TWM529127U - 智慧型混合式太陽能輔助空調機 - Google Patents

Description

智慧型混合式太陽能輔助空調機

本創作智慧型混合式太陽能輔助空調機，應用在提升空調機效率，達節能與利用綠能的目的。

氣候的巨變，已給各國帶來嚴重的災害，尤其夏天非常熱，溫度更是屢創新高，空調機的使用更是提早開機，從早上9點開始紛紛提早開空調機，這樣一來因為空調機將熱氣排出，更造成環境溫度的提升，使得戶外溫度更高，由於大量使用空調機，空調機所能發揮的功能與效率就非常重要了，如何提高空調機效率是目前最重要的課題，而太陽能是可永續使用最好的再生能源，目前以太陽能熱源做輔助冷卻系統應用在空調省電與節能減碳，並降低溫室效應已成為學術界和工業界的一個重要議題，紛紛構思如何利用太陽能來提高空調機效率的各種方案一一在進行著，本案創作人設計在壓縮機出口管線後方設三通比例閥，將太陽能集熱器與直膨式分離式空調機整合成新空調設備，並取室外環境溫度、太陽熱輻射強度與壓縮機負載(室內空調負載)等參數變化，評估分析不同環境運作條件下之最佳化的冷凝器入口的冷媒溫度，經控制器調控三通比例閥開合度，調整進入太陽能儲熱水槽的冷媒質量流率，來控制進入冷凝器的冷媒溫度， 增加冷凝器出口冷媒的過冷溫度(Sub-cool temperature)，達成在不同負載下，空調機均能維持高的冷凍效能與性能係數COP值，經過實驗模擬機實際運作獲得良好效果，印證了前述方案的正確性，因此大大提升了空調機的性能與效率，由於提升效率，所產出冷能增加，因此運轉時間縮短，間接耗電降低達成節能省碳目的，真是綠能的好產品。

本創作智慧型混合式太陽能輔助空調機，應用在提升空調機效率，達節能與利用綠能的目的。

本創作設壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器及管線組成，該管線內納冷媒，且管線依序將壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器連結成冷凍循環，其中在壓縮機進到冷凝器前管線設三通比例閥，使管線通太陽能熱水器及冷凝器三通狀態，該太陽能熱水器由集熱器及儲水桶串接組成，該集熱器內納水吸熱後到儲水桶保溫，其中，管線係進到儲水桶含設冷媒盤管後由另一端出而進入冷凝器前端之管線，該三通比例閥受PLC可程式控制器控制，係由PID與最佳化運算元件組成，取室外環境溫度、太陽熱輻射強度與壓縮機負載(室內空調負載)等參數變化，經最佳化運算元件評估分析作最佳化處理得最佳化參數基值，調控三通比例閥開合度，達成在不同負載下高冷凍效能與性能係數COP值；上述形成智慧型混合式太陽能輔助空調機，空調機提高性能及冷凍效率，達節能省碳目的。

本創作太陽能熱水器之集熱器日照面四周可佈設鹽吸熱。

本創作太陽能熱水器之集熱器日照面佈設Fresnel透鏡。

本創作太陽能熱水器之集熱器佈設在雙拋物面集熱器(compound parablic concentrator簡稱CPC)聚焦點上吸熱。

本創作太陽能熱水器由集熱器及儲水桶串接組成，該儲水桶內部裝有加熱器利用電能將水加熱。

本創作集熱器為管狀陣列式串接組成物，兩端與儲水桶呈一進一出連結呈循環狀。

本創作具安全與環保，並降低排碳目的，又在優越的創作團隊下發揮每人長才，使組成元件，都經過構思、精算、佈設而成，整體系統精簡、安全、壽命長、成本低、效能高之優良創作。

