TWI409418B - 多功能熱泵空調系統 - Google Patents

Description

多功能熱泵空調系統

本發明係為一種多功能熱泵空調系統，其係藉由改變冷媒之流向，並於該過程中達到多種不同的熱交換模式，而達到提供冷氣、暖氣、熱液、冷氣與熱液之組合或熱液與暖氣之組合的需求，並藉此一流向之改變，即使於冷熱需求不平衡時，該系統仍可正常運作。

熱水、冷氣與暖氣，三者係已成為人們日常生活中不可缺少的一部分，對大多數的人而言，熱水係由熱泵裝置所提供，冷氣與暖氣係由空調機所提供。

該熱泵裝置，其係由一加熱裝置與一供水裝置所組成，供水裝置將水提供給加熱裝置，加熱裝置將水提升至特定溫度後，再供人使用。

該空調機，其至少具有一壓縮機、一膨脹閥、一蒸發器、一冷凝器、一散熱裝置與一風扇，冷媒係分別於蒸發器與冷凝器中進行熱交換，並藉由風扇的吹送，而將冷氣或暖氣提供給人們，散熱裝置係供冷媒降溫之用，若空調機為大功率，則散熱裝置為水冷式，而散熱裝置中的水僅供與冷媒熱交換之用，除此之外，該水並無任何其他的用途。

如上所述，現有的空調機與熱泵裝置，二者係為兩個各自獨立的裝置，於使用上或價格上皆有各自受限之處，雖有部份的廠商已開發有結合該二者之系統，但於冷熱需求不平衡時，造成冷媒流量無法控制時，該系統僅能以關機模式來因應，故無法滿足實際使用的需求；再者，若該系統已達到溫控條件時，該系統係自動關閉，而無法持續製造額外的熱水；所以該系統仍有尚待進步的空間。

有鑑於上述之缺點，本發明之目的在於提供一種多功能熱泵空調系統，其係提供一種改變冷媒之流向，而使冷媒可於該系統中產生多種熱交換的模式，藉以達到提供熱水、暖氣、冷氣、熱水與暖氣之組合或熱水與冷氣之組合的功能，並能於冷熱需求不平衡的狀態下，仍使該系統正常運作。

為了達到上述之目的，本發明之技術手段在於提供一種多功能熱泵空調系統，其係由一熱交換組、一供液裝置與一控制裝置所組成。

如上所述之熱交換組，其具有一壓縮機、一液體熱交換器、一第一膨脹裝置、一四方閥、一室外熱交換器、一第二膨脹裝置、一室內熱交換器與一三通換向閥，壓縮機係以一管線連接液體熱交換器，液體熱交換器係以一管線連接第一膨脹裝置，第一膨脹裝置係以一管線連接四方閥，四方閥係以一管線連接室外熱交換器，室外熱交換器係以一管線連接第二膨脹裝置，室外熱交換器具有一室外風扇，第二膨脹裝置係以一管線連接連接室內熱交換器，室內熱交換器係以一管線連接四方閥，室內熱交換器具有一室內風扇，三通換向閥係設於第二膨脹閥與室內熱交換器之間的管線中，三通換向閥另以一管線連接四方閥與室內熱交換器之間的管線，另外，第一膨脹裝置與第二膨脹裝置為電子膨脹閥。

如上所述之供液裝置，其具有一泵浦，泵浦分別連接有一進液管與一出液管，出液管係穿過液體熱交換器。

該供液裝置進一步具有一儲液區，上述之出液管與進液管係分別連接儲液區，而位於該泵浦與該液體熱交換器之間的出液管連接有一三通線性閥，三通線性閥以一輔助出液管連接位於液體熱交換器與儲液區之間的出液管。

