CN116209864A - 用于暖通空调系统的制冷剂子系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和制冷剂‑空气热交换器。压缩机接收并压缩制冷剂。冷凝器冷凝制冷剂并将热从制冷剂传递至第一流体。膨胀阀使制冷剂膨胀。蒸发器将制冷剂蒸发成处于第一压力并将热从第二流体传递至制冷剂。制冷剂‑空气热交换器具有第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式中，冷凝器适于将制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且制冷剂‑空气热交换器适于将制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从制冷剂的第二部分传递至空气。

Description

用于暖通空调系统的制冷剂子系统的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年9月25日提交的序列号为17/033,409的美国非临时专利申请的优先权，该美国非临时专利申请的公开内容通过参引整体并入本文。
技术领域
本领域总体上涉及暖通空调系统，并且更具体地，涉及用于暖通空调系统的制冷剂子系统的系统和方法。
背景技术
暖通空调(HVAC)系统可以包括多个子系统，这些子系统提高了HVAC系统的供暖、制冷和除湿能力。例如，HVAC系统可以包括制冷剂子系统、热水子系统和冷水子系统，这些子系统提高了HVAC系统的效率。热水子系统和冷水子系统可以各自包括传热设备，该传热设备如由HVAC系统的操作条件所决定的那样间歇地用于向大气排放热或从大气吸收热。具体地，热水子系统可以包括用于将热排放至大气的空气冷却器，并且冷水子系统可以包括用于从大气中吸收热的空气-水热交换器。热水子系统的空气冷却器用于在需要额外冷却时排放多余的热，并且冷水子系统的空气-水热交换器用于在过度冷却发生时吸收热。然而，热水子系统的空气冷却器和冷水子系统的空气-水热交换器不同时使用。具有闲置的传热设备增加了系统的操作复杂性，并且增加了HVAC系统的资本成本。
本背景技术部分意在向读者介绍本领域的可能与本公开的下面所描述和/或所要求保护的各个方面有关的各个方面。该讨论被认为有助于为读者提供背景信息，以便更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解的是，这些陈述应当就该角度来阅读，而不是作为对现有技术的承认。
发明内容
在一个方面中，用于暖通空调系统的制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和制冷剂-空气热交换器。压缩机接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂，并且制冷剂作为处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂离开压缩机。冷凝器将压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体。膨胀阀将压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂。蒸发器将未压缩的液体制冷剂蒸发成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至未压缩的蒸气制冷剂。制冷剂-空气热交换器具有第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式中，冷凝器适于将压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且制冷剂-空气热交换器适于将压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从压缩的蒸气制冷剂的第二部分传递至空气。
在另一方面中，暖通空调系统包括用于使第一流体的流循环的热水子系统、用于使第二流体的流循环的冷水子系统和用于将热从冷水子系统传递至热水子系统和环境的制冷剂子系统。制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器和制冷剂-空气热交换器。压缩机接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂，并且制冷剂作为处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂离开压缩机。冷凝器将压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体。膨胀阀将压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂。蒸发器将未压缩的液体制冷剂蒸发成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至未压缩的蒸气制冷剂。制冷剂-空气热交换器具有第一操作模式和第二操作模式。在第一操作模式中，冷凝器适于将压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且制冷剂-空气热交换器适于将压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从压缩的蒸气制冷剂的第二部分传递至空气。
