徐書鑫，張妍妍

（山東華宇工學(xué)院 能源與建筑工程學(xué)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(diào)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(shù)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(shè)備上進行開放式技術(shù)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(shù)和設(shè)備的普遍應(yīng)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(chǎn)生經(jīng)濟效益的回收方式上發(fā)展。

1 汽車空調(diào)冷凝水的產(chǎn)生與排放

夏季汽車空調(diào)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(jié)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(diào)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(yīng)用在企業(yè)、商場、飛機場等公共場所的大型中央空調(diào)系統(tǒng)及分散式空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的大量冷凝水的溫度、水質(zhì)及水量進行了理論分析研究，介紹了空調(diào)產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)產(chǎn)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(zhuǎn)換利用裝置設(shè)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(nèi)外溫差較大引起的霧氣，更好地清潔擋風(fēng)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(jīng)常購買和添加到玻璃水箱中。另外經(jīng)過調(diào)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(zhì)，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(zhuǎn)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(nèi)容。

本設(shè)計將空調(diào)蒸發(fā)器與外界進行冷熱交換產(chǎn)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(zhuǎn)換利用裝置系統(tǒng)圖

4 L儲水器上部設(shè)有自動排氣閥，儲水器內(nèi)設(shè)有磁浮球開關(guān)裝置，冷凝水通過單向節(jié)流閥流入儲水器，設(shè)置磁浮球開關(guān)，儲水器中收集的冷凝水達到容器的80%，在磁浮球開關(guān)的作用下，自動啟閉水泵開關(guān)，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(guān)斷開，水泵停止工作，以此防止水泵空轉(zhuǎn)。設(shè)置空調(diào)開關(guān)與水泵開關(guān)聯(lián)動，開啟空調(diào)開關(guān)即開啟水泵總開關(guān)。4 L儲水器中設(shè)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(jīng)過凹槽時一片泡騰片會降至凹槽，持續(xù)上升，當(dāng)裝置從凹槽經(jīng)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(dāng)降至凹槽以下時，由于重力存儲泡騰片裝置下降，當(dāng)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(wǎng)器中，往復(fù)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(diào)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(shè)有單向節(jié)流閥。玻璃水箱內(nèi)設(shè)置液位提示裝置，以便駕駛員通過車內(nèi)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(shè)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(diào)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(nèi)。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(shè)計思路及方法

如圖1所示，該汽車空調(diào)冷凝水轉(zhuǎn)換裝置是將汽車空調(diào)制冷過程中產(chǎn)生的冷凝水轉(zhuǎn)換成玻璃水的一整套系統(tǒng)裝置。當(dāng)空調(diào)工作時冷凝水由蒸發(fā)器與外界進行冷熱交換產(chǎn)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(jīng)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(yīng)。

當(dāng)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(wǎng)器，當(dāng)液面達到容器的80%時，觸碰磁浮球開關(guān)，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(dāng)液面達到容器容量的20%時，磁浮球開關(guān)斷開，水泵停止工作。經(jīng)過處理后的冷凝水通過水泵的作用經(jīng)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(shè)有液位提示裝置，來提醒駕駛員玻璃水的情況。為了防止轉(zhuǎn)換的玻璃水溢出，在玻璃水箱上部設(shè)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(diào)開關(guān)磁浮球開關(guān)還有水泵的電機串聯(lián)，即只有兩個開關(guān)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(zhuǎn)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(dāng)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(yù)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(wǎng)器及泡騰片反應(yīng)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(jīng)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(jīng)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(shè)有空調(diào)冷凝裝置且應(yīng)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(wǎng)器中泡騰片產(chǎn)生的雜質(zhì)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(jīng)濟效益

本研究是將汽車空調(diào)排出的冷凝水經(jīng)過加工轉(zhuǎn)送到玻璃水箱中，具有結(jié)構(gòu)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(shè)備基礎(chǔ)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(chǎn)生的經(jīng)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(yīng)國家環(huán)保政策，有利于市場推廣。

5 結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)從誕生到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，國內(nèi)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(yīng)用中，空調(diào)產(chǎn)生的冷凝水大多直接排放到室外或衛(wèi)生間等處，設(shè)置冷凝水回收利用裝置的空調(diào)系統(tǒng)并不多。其原因在于將冷凝水回收利用裝置應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)時還需要考慮很多問題，例如增設(shè)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(diào)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(guān)系，這些問題影響了冷凝水回收利用的實際應(yīng)用。

通過上述汽車冷凝水轉(zhuǎn)換利用裝置的研究，可以有效改善汽車空調(diào)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。