CN101737915B

CN101737915B - 一种中央空调余热回收生产饮用水的装置

Info

Publication number: CN101737915B
Application number: CN2009102141183A
Authority: CN
Inventors: 简弃非; 封小梅
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: CN101737915A

Abstract

本发明公开了一种中央空调余热回收生产饮用水的装置，包括热转换器和保温水箱；热转换器安装在中央空调的压缩机与冷凝器之间，热转换器的不锈钢外壳内壁设有第一保温材料，不锈钢外壳中心为空心结构，与压缩机连接的排气管位于空心结构中部，空心结构为下大上小的锥形结构，空心结构的容量控制在4～6升的范围，热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3；空心结构上、下部密封。本发明通过热转换器内设置锥形的空心结构设计，使通过热交换器加热的自来水达到沸腾，满足饮用要求，非常适合对于机场、车站、商场等地方的人流量大，要求免费向公众提供开水(饮用水)，满足公众的需要，并且安装了中央空调的场合使用。

Description

一种中央空调余热回收生产饮用水的装置

技术领域

本发明涉及一种饮用水的生产设备，具体涉及通过中央空调余热回收生产饮用水的装置。通过换热器加热饮用水达到沸点，特别适用于大型中央空调机组余热回收。

背景技术

现有的中央空调余热回收装置主要是为满足宾馆、酒店客房、餐厅、桑拿、泳池等对热水的需求而开发的余热回收设备，供应的热水在50℃左右，这些余热回收设备较好地解决了中央空调余热回收生产洗浴热水的场所。中国发明专利申请200510032362.X公开了一种利用中央空调余热加工热水的方法，该方法包括如下步骤：(1)在中央空调冷凝器高温区2处加装一隔水器，隔水器包容高温区50％～100％的冷凝管并形成独立封闭的换热区间；(2)将隔水器输出端管接热水箱输入端，热水箱输出端管接隔水器输入端，使热水箱内盛水由隔水器输入端进入冷凝器高温区经冷凝管散发之余热加热后，再由隔水器输出端返回热水箱形成循环水加热。该本法制取热水，水温50℃以上，可满足无地下热水水源城市三季热水供应。中国实用新型专利02282564.9公开了一种中央空调余热回收器，包括阀门、管道、换热器等部件组成，换热器内装有空调余热盘和加热水盘管，加热水盘管设置于余热盘管的内部，两端的进出水管分别与生活热水箱连接；空调余热盘管的一端连接压缩机(或发生器)的出口，另一端连接冷凝器入口。在有中央空调的建筑内安装，可以加工生活热水、减少环境热污染，增加经济效益。该装置将蒸发器或发生器内需要送冷凝器的热量，首先在回收器内进行热利用，加热生活用水，使进入冷凝器的制冷剂温度大大降低，即使冷凝器负荷降低，制冷效果会明显增加。冷凝器负荷降低可以大量节省由耗及水耗，从而进一步节省能源。该装置由于用一般的换热器利用空调预热，加热的热水也不能沸腾，而引用。同时，很多安装中央空调机组的地方并不需要一般的热水，如机场、车站、商场、会议中心等，这些地方需要对来往的顾客通过饮用水(如免费供应开水)，如用上述中央空调机组余热回收方法或装置，不能生产饮用水，达到了节能降耗、满足顾客需要的目的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供在不改变现有中央空调机组结构及控制系统的条件下，高效利用空调余热生产可直接饮用的饮用水的装置。解决中央空调冷水机组制冷时排出的热量形成巨大的能源浪费和严重的热污染，而用电或锅炉供应开水需要消耗大量燃料，造成能源的双重浪费和对环境的双重污染的问题。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种中央空调余热回收生产饮用水的装置，包括热转换器和保温水箱；热转换器安装在中央空调的压缩机与冷凝器之间，其中压缩机的高压端接蒸发器，压缩机的低压端通过热转换器连接冷凝器，节流阀两端分别与冷凝器和蒸发器连接；自来水管与热转换器下端连接，出水管连接在热转换器上端，并与保温水箱连接；所述热转换器包括不锈钢外壳、排气管、导热硅质和第一保温材料；不锈钢外壳内壁设有第一保温材料，不锈钢外壳中心为空心结构，与压缩机连接的排气管位于空心结构中部，排气管外周涂有导热硅质，空心结构为下大上小的锥形结构，空心结构的容量控制在4～6升的范围，热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3；空心结构上、下部密封。

为进一步实现本发明目的，所述的热转换器为食品级不锈钢换热器。

所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置还包括第二阀门和过滤器，保温水箱通过第二阀门与过滤器连接，过滤器与饮用水出水口连接。

