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热泵热水系统

阅读：640发布：2021-02-24

IPRDB可以提供热泵热水系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种热泵热水系统，包括由压缩机、第一热交换器、膨胀装置及热交换模块串接形成的冷媒回路管线以及连接阀件、热交换模块及第一热交换器的液体回路管线。热交换模块包括第二热交换器和效率增强器。液体自液体回路管线的输入管线流入通过阀件流至热交换模块的效率增强器再至第一热交换器最后自液体回路管线的输出管线流出。当液体流至热交换模块时，液体会与效率增强器中的冷媒进行热交换以使冷媒于进入压缩机之前提升其温度。接着当液体流至第一热交换器时，会与第一热交换器中的冷媒进行热交换，以提升自液体回路管线的输出管线流出的液体的温度。，下面是热泵热水系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种热泵热水系统，其利用冷媒对流入该热泵热水系统的液体进行热交换，其特征在于，该热泵热水系统包括：压缩机，其用于将该冷媒进行压缩；

第一热交换器，其与该压缩机连接，用于将压缩后的冷媒与流入该热泵热水系统的液体进行热交换；

膨胀装置，其与该第一热交换器连接，用于膨胀与该液体进行热交换后的冷媒；

阀件，用于控制流入该热泵热水系统的液体；及

热交换模块，其分别连接冷媒回路管线及液体回路管线，该冷媒回路管线依序连接该压缩机、该第一热交换器、该膨胀装置及该热交换模块以使于一循环中，该冷媒依序通过该压缩机、该第一热交换器、该膨胀装置及该热交换模块，而该液体回路管线依序连接该阀件、该热交换模块及该第一热交换器，其中，该热交换模块包括第二热交换器及效率增强器，而该液体由外部经该液体回路管线通过该阀件流至该效率增强器中，以与经该膨胀装置膨胀后的冷媒进行热交换。

2.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，该效率增强器设于该第二热交换器与该压缩机之间。

3.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，该效率增强器设于该膨胀装置与该第二热交换器之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的热泵热水系统，其特征在于，该第二热交换器为空气热交换器，该第一热交换器为液体热交换器。

5.根据权利要求4所述的热泵热水系统，其特征在于，该第二热交换器为蒸发器，该第一热交换器为冷凝器。

6.根据权利要求1、2或3所述的热泵热水系统，其特征在于，该阀件具有第一输出口及第二输出口，于该液体等于或低于预定温度时，该液体自该第一输出口流至该效率增强器，于该液体高于该预定温度时，该液体部分或全部地自该第二输出口流至该第一热交换器。

7.根据权利要求6所述的热泵热水系统，其特征在于，该系统还包括控制器，其连接该阀件，该控制器用于控制流至该效率增强器或该第一热交换器的液体的流量。

8.根据权利要求7所述的热泵热水系统，其特征在于，该阀件用于感测该液体的流量及温度，并将所感测的信号回馈至该控制器，以供该控制器控制流经该第一输出口或该第二输出口的液体的流量。

9.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，该系统还包括储液槽，其具有输入口及输出口，其中，该储液槽的输入口与该第一热交换器连接，且该储液槽的输出口与该阀件连接。

10.根据权利要求1、2或3所述的热泵热水系统，其特征在于，该效率增强器用于提升该热泵热水系统的蒸发温度、过冷度、或降低热泵热水系统的冷凝温度。

11.根据权利要求1所述的热泵热水系统，其特征在于，该液体自该液体回路管线的输入管线经该阀件流至该热交换模块时，该液体与该热交换模块的效率增强器中的冷媒进行热交换，以使该冷媒于进入该压缩机之前提升其温度，以提升该压缩机的过热度，进而反应该压缩机的冷凝温度下降及过冷度提升，以增加自该压缩机流出的冷媒的温度，接着，该液体回路管线中的液体流至该第一热交换器时，与该第一热交换器中的冷媒进行热交换，由于自该压缩机的冷媒输出口流出的冷媒的温度增加因而该液体回路管线中的液体相对于该第一热交换器中的冷媒为相对低温，使得该第一热交换器的热交换能力增强，使该第一热交换器将该冷媒回路管线中的冷媒的热能传予该液体回路管线中的液体，以提升自该液体回路管线的输出管线流出的液体的温度。

