專(zhuān)利名稱(chēng)：家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空調(diào)廢熱回收裝置，特別是涉及一種用于回收家用空調(diào)壓縮機(jī)壓縮冷 凝劑時(shí)產(chǎn)生的廢熱，利用這些冷凝熱加熱水且部分代替冷凝器工作的節(jié)電裝置。
背景技術(shù)：
目前家電產(chǎn)品是能源消耗大戶(hù)，耗電量超過(guò)全國(guó)總用電量的15%，而空調(diào)的能耗 又占到全部家電產(chǎn)品的30%。另外空調(diào)在工作的同時(shí)還排放出大量的廢熱到空氣中，這既 造成了熱污染還使大量熱能浪費(fèi)掉。節(jié)能減排是國(guó)家的政策，并且減少熱污染也是環(huán)境保 護(hù)的一項(xiàng)要求。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，作為既耗能又造成環(huán)境污染的空調(diào)當(dāng)然就格外 引人注意。熱水器也是日常生活中的必需品，目前加熱水我們大多還是是利用電能。我們所 需的熱水，40°C至50°C足夠了，如果選用可以燒出上千度高溫的電來(lái)完成簡(jiǎn)單的低溫加熱 需求，把高品位能量轉(zhuǎn)化為低品位的能量使用，這是極大的能源浪費(fèi)，其中大約70%的電量 是煤電，而且煤、油和氣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱損耗和廢氣排放，會(huì)造成空氣污染，既 不科學(xué)又不經(jīng)濟(jì)。基于以上原因，我們的設(shè)計(jì)目的就是想辦法將空調(diào)和換熱器及熱水器結(jié)合起來(lái)。 讓換熱器收集空調(diào)產(chǎn)生的廢熱，產(chǎn)生的熱水用于洗浴等日常生活需要。水溫達(dá)到一定后，空 調(diào)原有的冷凝裝置可以自動(dòng)啟動(dòng)散熱；不用空調(diào)時(shí)，熱水器又可獨(dú)立使用。這樣不僅減少了 空調(diào)向環(huán)境的廢熱排放，還同時(shí)節(jié)省了空調(diào)和熱水器的耗電量，起到了環(huán)保節(jié)能的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便且成本較低的能將 家用空調(diào)冷凝劑廢熱回收利用的節(jié)電裝置，適用于各種不同的冷凝系統(tǒng)，當(dāng)冷凝劑溫度升 高需要耗電降溫時(shí)，能夠?qū)崮苡糜诶渌募訜?，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是主要由溫控電磁閥、自動(dòng)控制器及熱 交換器組成。其中熱交換器由冷凝箱、熱管和水箱構(gòu)成，熱管穿越冷凝箱和水箱，熱管為傳 熱元件；水箱通過(guò)熱水出口管與家用熱水器的進(jìn)口管道相連，并且通過(guò)與熱水出口管相連 的溫控電磁閥和自動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)熱水的自動(dòng)流動(dòng)。本發(fā)明是一種用于制冷系統(tǒng)的冷凝劑吸熱升溫時(shí)，需要消耗電能以降低冷凝劑溫 度的裝置，該裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)其一，構(gòu)思新穎。一是將制冷系統(tǒng)冷凝劑攜帶的熱能用于水的加溫，不僅減少了廢熱的排放量，同 時(shí)節(jié)省了熱水器的電能以及空調(diào)室外機(jī)風(fēng)冷器的工作耗電量。二是采用了熱利用率很高的 設(shè)計(jì)方式，將水箱豎直放置，底端低端為冷水入口，頂端為熱水出口，而高溫冷凝劑卻是從 上向下流動(dòng)，溫度逐漸降低，到達(dá)底端時(shí)溫度將會(huì)低于頂端熱水溫度。三是利用電路自動(dòng)控 制，實(shí)現(xiàn)熱水自動(dòng)流入熱水器的保溫箱中。四是利用熱管進(jìn)行冷凝熱的熱交換，增大熱交換的速度。其二，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。熱交換器分為冷凝箱和水箱兩部分，水箱上端接溫控電磁閥，并與保溫水箱鏈接， 冷凝箱則接入冷凝劑循環(huán)回路中，水箱與冷凝箱之間為傳熱裝置熱管。整個(gè)裝置原理清晰， 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約，極易制造安裝。其三，傳熱效率高，節(jié)能性能好。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)述QC = (1+1/C0P) XQL = (C0P+1) XPE ^ 4PE
