國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 實務專題成果展 國立勤益科技大學 冷凍空調與能源系 實務專題成果展 利用PWM方法，做熱泵節能應用 指導教授：蔡貴義 組別：18 專題學生：張家誠、吳庭毓、楊翎育、蕭世宏 三、實驗成果 一、作品摘要 日常生活中，不管何時何地都會使用到能源，但大家有想到該如何節能嗎?冷 凍空調系統能夠製造冰水及經由熱回收製造熱水，因此將這種特性應用到熱水 器上，讓熱水器可以達到類似三溫暖(SPA)的效果。將PWM技術應用到一般家 庭中的熱水器，可以得到類似高級的SPA享受，又因為低成本故極具市場開發 潛力。PWM(Pulse Width Modulation) 脈波寬度調變技術是數位形式，電壓或 電流是以通路(ON)或者斷路(OFF)的重複脈衝序列加到類比負載上去的。導通 時即供電到負載上，關閉的時候即是供電被斷開。應用此技術可提供一般熱水 器的洗澡方式和類似高級三溫暖(SPA)的兩種效用。 電源供應器提供DC24V電源，經由567K固定電阻和100K可變電阻分壓，送 到TL494的第4腳，讓TL494輸入電壓限制在0-3V之間，達到我們所要控制的 責任週期(Duty)(如圖 紅框所示)。 TL494的第5腳接47u的電容，第6腳利用二段手動開關，一邊接702K固定電 阻，另一邊接33K固定電阻。讓週期有20秒和1秒2種狀態。例如 熱水40℃加 冷水10 ℃ 以50%Duty運作， 週期20秒就是熱水開關會ON、OFF各10秒、而 冷水開關則與熱水開關動作相反。在相同條件下，週期1秒就是熱水、冷水開 關會各ON 、OFF 0.5秒。(如圖 藍框所示)。 SSR的輸出接到熱水開關，Relay的作 用是讓當熱水開關OFF時、冷水開關ON。 將Relay的b接點接到冰水開關，Relay的 線圈並聯到熱水開關，如此接法是當水開 關導通時，冷水先行流出，以免被熱水燙 傷之安全設計 (如圖 咖啡色框所示)。 本專題初步測試是先利用2個小型抽水馬達將熱、 冷水分別送到熱、冷水開關做混合的溫度測試 (如右表所示)。 測試時分別使用溫度計、熱電偶器以及PT100 3種溫 度感測器。但溫度感測器有一定的誤差存在，無法達 到100%的準確。雖然無法測得完整的溫度數據，但 PWM溫度控制技術能控制在一定精度的溫度範圍。 本專題的溫度精確度約在±0.5 ℃以內。 以一般家庭住宅之熱水器測試，測試之後，以一般 家用熱水器的洗澡方式其效果不盡理想，本專題所研 發的開關閉合瞬間會導致供水的短暫中斷，而中斷的 時間很明顯感受到混合溫度的變化。利用電容充放電 之特性以改善供水中斷的情況(如右圖所示)，而類似 SPA的效果則比預期的結果理想。 最後測試是將本專題研發的開關接到熱泵上，完成了 新型的熱泵熱水器。 本專題所研發的開關配合熱泵熱水器兼具洗澡三溫暖與SPA功能。國內一般 流行的三溫暖設備，包括攝氏80~90 ℃ 的高溫蒸氣室、乾烤箱、以及冷、熱、 冰三種不同溫度的池子。使用者先洗乾淨身體，在蒸氣室中蒸烤，接著再跳去 冷水或冰水池中，如此反覆使身體肌肉刺激與產生代謝的功能達到舒解壓力之 目的。但這種瞬間忽冷忽熱的溫度刺激很大，對上年紀或是身體狀況欠差者會 因此造成身體的傷害及負擔。但利用PWM技術做出來的類似三溫暖效果，可 以有 熱→溫→冷甚至到冰的不同階段的水溫感受，此效果可讓身體慢慢的適應 水溫變化，不會有強冷強熱的感覺，這樣也可以減少對身體所造成的衝擊。 二、系統說明 四、作品特色