如上所述之控制裝置，其係電性連接泵浦、壓縮機、液體熱交換器、第一膨脹裝置、四方閥、室外熱交換器、第二膨脹裝置、三通換向閥、室內熱交換器與三通線性閥。

綜合上述之本發明之多功能熱泵空調系統，其主要係藉由液體熱交換器，而使液體與冷媒得以相互熱交換，以提高液體之溫度，並降低冷媒之溫度，再藉由四方閥與三通換向閥的引導，而改變冷媒之流向，以達到可提供熱液、冷氣、暖氣、熱液與暖氣之組合或冷氣與熱液之組合的需求，另外，若於現實狀態下，某一需求較大時，而造成冷熱需求不平衡時，前述之改變冷媒流向的方式，其係使該系統仍可正常運作，並可依實際需求，而提供所需之熱液、冷氣、暖氣、熱液與暖氣之組合或冷氣與熱液之組合。

以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

請參閱圖一所示，本發明係一種多功能熱泵空調系統，其具有一供液裝置1、一熱交換組2與一控制裝置3。

供液裝置1具有一可選擇性之儲液區10與一泵浦11，泵浦11係分別以一進液管12與一出液管13連接儲液區10，泵浦11係為一變頻泵浦或定頻泵浦，當泵浦11為一定頻泵浦時，該定頻泵浦可額外加裝另一控制閥件，以控制供液裝置之循環流量。

熱交換組2具有一壓縮機20、一液體熱交換器21、一第一膨脹裝置22、一四方閥23、一室外熱交換器24、一第二膨脹裝置25、一室內熱交換器26與一三通換向閥27。

壓縮機20係一管線連接水熱交換器21，上述之出液管13係通穿過液體熱交換器21，該出液管13位於液體熱交換器21與泵浦11之間連接有一三通線性閥14，另該三通線性閥14另以一輔助出液管15連接位於儲液區10與液體熱交換器21之間的出液管13，液體熱交換器21係以一管線連接第一膨脹裝置22，第一膨脹裝置22係以一管線連接四方閥23，四方閥23係以再一管線連接壓縮機20，四方閥23係以另二管線分別連接室外熱交換器24與室內熱交換器26，室外熱交換器26係以一管線連接第二膨脹裝置25，第二膨脹裝置25係以一管線連接室內熱交換器26，三通換向閥27係設於第二膨脹裝置25連接室內熱交換器26之管線中，三通換向閥27係以一管線連接四方閥23連接室內熱交換器26之管線。

室外熱交換器24具有一室外風扇240，室內熱交換器26具有一室內風扇260；第一膨脹裝置22與第二膨脹裝置25係為電子膨脹閥。

控制裝置3係分別電性連接泵浦11、三通線性閥14、壓縮機20、第一膨脹裝置22、四方閥23、室外熱交換器24、第二膨脹裝置25、三通換向閥27與室內熱交換器26。

請再配合參考圖一所示，若熱液負載大於冷氣負載時，故壓縮機20先以熱液負載優先。

儲液區10中之液體，如水或油體等，經由進液管12送入泵浦11中，泵浦11將該液體經由出液管13送至液體熱交換器21中。

壓縮機20係將冷媒送至液體熱交換器21中，以使液體與冷媒二者進行熱交換，藉以提升液體溫度，且冷媒進入第一膨脹裝置22中，進行第一次膨脹。經提升溫度之液體則再由出液管13回到儲液區10中儲存，以待後續使用。

經第一膨脹之冷媒經四方閥23之引導進入室內熱交換器26，以控制室內溫度，冷媒隨即進入第二膨脹裝置25，以進行第二次膨脹。

經第二次膨脹之冷媒進入室外熱交換器24，以吸取大氣中之熱能，而後經四方閥23之引導與壓縮機20之輸送，以使冷媒進入液體熱交換器21，以使其與液體進行熱交換，並依上述再次進行相同流程與熱交換，以提供大量的熱液與少量的冷氣。

泵浦11係針對熱液之溫度的需求，而改變其轉速，進而改變液體的流量，以控制熱液之出液溫度，若需要溫度較高的出液溫度時，泵浦11降低其轉速，以減少液體的流量，而使少量的液體於液體熱交換器21中進行熱交互換。反之，若需要溫度較低之出液溫度時，泵浦11則提高轉速，以增加液體的流量，而使大量的液體於液體熱交換器21中進行熱交換。