在又一方面中，使用制冷剂子系统将热从暖通空调(HVAC)系统的冷水子系统传递至HVAC系统的热水子系统的方法包括使用压缩机将处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂压缩成处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂。制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和制冷剂-空气热交换器。该方法还包括使用冷凝器将压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体。该方法还包括使用膨胀阀将压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂。该方法还包括使用蒸发器将未压缩的液体制冷剂蒸发成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至未压缩的蒸气制冷剂。该方法还包括在第一操作模式中，使用冷凝器将压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且使用制冷剂-空气热交换器将压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从压缩的蒸气制冷剂的第二部分传递至空气。
存在就上述各方面所提出的特征的各种改进。其他特征也可以结合在上述各方面中。这些改进和附加的特征可以单独地存在或以任何组合存在。例如，下面就所图示实施方式中的任一实施方式所讨论的各个特征可以单独地或以任何组合的方式结合到上述方面中的任一方面中。
附图说明
图1是暖通空调(HVAC)系统的示意流程图。
图2是图1中所图示的热水子系统的示意流程图。
图3是图1中所图示的冷水子系统的示意流程图。
图4是图1中所图示的制冷剂子系统的示意流程图。
图5是图4中所图示的制冷剂子系统处于第一操作模式的示意流程图。
图6是图4中所图示的制冷剂子系统处于第二操作模式的示意流程图。
图7是使用图4至图6中所图示的制冷剂子系统将热从图3中所图示的冷水子系统传递至图2中所图示的热水子系统的方法的流程图。
在整个附图中，对应的附图标记指示对应的部件。
具体实施方式
图1是暖通空调(HVAC)系统100的示意流程图。尽管HVAC系统100可以是任何类型的HVAC系统，但是HVAC系统100比现有的HVAC系统更高效，因为在与现有系统相比时，HVAC系统100包括子系统102至110，子系统102至110提高了系统100的供暖、冷却和除湿能力。具体地，HVAC系统100包括制冷剂子系统102、两个水子系统104和106、调节子系统108以及再生子系统110。水子系统104和106包括热水子系统104和冷水子系统106。调节子系统108将热和水分从调节入口空气112的流中移除并且将调节出口空气114的流引导至建筑物或车辆(未示出)。调节出口空气114相比于调节入口空气112具有更低的温度和湿度，因为调节子系统108已经从空气中去除了热和水分。子系统102至110将热和水分从调节子系统108传递至再生子系统110。再生子系统110将热和水分传递到再生入口空气116的流中并且将再生出口空气118的流引导至大气。
调节子系统108通过对调节入口空气的潜热冷却和显热冷却来冷却调节入口空气112。显热冷却通过从调节入口空气中去除热来降低调节入口空气112的温度。潜热冷却通过从调节入口空气中去除水分来降低调节入口空气112的温度。如下所述，调节子系统108包括三通热交换器，该三通热交换器传递来自调节入口空气112的热和水分，同时通过潜热冷却和显热冷却来冷却调节入口空气。此外，冷水子系统106控制显热冷却，并且热水子系统104控制潜热冷却。本文中所描述的制冷剂子系统102根据外部条件在冷水子系统106与热水子系统104之间转换冷却。更具体地，HVAC系统100可能需要提供显热冷却与潜热冷却的特定比率，以实现用于调节出口空气114的特定温度设定点和特定湿度设定点。制冷剂子系统102在冷水子系统106与热水子系统104之间转换冷却，以调整调节入口空气112的显热冷却和潜热冷却，从而实现用于调节出口空气114的特定温度设定点和特定湿度设定点。
