CN103486713A - 基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，在不改变空调结构的基础上，添加冷凝水收集装置、控制模块及温差发电供电模块；通过利用空调自身产生的冷凝水，主要对空调产生的冷凝水进行收集并储存在聚氨酯保温水箱中，并且通过水箱内部的液位检测模块和空调压缩机的温度检测模块来控制电磁阀将保温水箱中储存的冷凝水分别利于加强空调冷凝器的散热和压缩机的降温；而整套装置利用冷凝器高温端所散发的热量与空调产生的冷凝水制造一定的温差，采用温差发电组将散发的热能转化为电能储存起来供给装置使用，达到装置的无能耗运行。有效的提高了空调的能效比，维护夏季高温时期空调压缩机的工作性能，达到节能减排的目的。

Description

基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置

技术领域

本发明涉及一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置。

技术背景

空调是大多数家庭、商场、公司等场合的主要制冷设备。但是空调在使用过程中产生的很大一部分热能和冷凝水中的能量都被浪费掉。据统计在我国，建筑采暖、空调能耗均高于发达国家，其中单位面积的制冷能耗相当于气候相近的发达国家的2-3倍，而在夏季天气越热,空调电力空调负荷越大,以致夏季用电高峰出现季节性缺电，造成“电荒”。

从空气调节原理可知，夏季空调送风温度低于新风和回风混合点的露点温度，空气中的水蒸气就会变成冷凝水，因此只要空调制冷运行，冷凝水就会源源不断地产生。冷凝水的温度在10℃一15℃之间，这部分冷量完全可以利用。但目前空调冷凝水的处理方法多是在蒸发器内放置滴水盘，通过管道直接排到室外，这种做法不仅浪费了大量水资源和冷凝水的冷量，而且由于冷凝水中含有室内空气中的细菌、灰尘和杂质等，易造成建筑污染，这与国家提倡的节能减排政策相违背。而近年来地球温室效应的不断加剧，夏季室外气温比往年高出许多。恶劣的散热条件使得家用空调风冷式冷凝器的散热能力越来越不能满足空调的出厂设计要求(一般空调室外夏季设计温度为35℃，如今夏季平均气温普遍在38℃左右，空调冷凝器散热面积和通风量明显偏小)，同时恶劣的散热条件使空调压缩机工作能力下降，而分体式空调中压缩机并没有有效的散热措施，由于压缩机过载保护器使得空调制冷过程中未能达到用户调定温度而停机。近年来半导体温差发电作为一种全固态能量转化方式，无需化学反应和流体介质，具有无噪音、体积小、重量轻、使用寿命长等优点，使得民用领域的温差发电技术成为了热门的研究方向。国内商用温差制冷模块的研制已经成熟，市场上也逐渐出现民用的温差发电产品，因此为空调废热温差发电装置的实现提供了条件。

发明内容

针对以上的现象，本发明提供一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，空调产生的冷凝水可利于冷凝器散热和压缩机降温；同时冷凝器高温端所散发的热量与空调产生的冷凝水制造一定的温差，采用温差发电组将散发的热能转化为电能储存，达到装置的无能耗运行，其具有清洁、无污染、无能耗的特点，符合绿色环保的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，包括设在空调冷凝器壳体上端聚氨酯保温水箱和温差发电模块，聚氨酯保温水箱上端连接冷凝水进水管，其特征在于，温差发电模块置于聚氨酯保温水箱的底部，通过螺钉与空调冷凝器壳体顶盖固定，由导热片、温差发电片、散热翘片、电能管理模块组成，导热片与温差发电片的高温面相接，温差发电片的低温面与散热翘片相接，温差发电片输出与电能管理模块相接；聚氨酯保温水箱的左侧端通过带有电磁阀的水管与置于外机顶盖下5cm处的均水管连接，均水管底设为15度的均水槽，槽口紧贴冷凝器散热翅片；聚氨酯保温水箱的左侧端通过带有电磁阀的水管与缠绕在压缩机上的细铜管连通，给压缩机降温，铜管与节水口连通。

聚氨酯保温水箱内还设置有液位控制模块，采用单片机引脚电平测量法检测冷凝水箱中液位，在水箱需监测水位位置布置金属导体并将其与单片机引脚相连，将单片机的GND接到水箱底端。当水位到达相应的高度时，利用水的导电性将相应引脚接地，单片机触发电平，从而实现固定水位的监测。为加强检测的灵敏度，可在引出的导线末端系上金属块，以增强在水中的电场，更便于引脚与地的导通。

