CN104251572A - 多功能热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能热泵空调系统，其包含有热交换组、热水单元及控制单元，热交换组可依需求改变冷媒的流向，以使冷媒具有多种热交换模式，而使本发明可提供冷气、热水、低负载热水含冷气、高负载热水含冷气、暖气，以及热水含暖气的多功能实施模式，而据以改善现有系统的管路、构件配置不良而造成管路压降过大而影响系统性能效益的缺点，而达到实质具多功能热泵空调模式的操作优异性。

Description

多功能热泵空调系统

技术领域

本发明有关于一种多功能热泵空调系统，尤其特指有关改变冷媒的流向，即可得到多种不同的热交换模式的组合以满足需求的改良创新系统。

背景技术

　目前大多数的家庭对于致冷（冷气需求）或致热（热水需求），仍然是以独立的两套设备（空调系统与热泵系统）来分别供应对空调及热水的需求，因此，在硬件设备方面可说是重复的采用压缩机系统，以致于浪费地球的资源，或者是功能上的重复，因为在室内需求冷气时，其排出的热量可同时制作热水，但却没被利用而被排掉，因此可说是双重耗费能源。

为了避免设备的重复及耗能的浪费，需要将冷暖空调功能及热泵热水功能整合在同一套设备上，此至少已有如中国台湾专利公开第201219726号（即申请第99137600号）的专利前案。

但是，上述的该专利前案因为设计的不完善，而在实际操作上至少具有以下所述的缺点：（注明：此部分图一至图五为前案附图，与本发明的说明书附图无关。）

(一)现有的冷气按装配管的流程是小径管为液态冷煤流入室内机的入口管，而大径管为液态冷煤流经室内机吸热蒸发成低压气态冷煤的出口管；但就该专利前案的图一（高负载热水含冷气的模式）而言，此冷煤流程设计是小径管为出口管，故会造成阻抗大、压力过低，且又因流经第二膨胀装置(25)（为在该专利前案中的元件符号，以下均同），将使已吸热成气态的冷煤经二次膨胀，压力将更低，接着再流经室外热交换器(24)蒸发器，才流回压缩机(20)的吸入端，此将造成冷煤严重不足，压缩机(20)吸入温度过高，造成压缩机(20)损坏。

(二)四方阀(23)是一种由电磁与管路之间压力差推动阀件而改变冷煤流向的构件，然而该专利前案的设计，高压冷煤流经第一膨胀装置(22)降压，将使高低压的压差变小，而四方阀(23)因压差变小，将在系统切换时会有不切实切换的严重缺点。

(三) 就该专利前案的图二（低负载热水含冷气的模式）而言，现有的冷气系统流程，此处不应有第一膨胀装置(22)，而膨胀作用应由第二膨胀装置(25)将液态冷煤变为液气共存的冷煤才是！第一膨胀装置(22)将会造成压降过大与过度膨胀，而影响性能系数的严重缺点。

(四) 就该专利前案的图三（单冷气的模式）而言，同样的，此流程设计，高压气态冷煤流经第一膨胀装置(22) 将会造成压降过大与过度膨胀，而影响性能系数，意即：第一膨胀装置(22)在此系统是不应存在的构件，或者必须另设计一回路取代。

(五) 就该专利前案的图四（单热水的模式）而言，压缩机(20)输出端的高压气态冷煤，经液体热交换器(21)冷凝成液态冷煤，接者流经第一膨胀装置(22)压降成液气共存冷煤，再经室外热交换器(24)蒸发为气态冷煤而回压缩机(20)的吸入端，方为正常的系统流程，然而该专利前案的图四，则是再经过第二膨胀装置(25)，将会造成过大阻抗而影响性能。

(六) 就该专利前案的图五（热水含暖气的模式）而言，正常流程应是高压高温气态冷煤由大径管进入室内热交换器(26)，造热冷凝成液态冷煤，再由第二膨胀装置(25)压降，再经室外热交换器(24)蒸发为气态冷煤而回压缩机(20)的吸入端。然而而该专利前案的图五，则是高压高温气态冷煤流经第一膨胀装置(22)，将造成过度膨胀压降，使得高压端压力过大，而低压回流端压力太低，而使系统运转异常。

发明内容

针对以上缺陷，本发明遂思及提供一种多功能热泵空调系统，借着系统的管路、构件配置的合理化，而使改变冷媒流向时，冷媒可于系统中产生多种热交换的模式，借以达到提供冷气、热水、低负载热水含冷气、高负载热水含冷气、暖气，以及热水含暖气的组合的功能，且使系统运作正常，而无过度压降与膨胀的缺点。

