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本科學生畢業(yè)設計 汽車太陽能半導體油箱油蒸汽 冷凝器的設計 系部名稱 汽車工程系 專業(yè)班級 車輛工程 B05 8 班 學生姓名 秦文波 指導教師 臧杰 職 稱 教授 黑 龍 江 工 程 學 院 二 九年六月 The Graduation Design for Bachelor s Degree Automotive Semiconductor Solar Steam Oil Tank Condenser Design Candidate Qin Wenbo Specialty Vehicle Engineering Class B05 8 Supervisor Professor Zangjie Heilongjiang Insititute of Technology 2009 06 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 I 摘 要 本次設計是對在夏季等氣溫較高時 汽車油箱中的汽油 柴油容易蒸發(fā) 產(chǎn)生的油蒸汽進入大氣中 造成嚴重的環(huán)境污染和能源浪費 汽車太陽能半導 體油箱油蒸汽冷凝器是利用太陽能給蓄電池充電 由蓄電池驅動裝有半導體制 冷芯片的油箱油蒸汽冷凝器 用于汽車油箱上汽油 柴油的油蒸汽冷凝 將油 蒸汽冷凝成液態(tài) 流回油箱 半導體制冷技術的原理是利用半導體材料的溫差 效應 當直流電通過由兩種不同的半導體材料串聯(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 如果在熱端安裝散熱裝置 吸收端就能通過熱 量輸運制成簡單方便的制冷器 當改變直流電極性時 又能達到制熱的效果 利用上述原理設計的溫差電制冷技器可以作為冷 熱源制成具有冷藏 熱藏 降溫 恒溫 升溫等功能的冷熱藏器 關鍵詞 太陽能 油箱 蓄電池 半導體冷凝器 溫度控制電路 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 II ABSTRACT Effect of semiconductor materials when the direct current through two different semiconductor materials into the galvanic series the two ends of the galvanic difference can absorb heat and release heat if installed in the hot end cooling devices absorption side heat transport can be made through the cooler is simple and convenient when the change in DC polarity they can achieve the effect of heating the use of the above mentioned principle of the design of thermoelectric cooling technology can be as cold heat made with cold heat reservoir cooling constant temperature hot and cold temperature such as possession of device function Key words Solar Energy Tank Batteries Semiconductor Condenser Temperature Control Circuit 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒論 1 1 1 設計的目的和意義 1 1 2 太陽能半導體制冷技術國內外概況 2 1 3 設計的主要內容 4 第 2 章 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器工作原理及方案選擇 4 2 1 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理 5 2 2 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的方案選擇 6 2 3 太陽能半 導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置 9 2 4 本章小結 9 第 3 章 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器設計 10 3 1 太陽能半導體冷凝器的總體結構設計 10 3 2 太陽能半導體冷凝器的主要零件設計 11 3 3 箱體 上固定螺栓的校核 11 3 3 1 箱體底部固定螺栓的校核 11 3 3 2 散熱片固定螺栓的校核 11 3 4 本章小結 11 第 4 章 太陽能半導體溫度控制電路的設計 11 4 1 太陽能電路圖及電路工作原理 11 4 2 太陽能電路元器件選擇 11 4 3 太陽能溫度控制電路的計算 11 4 4 本章小結 11 結論 11 參考文獻 11 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 致謝 11 附錄 11 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 1 1 設計的目的和意義 在夏季等氣溫較高時 汽車油箱中的汽油 柴油容易蒸發(fā) 產(chǎn)生的油蒸汽進入大 氣中 造成嚴重的環(huán)境污染和能源浪費 汽車太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器是利用 太陽能給蓄電池充電 由蓄電池驅動裝有半導體制冷芯片的油箱油蒸汽冷凝器 用于 汽車油箱上汽油 柴油的油蒸汽冷凝 將油蒸汽冷凝成液態(tài) 流回油箱 汽車太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器安裝在油箱體上 將油蒸汽冷凝成液態(tài)流回 油箱后 不僅可以減少油蒸汽進入大氣 減少對大氣造成的污染 還可以節(jié)省燃油 另外 汽車太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器易形成產(chǎn)品 有經(jīng)濟價值潛力和廣泛的實 用性 太陽能是新能源與可再生能源的重要組成部分 是綠色無污染的 具有取之不盡 用之不竭的特點 能源作為國民經(jīng)濟的基礎 