式中QC——冷凝熱量；QL——制冷量；PE——軸功率；COP——壓縮機(jī)的性能參數(shù)，COP = QL/PE，取值一般在2. 9-3. 1之間；壓力平衡方程式Δ pc = Δ ρν+Δ ρ1+ Δ pg
PlLAaK Ial cos θ.Q= , (----Pi gl sm θ)
^effrC
_9]其中式中Q 最大傳熱能力；L 水的汽化潛熱； P ！工質(zhì)的液相密度；K 100目絲網(wǎng)的滲透率(152X I(T1V) ； Αω 管芯的截面面積；μ χ 工質(zhì)的液相動(dòng)力粘度；Irff 流體流動(dòng)的總有效長(zhǎng)度；Ia 熱管絕熱段長(zhǎng)度(取0) ；Iv 熱管蒸發(fā)段長(zhǎng)度(200mm)；Ie 熱管冷凝段長(zhǎng)度(200mm) ；σ χ 水的表面張力；rc 250目絲網(wǎng)的毛細(xì)孔半徑(0.0002mm) ； θ 接觸角；g 當(dāng)?shù)刂亓铀俣?9. 81m/s2) ；1 熱管長(zhǎng)度；Φ 熱管與水平方向的夾角(冷凝端低于蒸發(fā)端時(shí)Φ為正)。經(jīng)計(jì)算工作環(huán)境為35°C時(shí)，每根這種熱管工作一小時(shí)可傳遞的熱量為Q' = QX 3600 = 256. 6271X3600 = 9. 6258X IO5J要使水溫上升30°C，則加熱水的質(zhì)量為
r πQ' 9.6258xl05m = —^ =---= 7.5893奴
C-At 4.2x103x30式中Q'熱管一小時(shí)可傳遞的熱量；C 水的比熱容；M 熱水的質(zhì)量；At 水的出口和入口溫差。當(dāng)空調(diào)排出的冷凝熱約為3500W，本發(fā)明設(shè)計(jì)的熱管箱能使這些熱量與冷水進(jìn)行 交換。能使20°C的水溫度上升到50°C，通過(guò)以上計(jì)算可知一根功率在環(huán)境溫度為80°C左右 時(shí)的熱管可以按設(shè)計(jì)使7. 5kg左右的水的溫度上升到50°C?？傊?，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便且成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于酒店賓館以及民 用住宅中的各種不同的冷凝系統(tǒng)，將熱能用于冷水的加熱，以達(dá)到減少熱量排放與節(jié)約電 能的目的。


圖1是家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置原理圖。圖2是熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是自動(dòng)控制器的電路原理圖。圖中1.冷凝箱；2.熱管；3.水箱；4.感溫元件；5.溫控電磁閥；6.室內(nèi)機(jī)；7.空 調(diào)室外機(jī)；8.膨脹閥；9.電磁閥；10.視液鏡；11.干燥過(guò)濾器；12.儲(chǔ)液罐；13.熱水出口 管；14.自來(lái)水管；15.壓縮機(jī)；16.自動(dòng)控制器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，是一種減少制冷系統(tǒng)向外界排 放廢熱以及將水加熱的節(jié)能減排裝置。如圖1所示，本裝置主要由溫控電磁閥5、自動(dòng)控制器16及熱交換器組成，其中 熱交換器由冷凝箱1、熱管2和水箱3構(gòu)成，熱管2穿越冷凝箱1和水箱3，熱管2為傳熱元 件。水箱3通過(guò)熱水出口管13與家用熱水器的進(jìn)口管道相連，并且通過(guò)與熱水出口管13 相連的溫控電磁閥5和自動(dòng)控制器16實(shí)現(xiàn)熱水的自動(dòng)流動(dòng)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。一 .熱交換器所述水箱3，豎直放置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示底端接有自來(lái)水管14，為冷水入口 ；頂 端通過(guò)管道連接件與熱水出口管13相連，為熱水出口 ；頂端裝有感溫元件4。