CN104253565B - 一种空调废热废能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调废热废能发电装置，设置在空调室外机内，包括热交换器、温差发电模块组件、动能发电模块组件和控制装置；所述热交换器，包括冷凝管和翅片散热板；所述翅片散热板的截面呈U型，覆盖在热交换器的冷凝管外并紧贴冷凝管外壁；所述热交换器与温差发电模块组件贴合；所述温差发电模块组件、动能发电模块组件分别与控制装置连接，向用电设备进行供电。空调工作时，温差发电模块组件利用冷能管中废热产生的温差进行发电，动能发电模块组件利用风扇旋转的废能进行发电，转换的电能通过控制装置向用电设备供电，不但减少空调消耗的市电，而且有效减少废热排放，也不产生新的污染，节能环保。

Description

一种空调废热废能发电装置

技术领域

本发明涉及空调设备技术领域，具体是指一种空调废热废能发电装置。

背景技术

截止2013年12月的统计数据显示我国空调保有量已超6亿台，按每年使用1000小时计算，每年仅空调一项消耗的电量为6000亿千瓦时以上。而且，每消耗1千瓦时电，相当于消耗0.37千克标准煤，排放1千克二氧化碳等温室气体。也就是说，仅就我国目前使用空调，每年相当于消耗2.22亿吨标煤，排放6亿吨二氧化碳等温室气体。另外，空调待机时也在消耗电能，据统计，空调待机一年也要耗电约26.7千瓦时。空调的工作原理是利用热交换器对室内和室外的空气热能进行交换，同时通过风扇对空调室外机内部进行散热。随着节能环保意识的增强，人们已意识到节电节能的重要性。为了充分利用空调工作时热交换器产生的废热和风扇转动的废能，降低能耗，减少排放，需要提供一种空调废热废能发电装置，利用空调工作时热交换器产生的废热和风扇转动的废能转换为电能，转换的电能用以补充空调运行所消耗的电能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调废热废能发电装置，利用空调工作时热交换器产生的废热和风扇转动的废能转换为电能，转换的电能用以补充空调运行所消耗的电能，既减少空调耗电，又减少废热排放。

本发明通过下述技术方案实现：包括热交换器、温差发电模块组件、动能发电模块组件和控制装置；所述热交换器，包括冷凝管和翅片散热板；所述翅片散热板的截面呈U型，覆盖在热交换器的冷凝管外并紧贴冷凝管外壁；所述温差发电模块组件，包括温差发电模块、冷端传导板、冷介质循环导管和冷介质存储器；所述冷介质存储器与冷介质循环导管内部导通连接，包括循环泵和冷却剂喷嘴；所述冷介质循环导管呈S型排布并嵌入翅片散热板的翅片间隔中；所述冷介质循环导管、冷端传导板、温差发电模块和翅片散热板依次紧固连接；所述动能发电模块组件，包括锥齿轮组、发电机；所述锥齿轮组包括与风扇旋转轴同轴连接的第一锥齿轮和与发电机转子同轴连接的第二锥齿轮，且第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合；所述控制装置，包括信号控制器和依次连接的充电控制器、逆变器、蓄电池组；所述充电控制器包括依次连接的输入端、稳压控制电路、输出端；所述信号控制器包括依次连接的传感器组、信号处理模块和控制端；所述逆变器与信号控制器、冷介质存储器连接；所述蓄电池组包括若干串联的蓄电池。

空调运行时室内压缩机、室外热交换器、室内蒸发器依次循环连接，制冷剂循环流动进行热量交换。空调制冷时，室外温度高于室内温度，经过压缩机加压并吸收了室内高温的气态制冷剂经过S型冷凝管，放出热量而变为液态。由于冷介质循环导管、冷端传导板、温差发电模块、翅片散热板和冷凝管依次紧密连接，温差发电模块与翅片散热板接触端吸收冷凝管散发的热量而温度升高；而温差发电模块与冷端传导板接触端被冷介质循环导管中的冷介质吸收热量而温度降低，在温差发电模块两面形成温度差，从而产生温差电动势。利用温差发电模块的特性，将空调工作过程中产生的废热转化为电能。

空调持续运行时，冷介质存储器内部的循环泵启动，使得冷介质循环导管内的冷介质进行循环流动，利于保持温差发电模块两面温差。空调长时间运行或室内外温差较小等情况可能致使温差发电模块两面温差较小，可通过冷却剂喷嘴向冷介质存储器中冷介质添加冷却剂辅助降温，再经过循环泵将冷介质充入冷介质循环导管中，降低冷端传导板与温差发电模块接触面的温度，进而增加温差发电模块两面温差而转化为电能。

