TWI468629B - Air Energy Energy Saving Air Conditioning Power Generation System - Google Patents

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Description

空氣能源節能空調發電系統
本發明是有關於一種發電系統，特別是指一種空氣能源節能空調發電系統。
參閱圖1，以往的空調機100包含一膨脹閥101、一蒸發器102、一壓縮機103，及一冷凝器104，在該蒸發器102處與該冷凝器104處分別設有一風扇105，冷媒吸取空氣中的熱能，再將熱能帶到該冷凝器104處，透過風扇105將熱能逸散在空氣中，造成大氣暖化，因此以往的空調機100產生許多的熱能排放，衍生暖化問題，隨著節能觀念盛行，如何來運用熱能為相關業者的發展目標。
因此，本發明之目的，即在提供一種更加有效率地提取熱能的空氣能源節能空調發電系統。
於是，本發明空氣能源節能空調發電系統，包含一空調單元，及一發電單元，該空調單元的迴路依序包括一膨脹閥、一蒸發器、一壓縮機，及一冷凝器，該空調單元還包括一設置於該蒸發器的風扇，該空調單元的空調冷媒在該膨脹閥中壓力降低，接著在該蒸發器中蒸發為氣態，接著在該壓縮機中壓力升高，最後在該冷凝器中凝結為液態，該發電單元的迴路依序包括一位於該蒸發器的散熱部、一位於該冷凝器的吸熱部，及一渦輪機，該發電單元還包括一連接該渦輪機的發電機，該發電單元的發電冷媒在該 散熱部中凝結為液態，而在吸熱部中蒸發為氣態，驅動該渦輪機產生動能至該發電機。
本發明之功效利用該發電單元的熱電元件、散熱部與吸熱部，於該空調單元迴路中的三處與該空調單元進行熱交換，確實提取該空調單元迴路中的熱能，增加該發電單元的電能產出。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明空氣能源節能空調發電系統之第一較佳實施例包含一空調單元1、一發電單元2，及一控制器3。
該空調單元1使用低沸點空調冷媒，例如二氧化碳，該空調單元1的迴路依序包括一膨脹閥11、一蒸發器12、一壓縮機13，及一冷凝器14，該空調單元1還包括一設置於該蒸發器12的風扇15，及一設置於該冷凝器14與該膨脹閥11間的儲液槽16。
該發電單元2使用中高沸點發電冷媒，例如水或氨，也就是發電冷媒的沸點高於空調冷媒，該發電單元2的迴路依序包括一熱電元件(thermoelectric)21、一位於該蒸發器12的散熱部22、一動力泵23、一位於該冷凝器14的吸 熱部24，及一渦輪機25，該發電單元2還包括一連接該渦輪機25的發電機26，該熱電元件具有一冷端211及一熱端212，該熱端212連接於該發電單元2渦輪機25與散熱部22間的迴路上，該冷端211連接於該空調單元1蒸發器12與壓縮機間13的迴路上，該熱電元件21利用熱端212與冷端211的溫差來發電。
該控制器3連接該壓縮機13與動力泵23間，該控制器3包括一電池組31，開機之後，先將電能供應至該壓縮機間13，待發電機26發電後，減少對該壓縮機間13的供電量。
在本較佳實施例中，首先敘述該空調單元1的迴路，該空調單元1的空調冷媒在經過該膨脹閥11前溫度為35℃，且空調冷媒呈高壓中溫液態狀，而經過該膨脹閥11後降溫為-10℃的半液半氣態霧狀，接續地到達該蒸發器12，透過該風扇15，將空氣中的熱能與該蒸發器12中的空調冷媒進行熱交換，而後空調冷媒溫度升高至-5℃，且在該蒸發器12由低壓低溫半液半氣態霧狀蒸發為低壓低溫氣態狀，該蒸發器12與該風扇15位於該空調單元1的出風口，而後空調冷媒接至該熱電元件21的冷端211，通過該熱電元件21後為5℃，接著空調冷媒透過該壓縮機溫度升高至125℃，呈高壓高溫氣態狀，最後，將空氣中的熱能帶至該冷凝器14散出後，降溫至35℃，並且空調冷媒凝結為高壓中溫液態狀，此即為該空調單元1的迴路。
