CN106871511A - 热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明系一种热泵系统,包括一热泵单元、一热传导单元及一除霜单元。其中热泵单元提供热量给热传导单元的热传导循环管路,使得热传导单元将热量传递到热传导单元的标的物,而除霜单元在热泵单元结霜或性能系数下降时,除霜单元直接对进入热泵单元的压缩机到冷凝器之间的冷媒循环管路进行加热,而可对冷凝器除霜及提供热量给热传导循环管路,以恢复或维持热泵系统的运作及将热量传递到热传导单元的标的物。

Description

热泵系统
技术领域
[0001] 本发明有关于一种热栗系统,尤指一种可除霜的热栗系统,此系统在除霜的同时 亦能提供热量传送到标的物。
背景技术
[0002] 按,热栗系统是应用卡诺循环或逆卡诺循环原理转移冷量和热量的设备。请参阅 图1所示,热栗系统1包括蒸发器10、压缩机12、冷凝器14及膨胀阀16,前述的各构件再依序 透过管路循环连接在一起,并在管路内设有冷媒。热泵系统1在制热模式下,系使用蒸发器 10吸收周围的热源(如地下土壤或空气),让冷媒变成高温低压的气体状态,冷媒被压缩机 12压缩后变成高压高温气体,此时冷媒含有从热源中吸来及被压缩机压缩而产生的大量的 热量,然后经由冷凝器14让冷媒对标的物(如建筑物的室内空间)释放热量冷却,冷媒的温 度下降,此时的冷媒是呈现高压中温的液体状态,然后冷媒进入膨胀阀16,膨胀阀16就好比 将高压气体经过小孔后,让冷媒恢复变成低压低温的液体状态,然后再进入蒸发器10吸收 周围的热空气进行气化,如前述不断的循环、不断的做热移转(制冷或供热)。
[0003] 然而,热泵系统最大问题在于,冬季制热运行时蒸发器表面容易结霜,由于蒸发器 表面凝结形成的霜层,增加了蒸发器向目标物传送热量的传热热阻,使得经过蒸发器的传 送热量的效率下降,换言之,就是热交换的效率明显降低,导致热栗系统工作状况恶化,性 能下降,甚至造成压缩机损坏,而让热泵系统不能正常工作。因此,热泵系统在冬季制热运 行时,必须适时除去蒸发器表面凝结形成的霜层。而传统的除霜方式有自然除霜、逆循环除 霜、热气旁通除霜等三种,但是前述的除霜方式都有其缺点在,例如:逆循环除霜的缺点在 于,在逆循环动作的期间内,热栗系统将无法提供热量,而需要另外在出风口处使用电热器 产生热量,以达到供热之目的,但电热器的性能系数(Coefficient of Performance,缩写: COP)不佳,因此有许多的业者提出各种的解决方案,例如:中国专利双系统热栗除霜方法及 装置(CN104344619A)、一种空气源热栗除霜装置(CN103245150B)、地源热栗的热水装置 (CN100424447C)、一种地源热管热栗空调(CN102393049B)…等。
[0004]但是不论前述的专利前案或目前已知所使用的除霜方法或装置的结构或步骤,都 太过于复杂,造成安装除霜装置的费用太高,而且需要较大的安装空间,也无法直接应用在 现有的热泵系统上,改善现有热栗系统的结霜问题,故如何开发出一种热泵系统,系具有较 低的安装成本,并不需太大的安装空间,且也可直接应用在现有的热泵系统,将是一件亟待 解决的问题。
发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种热栗系统,以解决先前技术安装除霜装 置的费用太高、需要较大的安装空间、无法直接应用在现有的热栗系统等问题。
