)投資了車載壓縮機冰箱生產(chǎn)線之外，其余廠商都是靠半導(dǎo)體冰箱打市場。來自有關(guān)渠道的最新的消息說，海爾也正在積極上馬車載壓縮機冰箱生產(chǎn)線，預(yù)計到2008年可給GE等知名汽車企業(yè)“標配”供貨。 綜上，本文設(shè)計一款靠半導(dǎo)體制冷的經(jīng)濟型車載冰箱，符合目前的發(fā)展趨勢。 1.3制冷技術(shù)的發(fā)展 冰箱的發(fā)展是建立在制冷技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，隨著制冷技術(shù)的不斷進步，才有了冰箱現(xiàn)在的發(fā)展。 現(xiàn)代制冷技術(shù)是18世紀后期發(fā)展起來的。在此之前人們就已懂得冷的利用。我國古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降溫。馬可波羅在他的著作（馬可波羅游記）中，對中國制冷和造冰窯的方法有詳細的記述。 1755年，愛丁堡的化學(xué)教師庫侖利用乙醚蒸發(fā)使水結(jié)冰。他的學(xué)生布拉克從本質(zhì)上解釋了融化和汽化現(xiàn)象。提出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標志著現(xiàn)代制冷技術(shù)的開始。 1834年，發(fā)明家波爾金斯制造出了第一臺以乙醚為工質(zhì)的蒸發(fā)壓縮式制冷機，并正式申請了英國第6662號專利。這是后來所有蒸汽壓縮式制冷機的雛形，但使用的工質(zhì)是乙醚，容易燃燒。到1875年卡利和林德用氨制冷劑，從此蒸汽壓縮式制冷機開始占有統(tǒng)治地位。 在此前期，空氣絕熱膨脹會顯著降低空氣溫度的現(xiàn)象開始用于制冷。1844年，醫(yī)生高里用封閉循環(huán)的空氣制冷機為患者建立了一座空調(diào)站，空氣制冷機使他一舉成名。威廉西門斯在空氣制冷機中引入了回?zé)崞?，并提高了制冷機得性能。 1859年，卡利發(fā)明了氨水吸收式制冷系統(tǒng)，并申請了專利。 1910年左右，馬利斯萊蘭克發(fā)明了蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)。 到20世紀，制冷技術(shù)有了更大的發(fā)展：全封閉制冷壓縮機的研制成功（美國通用電器公司），米里杰發(fā)現(xiàn)氟利昂制冷劑并用于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)以及混合制冷劑的應(yīng)用，伯寧頓發(fā)明回?zé)崾匠凉衿餮h(huán)以及熱泵的出現(xiàn)，均推動了制冷技術(shù)的發(fā)展。 1.4課題主要研究內(nèi)容 1、查閱相關(guān)半導(dǎo)體式冰箱的資料，了解車載冰箱的主要組成 2、利用三維軟件對車載冰箱各個零部件進行造型設(shè)計 3、繪制車載冰箱的結(jié)構(gòu)裝配圖 第二章 車載冰箱知識概述 2.1車載冰箱分類及應(yīng)用現(xiàn)狀 2.1.1車載冰箱應(yīng)用現(xiàn)狀 車用、家用兩相宜。適用于飲料、食物、水果、牛奶、紅酒、低溫藥物的保鮮儲存及保溫, 是居家、賓館、辦公室、酒吧、學(xué)生公寓，及駕車（貨車、的士、客車、旅游大巴）、旅游、野餐、露營、垂釣人士的最好伙伴。 市場上主要有兩種車載冰箱，一種是 半導(dǎo)體車載冰箱，它的原理是靠電子芯片制冷，利用特種半導(dǎo)體材料構(gòu)成的P-N結(jié)，形成熱電偶對，產(chǎn)生珀爾帖效應(yīng)，即通過直流電制冷的一種新型制冷方法.制 冷溫度范圍為5至65度。這種冰箱的優(yōu)點是既能制冷又能制熱，環(huán)保、無污染，體積小，成本較低，工作時沒有震動、噪音、壽命長。缺點是制冷效率不高，制冷 溫度受環(huán)境溫度影響，制冷無法達到零度以下，且容量較小。 另一種是壓縮機車載冰箱，壓縮機是傳統(tǒng)冰箱的傳統(tǒng)技術(shù)，制冷溫度低，為-18度10度。制冷效率高，能制冰、保鮮，體積大，是未來車載冰箱發(fā)展的主流方向。但是這種冰箱重量較重，攜帶不方便，價格較高。壓縮機汽車冰箱的壓縮機世界上的主要產(chǎn)地為德國與日本。 從以上3類來看，每類都有不同的優(yōu)點和缺點，用戶應(yīng)該根據(jù)自己的的實際需求來購買，避免浪費。有3大類型，一種是電 子的，一種是壓縮機的，2者都是靠汽車點煙器的12V電源電來帶動。冰箱儲物箱位于后排座椅中央扶手的位置。還有另外一種車載冰箱，實際上它只是一個低溫 儲物箱，位于副駕駛前的手套箱。它沒有獨立的壓縮機，它的冷氣來源于空調(diào)系統(tǒng)。這種所謂的車載冰箱一般用于中低檔或低檔轎車上。車載冰箱容量很小，一般只 能放幾瓶礦泉水，車載冰箱的位置一般在中控臺、前排乘客位儲物箱里、后排中央扶手或者后備箱里。市場上面的大多數(shù)車載冰箱就是這種，與普通車載冰箱不同， 它不是采用壓縮機的機械壓縮原理制冷，而是采用電子(半導(dǎo)體)制冷原理，盡管不會產(chǎn)生噪聲和污染，而且電源是特設(shè)的車載電源，但制冷效果和壓縮機制冷無法 相比。