熱泵系統的製作方法

2024-03-28 15:35:05

本發明有關於一種熱泵系統，尤指一種可除霜的熱泵系統，此系統在除霜的同時亦能提供熱量傳送到標的物。

背景技術：

按，熱泵系統是應用卡諾循環或逆卡諾循環原理轉移冷量和熱量的設備。請參閱圖1所示，熱泵系統1包括蒸發器10、壓縮機12、冷凝器14及膨脹閥16，前述的各構件再依序透過管路循環連接在一起，並在管路內設有冷媒。熱泵系統1在制熱模式下，系使用蒸發器10吸收周圍的熱源(如地下土壤或空氣)，讓冷媒變成高溫低壓的氣體狀態，冷媒被壓縮機12壓縮後變成高壓高溫氣體，此時冷媒含有從熱源中吸來及被壓縮機壓縮而產生的大量的熱量，然後經由冷凝器14讓冷媒對標的物(如建築物的室內空間)釋放熱量冷卻，冷媒的溫度下降，此時的冷媒是呈現高壓中溫的液體狀態，然後冷媒進入膨脹閥16，膨脹閥16就好比將高壓氣體經過小孔後，讓冷媒恢復變成低壓低溫的液體狀態，然後再進入蒸發器10吸收周圍的熱空氣進行氣化，如前述不斷的循環、不斷的做熱移轉(製冷或供熱)。

然而，熱泵系統最大問題在於，冬季制熱運行時蒸發器表面容易結霜，由於蒸發器表面凝結形成的霜層，增加了蒸發器向目標物傳送熱量的傳熱熱阻，使得經過蒸發器的傳送熱量的效率下降，換言之，就是熱交換的效率明顯降低，導致熱泵系統工作狀況惡化，性能下降，甚至造成壓縮機損壞，而讓熱泵系統不能正常工作。因此，熱泵系統在冬季制熱運行時，必須適時除去蒸發器表面凝結形成的霜層。而傳統的除霜方式有自然除霜、逆循環除霜、熱氣旁通除霜等三種，但是前述的除霜方式都有其缺點在，例如：逆循環除霜的缺點在於，在逆循環動作的期間內，熱泵系統將無法提供熱量，而需要另外在出風口處使用電熱器產生熱量，以達到供熱之目的，但電熱器的性能係數(Coefficient of Performance，縮寫：COP)不佳，因此有許多的業者提出各種的解決方案，例如：中國專利雙系統熱泵除霜方法及裝置(CN104344619A)、一種空氣源熱泵除霜裝置(CN103245150B)、地源熱泵的熱水裝置(CN100424447C)、一種地源熱管熱泵空調(CN102393049B)…等。

但是不論前述的專利前案或目前已知所使用的除霜方法或裝置的結構或步驟，都太過於複雜，造成安裝除霜裝置的費用太高，而且需要較大的安裝空間，也無法直接應用在現有的熱泵系統上，改善現有熱泵系統的結霜問題，故如何開發出一種熱泵系統，系具有較低的安裝成本，並不需太大的安裝空間，且也可直接應用在現有的熱泵系統，將是一件亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種熱泵系統，以解決先前技術安裝除霜裝置的費用太高、需要較大的安裝空間、無法直接應用在現有的熱泵系統等問題。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：提供一種熱泵系統，包括一熱泵單元、一熱傳導單元及一除霜單元。其中熱泵單元提供熱量給熱傳導單元的熱傳導循環管路，使得熱傳導單元將熱量傳遞到熱傳導單元的標的物，而除霜單元在熱泵單元結霜或性能係數(Coefficient of Performance，縮寫：COP)下降時，對熱泵單元的進行除霜及加熱熱泵系統的冷媒循環管路內冷媒，藉以提供熱量給熱傳導循環管路，以恢復或維持熱泵系統的運作及將熱量傳遞到熱傳導單元的標的物。

其中，除霜單元系包括一輔助加熱裝置、一傳感器及一控制裝置，輔助加熱裝置系設在熱泵系統的壓縮機與冷凝器之間的熱泵單元的冷媒循環管路，或者設在熱泵系統的蒸發器與壓縮機之間的該冷媒循環管路，其中之一或二者，而傳感器感測外界環境或冷凝器的溫度值，控制裝置與輔助加熱裝置及傳感器連接，控制裝置設有一啟動門坎值，控制裝置在比對溫度值符合啟動門坎值，則控制裝置發送啟動訊號給輔助加熱裝置，讓輔助加熱裝置對壓縮機與冷凝器之間的冷媒循環管路加熱，使得進入冷凝器中的冷媒循環管路能夠提供熱量，用以去除冷凝器上所凝結的霜層，同時繼續提供熱量給經過冷凝器的冷媒循環管路及熱傳導循環管路。而控制裝置根據一關閉訊號，發送停止訊號給輔助加熱裝置，讓輔助加熱裝置停止對壓縮機與冷凝器之間的冷媒循環管路加熱。

