TWI557385B - 冷熱多功熱泵設備 - Google Patents

Description

冷熱多功熱泵設備

本發明是有關於一種熱泵設備，且特別是有關於一種冷熱多功熱泵設備。

熱泵製熱設備是一種高效能且安全集熱並轉移熱量的節能裝置，可以把消耗的電力變為2~3倍的熱能。熱泵製熱設備包含數種形式，例如氣源式熱泵、水源式熱泵、地源式熱泵及複合式熱泵，可應用在家用冷暖氣機、商業用單元式熱泵空調主機和熱泵冷熱水主機。

氣源式熱泵以空氣作為熱源，藉由壓縮機的輸入功及吸收環境的熱能，亦即空氣中的低溫熱能，轉化為高溫熱能，來進行製熱，例如將水或空氣加熱，以提供熱水或暖氣。氣源式熱泵亦可將水或空氣降溫，以提供冰水或冷氣，以進行製冷用途。此種型式熱泵於冬季製熱循環時，會隨外氣溫度下降而使得吸熱能力減少，在低外氣溫度(約5℃以下)條件下長時間運轉時，室外管排會有結霜產生，使熱交換效果變差，而須經常維持除霜的功能， 不僅加熱時間增加，亦造成壓縮機頻繁地啟動及停止，此為冷媒系統設計必須考慮運轉時所面臨的問題。

通常採用的除霜方式有：停機除霜、熱氣旁通除霜、逆循環除霜與電熱除霜。以上除霜方式有除霜熱源溫度低或無熱源而導致除霜時間長與除霜不完全、或是須設置液氣分離器來防止除霜運轉時的液態冷媒回流至壓縮機(亦即防止“液壓縮”)、或是須額外設置電熱器增加耗能等問題。

現有氣源式熱泵熱水主機與冷熱雙效主機，經常採用熱氣旁通的方式來進行除霜，旁通的熱氣進入低溫的蒸發器後會使部分冷媒冷凝成液態冷媒，因此在蒸發器出口會是含有液態冷媒的飽和冷媒氣體。為防止液態冷媒回流至壓縮機，在蒸發器出口與壓縮機吸入口之間必須設置液氣分離器，使冷媒在液氣分離器內進行液氣分離後，液態冷媒留存在液氣分離器底部，分離後的氣態冷媒再進入壓縮機。

採用液氣分離器在除霜時，經常會遭遇以下的難題：

1.留存在液氣分離器底部的液態冷媒，沒有足夠熱源可以使之蒸發，僅能靠外界空氣的熱源使冷媒慢慢蒸發為氣體，如果留存的液態冷媒過多與運轉時間長，將使液氣分離器外表面結霜，結果使熱交換效果變差，液氣分離器的冷媒更不容易蒸發。

2.由於液氣分離器沒有足夠的熱源使冷媒蒸發，可以忍受的除霜運轉時間視液氣分離器的大小而定。當液氣分離器過小時，可以忍受除霜運轉的時間短，除霜可能不完全，且液態回流 至壓縮機的風險高。因此勢必需要加大液氣分離器的尺寸，以空間來換取可以忍受的除霜運轉時間，使蒸發器的除霜能夠完全。然而相對地，在液氣分離器內留存的液態冷媒將增加，如此將遭遇上述的運轉時間長，將使液氣分離器外表面結霜的問題。因此液氣分離器的尺寸大小很難決定，通常僅能採用較安全的設計方式，盡可能設置較大的液氣分離器，如此也增加了主機的體積與成本。

3.留存在液氣分離器底部的液態冷媒，必須考慮在冷媒蒸發過程中，會使無法蒸發的冷凍油殘留在底部，因此必須設置回油裝置使冷凍油回到壓縮機，避免壓縮機失油。

另外，該兩現有技術在製冷運轉時，各僅使用氣冷或水冷的單一方式，以對高溫高壓的冷媒進行熱排放。就僅使用水冷方式製冷以提供空調與冷卻需求時，可以有效降低壓縮機的吐出壓力，亦即系統的冷凝壓力降低，如此可以使系統製冷效率(亦即性能係數COP)提高，達到省能的效果。雖然以水冷方式可以提高系統運轉效能，然而當冷卻水水溫過低時，因為冷凝壓力過低對系統運轉將產生不利的影響，一是因冷凝壓力過低，膨脹閥前後的壓差不足，因此使得經過膨脹閥的冷媒流量不足，造成蒸發壓力過低，系統因蒸發壓力過低而跳機保護，無法正常運轉；另一則是壓縮機因冷凝壓力過低，使得油壓過低，壓縮機軸承因此無法得到正常的潤滑與冷卻，超出壓縮機容許的運轉範圍，必須停機保護。除了冷卻水溫過低將造成系統無法正常運轉之外， 當冷卻水的循環中斷(缺水或冷卻水循環泵故障時)，系統無法得到正常的散熱，製冷作用也將停止。相對地，僅使用氣冷時，雖然COP較水冷方式為低，但沒有水冷方式的缺點。

