CN204240639U - 热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种热泵空调系统，其包含有控制单元、热水单元及热交换组，热交换组是可依需求改变冷媒的流向，使冷媒具有多种热交换模式，而使本实用新型可提供热水及冷气、冷气、热水的多功能实施模式，而据以改善现有系统的管路、构件配置不良而造成影响系统性能效益的缺失，而达到实质具真正节能的多功能热泵空调模式的操作优异性。

Description

热泵空调系统

技术领域

本实用新型有关于一种热泵空调系统，尤其特指有关改变冷媒的流向，即可达到多种不同的热交换模式的组合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。

惟，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失：

(一)现有的冷气按装配管的流程是小径管为液态冷媒流入室内机的入口管，而大径管为液态冷媒流经室内机吸热蒸发成低压气态冷媒的出口管；但就该专利前案的图一（高负载热水含冷气的模式）而言，此冷媒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，将使已吸热成气态的冷媒经二次膨胀，压力将更低，接着再流经室外热交换器的蒸发器，才流回压缩机的吸入端，此将造成冷媒严重不足，压缩机吸入温度过高，造成压缩机损坏。

(二)四方阀是一种由电磁与管路之间压力差推动阀件而改变冷媒流向的构件，然而该专利前案的设计（图一至图五），高压冷媒先流经第一膨胀装置变成低压冷媒之后再到四方阀，如此一来将使高低压的压差变小，而四方阀因压差变小，将在系统切换时会有无法切换的严重缺失。

(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，而膨胀作用应由第二膨胀装置将液态冷媒变为液气共存的冷媒才是！第一膨胀装置将会造成压降过大与过度膨胀，而影响性能系数的严重缺失。

(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，高压气态冷媒流经第一膨胀装置 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，压缩机输出端的高压气态冷媒，经液体热交换器冷凝成液态冷媒，接着流经第一膨胀装置压降成液气共存冷媒，再经室外热交换器蒸发为气态冷媒而回压缩机的吸入端，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，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媒由大径管进入室内热交换器，造热冷凝成液态冷媒，再由第二膨胀装置压降，再经室外热交换器蒸发为气态冷媒而回压缩机的吸入端。然而该专利前案的图五，则是高压高温气态冷媒流经第一膨胀装置，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。

实用新型内容

针对以上缺陷，本案发明人认为热泵空调系统所采用的构件（如四方阀、膨胀装置等）为业界现有，但要达到真正复合与节能的智慧商品化目标，唯有借着系统的管路、构件配置的合理化才能达成，因为各构件的设置位置、数量、冷媒流向的合理逻辑配置都影响着是否能达成多功能的目标，因此，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，借以达到提供多功能，且使系统运作正常，而无过度压降与膨胀的缺失，则为本实用新型的实用新型要旨所在。

为实现上述预期目标，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型为一种热泵空调系统，是由一控制单元、一热水单元及一热交换组所组成，其中，热水单水具有一储水桶、一泵浦、一进液管及一出液管，储水桶以出液管连通而出，且以进液管连通而进，而电性连接至控制单元的泵浦是接设于出液管；而热交换组至少包含均电性连接至该控制单元的一压缩机、一水侧热交换器、一第一四方阀、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置及一室内热交换器，且以一冷媒管路连接而构成冷媒循环回路，出液管及进液管是连接至水侧热交换器，又室外热交换器、室内热交换器的侧边分别设置的一第一风扇、一第二风扇，且第一风扇、第二风扇亦电性连接至控制单元；而主要改良在于：所述的冷媒管路至少包含一第一管线、一第二管线、一第三管线、一第四管线、一第五管线及一第六管线，压缩机以第一管线连接至第一四方阀，且水侧热交换器接设于第一管线，第一四方阀以第二管线连接室外热交换器，室外热交换器以第三管线连接第一膨胀装置，且第一膨胀装置以第四管线连接室内热交换器，室内热交换器以第五管线连接回压缩机，又由第六管线的一端通过第一四方阀，且通过第二膨胀装置而连接至第三管线，并第六管线的另一端连接至第五管线。据此，使冷媒经由控制单元的引导，改变冷媒的流向，以达到可提供热水加冷气、热水的组合。