为实现上述预期目标，本发明采用以下的技术方案：

本发明为一种多功能热泵空调系统，由一热交换组、一热水单元及一控制单元所组成，该热交换组至少具有一压缩机、一水侧热交换器、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置、一室内热交换器、一第一风扇及一第二风扇，且均与该控制单元电性连接，而该压缩机以一第一管线连接该水侧热交换器，而该水侧热交换器以一第二管线连接该室外热交换器，而该第一膨胀装置设置于该第二管线，另外，该室外热交换器以一第三管线连接该室内热交换器，且该第二膨胀装置设置于该第三管线，而该室内热交换器以一第四管线连接回到该压缩机，另该第三管线另以一第五管线连接至该第四管线，另外，该第一风扇、第二风扇分别设于该室外热交换器、室内热交换器的侧边；而该热水单元具有一储水桶、一泵、一进液管及一出液管，该水侧热交换器以该进液管连接至该储水桶，而该储水桶以该出液管连接回到该水侧热交换器，而该泵设于该出液管，且该泵亦电性连接至该控制单元；而系统改良主要在于：该第二管线另设置有一第一电磁阀及一第二电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀与该第一膨胀装置呈并联设置；又该第五管线的一端连接至该室外热交换器与该第二膨胀装置之间的该第三管线上，且该第五管线设置有一第三电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀及该第三电磁阀均电性连接至该控制单元。或者，该热交换组再具有一四方阀，而该第二管线及该第四管线均通过该四方阀，且该四方阀位于该第一膨胀装置与该压缩机之间，以及同时位于该室内热交换器与该压缩机之间。据此，使冷媒先经室外热交换器，再经过室内热交换器，并通过该控制单元的引导，改变冷媒的流向，以达到可提供冷气、热水、低负载热水含冷气、高负载热水含冷气的组合，且不致有过度压降的问题。

其次，该第二管线于该第二电磁阀、该室外热交换器之间另设置一个三向管件。又者，该出液管于该泵、该水侧热交换器之间增设一流量计，且该流量计电性连接至该控制单元。

又，本发明采用以下的另一技术方案：

本发明为一种多功能热泵空调系统，由一热交换组、一热水单元及一控制单元所组成，该热交换组至少具有一压缩机、一水侧热交换器、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置、一室内热交换器、一第一风扇、一第二风扇及一四方阀，且均与该控制单元电性连接，而该压缩机以一第一管线连接该水侧热交换器，而该水侧热交换器以一第六管线连接该室内热交换器，另该室内热交换器以一第七管线连接该室外热交换器，且该第二膨胀装置系设置于该第七管线，而该室外热交换器以一第八管线连接回到该压缩机，而该第一膨胀装置系设置于该第八管线，另该第六管线另以一第九管线连接至该第七管线，另该第一风扇、第二风扇分别设于该室外热交换器、室内热交换器的侧边；而该热水单元具有一储水桶、一泵、一进液管及一出液管，该水侧热交换器以该进液管连接至该储水桶，而该储水桶以该出液管连接回到该水侧热交换器，而该泵设于该出液管，且该泵亦电性连接至该控制单元；而系统改良主要在于：该第八管线另设置有一第一电磁阀及一第二电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀与该第一膨胀装置呈并联设置，且该第九管线设置有一第三电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀及该第三电磁阀均电性连接至该控制单元，又该第六管线及该第八管线均通过该四方阀，且该四方阀位于该第一膨胀装置与该压缩机之间，以及同时位于该室内热交换器与该压缩机之间，又该第九管线的一端连接至该第二膨胀装置与该室外热交换器之间的该第七管线上，且该第九管线的另一端连接至该四方阀与该室内热交换器之间的该第六管线上。据此，使冷媒先经室内热交换器，再经过室外热交换器，并通过该控制单元的引导，改变冷媒的流向，以达到可提供暖气、热水含暖气的组合。

其次，该第八管线于该第二电磁阀、该室外热交换器之间另设置一个三向管件。又者，该第九管线增设一个不能流通该第三电磁阀的单向阀，该单向阀位于该第三电磁阀的前方位置（“前方位置”是指靠近该水侧热交换器的位置），以避免暖气模式实施时，高温高压气态冷煤充开该第三电磁阀，影响性能系数。再者，该出液管于该泵、该水侧热交换器之间增设一流量计，且该流量计电性连接至该控制单元。