本發明提供一種冷熱多功熱泵設備，其藉由製熱交換器來作為除霜熱源並防止液壓縮，改善了除霜運轉的取熱源，且毋須在壓縮機吸入口前設置液氣分離器，因而有助於縮減整體設備的尺寸。

本發明提出一種冷熱多功熱泵設備，其包括冷媒循環系統。冷媒循環系統包括冷媒循環管線、壓縮機、製熱交換器、熱排放熱交換器、冷/熱排放熱交換器、製冷交換器以及匯流器。冷媒循環管線有第一多通換向閥。壓縮機具有吐出口以及吸入口，吐出口連接第一多通換向閥的第一端埠。製熱交換器包括第一冷媒通路、第二冷媒通路以及熱水通路，其中第一多通換向閥的第二端埠分別連接第一冷媒通路的一端以及第二冷媒通路的一端。熱排放熱交換器包括第三冷媒通路以及冷卻水通路，其中第一冷媒通路的另一端連接第三冷媒通路的一端，且第二冷媒通路的另一端連接第三冷媒通路的另一端。冷/熱排放熱交換器包括第四冷媒通路以及風扇，其中第四冷媒通路分別連接第三冷媒通路的另一端以及第一多通換向閥的第四端埠。製冷交換器包括第五冷媒通路以及冰水通路，其中第五冷媒通路的一端連接第三冷媒通路 的另一端。匯流器分別連接第一多通換向閥的第三端埠、第五冷媒通路的另一端以及吸入口。

本發明另提出一種冷熱多功熱泵設備，其包括冷媒循環系統。冷媒循環系統包括冷媒循環管線、壓縮機、製熱交換器、熱排放熱交換器、冷/熱排放熱交換器、製冷交換器以及匯流器。冷媒循環管線具有第一多通換向閥以及第二多通換向閥。壓縮機具有吐出口以及吸入口，其中吐出口連接第一多通換向閥的第一端埠，且吸入口連接第二多通換向閥的第一端埠。製熱交換器包括第一冷媒通路、第二冷媒通路以及熱水通路。第一多通換向閥的第二端埠連接第一冷媒通路的一端，而第二多通換向閥的第二端埠連接第二冷媒通路的一端，第二多通換向閥的第三端埠連接第二冷媒通路的另一端。熱排放熱交換器包括第三冷媒通路以及冷卻水通路，其中第一冷媒通路的另一端連接第三冷媒通路的一端，第三冷媒通路的另一端分別連接第二冷媒通路的另一端、第四冷媒通路的一端與第五冷媒通路的一端。冷/熱排放熱交換器包括第四冷媒通路以及風扇，其中第四冷媒通路分別連接第三冷媒通路的另一端與第一多通換向閥的第四端埠。製冷交換器包括第五冷媒通路以及冰水通路，其中第五冷媒通路的一端連接第三冷媒通路的另一端。匯流器分別連接第一多通換向閥的第三端埠、第五冷媒通路的另一端以及第二多通換向閥的第四端埠。

基於上述，本發明的冷熱多功熱泵設備，可以解決現有氣源式熱泵熱水主機與冷熱水雙效主機在除霜運轉時的取熱方 式，以及為了防止壓縮機液態冷媒回流，必須在壓縮機吸入口前設置大型液氣分離器的問題，以熱水熱交換器作為製熱交換器為例，本發明所能實現的功效為：利用熱水熱交換器的部分或全部熱水，作為系統除霜運轉時的熱源，使蒸發器進行除霜運轉時，除霜速度快且除霜效果完全；利用熱水熱交換器的部分熱水，作為回流至壓縮機的冷媒過熱度不足時的熱源，以防止液壓縮來保護壓縮機；以及免設置液氣分離器可以防止與排除壓縮機發生液壓縮，達到縮減主機的設置空間與尺寸的功效。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