其运作模式之一，控制单元控制而使第二膨胀装置关闭而运作时，水侧热交换器是将由第一管线来自压缩机的高压气态冷媒开始冷凝，且提供热量予储水桶，冷媒流经第一四方阀及经第二管线进入室外热交换器，且由控制单元控制压缩机、泵浦、第一风扇的转速，使依据复数温度感测元件预设的温度条件，以及依据热水及冷气需求而调节运转，而在室外热交换器完全冷凝成高压液态冷媒之后，由第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态而由第五管线回到压缩机，而形成能提供热水与冷气的运作模式。

其运作模式之二，控制单元控制而使泵浦与第二膨胀装置关闭而运作时，来自压缩机的高压气态冷媒由第一管线流经水侧热交换器、第一四方阀，及经第二管线进入室外热交换器而冷凝成高压液态冷媒，由第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态而由第五管线回到压缩机，而形成仅提供冷气的运作模式。

其次，水侧热交换器与第一四方阀间的第一管线可增设一第二四方阀，且第五管线是连通第二四方阀。其运作模式之一，控制单元控制而使第二膨胀装置关闭而运作时，水侧热交换器将由第一管线来自压缩机的高压气态冷媒开始冷凝且提供热量予储水桶，冷媒依序流经第二四方阀、第一四方阀，及经第二管线进入室外热交换器，且由控制单元控制该压缩机、泵浦、第一风扇的转速，使依据复数温度感测元件预设的温度条件，以及依据热水及冷气需求而调节运转，而在室外热交换器完全冷凝成高压液态冷媒后，由第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态，再由第五管线经第二四方阀回到压缩机，而形成能提供热水与冷气的运作模式。

其运作模式之二，控制单元控制而使泵浦与第二膨胀装置关闭而运作时，来自压缩机的高压气态冷媒经由第一管线依序流经水侧热交换器、第二四方阀、第一四方阀，及由第二管线进入室外热交换器而冷凝成高压液态冷媒，由第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态，再由第五管线经第二四方阀回到压缩机，而形成仅提供冷气的运作模式。

再者，水侧热交换器与压缩机间的第一管线可增设一第二四方阀，且第五管线是连通第二四方阀。其运作模式之一，控制单元控制而使第二膨胀装置关闭而运作时，水侧热交换器将由第一管线来自压缩机通过第二四方阀的高压气态冷媒开始冷凝，且提供热量予储水桶，冷媒流经第一四方阀及由第二管线进入室外热交换器，且由控制单元控制压缩机、泵浦、第一风扇的转速，使依据复数温度感测元件预设的温度条件，以及依据热水及冷气需求而调节运转，而在室外热交换器完全冷凝成高压液态冷媒后，由第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态，再由第五管线经第二四方阀回到压缩机，而形成能提供热水与冷气的运作模式。

其运作模式之二，控制单元控制而使泵浦与第二膨胀装置关闭而运作时，来自压缩机的高压气态冷媒经由第一管线依序流经第二四方阀、水侧热交换器、第一四方阀，及经第二管线进入室外热交换器而冷凝成高压液态冷媒，由经第三管线经第一膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线经室内热交换器蒸发成低压气态，续由第五管线经第二四方阀回到压缩机，而形成仅提供冷气的运作模式。

接着，本实用新型提供的另一技术方案为：本实用新型为一种热泵空调系统，是由一控制单元、一热水单元及一热交换组所组成，其中，热水单水具有一储水桶、一泵浦、一进液管及一出液管，储水桶以出液管连通而出，且以进液管连通而进，而电性连接至控制单元的泵浦是接设于出液管；而热交换组至少包含均电性连接至该控制单元的一压缩机、一水侧热交换器、一第一四方阀、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置及一室内热交换器，且以一冷媒管路连接而构成冷媒循环回路，出液管及进液管是连接至水侧热交换器，又室外热交换器、室内热交换器的侧边分别设置的一第一风扇、一第二风扇，且第一风扇、第二风扇亦电性连接至控制单元；而主要改良在于：所述的冷媒管路至少包含一第七管线、一第八管线、一第九管线及一第十管线，压缩机以第七管线依序通过水侧热交换器及第一四方阀而连接至第二膨胀装置，而第二膨胀装置以第八管线连接室外热交换器，室外热交换器以第九管线通过第一四方阀而连接至压缩机，又由第十管线的一端通过第一膨胀装置而连接至第八管线，且第十管线的另一端通过室内热交换器而连接至第九管线。据此，使冷媒经由控制单元的引导，改变冷媒的流向，以达到可提供热水的运作。

