一款汽車冷凝水轉換利用裝置的設計

徐書鑫，張妍妍

（山東華宇工學院 能源與建筑工程學院，山東 德州 253014）

夏季汽車行駛在公路上會排放大量的冷凝水，這些空調冷凝水直接排放于地面引發(fā)了資源浪費、環(huán)境污染等諸多問題，回收并利用冷凝水勢在必行。而冷凝水回收技術的發(fā)展要追溯到上世紀八十年代，人們意識到能源資源的緊張，開始嘗試在原設備上進行開放式技術改造，實現(xiàn)冷凝水回收，并進行優(yōu)化和完善。到了近期，隨著冷凝水回收技術和設備的普遍應用，人們開始研究冷凝水回收由開放式向密閉式發(fā)展，由傳統(tǒng)意義上的回收向系統(tǒng)節(jié)能和產生經濟效益的回收方式上發(fā)展。

1 汽車空調冷凝水的產生與排放

夏季汽車空調運行時，蒸發(fā)器表面的溫度低于空氣露點溫度，空氣中的水蒸氣在蒸發(fā)器表面凝結形成冷凝水，冷凝水直接來源于蒸發(fā)器表面，其溫度較低，對于濕負荷大的環(huán)境，冷凝水量相對較大。

汽車空調冷凝水目前處理方式一般直接排放，就是冷凝水用接水盤收集后，通過排水孔及時將冷凝水排到路面，防止冷凝水積聚影響車輛的正常行駛。

李琦、歐陽春生等人對應用在企業(yè)、商場、飛機場等公共場所的大型中央空調系統(tǒng)及分散式空調系統(tǒng)產生的大量冷凝水的溫度、水質及水量進行了理論分析研究，介紹了空調產生的冷凝水作為水資源用于綠化灌溉、小區(qū)噴泉水景、冷卻塔補水、飛機場和大型火車站廁所用水等方面，發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果非常明顯，并且投資回收效益時間短。但目前還有一些問題尚待解決，如空調系統(tǒng)產生的冷凝水會有一定的腐蝕作用和細菌污染物，所以在二次回收利用時注意采用防腐材料，并要根據(jù)實際情況要求進行凈化處理。

2 冷凝水轉換利用裝置設計原理

回收利用是利用冷凝水的水量或冷量，其中利用冷凝水的水量一般是將冷凝水收集后，對水資源進一步使用；回收冷凝水的冷量一般是將冷凝水收集后，將冷凝水的冷量傳遞給其余部件。

眾所周知，玻璃水具有防凍、防靜電、潤滑，還可以消除冬季開車由車內外溫差較大引起的霧氣，更好地清潔擋風玻璃等優(yōu)點，其不足之處就是玻璃水使用量比較大，屬于快速消耗品，需要經常購買和添加到玻璃水箱中。另外經過調查，發(fā)現(xiàn)在汽車沒有玻璃水的情況下，車主為了方便將自來水直接加入玻璃水箱中用來清潔玻璃，但自來水中含有大量雜質，不僅清潔效果一般，而且容易堵塞噴嘴口，損害雨刷器，作用遠不如玻璃水效果好。

目前有國外專家發(fā)明出一種玻璃水泡騰片，濃縮比高達1:1 000，僅用一片泡騰片就可制作4 L的玻璃水，而且它揮發(fā)速度很快，十幾分鐘即可完全揮發(fā)，且在-20 ℃至80 ℃之間均能正常發(fā)揮作用，但沒有運行到汽車冷凝水系統(tǒng)中。如何將汽車行駛中的冷凝水全部或部分回收，并轉化為汽車玻璃水，實現(xiàn)廢水的回收利用，是需要重點研究的內容。

本設計將空調蒸發(fā)器與外界進行冷熱交換產生的冷凝水，如圖1所示，通過接水盤和收水管收集至4 L儲水器中，由水泵輸送到玻璃水箱中。

圖1 汽車冷凝水轉換利用裝置系統(tǒng)圖

4 L儲水器上部設有自動排氣閥，儲水器內設有磁浮球開關裝置，冷凝水通過單向節(jié)流閥流入儲水器，設置磁浮球開關，儲水器中收集的冷凝水達到容器的80%，在磁浮球開關的作用下，自動啟閉水泵開關，從而冷凝水通過金屬軟管輸送至玻璃水箱；儲水器中收集的冷凝水降至容器的20%，磁浮球開關斷開，水泵停止工作，以此防止水泵空轉。設置空調開關與水泵開關聯(lián)動，開啟空調開關即開啟水泵總開關。4 L儲水器中設置泡騰片存儲裝置，冷凝水不斷增加，冷凝水接觸泡騰片存儲裝置，由于浮力裝置會向上移動，裝置在上升的過程中經過凹槽時一片泡騰片會降至凹槽，持續(xù)上升，當裝置從凹槽經過后凹槽中的泡騰片掉落并作用，且凹槽阻止下一片泡片的墜落，冷凝水達到容器的80%水泵開始工作。冷凝水液面下降當降至凹槽以下時，由于重力存儲泡騰片裝置下降，當水泵停止工作裝置繼續(xù)上升泡騰片會自動下落一片，掉入下部的濾網器中，往復循環(huán)。

玻璃水箱為兩部分，一半盛放汽車用玻璃水，一半盛放收集的冷凝水。所述過濾器將其安裝在接水盤下部，將汽車空調的冷凝水通過水泵和金屬軟管輸送到玻璃水箱，為防止冷凝水倒流，玻璃水箱與金屬軟管接口處設有單向節(jié)流閥。玻璃水箱內設置液位提示裝置，以便駕駛員通過車內儀表盤了解玻璃水箱中冷凝水和玻璃水用量，提醒駕駛員及時使用，為防止發(fā)生冷凝水溢出現(xiàn)象在玻璃水箱底部設置溢水管將多余的冷凝水排放至外界。