6‧‧‧第一四方閥

6a‧‧‧第一端埠

6b‧‧‧第二端埠

6c‧‧‧第三端埠

6d‧‧‧第四端埠

7‧‧‧第一膨脹閥

8‧‧‧第二膨脹閥

9‧‧‧第三膨脹閥

10‧‧‧第一電磁閥

11‧‧‧第二電磁閥

12‧‧‧第三電磁閥

13‧‧‧第四電磁閥

14‧‧‧第五電磁閥

15‧‧‧第六電磁閥

16‧‧‧第一單向閥

17‧‧‧第二單向閥

18‧‧‧第三單向閥

19‧‧‧第二四方閥

19a‧‧‧第一端埠

19b‧‧‧第二端埠

19c‧‧‧第三端埠

19d‧‧‧第四端埠

100、100A‧‧‧冷熱水雙效主機

110‧‧‧壓縮機

110a‧‧‧吐出口

110b‧‧‧吸入口

120‧‧‧熱水熱交換器

121‧‧‧第一冷媒通路

122‧‧‧第二冷媒通路

123‧‧‧熱水通路

130‧‧‧水冷式冷凝器

131‧‧‧第三冷媒通路

132‧‧‧冷卻水通路

140‧‧‧空氣側熱交換器

141‧‧‧第四冷媒通路

142‧‧‧風扇

150‧‧‧冰水器

151‧‧‧第五冷媒通路

152‧‧‧冰水通路

160‧‧‧匯流器

A~O‧‧‧管件

圖1為本發明第一實施例的冷熱水雙效主機的示意圖。

圖2為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應熱水的系統流程的簡化示意圖。

圖3為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的系統流程，以及同時供應冷熱水的系統流程的簡化示意圖。

圖4為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的另一種系統流程的簡化示意圖。

圖5為圖1的冷熱水雙效主機於除霜運轉的系統流程的簡化示意圖。

圖6為第二實施例的冷熱水雙效主機的示意圖。

圖7為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應熱水的系統流程的簡化示意圖。

圖8為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的系統流程，以及同時供應冷熱水的系統流程的的簡化示意圖。

圖9為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的另一種系統流程的簡化示意圖。

圖10為圖6的冷熱水雙效主機於除霜運轉的系統流程的簡化示意圖。

圖1為本發明第一實施例的冷熱水雙效主機的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，冷熱多功熱泵設備例如是冷熱水雙效主機100，其主要由冷媒循環管線、壓縮機110、熱水熱交換器120、水冷式冷凝器130、空氣側熱交換器140、冰水器150以及匯流器160所構成。熱水熱交換器120為製熱交換器，其包括第一冷媒通路121、第二冷媒通路122及熱水通路123。熱水熱交換器120的第一冷媒通路121用於製作熱水的系統流程，且第二冷媒通路122用於除霜的系統流程。水冷式冷凝器130作為冷凝器的熱排放熱交換器，其包括第三冷媒通路131以及冷卻水通路132，以水冷方式使冷媒從第三冷媒通路131排熱至冷卻水通路132。

空氣側熱交換器140可運作為蒸發器或冷凝器的冷/熱排 放熱交換器，其包括第四冷媒通路141以及風扇142。當空氣側熱交換器140作為蒸發器時，流經過空氣側熱交換器的冷媒對空氣進行吸熱，而當空氣側熱交換器140作為冷凝器時，係藉由冷媒對空氣進行放熱。冰水器150為製冷交換器，其包括第五冷媒通路151及冰水通路152。其中，冷媒循環管線包括第一多通換向閥以及管件A~N，管件A~N用以分別連接壓縮機110、第一多通換向閥、熱水熱交換器120、水冷式冷凝器130、空氣側熱交換器140、冰水器150及匯流器160，以使冷媒在該等元件中循環流動。

在熱水熱交換器120中，流經第一冷媒通路121的冷媒自氣態轉變成液態，而提供熱量給熱水通路123，以製作熱水，而流經第二冷媒通路122的冷媒可自熱水通路123吸收熱能，使其成為氣態的高溫冷媒。在冰水器150中，流經第五冷媒通路151的冷媒從冰水通路152吸收熱能，自液態轉變成氣態，以製作冰水。須知熱水通路123、冰水通路152亦可供作其他類型的流體加熱或冷卻的熱流通路、冷流通路，亦即，例如欲加熱或欲冷卻的流體可為氣體或液體，以使設備成為提供暖氣或熱水、與冷氣或冰水的各種組合，例如熱水與冷氣、暖氣與冰水等，以適用於不同環境與使用需求。

熱水熱交換器120為板式熱交換器，其亦可為其他形式的熱交換器。上述各個熱交換器可根據工作流體的種類而選用不同的形式，例如冷媒對空氣的鰭片盤管式熱交換器，或冷媒對水的殼管式熱交換器。基於空氣側熱交換器140為具有風扇調速的 鰭片盤管式熱交換器，故可配合風扇142來協助流經第四冷媒通路141的冷媒與空氣進行熱交換。

於冷媒循環管線之連接實施例中，冷熱水雙效主機100包含多個控制閥，此多個控制閥可包含第一四方閥6(亦即第一多通換向閥)、第一膨脹閥7、第二膨脹閥8、第三膨脹閥9、第一電磁閥10、第二電磁閥11、第三電磁閥12、第四電磁閥13、第五電磁閥14、第六電磁閥15、第一單向閥16及第二單向閥17。這些控制閥以如圖1所示的方式分別裝設於管件A~N上。這些控制閥的作用為視需求用於切換冷媒流向、阻斷冷媒或調節冷媒流量與壓力。