車主一般需要在往車載冰箱內(nèi)放入食品飲料前，必須先把食品放到車載冰箱降降溫才行。[1] 2.1.2車載冰箱的分類 車載冰箱大致有3類。 第一類是比較早期的產(chǎn)品，叫它冰箱可能不太合適，因為它不具備制冷功能，只有保溫功能，使用的時候必須把要冷藏的物 品放冰箱里冷凍后放入保溫箱里，有冰袋的話放入冰袋，這樣一來就能在短時間內(nèi)保持冰凍，這種冰箱的優(yōu)點是不耗電，要知道汽車上的電都是油換來的，價格也比 較低廉，缺點是不能長時間保溫，而且空間較小。 第二類是半導(dǎo)體車載冰箱.制冷溫度范圍為-5至65度。這種方法的優(yōu)點是既能制冷又能制熱，容量較小。 第三類為壓縮機車載冰箱，體積大，是未來車載冰箱發(fā)展的主流方向。缺點是重量較重，比較耗電，國內(nèi)高檔壓縮機汽車冰箱的壓縮機主要是德國的，質(zhì)量較好。 2.1.3半導(dǎo)體式車載冰箱的原理和結(jié)構(gòu)特點 半導(dǎo)體冰箱有制冷和制熱兩項功能：在制冷方面，一般是低于環(huán)境溫度10～15℃，而其制熱溫度卻能夠高達65℃；此外，由于不采用壓縮機，半導(dǎo)體冰箱還有節(jié) 能環(huán)保、無噪音、輕便等優(yōu)點，市場售價一股在200元到1000元之間。這種半導(dǎo)體電子制冷車載冰箱的優(yōu)點是價格相對便宜，使用比較方便，這類產(chǎn)品以酷吧 系冰箱為代表。 原理 半導(dǎo)體電子制冷又稱熱電制冷，或者溫差電制冷，它是利用"帕爾帖效應(yīng)"的一種制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。 1843年，法國物理學(xué)家帕爾帖在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正負極上，通電后，他驚奇的發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷；這個現(xiàn)象后來就被稱為"帕爾帖效應(yīng)"。 "帕爾帖效應(yīng)"的物理原理為：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現(xiàn)為制冷）。[2] 結(jié)構(gòu) 電子冰箱簡單結(jié)構(gòu)為：將P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體，以及銅板，銅導(dǎo)線連成一個回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個接點變冷（冰箱內(nèi)部），另一個接頭散熱（冰箱后面散熱器）。 特點 1、結(jié)構(gòu)簡單，部件少，維修方便； 2、無機械傳動部件，無磨損，無噪音，壽命長； 3、無需制冷劑制冷（壓縮式和吸收式都需要），絕對環(huán)保； 4、制冷效率低，制冷溫度受環(huán)境溫度影響大。 第三章 車載冰箱的設(shè)計 3.1車載冰箱設(shè)計的考慮因素 3.1.1車載冰箱成本考慮 企業(yè)要生存發(fā)展,就必須贏利。研究表明,盡管設(shè)計費用只占產(chǎn)品總成本的5% ,卻決定了產(chǎn)品總成本的60%～70%。因此,產(chǎn)品開模前(一旦開模,產(chǎn)品的大部分成本將被鎖定而難以改變或改變費用很大) ,在設(shè)計圖紙上通過設(shè)計師的精心計算、優(yōu)化設(shè)計,對降低生產(chǎn)成本具有重要意義。 （1） 零部件及其設(shè)計要素的標準化 標準化其實是一種“軟件復(fù)用”,使得產(chǎn)品開發(fā)不必從零開始,直接使用現(xiàn)有零部件或進行部分修改就可設(shè)計出新的產(chǎn)品。企業(yè)可進行如下標準化工作:把優(yōu)選零部件形成標準件或通用件,在許多型號的冰箱上通用;固定冰箱的寬度系列,讓內(nèi)部附件(包括抽屜、層架、門擱架等)在同寬度系列的冰箱可相互借用;將箱體內(nèi)腔、側(cè)板、后板、門內(nèi)腔、門面板等主要開模件的局部結(jié)構(gòu)形成通用設(shè)計要素,在設(shè)計工作中強制遵循。標準化工作的實施與加強,大大降低了新開模具的成本,縮短了開發(fā)時間,減少了設(shè)計失誤;還減輕了開發(fā)人員的工作量、提高了工作效率,讓其有更多時間和精力投入到創(chuàng)新工作中。 （2） 簡單化設(shè)計 一般說來,結(jié)構(gòu)和功能過于復(fù)雜的產(chǎn)品,不輕易會受用戶喜愛的。此外,如果零件結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,設(shè)計人員制圖將頗費力氣;模具師不易理解設(shè)計意圖,零件成本和加工難度隨之加大,還降低了零件的質(zhì)量穩(wěn)定性,容易產(chǎn)生缺陷。簡化零部件結(jié)構(gòu),不但可以減少開模費用、提高結(jié)構(gòu)可靠性、節(jié)省材料成本,還簡化了用戶操作。