[发明专利]冷热多功能热泵设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种热泵设备，且特别涉及一种冷热多功能热泵设备。

背景技术

热泵制热设备是一种高效率且安全集热并转移热量的节能装置，可以把消耗的电力变为2-3倍的热能。热泵制热设备包含数种形式，例如气源式热泵、水源式热泵、地源式热泵及复合式热泵，可应用在家用冷暖空调、商业用中央式热泵空调主机和热泵冷热水主机。

气源式热泵以空气作为热源，通过压缩机输入功率将空气中的低温热能，转化为高温热能，来进行制热，例如将水或空气加热，以提供热水或暖气。气源式热泵也可将水或空气降温，以提供冰水或冷气，以进行制冷用途。此种类型热泵在冬季制热循环时，会随着外界温度下降而使得吸热能力减小，在较低外界温度(约5摄氏度以下)条件下长时间运转时，室外管排会有结霜产生，使热交换效果变差，从而必须经常除霜，这样不仅加热时间增加，也造成压缩机频繁的启动及停止，此为冷媒(refrigerant，制冷剂、冷冻剂，下文统称为冷媒)系统设计时必须考虑运转时所面临的问题。

通常采用的除霜方式有：停机除霜、热气旁通除霜，逆循环除霜与电热除霜。以上除霜方法有除霜热源温度低或无热源而导致除霜时间长与除霜不完全、或是必须设置液气分离器来防止除霜运转时的液态冷媒回流至压缩机(即防止“液压缩，liquid compression”)、或是必须额外设置电热器增加耗能等问题。

现有气源式热泵热水主机与冷热双效主机，经常采用热气旁通的方式来进行除霜，旁通的热气进入低温的蒸发器后会冷凝成液态冷媒，因此在蒸发器出口会是含有液态冷媒的饱和冷媒气体。为了防止液态冷媒回流至压缩机，在蒸发器出口与压缩机吸入口之间必须设置液气分离器，使冷媒在液气分离器内进行液气分离后，液态冷媒留存在液气分离器底部，分离后的气态冷媒再进入压缩机。

采用液气分离器在除霜时，经常会遇到以下的难题：

留存在液气分离器底部的液态冷媒，没有足够热源可以使之蒸发，仅能靠外界空气的热源使冷媒慢慢蒸发为气体，如果留存的液态冷媒过多与运转时间长，将使液气分离器外表面结霜，结果使热交换效果变差，液气分离器的冷媒更不容易蒸发；由于液气分离器没有足够的热源使冷媒蒸发，除霜运转时间根据液气分离器的大小而定。当液气分离器过小时，除霜运转的时间短，除霜可能不完全，且液态回流至压缩机的风险高。因此势必需要加大液气分离器的尺寸，以空间来换取除霜运转时间，使蒸发器的除霜能够完全。然而相对的，在液气分离器内留存的液态冷媒将增加，如此将遭遇上述的运转时间长，使液气分离器外表面结霜的问题。因此液气分离器的尺寸大小很难决定，通常仅能采用较安全的设计方式，尽可能设置较大的液气分离器，如此也增加了主机的体积与成本；留存在液气分离器底部的液态冷媒，必须考虑在冷媒蒸发过程中，会使无法蒸发的冷冻油残留在底部，因此必须设置回油装置使冷冻油回到压缩机，避免压缩机失油。

另外该两项现有技术在制冷运转时，各仅适用气冷或水冷的单一方式，以对高温高压的冷媒进行热排放。就仅使用水冷方式制冷以提供空调与冷却需求时，可以有效降低压缩机的吐出压力，也为系统的冷凝压力降低，如此可以使系统制冷效率(也为性能系数COP)提高，达到节省能源的效果。虽然以水冷方式可以提高系统运转效率，然而当冷却水水温过低时，因为冷凝压力过低对系统运转将产生不利的影响，一是因冷凝压力过低，膨胀阀前后的压差不足，因此使得经过膨胀阀的冷媒流量不足，造成蒸发压力过低，系统因蒸发压力过低而跳机保护，无法正常运转；另外压缩机因冷凝压力过低，使得油压过低，压缩机轴承因此无法得到正常的润滑与冷却，超出压缩机容许的运转范围，必须停机保护。除了冷却水温过低将造成系统无法正常运转之外，当冷却水的循环中断(缺水或冷却水循环泵故障时)，系统无法得到正常的散热，制冷作用也将停止。相对的，仅使用气冷时，虽然COP比水冷方式低，但没有水冷方式的缺点。

发明内容

本发明提供一种冷热多功能热泵设备，其通过制热交换器来作为除霜热源并防止液压缩(liquid compression)，改善了除霜运转时的取热源，且不用在压缩机吸入口前设置液气分离器，因此有助于缩减整体设备的尺寸。