在此冷媒循環管線之連接實施例中，藉由將管件A~N與該等元件連接，可形成冷媒循環系統。詳細言之，管件A連接壓縮機110的吐出口110a與第一四方閥6的第一端埠6a。管件B連接第一四方閥6的第二端埠6b與管件C與管件D。管件C連接管件B與熱水熱交換器120的第一冷媒通路121。管件D連接管件B與熱水熱交換器120的第二冷媒通路122。管件E連接熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131。管件F連接水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131與管件G、管件H、管件I及管件J，而管件G連接熱水熱交換器120的第二冷媒通路122與管件F。管件H連接空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141的一端與管件F。管件I連接管件F與管件H。管件J連接冰水器150的第五冷媒通路151的一端與管件F。管件 K連接冰水器150的第五冷媒通路151的另一端與匯流器160。管件L連接空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141的另一端與第一四方閥6的第四端埠6d。管件M連接匯流器160與第一四方閥6的第三端埠6c。管件N連接匯流器160與壓縮機110的吸入口110b。

藉此，所形成的冷媒循環系統提供了供應熱流冷媒回路、供應冷流冷媒回路、同時供應冷熱流冷媒回路及除霜冷媒回路。在冷媒循環系統中，第一四方閥6可切換成第一端埠至第二端埠(6a-6b)與第三端埠至第四端埠(6c-6d)的通路或是第一端埠至第四端埠(6a-6d)與第二端埠至第三端埠(6b-6c)的通路，而使冷媒能選擇地流動於上述各冷媒回路中，且第三電磁閥12可在冰水器150停止運轉時(冰水沒有循環時)，隔離冰水器150中的冷媒，避免冷媒壓力降低，溫度不致於降低至0℃以下，防止冰水凍結導致冰水器150的管路破裂。關於這些冷媒回路的運轉流程將進一步參照附圖於稍後進行說明。藉由控制閥的流向切換及開啟/關閉，冷媒可選擇地在這些回路中流動，以用於提供熱水及/或冷水，且在供應冷流冷媒回路中，可因應運轉需求，選擇地採用水冷或氣冷模式。

以下將針對冷熱水雙效主機100的運轉操作模式與系統流程進一步說明。冷熱水雙效主機100可就單純供應熱水的系統流程、單純供應冷水的系統流程、同時供應冷水與熱水的系統流程及除霜的系統流程，進行運轉操作模式的切換，分別說明如下。

圖2為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖2，在此，水冷式冷凝器130的冷卻水通路132內的冷卻水停止流動，而空氣側熱交換器140當作蒸發器使用，供應熱流冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第五電磁閥14-第二膨脹閥8-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第一四方閥6(6d-6c)-匯流器160-壓縮機110(如實線箭頭所示)。簡言之，在冷熱水雙效主機100於單純供應熱水的過程中，冷媒仍會通過水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，但由於水冷式冷凝器130的冷卻水通路132內的冷卻水停止流動，因此通過第三冷媒通路131的冷媒並不會排熱至冷卻水通路132。如此，可毋須額外設置其他管件或控制閥藉以分流熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，有助於簡化整體設備的回路設計及降低製造成本。

在單純供應冷水的系統流程中，可藉由各控制閥的回路控制以形成兩種供應冷流冷媒回路，使冷媒選擇地在其中之一流動，亦即以水冷式冷凝器130或空氣側熱交換器140來使高溫高壓的冷媒進行熱排放，此兩種模式間的切換視環境需求而決定最佳化的使用。

圖3為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應冷水，或同時供應冷熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖3，在單純供應冷 水的運轉時，水冷式冷凝器130作為冷凝器使用，以散發熱能至冷卻水來冷凝冷媒，而熱水熱交換器120的熱水通路123停止循環。水冷式供應冷流冷媒回路(亦即第一供應冷流冷媒回路)為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第六電磁閥15-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-第三電磁閥12-匯流器160-壓縮機110(如實線箭頭所示)。簡言之，在冷熱水雙效主機100於單純供應冷水(且為第一供應冷流冷媒回路)的過程中，冷媒仍會通過熱水熱交換器120的第一冷媒通路121，由於熱水熱交換器120的熱水通路123內的熱水停止流動，因此冷媒在流經第三冷媒通路131時才會排熱至冷卻水通路132而自氣態轉變成液態。如此，可毋須額外設置其他管件或控制閥藉以分流熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，有助於簡化整體設備的回路設計及降低製造成本。

圖4為圖1的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的另一種系統流程的簡化示意圖。請參考圖4，在此，空氣側熱交換器140作為冷凝器使用，氣冷式供應冷流冷媒回路(亦即第二供應冷流冷媒回路)為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6d)-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第二單向閥17-第六電磁閥15-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-第三電磁閥12-匯流器160-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