產(chǎn)品的功能也同樣需要簡化,功能既有正面質(zhì)量、又有負面質(zhì)量；過多的輔助功能,會影響主要功能的體現(xiàn)、模糊產(chǎn)品功能賣點,加大結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。而且,每項功能都需要增加成本,如果功能的增加不能帶來價格的適當提升,企業(yè)將得不償失。 （3） 材料替代、用量減少 針對具體應(yīng)用選擇合適的材料是設(shè)計師的一項重要責(zé)任,也是設(shè)計成功的前提條件。冰箱的結(jié)構(gòu)變化其實并不多,材料的選用對其性能和成本影響非常大。結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)該對所用材料的性能和成本有清楚的了解,盡量采用性能合格的低廉材料,既滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求,又避免質(zhì)量過剩。當前,采用塑料件代替金屬件已成為冰箱企業(yè)降低生產(chǎn)成本的一個重要競爭策略。與金屬材料相比,塑料具有成本低、重量輕、電絕緣和耐腐蝕等優(yōu)點。且塑料材質(zhì)多樣、設(shè)計結(jié)構(gòu)多變,使其具有更理想的設(shè)計特性。既避免了金屬件必需的價格不菲的二次加工(如沖孔)和表面處理(如噴涂) ,又減少了制造對設(shè)計的限制、擴大了設(shè)計自由(塑料件可以設(shè)計成復(fù)雜的形狀) 。因此,隨著塑料件質(zhì)量的不斷提高,冰箱中應(yīng)用的塑料件越來越多,除了一些重要的制冷件(蒸發(fā)器、冷凝器) 、外觀件(門面板、側(cè)板) 、支撐件(壓縮機托板)等外,其余大部分都是塑料件,大大降低了冰箱的材料成本。材料減薄是另一種直接降低成本的方法。在保證內(nèi)膽能抵抗發(fā)泡壓力與熱變形的前提下,企業(yè)適當?shù)膶Ρ鋬?nèi)膽板材進行減薄,有效地抵御了原材料價格上升的不利因素。此外,取消一些對外觀要求不高零件的表面處理也可以降低成本,例如:冰箱后板原來使用噴涂鋼板,現(xiàn)將其改為鍍鋁鋅板、不噴涂,成本得到了較大程度的降低,目前已在冰箱企業(yè)中大量推廣。 3.1.2工藝考慮 產(chǎn)品設(shè)計過程中,還應(yīng)該考慮生產(chǎn)工人操作是否方便、設(shè)計是否具有防呆功能；冰箱發(fā)泡過程中會出現(xiàn)空泡、漏泡等質(zhì)量缺陷,發(fā)泡后會出現(xiàn)門體收腰變形等工藝問題,需要在設(shè)計階段就加以考慮。 （1） 防呆設(shè)計 由于冰箱是流水線生產(chǎn),工人并沒有太多的時間去仔細檢查手中的零件是否正確、裝配是否正確。如果設(shè)計師考慮不周,正確的裝配方向難以識別、又沒特別設(shè)計防呆特征,忙亂的生產(chǎn)過程中就會很容易出現(xiàn)錯誤裝配、造成返修甚至報廢,給企業(yè)造成不同程度的損失。為了防止誤操作的發(fā)生,可在制件上設(shè)計一些防錯特征,保證裝配方向不正確的時候,零件裝配不上；如果受結(jié)構(gòu)所限,不能添加防錯特征時,就應(yīng)該增加標志(如文字、圖形)指明正確的裝配方向。另外,將零件設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)也可以起到很好的防呆作用。 （2） 防漏泡設(shè)計 由于冰箱的形狀不規(guī)則,準確的發(fā)泡劑用量往往難以計算出來,需要在正式生產(chǎn)前通過試模進行調(diào)整。跟發(fā)泡劑用量有關(guān)的工藝問題有空泡和漏泡?？张菔侵副渚植繀^(qū)域(尤其是一些狹窄的角落)因缺少泡料而形成空穴,其主要原因是發(fā)泡劑用量不足或結(jié)構(gòu)透氣性差?？张莶粫绊懕渫庥^,其處理方法比較簡單,只需要適當增加泡量或增強結(jié)構(gòu)的透氣性(在箱內(nèi)膽、后板、后底板等零件的結(jié)構(gòu)死角處設(shè)計小于1mm的排氣孔) 。漏泡是指泡料在較大的發(fā)泡壓力下從冰箱密封不好的孔隙擠出形成形狀不規(guī)則的溢出物。由于漏泡處往往位于難以密封的死角處,難以清理,嚴重時會影響冰箱外觀甚至造成報廢。解決漏泡的唯一方法是增強冰箱的密封性。最常見的密封結(jié)構(gòu)是利用發(fā)泡劑的高粘度性、鈑金件和塑料件的彈性變形進行過盈配合,采用迷宮式密封結(jié)構(gòu),依靠該結(jié)構(gòu)的迂回來增大流動路線距離及阻力形成良好的密封。設(shè)計之外的工藝補救方法是:在所有可能出現(xiàn)漏泡的角落、縫隙處粘貼海綿膠條或免水膠紙,在人手難以觸及的死角注入熱熔膠。 3.1.3車載冰箱安全認證考慮 冰箱要進入市場銷售,必須先通過強制性的產(chǎn)品認證。根據(jù)中國強制認證(CCC)的規(guī)定,冰箱必須符合家用電器安全及電磁兼容( EMC)的相關(guān)標準。 （1） 安全考慮 冰箱設(shè)計中應(yīng)該考慮的安全因素主要包括:防觸電、防止機械傷害、防火等。冰箱屬于I類器具,其防觸電保護是依靠基本絕緣+接地來實現(xiàn)的。因此,設(shè)計中必須考慮萬一基本絕緣失效,易觸及的導(dǎo)電部件(如門面板、側(cè)板、后板等)不會帶電,措施是將此類導(dǎo)電部件連接到接地保護導(dǎo)體上。