冬暖夏涼嬰兒床設(shè)計方案.doc

冬暖夏涼嬰兒床設(shè)計方案 一、作品設(shè)計背景每個孩子都是父母的心頭肉，孩子的健康牽動著每一個家長的心，而睡眠的質(zhì)量直接影響到孩子的健康。鑒于目前氣候溫度的不協(xié)調(diào)性，尤其是冬夏溫度的巨差，成為了嬰兒健康成長，正常發(fā)育的嚴(yán)重阻礙，因而在炎熱的夏天和寒冷的冬天為嬰兒準(zhǔn)備一個能持久提供適宜溫度的嬰兒床成為了每個父母的愿望。對此，我們小組成員經(jīng)過反復(fù)思考，大量的查找資料，設(shè)計出了能符合上述冬暖夏涼要求的嬰兒床。二、作品設(shè)計的目的設(shè)計出適合嬰兒正常發(fā)育，健康成長的床，讓孩子睡得舒心，爸爸媽媽放心。令每個家庭都充滿歡聲笑語，令我們的社會更加和諧美好！，三作品系統(tǒng)的總設(shè)計原理床身頂部的一側(cè)有一個進水孔，底部的另一側(cè)有一個出水孔。通過單刀雙擲開關(guān)的控制，使加熱區(qū)域溫度維持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)；冬天時，充入一定量的水，通電加熱水溫，將開關(guān)接在PTC熱敏電阻處，利用 PTC熱敏電阻對溫度進行控制，使水溫保持在一個合適的溫度；夏天時，溫度升高了，將開關(guān)接在PN節(jié)結(jié)處，則通過半導(dǎo)體制冷器降低水溫使水溫處在合適的溫度。這樣便達到了冬暖夏涼的目的，為嬰兒提供了一個舒適的成長環(huán)境。工作原理大致電路圖如下：半導(dǎo)體PN結(jié)回路原理 在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體元件和N型半導(dǎo)體元件聯(lián)結(jié)成一對熱電偶，接上直流電源后，在接頭處就會產(chǎn)生溫差和熱量的轉(zhuǎn)移。在接頭處，電流方向是從N至P，將N端的熱能搬運到P端，溫度下降并且吸熱，這就使水溫下降。（一）冬天恒溫原理主要利用PTC恒溫加熱原理；選擇恒溫加熱PTC熱敏電阻作為材料，主要電路連接為串聯(lián)連接。將PTC熱敏電阻串聯(lián)在電路中，通入12V的直流電后使熱敏電阻發(fā)熱來加熱水溫，當(dāng)水溫達到2226（嬰兒最適宜的溫度），PTC熱敏電阻阻值急劇上升，電路相當(dāng)于開路，停止對水加溫。當(dāng)水溫降低低于所設(shè)定的溫度后，PTC熱敏電阻阻值恢復(fù)，電路自動通路，PTC熱敏電阻繼續(xù)加熱水溫使水溫達到合適的溫度。這樣通過無限循環(huán)使溫度控制在一個恒定的溫度范圍內(nèi)，因此可以嬰兒生存在一個恒定的溫度下。大致控制環(huán)節(jié)如圖1所示：（二）夏天降溫原理主要利用的是半導(dǎo)體的制冷原理。將半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)回路與PTC熱敏電阻并聯(lián)，冬天斷開PN結(jié)回路，夏天則斷開PTC熱敏電阻接通PN結(jié)回路。在PN結(jié)接觸面上有熱電能量轉(zhuǎn)換的特性，應(yīng)用帕爾貼效應(yīng)能量在材料交界處以熱得形式吸收或者放出，從熱端到冷端的傳導(dǎo)熱為：K為半導(dǎo)體制冷器導(dǎo)熱率，為半導(dǎo)體制冷器熱端和冷端的溫度。系統(tǒng)總體方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計控制系統(tǒng)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。溫度傳感器采集水的溫度，溫度傳感器通過采集的溫度和需要設(shè)定的溫度進行對比，控制溫度調(diào)節(jié)器對水進行調(diào)節(jié)，使水溫處在一個合適的溫度范圍內(nèi)。類似的溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2四所用重要材料的相關(guān)敘述（一）PTC材料PTC是Positive Temperature Coefficient 的縮寫,意思是正的溫度系數(shù),泛指正溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件.