【全套帶圖】汽車太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的設(shè)計

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購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 本科學生畢業(yè)設(shè)計 汽車太陽能半導體油箱油蒸汽 冷凝器的設(shè)計 系部名稱 ： 汽車工程系 專業(yè)班級 ： 車輛工程 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 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 s 009黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 本次設(shè)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(qū)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(shù)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(shè)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(guān)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(shè)計 of of if in be is C of of of of be as as of 龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘要 ...................................................................................................................... I ..................................................................................................... 1 章 緒論 ....................................................................................................... 1 計的目的和意義 .................................................................................................. 1 陽能半導體制冷技術(shù)國內(nèi)外概況 ...................................................................... 2 計的主要內(nèi)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 陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的工作原理 ...................................................... 5 陽能 半導體油箱油蒸汽冷凝器的方案選擇 ...................................................... 6 陽能 半導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置 ...................................................... 9 章小結(jié) .................................................................................................................. 9 第 3章 太陽能半導體油箱油蒸 汽 冷凝器設(shè)計 ............................................ 10 陽能半導體 冷凝器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................ 10 陽能 半導體冷凝器的主要零件設(shè)計 ................................................................ 11 體上固定螺栓的校核 ........................................................................................ 12 體底部固定螺栓的校核 ........................................................................... 12 熱片固定螺栓的校核 ............................................................................... 13 章小結(jié) ................................................................................................................ 14 第 4 章 太陽能半導體 溫度控制電路的設(shè)計 ................................................ 15 陽能 電路圖及電路工作原理 ............................................................................ 15 陽能 電路元器件選擇 ........................................................................................ 16 陽能 溫度控制電路的計算 ................................................................................ 17 章小結(jié) ................................................................................................................ 20 結(jié)論 ................................................................................................................... 21 參考文獻 ........................................................................................................... 22 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 致謝 ................................................................................................................... 23 附錄 ................................................................................................................... 24 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 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(qū)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(chǔ)，與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質(zhì)量息息相關(guān)。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(guān)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(zhuǎn)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(lǐng)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(shù)等，這些技術(shù)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(shù)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(lǐng)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(zhì)量消耗速率計，黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 太陽內(nèi)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 03～ 06kJ/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?，F(xiàn)在利用太陽能進行制冷的方法有許多成熟技術(shù)。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。 陽能半導體制冷技術(shù)國內(nèi)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(chǔ)，與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質(zhì)量息息相關(guān)。