1‧‧‧智慧型混合式太陽能輔助空調機

2‧‧‧壓縮機

3‧‧‧冷凝器

4‧‧‧膨脹閥

5‧‧‧蒸發器

6‧‧‧管線

7‧‧‧三通比例閥

8‧‧‧太陽能熱水器

9‧‧‧集熱器

10‧‧‧儲水桶

11‧‧‧盤管

12‧‧‧PLC可程式控制器

PID Control(Proportional Integrative Derivative‧‧‧PID13

14‧‧‧最佳化運算元件

15‧‧‧Fresnel透鏡

16(compound parablic concentrator簡稱CPC)‧‧‧雙拋物面集熱器

17‧‧‧加熱器

18‧‧‧鹽

19‧‧‧室外環境溫度

20‧‧‧太陽熱輻射強度

21‧‧‧壓縮機負載

22‧‧‧最佳化參數基值

第1圖太陽能熱水器與空調機結構圖。

第2圖集熱器佈設Fresnel透鏡與空調機結構圖。

第3圖集熱器佈設雙拋物面集熱器與空調機結構圖。

第4圖集熱器周邊佈設鹽圖。

第5圖最佳化系統連結圖。

首先請參閱所有圖式，本創作一種智慧型混合式太陽能輔助空調機，用在提升空調機效率，達節能與利用綠能的目的，其實施時：本創作智慧型混合式太陽能輔助空調機1(參閱第1圖)，包括設壓縮機2、冷凝器3、膨脹閥4、蒸發器5及管線6等所組成，該管線6內納冷媒作介質，且管線6依序將壓縮機2、冷凝器3、膨脹閥4、蒸發器5連結構成一冷凍循環系統，其中在壓縮機2進到冷凝器3前管線6中設三通比例閥7，使管線6通太陽能熱水器8及冷凝器3三通狀態，該太陽能熱水器8由集熱器9及 儲水桶10串接組成，該集熱器9為管狀陣列式串接組成物，兩端與儲水桶10呈一進一出連結，且內納水吸熱後將管內水送到儲水桶10保溫呈循環狀，其中，冷媒管線6係進到儲水桶10後又由含設在儲水桶10內的冷媒盤管11另一端出而進入冷凝器3前端之管線6，該三通比例閥7受一PLC可程式控制器12(PLC Program Logic Contro)控制使管線6內冷媒流量作一流通管制，該PLC可程式控制器12係由PID13與最佳化運算元件14組成，該PLC可程式控制器12硬體設計主要是利用積體電路替代電機機械設備達成程序控制功能，PLC可程式控制器12具備如順序、定時、計數、運算、資料處理及通訊等操作能力來完成工業機械或流程控制，該PID13 PIDControl(Proportional Integrative Derivative)在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例積分微分控制，簡稱PID控制，它可作比例(P)控制、積分(I)控制、微分(D)控制，使被操作的系統達完善無失，因此搭配PLC可程式控制器12兩者合而為一，就能使系統穩定無失誤長時間操作，減少維修保養及初學者操作系統不熟習的種種困擾，而PLC可程式控制器12主要是取得室外環境溫度、太陽熱輻射強度與壓縮機負載(室內空調負載)等參數變化，評估分析不同環境運作條件下之最佳化(利用冷媒管質量不滅、能量不滅及最優化理論所獲得)的冷凝器3入口的冷媒溫度，經PLC可程式控制器12調控三通比例閥7開合度，調整進入太陽能儲水桶10的冷媒質量流率，來控制進入冷凝器3的冷媒溫度，增加冷凝器3出口冷媒的過冷溫度(Sub-cool temperature)，達成在不同負載下，空調機均能維持高的冷凍效能與性能係數COP值，因此提升空調機效率。

另外，一種設計是將太陽能熱水器8之集熱器9受日照面佈設 Fresnel透鏡15置於太陽能常照戶外(參閱第2圖)，利用太陽熱能照在Fresnel透鏡15上，在聚焦在集熱器9上方，使集熱器9內水加熱，使管線6內部冷媒溫度提高後進入冷凝器3，該Fresnel透鏡15是一種大面積的柔性塑膠薄板，具質量輕、耐高熱、焦距短、波長相關性小、價格低等優點，且易組裝、效率高，成本低的要件，頗適合本創作的另一實施形態。

另外，一種設計是將太陽能熱水器8之集熱器9佈設在雙拋物面集熱器16(compound parablic concentrator簡稱CPC)聚焦點上，置於太陽能常照戶外(參閱第3圖)，利用太陽熱能照在雙拋物面集熱器16上，在聚焦在集熱器9上，使集熱器9內水加熱，使管線6內部冷媒溫度提高後進入冷凝器3，該雙拋物面集熱器16係由兩個雙拋物面相交取其聚焦中點應用，這個裝置不必追日運作，只要利用雙拋物面弧面特徵可每日大部份的光能都能利用發熱聚焦在焦點上之集熱器9管線提高內部溫度後進入冷凝器3，頗適合本創作的另一實施形態。

另外，該太陽能熱水器8由集熱器9及儲水桶10串接組成，若日照時間不足及天氣不佳，因此在儲水桶10處裝加熱器17(參閱第1圖)利用電能將水加熱使太陽能熱水器8在天氣不佳狀況下也能使用，而管線6經儲水桶10內之冷媒盤管11再到冷凝器3是能在儲水桶10內作較大的熱能吸收。

當然，該太陽能熱水器8之集熱器9受日照面周邊可佈設(參閱第4圖)鹽18也就是在集熱器9四周佈灑鹽18，利用鹽18吸熱有較久的儲藏時間以便將集熱器9內水加熱，使管線6內部冷媒溫度提高後進入冷凝器3。

