环保制冷风扇的研制

天津职业大学 天津 300410

1 引言

随着温室效应加剧,地球温度不断升高,对于北方的学生和刚毕业的年轻人来说,如何度过炎热的夏季是个难题。北方学校的宿舍里大多没有安装空调；对刚毕业的学生来说,空调价格昂贵,且不容易搬动。电风扇价格低,但吹出的热风不舒适。因此,制作了小巧而且价格低廉的制冷风扇。该制冷风扇能吹出低于室温5－10℃的凉风,迅速降低体感温度。

2 制冷风扇工作原理

当冷水遇到高温空气时,就会在冷水表面产生由于导热、对流和热辐射引起的显热交换,冷水与空气之间的这种显热交换就是实现蒸发冷却的根本原理[1]。该制冷风扇采用直接蒸发冷却,即冷水与空气直接接触,通过风扇吹出凉爽的空气,迅速降低体感温度。该装置采用水作为冷却介质成本低、能耗小,维护费用低,且避免了使用氟利昂制冷剂对大气环境的污染。

3 制冷风扇的设计思路

单片机接收温度传感器所测水的温度,温度高于25℃时,半导体制冷芯片开始工作,降低水温,冷水和空气进行热交换,同时排风扇将冷却后的空气排出；当水温冷却至23℃时,制冷芯片停止工作,排风扇继续排出凉风。当水的温度上升到25℃时,重复前面的过程。

由于冷热交换,会使水蒸发,液位降低,因此采用液位报警模块提醒加水操作。

4 控制电路系统设计

控制电路系统图如图1所示。

图1 控制电路系统图

4.1 核心控制芯片 单片机为整个系统的核心部件,采用市面上常用的89C52,其功能为：

(1)接收温度传感器测试的温度,将测量值与设定值相比较,控制半导体制冷芯片的启停。控制算法采用二位式控制,又称通断式控制。即当温度高于26℃时,启动制冷芯片；温度低于23℃时,制冷芯片停止工作。

(2)设定高低液位值,单片机接收液位传感器测得的液位信号,与设定值比较,通过蜂鸣器进行缺水和溢水报警。控制算法同样采用二位式控制。

4.2 半导体制冷芯片 制冷芯片采用TEC1－12706芯片,由半导体材料制成,工作电压12V,工作电流4－4.6A。半导体材料具有最佳的热电能量转换特性,在通以直流电流时,具有制冷功能。半导体制冷是建立于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应共五种热电效应基础上的制冷新技术[2]。在本设计中,为了迅速制冷,使用两片半导体制冷芯片,总功率为90瓦。

4.3 温度传感器 温度传感器采用DS18B20,是一款功耗低、精确度高的数字型传感器。能将温度信号直接转变为数字信号,可以和单片机直接相连。经常用于家电温度控制中。

4.4 液位传感器 液位传感器采用电容式非接触传感器。将两个传感器表贴在液体容器外面的两个极限位置,测量最低和最高液位,容器壁厚不能超过传感器的感应距离。当容器内的液位达到传感器的高度时,传感器输出高电平,如果没有达到,则输出低电平。

5 结构设计

结构总体设计如图2所示。

制冷片镶嵌在容器壁间,冷面向里,热面朝外。测试冷热面时,将红线接电源正极,黑线接负极,瞬间通电,用手触摸制冷片的两个面,发热一面为热面,有冷感一面为冷面。时间不超过5秒钟,否则热端温度高,没有散热,容易烧坏制冷片。

高低液位传感器需要通过单片机调试安装在外壁上。温度传感器安装内壁上,与冷空气接触,测量冷空气度。

图2 制冷风扇结构示意图

6 结论

本文基于单片机及制冷片技术,制作了制冷风扇。该设备能耗低,功率为100瓦；小巧,携带方便,是一款环保节能产品。该设备还可以作为制作饮用的冷水装置,或者小型冰箱,非常适合在校及刚毕业的年轻人。

制冷风扇只能实现人体温感迅速降低,不能实现整个房间的降温,且屋内要适当通风,防止空气内循环[3]。