與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質量息 息相關 在各種可再生能源中 太陽能具有其它常規(guī)能源無法相比的優(yōu)越性 太陽能 儲量巨大 太陽能在地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性 可就地取用 太陽能利 用具有清潔性的特點 其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染 1 太陽能的開發(fā)利用有著巨大的市場前景 不僅帶來很好的社會效益 環(huán)境效益 而且還有明顯的經(jīng)濟價值 太陽能至少具有兩方面的優(yōu)勢 一是輸入的能量代價為零 二是排放的污染為零 這也是今天特別關注的原因 目前 對新能源 可再生能源動 力裝置的主要評價指標大多仍沿用常規(guī)化石燃料能源裝置的指標 如效率 功率 單 位功率成本 環(huán)保指標等 但這些指標對新能源動力裝置 包括太陽能 大不一樣 應予以不同評價 對于太陽能制冷裝置 首先要優(yōu)化的應該是降低單位實用制冷功率 的成本 而不是提高其制冷效率 太陽能的開發(fā)利用主要有光熱利用 光伏利用 光化學利用等三種形式 光熱利 用是將太陽能轉換為熱能存儲起來 其中太陽能熱水器是光熱利用最成功的領域 還 有太陽房 太陽灶 太陽能溫室 太陽能干燥系統(tǒng) 太陽能土壤消毒殺菌技術等 這 些技術尤其在我國北方和西部應用較廣 成效顯著 以太陽能電池技術為核心的太陽 能光伏利用成為太陽能開發(fā)利用中最重要的應用領域 2 太陽輻射能作為一種能源 與煤炭 石油和核能等比較 有著獨具的特點 它的 優(yōu)點可概括如下四點 普遍 無害 長久 巨大 按照目前太陽質量消耗速率計 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 2 太陽內部的熱核反應足以維持 600 億年 相對于人類發(fā)展歷史的有限年代而言 完全 可以說是取之不竭 用之不盡的能源 我國屬太陽能資源豐富的國家之一 輻射總量 在 3 3 103 8 4 106kJ m2 年之間 全國總面積 2 3 以上地區(qū)年日照時數(shù)大于 2000h 太陽能將成為幾十年后我國乃至全世界主要的能源之一 現(xiàn)在利用太陽能進 行制冷的方法有許多成熟技術 但無論是太陽能吸收式 或蒸汽噴射式等等 都需要 用到氟 溴化鋰和氨等制冷劑 相比之下 半導體制冷的優(yōu)勢就比較明顯 現(xiàn)在利用 半導體制冷的產(chǎn)品也有一些 例如海爾車用冰箱等 受到了有車族的喜愛 1 2 太陽能半導體制冷技術國內外概況 太陽能是新能源與可再生能源的重要組成部分 是綠色無污染的 具有取之不盡 用之不竭的特點 能源作為國民經(jīng)濟的基礎 與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質量息 息相關 在各種可再生能源中 太陽能具有其它常規(guī)能源無法相比的優(yōu)越性 太陽能 儲量巨大 太陽能在地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性 可就地取用 太陽能利 用具有清潔性的特點 其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染 3 太陽能的開發(fā)利用有著巨大的市場前景 不僅帶來很好的社會效益 環(huán)境效益 而且還有明顯的經(jīng)濟價值 太陽能至少具有兩方面的優(yōu)勢 一是輸入的能量代價為零 二是排放的污染為零 這也是今天特別關注的原因 目前 對新能源 可再生能源動 力裝置的主要評價指標大多仍沿用常規(guī)化石燃料能源裝置的指標 如效率 功率 單 位功率成本 環(huán)保指標等 但這些指標對新能源動力裝置 包括太陽能 大不一樣 應予以不同評價 對于太陽能制冷裝置 首先要優(yōu)化的應該是降低單位實用制冷功率 的成本 而不是提高其制冷效率 太陽能制冷技術發(fā)展比較快的方面是太陽能供冷供暖綜合系統(tǒng) 利用溴化鋰吸收 式制冷技術和成熟的真空管集熱器產(chǎn)品結合 比較成功地供冷供暖 建立了不少示范 工程項目 太陽能固體吸附式制冷技術的研究近一二十年來以有新的突破 創(chuàng)造出較 理想的實用產(chǎn)品 太陽能間隙式吸附冰箱 白天太陽能加熱的熱水供晚間使用 夜 間制冰供白天使用 太陽能連續(xù)回熱式吸附制冰機和空調機很快可以投入實際應用階 段 4 溴化鋰吸收式制冷機目前在國內外都有較大的發(fā)展 特別是在我國發(fā)展和應用的 前景非常廣闊 溴化鋰吸收式制冷機的工作過程包括兩個部分 一部分是在發(fā)生器中 產(chǎn)生的冷劑蒸汽在冷凝器中凝結成冷劑水 經(jīng)節(jié)流后進入蒸發(fā)器 在低壓下吸熱蒸發(fā) 產(chǎn)生冷效應 另一部分是從發(fā)生器出來的濃度較高的溴化鋰溶液 經(jīng)節(jié)流和冷卻 在 吸收器中吸收產(chǎn)生冷效應后的冷劑蒸汽 使制冷過程不斷繼續(xù) 溴化鋰溶液吸收冷劑 蒸汽后 濃度降低 由溶液泵輸送 重新進入發(fā)生器 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 3 太陽能吸附式制冷系統(tǒng)是利用物質的物態(tài)變化來達到制冷的目的 其制冷系統(tǒng)主 要由太陽能吸附集熱器 冷凝器 蒸發(fā)儲液器 風機盤管 冷媒水泵等部分組成 白天太陽輻射充足時 太陽能吸附集熱器吸收太陽輻射能后 吸附床溫度升高 使冷卻劑從吸附劑中解吸 太陽能吸附集熱器內壓力升高 解吸出來的制冷劑進入冷 凝器 經(jīng)冷卻介質 水或空氣 冷卻后凝結為液態(tài) 進入蒸發(fā)儲液器 這樣 太陽能 就轉化為代表制冷能力的吸附勢能儲備起來 實現(xiàn)化學吸收潛能的儲存 太陽能的開發(fā)利用主要有光熱利用 光伏利用 光化學利用等三種形式 光熱利 用是將太陽能轉換為熱能存儲起來 其中太陽能熱水器是光熱利用最成功的領域 還 有太陽房 太陽灶 太陽能溫室 太陽能干燥系統(tǒng) 太陽能土壤消毒殺菌技術等 這 些技術尤其在我國北方和西部應用較廣 成效顯著 以太陽能電池技術為核心的太陽 能光伏利用成為太陽能開發(fā)利用中最重要的應用領域 5 太陽能是新能源與可再生能源的重要組成部分 是綠色無污染的 具有取之不盡 用之不竭的特點 能源作為國民經(jīng)濟的基礎 與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質量息 息相關 在各種可再生能源中 太陽能具有其它常規(guī)能源無法相比的優(yōu)越性 太陽能 儲量巨大 太陽能在地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性 