[0006 ]为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:提供一种热泵系统,包括一热 栗单元、一热传导单元及一除霜单元。其中热栗单元提供热量给热传导单元的热传导循环 官路,使得热传导单元将热量传递到热传导单元的标的物,而除霜单元在热栗单元结霜或 性能系数(Coefficient of Performance,缩写:COp)下降时,对热泵单元的进行除霜及加 热热泵系统的冷媒循环管路内冷媒,藉以提供热量给热传导循环管路,以恢复或维持热栗 系统的运作及将热量传递到热传导单元的标的物。
[0007]其中,除霜单元系包括一辅助加热装置、一传感器及一控制装置,辅助加热装置系 设在热泵系统的压缩机与冷凝器之间的热泵单元的冷媒循环管路,或者设在热泵系统的蒸 发器与压缩机之间的该冷媒循环管路,其中之一或二者,而传感器感测外界环境或冷凝器 的温度值,控制装置与辅助加热装置及传感器连接,控制装置设有一启动门坎值,控制装置 在比对温度值符合启动门坎值,则控制装置发送启动讯号给辅助加热装置,让辅助加热装 置对压缩机与冷凝器之间的冷媒循环管路加热,使得进入冷凝器中的冷媒循环管路能够提 供热量,用以去除冷凝器上所凝结的霜层,同时继续提供热量给经过冷凝器的冷媒循环管 路及热传导循环管路。而控制装置根据一关闭讯号,发送停止讯号给辅助加热装置,让辅助 加热装置停止对压缩机与冷凝器之间的冷媒循环管路加热。
[0008]根据本发明之一目的,系提供另一种热栗系统,包括一热泵单元、一热传导单元及 一除霜单元。其中热泵单元提供热量给热传导单元,使得热传导单元的热传导循环管路将 热量传递到热传导单元的标的物,当除霜单元在热栗单元结霜或性能系数下降时,除霜单 兀加热热传导单兀进入热泵单兀的热传导循环管路的传热液体,藉以对热泵系统进行除霜 及加热热泵系统的冷媒,用以恢复或维持热栗系统的运作,同时将热量经由热传导循环管 路传递到热传导单元的标的物。
[0009]其中,除霜单元系包括一传感器、一辅助加热装置、一加热循环单元及一控制装 置,传感器感测外界环境或冷凝器的温度值,控制装置、连接辅助加热装置、传感器及加热 循环单元,控制装置设有一启动门坎值,当控制装置在比对温度值符合启动门坎值,则启动 加热循环单元对热传导循环管路进入冷凝器的传热液体加热,藉以对热泵系统进行除霜及 加热热泵系统的冷媒,用以恢复或维持热泵系统的运作,同时可提供热量进入热传导循环 管路,使得热传导单元将热量传递到热传导单元的标的物。
[0010]承上所述,依本发明的热泵系统,本发明的有益效果在于具备下列一或多个优点:
[0011] 1 •在热栗系统无法运作或效率降低时,除霜单元除可以进行除霜外,同时可提供 热量给冷媒循环管路或热传导循环管路。
[0012] 2•可直接在现有的热泵系统上设置除霜单元,并不需要太多过于复杂结构设计。
[0013] 3 •除霜单元并不需要太大的安装空间。
附图说明
[0014]图1为传统的热栗系统示意图。
[0015]图2为本发明一实施例示意图。
[0016]图3为本发明另一实施例示意图。
[0017]图4为本发明另一实施例一般制热示意图。
[0018]图5为本发明另一实施例制热暨除霜示意图。
[0019] 标号说明:
[0020]丨、热栗单元; 10、蒸发器; 12、压缩机; 14、冷凝器;
[0021] I6、膨胀阀; I8、冷媒循环管路;2、热传导单元;
[0022] 20、传导循环管路;22、第一储液槽;24、第二储液槽;
[0023] 3、除霜单元; 30、辅助加热装置;32、传感器;
[0024] 34、控制装置; 36、加热循环单元;360、加热循环管路部;
[0025]邪2、第一阀体; 364、第二阀体; 366、第三阀体;
[0026] 3600、第一管路;3602、第二管路。
具体实施方式