需要強調(diào)的是,設(shè)計中不僅要考慮正常使用過程中的安全要求,還要考慮由于使用大意或錯誤操作而造成的不安全因素。比如,為了滿足消費者不同的使用習(xí)慣,出口冰箱常常要求具備左右開門功能。在更換門開啟方向時,需要拆開冰箱頂蓋,導(dǎo)致藏在頂蓋下的導(dǎo)線、溫控器可以觸及,如果消費者大意或操作不當,很容易產(chǎn)生不安全因素,因此,需要再設(shè)計一個保護罩將導(dǎo)線和溫控器隔離開來,或在產(chǎn)品使用說明書加以警告并說明正確的換門步驟。為了滿足防止機械傷害的要求,設(shè)計中要盡量避免在人手容易觸及的部位出現(xiàn)尖銳的邊角或螺釘頭;保證易觸及的零部件具有一定的機械強度,使用過程中不會輕易被破壞而出現(xiàn)對人體造成傷害的不安全因素；運動部件不能傷害人體。比如,風(fēng)冷冰箱的設(shè)計中,需要保證風(fēng)扇罩的材料有足夠的強度、風(fēng)扇罩上的孔隙要足夠小(小于10mm) ,防止人手觸及風(fēng)扇扇葉。內(nèi)銷冰箱使用的制冷劑大多是R600a,其制冷性能好,但易燃易爆,設(shè)計中尤其要考慮防火要求。從設(shè)計角度講,所有強電元件觸點及連接點都應(yīng)該被看作燃火源,對這些電器件應(yīng)當用阻燃材料加以防護。 （2） EMC考慮 冰箱電磁兼容EMC包括兩個方面:一方面指冰箱具有一定的抗電磁干擾能力,在特定的電磁干擾環(huán)境下仍然能夠正常工作；另一方面指冰箱自身作為干擾源所產(chǎn)生的電磁干擾在一定的范圍內(nèi),不至于影響周圍其它電器的正常工作。由于機械溫控冰箱依靠機械動作控制壓縮機開停, EMC不會存在什么問題。電腦溫控冰箱采用單片機控制溫度,存在電路板、導(dǎo)線等電路元器件,設(shè)計時需要多加注意。例如在布線設(shè)計時,需要將內(nèi)藏導(dǎo)線的電線與信號線分開、門面板作好接地屏蔽等。 3.2車載冰箱設(shè)計步驟 3.2.1熱負荷計算 熱負荷的計算是車載冰箱設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，與其相關(guān)的因素有：冰箱的箱體結(jié)構(gòu)、冰箱的內(nèi)容積、箱體隔熱層厚度和隔熱材料的隔熱性能等。車載冰箱的總熱負荷包括：箱體漏熱量，開門漏熱量，貯物熱量，和其他熱量。即 =+++ （3-1） １、 漏熱量的計算 箱體漏熱量包括三部分：通過箱體隔熱層的漏熱量、通過箱門和門封條的漏熱量及通過箱體結(jié)構(gòu)件熱橋的摶熱量等。即 （3-2） （1） 箱體隔熱層的漏熱量 （3-3） 式中 A——箱體該部位的傳熱面積，； ——冰箱室內(nèi)的溫度，℃； ——環(huán)境溫度，℃。 ——箱體該部位的傳熱系數(shù)，(W/(·℃))；計算式如下： （3-4） 式中，——箱外空氣對箱體外表面的換熱系數(shù)，W/(·℃，[當室內(nèi)風(fēng)速為0.1～0.15 m/s，可取3.5～11.6 W/(·℃)]； ——箱內(nèi)壁表面對箱內(nèi)空氣的表面換熱系數(shù)，W/(·℃)，[箱內(nèi)空氣為自然對流冷卻方式時，可取0.6～1.2 W/(·℃)；箱內(nèi)空氣為強制對流冷卻方式時，由于箱內(nèi)風(fēng)速較大，其可取17～23 W/(·℃)]； ——隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(·℃)； ——隔熱材料的厚度，m,(亦可以將塑料內(nèi)膽厚度計入發(fā)泡層厚度中)。 在進行雙門雙溫冰箱的箱體隔熱層漏熱量計算時，要注意到冷凍室和冷藏室的隔熱層厚度的不同，應(yīng)采用分段計算后再累加成值。 車載冰箱的箱體隔熱層厚度計算通常采用兩種方法：一種方法是限定隔熱層結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)；另一種方法是限定隔熱層結(jié)構(gòu)的外表面溫度，即限定外表面溫度不得低于環(huán)境空氣的露點溫度，以防止箱體表面發(fā)生凝露現(xiàn)象。一般箱體外表面溫度應(yīng)高于環(huán)境空氣的露點溫度，即：>0.2+℃。另外，還可以參照國內(nèi)外冰箱的有關(guān)資料預(yù)先設(shè)定隔熱層厚度，然后用箱體表面溫度校核；如果低于環(huán)境的露點溫度，則需適當增大隔熱層厚度直到滿足其外表面溫度的要求。 另外，采用壁板盤管式冷凝器的冰箱，箱體后壁面的表面溫度近似取為冷凝溫度，也需另外計算該部分漏熱量，然后再累加成值。 （2）箱門口與門封條的漏熱量 由于的值很難用計算法計算，可根據(jù)實測后推出，或根據(jù)生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗來確定。一般可取為的15%。 （3）箱體結(jié)構(gòu)件熱橋的傳熱量等 箱體內(nèi)外殼體之間的支撐方式不同，其值也不同。因此同樣也不易通過公式計算。一般可取值為值的3%左右。目前采肜聚氨酯發(fā)泡成型隔熱結(jié)構(gòu)的箱體，無支撐架形成的冷橋，因此值可以不計算。 ２、開門損失熱量的計算 車載冰箱開門次數(shù)，一般按每小時2～3次計算。在SG215-84標準規(guī)定的耗電量試驗項中，并未指出車載冰箱開門次數(shù)。日本標準中的耗電量試驗規(guī)定了冷藏室每日開門50次，冷凍室每日開門15次。在計算開門損失熱量Qa時，可按每小時開門的上限3次計算。假定箱內(nèi)空氣已全部被置換成外界空氣，并用下式計算: （3-5） 式中，——車載冰箱內(nèi)容積，； n——單位時間開門次數(shù)，次/h； ——進入箱內(nèi)空氣達到規(guī)定溫度時的比焓差，kJ/kg； ——空氣的比容，/kg； ３、貯物熱量的計算 對車載冰箱的貯物熱量無明確的規(guī)定標準，一般情況下，在計算時可按車載冰箱標準中的“制冰能力”項為依據(jù)，即:“以體積為車載冰箱內(nèi)容積0.5%的25℃水，在2h內(nèi)結(jié)成實冰”的條件來考慮。實冰溫度可按-2℃～-5℃取，并按下式計算: 　　　 （3-6） 式中，M——水的質(zhì)量，kg； c——凍結(jié)前的比熱(水的比熱為4.1868 kJ/(kg·℃))； ——凝固潛熱(水的凝固潛熱為333.27 kJ/kg)； r——凍結(jié)后的比熱(冰的比熱為2 kJ/kg)； ——水的初始溫度，℃； ——凍結(jié)(凝固)溫度(水為℃)； ——凍結(jié)終點溫度，℃； T——結(jié)冰所用時間(2h )。 ４、其他熱量 車載冰箱的其他熱量包括：箱內(nèi)照明燈、各種加熱器和冷卻風(fēng)扇電動機的散發(fā)熱量，可將其耗功率折算成熱量計入。 此時，車載冰箱箱體熱負荷計算時，為了安全起見一般還增加10%的余度，即以1.1Q的熱負荷進行設(shè)計。 3.2.2冰箱系統(tǒng)熱力計算 車載冰箱制冷系統(tǒng)熱力計算的目的是確定循環(huán)系統(tǒng)的各項性能指標、制冷劑的循環(huán)量和制冷壓縮機實際輸氣量，以此作為設(shè)計冰箱冷凝器、蒸發(fā)器及壓縮機選型的依據(jù)。 車載冰箱制冷循環(huán)的額定工況，一般參照其制冷壓縮機的工況條件確定。下表3-1列出了國標GB-9098-88“車載冰箱用全封閉型電動機-壓縮機”中有關(guān)確定壓縮機制冷量的試驗條件。在進行車載冰箱制冷系統(tǒng)的熱力計算時，可參照上述標準，結(jié)合車載冰箱的運行條件，確定其性能參數(shù)。 表3－１　國標GB 9098-88中規(guī)定的工況 蒸發(fā)溫度（℃） 吸氣溫度（℃） 冷凝溫度（℃） 過冷溫度（℃） 環(huán)境溫度（℃） -23.30.2 32.23 54.40.3 32.20.1 32.21 １、冷凝溫度 冷凝溫度一般取決于冷卻介質(zhì)的溫度以及冷凝器中冷卻介質(zhì)與制冷劑的傳熱溫差，即。的大小與冷凝器的冷卻方式和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。車載冰箱冷凝器的冷卻介質(zhì)大多采用空氣自然對流冷卻方式，一般取10～20℃。冷凝器的傳熱性能好，可知當取小的數(shù)值。例如采用風(fēng)速為2～3m/s的風(fēng)冷卻時，值可取8～12℃。 ２、蒸發(fā)溫度 蒸發(fā)溫度一般取決于被冷卻物體的溫度及蒸發(fā)器中制冷劑與被冷卻物體之間的傳熱溫差，即。一般取5～10℃。對于間冷式冰箱，其可取5℃。 ３、過熱度 過熱度取決于蒸氣離開蒸發(fā)器時的狀態(tài)和回氣管的長度。車載冰箱采用全封閉壓縮機，一般以進入殼體的狀態(tài)為吸氣狀態(tài)，可根據(jù)壓縮機標定的工況選取，該值越小對壓縮機運行越有利。一般回氣溫度要小于或等于環(huán)境溫度，但經(jīng)實際測定，制冷劑吸入氣缸前由于電機加熱使其過熱，蒸氣溫度有時可達80℃左右。 ４、過冷度 過冷溫度取決于液體制冷劑與回氣管進行熱交換的程度。制冷劑液體溫度在冷凝器末端已接近環(huán)境溫度，采用與回氣管進行熱交換使得其得到再冷卻。一般過冷度可取15～32℃。由壓焓圖不難得出系統(tǒng)中各點的參數(shù)其壓焓圖如下圖3-1。 則 單位制冷量： （3-7） 單位體積制冷量： （3-8） 單位理論功： （3-9） lg p/kPa 3 2 2k 2s 2 4 1 h kJ/kg 圖3-1　系統(tǒng)壓焓圖 第四章 車載冰箱的整體結(jié)構(gòu)的布置 本設(shè)計采用半導(dǎo)體制冷的車載冰箱.它是利用"帕爾帖效應(yīng)"的一種制冷方法，與壓縮式制冷和吸收式制冷并稱為世界三大制冷方式。 "帕爾帖效應(yīng)"的物理原理為：電荷載體在導(dǎo)體中運動形成電流，由于電荷載體在不同的材料中處于不同的能級，當它從高能級向低能級運動時，就會釋放出多余的熱量。反之，就需要從外界吸收熱量（即表現(xiàn)為制冷）所以，"半導(dǎo)體電子制冷"的效果就主要取決于電荷載體運動的兩種材料的能級差，即熱電勢差。純金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，但制冷效率極低（不到1%）。半導(dǎo)體材料具有極高的熱電勢，可以成功的用來做小型的熱電制冷器?！　