空调制热时，室内温度低于室外温度，制冷剂逆向流动，在蒸发器中由气态变为液态，再经过冷凝管吸收热量变为气态。此时，温差发电模块与翅片散热板接触端的温度高于与冷凝管接触端的温度而形成温差，并转化为电能。

空调工作时，室外机的风扇一直在转动进行辅助散热。锥齿轮组中第一锥齿轮与风扇旋转轴同轴连接，第二锥齿轮与发电机转子同轴连接，且第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，所以动能发电模块组件可通过锥齿轮组和发电机的连接将风扇转动的动能通过转化为电能。

温差或动能转化的电能通过控制装置中的充电控制器、蓄电池组、逆变器供给用电设备，补充电能，减少空调所消耗的市电。所述温差发电模块组件或动能发电模块组件产生的电能从输入端通过稳压控制电路转化为稳压电源，再从输出端充入蓄电池组进行存储，通过逆变器向用电设备供电。利用废热废能转换的电能通过逆变器为信号控制器供电以实现自动调节控制功能；通过逆变器为冷介质存储器供电以维持温差进行发电，转换的电能可满足本装置自身需消耗的电能，多余的电能一部分存储在蓄电池组中作为装置启动电源或空调待机时所需能源，另一部分通过逆变器输送给其他用地设备，如风扇、压缩机等。本发明利用空调工作时产生的废热废能进行发电，不仅可对空调所需电能进行补充而减少市电消耗，还可以提高热交换器工作效率进而减少废热排放，节能环保。

进一步地，所述温差发电模块截面呈U型，冷端传导板截面呈U型；所述冷介质循环导管侧壁与冷端传导板的U型内侧面紧密接触，冷端传导板的U型外侧面与温差发电模块U型内侧面紧密接触，温差发电模块U型外侧面与翅片散热板表面紧密接触。

U型冷端传导板紧密内套于U型温差发电模块，且U型冷端传导板的U型内侧面与S型排布的冷介质循环导管的导管紧密接触，U型温差发电模块的U型外侧面紧紧嵌入翅片散热板相邻翅片的间隔中。所述结构增加温差发电模块的工作面，充分利用热交换器与冷介质循环导管传输的空间和温度差，节约温差发电模块组件占据的空间，增加温差转化量，加速热交换器内热量的交换。

进一步地，所述传感器组包括电压传感器和温度传感器；所述电压传感器与蓄电池组连接；所述温度传感器包括设置在温差发电模块与翅片散热板接触面的温度传感器A和设置在温差发电模块与冷端传导板接触面的温度传感器B。

所述电压传感器，用于采集蓄电池组两端电压信息。所述温度传感器用于采集温差发电模块两端的温度差；所述温度传感器A，用于采集温差发电模块与翅片散热板接触面的温度；所述温度传感器B，用于采集温差发电模块与冷端传导板接触面的温度。传感器组采集的信息传递至信号处理模块进行分析再通过控制端按程序进行响应。

进一步地，所述控制端包括充电开关继电器、泵启动开关继电器和喷嘴流量控制阀。

所述充电开关继电器常闭，泵启动开关继电器常开，喷嘴流量控制阀关闭。

所述电压传感器A采集的蓄电池组电压数值大于饱和电压时，触发充电开关继电器断开，停止向蓄电池组充电；当蓄电池组电压数值小于额定电压的90%时，触发充电开关继电器闭合，继续向蓄电池组充电。

所述温度传感器A与温度传感器B采集数据的差值反映温差发电模块两端的温度差；当温度传感器A与温度传感器B的差值明显时，空调处于工作状态，信号处理模块触发泵启动开关继电器关闭，启动冷介质循环泵；当温度传感器A与温度传感器B的差值明显减小时，即温差发电模块两端温差减小，通过喷嘴流量控制阀对加入冷介质的冷却剂流量进行调节维持一定的温差；当温度传感器A与温度传感器B的差值小于最低限定值时，信号处理模块触发泵启动开关继电器断开，关闭冷介质循环泵。

通过传感器组采集相应的温度、电压，用于自动调节发电装置的运行，当温差发电模块两端维持一定温差由于发电时，开启冷介质循环泵和冷却剂喷嘴辅助维持温差；当温差发电模块两端温差过小时，断开冷介质循环泵和冷却剂喷嘴，主要依靠动能发电模块组件进行发电；在保证发电效率的同时减少用电设备对电能的消耗。另一方面，对蓄电池组充电并进行过电保护，延长蓄电池使用寿命。

