CN101832624A

CN101832624A - 家用空调冷凝热回收利用节电装置

Info

Publication number: CN101832624A
Application number: CN 201010193429
Authority: CN
Inventors: 李智祥; 杨剑锋; 陈伟; 宋绍真; 王翯; 胡禅; 彭时敏; 熊飞
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明涉及一种家用空调冷凝热回收利用节电装置，该装置主要由温控电磁阀(5)、自动控制器(16)及热交换器组成，其中：热交换器由冷凝箱(1)、热管(2)和水箱(3)构成，热管(2)穿越冷凝箱(1)和水箱(3)，热管(2)为传热元件；水箱(3)通过热水出口管(13)与家用热水器的进口管道相连，并且通过与热水出口管(13)相连的温控电磁阀(5)和自动控制器(16)实现热水的自动流动。本装置具有结构简单、安装方便且成本较低等优点，适用于酒店宾馆以及民用住宅中的各种不同的冷凝系统，将热能用于冷水的加热，以达到减少热量排放与节约电能的目的。

Description

家用空调冷凝热回收利用节电装置

技术领域

本发明涉及空调废热回收装置，特别是涉及一种用于回收家用空调压缩机压缩冷凝剂时产生的废热，利用这些冷凝热加热水且部分代替冷凝器工作的节电装置。

背景技术

目前家电产品是能源消耗大户，耗电量超过全国总用电量的15％，而空调的能耗又占到全部家电产品的30％。另外空调在工作的同时还排放出大量的废热到空气中，这既造成了热污染还使大量热能浪费掉。节能减排是国家的政策，并且减少热污染也是环境保护的一项要求。随着人们环保意识的提高，作为既耗能又造成环境污染的空调当然就格外引人注意。

热水器也是日常生活中的必需品，目前加热水我们大多还是是利用电能。我们所需的热水，40℃至50℃足够了，如果选用可以烧出上千度高温的电来完成简单的低温加热需求，把高品位能量转化为低品位的能量使用，这是极大的能源浪费，其中大约70％的电量是煤电，而且煤、油和气在燃烧过程中产生大量的热损耗和废气排放，会造成空气污染，既不科学又不经济。

基于以上原因，我们的设计目的就是想办法将空调和换热器及热水器结合起来。让换热器收集空调产生的废热，产生的热水用于洗浴等日常生活需要。水温达到一定后，空调原有的冷凝装置可以自动启动散热；不用空调时，热水器又可独立使用。这样不仅减少了空调向环境的废热排放，还同时节省了空调和热水器的耗电量，起到了环保节能的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、安装方便且成本较低的能将家用空调冷凝剂废热回收利用的节电装置，适用于各种不同的冷凝系统，当冷凝剂温度升高需要耗电降温时，能够将热能用于冷水的加热，达到节能环保的目的。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：主要由温控电磁阀、自动控制器及热交换器组成。其中：热交换器由冷凝箱、热管和水箱构成，热管穿越冷凝箱和水箱，热管为传热元件；水箱通过热水出口管与家用热水器的进口管道相连，并且通过与热水出口管相连的温控电磁阀和自动控制器实现热水的自动流动。

本发明是一种用于制冷系统的冷凝剂吸热升温时，需要消耗电能以降低冷凝剂温度的装置，该装置与现有技术相比具有以下的主要优点：

其一，构思新颖。

一是将制冷系统冷凝剂携带的热能用于水的加温，不仅减少了废热的排放量，同时节省了热水器的电能以及空调室外机风冷器的工作耗电量。二是采用了热利用率很高的设计方式，将水箱竖直放置，底端低端为冷水入口，顶端为热水出口，而高温冷凝剂却是从上向下流动，温度逐渐降低，到达底端时温度将会低于顶端热水温度。三是利用电路自动控制，实现热水自动流入热水器的保温箱中。四是利用热管进行冷凝热的热交换，增大热交换的速度。

其二，结构简单。

热交换器分为冷凝箱和水箱两部分，水箱上端接温控电磁阀，并与保温水箱链接，冷凝箱则接入冷凝剂循环回路中，水箱与冷凝箱之间为传热装置热管。整个装置原理清晰，设计简约，极易制造安装。