圖3的另一運轉流程為圖1的冷熱水雙效主機於同時供應冷熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖3，當熱水負載與冰水負載同時存在時，冷媒循環系統提供了同時供應冷熱流冷媒回路，水冷式冷凝器130的冷卻水通路131內的冷卻水可以選擇強制流動或停止流動。當冷卻水通路131內的冷卻水強制流動時，系統運轉為部分熱回收的功能，當冷卻水通路131內的冷卻水停止流動時，系統運轉為全量熱回收的功能。無論冷卻水通路131內的冷卻水流動與否，同時供應冷熱流冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第六電磁閥15-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-第三電磁閥12-匯流器160-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

在此同時供應冷熱水的運轉模式中，當冰水溫度到達，而仍有熱水負載需求時，系統可以切換成如上述圖2說明及圖示之單純供應熱水系統流程或停機。當熱水溫度到達，而仍有冰水負載需求時，系統可以切換成單純供應冷水系統流程或停機，其中單純供應冷水系統流程可為水冷式供應冷流冷媒回路或氣冷式供應冷流冷媒回路，即如上述說明及圖3、4的單純供應冷水運轉流程所示。

圖5為圖1的冷熱水雙效主機於除霜運轉的系統流程的簡化示意圖。請參考圖5，使用熱水熱交換器120的熱水通路123對流經第二冷媒通路122的冷媒加熱，以對空氣側熱交換器140 的熱交換鰭片及管排進行除霜，除霜冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6d)-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第二單向閥17-第四電磁閥13-第一膨脹閥7-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二電磁閥11-第一四方閥6(6b-6c)-匯流器160-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

以下將針對第二實施例的冷熱水雙效主機進行說明，且主要是針對第二實施例與第一實施例不同之處詳加敘述。具體而言，第二實施例的冷熱水雙效主機100A所使用的元件及其間的聯結關係基本上與第一實施例類似，故各元件使用相同的名稱及編號，以利更清楚及簡要的說明。

圖6為第二實施例的冷熱水雙效主機的示意圖。請參考圖6，在本實施例中，冷熱水雙效主機100A與第一實施例的冷水冷熱水雙效主機100之間的主要不同處為，在冷媒流回壓縮機110之前，提供一分歧回路，藉由第二四方閥19(亦即第二多通換向閥)的切換，使得冷媒可選擇地直接流回壓縮機110或是經熱水熱交換器120的第二冷媒通路122再流回壓縮機110。具體而言，第二四方閥19可切換成第一端埠至第二端埠(19a-19b)與第三端埠-第四端埠(19c-19d)的通路或是第一端埠至第四端埠(19a-19d)與第二端埠至第三端埠(19b-19c)的通路。

於冷媒循環管線之連接實施例中，多個控制閥可包含第一四方閥6(亦即第一多通換向閥)、第一膨脹閥7、第二膨脹閥8、第三膨脹閥9、第一電磁閥10、第二電磁閥11、第三電磁閥12、 第四電磁閥13、第五電磁閥14、第一單向閥16、第二單向閥17、第三單向閥18及第二四方閥19(亦即第二多通換向閥)。這些控制閥以如圖6所示的方式分別裝設於管件A~O上。

在此冷媒循環管線之連接實施例中，藉由將管件A~O與其他各元件連接，可形成第二實施例的冷媒循環系統。詳言之，管件A連接壓縮機110的吐出口110a與第一四方閥6的第一端埠6a。管件B連接第一四方閥6的第二端埠6b與熱水熱交換器120的第一冷媒通路121。管件C連接熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131。管件D連接水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131與管件E、管件F、管件G及管件H。管件E連接熱水熱交換器120的第二冷媒通路122的一端與管件D及管件N。管件F連接空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141的一端與管件D。管件G連接管件D與管件F。管件H連接冰水器150的第五冷媒通路151的一端與管件D。管件I連接空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141的另一端與第一四方閥6的第四端埠6d。管件J連接冰水器150的第五冷媒通路151的另一端與匯流器160。管件K連接第一四方閥6的第三端埠6c與匯流器160。管件L連接匯流器160與第二四方閥19的第四端埠19d。管件M連接熱水熱交換器120的第二冷媒通路122的另一端與第二四方閥19的第二端埠19b。管件N連接管件E與第二四方閥19的第三端埠19c。管件O連接第二四方閥19的第一端埠19a與壓縮機110的吸入口110b。

藉此，所形成的冷媒循環系統提供了供應熱流冷媒回路、水冷式及氣冷式供應冷流冷媒回路、同時供應冷熱流冷媒回路及除霜冷媒回路，藉由上述控制閥的配置，冷媒可選擇地在這些回路中流動，以用於提供熱水及/或冷水，並且藉由液態冷媒檢測模組將液態冷媒導向分歧回路，加熱成氣態冷媒，而避免液壓縮的發生。其中，第二實施例的各個冷媒回路在無液壓縮情況的系統流程與第一實施例相當類似，在此不再重複說明，以下僅針對防止液壓縮的流程進行說明。