可就地取用 太陽能利 用具有清潔性的特點 其開發(fā)利用時幾乎不產(chǎn)生任何污染 太陽能的開發(fā)利用有著巨大的市場前景 不僅帶來很好的社會效益 環(huán)境效益 而且還有明顯的經(jīng)濟價值 太陽能至少具有兩方面的優(yōu)勢 一是輸入的能量代價為零 二是排放的污染為零 這也是今天特別關注的原因 目前 對新能源 可再生能源動 力裝置的主要評價指標大多仍沿用常規(guī)化石燃料能源裝置的指標 如效率 功率 單 位功率成本 環(huán)保指標等 但這些指標對新能源動力裝置 包括太陽能 大不一樣 應予以不同評價 對于太陽能制冷裝置 首先要優(yōu)化的應該是降低單位實用制冷功率 的成本 而不是提高其制冷效率 6 在致力于保護環(huán)境的今天 研制開發(fā)一種性能優(yōu)越 對環(huán)境無害的制冷技術已經(jīng) 成為全球制冷技術科學研究領域的一個重要課題 所以半導體制冷技術具有廣闊的發(fā) 展前景 導體的熱電效應主要包括 塞貝克效應 帕爾貼效應 湯姆遜效應 焦耳效 應和傅立葉效應 而半導體制冷技術是利用了帕爾貼效應 帕爾貼效應其機理主要是電荷載體在不同的材料中處于不同的能量級 在外電場 的作用下 電荷載體從高能級的材料向低能級的材料運動時 便會釋放出多余的能量 反之 電荷載體從低能級的材料向高能級的材料運動時 需從外界吸收能量 能量在 不同材料的交接面以熱的形式放出或吸收 金屬材料的帕爾貼效應較微弱 而半導體 材料的帕爾貼效應則強的多 所以在實際工程中采用半導體制冷 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 4 半導體制冷技術的特點 1 無運動部件 因而工作時無噪聲 無磨損 壽命長 可靠性高 2 不使用制冷劑 故無泄漏 對環(huán)境無污染 3 半導體制冷器參數(shù)不受空間方向的影響 即不受重力場影響 在航天航空 領中有廣泛的應用 4 作用速度快 工作可靠 使用壽命長 易控制 調節(jié)方便 可通過調節(jié)工 作電流大小來調節(jié)制冷能力 也可通過切換電流的方向來改變其制冷或供暖的工作狀 態(tài) 5 尺寸小 重量輕 適合小容量 小尺寸的特殊制冷環(huán)境 7 目前 熱電制冷和機械制冷之間的差距很大 要使熱電制冷的經(jīng)濟性達到和機械壓縮 式制冷一樣 必須使優(yōu)值系數(shù) z 達到 13 10 3K 1 以上 為此 世界各國的半導體制 冷學者均將主要精力放在尋找新的半導體材料上 力圖通過提高新材料的熱電性能促 進半導體制冷器的應用和發(fā)展 半導體制冷技術與傳統(tǒng)的制冷技術有著根本的區(qū)別 它既不用制冷劑 也不用機 械設備和管路 只要給半導體制冷器通上直流電 它的冷端就會迅速降溫 降溫速度 快并且容易控制 無噪音和污染 體積小 解決了許多特殊場合下的制冷問題 并能 實現(xiàn)對溫度的精確控制 例如 在化工方面 運動粘度測試儀的恒溫浴槽 凝固點測 試儀等 在電子技術方面 發(fā)熱半導體器件的冷卻 光電被增管的冷卻 紅外探測儀 的冷卻等 在醫(yī)學上 利用半導體制冷器研制成功了冷凍切片機 冷凍治療器 生化 儀等 還有精密露點儀 精密恒溫器等都是采用半導體制冷器制冷的 8 1 3 設計的主要內容 本設計設計的是太陽能半導體油箱油箱油蒸汽冷凝器 本設計主要研究的內容有 半導體油箱油蒸汽冷凝器的設計 散熱壁的設計 散熱片的設計 溫度控制電路的設 計 主要解決的問題 冷凝器的方案選擇 冷凝器的安裝位置 螺栓的校核 溫度控 制電路的計算 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 5 第 2 章 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器工作原理及 方案選擇 2 1 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理 半導體制冷技術的原理是利用半導體材料的溫差效應 當直流電通過由兩種不同 的半導體材料串聯(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 如果在 熱端安裝散熱裝置 吸收端就能通過熱量輸運制成簡單方便的制冷器 當改變直流電 極性時 又能達到制熱的效果 利用上述原理設計的溫差電制冷技器可以作為冷 熱 源制成具有冷藏 熱藏 降溫 恒溫 升溫等功能的冷熱藏器 由 X 及 Y 兩種不同的金屬導線所組成的封閉線路 通上電源之后 冷端的熱量 被移到熱端 導致冷端溫度降低 熱端溫度升高 這就是半導體制冷的基本原理 半導體制冷是利用熱電制冷效應的一種制冷方式 因此又稱為熱電制冷或溫差電 制冷 半導體制冷器的基本元件是熱電偶對 即把一個 p 型半導體元件和一只 n 型半 導體元件連成的熱電偶 當直流電源接通 上面接頭的電流方向是 n p 溫度降低 并且吸熱 形成冷端 下面接頭的電流方向是 p n 溫度上升 并且放熱 形成熱端 把若干對熱電偶連接 起來就構成了常用的熱電堆 借助各種傳熱器件 使熱電堆的熱端不斷散熱 并保持 一定的溫度 把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱 產(chǎn)生低溫 這就是半導體制冷 的工作原理 太陽能半導體制冷系統(tǒng)就是利用半導體的熱電制冷效應 由太陽能電池 直接供給所需的直流電 達到制冷制熱的效果 太陽能半導體制冷系統(tǒng)由太陽能光電轉換器 數(shù)控匹配器 儲能設備和半導體制 冷裝置 4 部分組成 太陽能光電轉換器輸出直流電 一部分直接供給半導體制冷裝置 另一部分進入儲能設備儲存 以供陰天或晚上使用 以便系統(tǒng)可以全天候正常運行 太陽能光電轉換器可以選擇晶體硅太陽能電池或納米晶體太陽能電池 按照制冷裝置 容量選擇太陽能電池的型號 晴天時 太陽能光電轉換器把照射在它表面上的太陽輻 射能轉換成電能 供整個系統(tǒng)使用 把熱電堆的冷端放到工作環(huán)境中去吸熱數(shù)控匹配 器使整個系統(tǒng)的能量傳輸始終處于最佳匹配狀態(tài) 同時對儲能設備的過充 過放進行 控制 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 6 儲能設備一般使用蓄電池 它把光電轉換器輸出的一部分或全部能量儲存起來 以備太陽能光電轉換器沒有輸出的時候使用 從而使太陽能半導體制冷系統(tǒng)達到全天 候的運行 2 2 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的方案選擇 太陽能安裝在汽車的頂部 將吸收的太陽光能轉換成電能 給蓄電池充電 蓄電 池作為油蒸汽冷凝器中溫控電路的電源 半導體油箱油蒸汽冷凝器有以下三種安裝方 案 方案 1 油蒸汽冷凝器安裝在油箱體上 在油箱體中部開孔 