〗?jīng)過多次實驗，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：P型半導(dǎo)體（Bi2Te3-Sb2Te3）和N型半導(dǎo)體 (Bi2Te3-Bi2Se3)的熱電勢差最大，應(yīng)用中能夠在冷接點處表現(xiàn)出明顯制冷效果?！　‰娮颖浜唵谓Y(jié)構(gòu)為：將P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體，以及銅板，銅導(dǎo)線連成一個回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用，回路由 12V直流電供電，接通電流后，一個接點變冷（冰箱內(nèi)部），另一個接頭散熱（冰箱后面散熱器）。　　 半導(dǎo)體電子制冷的優(yōu)點為：　　 1、結(jié)構(gòu)簡單，部件少，維修方便　　 2、無機械傳動部件，無磨損，無噪音，壽命長　　 3、無需制冷劑制冷（壓縮式和吸收式都需要），絕對環(huán)?！　? 4、效率高，耗電量低（在100W以下，耗電量只有壓縮式和吸收式的一半）　　 半導(dǎo)體制冷片制冷原理如圖4.1所示 圖4.1 半導(dǎo)體制冷原理 4.1車載冰箱的組成 車載半導(dǎo)體小型冰箱是由保溫箱，箱體內(nèi)膽，制冷片，換熱系統(tǒng)（風(fēng)冷），溫度顯示，穩(wěn)壓電源.元器件如圖4.2所示。 圖4-2 車載冰箱的元器件 4.2 箱體的設(shè)計 箱體是車載冰箱的總要組成部分，其面板部分要安裝散熱器、開關(guān)，電源等。同時箱體也是消費者能最直觀的看到的部分，箱體要有比較好的保溫和散熱的作用，同時也要美觀，本設(shè)計的箱體如圖4-3所示 圖4-3 車載冰箱箱體 如上圖所示的箱體，器包括散熱口，電源開關(guān)安裝口，扇熱器安裝口和電源接口。箱體內(nèi)部設(shè)計四個凸臺，便于安裝制冷箱。 4.3 制冷箱的設(shè)計 制冷箱是冰箱的容器，一般選用的材料為塑料，塑料結(jié)構(gòu)是目前的主流結(jié)構(gòu)，制造方便美觀且成本低，本設(shè)計設(shè)計的制冷箱如圖4-4所示 圖4-4 車載冰箱制冷箱 4.4 制冷裝置的設(shè)計 制冷裝置包括，半導(dǎo)體制冷片、鋁制散熱器和扇熱風(fēng)扇組成。 4.4.1半導(dǎo)體制冷片三維造型 半導(dǎo)體制冷片，也叫熱電制冷片，是一種熱泵。它的優(yōu)點是沒有滑動部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合。利用半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)，當直流電通過兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶時，在電偶的兩端即可分別吸收熱量和放出熱量，可以實現(xiàn)制冷的目的。它是一種產(chǎn)生負熱阻的制冷技術(shù)，其特點是無運動部件，可靠性也比較高。 我們選擇TEC1-12706 型號的制冷片，制冷片如圖4-5所示。 圖4-5 半導(dǎo)體制冷片 4.4.2 鋁制散熱器的三維造型 散熱器是用來傳導(dǎo)、釋放熱量的一系列裝置的統(tǒng)稱。目前散熱器主要有采暖散熱器、計算機散熱器，其中采散熱器又可根據(jù)材質(zhì)和工作模式分為若干種，計算機散熱器可根據(jù)用途和安裝方法分為若干種。分為：鋼制散熱器、鋁制散熱器、銅制散熱器、不銹鋼散熱器、銅鋁復(fù)合散熱器等，還有原有的鑄鐵散熱器。 鋁制扇熱器目前廣泛運用于各種家用電器上，包括電腦、電視等。其導(dǎo)熱效果好，加工方便，價格低。鋁制散熱器如圖4-6所示。 圖4-6 鋁制散熱器 4.4.3 散熱風(fēng)扇的三維造型 散熱風(fēng)扇的技術(shù)和性能方面已經(jīng)完全達到了成熟的階段，并不斷有新技術(shù)出現(xiàn)。風(fēng)扇規(guī)格尺寸從8mm到280mm，電壓有5V，12V，24V，48V，110V，220V，380V，外形有方形，圓形，橄欖形等。 散熱風(fēng)扇的工作原理是按能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的，即：電能→電磁能→機械能→動能。其電路原理一般分為多種形式，采用的電路不同，風(fēng)扇的性能就會有差異。本設(shè)計選用12V直流散熱風(fēng)扇，如圖4-7所示。 圖4-7 扇熱風(fēng)扇 4.4.4 制冷裝置的整體三維造型 在安裝中，首先要最好準備一點導(dǎo)熱硅脂，然后，找一節(jié)干電池，接在制冷器兩根引線上，就可感到一端明顯發(fā)涼而另一端發(fā)熱，記住引線的極性并確定好制冷器的冷、熱端。如果想得到更大的制泠量,建議采用二級制冷方式,即用兩片疊起來用,上面一塊的冷面吸收下面一塊的發(fā)熱 。制冷裝置如圖4-8所示。 圖4-8 制冷裝置 4.4 車載冰箱的總體的三維造型 設(shè)計好所有的零部件圖后，我們對整個車載冰箱進行裝配，裝配圖如圖4-9所示。 