該集熱器9形態是有透明管或繞管不一，以透明管為主，但都以吸熱使管內水迅速加熱做主要考量。

本創作於冷凝器3前管線6設三通比例閥7將管線6內冷媒依PLC可程式控制器12取得室外環境溫度19、太陽熱輻射強度20與壓縮機負載21(室內空調負載)等參數變化，經最佳化運算元件14評估分析作最佳化處理得最佳化參數基值22(參閱第5圖)，即冷凝器3入口的冷媒溫度，經PLC可程式控制器12調控三通比例閥7開合度，調整進入太陽能儲水桶10冷媒質量流率，來控制進入冷凝器3的冷媒溫度，增加冷凝器3出口冷媒的過冷溫度(Sub-cool temperature)，達成在不同負載下，空調機均能維持高的冷凍效能與性能係數COP值，因此提升空調機效率。

上述形成智慧型混合式太陽能輔助空調機1太陽光直接或間接將太陽能熱水器8之集熱器9加熱使內水溫升高進到儲水槽10，由繞經內部管線6通冷媒盤管11吸熱提高冷媒溫度，在進到冷凝器3前管線6，使空調機提高性能及冷凍效率，也作到節能省碳目的，提供這個產業新商業契機。

該太陽熱輻射強度20即太陽能熱水器受太陽能熱幅射溫度關係，室外環境溫度19即當時室外環境溫度，壓縮機負載21也是取壓縮機出口未進到冷凝器3前管線6內冷媒溫度。

本創作的最佳化是依據人、機與環境三條件設定而來，即使用人吹冷氣舒適溫度，空調機的運轉省電節能否，與對環境不生危害為設定準則，取得這方面資料後作為基準比對值，再與實機獲得值即最佳化參數基值22比對後作為三通比例閥7開合度後產生好的運作獲得值，即符合最佳化條件。

本創作具安全與環保，並降低排碳目的，又在優越的創作團隊下發揮每人長才，使組成元件，都經過構思、精算、佈設而成，整體系 統精簡、安全、壽命長、成本低、效能高之優良創作。

1‧‧‧智慧型混合式太陽能輔助空調機

2‧‧‧壓縮機

3‧‧‧冷凝器

4‧‧‧膨脹閥

5‧‧‧蒸發器

6‧‧‧管線

7‧‧‧三通比例閥

8‧‧‧太陽能熱水器

9‧‧‧集熱器

10‧‧‧儲水桶

11‧‧‧盤管

12‧‧‧PLC可程式控制器

13‧‧‧PID

14‧‧‧最佳化運算元件

17‧‧‧加熱器

19‧‧‧室外環境溫度

20‧‧‧太陽熱輻射強度

21‧‧‧壓縮機負載

22‧‧‧最佳化參數基值

Claims (6)

1. 一種智慧型混合式太陽能輔助空調機，包括：設壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器及管線組成，該管線內納冷媒，且管線依序將壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器連結成冷凍循環，其中在壓縮機進到冷凝器前管線設三通比例閥，使管線通太陽能熱水器及冷凝器三通狀態，該太陽能熱水器由集熱器及儲水桶串接組成，該集熱器內納水吸熱後到儲水桶保溫，其中，管線係進到儲水桶含設冷媒盤管後由另一端出而進入冷凝器前端之管線，該三通比例閥受PLC可程式控制器控制，係由PID與最佳化運算元件組成，取室外環境溫度、太陽熱輻射強度與壓縮機負載(室內空調負載)等參數變化，經最佳化運算元件評估分析作最佳化處理得最佳化參數基值，調控三通比例閥開合度，達成在不同負載下高冷凍效能與性能係數COP值；上述形成智慧型混合式太陽能輔助空調機，冷氣機提高性能及冷凍效率，達節能省碳目的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型混合式太陽能輔助空調機，該太陽能熱水器之集熱器日照面四周可佈設鹽吸熱。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型混合式太陽能輔助空調機，該太陽能熱水器之集熱器日照面佈設Fresnel透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型混合式太陽能輔助空調機，該太陽能熱水器之集熱器佈設在雙拋物面集熱器(compound parablic concentrator簡稱CPC)聚焦點上吸熱。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型混合式太陽能輔助空調機，該太陽能熱水器由集熱器及儲水桶串接組成，該儲水桶內部裝有加熱器利用電能將水加熱。
6. 如申請專利範圍第1項所述之智慧型混合式太陽能輔助空調機，該太陽能熱水器由集熱器及儲水桶串接組成，該集熱器為管狀陣列式串接組成物，兩端與儲水桶呈一進一出連結呈循環狀。