將太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器制作成一方盒 冷凝器的 底部也開孔 冷凝器的孔與油箱上的孔相連接 油蒸汽進入冷凝器冷凝成液體后又流 回油箱 此方案操作簡單 結構不復雜 可以更徹底的對油蒸汽進行冷凝 如圖 2 1 所示 圖 2 1 半導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 1 油箱蓋 2 熱敏電阻 3 油蒸汽冷凝器 4 油箱體 方案 2 半導體制冷芯片安裝在油箱頸部 實現(xiàn)對油蒸汽的冷凝 將半導體制冷芯片安裝在油箱加油口的頸部 使揮發(fā)的汽油蒸汽通過油箱加油口 頸部的制冷芯片時 冷卻成液態(tài)汽油流回油箱中 此方案雖然結構簡單 但對油蒸汽 不能完全徹底的冷凝 如圖 2 2 所示 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 7 方案 3 油箱外部循環(huán)制冷方式 在油箱體合適位置開兩個孔 可在與油箱蓋連接的孔頸處開孔作為燃油蒸汽的進 氣孔 油箱最底部開孔作為回油孔 用一根導熱性好的金屬管將兩孔相連 在金屬管 外部用貼制冷芯片 其冷端與金屬管相接觸 熱端與散熱片相結合 在散熱片上固定 一個小風扇 小風扇對散熱片進行散熱 此方案結構復雜 不能徹底對油蒸汽進行冷 凝 在油箱外部安裝流油管也很容易造成油泄露 汽油是易燃物對車造成不安全因素 如圖 2 3 所示 圖 2 2 半導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 1 油箱蓋 2 加油孔頸部 3 制冷片 4 油箱體 根據(jù)以上各種方案的優(yōu)劣點 綜合分析后 選用方案 1 本設計半導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝采用方案 1 即將半導體油箱油蒸汽冷凝 器安裝在油箱體上 安裝在油箱頂部半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理如圖 2 4 油箱中蒸發(fā)的燃油蒸汽進入油蒸汽冷凝器 油蒸汽冷凝器中的溫度控制電路控制半導 體制冷 將油蒸汽冷凝成液態(tài) 流回油箱 太陽能電池吸收太陽能 轉換成電能 通過充電電路向蓄電池充電 蓄電池作為 油蒸汽冷凝器的電源 驅動油蒸汽冷凝器中的溫度控制電路及半導體制冷芯片 根據(jù)熱敏電阻采集到油箱中的溫度信號 油蒸汽冷凝器中的溫度控制電路控制半導體 制冷 當溫度高于控制點溫度時 溫度控制電路使制冷片開始制冷 當溫度低于控制 點溫度時 半導體芯片停止制冷 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 8 圖 2 3 半導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 1 油箱蓋 2 油箱體 3 循環(huán)金屬管 4 制冷片 圖 2 4 安裝在油箱頂部半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 9 2 3 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置 半導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖見圖 2 5 油箱中的燃油由于傳熱及熱輻射的作用使燃料大量揮發(fā)并導致壓力升高時 這些 蒸發(fā)物通過油箱體與冷凝器之間的通氣孔 進入冷凝器 油蒸汽冷凝器將蒸汽冷凝成 液體 流回油箱 目前 汽車的油箱蓋上都有通氣器 在本設計中 將油箱蓋做成密封的 通氣器 設計在油蒸汽冷凝器的上方 2 4 本章小結 半導體制冷技術的原理是利用半導體材料的溫差效應 當直流電通過由兩種不同 的半導體材料串聯(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 本設計 有三種可選方案 在對三種方案的好處與壞處的對比 本設計選用第一種方案將半導 體冷凝器安裝在油箱體上部 圖 2 5 半導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 1 油箱蓋 2 熱敏電阻 3 油蒸汽冷凝器 4 油箱體 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 10 第 3 章 太陽能半導體油箱油蒸氣冷凝器設計 3 1 太陽能半導體冷凝器的總體結構設計 油蒸汽冷凝器如圖 3 1 由散熱片 1 制冷片 2 型腳架 8 固定座 9 冷凝器壁 10 閥支座 11 空氣閥壁 12 風扇 15 油箱體 25 等組成 油蒸汽冷凝器整體通過螺栓 27 及與它相對稱位置的螺栓固定在汽車油箱體上 油蒸汽冷凝器的上端安裝風扇 15 風扇固定在空氣閥支座上 11 空氣閥使油蒸汽冷 凝器的內部與大氣相通 半導體制冷忒片的冷端貼在油蒸汽冷凝器壁上 用絕熱材料將半導體制冷片固定 密封 半導體制冷片的熱端與散熱片 1 相接觸 散熱片由螺栓 6 固定 制冷翅 24 是由鋁合金材料做成 安裝在油蒸汽冷凝器的內部 制冷翅上有小孔 可以使冷凝后的液態(tài)油順利流回油箱 散熱片采用鋁合金材料 有利于傳熱 采用模具拉伸成形 散熱 片上有多個小 散熱片并列組合 增大散熱面 散熱片長 110cm 寬 50cm 它與半導體制冷片的熱 端相連接 散熱片由螺栓固定在冷凝器壁上 當半導體制冷片開始工作時 冷端吸收 冷凝器內部油蒸汽的熱量 熱端將熱量傳遞給散熱片 散熱片向大氣中散熱 散熱壁采用硬鋁模具拉伸成形工藝性好 散熱壁長 140cm 寬 140cm 內部與制 冷翅連接 外部與半導體制冷片的冷端相連接在散熱壁下方打出的螺栓口 使冷凝器 整體通過螺栓及與它想對稱位置的螺栓固定在汽車油箱體上 當半導體制冷片開始工作時 冷端吸收冷凝器內部油蒸汽的熱量 熱端將能量傳 遞給散熱片 散熱片向大氣中散熱 安裝在冷凝器上端的風扇 風扇型號 9A0812G4D01 尺寸 80 80 25 電流 0 38A 電壓 12V 風扇框架和風葉采用注 塑一次成型 30 玻纖 級阻燃劑 風扇安裝在冷凝器的上端 風扇不 斷的向散熱片吹冷風 使散熱片能夠及時散熱使散熱片能夠及時散熱不斷向散熱片吹 冷風 使散熱片能夠及時散熱 冷凝器將油蒸汽冷凝成液態(tài)后 油液順著制冷翅上的 小孔 流回油箱 安裝在油蒸汽冷凝器上端的通氣器有直空閥和壓力閥組成 當汽油箱內汽油不斷 減少時 箱內壓力下降到 0 098 Pa 以下時 直空閥門 16 被大氣壓開 空氣便進入汽 油箱內 當箱內的汽油蒸汽過多 壓力閥閥門密封圈座 13 被汽油蒸汽壓開 汽油蒸 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 11 汽經(jīng)冷凝器冷凝后在排入大氣 