是以，可知本发明的主要目的及有益技术效果在于提供一种热泵空调系统，主要借助系统的管路流向、构件的配置合理化，而使改变冷媒流向时，冷媒可于系统中产生多种热交换的模式，且无过度压降与膨胀的缺点，而为本发明达到的诸多功效增进处。

附图说明

图1为本发明为单冷复合机时的冷气模式的冷媒流程示意图。

图2为本发明为单冷复合机时的热水模式的冷媒流程示意图。

图3为本发明为单冷复合机时的低负载热水含冷气模式的冷媒流程示意图。

图4为本发明为单冷复合机时的高负载热水含冷气模式的冷媒流程示意图。

图5为本发明为冷暖复合机时的冷气模式的冷媒流程示意图。

图6为本发明为冷暖复合机时的热水模式的冷媒流程示意图。

图7为本发明为冷暖复合机时的低负载热水含冷气模式的冷媒流程示意图。

图8为本发明为冷暖复合机时的高负载热水含冷气模式的冷媒流程示意图。

图9为本发明为冷暖复合机时的暖气模式的冷媒流程示意图。

图10为本发明为冷暖复合机时的热水含暖气模式的冷媒流程示意图。

元素符号说明：

1热交换组     11压缩机     12水侧热交换器     13第一膨胀装置

14室外热交换器  141第一风扇   15第二膨胀装置     16室内热交换器

161第二风扇        171第一电磁阀    172第二电磁阀 173第三电磁阀

18四方阀              191第一管线   192第二管线     193第三管线

194第四管线        195第五管线   196第六管线    197第七管线

198第八管线        199第九管线 199a单向阀  190三向管件

2热水单元            21储水桶   22泵  23进液管

24出液管              25流量计   3控制单元。

具体实施方式

首先，请参阅图1所示，本发明具有一热交换组1、一热水单元2及一控制单元3。其中： 　　热交换组1，具有一压缩机11、一水侧热交换器12、一第一膨胀装置13、一室外热交换器14、一第二膨胀装置15、一室内热交换器16，以及一第一电磁阀171、一第二电磁阀172与一第三电磁阀173，另如图5，可增设一四方阀18，而在室外热交换器14、室内热交换器16的侧边分别设置一第一风扇141、一第二风扇161，且均与控制单元3电性连接。其次，压缩机11以一第一管线191连接水侧热交换器12，而水侧热交换器12以一第二管线192连接室外热交换器14，而第一膨胀装置13、第一电磁阀171与第二电磁阀172设置于第二管线192，且第一电磁阀171与第二电磁阀172与第一膨胀装置13呈并联设置，又，第二管线192于第二电磁阀172、室外热交换器14之间另设置一个三向管件190，另外，室外热交换器14以一第三管线193连接室内热交换器16，而第二膨胀装置15即设置于第三管线193，而室内热交换器16以一第四管线194连接回到压缩机11，另该第三管线193另以一第五管线195连接至第四管线194，而第三电磁阀173系设置于第五管线195，且第五管线195的一端连接至室外热交换器14与第二膨胀装置15之间的第三管线193上。再如图5，第二管线192及第四管线194均通过四方阀18，且四方阀18位于第一膨胀装置13与压缩机11之间，以及位于室内热交换器16与压缩机11之间。

热水单元2，具有一储水桶21、一泵22、一进液管23、一出液管24及一流量计25，而水侧热交换器12以进液管23连接至储水桶21，而储水桶21以出液管24经由流量计25连接回到水侧热交换器12，而泵22设在出液管24，且泵22与流量计25也分别电性连接至控制单元3；而泵22可为变频泵，而流量计25为一保护作用，设置于泵22与水侧热交换器12之间的出液管24，以避免没水或水量过少而进入水侧热交换器12，造成空烧而使系统损坏。

承上，其实施模式如下：

(a)冷气模式：包含图1的单冷复合机及图5的冷暖复合机，泵22呈off状态，压缩机11依控制单元3设定条件运转，若是图5则四方阀18控制在冷气机能，高温高压冷煤通过第一电磁阀171导引至室外热交换器14冷凝，之后通过第二膨胀装置15压降成液气共存冷煤，流经室内热交换器16蒸发吸热降低室内温度之后（或再通过四方阀18，如图5）而回到压缩机11。