這樣，利用水 在不同溫度下的密度不同，溫度高的水密度小，使水自動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)，高溫的水運(yùn)動(dòng)到水箱的 頂端，然后通過(guò)自動(dòng)控制器16的自動(dòng)控制打開(kāi)溫控電磁閥5，使水進(jìn)入家用熱水器中。冷凝箱1內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈S型走向，要和水箱3焊接在一起，里面裝有熱管2，要能承受 一定的壓強(qiáng)且密封性要好。熱管2由冷凝箱1呈60°向上斜插入水箱中，進(jìn)行高效傳熱。所述感溫元件4，其溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)自動(dòng)控制器16控制處理，僅當(dāng)水箱3出口溫度高 于設(shè)定值Tl時(shí)，自動(dòng)控制器16打開(kāi)溫控電磁閥5，隨后在溫度降至T2時(shí)，關(guān)閉溫控電磁閥 5。感溫元件4可采用型號(hào)為NTC型熱敏電阻元件。熱交換器的工作過(guò)程如下水箱內(nèi)下端的水經(jīng)加熱升溫后向上自動(dòng)流動(dòng)，到達(dá)頂端，在這一過(guò)程中從頂端進(jìn) 入冷凝箱1的高溫冷凝劑通過(guò)熱管2與水進(jìn)行熱交換；熱管2將冷凝劑的熱量傳給水箱中 的水，將水加熱，冷凝劑由壓縮機(jī)15的驅(qū)動(dòng)下在冷凝箱中走“S”形路線(xiàn)，從冷凝箱的底端出 來(lái)，這樣通過(guò)逆向熱交換能使冷凝劑的溫度進(jìn)一步降低，使其出口溫度滿(mǎn)足所需要求。通過(guò)溫控電磁閥5的控制，達(dá)到預(yù)定溫度的熱水由熱水出口管13進(jìn)入家用電熱水 器保溫箱中，以供人們的夏天生活用水。冷凝劑從冷凝箱1底端出口處流出，到達(dá)空調(diào)室外 機(jī)7的風(fēng)冷器時(shí)將會(huì)減少冷凝器的工作耗能，理想狀態(tài)時(shí)，甚至可以代替風(fēng)冷器的降溫工 作。圖1中的其它部件為現(xiàn)有技術(shù)，主要是空調(diào)室外機(jī)7的冷凝管經(jīng)管道連通儲(chǔ)液罐 12。儲(chǔ)液罐12經(jīng)管道連通室內(nèi)機(jī)6的冷凝管，該管道上裝有干燥過(guò)濾器11、視液鏡10、電 磁閥9和膨脹閥8。室內(nèi)機(jī)6的冷凝管又經(jīng)管道連通壓縮機(jī)15的輸出管。
二 .溫控電磁閥5和自動(dòng)控制器16 1.溫控電磁閥5 所述溫控電磁閥(簡(jiǎn)稱(chēng)電磁閥)可使用REP-20型先導(dǎo)式電磁閥，受自動(dòng)控制器16 控制。其作用是檢測(cè)換熱器出口處溫度，當(dāng)水溫高于設(shè)定溫度Th時(shí)，將電磁閥打開(kāi)，水箱 3中的水將放出至家用電熱水器保溫箱中。當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度Tl時(shí)，電磁閥關(guān)閉。
2.自動(dòng)控制器16自動(dòng)控制器16控制熱水的出口溫度。自動(dòng)控制器設(shè)有自動(dòng)控制電路，該電路主要由熱敏電阻元件、觸發(fā)器、電阻、三極 管和二極管組成，Rt為熱敏電阻元件，可選用NTC型熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小。 觸發(fā)器為施密特觸發(fā)器，其由可調(diào)電阻Rpl、電阻R2、反相器CMOS組成。所述自動(dòng)控制電路的各部件的連接關(guān)系如圖3所示熱敏電阻元件Rt經(jīng)電阻Rl 接地，又經(jīng)觸發(fā)器與三極管Ql的基極相連和接地。三極管Ql的發(fā)射極接地。三極管Ql的 集電極與二極管Dl的正極和電磁閥9相連。假設(shè)反相器CMOS的閾值電壓為Vth = Vdd/2 = 2. 5V，正向閾值電壓為 Vr+ = Il +寄)1“，負(fù)向閾值電壓為I ^ (1 - Vth。并且取 Rp1 = 960 Ω，R2 = 20Κ Ω，Rl