进一步地，所述温差发电模块组件包括至少一组温差发电模块；温差发电模块沿翅片散热板分布设置在冷凝管两侧；所述温差发电模块串联后与控制器连接。

温差发电是将两种不同类型的热电转换材料N和P的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温，利用Seebeck效应进行发电。多对P型和N型热电转换材料连接起来组成模块，就可得到足够高的电压。本发明采用多组温差发电模块进行串联，形成一个温差发电机。将温差发电模块组件分布设置在冷凝管两侧，并通过多组温差发电模块串联以增加温差转换的电能总和。温差发电原理为公知原理，故不再赘述。

进一步地，所述冷介质为冷却水。冷却水清洁无污染又极易获取，作为冷介质既经济实用又方便维护。

进一步地，所述翅片散热板的材料为铜。铜制翅片散热板具有优良的导热性，不仅有利于热交换器内外热量的交换而提高空调工作效率、减少能耗，也有利于温差发电、电能发电率高。

进一步地，所述动能发电模块组件内的发电机为永磁交流发电机。采用永磁交流发电机不消耗电能，通过锥齿轮组中第一锥齿轮和第二锥齿轮的啮合，将风扇转动的动能传递至转子，利用转子在磁场中快速旋转进行发电。永磁交流发电机为成熟工艺，其工作原理为公知技术，故不再赘述。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过温差发电模块组件利用废热进行发电，通过动能发电模块组件利用废能进行发电，转换的电能用以补充空调工作时消耗的市电，同时减少废热排放，节能环保。

（2）本发明通过控制装置对整个发电装置进行自动调节控制，一方面保证发电效率的同时减少用电设备对电能的消耗，另一方面向蓄电池充电并进行过电保护，延长其使用寿命。

（3）本发明中翅片散热板、S型冷凝管、S型冷介质循环导管、U型冷端传导面、U型温差发电模块相互穿插紧固，充分利用空间，既减小结构体积，又充分利用翅片散热板的热交换进行发电而提高发电效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为温差发电模块组件的轴视图。

图3为温差发电模块组件中A处的局部左视图。

图4为动能发电模块组件的结构示意图。

其中：11—温差发电模块，12—冷端传导板，13—冷介质循环导管，14—冷介质存储器，15—翅片散热板，16—冷凝管，21—风扇，22—风扇旋转轴，23—第一锥齿轮，24—第二锥齿轮，25—发电机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本实施例通过下述技术方案实现：包括热交换器、温差发电模块组件、动能发电模块组件和控制装置；所述热交换器，包括冷凝管16和翅片散热板15；所述翅片散热板15的截面呈U型，覆盖在热交换器的冷凝管16外并紧贴冷凝管16外壁；所述温差发电模块组件，包括温差发电模块11、冷端传导板12、冷介质循环导管13和冷介质存储器14；所述冷介质存储器14与冷介质循环导管13内部导通连接，包括循环泵和冷却剂喷嘴；所述冷介质循环导管13呈S型排布并嵌入翅片散热板15的翅片间隔中；所述冷介质循环导管13、冷端传导板12、温差发电模块11和翅片散热板15依次紧固连接；所述动能发电模块组件，包括锥齿轮组、发电机25；所述锥齿轮组包括与风扇旋转轴22同轴连接的第一锥齿轮23和与发电机25转子同轴连接的第二锥齿轮24，且第一锥齿轮23和第二锥齿轮24啮合；所述控制装置，包括信号控制器和依次连接的充电控制器、逆变器、蓄电池组；所述充电控制器包括依次连接的输入端、稳压控制电路、输出端；所述信号控制器包括依次连接的传感器组、信号处理模块和控制端；所述逆变器与信号控制器、冷介质存储器14连接；所述蓄电池组包括若干串联的蓄电池。

空调运行时室内压缩机、室外热交换器、室内蒸发器依次循环连接，制冷剂循环流动进行热量交换。空调制冷时，室外温度高于室内温度，经过压缩机加压并吸收了室内高温的气态制冷剂经过S型冷凝管16，放出热量而变为液态。由于冷介质循环导管13、冷端传导板12、温差发电模块11、翅片散热板15和冷凝管16依次紧密连接，温差发电模块11与翅片散热板15接触端吸收冷凝管16散发的热量而温度升高；与冷端传导板12接触端被冷介质循环导管13中的冷介质吸收热量而温度降低，在温差发电模块11两面形成温度差，从而产生温差电动势。利用温差发电模块11的特性，将空调工作过程中产生的废热转化为电能。