[0027]为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附 图予以说明。
[0028]请参阅图2所示,本发明一种热泵系统,包括一热栗单元丨、一热传导单元2及一除 霜单元3。其中热栗单元1包括蒸发器10、压缩机12、冷凝器14及膨胀阀16,且蒸发器1〇、压缩 机12、冷凝器14及膨胀阀16依序透过冷媒循环管路18循环连接在一起,并在冷媒循环管路 18内设有冷媒,而可用以制冷或供热。
[0029]在本发明中,热传导单元2包括热传导循环管路20、第一储液槽22及第二储液槽 24,热传导循环管路20及各储液槽22、24设有传热液体,热传导循环管路2〇依序经过冷凝器 14、第一储液槽22、标的物4及第二储液槽24,使得热传导循环管路2〇中的传热液体从第二 储液槽24中流入冷凝器14,而在冷凝器14吸收热量后,经由热传导循环管路2被传送到第一 储液槽22,再传送到标的物4释放热量,再经过热传导循环管路20流回第二储液槽24,依此 循环对标的物4释放热量。
[0030]在本发明中,除霜单元3系包括一辅助加热装置30、一传感器32及一控制装置34, 辅助加热装置3〇系设在压缩机12与冷凝器14之间的冷媒循环管路18,或者设在蒸发器10与 压缩机12之间的冷媒循环管路18,其中之一或二者,而传感器32感测外界环境或冷凝器14 的温度值,控制装置34与辅助加热装置3〇及传感器32连接,控制装置34设有一启动门坎值。 [0031 ]当控制装置34在比对温度值符合启动门坎值,则控制装置34发送启动讯号给辅助 加热装置30时,让辅助加热装置30对压缩机12与冷凝器14之间的冷媒循环管路18加热,使 得进入冷凝器14中的冷媒循环管路18能够提供热量,用以去除冷凝器14上所凝结的霜层, 同时继续提供热量给经过冷凝器14的冷媒循环管路18及热传导循环管路20。而控制装置34 根据一关闭讯号,发送停止讯号给辅助加热装置30,让辅助加热装置30停止对压缩机12与 冷凝器14之间的冷媒循环管路18加热。
[0032] 请参阅图3所示,本发明的另一种热泵系统,包括一热栗单元1、一热传导单元2及 一除霜单元3。其中热泵单元1及热传导单元2于前述的热泵系统的热栗单元1及热传导单元 2相同。
[0033] 而除霜单元3系包括一辅助加热装置30、一传感器32、一控制装置34及一加热循环 单元36,传感器32感测外界环境或冷凝器14的温度值,加热循环单元36包括一加热循环管 路部360、一第一阀体3似、一第二阀体3M及一第三阀体3明,其中加热循环管路部360包括 第一管路36〇〇及第二管路36〇2,第一管路36〇0的一端连接第二储液槽24,第二管路36〇2的 一端连接在冷凝器14与第二储液槽24之间的热传导循环管路20,第一管路3600的另端与第 二管路3602的另端连接在辅助加热装置30上,第一阀体362设在第一管路3600上,第二阀体 3M设在第二管路3e〇2上,第三阀体366则设在第二管路3602—端与第二储液槽对之间的热 传导循环管路20上。控制装置34与辅助加热装置30及传感器32连接,控制装置3设有一启动 门坎值。
[0034]请参阅图4所示,控制装置3在比对温度值符合启动门坎值,则控制装置3发送启动 讯号给辅助加热装置30、第一阀体362、第二阀体364及第三阀体3册,用以开启第一阀体362 及第二阀体364,并关闭第三阀体366,且启动辅助加热装置30,藉以对从第二储液槽24经过 第一管路3600流入的辅助加热装置30的传热液体加热,再经由第二管路3601流入热传导循 环管路20,而依序流经冷凝器14、第一储液槽22、标的物4及第二储液槽24,并由于第三阀体 366被关闭,使得第二储液槽24不会直接流到冷凝器14,用以对冷凝器14除霜及加热冷媒, 同时仍可提供热量到标的物4。