调节子系统108与冷水子系统106和再生子系统110共享第一热交换器120并且通过第一热交换器与冷水子系统和再生子系统相互作用。在该实施方式中，第一热交换器120是三通热交换器，该三通热交换器将热从调节入口空气112传递至第一流体并且将热和水分从调节入口空气112传递至第二流体。第一热交换器120包括允许热和水分两者从调节入口空气112传递至第二流体的膜(未示出)以及引导第一流体穿过第一热交换器120并将热从调节入口空气112和第二流体传递至第一流体的膜122。在该实施方式中，第一流体是由冷水子系统106循环的水的流，并且第二流体是由调节子系统108和再生子系统110循环的液体干燥剂的流。在替代性实施方式中，第一流体可以是使调节子系统108和冷水子系统106能够如本文中所描述的那样操作的任何流体，并且第二流体可以是使调节子系统108和再生子系统110能够如本文中所描述的那样操作的任何流体、包括但不限于任何类型的干燥剂。例如，第二流体可以是浆料中的固体干燥剂。
冷水子系统106与调节子系统108共享第一热交换器120并且与制冷剂子系统102共享蒸发器124。如下所述，冷水子系统106将热从第一热交换器120传递至蒸发器124或者传递至大气。更具体地，冷水子系统106可以包括将热传递至大气的附加的传热设备。剩余的热通过蒸发器124传递至制冷剂子系统102。此外，在所图示的实施方式中，冷水子系统106是闭合的非加压系统，该闭合的非加压系统不允许来自周围环境的物质进入子系统，从而防止污染物进入子系统并污染子系统。在替代性实施方式中，冷水子系统106可以是开放的非加压系统。如本文中所使用的，非加压意味着子系统在5磅/平方英寸表压力(psig)或更小的压力下操作。
制冷剂子系统102与冷水子系统106共享蒸发器124并且与热水子系统104共享冷凝器126。如下所述，制冷剂子系统102将热从蒸发器124传递至冷凝器126，并且冷凝器126将热传递至热水子系统104。具体地，制冷剂子系统102将制冷剂从蒸发器124引导至冷凝器126，并且制冷剂将热从蒸发器124传递至冷凝器126。
热水子系统104与再生子系统110共享第二热交换器128并且与制冷剂子系统102共享冷凝器126。如下所述，热水子系统104将热从冷凝器126传递至第二热交换器128或者传递至大气。更具体地，热水子系统104可以包括将热传递至大气的附加的传热设备。剩余的热通过第二热交换器128传递至再生子系统110。此外，在所图示的实施方式中，热水子系统104是闭合的非加压系统，该闭合的非加压系统不允许来自周围环境的物质进入子系统，从而防止污染物进入子系统并污染子系统。在替代性实施方式中，热水子系统104可以是开放的非加压系统。如本文中所使用的，非加压意味着子系统在5psig或更小的压力下操作。
再生子系统110与热水子系统104和调节子系统108共享第二热交换器128并且通过第二热交换器与热水子系统和调节子系统相互作用。在该实施方式中，第二热交换器128是三通热交换器，该三通热交换器将热从第一流体传递至再生入口空气116并且将热和水分从第二流体传递至再生入口空气116。第二热交换器128包括允许热和水分两者从第二流体传递至再生入口空气116的膜(未示出)以及引导第一流体穿过第二热交换器128并将热从第一流体传递至再生入口空气116和第二流体的膜122。在所图示的实施方式中，第一流体是由热水子系统104循环的水的流，并且第二流体是由调节子系统108和再生子系统110循环的液体干燥剂的流。在替代性实施方式中，第一流体可以是使再生子系统110和热水子系统104能够如本文中所描述的那样操作的任何流体，并且第二流体可以是使再生子系统110和调节子系统108能够如本文中所描述的那样操作的任何流体。
仍然参照图1，第一热交换器120和第二热交换器128基本上相同。在替代性实施方式中，第一热交换器120和第二热交换器128是不同的。具体地，在该实施方式中，第一热交换器120和第二热交换器128两者包括膜122，膜122用于引导第一流体穿过热交换器并且用于在第一流体、第二流体与空气的流之间交换热。在一个实施方式中，膜122是非刚性的柔性材料，其允许热传递进出第一流体，同时防止第一流体与任何其他流体包括第二流体和空气的流混合。具体地，膜122是非刚性的柔性材料，其被设计为非加压的(在5psig下或低于5psig下操作)，并且没有设计成在基本上更大的压力(例如，10psig)下操作。更具体地，在该实施方式中，膜122包括囊状物或聚合物袋，该囊状物或聚合物袋允许热传递进出第一流体，同时防止第一流体与任何其他流体包括第二流体和空气的流混合，并且该囊状物或聚合物袋在5psig下或低于5psig下操作。膜122是柔性的，因为形成膜的材料能够弯折而不破裂，并且膜是非刚性的，因为膜能够改变尺寸和形状而不破裂。如下所述，在该实施方式中，膜122是柔性的和非刚性的，因为膜保持在收缩构型。在替代性实施方式中，膜122由任何材料形成并且具有使得第一热交换器120和第二热交换器128能够如本文中所描述的那样操作的任何程度的柔性和刚性。