其运作模式之一，控制单元控制而使第一膨胀装置及室内热交换器关闭而运作时，水侧热交换器将由第七管线来自压缩机的高压气态冷媒冷凝成液态冷媒且提供热量予储水桶，冷媒流经第一四方阀而至第二膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由八管线流经室外热交换器蒸发成低压气态，再经第九管线通过第一四方阀回到压缩机，而形成仅能提供热水的运作模式。

其次，水侧热交换器与第一四方阀间的第一管线可增设一第二四方阀，且第十管线是通过第二四方阀而连接至第九管线。其运作模式为控制单元控制而使第一膨胀装置及室内热交换器关闭而运作时，水侧热交换器将由第七管线来自压缩机的高压气态冷媒冷凝成液态冷媒且提供热量予储水桶，冷媒依序流经第二四方阀、第一四方阀而至第二膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第八管线流经室外热交换器蒸发成低压气态，再经第九管线通过第一四方阀回到压缩机，而形成仅能提供热水的运作模式。

再者，水侧热交换器与压缩机间的第一管线可增设一第二四方阀，且第十管线是通过第二四方阀而连接至第九管线。其运作模式为控制单元控制而使第一膨胀装置及室内热交换器关闭而运作时，水侧热交换器将由第七管线来自压缩机的高压气态冷媒通过第二四方阀而冷凝成液态冷媒，且提供热量予储水桶，冷媒流经第一四方阀而至第二膨胀装置调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第八管线流经室外热交换器蒸发成低压气态，再经第九管线通过第一四方阀回到压缩机，而形成仅能提供热水的运作模式。

是以，可知本实用新型的主要目的在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失，而为本实用新型达到的诸多功效增进处。

附图说明

图1是本实用新型的第1种热水及冷气模式的冷媒流程示意图。

图2是本实用新型的第1种冷气模式的冷媒流程示意图。

图3是本实用新型的第2种热水及冷气模式的冷媒流程示意图。

第4图是本实用新型的第2种冷气模式的冷媒流程示意图。

第5图是本实用新型的第3种热水及冷气模式的冷媒流程示意图。

第6图是本实用新型的第3种冷气模式的冷媒流程示意图。

第7图是本实用新型的第1种热水模式的冷媒流程示意图。

第8图是本实用新型的第2种热水模式的冷媒流程示意图。

第9图是本实用新型的第3种热水模式的冷媒流程示意图。

【主要元件符号说明】

1....控制单元

2....热水单元 　  21....储水桶

22....泵浦　   　23....进液管

24....出液管  　  25....流量计

3....热交换组 31....压缩机

32....水侧热交换器33....第一四方阀

34....第一膨胀装置35....室外热交换器

351....第一风扇   36….第二膨胀装置

37....室内热交换器371....第二风扇

38....第二四方阀

30、30′….冷媒管路   301….第一管线

302....第二管线   303....第三管线

  304....第四管线   305....第五管线

  306....第六管线   307....第七管线

  308....第八管线   309....第九管线。

具体实施方式

首先，请参阅图1所示，本实用新型具有一控制单元1、一热水单元2及一热交换组3。其中：

热水单水2，具有一储水桶21、一泵浦22、一进液管23及一出液管24，储水桶21以出液管24连通而出，以进液管23连通而进，而泵浦22电性连接至控制单元1，且接设于出液管24。另外，在出液管24另设置一流量计25。

热交换组3，包含一压缩机31、一水侧热交换器32、一第一四方阀33、一第一膨胀装置34、一室外热交换器35、一第二膨胀装置36及一室内热交换器37，其均电性连接至控制单元1，且以一冷媒管路30连接而构成冷媒循环回路，而出液管24及进液管23是连接至水侧热交换器32，而上述的流量计25为一保护作用，以避免没水或水量过少而进入水侧热交换器32，造成空烧而使系统损坏。其次，室外热交换器35、室内热交换器37的侧边分别设置的一第一风扇351、一第二风扇371，且亦电性连接至控制单元1，又第一风扇351及第二风扇371可为变频风扇。