排入大氣的汽油蒸汽減少了 降低了大氣污染 圖 3 1 油蒸汽冷凝器 1 散熱片 2 制冷片 3 螺栓 4 螺母 5 墊圈 6 螺柱 7 墊圈 8L 型腳架 1 9 固定座 10 冷凝 器壁 11 閥支座 12 空氣閥壁 13 壓力閥閥門密封圈座 14 彈簧 1 15 風扇 16 直空閥門 17 直空閥挺住 18 彈簧 2 19 密封圈 20 螺栓 21 螺母 22 墊圈 23 直腳架 24 制冷翅 25 油 箱體 3 2 太陽能半導體冷凝器的主要零件設計 1 散熱片 采用鋁合金材料 有利于傳熱 采用模具拉伸成形 散熱 片上有多個小散熱片 并列組合 增大散熱面 散熱片長 110cm 寬 50cm 它與半導體制冷片的熱端相連 接 散熱片由螺栓固定在冷凝器壁上 當半導體制冷片開始工作時 冷端吸收冷凝器 內部油蒸汽的熱量 熱端將熱量傳遞給散熱片 散熱片向大氣中散熱 2 散熱壁 采用硬鋁模具拉伸成形工藝性好 散熱壁長 140cm 寬 140cm 內部與制冷翅連 接 外部與半導體制冷片的冷端相連接在散熱壁下方打出的螺栓口 使冷凝器整體通 過螺栓及與它想對稱位置的螺栓固定在汽車油箱體上 3 制冷片 制冷片是由兩種不同的半導體材料串聯(lián)成的電偶 制冷片的冷端帖在油蒸汽冷凝 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 12 器墻壁上 熱鍛與散熱片相接觸 4 制冷翅 制冷翅 24 是由鋁合金材料做成 安裝在油蒸汽冷凝器的內部 制冷翅上有小孔 可以使冷凝后的液態(tài)油順利流回油箱 5 風扇 風扇型號 9A0812G4D01 尺寸 80 80 25 電流 0 38A 電壓 12V 風扇框架和 風葉采用注塑一次成型 30 玻纖 級阻燃劑 風扇安裝在冷凝器的上 端 風扇不斷的向散熱片吹冷風 使散熱片能夠及時散熱 6 壓力閥 壓力閥安裝在冷凝器上端 風扇下端 壓力閥琺門密封圈座與冷凝器壁在 GB T 93 1987 型號的彈簧作用下緊密相接 當箱內的汽油蒸汽過多 壓力閥閥門密封圈座 被汽油蒸汽壓開 汽油蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后在排入大氣 排入大氣的汽油蒸汽減少了 降低了大氣污染 7 直空閥 安裝在冷凝器上端 直空閥挺住與 GB T 93 1987 型號彈簧深進冷凝器內部 直 空閥與壓力閥共同組成油蒸汽冷凝器上端的通氣器 當汽油箱汽油不斷減少時 箱內 壓力下降到大氣壓力 0 098MPa 以下時 直空閥門被大氣壓開 空氣便進入汽油箱內 3 3 箱體上固定螺栓的校核 3 3 1 箱體底部固定螺栓的校核 此處選擇 的鉸制孔螺栓 數(shù)量 12 螺栓材料選擇 8 8 其抗拉極限強度為3M 屈服極限為 安全系數(shù) 為 因此螺80Pab 640Pas S2 5 1 pS 栓的許用應力 和許用擠壓應力 分別為 p 80MPa64a1 25bpS 3 1 a s 3 2 汽車啟動時或加減速時 由于受到慣性力的作用 箱體底面與油箱的連接螺柱組 承受橫向載荷 螺栓桿和孔壁受擠壓 整個冷凝器承受的慣性力 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 13 ma F 3 3 式中 冷凝器的總質量m 汽車的加速度a 冷凝器的主要材料為硬鋁 密度大約為 2 7 另外電機 風扇 及其 310 kgm 固定結構也有一定重量 經(jīng)過計算 最后 冷凝器的總質量大約為 8 kg 另外 對于本此設計的冷凝器所安裝的汽車為本田 CRV 本車從靜止加速到 100 大約需要 10 秒鐘 也就是說 汽車的最大加速度大約為 kmh 210 8 3 6ams 3 4 于是 8 2 8 22 4 F N 3 5 每個螺柱承受的工作剪力為 2 4187z 3 6 式中 整個箱體所承受的慣性力 N F 螺栓數(shù)z 聯(lián)接螺栓抗擠壓強度校核 1 870 32Mpap poFdh 3 7 所選的 的鉸制孔螺栓滿足抗擠壓強度條件 3M 聯(lián)接螺栓抗剪切強度條件 2241 870 65pa3oFd 3 8 從校核結果我們可以看所選的 的螺栓完全可以滿足抗剪切強度條件 5M 3 3 2 散熱片固定螺栓的校核 此處也選擇 的鉸制孔螺栓 數(shù)量 24 個 選擇材料與上述相同 3 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 14 傳遞轉矩時 螺栓桿受橫向剪切 螺栓桿和孔壁受擠壓 螺栓桿承受的橫向切力 為 12 8FmaN 3 9 式中 散熱片總質量m 汽車的加速度a 每個螺柱承受的工作剪力為 2 8046NFz 4 0 式中 整個箱體所承受的慣性力 N F 螺栓數(shù)z 聯(lián)接螺栓抗擠壓強度校核 0 46 7Mpa32p poFdh 4 1 所選的 的鉸制孔螺栓滿足抗擠壓強度條件 3M 聯(lián)接螺栓抗剪切強度條件 2240 6 5pa3oFd 4 2 所選的 的鉸制孔螺栓也完全能滿足抗剪切強度條件 3 3 4 本章小結 在冷凝器的大小選擇上我以本田 CRV 車為例所確定的冷凝器大小 本田 CRV 油箱上部與車身距離為 160cm 所以本設計中半導體油蒸汽冷凝器可以安裝 符合實 際條件 因為冷凝器器都是可以同比例增大或縮小的 所以它適合所有車型 呂合金 材料有利于傳熱 所以冷凝器里的散熱片選此材料 風扇直接吹到散熱片上可以更好 的把熱量散發(fā) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 15 第 4 章 溫度控制電路的設計 4 1 太陽能電路圖及電路工作原理 溫度控制電路如圖 4 1 電路工作原理 當溫度逐漸高于控制點溫度時 熱敏電 阻 RT 阻值逐漸降低 則 RT 和 RP 串聯(lián)部分分得的電壓逐漸減少 A 點電位不斷升 高 使加在 基極的電壓增大 電流也逐漸增大 逐漸飽和導通 逐漸趨于截止 1V1V2V 繼電器閉合 半導體制冷片開始制冷工作 當溫度逐漸降低 低于控制點溫度時 熱敏電阻 RT 阻值逐漸上升 則 RT 和 RP 串聯(lián)部分分得的電壓逐漸增大 A 點電位逐漸下降 的基極電流逐漸增大 此時2 逐漸飽和導通 繼電器 K 逐漸斷開 半導體制冷片逐漸停止制冷工作 2V 熱敏電阻作用 貼在油箱壁上檢測油箱溫度 控制 的開關作用 向制冷片提供制冷1V 信號 續(xù)流二極管 作用 保護 由于繼電器為感性元件 當其斷開時會產(chǎn)生反向4VD2V 電動勢 擊穿 MOS 管 所以要在此處加上續(xù)流二極管 以保護 MOS 管 2 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 16 繼電器作用 對半導體制冷工作過程起到開關控制作用 和 的 b e 極 1VD21 相當于直流穩(wěn)壓電源 保持 導通電壓成值 1V0 675KRPIN4BZ83S冷GT 