該裝置能夠自動采集汽車空調蒸發(fā)器排出的冷凝水，將所述冷凝水輸送到汽車的玻璃水箱中，自動完成從取水到輸送過程，保證玻璃水長期在水箱的額定范圍內。減少購買玻璃水頻率，省去駕駛員檢查水箱的操作，節(jié)約成本，減少垃圾排放，甚至緩解水資源匱乏。

3 設計思路及方法

如圖1所示，該汽車空調冷凝水轉換裝置是將汽車空調制冷過程中產生的冷凝水轉換成玻璃水的一整套系統(tǒng)裝置。當空調工作時冷凝水由蒸發(fā)器與外界進行冷熱交換產生，進而流入供承接冷凝水的接水盤，連接于金屬軟管起除雜作用的過濾器將過濾后的冷凝水經過單向節(jié)流閥流入具有自動排氣閥的儲水器中，冷凝水在儲水器中積累，在積累的過程中泡騰片處理裝置也在發(fā)生反應。

當儲水器中的冷凝水量達到圖3所示中固定柱上的貫口，將盛放在鏤空塑料泡騰片儲存裝置中的一粒泡騰片掉入濾網器，當液面達到容器的80%時，觸碰磁浮球開關，進而水泵開始工作，容器中的冷凝水在水泵的作用下被抽出。當液面達到容器容量的20%時，磁浮球開關斷開，水泵停止工作。經過處理后的冷凝水通過水泵的作用經過第二個單向節(jié)流閥流入一分為二的玻璃水箱中，一般在玻璃水箱中都會設有液位提示裝置，來提醒駕駛員玻璃水的情況。為了防止轉換的玻璃水溢出，在玻璃水箱上部設置一條溢水管連接到車廂外進行排除。

如圖2所示，12 V的直流電與空調開關磁浮球開關還有水泵的電機串聯(lián)，即只有兩個開關都處于閉合狀態(tài)電機才可以正常工作。

圖2 汽車冷凝水轉換利用裝置電路圖

如圖3上部虛線所示鏤空塑料泡騰片存儲裝置，當冷凝水水量超過貫口后還在持續(xù)上升狀態(tài)下會沿著固定柱上升至頂部（此時處于密閉狀態(tài)）。

圖3下部實線所示鏤空塑料泡騰片儲存裝置，為冷凝水量較少剛剛接觸塑料管壁時的狀態(tài)（此時為泡騰片預掉落狀態(tài)）。

圖3中鏤空塑料泡騰片儲存裝置是由兩層塑料中間雜入氣體的存儲裝置，可存放多粒泡騰片進行備用。濾網器及泡騰片反應裝置為可拆卸進行清理。固定柱為實心的不可拆卸固體。貫口開口尺寸比泡騰片直徑小2 cm～3 cm。

圖3 儲水器詳圖

4 市場需求及經濟效益

4.1 市場需求

（1）物優(yōu)價廉，比傳統(tǒng)玻璃水裝置更節(jié)省經濟支出。

（2）新型裝置的問世符合市場不斷推陳出新的規(guī)則，大部分駕駛員對此方面的需求可以得到滿足。

（3）汽車均設有空調冷凝裝置且應用范圍廣，但是傳統(tǒng)購買玻璃水裝置存在弊端，需要定期檢查且耗費財力，浪費了冷凝水這部分資源。

（4）清理簡單，只需將濾網器中泡騰片產生的雜質取出進行清理。

（5）采用循環(huán)系統(tǒng)，避免浪費水資源。

4.2 經濟效益

本研究是將汽車空調排出的冷凝水經過加工轉送到玻璃水箱中，具有結構簡單、成本低廉、使用方便的特點，且適用范圍廣，適用于各類汽車。

該裝置的使用，替代原有玻璃水，減少對環(huán)境的污染，另一方面可在原有設備基礎上進行升級裝置，降低了改造費用，操作更簡單便捷，使駕駛員更安全放心地操作，裝置產生的經濟效益遠遠高于傳統(tǒng)自行添加玻璃水，綠色環(huán)保，積極響應國家環(huán)保政策，有利于市場推廣。

5 結論

空調系統(tǒng)從誕生到現(xiàn)在廣泛應用到各行各業(yè)，國內外專家都在進行冷凝水的回收利用的研究，并且提出了多種回收利用方式。而在實際應用中，空調產生的冷凝水大多直接排放到室外或衛(wèi)生間等處，設置冷凝水回收利用裝置的空調系統(tǒng)并不多。其原因在于將冷凝水回收利用裝置應用于空調系統(tǒng)時還需要考慮很多問題，例如增設冷凝水回收裝置帶來的初投資的增加、回收利用冷凝水時消耗的動力、為循環(huán)制冷劑或室外空氣的流動增加的阻力、冷凝水殺菌消毒的投入及凈化程度等，回收冷凝水的冷量及水量帶來的空調制冷量增加及能源利用率提高的量值，以及投入與收益之間的關系，這些問題影響了冷凝水回收利用的實際應用。

通過上述汽車冷凝水轉換利用裝置的研究，可以有效改善汽車空調使用時對環(huán)境的污染，實現(xiàn)廢水的二次利用，減少車輛對玻璃水的購買，降低汽車日常運行費用，實現(xiàn)資源的節(jié)約，同時也為今后冷凝水回收利用的研究提供思路和方向。