請參閱圖二所示，當冷氣負載大於熱液負載時，故壓縮機20先以冷氣負載優先。

壓縮機20將冷媒送液體熱交換器21中，以使液體與冷媒二者進行熱交換，而液體之流動與控制模式如同上述，故不再此贅述，特先陳明。

控制裝置3係使第一膨脹裝置22呈開通狀，而使上述經熱交換且降溫之冷媒僅能通過第一膨脹裝置22，而無法於第一膨脹裝置22中膨脹，該冷媒經四方閥23之引導進入室外熱交換器24中，室外風扇240運轉增強室外熱交換器24之熱交換能力。

經再次熱交換後之冷媒進入第二膨脹裝置25中，進行膨脹，而後進入室內熱交換器26中，以降低室內溫度，而室內風扇260轉速為使用者設定值，可增強冷媒於室內機熱交換器中進行熱交換之能力。

該冷媒再經四方閥23之引導進入壓縮機20中，並被送入液體熱交換器21中，以進行液體與冷媒二者熱交換之程序，並且冷媒會再次進行上述之流程與熱交換，以提供大量的冷氣與少量的熱液，同樣地，如上所述，泵浦11於此行程中亦可用於控制出液溫度。

請參閱圖三所示，僅冷氣負載時，故壓縮機20先以冷氣負載優先，控制單元3停止泵浦11的運作，而使液體無法於管線中流動。

冷媒通過成開通狀之第一膨脹裝置22，而後經四方閥23的引導進入室外熱交換器24中，進行熱交換。

而當上述之冷媒進入第二膨脹裝置25中，即進行膨脹，隨後進入室內熱交換器26中，以進行熱交換，並降低室內溫度。

熱交換後之冷媒經四方閥23引導，進入壓縮機20中，而被加壓送入液體熱交換器21，再通過第一膨脹裝置22，而後冷媒再依上述再次進行相同流程與熱交換，以提供冷氣。

請參閱圖四所示，僅熱液負載時，故壓縮機20先以熱液負載優先，進液管12將液體送入泵浦11中，泵浦11將液體經由出液管13送入液體熱交換器21中，同樣地，如上所述，泵浦11於此流程中亦用於控制出液溫度。

冷媒進入液體熱交換器21中，冷媒與液體進行熱交換，液體的溫度係被升高，而後經由出液管13進入儲液區10中儲存，以待後續使用。

而冷媒進入第一膨脹裝置22中膨脹，四方閥23引導該冷媒進入室外熱交換器24中，以進行熱交換，控制裝置3係控制第二膨脹裝置25與三通換向閥27，第二膨脹裝置25呈開通狀，三通換向閥27係阻斷第二膨脹裝置25與室內熱交換器26之間的通路，而且三通換向閥27係使第二膨脹裝置25與四方閥23呈通路，故冷媒通過第二膨脹裝置25後，並經由三通換向閥27與四方閥23之引導，而進入壓縮機20中，冷媒再被壓縮機20送入液體熱交換器21中，以使液體與冷媒二者進行熱交換，而冷媒與液體會進行上述之流程與熱交換，以提供熱液。

請參閱圖五所示，當熱液與暖氣同時負載時，液體之熱交換與流動如上所述，故不再此贅述，冷媒與液體係於液體熱交換器21中進行熱交換，液體係提高溫度。

控制裝置3係使第一膨脹裝置22呈開通狀，以使上述之降溫冷媒通過第一膨脹裝置22，並經四方閥23之引導進入室內熱交換器26中，進行熱交換，而達到提供暖氣之效果。

冷媒進入第二膨脹裝置25，並進行膨脹，而後進入室外熱交換器24，進行熱交換，四方閥23引導該冷媒進入壓縮機20中，再進入液體熱交換器21中，以使液體與冷媒二者進行熱交換，而冷媒與液體會進行上述之流程與熱交換，以提供熱液與暖氣。