圖 4 1 溫度控制電路 4 2 太陽能電路元器件選擇 1 熱敏電阻 熱敏電阻與可變電阻串聯(lián)在電路中 對溫度進行檢測 為溫度控制電路提供采集 信號 實驗測得熱敏電阻阻值與溫度關系見表 4 1 表 4 1 熱敏電阻阻值與溫度關系 溫度 阻值 溫度 阻值 0 4 77 14 5 2 296 0 5 4 668 15 2 228 1 4 577 15 2 2 211 1 5 4 377 16 2 154 2 4 181 16 8 2 079 3 4 001 17 5 2 01 3 5 3 923 18 1 976 4 3 908 18 4 1 94 4 2 3 774 19 7 1 842 4 5 3 758 20 5 1 766 4 9 3 708 22 1 658 5 3 689 22 8 1 59 5 1 3 646 23 2 1 55 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 17 5 5 3 54 24 1 499 6 3 505 25 1 466 6 8 3 358 27 1 339 8 3 085 30 2 1 171 9 2 2 972 32 1 08 10 2 847 34 1 023 11 2 756 35 5 0 939 11 5 2 658 37 2 0 889 12 2 556 38 2 0 842 13 2 468 40 0 792 13 5 2 398 40 8 0 764 2 半導體制冷芯片 本設計所用半導體制冷芯片型號是 TEC1 12708 允許的最大電壓 15 4V 最大 允許電流 8A 最大功率 71 1W 半導體制冷芯片 傳熱速度非常快 所以 制冷 時要有良好的散熱系統(tǒng) 3 電磁繼電器 本設計所用電磁繼電器是當蓄電池電壓為 13 1V 時 電磁繼電器的阻值為 25 2 4 可變電阻 可變電阻的最大阻值為 1 可變電阻與熱敏電阻串聯(lián) 串聯(lián)1VD26R 構成穩(wěn)壓電源 實驗證明要保證電路中總的電壓 總的電流不變 當可變電阻阻值增 大時 熱敏電阻阻值就減小 溫度點發(fā)生變化 所以 調節(jié)可變電阻的阻值 可以得 到不同的溫度點 可變電阻調整方法 可變電阻的殼體上有三個引腳和一個旋鈕組成 其中的兩個 引腳靠近可變電阻的殼體 另一個引腳靠近中心 本設計選擇接左下和靠近中心的引 腳 將旋鈕順指針調節(jié)時 可變電阻阻值減小 逆時針調旋鈕時 阻值增大 5 其它元器件 其它元器件的選擇如表 4 2 表 4 2 其它元器件 代號 型號 阻值2R RJ 型金屬膜電阻 1 1VD 1N40072 BZ185 4V76 RJ 型金屬膜電阻 1 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 18 3RRJ 型金屬膜電阻 300 1V S80503D 1N40072 3DD2004 1N4007 4 3 太陽能溫度控制電路的計算 50 時 可變電阻 RP 阻值 617 熱敏電阻 RT 阻值 457 取電源電壓為 UCC 13 6V 時 導通時 的管壓降為 0 7V 管降為 4 7V 的 B E 極壓1V1D2VD1V 降為 0 7V A 點電壓 U 為 UBEVDV 6121 4 1 可變電阻 熱敏電阻串聯(lián)兩端電壓 CPT5 7 4 2 可變電阻 熱敏電阻串聯(lián)電路電流 A 0698 TPTRUI 4 3 電阻 支路電流2R A 061 2RUI 4 4 支路電流1V A 08 21IIPTVD 4 5 電阻 支路電流 6R 07 61RUIBEV 4 6 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 19 基極電流1V A 018 61IIVDB 4 7 集電極電流1 432 1BCI 4 8 1 5A1IC 飽和導通且不會被燒壞V 當 截止時 飽和導通 取電源電壓為 UCC 13 6V 時 導通時 的管12 2V3D 壓降為 0 7V 管壓降為 0 7V 的 B E 極壓降為 0 7V 4D2V 兩端電壓3RUBEVDC 1233 4 9 支路電流3 A046 3RI 4 10 基極電流2V 046 32IB 4 11 集電極電流2 A91 2BCI 4 12 3A2IC 飽和導通且不會被燒壞 V 校核 溫度越高 電壓越大 電阻小 電流大 越容易導通 燒壞的可能性也1V 較大 因此 校核在高溫高壓的情況下 是否會飽和導通且不會燒壞 1 高溫度 高電壓情況 溫度 70 電壓 13 6V 熱敏電阻阻值 0 271 可變電阻阻值 617 可變 電阻 熱敏電阻總路電流 A 084 121PTBEVDVCPTRUUI 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 20 4 13 支路電流2RA 061 2RUI 4 14 支路電流1VD 0234 1IIPTVD 4 15 支路電流6RA07 6RUI 4 16 基極電流1V 0164 61IIVDB 4 17 集電極電流1 A39 1BCI 4 18 1 5A 1IC 飽和導通且不會燒壞V 溫度越低 電壓越小 電阻大 電流小 越容易截止 校核在低溫低壓情況下 1V 是否可靠截止 1 低溫度 低電壓情況校核結果如表 4 3 溫度 0 電壓 12V 熱敏電阻阻值 4 77 可變電阻阻值 617 表 4 3 低溫低壓情況校核結果 名稱 計算結果 名稱 計算結果 IPT 0 0011A U3 12 2V2I 0 0061A I3 0 0406A1VD 0 005A IB2 0 0406AIC 可靠截止 IC2 0 914A 高溫度 低電壓情況 溫度 70 電壓 12V 熱敏電阻阻值 0 271 可變電阻阻值 617 計算結果 見表 4 4 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 21 表 4 4 高溫低壓校核結果 名稱 計算結果 IPT 0 006644A2I 0 0041A1VD 0 002544A6I 0 0007 A IB 0 001844 A1C 0 443 A 低溫度 高電壓情況 溫度 0 電壓 13 6V 熱敏電阻阻值 4 77 可變電阻阻值 617 計算結果 見表 4 5 表 4 5 低溫高壓校核結果 名稱 計算結果 名稱 計算結果 IPT 0 001392A U3 12 2V2I 0 0041A I3 0 0406A1VD 0 00271 A IB2 0 0406AIC 可靠截止 IC2 0 914A 4 4 本章小結 通過對熱敏電阻與可變電阻串聯(lián)在電路中 對溫度進行檢測 測德熱敏電阻與溫 度的關系 通過在不同溫度 壓力下校核得出 溫度越高 電壓越大 電阻小 電流 大 越容易導通 燒壞的可能性也較大 因此 校核在高溫高壓的情況下 是否1V 1V 會飽和導通且不會燒壞 溫度越低 