專利名稱：多功能熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及空調(diào)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種多功能熱泵。
目前，對空調(diào)系統(tǒng)之研究多集中于冷房方面，而較少觸及供應(yīng)熱能之熱泵系統(tǒng)。由一般安裝戶的使用習(xí)慣可以發(fā)現(xiàn)，熱泵設(shè)備在冬季使用頻率較低或處于停機狀態(tài)，設(shè)備有閑置浪費的現(xiàn)象。
熱泵系統(tǒng)于制冷運轉(zhuǎn)時壓縮機將低壓冷媒蒸氣壓縮至高壓過熱蒸氣后，藉冷凝器以空氣冷卻的方式，將熱量排放至大氣中，造成環(huán)境溫室效應(yīng)，因此若能將這些熱量回收，用以提供熱水，不但可以降低冷凝器的冷凝壓力，提高熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)，進而增加能源的使用效率外，對環(huán)境的高溫影響也可降低。
如果采用瓦斯熱水器、電熱水器來產(chǎn)生熱水，則每單位成本所獲得的熱能較低。而且有瓦斯中毒或漏電的危險，系統(tǒng)安全性極低。
本實用新型的目的在于提供一種多功能熱泵，使熱泵系統(tǒng)能適用于不同季節(jié)的要求，分別提供一年四季之空調(diào)用冷、熱水與生活用熱水，提高設(shè)備的使用效率，使其發(fā)揮最大的功用，并增加設(shè)備的使用壽命。
本實用新型的技術(shù)方案是多功能熱泵是由空氣熱源式熱泵機組與保溫的儲熱槽組所構(gòu)成，其中空氣熱源式熱泵機組是由壓縮機、熱回收熱交換器、四通閥、空氣冷卻式熱交換器、熱交換器、液氣分離器、兩個干燥過濾器、兩個視窗、兩個膨脹閥、兩個電磁閥及一個逆止閥等組件組成，各組件之間以冷媒管路相連通，冷媒流通其間，依不同需求切換運轉(zhuǎn)；熱水循環(huán)泵、熱水管路分布頭、補給水管路、熱水管路分布頭、常溫水吸入分布頭、高溫水流通口、常溫水流通口及供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥，各元件組成水管路，水流通其間，一個溫度感測器，置于溫度分層室內(nèi)供應(yīng)熱水出口附近，用于感測供應(yīng)熱水的溫度，當(dāng)儲熱槽組內(nèi)的熱水達到設(shè)定的溫度上限時，熱回收熱交換器將停止運轉(zhuǎn)，當(dāng)儲熱槽組內(nèi)的熱水達到設(shè)定的溫度下限時，熱回收熱交換器將重新啟動。如此則供應(yīng)的熱水溫度將可維持在設(shè)定的上下限之間，以確保水溫的穩(wěn)定；一個流量開關(guān)裝置于供應(yīng)熱水管路上，用以感測管內(nèi)熱水流量，當(dāng)流量過低時將提供一控制訊號給熱回收熱水循環(huán)泵，使其停止運轉(zhuǎn)；儲熱槽組，其分為左側(cè)板、本體、右側(cè)板三大組件，其外圍皆包覆保溫材料，而左側(cè)板由熱水出口分布頭、供應(yīng)熱水管路、放泄水管、左蓋板等元件所組成；本體由排氣閥、溫度感測器、本體殼板等元件所組成；右側(cè)板由補給水管路、熱回收熱水管路、隔板、熱水管路分布頭、常溫水吸入分布頭、右蓋板等元件所組成；儲熱槽組采用耐蝕之金屬板；而其間則由隔板分隔成高溫混合室、常溫混合室及溫度分層室三個部分；又，空氣熱源式熱泵機組是置于機殼中，以熱水循環(huán)管路與儲熱槽組中之高溫混合室與常溫混合室連接。
以下結(jié)合附圖對本實用新型之結(jié)構(gòu)與實施例作一詳述。