电路管理模块采用STC89C52单片机作为系统的控制核心，对测量模块采集回的液位、温度等信息进行分析处理，通过芯片内部的程序控制出水阀的开闭、电源模块的蓄放电等系统的工作任务，单片机内部设置中断，使系统间歇性工作，减低系统的耗电量。12V升压电路利用MAX1771DC--DC转换芯片，电路采用Buck-Boost变换器的结构，通过芯片内部处理器处理电压信号，控制MOS管的开关，FR157作为续流二极管，由输入输出端的滤波电容，滤除干扰，使电路稳定输出12V直流电压。

本发明的有益效果是：通过利用空调自身产生的冷凝水，主要对空调产生的冷凝水进行收集并储存在聚氨酯保温水箱中，并且通过水箱内部的液位检测模块和空调压缩机的温度检测模块来控制电磁阀将保温水箱中储存的冷凝水分别利用于加强空调冷凝器的散热和压缩机的降温；而整套装置利用冷凝器高温端所散发的热量与空调产生的冷凝水制造一定的温差，采用温差发电组将散发的热能转化为电能储存起来供给装置使用，达到装置的无能耗运行。

该冷凝水回收装置不影响空调的正常工作，对现有空调结构并无改变，且该装置便于安装，根据不同型号的空调可设定不同的冷凝水量，可广泛运用于家庭、商场、图书馆等场合，因此具有良好的适应性和推广性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是温差发电模块的结构示意图

图3是控制硬件电路设计框图

图4是液位检测硬件连接简图

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明。

在图1、图2所示的第一实施例中，一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，包括设在空调冷凝器壳体上端聚氨酯保温水箱（4）和温差发电模块（5），聚氨酯保温水箱（4）上端连接冷凝水进水管（3），其特征在于，温差发电模块（5）置于聚氨酯保温水箱（4）的底部，通过螺钉（12）与空调冷凝器壳体顶盖固定，由导热片（11）、温差发电片（10）、散热翘片（9）、电能管理模块组成，导热片（11）与温差发电片（10）的高温面相接，温差发电片（10）的低温面与散热翘片（9）相接，温差发电片（10）输出与电能管理模块相接；聚氨酯保温水箱（4）的左侧端通过带有电磁阀（1）的水管与置于外机顶盖下5cm处的均水管（2）连接，均水管（2）底设为15度的均水槽，槽口紧贴冷凝器散热翅片；聚氨酯保温水箱（4）的左侧端通过带有电磁阀（1）的水管与缠绕在压缩机上的细铜管（7）连通，给压缩机降温，铜管（7）与节水口（8）连通。

温差发电模块（5）采用四片温差发电片串联以提高发电电压，其中温差发电器件选用TEPI-12646-1.5型小型高效半导体温差发电片，这种新型的半导体温差发电模块（5）采用了Bi2Te3基固溶体的热电材料，具有优良的耐温性能、疲劳性能和输出功率。同时在热电偶的空隙之间填充了一种隔热效果优良的材料，提高了半导体温差发电模块（5）的转化效率。

在图4所示的第二实施例中，聚氨酯保温水箱（4）内还设置有液位控制模块，采用单片机引脚电平测量法检测冷凝水箱（4）中液位，在水箱（4）需监测水位位置布置金属导体并将其与单片机引脚相连，将单片机的GND接到水箱（4）底端。当水位到达相应的高度时，利用水的导电性将相应引脚接地，单片机触发电平，从而实现固定水位的监测。为加强检测的灵敏度，可在引出的导线末端系上金属块，以增强在水中的电场，更便于引脚与地的导通。

利用单片机引脚电平测量法检测冷凝水箱（4）中液位，当水位到达相应的2.3L处时，单片机引脚P1^0输入低电平采取动作，控制打开通向冷凝器的水阀放水，水箱（4）中的冷凝水经不锈钢水管流到焊接在空调外机轴流风扇的均水管（2）槽中，均水管（2）槽口紧贴空调外机冷凝器的散热翅片，水箱（4）中的冷凝水流向均水槽中的水溢出时，水可沿着冷凝器散热翅片流动以加强冷凝器的散热效率来达到节能的效果。当聚氨酯保温水箱（4）中的水位下降到2L处时，与2L处金属导体相连的P1^1引脚此时输入高电平，单片机收到信号后，控制关闭水阀，停止放水。