電壓越小 電阻大 電流小 越容易截止 校1 核在低溫低壓情況下 是否可靠截止 1V 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 22 結 論 本設計主要是對太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的設計 本設計主要研究的內容 有半導體油箱油蒸汽冷凝器的設計 散熱壁的設計 散熱片的設計 溫度控制電路的 設計 主要解決的問題 冷凝器的方案選擇 冷凝器的安裝位置 螺栓的校核 溫度 控制電路的計算 對太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器規(guī)程進行如下設計 1 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理 2 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的方案選擇 3 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的總體結構設計 4 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的主要零件設計 5 箱體上固定螺栓的校核 6 太陽能電路的工作原理 7 太陽能電路的元件選擇 8 太陽能電路的計算 在設計中遇到了很多困難 如出現(xiàn)設計路線的不合理 甚至出現(xiàn)不能保證油蒸汽 完全冷卻 在進行太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的設計中 因在材料的重量選擇不 合理 出現(xiàn)過在汽車加速行使時不能保證固定在汽車油箱上的太陽能半導體油箱油蒸 汽冷凝器的螺栓被帶開 在進行太陽能溫度控制電路的設計中 因繼流二極管的位置 選擇錯誤 使得 MOS 管不能安全工作 繼電器也很容易被擊穿 經(jīng)修改在本設計中 設計路線正確合理 可以保證汽車在高速行使時安裝在油箱上的太陽能半導體油箱油 蒸汽冷凝器的安全 能保證油蒸汽完全冷卻 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 23 參考文獻 1 周麗梅 薛鈺芝 林紀寧 董剛 小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的實現(xiàn) 大連鐵道學院學報 2006 1 94 96 2 劉慧 吳艷麗 黃冠宇 王昌禮 太陽能光伏發(fā)電技術發(fā)展概述 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 2007 12 95 96 3 李洪云 太陽能小型半導體制冷冰箱設計 學位論文 天津大學 2002 4 羅振濤 我國的太陽熱水器產(chǎn)業(yè)太陽能 2008 5 李安定 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)工程 北京工業(yè)大學出版社 2001 12 6 郭孝禮 冷庫制冷設計手冊 農(nóng)業(yè)出版社 1988 7 徐德勝 半導體制冷與應用技術 上海交通大學出版社 1991 12 8 吳業(yè)正 小型制冷裝置設計指導 機械工業(yè)出版社 2001 8 9 羅建平 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計與施工 可再生能源開發(fā)應用技術叢書 科學出 版社 2006 04 出版 10 于化叢 太陽能光伏發(fā)電應用技術 電子工業(yè)出版社 2009 01 出版 11 馬勝紅 趙玉文 王斯成 孔力 李安定 朱瑞兆 胡學浩 張正敏 白建華 光伏 發(fā)電在我國電力能源結構中的戰(zhàn)略地位和未來發(fā)展方向 J 中國能源 2005 06 12 楊金煥 葛亮 談蓓月 陳中華 鄒乾林 太陽能光伏發(fā)電的應用 J 上海電力 2006 04 13 昌金銘 國內外光伏發(fā)電的新進展 J 中國建設動態(tài) 陽光能源 2007 01 14 智永紅 我國太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及展望 重工與起重技術 15 Ding Suying Semiconductor refrigeration technology research Weifang University 2001 2 38 40 16 Guo li Refrigeratory Refrigeration Design Manual Agricultural Press 2009 17 Of the Cong The application of solar photovoltaic technology Publishing House of Electronics Industry published 2009 01 18 Emily 馬靜如 文小西 Changyi ceremony The development of solar photovoltaic technology overview Modern agriculture 2007 12 95 96 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 24 致 謝 感謝我的導師 臧杰老師 她那淵博的學識 精湛的專業(yè)知識 嚴謹?shù)闹螌W態(tài) 度 踏實的工作作風 無論是治學還是為人 都是我終生學習的榜樣 他在論文寫作 期間 他在百忙之中抽出很多寶貴的時間 幫我擬定論文提綱 查有關論文方面的最 新資料 時刻關心我的論文進展 仔細審閱了論文 并給出詳盡的修改方案 感謝在生活上和經(jīng)濟上給予我極大幫助的父母 我人生道路的每一步成長都傾注 了他們無盡的心血 他們給我的鼓勵和信任 將會使我在風雨成長的道路上不斷前進 感謝我的同窗好友以及所有黑龍江工程學院汽車系車輛工程專業(yè)的同學們 感謝 他們在我本科生學習期間對我的關心和鼓勵 我的學業(yè)因你們的支持和鼓勵而得以圓 滿 我的生活因你們的幫助與相伴才更顯得精彩 最后我要對母校表示深深的謝意 感謝她給了我一個良好的學習氛圍和實鍛煉的機會 使我能夠順利的走上工作崗位 種種感激 無以回報 謹以此文獻給我的老師和同學 我的雙親 還有朝夕相伴的松 花江水 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 25 附 錄 Solar Semiconductor Condenser When temperatures and so on summer is high in the automobile fuel tank s gasoline the