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(guān)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(shù)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(shù) 和成熟的真空管集熱器產(chǎn)品結(jié)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(shù)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(diào)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(nèi)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(jié)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(shè)計 3 太陽能吸附式制冷系統(tǒng)是利用物質(zhì)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(nèi)壓力升高。解吸出來的制冷劑進入冷凝器，經(jīng)冷卻介質(zhì)（水 或空氣）冷卻后凝結(jié)為液態(tài)，進入蒸發(fā)儲液器。這樣，太陽能就轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(lǐng)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(shù)等，這些技術(shù)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(shù)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(lǐng)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(chǔ)，與社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活質(zhì)量息息相關(guān)。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(guān)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(shù)已經(jīng)成為全球制冷技術(shù)科學研究領(lǐng)域的一個重要課題。所以半導體制冷技術(shù)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(shù)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(shè)計 4 半導體制冷技術(shù)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(lǐng)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(diào)節(jié)方便，可通過調(diào)節(jié)工作電流大小來調(diào) 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(shù)與傳統(tǒng)的制冷技術(shù)有著根本的區(qū)別，它既不用制冷劑，也不用機械設(shè)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(shù)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]。 計的主要內(nèi)容 本設(shè)計設(shè)計的是太陽能 半導體油箱 油箱油蒸汽冷凝器，本設(shè)計主要研究的內(nèi)容有半導體油箱油蒸汽冷凝器的設(shè)計，散熱壁的設(shè)計，散熱片的設(shè)計，溫度控制電路的設(shè)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(shè)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 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(shù)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(shè)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 度降低，并且吸熱，形成冷端；下面接頭的電流方向是 度上升，并且放熱，形成熱端。把若干對熱電偶連接起來就構(gòu)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(zhuǎn)換器、數(shù)控匹配器、儲能設(shè)備和半導體制冷裝置 4 部分組成。太陽能光電轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器把照射在它表面上的太陽輻射能轉(zhuǎn)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(shè)備的過充、過放進行控制。 儲能設(shè)備一般使用蓄電池，它把光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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)達到全天黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 候的運行。 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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)不復雜，可以更徹底的對油蒸汽進行冷凝。 如圖 圖 導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 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(jié)構(gòu)簡單，但對油蒸汽不能完全徹底的冷凝。 如圖 示。 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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 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(jié)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(jié)構(gòu)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 示。 圖 導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 1. 油箱蓋 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(shè)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 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(zhuǎn)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(qū)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(shè)計 8 圖 導體油箱蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 圖 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(shè)計 9 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 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(shè)計中 ,將油箱蓋做成密封的，通氣器設(shè)計在油蒸汽冷凝器的上方。 章小結(jié) 半導體制冷技術(shù)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(shè)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(shè)計選用第一種方案將半導體冷凝器安裝在油箱體上部。 圖 導體油箱油蒸汽冷凝器的安裝位置示意圖 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 第 3 章 太陽能半導體油箱油蒸氣冷凝器設(shè)計 陽能半導體 冷凝器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 油蒸汽冷凝器如圖 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(nèi)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(nèi)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 110 50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(nèi)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 140 140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(nèi)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9寸 80× 80× 25，電流 壓 12V。風扇框架和風葉采用 注塑一次成型，ＰＢＴ＋ 30％玻纖＋ＶＯ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(nèi)汽油不斷減少時，箱內(nèi)壓力下降到 a 以下時，直空閥門 16 被大氣壓開，空氣便進入汽油箱內(nèi)。當箱內(nèi)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。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 圖 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 陽能 半導體冷凝器的主要零件設(shè)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 110 50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(nèi)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 140 140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器墻壁上，熱鍛與散熱片相接觸。