说明书全文

热泵热水系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种热泵热水系统，尤其涉及一种可提升制热效能的热泵热水系统。

背景技术

[0002] 热泵热水系统为一种根据逆-郎肯循环(Rankine cycle)设计，利用压缩机压缩气态冷媒为高温高压的过热冷媒来加热液体，并经膨胀阀等焓(constant enthalpy)膨胀后成低温低压冷媒，再经鳍管式热交换器(如蒸发器)从外界取热的制热设备。

[0003] 如图1所示，其概略绘示传统热泵热水系统的基本构件，热泵热水系统主要包括蒸发器11、压缩机12、冷凝器13、膨胀阀14和储水槽15。蒸发器11从空气中取得热能QL以将冷媒加热为气态，输入电能We予压缩机12以将冷媒压缩成高压高温，接着流入冷凝器13排出热能QH，此时冷媒又冷凝为较低温的高压冷媒，再经膨胀阀14流入蒸发器11内蒸发成蒸气而产生吸热效应，蒸气又被压缩机吸入继续进行压缩，产生一循环回路。因此，于热泵热水系统中，热能在蒸发器11处被吸收然后在冷凝器13处被排出，进而利用所排出的热能来提升储水槽15中的水温。

[0004] 此外，热泵热水系统也有其它的技术改进。例如，美国第US20110197600号专利申请案主要提出一种热泵的控制模式，能有效控制热泵热水系统的能源利用。又如中国台湾第568255号专利案，其于热泵热水系统的压缩机的高压端设置多重动态热交换装置，于低压端设置多段蒸发装置，并以电路控制排放至储水槽的热能，据以多重动态热交换装置，提高热泵热水系统的制热效率。

[0005] 此外，目前市场上为了提高热泵热水系统的制热效率，多半采用提高蒸发器或冷凝器的热交换能力的方式。例如中国台湾第I336388号专利案，其冷凝器为内置有螺旋内管的管线，该螺旋内管的内外管壁均具螺旋纹路，水经由螺旋内管内壁会产生漩涡乱流，而冷媒经由螺旋内管的外壁而产生螺旋流体，借以增加接触面积，进而提高冷凝器的热交换效率。然而，此种方式虽然有效但成本较高。

[0006] 针对冷凝器的热交换能力而言，只有提高压缩机出口的冷媒与水的温差，才能有效提升热交换的能力。因此，如何提升压缩机出口的冷媒温度，为亟待解决的课题。

发明内容

[0007] 鉴于上述现有技术的种种缺失，本发明的目的在于提供一种热泵热水系统，得以提升压缩机出口的冷媒温度，而提高压缩机出口的冷媒与水的温差，进而有效提升热交换的能力。

[0008] 本发明提供一种热泵热水系统，其利用冷媒对流入该热泵热水系统的液体进行热交换，该热泵热水系统包括：压缩机，其用于将该冷媒进行压缩；第一热交换器，其与该压缩机连接，用于将压缩后的冷媒与流入该热泵热水系统的液体进行热交换；膨胀装置，其与该第一热交换器连接，用于膨胀与该液体进行热交换后的冷媒；阀件，用于控制流入该热泵热水系统的液体；及热交换模块，其分别连接冷媒回路管线及液体回路管线，该冷媒回路管线依序连接该压缩机、该第一热交换器、该膨胀装置及该热交换模块，而该液体回路管线依序连接该阀件、该热交换模块及该第一热交换器，其中，该热交换模块包括第二热交换器和效率增强器，而该液体由外部经该液体回路管线通过该阀件流至该效率增强器中，以与经该膨胀装置膨胀后的冷媒进行热交换。

[0009] 于第一实施例中，该效率增强器设在该第二热交换器与该压缩机之间。于第二实施例中，该效率增强器设在该膨胀装置与该第二热交换器之间。

[0010] 本发明的第二热交换器为空气热交换器，例如蒸发器。本发明的第一热交换器为液体热交换器，例如冷凝器。

[0011] 其次，本发明的阀件可具有第一输出口及第二输出口。于该液体等于或低于预定温度时，该液体自该第一输出口流至该效率增强器。于该液体高于该预定温度时，该液体部分或全部地自该第二输出口流至该第一热交换器。另外，本发明的热泵热水系统还可包括连接于该阀件的控制器，可用于控制流至该效率增强器或第一热交换器的液体的流量。此外，该阀件还包括感测该液体的流量及温度，并将所感测的信号回馈至该控制器，以供该控制器控制流经该第一输出口或第二输出口的液体的流量。