diesel oil easy to evaporate the oil steam which produces enter in the atmosphere causes the serious environmental pollution and the energy waste The automobile solar energy semiconductor fuel tank oil steam condenser is uses the solar energy to the battery charging is loaded with the semiconductor refrigeration chip fuel tank oil steam condenser by the accumulator cell actuation uses in the automobile fuel tank the gasoline the diesel oil oil water recovery becomes the liquid state the oil water recovery the class returns to the fuel tank The automobile solar energy semiconductor fuel tank oil steam condenser installs on the fuel tank body becomes after the oil water recovery the liquid state class returns to the fuel tank not only may reduce the oil steam to enter the atmosphere reduces pollution which creates to the atmosphere but may also save the fuel oil Moreover the automobile solar energy semiconductor fuel tank oil steam condenser easy to form the product has the economic value potential and the widespread usability The solar energy is the new energy and the renewable energy source important component is the green non pollution has inexhaustible the inexhaustible characteristic The energy as national economy s foundation is closely linked with social economy s development and people s quality of life In each kind of renewable energy source the solar energy has the superiority which other conventional energy source is unable to compare The solar energy reserves is huge the solar energy the overwhelming majority area has the existence universality on Earth may use the solar energy use has the sanitary characteristic when its development use does not have any pollution nearly The solar energy development use has the giant market prospect not only brings the very good social efficiency the environment benefit moreover also has the obvious economic value The solar energy has two aspect superiority at least First the input energy price is zero second the emissions pollution is zero this is also the reason which today pays attention specially At present to the new energy the renewable energy source power unit s main evaluating indicator mostly still continued to use the convention fossil fuel energy installment the target like efficiency power specific power cost environmental 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 26 protection target and so on But these targets to new energy power unit including solar energy different should give the different appraisal Regarding the solar energy refrigerating unit must first optimize should be cuts the unit practical refrigeration power the cost but raises its refrigeration efficiency The solar energy development use mainly has the light heat utilization the light to bend down uses the photochemistry use and so on three forms The light heat utilization is transforms the solar energy for the heat energy saves the solar powered water heater is the light heat utilization most successful do