而該發電單元2的迴路敘述如後，該發電單元2的發 電冷媒在經過該熱電元件21的熱端212前為60℃，且發電冷媒呈中壓中溫半液態半氣態霧狀，而後降溫為50℃，接著發電冷媒通入位於該蒸發器12的該散熱部22中，與該空調單元1的蒸發器12進行熱交換，發電冷媒於該散熱部22降溫至30℃，且在該散熱部22由中壓中溫半液態半氣態霧狀凝結為中壓低溫液態狀，接著通過該動力泵23後，呈高壓中溫液態狀，接著發電冷媒通入位於該冷凝器14的該吸熱部24，吸收熱能後升溫為120℃，並且發電冷媒蒸發為高壓高溫氣態狀，最後通入該渦輪機25，使該渦輪機25產生動能，供給該發電機26發電，通過該渦輪機25後溫度降為60℃，此即為該發電單元2的迴路。
更進一步說明的是，該冷凝器14與該吸熱部24之間的熱交換，是直接空調冷媒對發電冷媒熱交換，並不透過其他物質作為媒介，因此熱交換效率較高。
在本較佳實施例中，該空調單元1的COP值在環境溫度越高時，COP值越高，而透過該發電單元2的散熱部22位於該空調單元1的蒸發器12處，確實提高了該空調單元1的COP值高達4.5，也就是當將10千瓦的電能輸入該壓縮機13時，該空調單元1可以產生45千瓦的熱能，而該發電單元2的吸熱部24、渦輪機25、發電機26可以將近20%至30%的熱能轉換為電能，也就是可以產生近9千瓦至13.5千瓦的電能，此外，該熱電元件21約可產生1千瓦至2千瓦的電能，由前述可知本較佳實施例的能量損耗極少，若進一步提升轉換率，則可用於發電。
更進一步說明的是，該熱電元件21與該發電機26連接於該控制器3，讓本發明在運作時相當省電，若有產出多餘的電能，亦可輸出供外界使用。此外該渦輪機25、該壓縮機13與該發電機26共軸，且該渦輪機25與該壓縮機13間為單向軸承27，開機時，外界先提供電能給該壓縮機13，而該渦輪機25產生的動能則用於供給該壓縮機13與該發電機26。
參閱圖3與圖4，本發明空氣能源節能空調發電系統的第二較佳實施例與該第一較佳實施例構件與組裝方式大致相同，不同之處在於該第二較佳實施例還包含一史特林引擎28，該史特林引擎28設置於迴路中的該渦輪機25與該散熱部22間，該史特林引擎28具有一冷端281及一熱端282，該冷端281連接於該空調單元1蒸發器12與壓縮機13間的迴路上，該熱端282連接於該發電單元2渦輪機25與散熱部間22的迴路上，該空調單元1迴路於該冷端281處還包括一S型管路17，該發電單元2迴路於該熱端282還包括一S型管路29。
綜上所述，本發明空氣能源節能空調發電系統的優點如下所述：
一、由於該空調單元1的COP值在環境溫度越高時，COP值越高，而透過該發電單元2的散熱部22位於該空調單元1的蒸發器12處，確實提高了該空調單元1的COP值，讓本發明的能量損耗極少。此外，該熱電元件21與該發電機26連接於該控制器3，讓本發明在運作時相當省電。
二、該發電單元2的迴路與該空調單元1的迴路總共進行三次的熱交換，分別是該熱電元件21的冷端211與熱端212、該蒸發器12與該散熱部22，以及該冷凝器14與吸熱部24，透過該發電單元2與該空調單元1迴路中的空調冷媒與發電冷媒溫差，使該熱電元件21將溫差轉變為電能，而透過該散熱部22與該吸熱部24，吸收該空調單元1中的熱能，透過該渦輪機25轉變為動能，進而供給該發電機26進行發電，因此，透過該發電單元2達到有效地提取該空調單元1中的熱能，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧空調單元
11‧‧‧膨脹閥
12‧‧‧蒸發器
13‧‧‧壓縮機
14‧‧‧冷凝器
15‧‧‧風扇
16‧‧‧儲液槽
17‧‧‧S型管路
2‧‧‧發電單元
21‧‧‧熱電元件
211‧‧‧冷端
212‧‧‧熱端
22‧‧‧散熱部
23‧‧‧動力泵
24‧‧‧吸熱部
25‧‧‧渦輪機
26‧‧‧發電機
27‧‧‧單向軸承
28‧‧‧史特林引擎
281‧‧‧冷端
282‧‧‧熱端
29‧‧‧S型管路
3‧‧‧控制器
31‧‧‧電池組
圖1是迴路示意圖，說明以往的一種空調機的迴路；圖2是迴路示意圖，說明本發明空氣能源節能空調發電系統的第一較佳實施例；圖3是迴路示意圖，說明本發明空氣能源節能空調發電系統的第二較佳實施例；及圖4是局部迴路示意圖，說明本第二較佳實施例的一史特林引擎。
1‧‧‧空調單元
11‧‧‧膨脹閥
12‧‧‧蒸發器
13‧‧‧壓縮機
14‧‧‧冷凝器
15‧‧‧風扇
16‧‧‧儲液槽
2‧‧‧發電單元
