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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李永長
研究生(外文):Yung-Chang Li
論文名稱:結合太陽能雙層儲熱水筒與熱泵空調機之創新熱水供應系統
論文名稱(外文):An Innovative Hot Water Supply System by Combining Solar Dual Storage Water Tank and Heat Pump Air Conditioner
指導教授:黄景良陳文立陳文立引用關係
指導教授(外文):King-Leung WongWen-Lih Chen
口試委員:周煥銘江家慶陳文平王松浩
口試委員(外文):Huann-Ming ChouChia-Chin ChiangWen-Ping ChenSong-hao Wang
口試日期:2015-07-08
學位類別:博士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:機械與能源工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:153
中文關鍵詞:水冷式冷氣機太陽能熱水器熱泵板式熱交換器雙層儲水筒
外文關鍵詞:water-cooled air conditionersolar water heaterheat pumpflat-plate heat exchangerdouble-layer water tank
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熱帶或亞熱帶國家都非常適合太陽能和熱泵技術的發展。目前本文提出結合太陽能雙層儲熱水筒與熱泵空調機之創新熱水供應系統,提升熱能利用增加供水溫度。本文利用空調機冷凝器所排之廢熱與太陽熱能熱水器結合與不同容積的蓄熱水槽分析,發現所結合冷氣機與太陽熱能熱水器運轉一小時提高的能量,比該太陽熱能熱水器日照一天能量高約一倍。相對的,針對不同噸數冷氣機結合太陽熱能提供於固定容積的蓄熱水槽下,發現較低噸數冷氣機可提供較快速且有效的能源轉換。因此,本文提出若能將家用小型冷氣機冷凝器改為水冷式板式熱交換器,一方面可增加冷氣機之能源效率,另一方面冷氣機所產生的熱水可整合太陽能熱水器作為家庭用熱水,本系統啟動後,即能製造熱水且能長時提供熱水,且提高的能量比一般太陽熱能熱水器能量約24.32%。增加熱水供應量,以達到節能減碳之目的。
Countries located in the tropics or subtropics are suitable places for the development of solar energy and heat pump technology. The current study proposed an integrated hot water supply system that combined double-layer solar water tanks and heat-pump air conditioners to enhance heat utilization and increase water temperature. The analysis of thermal water tanks of different volumes in integration of air conditioners that exhaust heat with solar water heater revealed that air conditioner operating for an hour produced double the energy than normal sunshine does for an enfire day. With thermal water tanks of fixed volume, the integration of air conditioners of different capacities with solar energy indicated that air conditioners of smaller capacities produced faster and more efficient energy conversion. Therefore, the current study proposed that the modification of condenser in domestic air conditioner into water-cooled flat-plate heat exchanger which would not only enhance the energy efficiency of air conditioners but also increase hot water supplies because hot water from air conditioners could be integrated into solar water heaters. After the energy of the system has booted, the hot water can be produced and can provide hot water a long time, and improved energy of about 24.32% than the average solar thermal water heaters. By doing so, energy conservation and carbon reduction could be achieved.
摘 要 i
Abstract iii
誌 謝 v
目 錄 vi
表 目 錄 x
圖 目 錄 xi
符號說明 xv
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 5
1.3 論文架構 12
第二章 文獻探討與冷凍空調工程理論 15
2.1 冷卻(凍)工程依應用溫度範圍之分類 15
2.1.1 冷卻工程(Cooling Engineering) 15
2.1.2 冷藏工程(Refrigeration Engineering) 15
2.1.3 低溫冷凍工程(Freezing Engineering) 16
2.1.4 超低溫冷凍工程(Cryopreservation Engineering) 16
2.2 冷卻定律 16
2.3 冷凍工程理論 18
2.3.1 卡諾循環與反向卡諾循環 21
2.3.2 冷凍循環系統之主要元件 30
2.3.3 蒸汽壓縮冷凍循環理論 35
2.4 空調工程理論 42
2.4.1 濕空氣與壓力、溫度、體積之關係 43
2.4.2 濕空氣性質圖之應用與變化 45
第三章 熱交換與儲熱裝置概述與運用 48
3.1 熱交換器之應用 48
3.2 熱交換器之種類 49
3.2.1 管式熱交換器 50
3.2.2 板式熱交換器 52
3.3 熱泵 57
3.3.1 熱泵熱水器熱源與種類 58
3.3.2 熱泵系統設計原則 59
3.3.3 熱泵系統設計重點要領 59
3.4 儲水桶設計 60
第四章 研究方法與實驗設備 62
4.1 研究方法與實驗流程 62
4.1.1 目前相關創作與產品介紹 64
4.1.2 利用四通閥製冷循環操作原理 64
4.1.3 利用四通閥製熱循環操作原理 65
4.2 本研究利用冷氣機廢熱水與太陽能熱水器熱水創作方法 68
4.2.1 水冷、風冷式小型家用冷氣機工作原理 68
4.2.2 太陽能熱水器之原理 70
4.2.3 太陽能熱水器整合家用冷氣機之熱回收系統原理 71
4.2.4 本研究完成節能式熱水及冷氣供應系統創作方法 72
4.3 本研究利用板式交換器回收冷氣廢熱進行大量換氣創作方法 73
4.3.1 熱天開冷氣同時製造熱水之功能 74
4.3.2 冷天使用暖氣或不用暖氣時製造熱水之功能 75
4.3.3 熱天室內快速全換氣同時兼具冷氣之功能 76
4.3.4 冷天室內快速全換氣同時兼具暖氣之功能 77
4.4 創新雙層儲熱水筒設計 78
4.5 本研究熱交換與儲熱裝置創新實作方法 81
4.6 實驗測試用儀器與儀表 83
4.6.1 風速計 83
4.6.2 紅外線熱顯像儀 84
4.6.3 非接觸式紅外線測溫槍 85
4.6.4 電源監測器 86
第五章 結果與討論 88
5.1 本研究利用冷氣機廢熱水與太陽能熱水器熱水創新驗證結果 88
5.2 窗型冷暖氣機與熱交換裝置整合系統驗證實作結果 90
5.3 創新雙層儲熱水筒驗證實作結果 93
5.4 熱交換與儲熱裝置創新驗證實作方法 95
5.4.1 本研究作品與節能式熱水及冷氣供應系統驗證比較 97
5.4.2 本研究作品與窗型冷暖氣機熱交換裝置整合系統驗證 101
5.4.3 本研究作品與創新雙層儲熱水筒驗證比較 104
5.5 分析討論 107
5.5.1 不同熱源產生熱水之成本比較 117
5.5.2 不同熱水器之效益成本及壽命對照比較 119
第六章 結論與未來展望 121
6.1 結論 121
6.2 未來展望 122
參考文獻 124
附錄 139
附錄A 節能式熱水及冷氣供應系統專利證書 139
附錄B 節能式熱水及冷氣供應系統技術報告書 140
附錄C 窗型冷暖氣機與熱交換裝置整合系統專利證書 143
附錄D 窗型冷暖氣機與熱交換裝置整合系統技術報告書 144
附錄E 2013年韓國首爾第9屆國際發明展覽會(銀牌獎) 147
附錄F 2014金門國際創新發明暨設計競賽(金牌獎) 148
附錄G 2014金門國際創新發明暨設計競賽(銀牌獎) 149
附錄H 2014年台北國發明際暨技術交易展(銅牌獎) 150
附錄 I 2014年台北國發明際暨技術交易展(銅牌獎) 151

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