圖1是本實用新型之外觀示意圖；圖2是本實用新型之內(nèi)部構(gòu)造圖；圖3是本實用新型之夏季冷煤循環(huán)系統(tǒng)示意圖(一)；圖4是本實用新型之夏季冷煤循環(huán)系統(tǒng)示意圖(二)；圖5是本實用新型之夏季冷媒循環(huán)系統(tǒng)示意圖(三)；圖6是本實用新型之冬季冷煤循環(huán)系統(tǒng)示意圖(一)；圖7是本實用新型之冬季冷媒循環(huán)系統(tǒng)示意圖(二)；圖8是本實用新型之冬季冷煤循環(huán)系統(tǒng)示意圖(三)；圖9是本實用新型之儲熱槽組內(nèi)部構(gòu)造圖；
圖10是本實用新型之儲熱槽組組裝圖；
圖11A、
圖11B，
圖11C是
圖10之儲熱槽組操作模試圖[Ⅰ][Ⅱ][Ⅲ]。
多功能熱泵的結(jié)構(gòu)是利用一般空調(diào)用之熱泵設(shè)備，加裝熱回收熱交換器(7)與儲熱槽組(5)，并置于空氣熱源式熱泵機組之下方，外觀如
圖1所示，上層為空氣冷卻式熱交換器(1)，中層為熱泵機組的機械室(2)，下層為儲熱槽組(5)。除提供空調(diào)用冷水、空調(diào)用熱水外，亦可同時提供一般生活必須的熱水。如此，不僅可提高設(shè)備之使用率，更可增加其附加價值。對于設(shè)備本身之保養(yǎng)維修方面，也可避免因長期停機疏于保養(yǎng)而降低了使用年限。
設(shè)備都置于室外，因此不但可將噪音音源主要是壓縮機隔絕在屋外，讓室內(nèi)極為寧靜，同時也不占室內(nèi)空間，而且空調(diào)用和生活用的冷媒管路都是共用的，不但可以節(jié)省空間，而且也可讓系統(tǒng)的使用率提高，進而增加使用壽命。
在本實用新型中，為了使能源的使用效率提高，在系統(tǒng)中加入熱回收熱交換器及儲熱槽組，以回收熱泵系統(tǒng)于制冷運轉(zhuǎn)時壓縮機將低壓冷煤蒸氣壓縮至高壓過熱蒸氣后，藉著冷凝器以空氣冷卻的方式排放至大氣中的熱能，先轉(zhuǎn)換成熱水，儲存于儲熱槽內(nèi)，以供使用。
多功能熱泵系統(tǒng)之細部構(gòu)造可參閱圖2，依據(jù)不同季節(jié)的需求可有六種運轉(zhuǎn)操作方式。
〖a〗夏季模式一，同時提供空調(diào)用冷水及生活用熱水請參閱圖3。此運轉(zhuǎn)模式下，低溫低壓氣態(tài)冷媒經(jīng)壓縮機(6)壓縮成高溫高壓過熱氣態(tài)冷媒后，在熱回收熱交換器(7)內(nèi)將與儲熱槽組(5)的水進行熱交換，以回收部分熱能。此時呈液氣兩相狀態(tài)的高溫高壓冷煤將經(jīng)四通閥(8)切換至夏季冷氣通路，在空氣冷卻式熱交換器(1)內(nèi)冷凝成高壓低溫度液態(tài)冷煤，膨脹閥(19)的感溫球置于液氣分離器(14)之前的低壓側(cè)，而外均壓管則接于空氣冷卻式熱交換器(1)之前的高壓側(cè)，所以膨脹閥(19)此時處于關(guān)閉狀態(tài)，冷媒將只能流經(jīng)干燥過濾器(9)、視窗(10)等附屬元件后，在膨脹閥(11)內(nèi)膨脹降壓成低壓兩相冷媒，再經(jīng)逆止閥(12)，而此時電磁閥(15)及電磁閥(16)皆設(shè)定在OFF狀態(tài)，于是冷煤將流向熱交換器(13)，和空調(diào)用冷/熱水入口(4)流入的空調(diào)回水熱交換以制造空調(diào)用冷水，從空調(diào)用冷/熱水出口(3)流出，此時冷煤已呈低溫低壓狀態(tài)，經(jīng)由冷煤管路(20)流過四通閥(8)另兩個進出口后于液氣分離器(14)內(nèi)將液、氣兩相冷煤分離，該低壓低溫的氣態(tài)冷煤回到壓縮機(6)，完成冷煤循環(huán)回路。
