CN2314277Y - 多功能热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种多功能热泵,是由空气热源式热泵机组与保温的储热槽组所构成,可同时提供空调用冷水、空调用热水以及生活所需之热水。利用四通阀的切换,可依不同的运转模式同时或有选择的产生空调用冷水或空调用热水及生活用热水。储热槽组的设计可以将机组运转时压缩机所产生的热量予以回收,以温度分层的形式储存于储热槽组内,提供生活用热水。

Description

多功能热泵

本实用新型涉及空调技术领域，具体是一种多功能热泵。

目前，对空调系统之研究多集中于冷房方面，而较少触及供应热能之热泵系统。由一般安装户的使用习惯可以发现，热泵设备在冬季使用频率较低或处于停机状态，设备有闲置浪费的现象。

热泵系统于制冷运转时压缩机将低压冷媒蒸气压缩至高压过热蒸气后，藉冷凝器以空气冷却的方式，将热量排放至大气中，造成环境温室效应，因此若能将这些热量回收，用以提供热水，不但可以降低冷凝器的冷凝压力，提高热泵系统的性能系数，进而增加能源的使用效率外，对环境的高温影响也可降低。

如果采用瓦斯热水器、电热水器来产生热水，则每单位成本所获得的热能较低。而且有瓦斯中毒或漏电的危险，系统安全性极低。

本实用新型的目的在于提供一种多功能热泵，使热泵系统能适用于不同季节的要求，分别提供一年四季之空调用冷、热水与生活用热水，提高设备的使用效率，使其发挥最大的功用，并增加设备的使用寿命。

本实用新型的技术方案是：多功能热泵是由空气热源式热泵机组与保温的储热槽组所构成，其中：空气热源式热泵机组是由压缩机、热回收热交换器、四通阀、空气冷却式热交换器、热交换器、液气分离器、两个干燥过滤器、两个视窗、两个膨胀阀、两个电磁阀及一个逆止阀等组件组成，各组件之间以冷媒管路相连通，冷媒流通其间，依不同需求切换运转；热水循环泵、热水管路分布头、补给水管路、热水管路分布头、常温水吸入分布头、高温水流通口、常温水流通口及供应热水调节阀，各元件组成水管路，水流通其间，一个温度感测器，置于温度分层室内供应热水出口附近，用于感测供应热水的温度，当储热槽组内的热水达到设定的温度上限时，热回收热交换器将停止运转，当储热槽组内的热水达到设定的温度下限时，热回收热交换器将重新启动。如此则供应的热水温度将可维持在设定的上下限之间，以确保水温的稳定；一个流量开关装置于供应热水管路上，用以感测管内热水流量，当流量过低时将提供一控制讯号给热回收热水循环泵，使其停止运转；储热槽组，其分为左侧板、本体、右侧板三大组件，其外围皆包覆保温材料，而左侧板由热水出口分布头、供应热水管路、放泄水管、左盖板等元件所组成；本体由排气阀、温度感测器、本体壳板等元件所组成；右侧板由补给水管路、热回收热水管路、隔板、热水管路分布头、常温水吸入分布头、右盖板等元件所组成；储热槽组采用耐蚀之金属板；而其间则由隔板分隔成高温混合室、常温混合室及温度分层室三个部分；又，空气热源式热泵机组是置于机壳中，以热水循环管路与储热槽组中之高温混合室与常温混合室连接。

下面结合附图对本实用新型之结构与实施例作一详述。

图1是本实用新型之外观示意图；

图2是本实用新型之内部构造图；

图3是本实用新型之夏季冷煤循环系统示意图(一)；

图4是本实用新型之夏季冷煤循环系统示意图(二)；

图5是本实用新型之夏季冷媒循环系统示意图(三)；

图6是本实用新型之冬季冷煤循环系统示意图(一)；

图7是本实用新型之冬季冷媒循环系统示意图(二)；

图8是本实用新型之冬季冷煤循环系统示意图(三)；

图9是本实用新型之储热槽组内部构造图；

图10是本实用新型之储热槽组组装图；

图11A、图11B，图11C是图10之储热槽组操作模试图[Ⅰ][Ⅱ][Ⅲ]。

多功能热泵的结构是利用一般空调用之热泵设备，加装热回收热交换器(7)与储热槽组(5)，并置于空气热源式热泵机组之下方，外观如图1所示，上层为空气冷却式热交换器(1)，中层为热泵机组的机械室(2)，下层为储热槽组(5)。除提供空调用冷水、空调用热水外，亦可同时提供一般生活必须的热水。如此，不仅可提高设备之使用率，更可增加其附加价值。对于设备本身之保养维修方面，也可避免因长期停机疏于保养而降低了使用年限。