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 （ 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(nèi)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 9寸 80*80*25，電流 壓 12V。風扇框架和風葉采用 注塑一次成型，ＰＢＴ＋ 30％玻纖＋ＶＯ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 93號的彈簧作用下緊密相接，當箱內(nèi)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 93號彈簧深進冷凝器內(nèi)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(nèi)壓力下降到大氣壓力 (下時，直空閥門 被大氣壓開，空氣便進入汽油箱內(nèi)。 體上固定螺栓的校核 體底部固定螺栓的校核 此處選擇3量 12。 螺栓材料選擇 抗拉極限強度為8 0 0 M P ? ，屈服極限為 6 4 0 M P ? ，安 全系數(shù) S 為 ? , 。因此螺栓的許用應力 ??? 和許用擠壓應力p?????分別為： 8 0 0 M P 0 M P 2 5bp ?? ? ? ??? （ ? ? 6 4 0 M P 6 M P 5?? ? ? ?（ 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： F? = （ 式中 :m? 冷凝器的總質(zhì)量 a? 汽車的加速度 冷凝器的主要材料為硬鋁，密度大約為 310 3/kg m ，另外電機，風扇，及其黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 固定結(jié)構(gòu)也有一定重量。經(jīng)過計算，最后，冷凝器的總質(zhì)量大約為 8 另外，對于本此設(shè)計的冷凝器所安裝的汽車為 本田 車從靜止加速到100 /約需要 10 秒鐘，也 就是說，汽車的最大加速度大約為 2100 2 . 8 /3 . 6 1 0a m s??? （ 于是： F? =8? （ 每個 螺 柱承受的工作剪 力為 ： 2 2 . 4 1 . 8 7 z?? ? ? （ 式中 :F??整個箱體所承受的慣性力 (N) z? 螺栓數(shù) 聯(lián)接螺栓抗擠壓強度校核： 1 . 8 7 0 . 3 1 2 M p ??? ? ? ? ???（ 所選的3 聯(lián)接螺栓抗剪切強度條件： ? ?224 4 1 . 8 7 0 . 2 6 5 M p ?? ?? ? ? ?? （ 從校核結(jié)果我們可以看 所選的5栓 完全可以 滿足抗 剪切 強度條件。 熱片固定螺栓的校核 此處 也 選擇3量 24 個。 選擇材料與上述相同。 傳遞轉(zhuǎn)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 ： 1 2 . 8 2 . 8F m a N? ? ? ? ? （ 式中 :m? 散熱片總質(zhì)量 a? 汽車的加速度 每個 螺 柱承受的工作剪 力為 ： 2 . 8 0 . 4 6 z?? ? ? （ 式中 :F??整個箱體所承受的慣性力 (N) z? 螺栓數(shù) 聯(lián)接螺栓抗擠壓強度校核： 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 0 . 4 6 0 . 0 7 6 M p ??? ? ? ? ???（ 所選的3 聯(lián)接螺栓抗剪切強度條件： ? ?224 4 0 . 4 6 0 . 0 6 5 M p ?? ?? ? ? ?? （ 所選的3完全能 滿足抗 剪切 強度條件。 章小 結(jié) 在冷凝器的大小選擇上我以本田 為例所確 定的冷凝器大小， 本田 箱上部與車身距離為 160以本設(shè)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(shè)計 15 第 4 章 溫度控制電路的設(shè)計 陽能 電路圖及電路工作原理 溫度控制電路如圖 路工作原理：當溫度逐漸高于控制點溫度時，熱敏電阻值逐漸降低，則 聯(lián)部分分得的電壓逐漸減少， A 點電位不斷升高，使加在1流也逐漸增大 ，1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 值逐漸上升，則 A 點電位逐漸下降， 2時2電器 K 逐漸斷開，半導體制冷片逐漸停止制冷工作。 熱敏電阻作用：貼在油箱壁上檢測油箱溫度，控制1制冷片提供制冷信號。 續(xù)流二極管4護2V，由于繼電器為感性元件，當其斷開時會產(chǎn)生反向電動勢，擊穿 2V。所以要在此處加上續(xù)流二極管，以保護 。 繼電器作用：對半導體制冷工作過程起到開關(guān)控制作用。1b、 e 極：相當于直流穩(wěn)壓電源，保持1 度控制電路 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 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(guān)系見表 表 敏電阻阻值與溫度關(guān)系 溫度（℃） 阻值（ΚΩ） 溫度（℃） 阻值（ΚΩ） 0 5 6 8 2 4 5 7 2 0 4 1 2 3 0 2）半導體制冷芯片 本設(shè)計所用半導體制冷芯片型號是 許的最大電壓 大允許電流 8A、最大功率： 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(shè)計所用電磁繼電器是當蓄電池電壓為 ，電磁繼電器的阻值為 （ 4）可變電阻 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 可變電阻的最大阻值為 1κΩ， 可變電阻與熱敏電阻串聯(lián)，1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(diào)節(jié)可變電阻的阻值，可以得到不同的溫度點。 可變電阻調(diào)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(shè)計選擇接左下和靠近中心的引腳。將旋鈕順指針調(diào)節(jié)時，可變電阻阻值減小，逆時針調(diào)旋鈕時，阻值增大。 （ 5）其它元器件 其它元器件的選擇如表 表 其它元器件 代號 型號 阻值 2金屬膜電阻 1ΚΩ 1246金屬膜電阻 1ΚΩ 3金屬膜電阻 300Ω 1324陽能 溫度控制電路的計算 50℃時，可變電阻 值： 617Ω，熱敏電阻 值： 457Ω取電源電壓為，12為 、 E 極壓降為 A 點電壓 U 為 ??? （ 可變電阻、熱敏電阻串聯(lián)兩端電壓 ? （ 可變電阻、熱敏電阻串聯(lián)電路電流 ???? 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 電阻2??? 4. 4） 1???? 0 0 0 8 （ 電阻6 ??? 1???? 0 0 0 1 （ 1??? C （ 1當1電源電壓為 ，24、 E 極壓降為 3??? （ 3??? （ 2??? I B （ 2??? C （ 2A 2 校核：溫度越高、電壓越大、電阻小、電流大，1壞的可能性也黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 19 較大，因此，校核在高溫高壓的情況下，1 高溫度、高電壓情況： 溫度 70℃、電壓 敏電阻阻值 變電阻阻值 617Ω，可變電阻、熱敏電阻總路電流 ??? ???? 0 0 8 4 R （ 2??? （ 1???? 0 0 2 3 （ 6??? （ 1???? 0 0 1 6 （ 1??? C （ 1 1溫度越低、電壓越 小、電阻大、電流小，1核在低溫低壓情況下，1 低溫度、低電壓情況校核結(jié)果如表 度 0℃、電壓 12V、熱敏電阻阻值 變電阻阻值 617Ω。 表 溫低壓情況校核結(jié)果 名稱 計算結(jié)果 名稱 計算結(jié)果 3 3 龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 高溫度、低電壓情況： 溫度 70℃、電壓 12V、熱敏電阻阻值 、可變電阻阻值 617Ω。計算結(jié)果見表 溫低壓校核結(jié)果 名稱 計算結(jié)果 低溫度、高電壓情況： 溫度 0℃、電壓 敏電阻阻值 變電阻阻值 617Ω。計算結(jié)果見表 溫高壓校核結(jié)果 名稱 計算結(jié)果 名稱 計算結(jié)果 3 3 章小結(jié) 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(guān)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，1壞的可能性也較大，因此，校核在高溫高壓的情況下，1度越低、電壓越小、電阻大、電流小，1核在低溫低壓情況下，1 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 結(jié) 論 本設(shè)計主要是對太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的設(shè)計， 本設(shè)計主要研究的內(nèi)容有半導體油箱油蒸汽冷凝器的設(shè)計，散熱壁的設(shè)計，散熱片的設(shè)計，溫度控制電路的設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 4） 太陽能半導體油箱油蒸汽冷凝器的主要零件設(shè)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(shè)計中 遇到了很多困難，如出現(xiàn)設(shè)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(shè)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(shè)計中，因繼流二極管的位置選擇錯誤，使得 不能安全工作，繼電器也很容易 被擊穿 ，經(jīng)修改在本設(shè)計中設(shè)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