在冷熱水雙效主機100A中，在冷媒離開匯流器160且在進入第二四方閥19之前，管件L上設有液態冷媒檢測模組，在本實例中，前述液態冷媒檢測模組包括壓力檢測器P及溫度感測器T。壓力檢測器P可用來感測流出匯流器160的冷媒的壓力值，溫度感測器T則可用來感測冷媒的溫度值。根據壓力檢測器P所感測的壓力值計算冷媒的飽和溫度值，而與溫度感測器T所量測到的溫度值做比較，以計算冷媒的過熱度，判斷即將回流至壓縮機110的冷媒是否有過熱度不足的情形。當過熱度低於設定值時(亦即過熱度不足)，代表有液態冷媒的存在，此時會有液態冷媒回流至壓縮機(以下稱液壓縮)的情形發生。為避免液壓縮，必須將冷媒導入分歧回路，亦即經由第二四方閥19與管件N，以流經熱水熱交換器120的第二冷媒通路122，來與熱水通路123進行熱交換，提高其過熱度，而使冷媒以氣態回流進壓縮機110，避免損壞壓縮機。液態冷媒檢測模組亦可由其他可測得液態冷媒存在的適合方 式來實現。

圖7為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖7，在此，水冷式冷凝器130的冷卻水通路132內的冷卻水停止流動，而空氣側熱交換器140當作蒸發器使用，供應熱流冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第四電磁閥13-第二膨脹閥8-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第一四方閥6(6d-6c)-匯流器160-第二四方閥19(19d-19c)-第三單向閥18-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二四方閥19(19b-19a)-壓縮機110(如實線箭頭所示)。簡言之，在冷熱水雙效主機100A於單純供應熱水的過程中，冷媒仍會通過水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，但由於水冷式冷凝器130的冷卻水通路132內的冷卻水停止流動，因此通過第三冷媒通路131的冷媒並不會排熱至冷卻水通路132。如此，可毋須額外設置其他管件或控制閥藉以分流熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，有助於簡化整體設備的回路設計及降低製造成本。

圖8為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應冷水，或同時供應冷熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖8，在單純供應冷水的運轉時，水冷式冷凝器130的冷卻水通路132內的冷卻水流動。水冷式供應冷流冷媒回路(亦即第一供應冷流冷媒回路)為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路 121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第五電磁閥14-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-匯流器160-第二四方閥19(19d-19c)-第三單向閥18-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二四方閥19(19b-19a)-壓縮機110(如實線箭頭所示)。簡言之，在冷熱水雙效主機100A於單純供應冷水且為第一供應冷流冷媒回路的過程中，冷媒雖然仍會通過熱水熱交換器120的第一冷媒通路121，但冷媒主要會在流經第三冷媒通路131時排熱至冷卻水通路132而自氣態轉變成液態。如此，可毋須額外設置其他管件或控制閥藉以分流熱水熱交換器120的第一冷媒通路121與水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131，有助於簡化整體設備的回路設計及降低製造成本。

圖9為圖6的冷熱水雙效主機於單純供應冷水的另一種系統流程的簡化示意圖。請參考圖9，在此，空氣側熱交換器140作為冷凝器使用，氣冷式供應冷流冷媒回路(亦即第二供應冷流冷媒回路)為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6d)-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第二單向閥17-第五電磁閥14-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-第二電磁閥11-匯流器160-第二四方閥19(19d-19c)-第三單向閥18-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二四方閥19(19b-19a)-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

圖8的另一運轉流程為圖6的冷熱水雙效主機於同時供應冷熱水的系統流程的簡化示意圖。請參考圖8，當熱水負載與冰水負載同時存在時，冷媒循環系統提供了同時供應冷熱流冷媒回 路，水冷式冷凝器130的冷卻水通路131內的冷卻水可以選擇強制流動或停止流動。當冷卻水通路131內的冷卻水強制流動時，系統運轉為部分熱回收的功能，當冷卻水通路131內的冷卻水停止流動時，系統運轉為全量熱回收的功能。無論冷卻水通路131內的冷卻水流動與否，同時供應冷熱流冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6b)-第一電磁閥10-熱水熱交換器120的第一冷媒通路121-水冷式冷凝器130的第三冷媒通路131-第一單向閥16-第五電磁閥14-第三膨脹閥9-冰水器150的第五冷媒通路151-匯流器160-第二四方閥19(19d-19c)-第三單向閥18-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二四方閥19(19b-19a)-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

圖10為圖6的冷熱水雙效主機於除霜運轉的系統流程的簡化示意圖。請參考圖10，使用熱水熱交換器120的熱水通路123對流經第二冷媒通路122的冷媒加熱，以對空氣側熱交換器140的熱交換鰭片及管排進行除霜，除霜冷媒回路為：壓縮機110-第一四方閥6(6a-6d)-空氣側熱交換器140的第四冷媒通路141-第二單向閥17-第三電磁閥12-第一膨脹閥7-熱水熱交換器120的第二冷媒通路122-第二四方閥19(19b-19a)-壓縮機110(如實線箭頭所示)。