根據本發明之一目的，系提供另一種熱泵系統，包括一熱泵單元、一熱傳導單元及一除霜單元。其中熱泵單元提供熱量給熱傳導單元，使得熱傳導單元的熱傳導循環管路將熱量傳遞到熱傳導單元的標的物，當除霜單元在熱泵單元結霜或性能係數下降時，除霜單元加熱熱傳導單元進入熱泵單元的熱傳導循環管路的傳熱液體，藉以對熱泵系統進行除霜及加熱熱泵系統的冷媒，用以恢復或維持熱泵系統的運作，同時將熱量經由熱傳導循環管路傳遞到熱傳導單元的標的物。

其中，除霜單元系包括一傳感器、一輔助加熱裝置、一加熱循環單元及一控制裝置，傳感器感測外界環境或冷凝器的溫度值，控制裝置、連接輔助加熱裝置、傳感器及加熱循環單元，控制裝置設有一啟動門坎值，當控制裝置在比對溫度值符合啟動門坎值，則啟動加熱循環單元對熱傳導循環管路進入冷凝器的傳熱液體加熱，藉以對熱泵系統進行除霜及加熱熱泵系統的冷媒，用以恢復或維持熱泵系統的運作，同時可提供熱量進入熱傳導循環管路，使得熱傳導單元將熱量傳遞到熱傳導單元的標的物。

承上所述，依本發明的熱泵系統，本發明的有益效果在於具備下列一或多個優點：

1.在熱泵系統無法運作或效率降低時，除霜單元除可以進行除霜外，同時可提供熱量給冷媒循環管路或熱傳導循環管路。

2.可直接在現有的熱泵系統上設置除霜單元，並不需要太多過於複雜結構設計。

3.除霜單元並不需要太大的安裝空間。

附圖說明

圖1為傳統的熱泵系統示意圖。

圖2為本發明一實施例示意圖。

圖3為本發明另一實施例示意圖。

圖4為本發明另一實施例一般制熱示意圖。

圖5為本發明另一實施例制熱暨除霜示意圖。

標號說明：

1、熱泵單元； 10、蒸發器； 12、壓縮機； 14、冷凝器；

16、膨脹閥； 18、冷媒循環管路； 2、熱傳導單元；

20、傳導循環管路； 22、第一儲液槽； 24、第二儲液槽；

3、除霜單元； 30、輔助加熱裝置； 32、傳感器；

34、控制裝置； 36、加熱循環單元； 360、加熱循環管路部；

362、第一閥體； 364、第二閥體； 366、第三閥體；

3600、第一管路； 3602、第二管路。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖予以說明。

請參閱圖2所示，本發明一種熱泵系統，包括一熱泵單元1、一熱傳導單元2及一除霜單元3。其中熱泵單元1包括蒸發器10、壓縮機12、冷凝器14及膨脹閥16，且蒸發器10、壓縮機12、冷凝器14及膨脹閥16依序透過冷媒循環管路18循環連接在一起，並在冷媒循環管路18內設有冷媒，而可用以製冷或供熱。

在本發明中，熱傳導單元2包括熱傳導循環管路20、第一儲液槽22及第二儲液槽24，熱傳導循環管路20及各儲液槽22、24設有傳熱液體，熱傳導循環管路20依序經過冷凝器14、第一儲液槽22、標的物4及第二儲液槽24，使得熱傳導循環管路20中的傳熱液體從第二儲液槽24中流入冷凝器14，而在冷凝器14吸收熱量後，經由熱傳導循環管路2被傳送到第一儲液槽22，再傳送到標的物4釋放熱量，再經過熱傳導循環管路20流回第二儲液槽24，依此循環對標的物4釋放熱量。

在本發明中，除霜單元3系包括一輔助加熱裝置30、一傳感器32及一控制裝置34，輔助加熱裝置30系設在壓縮機12與冷凝器14之間的冷媒循環管路18，或者設在蒸發器10與壓縮機12之間的冷媒循環管路18，其中之一或二者，而傳感器32感測外界環境或冷凝器14的溫度值，控制裝置34與輔助加熱裝置30及傳感器32連接，控制裝置34設有一啟動門坎值。

