一款汽车冷凝水转换利用装置的设计

徐书鑫，张妍妍

（山东华宇工学院 能源与建筑工程学院，山东 德州 253014）

夏季汽车行驶在公路上会排放大量的冷凝水，这些空调冷凝水直接排放于地面引发了资源浪费、环境污染等诸多问题，回收并利用冷凝水势在必行。而冷凝水回收技术的发展要追溯到上世纪八十年代，人们意识到能源资源的紧张，开始尝试在原设备上进行开放式技术改造，实现冷凝水回收，并进行优化和完善。到了近期，随着冷凝水回收技术和设备的普遍应用，人们开始研究冷凝水回收由开放式向密闭式发展，由传统意义上的回收向系统节能和产生经济效益的回收方式上发展。

1 汽车空调冷凝水的产生与排放

夏季汽车空调运行时，蒸发器表面的温度低于空气露点温度，空气中的水蒸气在蒸发器表面凝结形成冷凝水，冷凝水直接来源于蒸发器表面，其温度较低，对于湿负荷大的环境，冷凝水量相对较大。

汽车空调冷凝水目前处理方式一般直接排放，就是冷凝水用接水盘收集后，通过排水孔及时将冷凝水排到路面，防止冷凝水积聚影响车辆的正常行驶。

李琦、欧阳春生等人对应用在企业、商场、飞机场等公共场所的大型中央空调系统及分散式空调系统产生的大量冷凝水的温度、水质及水量进行了理论分析研究，介绍了空调产生的冷凝水作为水资源用于绿化灌溉、小区喷泉水景、冷却塔补水、飞机场和大型火车站厕所用水等方面，发现节能效果非常明显，并且投资回收效益时间短。但目前还有一些问题尚待解决，如空调系统产生的冷凝水会有一定的腐蚀作用和细菌污染物，所以在二次回收利用时注意采用防腐材料，并要根据实际情况要求进行净化处理。

2 冷凝水转换利用装置设计原理

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将冷凝水收集后，对水资源进一步使用；回收冷凝水的冷量一般是将冷凝水收集后，将冷凝水的冷量传递给其余部件。

众所周知，玻璃水具有防冻、防静电、润滑，还可以消除冬季开车由车内外温差较大引起的雾气，更好地清洁挡风玻璃等优点，其不足之处就是玻璃水使用量比较大，属于快速消耗品，需要经常购买和添加到玻璃水箱中。另外经过调查，发现在汽车没有玻璃水的情况下，车主为了方便将自来水直接加入玻璃水箱中用来清洁玻璃，但自来水中含有大量杂质，不仅清洁效果一般，而且容易堵塞喷嘴口，损害雨刷器，作用远不如玻璃水效果好。

目前有国外专家发明出一种玻璃水泡腾片，浓缩比高达1:1 000，仅用一片泡腾片就可制作4 L的玻璃水，而且它挥发速度很快，十几分钟即可完全挥发，且在-20 ℃至80 ℃之间均能正常发挥作用，但没有运行到汽车冷凝水系统中。如何将汽车行驶中的冷凝水全部或部分回收，并转化为汽车玻璃水，实现废水的回收利用，是需要重点研究的内容。

本设计将空调蒸发器与外界进行冷热交换产生的冷凝水，如图1所示，通过接水盘和收水管收集至4 L储水器中，由水泵输送到玻璃水箱中。

图1 汽车冷凝水转换利用装置系统图

4 L储水器上部设有自动排气阀，储水器内设有磁浮球开关装置，冷凝水通过单向节流阀流入储水器，设置磁浮球开关，储水器中收集的冷凝水达到容器的80%，在磁浮球开关的作用下，自动启闭水泵开关，从而冷凝水通过金属软管输送至玻璃水箱；储水器中收集的冷凝水降至容器的20%，磁浮球开关断开，水泵停止工作，以此防止水泵空转。设置空调开关与水泵开关联动，开启空调开关即开启水泵总开关。4 L储水器中设置泡腾片存储装置，冷凝水不断增加，冷凝水接触泡腾片存储装置，由于浮力装置会向上移动，装置在上升的过程中经过凹槽时一片泡腾片会降至凹槽，持续上升，当装置从凹槽经过后凹槽中的泡腾片掉落并作用，且凹槽阻止下一片泡片的坠落，冷凝水达到容器的80%水泵开始工作。冷凝水液面下降当降至凹槽以下时，由于重力存储泡腾片装置下降，当水泵停止工作装置继续上升泡腾片会自动下落一片，掉入下部的滤网器中，往复循环。

玻璃水箱为两部分，一半盛放汽车用玻璃水，一半盛放收集的冷凝水。所述过滤器将其安装在接水盘下部，将汽车空调的冷凝水通过水泵和金属软管输送到玻璃水箱，为防止冷凝水倒流，玻璃水箱与金属软管接口处设有单向节流阀。玻璃水箱内设置液位提示装置，以便驾驶员通过车内仪表盘了解玻璃水箱中冷凝水和玻璃水用量，提醒驾驶员及时使用，为防止发生冷凝水溢出现象在玻璃水箱底部设置溢水管将多余的冷凝水排放至外界。