綜上所述，本發明的冷熱多功熱泵設備，可以解決現有氣源式熱泵熱水主機與冷熱水雙效主機在除霜運轉時的取熱方式，以及為了防止壓縮機液態冷媒回流，必須在壓縮機吸入口前設置大型液氣分離器的問題，以熱水熱交換器作為製熱交換器為例，本發明所能實現的功效為：利用熱水熱交換器的部分或全部 熱水，作為系統除霜運轉時的熱源，使蒸發器進行除霜運轉時，除霜速度快且除霜效果完全；利用熱水熱交換器的部分熱水，作為回流至壓縮機的冷媒過熱度不足時的熱源，以防止液壓縮來保護壓縮機；以及免設置液氣分離器可以防止與排除壓縮機發生液壓縮，達到縮減主機的設置空間與尺寸的功效。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧冷熱水雙效主機

110‧‧‧壓縮機

110a‧‧‧吐出口

110b‧‧‧吸入口

120‧‧‧熱水熱交換器

121‧‧‧第一冷媒通路

122‧‧‧第二冷媒通路

123‧‧‧熱水通路

130‧‧‧水冷式冷凝器

131‧‧‧第三冷媒通路

132‧‧‧冷卻水通路

140‧‧‧空氣側熱交換器

141‧‧‧第四冷媒通路

142‧‧‧風扇

150‧‧‧冰水器

151‧‧‧第五冷媒通路

152‧‧‧冰水通路

160‧‧‧匯流器

6‧‧‧第一四方閥

6a‧‧‧第一端埠

6b‧‧‧第二端埠

6c‧‧‧第三端埠

6d‧‧‧第四端埠

7‧‧‧第一膨脹閥

8‧‧‧第二膨脹閥

9‧‧‧第三膨脹閥

10‧‧‧第一電磁閥

11‧‧‧第二電磁閥

12‧‧‧第三電磁閥

13‧‧‧第四電磁閥

14‧‧‧第五電磁閥

15‧‧‧第六電磁閥

16‧‧‧第一單向閥

17‧‧‧第二單向閥

A~N‧‧‧管件

Claims (13)

