[發明專利]冷熱多功能熱泵設備

有效

• 申請號: 201410421115.8
• 申請日: 2014-08-25
• 公開（公告）號: CN105318599B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 鐘震麒
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B49/02
• 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,梁揮

技術領域

本發明涉及一種熱泵設備，且特別涉及一種冷熱多功能熱泵設備。

背景技術

熱泵制熱設備是一種高效率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。熱泵制熱設備包含數種形式，例如氣源式熱泵、水源式熱泵、地源式熱泵及復合式熱泵，可應用在家用冷暖空調、商業用中央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，通過壓縮機輸入功率將空氣中的低溫熱能，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。氣源式熱泵也可將水或空氣降溫，以提供冰水或冷氣，以進行制冷用途。此種類型熱泵在冬季制熱循環時，會隨著外界溫度下降而使得吸熱能力減小，在較低外界溫度(約5攝氏度以下)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，從而必須經常除霜，這樣不僅加熱時間增加，也造成壓縮機頻繁的啟動及停止，此為冷媒(refrigerant，制冷劑、冷凍劑，下文統稱為冷媒)系統設計時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。以上除霜方法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、或是必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(即防止“液壓縮，liquid compression”)、或是必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。為了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。

采用液氣分離器在除霜時，經常會遇到以下的難題：

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；由于液氣分離器沒有足夠的熱源使冷媒蒸發，除霜運轉時間根據液氣分離器的大小而定。當液氣分離器過小時，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，以空間來換取除霜運轉時間，使蒸發器的除霜能夠完全。然而相對的，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，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；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。

另外該兩項現有技術在制冷運轉時，各僅適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。就僅使用水冷方式制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，也為系統的冷凝壓力降低，如此可以使系統制冷效率(也為性能系數COP)提高，達到節省能源的效果。雖然以水冷方式可以提高系統運轉效率，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，膨脹閥前后的壓差不足，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；另外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范圍，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，制冷作用也將停止。相對的，僅使用氣冷時，雖然COP比水冷方式低，但沒有水冷方式的缺點。

發明內容

本發明提供一種冷熱多功能熱泵設備，其通過制熱交換器來作為除霜熱源并防止液壓縮(liquid compression)，改善了除霜運轉時的取熱源，且不用在壓縮機吸入口前設置液氣分離器，因此有助于縮減整體設備的尺寸。