冷媒管路30包含一第一管线301、一第二管线302、一第三管线303、一第四管线304、一第五管线305及一第六管线306（如图1、图2），而第一管线301连接于压缩机31至第一四方阀33，且水侧热交换器32接设于第一管线301，第二管线302自第一四方阀33连接至室外热交换器35，室外热交换器35以第三管线303连接第一膨胀装置34，且第一膨胀装置34以第四管线304连接室内热交换器37，室内热交换器37以第五管线305连接回压缩机31，而第六管线306的一端通过第二四方阀38，且通过第二膨胀装置36而连接至第三管线303，第六管线306的另一端连接至第五管线305。

其次，水侧热交换器32与第一四方阀33间的第一管线301可增设一第二四方阀38，且第五管线305是连通第二四方阀38（如图3、图4）。再者，第二四方阀38亦可设置于水侧热交换器32与压缩机31之间的第一管线301，且第五管线305亦连通第二四方阀38（如图5、图6）。

承上，其实施模式如下：

(a)热水及冷气模式：包含图1、图3、图5，此时由控制单元1控制而使第二膨胀装置36呈关闭off状态，其余构件依控制单元1设定条件运转，水侧热交换器32将由第一管线301来自压缩机31的高压气态冷媒开始进行冷凝（意即冷媒由高压气态并未完全冷凝成高压液态），且提供热量予储水桶21，冷媒续流经第一四方阀33及经第二管线302进入室外热交换器35，此时由控制单元1控制压缩机31、泵浦22、第一风扇351的转速，使依据复数温度感测元件T1、T2...T8等预设的温度条件，以及依据热水及冷气需求而调节运转，而使冷媒在室外热交换器35完全冷凝成高压液态冷媒，接着由第三管线303经第一膨胀装置34调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线304经室内热交换器37蒸发成低压气态而由第五管线305回到压缩机31。其中，若是图3则是冷媒经水侧热交换器32之后，由第二管线302依序经过第二四方阀38、第一四方阀33再进入室外热交换器35；若是图5，则是高压气态冷媒由压缩机31先经第二四方阀38后再进入水侧热交换器32；而图3、5的运作模式则是冷媒由第五管线305回到压缩机31时先通过第二四方阀38。由上运作即可构成提供热水+冷气的运作模式。

 (b)冷气模式：包含图2、4、6，此时由控制单元1控制而使泵浦22及第二膨胀装置36呈关闭off状态，其余构件依控制单元1设定条件运转，由第一管线301来自压缩机31的高压气态冷媒流经水侧热交换器32，且此时储水桶21的水温已达设定值或最高值，故使泵浦22关闭，冷媒流经第一四方阀33及经第二管线302进入室外热交换器35，而使冷媒冷凝成高压液态冷媒，接着由第三管线303经第一膨胀装置34调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒，再由第四管线304经室内热交换器37蒸发成低压气态而由第五管线305回到压缩机31。其中，若是第4图则是冷媒经水侧热交换器32之后，由第二管线302依序经过第二四方阀38、第一四方阀33再进入室外热交换器35；若是图6，则是高压气态冷媒由压缩机31先经第二四方阀38后再进入水侧热交换器32；而图4、6的运作模式则是冷媒由第五管线305回到压缩机31时是先通过第二四方阀38。由上运作即可构成仅提供冷气的运作模式。

再者，请参阅图7、8、9的另一具体结构实施例，其结构组成与上述者大致相同，但不同处是指：冷媒流向经由水侧热交换器32、第一四方阀33之后，是先经由第二膨胀装置36进入室外热交换器35，再回到压缩机31。

其结构组成不同处为：其冷媒管路30′包含一第七管线307、一第八管线308、一第九管线309及一第十管线3010（如图7、8、9），压缩机31以第七管线307依序通过水侧热交换器32及第一四方阀33而连接至第二膨胀装置36，第二膨胀装置36以第八管线308连接室外热交换器35，室外热交换器35以第九管线309通过第一四方阀33而连接回到压缩机31。又，第十管线3010的一端通过第一膨胀装置34而连接至第八管线308，且第十管线3010的另一端通过室内热交换器37而连接至第九管线309。

其次，水侧热交换器32与第一四方阀33间的第一管线301可增设一第二四方阀38（如图8），且第十管线3010是连通第二四方阀38后再连至第九管线309。再者，第二四方阀38亦可设置于水侧热交换器32与压缩机31之间的第七管线307（如图9），且第十管线3010亦连通第二四方阀38后再连至第九管线309。