1. 一種冷熱多功熱泵設備，包括：一冷媒循環系統，包括：一冷媒循環管線，具有一第一多通換向閥；一壓縮機，具有一吐出口以及一吸入口，該吐出口連接該第一多通換向閥的一第一端埠；一製熱交換器，包括一第一冷媒通路、一第二冷媒通路以及一熱水通路，該第一多通換向閥的一第二端埠分別連接該第一冷媒通路的一端以及該第二冷媒通路的一端；一熱排放熱交換器，包括一第三冷媒通路以及一冷卻水通路，其中該第一冷媒通路的另一端連接該第三冷媒通路的一端，且該第二冷媒通路的另一端連接該第三冷媒通路的另一端；一冷/熱排放熱交換器，包括一第四冷媒通路以及一風扇，該第四冷媒通路分別連接該第三冷媒通路的另一端以及該第一多通換向閥的一第四端埠；一製冷交換器，包括一第五冷媒通路以及一冰水通路，該第五冷媒通路的一端連接該第三冷媒通路的另一端；以及一匯流器，分別連接該第一多通換向閥的一第三端埠、該第五冷媒通路的另一端以及該吸入口。
2. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該冷媒循環管線更包括： 多個管件，分別連接該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該冷/熱排放熱交換器、該製冷交換器及該匯流器，該冷媒循環系統提供一供應熱流冷媒回路、一供應冷流冷媒回路、一同時供應冷熱流冷媒回路以及一除霜冷媒回路，其中，該供應熱流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該冷/熱排放熱交換器、該第一多通換向閥及該匯流器，再回到該壓縮機；該供應冷流冷媒回路包括一第一供應冷流冷媒回路以及一第二供應冷流冷媒回路，以供自其中之一選擇地使用，該第一供應冷流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該製冷交換器及該匯流器，再回到該壓縮機，而該第二供應冷流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該冷/熱排放熱交換器、該製冷交換器及該匯流器，再回到該壓縮機；該同時供應冷熱流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該製冷交換器及該匯流器，再回到該壓縮機；該除霜冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該冷/熱排放熱交換器、該製熱交換器、該第一多通換向閥及該匯流器，再回到該壓縮機。
3. 如申請專利範圍第2項所述的冷熱多功熱泵設備，更包括：至少一控制閥，裝設於任一該些管件，該至少一控制閥用於切換冷媒流向、阻斷冷媒及/或調節冷媒流量與壓力，以使冷媒選擇地在該冷媒循環系統中流動。
4. 如申請專利範圍第3項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該至少一控制閥為電磁閥或膨脹閥。
5. 如申請專利範圍第3項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該至少一控制閥包含設置在冷媒離開該製冷交換器的該第五冷媒通路的另一端的一控制閥，其用於阻斷冷媒以避免該製冷交換器凍結損壞。
6. 如申請專利範圍第1項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該熱排放熱交換器為水冷式熱交換器，且該冷/熱排放熱交換器為氣冷式熱交換器。
7. 一種冷熱多功熱泵設備，包括：一冷媒循環系統，包括：一冷媒循環管線，具有一第一多通換向閥以及一第二多通換向閥；一壓縮機，具有一吐出口以及一吸入口，該吐出口連接該第一多通換向閥的一第一端埠，且該吸入口連接該第二多通換向閥的一第一端埠；一製熱交換器，包括一第一冷媒通路、一第二冷媒通路以及一熱水通路，該第一多通換向閥的一第二端埠連接該第 一冷媒通路的一端，而該第二多通換向閥的一第二端埠連接該第二冷媒通路的一端，該第二多通換向閥的一第三端埠連接該第二冷媒通路的另一端；一熱排放熱交換器，包括一第三冷媒通路以及一冷卻水通路，其中該第一冷媒通路的另一端連接該第三冷媒通路的一端；一冷/熱排放熱交換器，包括一第四冷媒通路以及一風扇，該第四冷媒通路分別連接該第三冷媒通路的另一端與該第一多通換向閥的一第四端埠；一製冷交換器，包括一第五冷媒通路以及一冰水通路，該第五冷媒通路的一端連接該第三冷媒通路的另一端；以及一匯流器，分別連接該第一多通換向閥的一第三端埠、該第五冷媒通路的另一端以及該第二多通換向閥的一第四端埠。
8. 如申請專利範圍第7項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該冷媒循環管線更包括：多個管件，分別連接該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該冷/熱排放熱交換器、該製冷交換器、該第二多通換向閥及該匯流器，該冷媒循環系統提供一供應熱流冷媒回路、一供應冷流冷媒回路、一同時供應冷熱流冷媒回路、一除霜冷媒回路以及一分歧回路，其中， 該供應熱流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該冷/熱排放熱交換器、該第一多通換向閥、該匯流器及該第二多通換向閥，再回到該壓縮機；該供應冷流冷媒回路包括一第一供應冷流冷媒回路以及一第二供應冷流冷媒回路，以供自其中之一選擇地使用，該第一供應冷流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該製冷交換器、該匯流器及該第二多通換向閥，再回到該壓縮機，而該第二供應冷流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該冷/熱排放熱交換器、該製冷交換器、該匯流器及該第二多通換向閥，再回到該壓縮機；該同時供應冷熱流冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該製熱交換器、該熱排放熱交換器、該製冷交換器、該匯流器及該第二多通換向閥，再回到該壓縮機；該除霜冷媒回路中的冷媒依序流經該壓縮機、該第一多通換向閥、該冷/熱排放熱交換器、該製熱交換器及該第二多通換向閥，再回到該壓縮機；該分歧回路經由該第二多通換向閥至少連接該供應熱流冷媒回路、該供應冷流冷媒回路以及該同時供應冷熱流冷媒回路中的一個，且該供應熱流冷媒回路、該供應冷流冷媒回路或該同時供應冷熱流冷媒回路中的冷媒由該第二多通換向閥進入該分歧回 路，並且流經該製熱交換器的該第二冷媒通路，再回到該第二多通換向閥。
9. 如申請專利範圍第8項所述的冷熱多功熱泵設備，更包括：至少一控制閥，裝設於任一該些管件，該至少一控制閥用於切換冷媒流向、阻斷冷媒及/或調節冷媒流量與壓力，以使冷媒選擇地在該冷媒循環系統中流動。
10. 如申請專利範圍第9項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該至少一控制閥為電磁閥或膨脹閥。
11. 如申請專利範圍第9項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該至少一控制閥包含設置在冷媒離開該製冷交換器的該第四冷媒通路的另一端的一控制閥，其用於阻斷冷媒以避免該製冷交換器凍結損壞。
12. 如申請專利範圍第8項所述的冷熱多功熱泵設備，更包括：一設置於該分歧回路前的液態冷媒檢測模組，以判斷是否有液態的冷媒的存在並將液態的冷媒導入該分歧回路，該液態冷媒檢測模組位於該匯流器與該第二多通換向閥的該第四連接埠之間，並包括一壓力檢測器及一溫度感測器，藉由該壓力檢測器及該溫度感測器分別測量冷媒的壓力值及溫度值，以計算冷媒的過熱度，而判斷冷媒是否含有液態。
13. 如申請專利範圍第7項所述的冷熱多功熱泵設備，其中該熱排放熱交換器為水冷式熱交換器，且該冷/熱排放熱交換器為氣冷式熱交換器。