[發明專利]冷熱共生熱泵設備

有效

• 申請號: 201410196798.1
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104676962B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 鐘震麒;陳福泰;蘇郁涵
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F25B49/02;F25B47/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 祁建國,常大軍

技術領域

本發明涉及一種冷熱共生熱泵設備，特別涉及一種以制熱交換器來作為除霜熱源并防止壓縮機液壓縮的設備。本發明亦可應用于熱泵制熱設備。

背景技術

熱泵制熱設備是一種高效能且安全集熱并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。熱泵制熱設備包含多種形式，例如氣源式熱泵、水源式熱泵、地源式熱泵及復合式熱泵，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，通過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，來進行制熱，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，以進行制冷用途。此種型式熱泵于冬季制熱循環時，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開啟及關閉，此為冷媒系統設計必須考慮運轉時所面臨的問題。

通常采用的除霜方式有: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、或是需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”)、或是需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，經常采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后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后，液態冷媒留存在液氣分離器底部，分離后的氣態冷媒再進入壓縮機。然而，采用液氣分離器的除霜方式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，液氣分離器內的冷媒更不容易蒸發。

2.由于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，通常僅能采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。

發明內容

本發明的目的在于提供熱泵冷熱雙效設備及熱泵制熱設備，以制熱交換器來作為除霜熱源并防止液壓縮，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。

為了達到上述目的，根據本發明第一實施例的冷熱共生熱泵設備，該設備包含：

壓縮機，其用于壓縮輸送冷媒，

冷/熱排放熱交換器，其用于通過冷媒對空氣進行吸熱或放熱的熱交換，

制熱交換器，其用于通過冷媒對欲加熱的第一流體提供熱能，或使冷媒自被加熱的該第一流體吸收熱能，

制冷交換器，其用于通過冷媒自欲冷卻的第二流體吸收熱能，

冷媒循環管線，其包含用于流體傳遞的多個管件，

通過以該冷媒循環管線的該多個管件連接該壓縮機、該冷/熱排放熱交換器、該制熱交換器及該制冷交換器，形成冷媒可選擇地在其中流動的冷媒循環系統，該冷媒循環系統可提供供應熱流冷媒回路、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。

其中該冷媒循環系統另包括冷媒可選擇地流經的分歧回路，其至少連接至該些供應熱流、供應冷流、同時供應冷熱流及除霜冷媒回路的其中之一，該分歧回路是在冷媒最終返回壓縮機前，使冷媒流經該制熱交換器，以吸收被加熱的第一流體的熱能，來避免液態的冷媒回流至壓縮機。

在一實施例，該制熱交換器具有第一冷媒通路及第二冷媒通路，該供應熱流冷媒回路及該同時供應冷熱流冷媒回路共用該第一冷媒通路以對該第一流體提供熱能，且該除霜冷媒回路及該分歧回路共用該第二冷媒通路以自被加熱的該第一流體吸收熱能。