为提高空调压缩机的使用寿命，维护压缩机的正常工作，在压缩机的顶部安装温度传感器（6）来检测压缩机温度，当传感器检测出压缩机温度过高时，通过单片机控制打开通向压缩机水阀，聚氨酯保温水箱（4）中的冷凝水流向缠绕在压缩机外壳的散热饶管来给压缩机降温，防止压缩机过热而损坏，经过饶管的冷凝水最后通过铜管末端的节水口（8）流出。

在图3所示的第三实施例中，电路管理模块采用STC89C52单片机作为系统的控制核心，对测量模块采集回的液位、温度等信息进行分析处理，通过芯片内部的程序控制出水阀的开闭、电源模块的蓄放电等系统的工作任务，单片机内部设置中断，使系统间歇性工作，减低系统的耗电量。12V升压电路利用MAX1771DC--DC转换芯片，电路采用Buck-Boost变换器的结构，通过芯片内部处理器处理电压信号，控制MOS管的开关，FR157作为续流二极管，由输入输出端的滤波电容，滤除干扰，使电路稳定输出12V直流电压。

本发明工作时，聚氨酯保温水箱（4）底座用螺钉（12）连接的高效导热底座可将冷凝器高温段的热量传递至聚氨酯保温水箱（4）内的温差发电片下端面，与温差发电片上端相接触的的高效散热翅片通过与聚氨酯保温水箱（4）中低温冷凝水的接触来维持温差发电片上端面的低温。这样则温差发电片组两面就可维持较大温差，由赛贝克效应温差发电片可产生电能经稳压电路及储能电路存储于蓄电池中供给装置的控制部分使用。

Claims (5)

1.一种基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，包括设在空调冷凝器壳体上端聚氨酯保温水箱和温差发电模块，聚氨酯保温水箱上端连接冷凝水进水管，其特征在于，温差发电模块置于聚氨酯保温水箱的底部，通过螺钉与空调冷凝器壳体顶盖固定，由导热片、温差发电片、散热翘片、电能管理模块组成，导热片与温差发电片的高温面相接，温差发电片的低温面与散热翘片相接，温差发电片输出与电能管理模块相接；聚氨酯保温水箱的左侧端通过带有电磁阀的水管与置于外机顶盖下5cm处的均水管连接，均水管底设为15度的均水槽，槽口紧贴冷凝器散热翅片；聚氨酯保温水箱的左侧端通过带有电磁阀的水管与缠绕在压缩机上的细铜管连通，给压缩机降温，铜管与节水口连通；所述聚氨酯保温水箱内还设置有液位控制模块。

2.根据权利要求1所述的基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，其特征在于：温差发电模块采用四片温差发电片串联提高发电电压，其中温差发电器件选用TEPI-12646-1.5型小型高效半导体温差发电片。

3.根据权利要求1所述的基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，其特征在于：液位控制模块采用单片机引脚电平测量法检测冷凝水箱中液位，在水箱需监测水位位置布置金属导体并将其与单片机引脚相连，将单片机的GND接到水箱底端；水位到达相应的高度时，利用水的导电性将相应引脚接地，单片机触发电平，从而实现固定水位的监测；为加强检测的灵敏度，在引出的导线末端系上金属块，增强在水中的电场，便于引脚与地的导通。

4.根据权利要求1所述的基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，其特征在于：电路管理模块采用STC89C52单片机作为系统的控制核心，对测量模块采集回的液位、温度等信息进行分析处理，通过芯片内部的程序控制出水阀的开闭、电源模块的蓄放电的工作任务，单片机内部设置中断，使系统间歇性工作，减低系统的耗电量。

5.根据权利要求1所述的基于温差供能的新型空调冷凝水回收利用装置，其特征在于：压缩机的顶部安装有温度传感器，用于检测压缩机温度，当传感器检测出压缩机温度过高时，通过单片机控制打开通向压缩机水阀，聚氨酯保温水箱中的冷凝水流向缠绕在压缩机外壳的散热铜管来给压缩机降温，防止压缩机过热而损坏，经过饶管的冷凝水最后通过铜管末端的节水口流出。

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