〖b〗夏季模式二，僅提供空調(diào)用冷水，而生活用熱水停用如圖4所示。此運轉(zhuǎn)模式非常類似夏季模式一，冷煤將于熱交換器(13)內(nèi)制造冷水以提供空調(diào)所需，但熱回收熱交換器(7)關(guān)閉，不制造生活用熱水。此時完全由空氣冷卻式熱交換器(1)來承擔(dān)系統(tǒng)所須排除的冷凝熱。
〖c〗夏季模式三，僅提供生活用熱水，而空調(diào)用冷水停用如圖5所示。此運轉(zhuǎn)模式下，壓縮機(6)出口的高壓高溫過熱氣態(tài)冷媒經(jīng)熱回收熱交換器(7)熱交換后，四通閥(8)切換至冬季暖氣通路，而此運轉(zhuǎn)模式時，電磁閥(15)ON，電磁閥(16)OFF，另一管路又裝有逆止閥(12)，因此冷媒只能由冷煤管路(20)流經(jīng)電磁閥(15)、干燥過濾器(17)、視窗(18)，然后在膨脹閥(19)膨脹降壓成低壓低溫的液氣兩相冷煤，膨脹閥(11)的感溫球置于液氣分離器(14)之前的低壓側(cè)，而外均壓臂則接于熱交換器(13)之前的高壓側(cè)，所以膨脹閥(11)此時處于關(guān)閉狀態(tài)，空氣冷卻式熱交換器(1)成為蒸發(fā)器從外界吸熱。而熱交換器(13)不運轉(zhuǎn)。
〖d〗冬季模式一，同時提供空調(diào)用熱水、生活用熱水如圖6所示。此運轉(zhuǎn)模式下，低溫低壓氣態(tài)冷媒經(jīng)壓縮機(6)壓縮成高溫高壓過熱氣態(tài)冷煤后，在熱回收熱交換器(7)內(nèi)與儲熱槽組(5)的水進行熱交換，以回收部分熱能。此時冷煤呈液氣兩相狀態(tài)的高溫高壓冷煤經(jīng)四通閥(8)切換至冬季暖氣通路，因此種運轉(zhuǎn)模式下，電磁閥(15)OFF，因此冷媒將流經(jīng)熱交換器(13)和空調(diào)用冷/熱水入口(4)流入的空調(diào)回水熱交換以制造空調(diào)用熱水，從空調(diào)用冷/熱水出口(3)流出，此時冷媒冷凝成高壓常溫液態(tài)冷煤。因電磁閥(16)ON，而逆止閥(12)阻止冷煤反向流通，所以經(jīng)熱交換器(13)之后的高壓常溫液態(tài)冷煤將流經(jīng)電磁閥(16)、干燥過濾器(17)、視窗(18)等附屬元件后，在膨脹閥(19)內(nèi)膨脹降壓成低壓液氣兩相冷煤。膨脹閥(11)的感溫球置于液氣分離器(14)之前的低壓側(cè)，而外均壓管則接于熱交換器(13)之前的高壓側(cè)，所以膨脹閥(11)此時處于關(guān)閉狀態(tài)。經(jīng)膨脹閥(19)膨脹降壓之低壓液氣兩相冷煤只能流向空氣冷卻式熱交換器(1)，從空氣中吸熱以蒸發(fā)成低壓氣態(tài)冷媒，再經(jīng)四通閥(8)、液氣分離器(14)而回到壓縮機(6)，完成熱泵運轉(zhuǎn)之冷煤循環(huán)回路。
〖e〗冬季模式二，僅提供空調(diào)用熱水，而生活用熱水停用如圖7所示。此運轉(zhuǎn)模式非常類似冬季模式一，冷煤將于熱交換器(13)內(nèi)制造熱水以提供空調(diào)所需，但熱回收熱交換器(7)關(guān)閉，不制造生活用熱水。
〖f〗冬季模式三，僅提供生活用熱水，而空調(diào)用熱水停用如圖8所示。此運轉(zhuǎn)模式類似夏季模式三，專以熱回收熱交換器(7)及儲熱槽組(5)來產(chǎn)生熱回收熱水提供生活用，而熱交換器(13)不動作，以空氣冷卻式熱交換器(1)從外界吸熱。