泵浦11於此流程中，藉由控制轉速而控制熱液與暖氣分配，若控制裝置3感測經液體熱交換器21中之液體的溫度過高或流量過大時，控制裝置3會啟動三通線性閥14，而使液體分為兩個流動方向，一部份則藉由輔助出液管15流向位於液體熱交換器21與儲液區10之間的出液管13，另一部份則流向液體熱交換器21中，以達到控制液體溫度與流量的效果，而最重要為控制出液溫度。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧供液裝置

10‧‧‧儲液區

11‧‧‧泵浦

12‧‧‧進液管

13‧‧‧出液管

14‧‧‧三通線性閥

15‧‧‧輔助出液管

2‧‧‧熱交換組

20‧‧‧壓縮機

21‧‧‧液體熱交換器

22‧‧‧第一膨脹裝置

23‧‧‧四方閥

24‧‧‧室外熱交換器

240‧‧‧室外風扇

25‧‧‧第二膨脹裝置

26‧‧‧室內熱交換器

260‧‧‧室內風扇

27‧‧‧三通換向閥

3‧‧‧控制裝置

圖一係本發明之多功能熱泵空調系統於熱液負載大於冷氣負載時之冷媒與液體流程示意圖。

圖二係本發明之多功能熱泵空調系統於冷氣負載大於熱液負載時之冷媒與液體流程示意圖。

圖三係本發明之多功能熱泵空調系統於僅冷氣負載時之冷媒流程示意圖。

圖四係本發明之多功能熱泵空調系統於僅熱液負載時之液體與冷媒流程示意圖。

圖五係本發明之多功能熱泵空調系統於熱液與暖氣同時負載時之液體與冷媒流程示意圖。

1‧‧‧供液裝置

10‧‧‧儲液區

11‧‧‧泵浦

12‧‧‧進液管

13‧‧‧出液管

14‧‧‧三通線性閥

15‧‧‧輔助出液管

2‧‧‧熱交換組

20‧‧‧壓縮機

21‧‧‧液體熱交換器

22‧‧‧第一膨脹裝置

23‧‧‧四方閥

24‧‧‧室外熱交換器

240‧‧‧室外風扇

25‧‧‧第二膨脹裝置

26‧‧‧室內熱交換器

260‧‧‧室內風扇

27‧‧‧三通換向閥

3‧‧‧控制裝置

Claims (5)

1. 一種多功能熱泵空調系統，其包括有：一熱交換組，其具有一壓縮機、一液體熱交換器、一第一膨脹裝置、一四方閥、一室外熱交換器、一第二膨脹裝置、一室內熱交換器與一三通換向閥，該壓縮機係以一管線連接該液體熱交換器，該液體熱交換器係以一管線連接該第一膨脹裝置，該第一膨脹裝置係以一管線連接該四方閥，該四方閥係以一管線連接該室外熱交換器，該室外熱交換器係以一管線連接該第二膨脹裝置，該第二膨脹裝置係以一管線連接該室內熱交換器，該室內熱交換器係以一管線連接該四方閥，該三通換向閥係設於該第二膨脹裝置與該室內熱交換器之間的管線中，該三通換向閥係以一管線連接該四方閥與該室內熱交換器之間的管線；一供液裝置，其具有一泵浦，該泵浦連接有一進液管與一出液管，該出液管係穿過該液體熱交換器；以及一控制裝置，其係分別電性連接該泵浦、該壓縮機、該第一膨脹裝置、該四方閥、該室外熱交換器、該第二膨脹裝置、該三通換向閥與該室內熱交換器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多功能熱泵空調系統，其中該供液裝置進一步具有一儲液區，該進液管與該出液管係分別連接該儲液區。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多功能熱泵空調系統，其中位於該泵浦與該液體熱交換器之間的出液管連接有一三通線性閥，該三通線性閥以一輔助出液管連接位於該液體熱交換器與該儲液區之間的出液管，該三通線性閥電性連接該控制裝置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之多功能熱泵空調系統，其中該室內熱交換器具有一室內風扇，該室外熱交換器具有一室外風扇。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多功能熱泵空調系統，其中該第一膨脹裝置與該第二膨脹裝置係為電子膨脹閥。