21‧‧‧熱電元件
211‧‧‧冷端
212‧‧‧熱端
22‧‧‧散熱部
23‧‧‧動力泵
24‧‧‧吸熱部
25‧‧‧渦輪機
26‧‧‧發電機
27‧‧‧單向軸承
3‧‧‧控制器
31‧‧‧電池組

Claims (9)

  1. 一種空氣能源節能空調發電系統，包含：一空調單元，該空調單元的迴路依序包括一膨脹閥、一蒸發器、一壓縮機，及一冷凝器，該空調單元還包括一設置於該蒸發器的風扇，該空調單元的空調冷媒在該膨脹閥中壓力降低，接著在該蒸發器中蒸發為氣態，接著在該壓縮機中壓力升高，最後在該冷凝器中凝結為液態；及一發電單元，該發電單元的迴路依序包括一位於該蒸發器的散熱部、一位於該冷凝器的吸熱部，及一渦輪機，該發電單元還包括一連接該渦輪機的發電機，該發電單元的發電冷媒在該散熱部中凝結為液態，而在吸熱部中蒸發為氣態，驅動該渦輪機產生動能至該發電機，其中，該發電單元還包括一熱電元件，該熱電元件設置於迴路中的該渦輪機與該散熱部間，該熱電元件具有一熱端及一冷端，該熱端連接於該發電單元渦輪機與散熱部間的迴路上，該冷端連接於該空調單元蒸發器與壓縮機間的迴路上。
  2. 一種空氣能源節能空調發電系統，包含：一空調單元，該空調單元的迴路依序包括一膨脹閥、一蒸發器、一壓縮機，及一冷凝器，該空調單元還包括一設置於該蒸發器的風扇，該空調單元的空調冷媒在該膨脹閥中壓力降低，接著在該蒸發器中蒸發為氣態，接著在該壓縮機中壓力升高，最後在該冷凝器中凝結為 液態；及一發電單元，該發電單元的迴路依序包括一位於該蒸發器的散熱部、一位於該冷凝器的吸熱部，及一渦輪機，該發電單元還包括一連接該渦輪機的發電機，該發電單元的發電冷媒在該散熱部中凝結為液態，而在吸熱部中蒸發為氣態，驅動該渦輪機產生動能至該發電機，其中，該渦輪機、該壓縮機與該發電機共軸，該發電單元還包含一個位於該渦輪機與該壓縮機間的單向軸承。
  3. 一種空氣能源節能空調發電系統，包含：一空調單元，該空調單元的迴路依序包括一膨脹閥、一蒸發器、一壓縮機，及一冷凝器，該空調單元還包括一設置於該蒸發器的風扇，該空調單元的空調冷媒在該膨脹閥中壓力降低，接著在該蒸發器中蒸發為氣態，接著在該壓縮機中壓力升高，最後在該冷凝器中凝結為液態；及一發電單元，該發電單元的迴路依序包括一位於該蒸發器的散熱部、一位於該冷凝器的吸熱部，及一渦輪機，該發電單元還包括一連接該渦輪機的發電機，該發電單元的發電冷媒在該散熱部中凝結為液態，而在吸熱部中蒸發為氣態，驅動該渦輪機產生動能至該發電機，其中，該發電單元還包括一史特林引擎，該史特林引擎設置於迴路中的該渦輪機與該散熱部間，該史特林引擎具有一冷端及一熱端，該冷端連接於該空調單元蒸發器與壓縮機間的迴路上，該熱端連接於該發電單元渦輪機 與散熱部間的迴路上。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空氣能源節能空調發電系統，其中，該空調單元的空調冷媒為二氧化碳，該發電單元的冷媒為水或氨。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之空氣能源節能空調發電系統，其中，該發電單元還包括一動力泵，該動力泵設置於迴路中的該散熱部與該吸熱部間。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之空氣能源節能空調發電系統，還包含一連接該壓縮機與動力泵的控制器，該控制器包括一電池組。
  7. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項所述之空氣能源節能空調發電系統，其中，該空調單元的空調冷媒沸點低於該發電單元的發電冷媒。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述之空氣能源節能空調發電系統，其中，該熱電元件與該發電機連接於該控制器。
  9. 根據申請專利範圍第4項所述之空氣能源節能空調發電系統，其中，該空調單元迴路於該冷端處還包括一S型管路，該發電單元迴路於該熱端還包括一S型管路。
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