设备都置于室外，因此不但可将噪音音源【主要是压缩机】隔绝在屋外，让室内极为宁静，同时也不占室内空间，而且空调用和生活用的冷媒管路都是共用的，不但可以节省空间，而且也可让系统的使用率提高，进而增加使用寿命。

在本实用新型中，为了使能源的使用效率提高，在系统中加入热回收热交换器及储热槽组，以回收热泵系统于制冷运转时压缩机将低压冷煤蒸气压缩至高压过热蒸气后，藉着冷凝器以空气冷却的方式排放至大气中的热能，先转换成热水，储存于储热槽内，以供使用。

多功能热泵系统之细部构造可参阅图2，依据不同季节的需求可有六种运转操作方式。

〖a〗夏季模式一，同时提供空调用冷水及生活用热水：请参阅图3。此运转模式下，低温低压气态冷媒经压缩机(6)压缩成高温高压过热气态冷媒后，在热回收热交换器(7)内将与储热槽组(5)的水进行热交换，以回收部分热能。此时呈液气两相状态的高温高压冷煤将经四通阀(8)切换至夏季冷气通路，在空气冷却式热交换器(1)内冷凝成高压低温度液态冷煤，膨胀阀(19)的感温球置于液气分离器(14)之前的低压侧，而外均压管则接于空气冷却式热交换器(1)之前的高压侧，所以膨胀阀(19)此时处于关闭状态，冷媒将只能流经干燥过滤器(9)、视窗(10)等附属元件后，在膨胀阀(11)内膨胀降压成低压两相冷媒，再经逆止阀(12)，而此时电磁阀(15)及电磁阀(16)皆设定在OFF状态，于是冷煤将流向热交换器(13)，和空调用冷/热水入口(4)流入的空调回水热交换以制造空调用冷水，从空调用冷/热水出口(3)流出，此时冷煤已呈低温低压状态，经由冷煤管路(20)流过四通阀(8)另两个进出口后于液气分离器(14)内将液、气两相冷煤分离，该低压低温的气态冷煤回到压缩机(6)，完成冷煤循环回路。

〖b〗夏季模式二，仅提供空调用冷水，而生活用热水停用：如图4所示。此运转模式非常类似夏季模式一，冷煤将于热交换器(13)内制造冷水以提供空调所需，但热回收热交换器(7)关闭，不制造生活用热水。此时完全由空气冷却式热交换器(1)来承担系统所须排除的冷凝热。

〖c〗夏季模式三，仅提供生活用热水，而空调用冷水停用：如图5所示。此运转模式下，压缩机(6)出口的高压高温过热气态冷媒经热回收热交换器(7)热交换后，四通阀(8)切换至冬季暖气通路，而此运转模式时，电磁阀(15)ON，电磁阀(16)OFF，另一管路又装有逆止阀(12)，因此冷媒只能由冷煤管路(20)流经电磁阀(15)、干燥过滤器(17)、视窗(18)，然后在膨胀阀(19)膨胀降压成低压低温的液气两相冷煤，膨胀阀(11)的感温球置于液气分离器(14)之前的低压侧，而外均压臂则接于热交换器(13)之前的高压侧，所以膨胀阀(11)此时处于关闭状态，空气冷却式热交换器(1)成为蒸发器从外界吸热。而热交换器(13)不运转。

〖d〗冬季模式一，同时提供空调用热水、生活用热水：如图6所示。此运转模式下，低温低压气态冷媒经压缩机(6)压缩成高温高压过热气态冷煤后，在热回收热交换器(7)内与储热槽组(5)的水进行热交换，以回收部分热能。此时冷煤呈液气两相状态的高温高压冷煤经四通阀(8)切换至冬季暖气通路，因此种运转模式下，电磁阀(15)OFF，因此冷媒将流经热交换器(13)和空调用冷/热水入口(4)流入的空调回水热交换以制造空调用热水，从空调用冷/热水出口(3)流出，此时冷媒冷凝成高压常温液态冷煤。因电磁阀(16)ON，而逆止阀(12)阻止冷煤反向流通，所以经热交换器(13)之后的高压常温液态冷煤将流经电磁阀(16)、干燥过滤器(17)、视窗(18)等附属元件后，在膨胀阀(19)内膨胀降压成低压液气两相冷煤。膨胀阀(11)的感温球置于液气分离器(14)之前的低压侧，而外均压管则接于热交换器(13)之前的高压侧，所以膨胀阀(11)此时处于关闭状态。经膨胀阀(19)膨胀降压之低压液气两相冷煤只能流向空气冷却式热交换器(1)，从空气中吸热以蒸发成低压气态冷媒，再经四通阀(8)、液气分离器(14)而回到压缩机(6)，完成热泵运转之冷煤循环回路。