其三，传热效率高，节能性能好。

根据热力学计算简述：

QC＝(1+1/COP)×QL＝(COP+1)×PE≈4PE

式中：QC——冷凝热量；QL——制冷量；PE——轴功率；

COP——压缩机的性能参数，COP＝QL/PE，取值一般在2.9-3.1之间；

压力平衡方程式Δp_c＝Δp_v+Δp_l+Δp_g

Q = \frac{ρ_{l} L A_{ω} K}{μ_{l} l_{eff}} (\frac{2 σ_{l} \cos θ}{r_{c}} - ρ_{l} gl \sin θ)

其中：

l_{eff} = l_{a} + \frac{l_{v} + l_{c}}{2}

式中：

Q：最大传热能力；L：水的汽化潜热； ρ_l：工质的液相密度；

K：100目丝网的渗透率(152×10^-10m²)； A_ω：管芯的截面面积；

μ_l：工质的液相动力粘度； l_eff：流体流动的总有效长度；

l_a：热管绝热段长度(取0)； l_v：热管蒸发段长度(200mm)；

l_e：热管冷凝段长度(200mm)； σ_l：水的表面张力；

r_c：250目丝网的毛细孔半径(0.0002mm)； θ：接触角；

g：当地重力加速度(9.81m/s²)； 1：热管长度；

Φ：热管与水平方向的夹角(冷凝端低于蒸发端时Φ为正)。

经计算：工作环境为35℃时，每根这种热管工作一小时可传递的热量为：

Q′＝Q×3600＝256.6271×3600＝9.6258×10⁵J

要使水温上升30℃，则加热水的质量为：

m = \frac{Q^{'}}{C \cdot Δt} = \frac{9.6258 \times 10^{5}}{4.2 \times 10^{3} \times 30} = 7.5893 kg

式中：

Q′：热管一小时可传递的热量；C：水的比热容；

M：热水的质量；Δt：水的出口和入口温差。

当空调排出的冷凝热约为3500W，本发明设计的热管箱能使这些热量与冷水进行交换。能使20℃的水温度上升到50℃，通过以上计算可知一根功率在环境温度为80℃左右时的热管可以按设计使7.5kg左右的水的温度上升到50℃。

总之，本发明具有结构简单、安装方便且成本较低等优点，适用于酒店宾馆以及民用住宅中的各种不同的冷凝系统，将热能用于冷水的加热，以达到减少热量排放与节约电能的目的。

附图说明

图1是家用空调冷凝热回收利用节电装置原理图。

图2是热交换器的结构示意图。

图3是自动控制器的电路原理图。

图中：1.冷凝箱；2.热管；3.水箱；4.感温元件；5.温控电磁阀；6.室内机；7.空调室外机；8.膨胀阀；9.电磁阀；10.视液镜；11.干燥过滤器；12.储液罐；13.热水出口管；14.自来水管；15.压缩机；16.自动控制器。

具体实施方式

本发明提供的家用空调冷凝热回收利用节电装置，是一种减少制冷系统向外界排放废热以及将水加热的节能减排装置。

如图1所示，本装置主要由温控电磁阀5、自动控制器16及热交换器组成，其中：热交换器由冷凝箱1、热管2和水箱3构成，热管2穿越冷凝箱1和水箱3，热管2为传热元件。水箱3通过热水出口管13与家用热水器的进口管道相连，并且通过与热水出口管13相连的温控电磁阀5和自动控制器16实现热水的自动流动。

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

一.热交换器

所述水箱3，竖直放置，其结构如图1所示：底端接有自来水管14，为冷水入口；顶端通过管道连接件与热水出口管13相连，为热水出口；顶端装有感温元件4。这样，利用水在不同温度下的密度不同，温度高的水密度小，使水自动向上运动，高温的水运动到水箱的顶端，然后通过自动控制器16的自动控制打开温控电磁阀5，使水进入家用热水器中。

冷凝箱1内部结构呈S型走向，要和水箱3焊接在一起，里面装有热管2，要能承受一定的压强且密封性要好。热管2由冷凝箱1呈60°向上斜插入水箱中，进行高效传热。

所述感温元件4，其温度信号经过自动控制器16控制处理，仅当水箱3出口温度高于设定值T1时，自动控制器16打开温控电磁阀5，随后在温度降至T2时，关闭温控电磁阀5。感温元件4可采用型号为NTC型热敏电阻元件。

热交换器的工作过程如下：

水箱内下端的水经加热升温后向上自动流动，到达顶端，在这一过程中从顶端进入冷凝箱1的高温冷凝剂通过热管2与水进行热交换；热管2将冷凝剂的热量传给水箱中的水，将水加热，冷凝剂由压缩机15的驱动下在冷凝箱中走“S”形路线，从冷凝箱的底端出来，这样通过逆向热交换能使冷凝剂的温度进一步降低，使其出口温度满足所需要求。