[0035]请参阅图5所示,而控制装置4根据一关闭讯号,发送停止讯号给辅助加热装置30、 第一阀体362、第二阀体364及第三阀体366,用以关闭第一阀体362及第二阀体364,并开启 第三阀366体,且关闭辅助加热装置30,此时,热泵系统1正常运作,由冷凝器14提供热量给 热传导循环管路20的传热液体,使得传热液体的热量从热传导循环管路20依序经过冷凝器 14、第一储液槽22、标的物4及第二储液槽24。
[0036]在本发明的前述两个实施例中,传感器32系设在冷凝器14与标的物4之间的热传 导循环管路、冷凝器14及热栗单元1周围的位置处的其中之一或任二以上位置处。控制装置 34更设有一关闭门坎值,控制装置34在比对温度值符合关闭门坎值,即产生关闭讯号。或控 制装置34在辅助加热装置30启动一预定时间后,控制装置34即产生关闭讯号。
[0037]按,某些冷媒临界蒸发温度在_15°C(例如:R134a,R410a,R407c等种类的冷媒,多 数是家用空调系统),表示外气温度低于这个温度时,热泵系统的性能系数(C0P)很低,甚至 无法运转。因此,本发明的辅助加热装置(如:电热器)主要供应微量的热量去加热冷媒,让 热泵的性能系数(C0P)在1以上,这样热泵系统就可以在-15°c以下的环境中运转。
[0038]综上所述,本发明的在热泵系统结霜而无法运作或效率降低时,除霜单元除可以 进行除霜外,同时可提供热量给冷媒循环管路或热传导循环管路,而除霜单元仅需要在冷 媒循环管路加设辅助加热装置即可达到除霜及提供热量的效果,或者是直接在第二储液槽 到冷凝器之间的热传导循环管路加装辅助加热装置及三个阀体,即可达到除霜及提供热量 的效果。而不论是本发明的哪一种除霜单元都不需要太大的安装空间,且也可直接应用在 现有的热泵系统,即解决先前技术所述的问题。
[0039]以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括 在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1. 一种热泵系统,其特征在于,包括: 一热泵单元,包括一蒸发器、一压缩机、一冷凝器及一膨胀阀,且该蒸发器、该压缩机、 该冷凝器及该膨胀阀依序透过一冷媒循环管路循环连接在一起,并在该冷媒循环管路内设 有冷媒,而可用以制冷或供热; 一除霜单元,包括: 一辅助加热装置,系设在该压缩机与该冷凝器之间的该冷媒循环管路,或者设在该蒸 发器与该压缩机之间的该冷媒循环管路,其中之一或二者; 一传感器,该传感器感测外界环境或该冷凝器的温度值;及 一控制装置,该控制装置与该辅助加热装置及该传感器连接,该控制装置设有一启动 门坎值; 其中,该控制装置在比对该温度值符合该启动门坎值,则该控制装置发送一启动讯号 给该辅助加热装置,让该辅助加热装置对该压缩机与该冷凝器之间的该冷媒循环管路加 热,使得进入该冷凝器中的该冷媒循环管路能够提供热量,用以去除该冷凝器上所凝结的 霜层,同时继续提供热量给经过该冷凝器的该冷媒循环管路;或该控制装置根据一关闭讯 号,发送一停止讯号给该辅助加热装置,让该辅助加热装置停止对该压缩机与该冷凝器之 间的该冷媒循环管路加热。
2. 根据权利要求1所述的热泵系统,其特征在于,更进一步包括: 一热传导单元,包括一热传导循环管路、一第一储液槽及一第二储液槽,该热传导循环 管路及该第一储液槽及该第二储液槽设有传热液体,该热传导循环管路依序经过该冷凝 器、该第一储液槽、一标的物及该第二储液槽,使得该热传导循环管路中的传热液体从该第 二储液槽中流入该冷凝器,而在该冷凝器吸收热量后,经由该热传导循环管路被传送到该 第一储液槽,再传送到该标的物释放热量,再经过该热传导循环管路流回该第二储液槽,依 此循环对该标的物释放热量。