儲熱槽組(5)的動作原理與創(chuàng)新的功能，請參閱圖9。由隔板(512)將整個槽組分成高溫混合室(501)、常溫混合室(502)及溫度分層室(503)三大部分。常溫混合室(502)為槽內(nèi)水較低溫的部分，較冷的補給水由下方補給冷水管路分布頭(514)進入，和常溫混合室(502)內(nèi)的溫水混合后，由熱水循環(huán)泵(505)吸入口(515)吸取混合后的水，輸送至熱回收熱交換器(7)加熱后由熱水管路分布頭(513)進入高溫混合室(501)內(nèi)與熱水混合后由上層高溫水流通口(510)流至溫度分層室(503)，溫度分層室(503)分別以高溫水流通口(510)及常溫水流通口(511)與高溫混合室(501)及常溫混合室(502)都可連通，因為兩流通口截面積很大，流經(jīng)兩流通口的水流速很低，流入或流出溫度分層室時不會破壞熱水在溫度分層室內(nèi)的溫度分層效應(yīng)。高溫?zé)崴鬟M溫度分層室(503)上層，溫度分層室(503)下層與常溫混合室(502)連通，因此溫度分層室(503)將可因上下層溫度不同造成密度的差異而形成溫度分層的現(xiàn)象，上層溫度最高，下層溫度最低。因此熱水出口分布頭(516)設(shè)計在溫度分層室(503)上端，以取用較高溫?zé)崴?。供?yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)可依使用量來調(diào)節(jié)出水大小，流量開關(guān)(517)裝置在供應(yīng)熱水管路(519)上，用來感測管內(nèi)的熱水流量，若流量過低，則提供一控制信號給熱水循環(huán)泵(505)使其停止運轉(zhuǎn)。隔板(512)可將儲熱槽組(5)區(qū)隔成三部分，使其各具功能。溫度感測器(509)用來感測溫度分層室(503)出水口附近的水溫，當(dāng)達到設(shè)定的溫度上下限時，將提供一控制訊號給熱水循環(huán)泵(505)，以控制其開啟或關(guān)閉，但于不進行熱回收制造生活用熱水的運轉(zhuǎn)模式下，溫度感測器(509)將不動作，以避免因儲熱槽組(5)由于自然散熱而使得水溫低于其設(shè)定下限，造成熱水循環(huán)泵(505)做不必要運轉(zhuǎn)。熱水循環(huán)泵(505)用來輸送槽內(nèi)的水經(jīng)熱回收熱交換器(7)加熱，以維持槽內(nèi)一定的水溫。排氣閥(508)是用來排除槽內(nèi)的空氣，使得整個槽內(nèi)充滿水。充入冷水時高溫混合室(501)將是最后充滿的地方，槽內(nèi)空氣將被集中在此室上端，所以排氣閥(508)安裝于此將可排除槽內(nèi)的空氣。補給水管路(506)進入儲熱槽組(5)的一端加裝補給冷水管路分布頭(514)，熱回收熱水管路(504)進入儲熱槽組(5)的一端加裝熱水管路分布頭(513)，其目的皆在加大出口截面積，降低流速，避免造成噴流，同時也可以增加混合的效果。
儲熱槽組(5)的構(gòu)造可區(qū)分為三大部分左側(cè)板、本體、右側(cè)板，如
圖10所示。左側(cè)板由熱水出口分布頭(516)、供應(yīng)熱水管路(519)、放泄水管(520)、左蓋板(521)等元件所組成；本體由排氣閥(508)、溫度感測器(509)、本體殼板(522)等元件所組成；右側(cè)板由熱回收熱水管路(504)、補給水管路(506)、隔板(512)、熱水管路分布頭(513)、常溫水吸入分布頭(515)、右蓋板(525)等元件組成。左側(cè)板、本體、右側(cè)板外圍皆包覆保溫材料(526)以減少熱損失。左側(cè)板與本體之間襯一墊片(524)，再以螺栓鎖緊接合；右側(cè)板與本體之間亦襯一墊片(524)，再以螺栓鎖緊接合，以防止泄漏。將儲熱槽組(5)的所有元件先裝配成左側(cè)板、本體、右側(cè)板三大組件，在組裝儲熱槽組(5)時僅需以螺栓和墊片將三大組件接合即可。如此的設(shè)計，可將儲熱槽組(5)的元件模組化，減少組裝工時，以利大量生產(chǎn)，降低制造成本。此外，只需松開螺栓，卸下左側(cè)板及右側(cè)板，即可進行維修清洗。