承上，其实施模式如下：

(c)热水模式：包含图7、8、9，控制单元1控制而使第一膨胀装置34及室内热交换器37关闭而运作时，水侧热交换器32将由第七管线307来自压缩机31的高压气态冷媒冷凝成液态冷媒且提供热量予储水桶21（另如图9，压缩机31输出的高压气态冷媒先经过第二四方阀38，再至水侧热交换器32），冷媒流经第一四方阀33而至第二膨胀装置36调节流量与压降而成低温低压液气共存冷媒（另如图8，冷媒先流经第二四方阀38后，再至第一四方阀33），再由第八管线308流经室外热交换器35蒸发成低压气态，再经第九管线309通过第一四方阀33回到压缩机31，而形成仅能提供热水的运作模式。

据上的具体实施例结构组成及实施说明，可知本实用新型在管路及构件配置合理化之外，经由控制单元1设定冷媒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失，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，本实用新型确实已改善现有多功能热泵空调系统的缺点，使得热水及冷气、冷气、热水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，符合实用新型专利的专利要件。惟以上所述者，仅为说明本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即凡依本实用新型权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种热泵空调系统，包含：

一控制单元；

一热水单水，具有一储水桶、一泵浦、一进液管及一出液管，该储水桶以该出液管连通而出，且以该进液管连通而进，该泵浦接设于该出液管，且该泵浦电性连接至该控制单元；以及

一热交换组，其至少包含均电性连接至该控制单元的一压缩机、一水侧热交换器、一第一四方阀、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置及一室内热交换器，且以一冷媒管路连接而构成冷媒循环回路，并该出液管及进液管连接至该水侧热交换器，又该室外热交换器、室内热交换器的侧边分别设置的一第一风扇、一第二风扇，且该第一风扇、第二风扇亦电性连接至该控制单元；

而其特征在于：该冷媒管路至少包含一第一管线、一第二管线、一第三管线、一第四管线、一第五管线及一第六管线，该压缩机以该第一管线连接至该第一四方阀，且该水侧热交换器接设于该第一管线，该第一四方阀以该第二管线连接该室外热交换器，该室外热交换器以该第三管线连接该第一膨胀装置，且该第一膨胀装置以该第四管线连接该室内热交换器，并该室内热交换器以该第五管线连接该压缩机，又由该第六管线的一端通过该第一四方阀，且通过该第二膨胀装置而连接至该第三管线，并该第六管线的另一端连接至该第五管线。

2.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于：该水侧热交换器与该第一四方阀间的该第一管线增设一第二四方阀，且该第五管线连通该第二四方阀。

3.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于：该水侧热交换器与该压缩机间的该第一管线增设一第二四方阀，且该第五管线连通该第二四方阀。

4.一种热泵空调系统，包含：

一控制单元；

一热水单水，具有一储水桶、一泵浦、一进液管及一出液管，该储水桶以该出液管连通而出，且以该进液管连通而进，该泵浦接设于该出液管，且该泵浦电性连接至该控制单元；以及

一热交换组，其至少包含均电性连接至该控制单元的一压缩机、一水侧热交换器、一第一四方阀、一第一膨胀装置、一室外热交换器、一第二膨胀装置及一室内热交换器，且以一冷媒管路连接而构成冷媒循环回路，并该出液管及进液管连接至该水侧热交换器，又该室外热交换器、室内热交换器的侧边分别设置的一第一风扇、一第二风扇，且该第一风扇、第二风扇亦电性连接至该控制单元；

而其特征在于：该冷媒管路至少包含一第七管线、一第八管线、一第九管线及一第十管线，该压缩机以该第七管线依序通过该水侧热交换器及该第一四方阀而连接至该第二膨胀装置，而该第二膨胀装置以该第八管线连接该室外热交换器，该室外热交换器以该第九管线通过该第一四方阀而连接至该压缩机，又由该第十管线的一端通过该第一膨胀装置而连接至该第八管线，且该第十管线的另一端通过该室内热交换器而连接至该第九管线。

5.如权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于：该水侧热交换器与该第一四方阀间的该第一管线增设一第二四方阀，且该第十管线通过该第二四方阀而连接至该第九管线。

6.如权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于：该水侧热交换器与该压缩机间的该第一管线增设一第二四方阀，且该第十管线通过该第二四方阀而连接至该第九管线。