[0012] 相较于现有技术，对于冷凝器的热交换能力而言，本发明无须设置多个动态热交换装置或多个蒸发装置，也无须重新设计冷凝器的结构来提高冷媒和水的接触面积，得以节省成本。因此，本发明利用设于压缩机的冷媒输入口的热交换模块来提高冷媒的温度，即提高压缩机的冷媒输入口的过热度，并使压缩机的过冷度增加、冷凝温度降低，而增加第一热交换器的冷媒和液体的温差，有效提升第一热交换器的热交换能力，借此增强热泵热水系统的制热效率。

[0013] 以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

[0014] 图1为概略绘示传统热泵热水系统的基本构件；

[0015] 图2为本发明的热泵热水系统的基本构件示意图；

[0016] 图3A表示本发明的热泵热水系统的蒸发温度对性能系数的影响；

[0017] 图3B为本发明的热泵热水系统的冷凝温度对性能系数的影响；

[0018] 图3C为本发明的热泵热水系统的过冷度对性能系数的影响；

[0019] 图4A为本发明的热泵热水系统的第一实施例的基本构件示意图；以及[0020] 图4B为本发明的热泵热水系统的第二实施例的基本构件示意图。

[0021] 主要组件符号说明

[0022] 11 蒸发器

[0023] 12 压缩机

[0024] 13 冷凝器

[0025] 14 膨胀阀

[0026] 15 储水槽

[0027] 2、2’、2” 热泵热水系统

[0028] 20、20’、20” 热交换模块

[0029] 21’、21” 第二热交换器

[0030] 22、22’、22” 压缩机

[0031] 23、23’、23” 第一热交换器

[0032] 24、24’、24” 膨胀装置

[0033] 25’、25” 效率增强器

[0034] 26 阀件

[0035] 26a 输入口

[0036] 26b 第一输出口

[0037] 26c 第二输出口

[0038] Ⅰ、Ⅰ’、Ⅰ” 冷媒回路管线

[0039] Ⅱ 液体回路管线

[0040] Ⅱa 输入管线

[0041] Ⅱb 输出管线

具体实施方式

[0042] 以下借由特定的实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明也可借由其它不同的具体实施例加以施行或应用。

[0043] 须知，本说明书所附附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以本领域技术人员进行了解与阅读，并非用于限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“第一”、及“第二”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用于限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。

[0044] 请参阅图2，其为本发明的热泵热水系统的基本构件图。热泵热水系统2主要包括热交换模块20、压缩机22、第一热交换器23、膨胀装置24、阀件26、冷媒回路管线Ⅰ及液体回路管线Ⅱ。

[0045] 压缩机22用于将冷媒进行压缩。

[0046] 第一热交换器23与压缩机22连接，用于将压缩后的冷媒与流入热泵热水系统2的液体进行热交换。

[0047] 膨胀装置24与第一热交换器23连接，用于膨胀与该液体进行热交换后的冷媒。

[0048] 阀件26用于控制流入热泵热水系统2的液体，具有输入口26a、第一输出口26b及第二输出口26c。

[0049] 热交换模块20分别连接冷媒回路管线Ⅰ及液体回路管线Ⅱ。冷媒回路管线Ⅰ依序连接压缩机22、第一热交换器23、膨胀装置24及热交换模块20，而液体回路管线Ⅱ依序连接阀件26、热交换模块20及第一热交换器23。

[0050] 热交换模块20、压缩机22、第一热交换器23及膨胀装置24依序串接形成提供冷媒循环的冷媒回路管线Ⅰ，其中，冷媒沿着箭头方向在热交换模块20、压缩机22、第一热交换器23及膨胀装置24之中依序循环。需说明的是，虽然冷媒回路管线Ⅰ主要由如图2所示的热交换模块20、压缩机22、第一热交换器23及膨胀装置24串接而成，然而，其中省略多个现有构件，例如可设置受液器于第一热交换器23的冷媒出口端或可设置干燥过滤器于膨胀装置24的冷媒入口端等，所属技术领域的人员应了解热泵热水系统还可包含其它现有构件。