3. 根据权利要求1所述的热栗系统,其特征在于,该传感器系设在该冷凝器与该标的物 之间的该热传导循环管路、该冷凝器及该热栗单元周围的位置处的其中之一或任二以上位 置处。
4. 根据权利要求1所述的热泵系统,其特征在于,该控制装置更设有一关闭门坎值,该 控制装置在比对该温度值符合该关闭门坎值,即产生该关闭讯号。
5. 根据权利要求1所述的热泵系统,其特征在于,该控制装置在辅助加热装置启动一预 定时间后,该控制装置即产生该关闭讯号。
6. —种热泵系统,其特征在于,包括: 一热泵单元,包括一蒸发器、一压缩机、一冷凝器及一膨胀阀,且该蒸发器、该压缩机、 该冷凝器及该膨胀阀依序透过一冷媒循环管路循环连接在一起,并在该冷媒循环管路内设 有冷媒,而可用以制冷或供热; 一热传导单元,包括一热传导循环管路、一第一储液槽及一第二储液槽,该热传导循环 管路及该第一储液槽及该第二储液槽设有传热液体,该热传导循环管路依序经过该冷凝 器、该第一储液槽、该标的物及该第二储液槽,使得该热传导循环管路中的传热液体从该第 二储液槽中流入该冷凝器,而在该冷凝器吸收热量后,经由该热传导循环管路被传送到该 第一储液槽,再传送到该标的物释放热量,再经过该热传导循环管路流回该第二储液槽,依 此循环对该标的物释放热量;及 一除霜单元,包括: 一传感器,系该传感器感测外界环境或该冷凝器的温度值; 一加热循环单元,包括一加热循环管路部、一第一阀体、一第二阀体及一第三阀体,其 中该加热循环管路部包括一第一管路及一第二管路,该第一管路的一端连接该第二储液 槽,该第二管路的一端连接在该冷凝器与该第二储液槽之间的该热传导循环管路; 一辅助加热装置,系设在该第一管路的另端与该第二管路的另端之间;及 一控制装置,该控制装置与该辅助加热装置及该传感器连接,该控制装置设有一启动 门坎值; 其中,该控制装置在比对温度值符合该启动门坎值,则该控制装置发送一启动讯号给 该辅助加热装置、该第一阀体、该第二阀体及该第三阀体,用以开启该第一阀体及该第二阀 体,并关闭该第三阀体,且启动该辅助加热装置,藉以对从该第二储液槽经过该第一管路流 入的该辅助加热装置的传热液体加热,再经由该第二管路流入该热传导循环管路,而依序 流经该冷凝器、该第一储液槽、该标的物及该第二储液槽,并由于该第三阀体被关闭,使得 该第二储液槽不会直接流到该冷凝器,用以对该冷凝器除霜及加热冷媒,同时仍可提供热 量到该标的物;或该控制装置根据一关闭讯号,发送一停止讯号给该辅助加热装置、该第一 阀体、该第二阀体及该第三阀体,用以关闭该第一阀体及该第二阀体,并开启该第三阀体, 且关闭该辅助加热装置,此时,该热泵系统正常运作,由该冷凝器提供热量给该热传导循环 管路的传热液体,使得传热液体的热量从该热传导循环管路依序经过该冷凝器、该第一储 液槽、该标的物及该第二储液槽。
7. 根据权利要求1所述的热栗系统,其特征在于,该传感器系设在该冷凝器与该标的物 之间的该热传导循环管路、该冷凝器及该热泵单元周围的位置处的其中之一或任二以上位 置处。
8. 根据权利要求1所述的热栗系统,其特征在于,该控制装置更设有一关闭门坎值,该 控制装置在比对该温度值符合该关闭门坎值,即产生该关闭讯号。
9. 根据权利要求1所述的热泵系统,其特征在于,该控制装置在辅助加热装置启动一预 定时间后,该控制装置即产生该关闭讯号。
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