空调持续运行时，冷介质存储器14内部的循环泵启动，使得冷介质循环导管13内的冷介质进行循环流动，利于保持温差发电模块11两面温差。空调长时间运行或室内外温差较小等情况可能致使温差发电模块11两面温差较小，可通过冷却剂喷嘴向冷介质存储器14中冷介质添加冷却剂辅助降温，再经过循环泵将冷介质充入冷介质循环导管13中，降低冷端传导板12与温差发电模块11接触面的温度，进而维持温差发电模块11两端温差进行发电。

空调制热时，室内温度低于室外温度，制冷剂逆向流动，在蒸发器中由气态变为液态，再经过冷凝管16吸收热量变为气态。此时，温差发电模块11与翅片散热板15接触端的温度高于与冷凝管16接触端的温度而形成温差，并转化为电能。

空调工作时，室外机的风扇21一直在转动进行辅助散热。锥齿轮组中第一锥齿轮23与风扇旋转轴22同轴连接，第二锥齿轮24与发电机25转子同轴连接，且第一锥齿轮23和第二锥齿轮24啮合，所以动能发电模块组件可通过锥齿轮组和发电机25的连接将风扇21转动的动能通过转化为电能。

温差或动能转化的电能通过控制装置中的充电控制器、蓄电池组、逆变器供给用电设备，补充电能，减少空调所消耗市电。所述温差发电模块组件或动能发电模块组件产生的电能从输入端通过稳压控制电路转化为稳压电源，再从输出端充入蓄电池组进行存储，通过逆变器向用电设备供电。利用废热废能转换的电能通过逆变器为信号控制器供电以实现自动调节控制功能；通过逆变器为冷介质存储器14供电以提高温差发电量，转换的电能可满足本装置自身需消耗的电能，多余的电能一部分存储在蓄电池组中作为装置启动电源或空调待机时所需能源，另一部分通过逆变器输送给其他用地设备，如风扇21、压缩机等。

实施例2：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述半导体温差发电模块11截面呈U型，冷端传导板12截面呈U型；所述冷介质循环导管13侧壁与冷端传导板12的U型内侧面紧密接触，冷端传导板12的U型外侧面与半导体温差发电模块11U型内侧面紧密接触，半导体温差发电模块11U型外侧面与翅片散热板15表面紧密接触。

U型冷端传导板12紧密内套于U型温差发电模块11，且U型冷端传导板12的U型内侧面与S型排布的冷介质循环导管13的导管紧密接触，U型温差发电模块11的U型外侧面紧紧嵌入翅片散热板15相邻翅片的间隔中。所述结构增加温差发电模块11的工作面，充分利用热交换器与冷介质循环导管13传输的空间和温度差，节约温差发电模块组件占据的空间，增加温差转化量，加速热交换器内热量的交换。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述传感器组包括电压传感器和温度传感器；所述电压传感器与蓄电池组连接；所述温度传感器包括设置在温差发电模块11与翅片散热板15接触面的温度传感器A和设置在温差发电模块11与冷端传导板12接触面的温度传感器B。

所述电压传感器，用于采集蓄电池组两端电压信息。所述温度传感器用于采集温差发电模块11两端的温度差；所述温度传感器A，用于采集温差发电模块11与翅片散热板15接触面的温度；所述温度传感器B，用于采集温差发电模块11与冷端传导板12接触面的温度。传感器组采集的信息传递至信号处理模块进行分析再通过控制端按程序进行响应。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述控制端包括充电开关继电器、泵启动开关继电器和喷嘴流量控制阀。所述充电开关继电器常闭，泵启动开关继电器常开，喷嘴流量控制阀关闭。

所述电压传感器A采集的蓄电池组电压数值大于饱和电压时，触发充电开关继电器断开，停止向蓄电池组充电；当蓄电池组电压数值小于额定电压的90%时，触发充电开关继电器闭合，继续向蓄电池组充电。

所述温度传感器A与温度传感器B采集数据的差值反映温差发电模块11两端的温度差；当温度传感器A与温度传感器B的差值明显时，空调处于工作状态，信号处理模块触发泵启动开关继电器关闭，启动冷介质循环泵；当温度传感器A与温度传感器B的差值明显减小时，即温差发电模块11两端温差减小，通过喷嘴流量控制阀对加入冷介质的冷却剂流量进行调节维持一定的温差；当温度传感器A与温度传感器B的差值小于最低限定值时，信号处理模块触发泵启动开关继电器断开，关闭冷介质循环泵。

