中国机械工程学会第二十四届全国学术研讨会论文集 中华民国九十六年十一月二十三日,二十四日
中原大学 桃园,中坜 论文编号:A19-0020
张烔堡 1 , 叶文宇 1 , 陈金玄 1, 黄志达 2 , 温演平 2 1 南台科技大学机械工程系 2 中华汽车工业股份有限公司试验部 国科会计画编号:NSC-95-2221-E-218-056
摘要
本文探讨汽车利用太阳能作为换气降温系统的实 验,过去相关汽车於烈日曝晒下车内气温之降温方 法,效果大多不是很明显且制造成本昂贵构造复杂不 符合经济效应.本研究之系统利用太阳能板吸收太阳 能并转换成可供车上已有之鼓风机使用的电能并利用 此鼓风机做为车内外空气交换的动力来源,完全不消 耗车上的能源.此外,本研究亦利用市面上常见之铝 箔气泡遮阳板阻绝经由前后挡风玻璃近来的辐射热. 结果显示当鼓风机换风量越大时,对曝晒於太阳下之 车辆的车内温度上升之抑制能力愈大,亦即车内温度 有明显的降低.此外铝箔气泡遮阳板的阻热亦有其效 果.结果并显示本方法对於汽车空调耗油有显著之节 省效果. 本研究之汽车太阳能自动换气降温系统 是由太阳能电池直接驱动车上原有的鼓风机而 不需要额外增加驱动元件,且电路简单成本低 廉.鼓风机驱动后强迫吸入外气跟内气进行交 换配合铝箔气泡遮阳板隔绝辐射热且加入,大 幅减低降低车内温度,使驾驶在进入车内较不 会 感 到 不 舒 适,闷 热.使 用 太 阳 能 不 会 消 耗电瓶 的电源,车内温度低亦即加速空调冷却速度因此可减 少能源消耗,降低废气的排放.
汽车太阳能自动换气降温系统
2. 实验设备与方法
2.1 实 验 设 备 本研究的主要目地在於利用太阳能发电并 将收集来的电能用来推动车上原本已有的鼓风 机进行外气跟内气交换,为了测试车内温度, 本 研 究 参 考 郑 [4] 之 汽 车 室 内 空 调 之 三 维 热 传 理论与实验设计一套简单的实验来量测本降温 系统之性能.在鼓风机各个不同风速段位及是 否使用遮阳板的情况下,量测车内的温度变 化,实验的相关元件包含:温度计,照度计, 福 特 嘉 年 华 车 辆,遮 阳 板,风 量 计,三 用 电 表 . 以上各元件及系统内容逐一描述如下: 2.1.1 车 辆 本研究选择了福特嘉年华的车辆,此车为台湾常 见车辆.本研究乃利用车上现有的鼓风机来做为我们 车内换气的驱动力来源,将外界约 35℃左右的空气吸 入并将车子内高达约 60℃左右的空气排出,亦即吸入 外界空气来调节车内车温下降,保持舒适的温度.因 此,鼓风机的消耗功率影响太阳能板的选用,实验前 先根据鼓风机电压,电流算出鼓风机的消耗功率[5], 经量测后该车上空调系统鼓风机的规格如表一所示. 2.1.2 太 阳 能 板 从物理学的角度来看称之为光伏电池 (Photovoltaic,简称 PV).太 阳 能 板 是 将 太 阳 能 转 换成电能的装置,当半导体受到太阳光的照射 时,大量的自由电子伴随而生,而此电子的移 动 又 产 生 了 电 流 , 也 就 是 在 PN 结 处 产 生 电 位 差.太阳能有许多优点:丰富,清洁,安全且 不 受 任 何 垄 断 . 根据文献的记载,目前各种太阳板 的最高效率为:
关键字:绿色能源,太阳能电池,汽车降温. 1. 前言
汽车在曝晒在烈日下,受到辐射热的照射 加上车上所有车窗密闭造成车内的空气无法与 车外的空气做交换,使车内温度慢慢上升,最 后车内温度可能高达摄氏六十度以上,甚至更 高,让在此时进入车内的人员非常不舒服.且 车辆曝晒过久,车内的内装,装潢会因为太阳 的照射和车内高温释放苯等有害物质,特别以 新车最为明显,这些有害物质无法散出最后会 被驾驶及乘客吸入而有害健康.因此如何隔绝 辐射热及降低车内温度ㄧ直是相关车辆工程师 之努力方向.下列为过去相关的文献与专利回 顾. 为 了 要 解 决 车 内 高 温 的 问 题,吴[1]发 展 出 分离式太阳能汽车车厢散热器,此系统具有延 伸臂及太阳能电池,马达,风扇及盒体,太阳 能电池连接马达把太阳光转换电源驱动马电池 在 带 动 风 扇 架 於 车 窗 上 把 内 气 抽 出.纪 及 詹[2] 之 汽车内之太阳能散热系统乃利用太阳能板产生电 能储存至储电装置 当车内温度过高时开启加湿器(如 , 超音波喷雾加湿器)降低车内温度.周 [3]的 汽 车 自 然空调储能系统乃在压缩机降低负载后储存冷 能并於压缩机停止运转后释放.综观以上方法 都需针对车辆作大幅度的改装及新增元件,成 本相当高且电路也变得十分复杂.