通过温控电磁阀5的控制，达到预定温度的热水由热水出口管13进入家用电热水器保温箱中，以供人们的夏天生活用水。冷凝剂从冷凝箱1底端出口处流出，到达空调室外机7的风冷器时将会减少冷凝器的工作耗能，理想状态时，甚至可以代替风冷器的降温工作。

图1中的其它部件为现有技术，主要是：空调室外机7的冷凝管经管道连通储液罐12。储液罐12经管道连通室内机6的冷凝管，该管道上装有干燥过滤器11、视液镜10、电磁阀9和膨胀阀8。室内机6的冷凝管又经管道连通压缩机15的输出管。

二.温控电磁阀5和自动控制器16：

1.温控电磁阀5：

所述温控电磁阀(简称电磁阀)可使用REP-20型先导式电磁阀，受自动控制器16控制。其作用是：检测换热器出口处温度，当水温高于设定温度Th时，将电磁阀打开，水箱3中的水将放出至家用电热水器保温箱中。当水温低于设定温度T1时，电磁阀关闭。

2.自动控制器16

自动控制器16控制热水的出口温度。

自动控制器设有自动控制电路，该电路主要由热敏电阻元件、触发器、电阻、三极管和二极管组成，Rt为热敏电阻元件，可选用NTC型热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。触发器为施密特触发器，其由可调电阻Rp1、电阻R2、反相器CMOS组成。

所述自动控制电路的各部件的连接关系如图3所示：热敏电阻元件Rt经电阻R1接地，又经触发器与三极管Q1的基极相连和接地。三极管Q1的发射极接地。三极管Q1的集电极与二极管D1的正极和电磁阀9相连。

假设反相器CMOS的阈值电压为V_th＝V_DD/2＝2.5V，正向阈值电压为

负向阈值电压为

并且取Rp1＝960Ω，R2＝20K Ω，R1＝20KΩ。

本自动控制器的工作过程是：开机时，水温低于50℃，由Rp1、R2、CMOS反相器组成的施密特触发器(简称触发器)输出低高电平。当水加热至55℃时，触发器输出低电平，三极管Q1截止，二极管D1两端电压接近5V，电磁阀将被打开，热水从水箱上端的热水出口13处流出，同时冷水从水箱下端的自来水入口14处进入，水温将降至低于50℃。此时，触发器又将输出高电平，三极管Q1导通，电磁阀闭合。

通过以上的电控过程，可以使冷水烧热到预定温度后自动流入家用电热水器保温箱中，同时使冷水进入水箱3。

本说明书未提及的技术内容，均同现有技术。

Claims

1.家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是该装置主要由温控电磁阀(5)、自动控制器(16)及热交换器组成，其中：热交换器由冷凝箱(1)、热管(2)和水箱(3)构成，热管(2)穿越冷凝箱(1)和水箱(3)，热管(2)为传热元件；水箱(3)通过热水出口管(13)与家用热水器的进口管道相连，并且通过与热水出口管(13)相连的温控电磁阀(5)和自动控制器(16)实现热水的自动流动。

2.根据权利要求1所述的家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是水箱(3)竖直放置，其底端接有自来水管(14)，为冷水入口；其顶端通过管道连接件与热水出口管(13)相连，为热水出口；其顶端装有感温元件(4)。

3.根据权利要求1所述的家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是热管(2)由冷凝箱(1)呈60°向上斜插入水箱(3)中。

4.根据权利要求1所述的家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是所述自动控制器(16)设有自动控制电路，该电路主要由热敏电阻元件、触发器、电阻、三极管和二极管组成，其中：热敏电阻元件Rt经电阻R1接地，又经触发器与三极管Q1的基极相连和接地；三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极与二极管D1的正极和电磁阀(9)相连。

5.根据权利要求4所述的家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是所述热敏电阻元件Rt，采用NTC型热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。

6.根据权利要求4所述的家用空调冷凝热回收利用节电装置，其特征是所述触发器为施密特触发器，其由可调电阻Rp1、电阻R2和反相器CMOS组成，其中：电阻R2和反相器CMOS并连，它们的输入端与可调电阻Rp1相连，它们的输出端与二极管D1的正极和电磁阀(9)相连。