所述的保温水箱内壁与第二保温材料相连。

所述的过滤器为不锈钢丝网或者陶瓷过滤器。

本发明相对于现有技术具有如下优点和有益效果：

本发明通过热转换器内设置锥形的空心结构，并且将空心结构的容量控制在4～6升的范围，热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3，使通过热交换器加热的自来水达到沸腾，满足饮用要求。本发明对于机场、车站、商场等地方的人流量大，一般要求免费向公众提供开水(饮用水)，满足公众的需要，并且安装了中央空调，应用本发明的装置既可有效地促进压缩机排气管的散热，降低了压缩机的排气口温度，降低了压缩机的排气压力，使压缩机工作在正常工作状态(排气温度、压力保持最佳工况)，达到中央空调压缩机节能降耗的效果(冷凝温度降低1℃，空调电耗降低4％)；又可低成本满足公众饮水要求。本发明装置是一种节能而又实用的加热装置。

附图说明

图1为中央空调余热回收生产饮用水的装置的示意图。

图2为带有图1装置的中央空调结构示意图。

图3为带有控制装置的中央空调结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于具体实施方式表述的范围。

如图1所示，一种中央空调余热回收生产饮用水的装置，包括热转换器8、保温水箱12、第二阀门13和过滤器14；热转换器8安装在中央空调的压缩机与冷凝器之间，其中压缩机1的高压端接蒸发器4，压缩机1的低压端通过热转换器8连接冷凝器2，节流阀5两端分别与冷凝器2和蒸发器4连接；自来水管10通过第一阀门9与热转换器8下端连接，出水管连接在热转换器8上端，并与保温水箱12连接，保温水箱12通过第二阀门13与过滤器14连接，过滤器14与饮用水出水口15连接。保温水箱12内壁优先选用与第二保温材料23相连。中央空调余热回收生产饮用水的装置还包括电加热器11，电加热器11设置在连接热转换器8与保温水箱12的管道上，通过对来自热转换器8的水进一步进行电加热，确保进入保温水箱12沸腾，适于饮用。过滤器14选用不锈钢丝网或者陶瓷过滤器，在不锈钢饮用水保温箱的出口位置安装过滤器14，目的是满足饮用水的水质要求。

热转换器8包括不锈钢外壳18、排气管、导热硅质19和第一保温材料20；不锈钢外壳18内壁设有第一保温材料20，不锈钢外壳18中心为空心结构，与压缩机1连接的排气管位于空心结构中部，排气管外周涂有导热硅质19，空心结构为下大上小的锥形结构，空心结构的容量控制在4～6升的范围，热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3；空心结构上下部密封，下部通过排气管与压缩机1连接，来自蒸发器制冷剂21经压缩机1泵入排气管，在热转换器8内与空腔内的自来水进行热交换，成为进入冷凝器的制冷剂22，流入冷凝器2。因为温度与水流量成反比关系，所以热交换器上面的直径和下面的直径比例为1∶2-3，以便满足热量的要求。为降低接触热阻，在不锈钢换热器内壳与压缩机排气管外表面涂上良好的导热材料(如导热硅质19)。自来水在该换热器中持续不断的流动，被来自压缩机排气管外表面的热量加热。第一保温材料和第二保温材料可选用聚氯乙烯保温材料，热转换器8选用食品级不锈钢换热器。为保持热转换器8及管路的卫生，需要定期(如2～3天)进行冲洗，故不锈钢换热器内表面尽量光洁。