〖e〗冬季模式二，仅提供空调用热水，而生活用热水停用：如图7所示。此运转模式非常类似冬季模式一，冷煤将于热交换器(13)内制造热水以提供空调所需，但热回收热交换器(7)关闭，不制造生活用热水。

〖f〗冬季模式三，仅提供生活用热水，而空调用热水停用：如图8所示。此运转模式类似夏季模式三，专以热回收热交换器(7)及储热槽组(5)来产生热回收热水提供生活用，而热交换器(13)不动作，以空气冷却式热交换器(1)从外界吸热。

储热槽组(5)的动作原理与创新的功能，请参阅图9。由隔板(512)将整个槽组分成高温混合室(501)、常温混合室(502)及温度分层室(503)三大部分。常温混合室(502)为槽内水较低温的部分，较冷的补给水由下方补给冷水管路分布头(514)进入，和常温混合室(502)内的温水混合后，由热水循环泵(505)吸入口(515)吸取混合后的水，输送至热回收热交换器(7)加热后由热水管路分布头(513)进入高温混合室(501)内与热水混合后由上层高温水流通口(510)流至温度分层室(503)，温度分层室(503)分别以高温水流通口(510)及常温水流通口(511)与高温混合室(501)及常温混合室(502)都可连通，因为两流通口截面积很大，流经两流通口的水流速很低，流入或流出温度分层室时不会破坏热水在温度分层室内的温度分层效应。高温热水流进温度分层室(503)上层，温度分层室(503)下层与常温混合室(502)连通，因此温度分层室(503)将可因上下层温度不同造成密度的差异而形成温度分层的现象，上层温度最高，下层温度最低。因此热水出口分布头(516)设计在温度分层室(503)上端，以取用较高温热水。供应热水调节阀(507)可依使用量来调节出水大小，流量开关(517)装置在供应热水管路(519)上，用来感测管内的热水流量，若流量过低，则提供一控制信号给热水循环泵(505)使其停止运转。隔板(512)可将储热槽组(5)区隔成三部分，使其各具功能。温度感测器(509)用来感测温度分层室(503)出水口附近的水温，当达到设定的温度上下限时，将提供一控制讯号给热水循环泵(505)，以控制其开启或关闭，但于不进行热回收制造生活用热水的运转模式下，温度感测器(509)将不动作，以避免因储热槽组(5)由于自然散热而使得水温低于其设定下限，造成热水循环泵(505)做不必要运转。热水循环泵(505)用来输送槽内的水经热回收热交换器(7)加热，以维持槽内一定的水温。排气阀(508)是用来排除槽内的空气，使得整个槽内充满水。充入冷水时高温混合室(501)将是最后充满的地方，槽内空气将被集中在此室上端，所以排气阀(508)安装于此将可排除槽内的空气。补给水管路(506)进入储热槽组(5)的一端加装补给冷水管路分布头(514)，热回收热水管路(504)进入储热槽组(5)的一端加装热水管路分布头(513)，其目的皆在加大出口截面积，降低流速，避免造成喷流，同时也可以增加混合的效果。

储热槽组(5)的构造可区分为三大部分：左侧板、本体、右侧板，如图10所示。左侧板由热水出口分布头(516)、供应热水管路(519)、放泄水管(520)、左盖板(521)等元件所组成；本体由排气阀(508)、温度感测器(509)、本体壳板(522)等元件所组成；右侧板由热回收热水管路(504)、补给水管路(506)、隔板(512)、热水管路分布头(513)、常温水吸入分布头(515)、右盖板(525)等元件组成。左侧板、本体、右侧板外围皆包覆保温材料(526)以减少热损失。左侧板与本体之间衬一垫片(524)，再以螺栓锁紧接合；右侧板与本体之间亦衬一垫片(524)，再以螺栓锁紧接合，以防止泄漏。将储热槽组(5)的所有元件先装配成左侧板、本体、右侧板三大组件，在组装储热槽组(5)时仅需以螺栓和垫片将三大组件接合即可。如此的设计，可将储热槽组(5)的元件模组化，减少组装工时，以利大量生产，降低制造成本。此外，只需松开螺栓，卸下左侧板及右侧板，即可进行维修清洗。