當控制裝置34在比對溫度值符合啟動門坎值，則控制裝置34發送啟動訊號給輔助加熱裝置30時，讓輔助加熱裝置30對壓縮機12與冷凝器14之間的冷媒循環管路18加熱，使得進入冷凝器14中的冷媒循環管路18能夠提供熱量，用以去除冷凝器14上所凝結的霜層，同時繼續提供熱量給經過冷凝器14的冷媒循環管路18及熱傳導循環管路20。而控制裝置34根據一關閉訊號，發送停止訊號給輔助加熱裝置30，讓輔助加熱裝置30停止對壓縮機12與冷凝器14之間的冷媒循環管路18加熱。

請參閱圖3所示，本發明的另一種熱泵系統，包括一熱泵單元1、一熱傳導單元2及一除霜單元3。其中熱泵單元1及熱傳導單元2於前述的熱泵系統的熱泵單元1及熱傳導單元2相同。

而除霜單元3系包括一輔助加熱裝置30、一傳感器32、一控制裝置34及一加熱循環單元36，傳感器32感測外界環境或冷凝器14的溫度值，加熱循環單元36包括一加熱循環管路部360、一第一閥體362、一第二閥體364及一第三閥體366，其中加熱循環管路部360包括第一管路3600及第二管路3602，第一管路3600的一端連接第二儲液槽24，第二管路3602的一端連接在冷凝器14與第二儲液槽24之間的熱傳導循環管路20，第一管路3600的另端與第二管路3602的另端連接在輔助加熱裝置30上，第一閥體362設在第一管路3600上，第二閥體364設在第二管路3602上，第三閥體366則設在第二管路3602一端與第二儲液槽24之間的熱傳導循環管路20上。控制裝置34與輔助加熱裝置30及傳感器32連接，控制裝置3設有一啟動門坎值。

請參閱圖4所示，控制裝置3在比對溫度值符合啟動門坎值，則控制裝置3發送啟動訊號給輔助加熱裝置30、第一閥體362、第二閥體364及第三閥體366，用以開啟第一閥體362及第二閥體364，並關閉第三閥體366，且啟動輔助加熱裝置30，藉以對從第二儲液槽24經過第一管路3600流入的輔助加熱裝置30的傳熱液體加熱，再經由第二管路3601流入熱傳導循環管路20，而依序流經冷凝器14、第一儲液槽22、標的物4及第二儲液槽24，並由於第三閥體366被關閉，使得第二儲液槽24不會直接流到冷凝器14，用以對冷凝器14除霜及加熱冷媒，同時仍可提供熱量到標的物4。

請參閱圖5所示，而控制裝置4根據一關閉訊號，發送停止訊號給輔助加熱裝置30、第一閥體362、第二閥體364及第三閥體366，用以關閉第一閥體362及第二閥體364，並開啟第三閥366體，且關閉輔助加熱裝置30，此時，熱泵系統1正常運作，由冷凝器14提供熱量給熱傳導循環管路20的傳熱液體，使得傳熱液體的熱量從熱傳導循環管路20依序經過冷凝器14、第一儲液槽22、標的物4及第二儲液槽24。

在本發明的前述兩個實施例中，傳感器32系設在冷凝器14與標的物4之間的熱傳導循環管路、冷凝器14及熱泵單元1周圍的位置處的其中之一或任二以上位置處。控制裝置34更設有一關閉門坎值，控制裝置34在比對溫度值符合關閉門坎值，即產生關閉訊號。或控制裝置34在輔助加熱裝置30啟動一預定時間後，控制裝置34即產生關閉訊號。

按，某些冷媒臨界蒸發溫度在-15℃(例如：R134a,R410a,R407c等種類的冷媒，多數是家用空調系統)，表示外氣溫度低於這個溫度時，熱泵系統的性能係數(COP)很低，甚至無法運轉。因此，本發明的輔助加熱裝置(如：電熱器)主要供應微量的熱量去加熱冷媒，讓熱泵的性能係數(COP)在1以上，這樣熱泵系統就可以在-15℃以下的環境中運轉。

綜上所述，本發明的在熱泵系統結霜而無法運作或效率降低時，除霜單元除可以進行除霜外，同時可提供熱量給冷媒循環管路或熱傳導循環管路，而除霜單元僅需要在冷媒循環管路加設輔助加熱裝置即可達到除霜及提供熱量的效果，或者是直接在第二儲液槽到冷凝器之間的熱傳導循環管路加裝輔助加熱裝置及三個閥體，即可達到除霜及提供熱量的效果。而不論是本發明的哪一種除霜單元都不需要太大的安裝空間，且也可直接應用在現有的熱泵系統，即解決先前技術所述的問題。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。