=20ΚΩ。本自動(dòng)控制器的工作過(guò)程是開(kāi)機(jī)時(shí)，水溫低于50°C，由Rpl、R2、CM0S反相器組成 的施密特觸發(fā)器(簡(jiǎn)稱(chēng)觸發(fā)器)輸出低高電平。當(dāng)水加熱至55°C時(shí)，觸發(fā)器輸出低電平， 三極管Ql截止，二極管Dl兩端電壓接近5V，電磁閥將被打開(kāi)，熱水從水箱上端的熱水出口 13處流出，同時(shí)冷水從水箱下端的自來(lái)水入口 14處進(jìn)入，水溫將降至低于50°C。此時(shí)，觸 發(fā)器又將輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通，電磁閥閉合。通過(guò)以上的電控過(guò)程，可以使冷水燒熱到預(yù)定溫度后自動(dòng)流入家用電熱水器保溫 箱中，同時(shí)使冷水進(jìn)入水箱3。本說(shuō)明書(shū)未提及的技術(shù)內(nèi)容，均同現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是該裝置主要由溫控電磁閥(5)、自動(dòng)控制器(16)及熱交換器組成，其中熱交換器由冷凝箱(1)、熱管(2)和水箱(3)構(gòu)成，熱管(2)穿越冷凝箱(1)和水箱(3)，熱管(2)為傳熱元件；水箱(3)通過(guò)熱水出口管(13)與家用熱水器的進(jìn)口管道相連，并且通過(guò)與熱水出口管(13)相連的溫控電磁閥(5)和自動(dòng)控制器(16)實(shí)現(xiàn)熱水的自動(dòng)流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是水箱(3)豎直 放置，其底端接有自來(lái)水管(14)，為冷水入口 ；其頂端通過(guò)管道連接件與熱水出口管(13) 相連，為熱水出口 ；其頂端裝有感溫元件(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是熱管(2)由冷 凝箱(1)呈60°向上斜插入水箱(3)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是所述自動(dòng)控制 器(16)設(shè)有自動(dòng)控制電路，該電路主要由熱敏電阻元件、觸發(fā)器、電阻、三極管和二極管組 成，其中熱敏電阻元件Rt經(jīng)電阻R1接地，又經(jīng)觸發(fā)器與三極管Q1的基極相連和接地；三 極管Q1的發(fā)射極接地；三極管Q1的集電極與二極管D1的正極和電磁閥(9)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是所述熱敏電阻 元件Rt，采用NTC型熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，其特征是所述觸發(fā)器為 施密特觸發(fā)器，其由可調(diào)電阻Rp 1、電阻R2和反相器CMOS組成，其中電阻R2和反相器CMOS 并連，它們的輸入端與可調(diào)電阻Rpl相連，它們的輸出端與二極管D1的正極和電磁閥(9) 相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種家用空調(diào)冷凝熱回收利用節(jié)電裝置，該裝置主要由溫控電磁閥(5)、自動(dòng)控制器(16)及熱交換器組成，其中熱交換器由冷凝箱(1)、熱管(2)和水箱(3)構(gòu)成，熱管(2)穿越冷凝箱(1)和水箱(3)，熱管(2)為傳熱元件；水箱(3)通過(guò)熱水出口管(13)與家用熱水器的進(jìn)口管道相連，并且通過(guò)與熱水出口管(13)相連的溫控電磁閥(5)和自動(dòng)控制器(16)實(shí)現(xiàn)熱水的自動(dòng)流動(dòng)。本裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便且成本較低等優(yōu)點(diǎn)，適用于酒店賓館以及民用住宅中的各種不同的冷凝系統(tǒng)，將熱能用于冷水的加熱，以達(dá)到減少熱量排放與節(jié)約電能的目的。
文檔編號(hào)F24F12/00GK101832624SQ201010193429
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者宋紹真, 彭時(shí)敏, 李智祥, 楊劍鋒, 熊飛, 王翯, 胡禪, 陳偉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)