[0051] 热交换模块20包括串接的第二热交换器和效率增强器。该效率增强器可设于压缩机22的冷媒输入口(此图未显示，其于后续图4A详述)，或设于该第二热交换器的冷媒输入口(此图未显示，其于后续图4B详述)。第二热交换器一般为空气热交换器，例如蒸发器。第一热交换器一般为液体热交换器，例如冷凝器。

[0052] 液体回路管线Ⅱ具有输入管线Ⅱa和输出管线Ⅱb，液体回路管线Ⅱ依序串接有阀件26、热交换模块20的效率增强器及第一热交换器23，其中，液体自输入管线Ⅱa流入，沿着箭头方向通过阀件26流至热交换模块20的效率增强器中，以与经膨胀装置24膨胀后的冷媒进行热交换再至第一热交换器23，最后自输出管线Ⅱb流出。

[0053] 当液体自液体回路管线Ⅱ的输入管线Ⅱa流入经阀件26流至热交换模块20时，液体会与热交换模块20的效率增强器中的冷媒进行热交换，以使冷媒于进入压缩机22之前提升其温度，如此可提升压缩机22的过热度，进而反应压缩机22的冷凝温度下降及过冷度提升，以增加自压缩机22流出的冷媒温度。接着，液体回路管线Ⅱ的液体流至第一热交换器23时，会与第一热交换器23中的冷媒进行热交换，此时由于自压缩机22的冷媒输出口流出的冷媒温度增加因而液体回路管线Ⅱ中的液体相对于第一热交换器23中的冷媒为相对低温，使得第一热交换器23的热交换能力增强，故第一热交换器23将冷媒回路管线Ⅰ中的冷媒的热能传予液体回路管线Ⅱ中的液体，以提升自液体回路管线Ⅱ的输出管线Ⅱb流出的液体的温度。

[0054] 本发明的热泵热水系统主要是利用提高第一热交换器23的热交换能力来提升热泵热水系统2的制热效率。换句话说，本发明的热泵热水系统2可增加第一热交换器23的冷媒和液体的温差，也就是说，提高自压缩机22流出的冷媒温度。因此，在膨胀装置24的冷媒输出口及压缩机22的冷媒输入口之间设置效率增强器，可于冷媒进入压缩机22之前提升其温度，以增加压缩机22的冷媒输入口的过热度，以提升压缩机22的蒸发温度，并反应降低冷凝温度及提升过冷度，进而增加第一热交换器23的冷媒和液体的温差，以提高第一热交换器23的热交换能力，提升热泵热水系统的制热效率。

[0055] 如图3A、图3B及图3C所示，其分别为压缩机的蒸发温度、冷凝温度及过冷度对于热泵热水系统的性能系数(coefficient of performance；COP)的影响，其中，COP可代表热泵热水系统的制热效率。由图3A可知，压缩机的蒸发温度越高，热泵热水系统的性能系数越高；图3B可知，压缩机的冷凝温度越低，热泵热水系统的性能系数越高；图3C可知，压缩机的过冷度越高，热泵热水系统的性能系数越高。因此，本发明的热泵热水系统在冷媒进入压缩机之前提升其温度，即提高压缩机的冷媒输入口的过热度，而该过热度增加时，会导致压缩机的蒸发温度提升，并反应冷凝温度降低和过冷度增加，故可使热泵热水系统的性能系数增加，即提升了热泵热水系统的制热效率。

[0056] 为使本发明的热泵热水系统的压缩机的蒸发温度提高、冷凝温度降低和过冷度提高，效率增强器的位置有以下两种设置方式，分别为图4A所示的将效率增强器设置于压缩机的冷媒输入口，或着如图4B所示的将效率增强器设置于第二热交换器的冷媒输入口。

[0057] 请参阅图4A，其为本发明的热泵热水系统的第一实施例。冷媒回路管线Ⅰ’与图2的冷媒回路管线Ⅰ相同地串接有压缩机22’、第一热交换器23’、膨胀装置24’和热交换模块20’，其中，热交换模块20’包括串接的第二热交换器21’和效率增强器25’，且效率增强器25’设置于压缩机22’的冷媒输入口。第二热交换器21’可为空气热交换器，第一热交换器23’、效率增强器25’可为液体热交换器。