圖4-9 車載冰箱整體裝配圖 4.4 車載冰箱的總體的二維視圖 如圖4-10所示，為車載冰箱的結(jié)構(gòu)圖。 1、十字槽盤螺釘 2、風(fēng)扇罩，3、電源開關(guān) 4、撥動開關(guān) 5、電源插頭 6、制冷箱 7、翻蓋 8、橡膠密封墊 9、上殼 10、飲料瓶 11、鋁制散熱器 12、螺釘 13、風(fēng)扇 14、螺釘 15、半導(dǎo)體制冷片 16、隔熱墊 17、導(dǎo)熱板 18、外殼 19、螺釘 4-10 車載冰箱二維結(jié)構(gòu)圖 第五章 車載冰箱的節(jié)能技術(shù) 5.1合理選擇絕熱層厚度 針對車載冰箱箱體的不同部位、箱體內(nèi)外溫度差的大小，同時考慮箱體外形尺寸的合理性來分配發(fā)泡層厚度。如對于間冷式冰箱，冷藏室箱膽背部設(shè)有送風(fēng)道，此處與外部溫差較大，發(fā)泡層設(shè)計較其它部位厚；同樣，冷凍室底部由于有壓縮機的影響，其發(fā)泡層厚度也設(shè)計得較厚 另外，在選擇合適的發(fā)泡層厚度的同時，還要注意選擇絕熱性能較好的發(fā)泡劑，否則發(fā)泡層將會很厚，這將直接導(dǎo)致材料成本的增加和車載冰箱外形尺寸的急劇加大。前面已經(jīng)提到過目前發(fā)泡劑的替代現(xiàn)狀，環(huán)戊烷是比較理想的替代劑，它的氣體熱導(dǎo)率比較低，成本低，室溫下液態(tài)，目前可批量供應(yīng)，由下表的比較中也可以看出。 表5-1環(huán)戊烷和異/正-戊烷發(fā)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)與擴散率的比較 氣體導(dǎo)熱系數(shù) 23℃時擴散率 沸點 10℃（mW/K） （/s） 環(huán)戊烷 49 11.5 6.2 異戊烷 28 13.1 3.5 正戊烷 36 13.4 4.0 表5-2 環(huán)戊烷和異/正-戊烷發(fā)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系 試驗溫度（℃） 導(dǎo)熱系數(shù)mW/K 環(huán)戊烷發(fā)泡沫 異/正戊烷發(fā)泡沫 0 19.0 19.8 10 19.5 20.6 23 20.5 21.7 表5-3 氣體導(dǎo)熱系數(shù)10℃ 環(huán)戊烷 21.8 異戊烷 21.6 正戊烷 21.8 表5-4發(fā)泡劑性能比較 產(chǎn)品 CFC-11 HCFC141b HFC134a Cyelopentane 化學(xué)分子式 分子量 137 117 102 70 沸點（℃） 24 32 -27 50 氣體導(dǎo)熱系數(shù)(mW/K) 7.4 8.6 12.4 11 在空氣中燃燒極限（體積之比）% 無 7.3～16.0 無 1.4～8.0 ODP（臭氧層損耗潛能） 1.0 0.11 0 0 HGWP（全球溫室效應(yīng)潛能） 1.0 0.12 0.25 <0.01 閃點（℃） 無 <-20 5.2增厚隔熱層與真空隔熱板 車載冰箱從門封、箱體漏入的熱量分別占總漏熱量的15%、85%，加大隔熱層厚度無疑是較簡便的節(jié)能方式。增厚5mm可以節(jié)能10%左右，但是過分加厚對消費者也是難以接受的。 近幾年來，使用的真空隔熱板，可節(jié)能10%左右。這一技術(shù)改變了靠加厚“發(fā)泡層”實現(xiàn)保溫的方式。通過使用真空板，能有效降低導(dǎo)熱系數(shù)。它封裝在高氣密性保護膜中，其導(dǎo)熱系數(shù)在3～10 mW/mK之間，真空絕熱板設(shè)計在冰箱的內(nèi)、外壁之間用常規(guī)的聚氨酯泡沫密封形成復(fù)合絕熱層，幾年前日本夏普公司已形成小批量生產(chǎn)，并在400L大型冰箱上應(yīng)用，其機體壁厚僅2.5～4cm，現(xiàn)在歐美一些家電行業(yè)也進入商業(yè)生產(chǎn)之中。 它的主要特征如下： a、空絕熱板泡沫開孔率達100%，因為閉孔中的氣體可通過泡壁窗口擴散到周圍的開孔泡沫中，并使真空板的導(dǎo)熱系數(shù)升高。 b、真空絕熱板泡沫孔結(jié)構(gòu)精細，其開孔泡沫直徑為100～120微米。 c、高性能訪透氣性保護膜，它在15年內(nèi)保持內(nèi)壓小于1毫巴，這樣才能保證內(nèi)壓始終低于臨界壓強，保護膜具有很強的防水滲透性能，它用鋁箔和塑料薄膜復(fù)合而成，鋁箔很薄，因為它要盡量減少邊緣損失，并防止形成表面雞皮狀的微孔。微孔密度越低就能保證鋁箔層復(fù)合材料高的防透氣性能。 d、真空絕熱板中有吸附性能很強的吸氣劑，它能消除板內(nèi)遺留的氧氣、氮氣、二氧化碳和水蒸氣，并保持開孔泡沫導(dǎo)熱系數(shù)7.0W/MK左右，內(nèi)壓強在15年內(nèi)低于0.1毫巴。 e、由于使用真空絕熱板，箱體壁變薄，對聚氨酯泡沫要求流動性好，保證真空絕熱板和機殼內(nèi)膽其充填性和粘合性好。通過使用環(huán)戊烷作為聚氨酯發(fā)泡劑的替代，并用真空絕熱板作為復(fù)合層絕熱，將使能耗水平再降低25%，并減少壁厚，降低成本，并用是在不對現(xiàn)有箱體設(shè)計及制冷系統(tǒng)作大的改動的前提下。 