通常我們提到的PTC是指正溫度系數(shù)熱敏電阻,簡稱PTC熱敏電阻. PTC其實就是陶瓷的一種。主要成分就是鈦酸鉛，利用燒制過程中造成的內(nèi)部缺陷，在通電的時候電阻值會隨溫度改變，從而使其具有在不恒定電壓下具有相對恒定溫度?；蛘邠Q個說法就是PTC的電阻會隨著電壓的變化而變化。因為此特性，PTC被廣泛應(yīng)用。比如冬天用的一部分烘手機，部分空調(diào)里的發(fā)熱器，以及某些電子元器件上使用的限流電子元件也是由PTC制作的。PTC熱敏電阻是一種典型具有溫度敏感性的半導(dǎo)體電阻,超過一定的溫度(居里溫度)時, 它的電阻值隨著溫度的升高呈階躍性的增高.現(xiàn)有的加熱器大都采用電熱管、電熱絲等傳統(tǒng)器件加熱，電熱管的外殼為不銹鋼制成的鋼管，內(nèi)有發(fā)熱元件電阻絲，加熱時通過電阻絲及鋼管向外界傳熱，當(dāng)空氣不流動時，電熱管的熱量就散不出去，溫度會越來越高，嚴(yán)重時會燒毀電熱管，甚至發(fā)生火災(zāi)。而PTC熱敏電阻作為發(fā)熱材料，具有節(jié)能恒溫、無明火、安全性好、發(fā)熱量較易調(diào)節(jié)、受電源電壓的波動影響小、升溫迅速等特點，因此，設(shè)計使用PTC熱敏電阻做加熱材料的恒溫加熱系統(tǒng)對安全度要求較高的應(yīng)用是很有意義的。（二）半導(dǎo)體制冷片半導(dǎo)體制冷片（TE）也叫熱電制冷片，是一種熱水泵，他的優(yōu)點是有滑動部件，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。半導(dǎo)體空調(diào)沒有制冷劑，不會泄露，不怕震動，不怕傾斜，不怕顛倒；運轉(zhuǎn)無機械運動，不會磨損；體積小，可靠性高。且半導(dǎo)體空調(diào)冷熱調(diào)節(jié)范圍廣，冷熱交換快。大溫差環(huán)境，即使外界環(huán)境高達60攝氏度，散冷器表面的溫度依舊可以保持在22-25度。半導(dǎo)體制冷片的工作運轉(zhuǎn)是用直流電流，它既可制冷又可加熱，通過改變直流電流的極性來決定在同一制冷片上實現(xiàn)制冷或加熱，這個效果的產(chǎn)生就是通過熱電的原理。半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點和特點： 1、不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動部件是一種固體片件，工作時沒有震動、噪音、壽命長，安裝容易。 2、半導(dǎo)體制冷片具有兩種功能，既能制冷，又能加熱（本作品中也可選著半導(dǎo)體加熱，但主要是利用PTC恒溫加熱材料），制冷效率一般不高，但制熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。 3、半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現(xiàn)遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統(tǒng)。 4、半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。 5、半導(dǎo)體制冷片的反向使用就是溫差發(fā)電，半導(dǎo)體制冷片一般適用于中低溫區(qū)發(fā)電。 6、半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。 7、半導(dǎo)體制冷片的溫差范圍，從正溫90到負(fù)溫度130都可以實現(xiàn)冬暖夏涼嬰兒床的實體圖1 皮帶輪軸，一端裝有皮帶輪，另一端裝渦輪葉片。3為引水槽，將水在渦輪葉片的作用下由1向2引導(dǎo)。2靠3的那一端用導(dǎo)熱能力好的材料制作，有一定的硬度，與水接觸，另一面涂有硅膠同時與半導(dǎo)體制冷片的P端或N端接觸，將PTC片上的熱量傳遞給3中的水將水加熱或者將水中的熱量傳遞到半導(dǎo)體制冷片