儲熱槽組(5)外必須披覆保溫材料(526)，以避免槽內(nèi)熱水的熱能自然散失。左側(cè)板下方裝設(shè)放泄水管(520)及放泄水閘(518)，以便利維修時的清洗作業(yè)。
儲熱槽組(5)操作模式依熱水循環(huán)泵(505)及供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)的ON或OFF來區(qū)分，共可分成三種，如
圖11A、
圖11B、
圖11C所示，分別為Ⅰ熱水循環(huán)泵(505)開啟，供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)關(guān)閉，純粹循環(huán)加熱儲熱槽組(5)內(nèi)熱水。
Ⅱ熱水循環(huán)泵(505)關(guān)閉，供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)開啟，以補給水來推送儲熱槽組(5)內(nèi)溫度分層室(503)上層熱水由供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)流出。
Ⅲ熱水循環(huán)泵(505)開啟，供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)開啟，補給水進入常溫混合室(502)和溫水混合后，由熱水循環(huán)泵(505)輸送至熱回收熱交換器(7)加熱，回到高溫混合室(501)，再進入溫度分層室(503)，將上層熱水由供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)流出。
三種操作模式詳細說明如下Ⅰ當(dāng)系統(tǒng)剛啟動時，高溫混合室(501)、常溫混合室(502)及溫度分層室(503)開始充入補給水，供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)關(guān)閉，槽內(nèi)空氣隨水位的上升將由排氣閥(508)排出，直到滿水位后，排氣閥(608)關(guān)閉。此時槽中的水將經(jīng)常溫水吸入分布頭(515)被熱水循環(huán)泵(505)吸取，送至熱水回收熱交換器(7)與高壓氣態(tài)冷煤熱交換形成熱回收的熱水，經(jīng)由熱水管路分布頭(513)進入高溫混合室(501)，以推送最上層的熱水經(jīng)由高溫水流通口(510)進入溫度分層室(503)，使得溫度分層室(503)底層較常溫?zé)崴?jīng)由常溫水流通口(511)進入常溫混合室(502)。如此循環(huán)運轉(zhuǎn)的結(jié)果將使槽內(nèi)水溫持續(xù)升高，當(dāng)供應(yīng)熱水出口附近的溫度感測器(509)感測的水溫達到設(shè)定上限時，將發(fā)出控制訊號，命令熱水循環(huán)泵(505)停止運轉(zhuǎn)。Ⅱ供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)開啟，同時補給水由補給冷水管路分布頭(514)從儲熱槽組右側(cè)下部進入常溫混合室(502)，經(jīng)由常溫水流通口(511)進入溫度分層室(503)最下端，以緩緩地推送最上端的高溫?zé)崴鹘?jīng)熱水出口分布頭(516)送出，冷水流率與供應(yīng)熱水端相同，以確保槽內(nèi)維持滿水位。