该装置能够自动采集汽车空调蒸发器排出的冷凝水，将所述冷凝水输送到汽车的玻璃水箱中，自动完成从取水到输送过程，保证玻璃水长期在水箱的额定范围内。减少购买玻璃水频率，省去驾驶员检查水箱的操作，节约成本，减少垃圾排放，甚至缓解水资源匮乏。

3 设计思路及方法

如图1所示，该汽车空调冷凝水转换装置是将汽车空调制冷过程中产生的冷凝水转换成玻璃水的一整套系统装置。当空调工作时冷凝水由蒸发器与外界进行冷热交换产生，进而流入供承接冷凝水的接水盘，连接于金属软管起除杂作用的过滤器将过滤后的冷凝水经过单向节流阀流入具有自动排气阀的储水器中，冷凝水在储水器中积累，在积累的过程中泡腾片处理装置也在发生反应。

当储水器中的冷凝水量达到图3所示中固定柱上的贯口，将盛放在镂空塑料泡腾片储存装置中的一粒泡腾片掉入滤网器，当液面达到容器的80%时，触碰磁浮球开关，进而水泵开始工作，容器中的冷凝水在水泵的作用下被抽出。当液面达到容器容量的20%时，磁浮球开关断开，水泵停止工作。经过处理后的冷凝水通过水泵的作用经过第二个单向节流阀流入一分为二的玻璃水箱中，一般在玻璃水箱中都会设有液位提示装置，来提醒驾驶员玻璃水的情况。为了防止转换的玻璃水溢出，在玻璃水箱上部设置一条溢水管连接到车厢外进行排除。

如图2所示，12 V的直流电与空调开关磁浮球开关还有水泵的电机串联，即只有两个开关都处于闭合状态电机才可以正常工作。

图2 汽车冷凝水转换利用装置电路图

如图3上部虚线所示镂空塑料泡腾片存储装置，当冷凝水水量超过贯口后还在持续上升状态下会沿着固定柱上升至顶部（此时处于密闭状态）。

图3下部实线所示镂空塑料泡腾片储存装置，为冷凝水量较少刚刚接触塑料管壁时的状态（此时为泡腾片预掉落状态）。

图3中镂空塑料泡腾片储存装置是由两层塑料中间杂入气体的存储装置，可存放多粒泡腾片进行备用。滤网器及泡腾片反应装置为可拆卸进行清理。固定柱为实心的不可拆卸固体。贯口开口尺寸比泡腾片直径小2 cm～3 cm。

图3 储水器详图

4 市场需求及经济效益

4.1 市场需求

（1）物优价廉，比传统玻璃水装置更节省经济支出。

（2）新型装置的问世符合市场不断推陈出新的规则，大部分驾驶员对此方面的需求可以得到满足。

（3）汽车均设有空调冷凝装置且应用范围广，但是传统购买玻璃水装置存在弊端，需要定期检查且耗费财力，浪费了冷凝水这部分资源。

（4）清理简单，只需将滤网器中泡腾片产生的杂质取出进行清理。

（5）采用循环系统，避免浪费水资源。

4.2 经济效益

本研究是将汽车空调排出的冷凝水经过加工转送到玻璃水箱中，具有结构简单、成本低廉、使用方便的特点，且适用范围广，适用于各类汽车。

该装置的使用，替代原有玻璃水，减少对环境的污染，另一方面可在原有设备基础上进行升级装置，降低了改造费用，操作更简单便捷，使驾驶员更安全放心地操作，装置产生的经济效益远远高于传统自行添加玻璃水，绿色环保，积极响应国家环保政策，有利于市场推广。

5 结论

空调系统从诞生到现在广泛应用到各行各业，国内外专家都在进行冷凝水的回收利用的研究，并且提出了多种回收利用方式。而在实际应用中，空调产生的冷凝水大多直接排放到室外或卫生间等处，设置冷凝水回收利用装置的空调系统并不多。其原因在于将冷凝水回收利用装置应用于空调系统时还需要考虑很多问题，例如增设冷凝水回收装置带来的初投资的增加、回收利用冷凝水时消耗的动力、为循环制冷剂或室外空气的流动增加的阻力、冷凝水杀菌消毒的投入及净化程度等，回收冷凝水的冷量及水量带来的空调制冷量增加及能源利用率提高的量值，以及投入与收益之间的关系，这些问题影响了冷凝水回收利用的实际应用。

通过上述汽车冷凝水转换利用装置的研究，可以有效改善汽车空调使用时对环境的污染，实现废水的二次利用，减少车辆对玻璃水的购买，降低汽车日常运行费用，实现资源的节约，同时也为今后冷凝水回收利用的研究提供思路和方向。