(b)热水模式：包含图2的单冷复合机及图6的冷暖复合机，泵22与压缩机11依控制单元3设定条件运转，压缩机11将高温高压冷煤送至水侧热交换器12中进行热交换而提升水温，若是图6则四方阀18控制在冷气机能，经热交换的冷煤呈半液半气而流经第一膨胀装置13压降，进入室外热交换器14蒸发成气态冷煤，再经由第三电磁阀173（或再经由四方阀18，如图6）而回到压缩机11。

(c)低负载热水含冷气模式：包含图3的单冷复合机及图7的冷暖复合机，泵22与压缩机11依控制单元3设定条件运转，压缩机11将高温高压冷煤送至水侧热交换器12中进行热交换，此时水侧热交换器12的负载设定低于冷气负载，即水侧热交换器12的入水温高于一设定值，冷凝系数低而无法完全冷凝，若是图7则四方阀18控制在冷气机能，冷煤导入第一电磁阀171而呈无阻抗的流入大散热面积的室外热交换器14，使将高温气态冷煤确实冷凝成半液半气冷煤，以确保冷气性能系数，接着通过第二膨胀装置15压降后进入室内热交换器16蒸发，以降低室内温度，气态冷凝再（或再经由四方阀18，如图7）回到压缩机11。

(d) 高负载热水含冷气模式：包含图4的单冷复合机及图8的冷暖复合机，泵22与压缩机11依控制单元3设定条件运转，压缩机11将高温高压冷煤送至水侧热交换器12中进行热交换，此时水侧热交换器12的负载设定高于冷气负载，即水侧热交换器12的入水温低于一设定值，冷凝系数高，若是图8则四方阀18控制在冷气机能，已完成冷凝的冷煤导入第二电磁阀172而流入呈小面积散热的室外热交换器14，此时第一风扇141被控制在适当转速，以确保冷气性能系数，接者通过第二膨胀装置15压降后进入室内热交换器16蒸发，以降低室内温度，气态冷凝再（或再经由四方阀18，如图8）回到压缩机11。

再者，请参阅图9的另一具体结构实施例，其结构组成与上述具有四方阀18者大致相同，但不同处是指：冷煤流向与上述者相反，是先通过室内热交换器16之后，再经室外热交换器14而回到压缩机11。

其结构组成不同处为：压缩机11以一第一管线191连接水侧热交换器12之后，水侧热交换器12以一第六管线196连接室内热交换器16，而室内热交换器16以一第七管线197连接室外热交换器14，而第二膨胀装置15设置于第七管线197，而室外热交换器14再以一第八管线198连接回到压缩机11，而第一膨胀装置13、第一电磁阀171与第二电磁阀172并联设置于第八管线198，另该第六管线196另以一第九管线199连接至第七管线197，且第三电磁阀173设置于第九管线199，而第六管线196及第八管线198均通过四方阀18，又，第九管线199的一端是连接至第二膨胀装置15与室外热交换器14之间的第七管线197上，且第九管线199的另一端连接至四方阀18与室内热交换器16之间的第六管线196。

其次，在第八管线198于第二电磁阀172、室外热交换器14之间另设置一个该三向管件190。又者如图9所示，第九管线199增设一个单向阀199a，且单向阀199a使冷煤不能逆向经过单向阀199a而流通至第三电磁阀173，意即：单向阀199a位于第三电磁阀173之前，以避免暖气模式实施时，高温高压气态冷煤充开第三电磁阀173，影响性能系数。

承上，其实施模式如下：

(e)暖气模式：如图9所示的冷暖复合机，此时泵22呈off状态，压缩机11依控制单元3设定条件运转，四方阀18控制在暖气机能，高温高压冷煤经四方阀18导引至室内热交换器16散热，以增加室内温度，此时单向阀199a即阻隔高温高压冷煤，以确保不会充开第三电磁阀173而影响性能系数；而散热冷凝后的冷煤通过第二膨胀装置15进入室外热交换器14蒸发吸热，再流经第一电磁阀171、四方阀18而回到压缩机11。

(f)热水含暖气模式：如图10所示的冷暖复合机，泵22与压缩机11依控制单元3设定条件运转，压缩机11将高温高压冷煤送至水侧热交换器12中进行热交换，四方阀18控制在暖气机能，将冷煤引入室内热交换器16散热，以增加室内温度（此时控制单元3依热水与暖气需求而控制被动元件如压缩机11的转速、泵）,接着冷凝过后的半液半气冷煤再由第二膨胀装置15压降，再进入室外热交换器14蒸发吸热成气态冷煤，再由第一电磁阀171、四方阀18而回到压缩机11。