今后歐美一些化工公司還正在研究開發(fā)氣凝膠形式的加工技術(shù)，即密度在80～400 kg/之間的基于聚異氰酸脂和聚氨酯的氣凝膠，用于真空絕熱板中使其壓力低于10毫巴的情況下，密度為150 kg/的氣凝膠塊的導(dǎo)熱系數(shù)為7mW/mK。 5.3 減少電器件的熱負荷 車載冰箱的電器件較多，這些電器件的使用除了直接增中耗電量外，有些部件由于安裝在內(nèi)部，還會引起熱負荷的增加，即雙重影響了耗電量，因此車載冰箱設(shè)計時應(yīng)盡量減少電器件的使用和降低電器件的消耗功率。在一些傳統(tǒng)的車載冰箱中，風(fēng)道系統(tǒng)、排水系統(tǒng)中普遍設(shè)置了加熱裝置以免其中的凝結(jié)水結(jié)冰現(xiàn)象。因此，在冰箱的設(shè)計中，可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計盡量減小甚至避免電器件對熱負荷的影響。BCD-248間冷式車載冰箱通過冷藏室風(fēng)道四周發(fā)泡層厚度的合理分配，既考慮了蒸發(fā)器對加氣管的影響而可能引起的結(jié)冰，又考慮了回風(fēng)道與背板處相互傳熱而可能產(chǎn)生的凝露以及時系統(tǒng)工作時冷凝器對回風(fēng)道內(nèi)溫度的影響，同時還最大限度地減小了化霜器工作時產(chǎn)生的熱量對冷凍室溫度的影響。 結(jié)論 車載冰箱主要有四個部分分別為：一、電源模塊部分；二、制冷裝置部分；三、箱體部分；四、制冷箱部分。本次設(shè)計的主要任務(wù)是完成總體的設(shè)計。 在車載冰箱設(shè)計的過程中，我和同組的同學(xué)查閱相關(guān)的文獻、收集資料、繪圖、還有相關(guān)技術(shù)上面的分析，在近四個月的時間的畢業(yè)設(shè)計過程中，加強了我們理論與實際相結(jié)合的能力，鍛煉了我們的設(shè)計思維，開拓了我們在專業(yè)方面的知識視野。更重要的是，培養(yǎng)了我們團結(jié)協(xié)作的能力。 在設(shè)計過程中，我查閱了大量的機械設(shè)計手冊，綜合運用了在大學(xué)里所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)基礎(chǔ)技能，使自己的專業(yè)知識得到了鞏固并且還學(xué)到了以前沒有接觸過的東西，鍛煉了我們學(xué)習(xí)新知識、運用新知識解決實際問題的能力，與此同時也提高了我們的繪圖和鉆研資料手冊的能力。 總之，本次的畢業(yè)設(shè)計讓我認識到獨立思考、團隊協(xié)作是保證高質(zhì)量完成任務(wù)的兩大重要的因素，這樣產(chǎn)生的成果才可以將錯誤控制在最小的范圍之內(nèi)。我將會把在本次畢業(yè)設(shè)計中獲得的工作經(jīng)驗運用在今后的學(xué)習(xí)和工作中，以便取得更大的成績。 致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束之際，我要感謝我們的指導(dǎo)老師――XXX。X老師給我們講了相關(guān)車載冰箱的結(jié)構(gòu)，并能夠及時的指出我在設(shè)計過程中的不足之處，還教給了我許多頗有益處的學(xué)習(xí)方法。 在這次畢業(yè)設(shè)計中，我得到了老師和廣大同學(xué)的支持和幫助，在這段時間內(nèi)，老師同學(xué)們提出了很多寶貴的意見和建議，使我在這次畢業(yè)設(shè)計中能夠按時完成我的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 我認為這次的畢業(yè)設(shè)計工作對我個人來說是一次畢業(yè)前對大學(xué)四年以至以前所有學(xué)到的知識的綜合訓(xùn)練，在此過程中不但運用了理論知識，更重要的還是在設(shè)計工程中真正的體會到了合作與創(chuàng)新的精神，既鍛煉了我們的合作能力又加強了我與老師、同學(xué)之間的交流，可以說本次的畢業(yè)設(shè)計除了檢驗本人對以前所學(xué)知識的綜合運用以外，還對本人即將步入社會踏上工作崗位也是一次最有效的實踐。 最后，我希望能借此機會感謝我的家人和朋友，他們盡他們所能，為我提供生活和思想上的幫助，對所關(guān)心和幫助我的人表示崇高的敬意和由衷的感謝！ 參考文獻 [1] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計（第八版）.北京：高等教育出版社，2008.360-36 [2] 鄒慧君 機械原理 第二版 北京：高等教育出版社 2006年5月，1~112 [3] 徐灝 ， 機械設(shè)計手冊[M] ， 第二版 ，北京：機械工業(yè)出版社 ， 2000 [4] 于向軍，趙德銘 機械基礎(chǔ) 北京：高等教育出版社 2002.4 [5] 崔占全，邱平善 機械工程材料 ， 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2009- [6] 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