Ⅲ當(dāng)持續(xù)使用熱水，而冷水不斷補充，使得溫度分層室(503)內(nèi)水溫降至溫度感測器(509)預(yù)設(shè)的溫度下限時，熱水循環(huán)泵(505)接到控制訊號而重新啟動，將常溫混合室(502)內(nèi)的補給水和常溫?zé)崴?jīng)由常溫水吸入分布頭(515)抽吸混合，再泵經(jīng)熱回收熱交換器(7)加熱后，回到高溫混合室(501)，推送上層較熱的水進入溫度分層室(503)，而將溫度分層室(503)上層的熱水排出至使用端，并將下層常溫水推入常溫混合室(502)，直到溫度分層室(503)內(nèi)熱水溫度達預(yù)設(shè)的溫度上限為止，整個循環(huán)運轉(zhuǎn)流程類似Ⅰ。如此設(shè)計的目的是利用儲熱槽組(5)來作為緩沖裝置，避免系統(tǒng)的壓縮機(6)頻繁啟動與關(guān)閉，保護系統(tǒng)設(shè)備；另一方面，也可使供應(yīng)的熱水溫度維持在較穩(wěn)定的范圍。
綜上所述，本實用新型具有一機多用、節(jié)約能源、安全可靠的優(yōu)點，完全能滿足不同季節(jié)，不同使用者的一般需求，有廣泛的使用前景。
權(quán)利要求1．一種多功能熱泵，是由空氣熱源式熱泵機組與保溫的儲熱槽組所構(gòu)成，其特征在于其中，空氣熱源式熱泵機組是由壓縮機(6)、熱回收熱交換器(7)、四通閥(8)、空氣冷卻式熱交換器(1)、熱交換器(13)、液氣分離器(14)、兩個干燥過濾器(9)(17)、兩個視窗(10)(18)、兩個膨脹閥(11)(19)、兩個電磁閥(15)(16)及一個逆止閥(12)組成，各組件之間以冷媒管路(20)相連通，由熱水循環(huán)泵(505)、熱水管路分布頭(513)、補給水管路(506)、熱水管路分布頭(513)、常溫水吸入分布頭(515)、高溫水流通口(511)及供應(yīng)熱水調(diào)節(jié)閥(507)組成水管路，水流通其間，一個溫度感測器(509)，置于溫度分層室(503)內(nèi)供應(yīng)熱水出口附近，一個流量開關(guān)(517)裝置于供應(yīng)熱水管路(519)上；儲熱槽組(5)，其分為左側(cè)板、本體、右側(cè)板三大組件，其外圍皆包覆保溫材料(526)，而其間則由隔板(512)分隔成高溫混合室(501)、常溫混合室(502)及溫度分層室(503)三個部分，而左側(cè)板由熱水出口分布頭(516)、供應(yīng)熱水管路(519)、放泄水管(520)、左蓋板(521)元件所組成；本體由排氣閥(508)、溫度感測器(509)、本體殼板(522)元件組成；右側(cè)板由補給水管路(506)、熱回收熱水管路(504)、隔板(512)、熱水管路分布頭(513)、常溫水吸入分布頭(515)、右蓋板(525)元件所組成；儲熱槽組(5)采用耐腐蝕之金屬板；又，空氣熱源式熱泵機組是置于機殼中，以熱水循環(huán)管路與儲熱槽組(5)中之高溫混合室(501)與常溫混合室(502)連接。
專利摘要本實用新型是一種多功能熱泵,是由空氣熱源式熱泵機組與保溫的儲熱槽組所構(gòu)成,可同時提供空調(diào)用冷水、空調(diào)用熱水以及生活所需之熱水。利用四通閥的切換,可依不同的運轉(zhuǎn)模式同時或有選擇的產(chǎn)生空調(diào)用冷水或空調(diào)用熱水及生活用熱水。儲熱槽組的設(shè)計可以將機組運轉(zhuǎn)時壓縮機所產(chǎn)生的熱量予以回收,以溫度分層的形式儲存于儲熱槽組內(nèi),提供生活用熱水。
文檔編號F25B30/00GK2314277SQ9723152
公開日1999年4月14日 申請日期1997年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月25日
發(fā)明者陳再起, 陳希立 申請人:揚帆興業(yè)股份有限公司