储热槽组(5)外必须披覆保温材料(526)，以避免槽内热水的热能自然散失。左侧板下方装设放泄水管(520)及放泄水闸(518)，以便利维修时的清洗作业。

储热槽组(5)操作模式依热水循环泵(505)及供应热水调节阀(507)的ON或OFF来区分，共可分成三种，如图11A、图11B、图11C所示，分别为：

【Ⅰ】热水循环泵(505)开启，供应热水调节阀(507)关闭，纯粹循环加热储热槽组(5)内热水。

【Ⅱ】热水循环泵(505)关闭，供应热水调节阀(507)开启，以补给水来推送储热槽组(5)内温度分层室(503)上层热水由供应热水调节阀(507)流出。

【Ⅲ】热水循环泵(505)开启，供应热水调节阀(507)开启，补给水进入常温混合室(502)和温水混合后，由热水循环泵(505)输送至热回收热交换器(7)加热，回到高温混合室(501)，再进入温度分层室(503)，将上层热水由供应热水调节阀(507)流出。

三种操作模式详细说明如下：【Ⅰ】当系统刚启动时，高温混合室(501)、常温混合室(502)及温度分层室(503)开始充入补给水，供应热水调节阀(507)关闭，槽内空气随水位的上升将由排气阀(508)排出，直到满水位后，排气阀(608)关闭。此时槽中的水将经常温水吸入分布头(515)被热水循环泵(505)吸取，送至热水回收热交换器(7)与高压气态冷煤热交换形成热回收的热水，经由热水管路分布头(513)进入高温混合室(501)，以推送最上层的热水经由高温水流通口(510)进入温度分层室(503)，使得温度分层室(503)底层较常温热水经由常温水流通口(511)进入常温混合室(502)。如此循环运转的结果将使槽内水温持续升高，当供应热水出口附近的温度感测器(509)感测的水温达到设定上限时，将发出控制讯号，命令热水循环泵(505)停止运转。【Ⅱ】供应热水调节阀(507)开启，同时补给水由补给冷水管路分布头(514)从储热槽组右侧下部进入常温混合室(502)，经由常温水流通口(511)进入温度分层室(503)最下端，以缓缓地推送最上端的高温热水流经热水出口分布头(516)送出，冷水流率与供应热水端相同，以确保槽内维持满水位。【Ⅲ】当持续使用热水，而冷水不断补充，使得温度分层室(503)内水温降至温度感测器(509)预设的温度下限时，热水循环泵(505)接到控制讯号而重新启动，将常温混合室(502)内的补给水和常温热水经由常温水吸入分布头(515)抽吸混合，再泵经热回收热交换器(7)加热后，回到高温混合室(501)，推送上层较热的水进入温度分层室(503)，而将温度分层室(503)上层的热水排出至使用端，并将下层常温水推入常温混合室(502)，直到温度分层室(503)内热水温度达预设的温度上限为止，整个循环运转流程类似【Ⅰ】。如此设计的目的是利用储热槽组(5)来作为缓冲装置，避免系统的压缩机(6)频繁启动与关闭，保护系统设备；另一方面，也可使供应的热水温度维持在较稳定的范围。

综上所述，本实用新型具有一机多用、节约能源、安全可靠的优点，完全能满足不同季节，不同使用者的一般需求，有广泛的使用前景。

Claims (1)

1．一种多功能热泵，是由空气热源式热泵机组与保温的储热槽组所构成，其特征在于：其中，空气热源式热泵机组是由压缩机(6)、热回收热交换器(7)、四通阀(8)、空气冷却式热交换器(1)、热交换器(13)、液气分离器(14)、两个干燥过滤器(9)(17)、两个视窗(10)(18)、两个膨胀阀(11)(19)、两个电磁阀(15)(16)及一个逆止阀(12)组成，各组件之间以冷媒管路(20)相连通，由热水循环泵(505)、热水管路分布头(513)、补给水管路(506)、热水管路分布头(513)、常温水吸入分布头(515)、高温水流通口(511)及供应热水调节阀(507)组成水管路，水流通其间，一个温度感测器(509)，置于温度分层室(503)内供应热水出口附近，一个流量开关(517)装置于供应热水管路(519)上；储热槽组(5)，其分为左侧板、本体、右侧板三大组件，其外围皆包覆保温材料(526)，而其间则由隔板(512)分隔成高温混合室(501)、常温混合室(502)及温度分层室(503)三个部分，而左侧板由热水出口分布头(516)、供应热水管路(519)、放泄水管(520)、左盖板(521)元件所组成；本体由排气阀(508)、温度感测器(509)、本体壳板(522)元件组成；右侧板由补给水管路(506)、热回收热水管路(504)、隔板(512)、热水管路分布头(513)、常温水吸入分布头(515)、右盖板(525)元件所组成；储热槽组(5)采用耐腐蚀之金属板；又，空气热源式热泵机组是置于机壳中，以热水循环管路与储热槽组(5)中之高温混合室(501)与常温混合室(502)连接。

Images