CSME-1114
中国机械工程学会第二十四届全国学术研讨会论文集 中华民国九十六年十一月二十三日,二十四日 1.单晶矽:24.7% 2.多晶矽:19.8% 3.非晶矽:14.5% 4.GaAs:25.7% 5.CIGS:18.8% 6.多接面串叠型:33.3% 本研究选用了多晶矽太阳能板,它的优点 是价格比单晶矽太阳能板便宜,比较符合本研 究 实 验 的 需 求 , 发 电 效 率 约 为 15~20% 左 右 . 除太阳能板的型式外,阳光的照度也是会有所 影 响 的 , 阳 光 直 射 时 太 阳 能 板 效 率 约 90% , 有 白 云 时 约 75% , 阴 天 约 30% , 乌 云 密 布 约 10 % , 而 晚 上 有 月 光 则 3~5% 左 右 . 本 研 究 所 使 用线路图如图一所示. 2.1.3 温 度 计 本研究使用酒精温度计,其为一根玻璃 管,一头较大,像个玻璃球,管子是密封的, 里 面 装 的 是 酒 精 . 可 以 量 测 的 范 围 -78℃ 至 110℃ 左 右,符 合 本 实 验 的 需 求.此 温 度 计 工 作 原理为液体随著温度的变化而热涨冷缩造成体 积变化,用以测量温度. 2.1.4 照 度 计 本 研 究 使 用 TES-1335 数 位 式 照 度 计,它 的 特点是反应速度快,感光体为矽质光二极体及 泸光镜片,取样率为数位显示每秒 5 次,量测 范 围 及 单 位 有 99.99Lux , 999.9Lux , 9.999KLux,, 99.99 Klux, 999.9 KLux , 9.999 fc,,99.99 fc, 999.9 fc, 9.999 Kfc,,99.990Kfc ( 自 动 换 档 计 5 档 ) (1 fc = 10.76 Lux), 本 研 究 太 阳 照 度 量 测 所 使 用 的 档 位 为 999.9 KLux, 25° 准 确 度 ± 3% 读 值 ± 5 位 (8 6 Κ标 准 白 炽 灯 校 正 ),明 视 光 谱 函 数 f '1 ≤ 6%,温 度 特 性 ± 0.1%/℃ , 解 析 度 0.01 Lux, 0.001 fc. 2.1.5 遮 阳 板 本 研 究 使 用 铝 箔 气 泡 遮 阳 板,为 市 面 上 常 见之遮阳板,其铝箔可以有效的反射阳光,而 达到阻热降温效果.此外,可防止阳光直接曝 晒内装造成内装快速劣化,也是本研究选择的 原因.遮阳板装於汽车之前后挡风玻璃上,考 虑实验之准确性,装上遮阳板时须完全将挡风 玻璃遮住并贴合.示意图如图二所示. 2.1.6 风 速 计 本 研 究 使 用 皮 氏 管 作 为 风 速 计.此 管 为 一 枝 U 型透明玻璃管,一端加软管,另一端通大 气,玻璃管内装酒精液体.量测时软管对准出 风口中心点,利用出风口吹出来的风,吹动 U 型玻璃管内的酒精液体,量测两端液体高度 差,再由伯努利定律算出风速,风速再乘上出 风 口 面 积,即 可 得 到 风 量. 风 量 计 算 见 附 录 六 ) (

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