据上的具体实施例结构组成及实施说明，可知本发明在管路及构件配置合理化之外，通过控制单元3设定冷煤的流向而使其合理化，以适用于多种冷热需求的运作模式，且重要的是不会有过度压降、膨胀的问题，而可排除影响系统性能效益的缺点，而达到实质具多功能热泵空调模式的操作优异性。

综上所述，本发明确实已改善现有多功能热泵空调系统的缺点，使得冷气、热水或／含暖气功能的能源效率均能达到实质高性能的效益，故已确实具有产业利用性、新颖性与进步性，符合发明专利的专利要件。但是以上所述的内容，仅为说明本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请文件内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种多功能热泵空调系统，其包含一热交换组、一热水单元及一控制单元，该热交换组至少具有一压缩机、一水侧热交换器、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置、一室内热交换器、一第一风扇及一第二风扇，且均与该控制单元电性连接，而该压缩机以一第一管线连接该水侧热交换器，而该水侧热交换器以一第二管线连接该室外热交换器，而该第一膨胀装置设置于该第二管线，另该室外热交换器以一第三管线连接该室内热交换器，且该第二膨胀装置设置于该第三管线，而该室内热交换器以一第四管线连接回到该压缩机，另该第三管线另以一第五管线连接至该第四管线，另该第一风扇、第二风扇分别设于该室外热交换器、室内热交换器的侧边；而该热水单元具有一储水桶、一泵、一进液管及一出液管，该水侧热交换器以该进液管连接至该储水桶，而该储水桶以该出液管连接回到该水侧热交换器，而该泵设于该出液管，且该泵亦电性连接至该控制单元； 

其特征在于：该第二管线另设置有一第一电磁阀及一第二电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀与该第一膨胀装置呈并联设置；又该第五管线的一端连接至该室外热交换器与该第二膨胀装置之间的该第三管线上，且该第五管线设置有一第三电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀及该第三电磁阀均电性连接至该控制单元。

2.如权利要求１所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，该热交换组还包括一个四方阀，而该第二管线及该第四管线均通过该四方阀，且该四方阀位于该第一膨胀装置与该压缩机之间，以及位于该室内热交换器与该压缩机之间。

3.如权利要求１或２所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，于该第二电磁阀与该室外热交换器之间另设置一个三向管件。

4.如权利要求１或２所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，该出液管于该泵与该水侧热交换器之间增设一流量计，且该流量计电性连接至该控制单元。

5.一种多功能热泵空调系统，其包含一热交换组、一热水单元及一控制单元，该热交换组至少具有一压缩机、一水侧热交换器、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置、一室内热交换器、一第一风扇、一第二风扇及一四方阀，且均与该控制单元电性连接，而该压缩机以一第一管线连接该水侧热交换器，而该水侧热交换器以一第六管线连接该室内热交换器，另该室内热交换器以一第七管线连接该室外热交换器，且该第二膨胀装置设置于该第七管线，而该室外热交换器以一第八管线连接回到该压缩机，而该第一膨胀装置设置于该第八管线，另该第六管线另以一第九管线连接至该第七管线，另该第一风扇、第二风扇分别设于该室外热交换器、室内热交换器的侧边；而该热水单元具有一储水桶、一泵、一进液管及一出液管，该水侧热交换器以该进液管连接至该储水桶，而该储水桶以该出液管连接回到该水侧热交换器，而该泵设于该出液管，且该泵亦电性连接至该控制单元； 

其特征在于：该第八管线另设置有一第一电磁阀及一第二电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀与该第一膨胀装置呈并联设置，且该第九管线设置有一第三电磁阀，且该第一电磁阀、第二电磁阀及该第三电磁阀均电性连接至该控制单元，又该第六管线及该第八管线均通过该四方阀，且该四方阀位于该第一膨胀装置与该压缩机之间，以及位于该室内热交换器与该压缩机之间，又该第九管线的一端连接至该第二膨胀装置与该室外热交换器之间的该第七管线上，且该第九管线的另一端连接至该四方阀与该室内热交换器之间的该第六管线上。

6.如权利要求５所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，于该第二电磁阀与该室外热交换器之间另设置一个三向管件。

7.如权利要求５所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，该第九管线增设一个不能流通该第三电磁阀的单向阀，该单向阀位于该第三电磁阀的前方。

8.如权利要求５所述的多功能热泵空调系统，其特征在于，该出液管于该泵与该水侧热交换器之间增设一流量计，且该流量计电性连接至该控制单元。