通过传感器组采集相应的温度、电压，用于自动调节发电装置的运行，当温差发电模块11两端维持一定温差由于发电时，开启冷介质循环泵和冷却剂喷嘴辅助维持温差；当温差发电模块11两端温差过小时，断开冷介质循环泵和冷却剂喷嘴，主要依靠动能发电模块组件进行发电；在保证发电效率的同时减少用电设备对电能的消耗。另一方面，对蓄电池组充电并进行过电保护，延长蓄电池使用寿命。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述温差发电模块组件包括至少一组温差发电模块11；温差发电模块11沿翅片散热板15分布设置在冷凝管16两侧；所述温差发电模块11串联后与控制器连接。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述冷介质为冷却水。冷却水清洁无污染又极易获取，作为冷介质既经济实用又方便维护。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述翅片散热板15的材料为铜。铜制翅片散热板15具有优良的导热性，不仅有利于热交换器内外热量的交换而提高空调工作效率、减少能耗，也有利于温差发电、电能发电率高。本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例8：

本实施例在上述实施例基础上做进一步优化，进一步地，所述动能发电模块组件内的发电机25为永磁交流发电机25。采用永磁交流发电机25不消耗电能，通过锥齿轮组中第一锥齿轮23和第二锥齿轮24的啮合，将风扇21转动的动能传递至转子，利用转子在磁场中快速旋转进行发电。永磁交流发电机25为成熟工艺，其工作原理为公知技术，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空调废热废能发电装置，设置在空调室外机内，其特征在于：包括热交换器、温差发电模块组件、动能发电模块组件和控制装置；

所述热交换器，包括冷凝管（16）和翅片散热板（15）；所述翅片散热板（15）的截面呈U型，覆盖在热交换器的冷凝管（16）外并紧贴冷凝管（16）外壁；

所述温差发电模块组件，包括温差发电模块（11）、冷端传导板（12）、冷介质循环导管（13）和冷介质存储器（14）；所述冷介质存储器（14）与冷介质循环导管（13）内部导通连接，包括循环泵和冷却剂喷嘴；所述冷介质循环导管（13）呈S型排布并嵌入翅片散热板（15）的翅片间隔中；所述冷介质循环导管（13）、冷端传导板（12）、温差发电模块（11）和翅片散热板（15）依次紧固连接；

所述温差发电模块（11）截面呈U型，冷端传导板（12）截面呈U型；所述冷介质循环导管（13）侧壁与冷端传导板（12）的U型内侧面紧密接触，冷端传导板（12）的U型外侧面与温差发电模块（11）U型内侧面紧密接触，温差发电模块（11）U型外侧面与翅片散热板（15）表面紧密接触；

所述动能发电模块组件，包括锥齿轮组、发电机（25）；所述锥齿轮组包括与风扇旋转轴（22）同轴连接的第一锥齿轮（23）和与发电机（25）转子同轴连接的第二锥齿轮（24），且第一锥齿轮（23）和第二锥齿轮（24）啮合；

所述控制装置，包括信号控制器和依次连接的充电控制器、逆变器、蓄电池组；所述充电控制器包括依次连接的输入端、稳压控制电路、输出端；所述信号控制器包括依次连接的传感器组、信号处理模块和控制端；所述逆变器与信号控制器、冷介质存储器（14）连接；所述蓄电池组包括若干串联的蓄电池。

2.根据权利要求1所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述传感器组包括电压传感器和温度传感器；所述电压传感器与蓄电池组连接；所述温度传感器包括设置在温差发电模块（11）与翅片散热板（15）接触面的温度传感器A和设置在温差发电模块（11）与冷端传导板（12）接触面的温度传感器B。

3.根据权利要求2所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述控制端包括充电开关继电器、泵启动开关继电器和喷嘴流量控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述温差发电模块组件包括至少一组温差发电模块（11）；温差发电模块（11）沿翅片散热板（15）分布设置在冷凝管（16）两侧；所述温差发电模块（11）串联后与控制器连接。

5.根据权利要求4所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述冷介质为冷却水。

6.根据权利要求1所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述翅片散热板（15）的材料为铜。

7.根据权利要求1所述的一种空调废热废能发电装置，其特征在于：所述动能发电模块组件内的发电机（25）为永磁交流发电机（25）。