热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3，其原因是根据如下公式：

Q_吸＝C×M×Δt

＝C×ρ×L×S×v×Δt

＝C×ρ×L×π×r²×v×Δt

上式中符号的意义如下：

Δt——水的进出口温差，℃；

C——水的比热，kJ/kg·℃；

ρ——水的密度，kg/m³；

L——热交换器的长度，m；

S——热交换器中空心结构任一横截面的截面积，m²；

r——热交换器中空心结构任一横截面的半径，m；

v——水的流速，m/s。

当半径r＝1单位长度变为1/2单位长度时，如果Q_吸恒定，则理论上水温可升高4倍，实际上由于水的流动状态及热阻的关系。换热器中水的温升足以达到沸点。

如图2、3所示，带有图1所示的中央空调余热回收生产饮用水的装置中央空调还包括压缩机1、冷凝器2、旁通阀3、蒸发器4、节流阀5、冷冻泵6、空调末端装置7、热转换器8、冷却塔16和冷却泵17。其中，空调末端装置7和旁通阀3相并联，两并联端中的一端直接接入蒸发器4，另一端通过冷冻泵6接入蒸发器4，构成冷冻水循环系统。冷却塔16的一端直接连接冷凝器2，另一端通过冷却泵17连接冷凝器2，构成冷却水循环系统。蒸发器4的制冷剂流通管的进出口上分别设有第一温度传感器K1和第二温度传感器K2，冷凝器2的制冷剂流经管的进出口分别设有第三温度传感器K3和第四温度传感器K4；保温水箱12和电加热器11之间的管道上设有第五温度传感器K5；旁通阀3两端分别设有第一压力传感器L1和第二压力传感器L2；第一温度传感器K1、第二温度传感器K2、第三温度传感器K3、第四温度传感器K4、第五温度传感器K5、第一压力传感器L1和第二压力传感器L2分别与可编程控制器PLC连接，可编程控制器PLC分别与电源Power和可触摸屏O连接；可编程控制器PLC还分别通过第一变频器S1、第二变频器S2和第三变频器S3分别与冷冻泵6、冷却泵17和冷却塔16。第一温度传感器K1、第二温度传感器K2、第三温度传感器K3、第四温度传感器K4和第五温度传感器K5采集温度信息送往可编程控制器PLC进行分析处理运算，第一压力传感器L1和第二压力传感器L2采集压力信息，送往可编程控制器PLC进行分析处理运算，可编程控制器PLC输出的变频控制指令分别经第一变频器S1、第二变频器S2来调控冷冻泵6和冷却泵17的运行频率，可编程控制器PLC输出的变频控制指令经第三变频器S3控制冷却塔16风机的转速，使冷却塔16处于最佳工况，达到节能之目的。

本发明的中央空调余热回收生产饮用水的装置既可安在现有中央空调中，也可安在待装的中央空调中，对已经安装使用的现有中央空调，在不改变原有中央空调硬件和控制系统参数的条件下，加装一套中央空调余热回收生产饮用水的装置及控制系统即可。对于计划新安装的中央空调，可以在安装中央空调机组的同时安装中央空调余热回收生产饮用水的装置及控制系统。

对于机场、车站、商场等地方的人流量大，在条件许可的情况下，免费向公众提供开水(饮用水)，以便满足公众的需要。现在的机场、车站、商场等地方均安装使用了中央空调，这些地方的中央空调机组制冷量一般在300～1000冷吨，甚至更大的制冷量(1冷吨＝3.517Kw)，其排放的废热等于制冷量与压缩机发热量之和，该废热如果排放到空间，会对周围环境造成热污染，导致周围环境温度升高，引起冷凝器的散热效果下降，使冷凝温度升高，则引起压缩机的排气温度及压力升高，使空调系统的制冷量减少，同时能耗增加。中央空调压缩机在正常运转时排气管表面的温度(即排气管温度，排气管温度通常比气缸排气温度低10～40℃，正常状态下气缸排气温度在150℃以内，)为110℃～120℃。如果压缩机排气管温度不超过120℃，即为正常工作状态，压缩机排气管温度超过120℃，系统会报警、停机，此时需要维修。而在压缩机排气管与冷凝器之间的排气管上加装余热回收换热器后，可有效地促进压缩机排气管的散热，降低了压缩机的排气口温度，同时降低了压缩机的排气压力，使压缩机工作在正常工作状态(排气温度、压力保持最佳工况)，达到中央空调压缩机节能降耗的效果(冷凝温度降低1℃，空调电耗降低4％)。

Claims

1.一种中央空调余热回收生产饮用水的装置，包括热转换器和保温水箱；热转换器安装在中央空调的压缩机与冷凝器之间，其中压缩机的高压端接蒸发器，压缩机的低压端通过热转换器连接冷凝器，节流阀两端分别与冷凝器和蒸发器连接；自来水管与热转换器下端连接，出水管连接在热转换器上端，并与保温水箱连接；其特征在于，所述热转换器包括不锈钢外壳、排气管、导热硅质和第一保温材料；不锈钢外壳内壁设有第一保温材料，不锈钢外壳中心为空心结构，与压缩机连接的排气管位于空心结构中部，排气管外周涂有导热硅质，空心结构为下大上小的锥形结构，空心结构的容量控制在4～6升的范围，热交换器空心结构上顶面的直径和下底面的直径比例为1∶2～3；空心结构上、下部密封。

2.根据权利要求1所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置，其特征在于：所述的热转换器为食品级不锈钢换热器。

3.根据权利要求1所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置，其特征在于：所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置还包括第二阀门和过滤器，保温水箱通过第二阀门与过滤器连接，过滤器与饮用水出水口连接。

4.根据权利要求1或3所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置，其特征在于：所述的保温水箱内壁与第二保温材料相连。

5.根据权利要求3所述的中央空调余热回收生产饮用水的装置，其特征在于：所述的过滤器为不锈钢丝网或者陶瓷过滤器。