[0058] 于图4A所示的实施例中，第二热交换器21’会与热泵热水系统2’之外的空气进行热交换，以将冷媒从液态变相为气态，因此，自第二热交换器21’的冷媒输出口输出的冷媒为低温气态。阀件26将液体引至效率增强器25’的目的在于提升气态冷媒的温度，以提升压缩机22’的过热度，而压缩机22’的冷凝温度也降低及过冷度也增加，因而提升热泵热水系统2’的制热效率。借此，使得自压缩机22’输出的冷媒温度较未设置效率增强器25’之前来得高，因而增加至第一热交换器23’的冷媒和液体的温差，故，提升第一热交换器23’的热交换能力。

[0059] 请参阅图4B，本发明的热泵热水系统的第二实施例。冷媒回路管线Ⅰ”与图2的冷媒回路管线Ⅰ相同地串接有压缩机22”、第一热交换器23”、膨胀装置24”和热交换模块20”，其中，热交换模块20”包括串接的第二热交换器21”和效率增强器25”，且效率增强器
25”设置于第二热交换器21”的冷媒输入口。第二热交换器21”可为空气热交换器，第一热交换器23”、效率增强器25”可为液体热交换器。

[0060] 于图4B所示的实施例中，自膨胀装置24”输出的冷媒为气、液态混合的低温冷媒，冷媒流至效率增强器25”时，通过阀件26所导引的液体来加热效率增强器25”中的冷媒，使得自第二热交换器21”流出的冷媒为过热的低温气态，以提升压缩机22”的过热度，也降低冷凝温度及提升过冷度，因而提升热泵热水系统2”的制热效率。因此，得以提升热泵热水系统2”的制热效率。

[0061] 此外，于图2、图4A及图4B所示的阀件26具有输入口26a、第一输出口26b和第二输出口26c。输入口26a用于将液体引入，再视液体的温度而决定该液体自第一输出口26b或第二输出口26c流出。于该液体等于或低于预定温度时，该液体自第一输出口26b流至效率增强器25’或25”；于该液体高于该预定温度时，该液体部分或全部地自第二输出口
26c流至该第一热交换器23、23’或23”。

[0062] 另外，热泵热水系统2、2’或2”可包括连接阀件26的控制器(未图标)，该控制器可用于控制流至效率增强器25’或25”、或第一热交换器23、23’或23”的液体的流量，以控制效率增强器25’或25”的热交换量。此外，阀件26还可感测温度和流量并将感测信号回馈至该控制器，以供该控制器进行液体的流量控制。

[0063] 虽然阀件26用于将液体借由液体回路管线Ⅱ引至效率增强器25’或25”来加热冷媒，但其温度也不能和冷媒回路管线Ⅰ、Ⅰ’或Ⅰ”中的冷媒相差太多，因此需要该控制器控制阀件26以筛选温度，以将温度高于该预定温度的液体直接导入第一热交换器23、23’或23”，或是将高于该预定温度的液体的一部分导入第一热交换器23、23’或23”。

[0064] 此外，本发明的热泵热水系统2、2’或2”还可包括储液槽(未图标)，其具有输入口及输出口，其中，该储液槽的输入口与第一热交换器23、23’或23”连接，且该储液槽的输出口与阀件26连接。该储液槽可提供流入液体回路管线Ⅱ的输入管线Ⅱa的液体，并接收流出液体回路管线Ⅱ的输出管线Ⅱb的液体。

[0065] 综上所述，本发明的热泵热水系统在膨胀装置的冷媒输出口和压缩机的冷媒输入口之间除了设置有现有的第二热交换器之外，另设置有效率增强器，且该效率增强器可设置于膨胀装置的冷媒输出口和第二热交换器的冷媒输入口之间，或设置于第二热交换器的冷媒输出口和压缩机的冷媒输入口之间。借此，在冷媒进入压缩机之前提高其温度，以提高压缩机的冷媒输入口的过热度，进而提升压缩机的蒸发温度，并反应降低冷凝温度和提升过冷度，如此使得自压缩机流出的冷媒温度提高，以增加第一热交换器的冷媒和液体的温差，因而第一热交换器的热交换能力提升，以增加热泵热水系统的制热能力，更延长热泵热水系统的运作寿命。

[0066] 当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
高温蒸汽热泵机组-专利编号CN104075489B	2020-05-13	240
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