更具体地，膜122填充有第一流体并且靠近第二流体和空气的流定位在第一热交换器120和第二热交换器128内。在一些实施方式中，膜122物理接触第二流体和空气的流中的至少一者，以促进第一流体、第二流体和空气的流之间的增强的传热。例如，膜122可以浸没在第二流体和/或空气的流中，以促进第一流体、第二流体和空气流之间的增强的传热。第一热交换器120和第二热交换器128是非加压热交换器，因为第一热交换器120和第二热交换器128包括非加压元件(膜122)，并且热交换器的部分被设计成非加压的(在5psig下或低于5psig下操作)。
第一热交换器120利用潜热冷却和显热冷却通过降低调节入口空气的温度并且将水分从调节入口空气中去除来冷却调节入口空气112。具体地，第一热交换器120对调节入口空气112进行显热冷却，从而在第一流体与调节入口空气之间交换热。第一流体使调节入口空气112的温度降低，并且冷水子系统106控制第一流体的温度。因此，冷水子系统106控制调节入口空气112的显热冷却。此外，第一热交换器120利用潜热冷却通过从调节入口空气中去除水分来冷却调节入口空气112。第二流体从调节入口空气112中去除水分，并且第二热交换器128从第二流体中去除水分。由热水子系统104循环的第一流体的温度决定了从第二流体中去除的水分的量，这决定了由第一热交换器120内的第二流体从调节入口空气112中去除的水分的量。因此，冷水子系统106内的第一流体的温度控制调节入口空气112的显热冷却，并且热水子系统104内的第一流体的温度控制调节入口空气的潜热冷却。本文中所描述的制冷剂子系统102在冷水子系统106与热水子系统104之间转换冷却，以调整热水子系统和冷水子系统内的第一流体的温度，从而调整调节入口空气112的显热冷却和潜热冷却，以实现用于调节出口空气114的特定温度设定点和特定湿度设定点。
图2是热水子系统104的示意流程图。热水子系统104包括第二热交换器128、冷凝器126和第一泵130。在该实施方式中，第一泵130是离心泵，该离心泵接收来自第二热交换器128的第一流体并且将第一流体泵送至冷凝器126并返回至第二热交换器。然而，在替代性实施方式中，泵130可以是使热水子系统104能够如本文中所描述的那样操作的任何类型的泵。在操作期间，第一泵130泵送第一流体穿过冷凝器126和第二热交换器128。冷凝器126将热从在制冷剂子系统102内循环的制冷剂传递至第一流体。第二热交换器128将热从第一流体传递至再生入口空气116。
图3是冷水子系统106的示意流程图。冷水子系统106包括第一热交换器120、蒸发器124和第二泵132。在该实施方式中，第二泵132是离心泵，该离心泵接收来自第一热交换器120的第一流体并且将第一流体泵送至蒸发器124并返回至第一热交换器。然而，在替代性实施方式中，泵132可以是使热水子系统104能够如本文中所描述的那样操作的任何类型的泵。在操作期间，第二泵132泵送第一流体穿过蒸发器124和第一热交换器120。蒸发器124将热从第一流体传递至在制冷剂子系统102内循环的制冷剂。第一热交换器120将热从调节入口空气112传递至第一流体。
图4是制冷剂子系统102的示意流程图。制冷剂子系统102包括蒸发器124、冷凝器126、压缩机134、第一膨胀阀136、第二膨胀阀138、第一开/关阀140、第二开/关阀142和制冷剂-空气热交换器144。在该实施方式中，压缩机134是涡旋压缩机。在替代性实施方式中，压缩机134可以是使制冷子系统102能够如本文中所描述的那样操作的任何类型的压缩机。在该实施方式中，第一开/关阀140和第二开/关阀142是电磁阀，并且第一膨胀阀136和第二膨胀阀138是热膨胀阀。在替代性实施方式中，第一开/关阀140和第二开/关阀142以及第一膨胀阀136和第二膨胀阀138可以是使制冷剂子系统102能够如本文中所描述的那样操作的任何类型的阀。
制冷剂子系统102具有三种操作模式：图5中所图示的第一操作模式、图6中所图示的第二操作模式以及未示出的第三操作模式。三种操作模式使得制冷剂子系统102能够根据HVAC系统100的操作要求增加传递进出制冷剂的热。HVAC系统100的操作要求由系统的设定点决定。具体地，在该实施方式中，HVAC系统100的操作要求由调节出口空气114的干球设定点和调节出口空气114的露点设定点决定。在替代性实施方式中，其他操作参数可以决定HVAC系统100的操作要求。调节出口空气114的干球设定点和露点设定点通常由用户设定。
在该实施方式中，调节出口空气114的干球温度(显热冷却)由通过冷水子系统106循环的第一流体的温度确定。较冷的第一流体从调节入口空气112传递走更多的热，从而降低了调节出口空气114的干球温度。相反地，较暖的第一流体从调节入口空气112传递走较少的热，从而增加了调节出口空气114的干球温度。此外，在该实施方式中，调节出口空气114的露点(潜热冷却)由通过热水子系统104循环的第一流体的温度确定。较暖的第一流体最终从调节入口空气112传递走更多的水分，从而降低了调节出口空气114的露点。相反地，较冷的第一流体从调节入口空气112传递走较少的水分，从而增加了调节出口空气114的露点。
然而，在典型的HVAC系统中，冷水子系统106中的第一流体的温度与热水子系统104中的第一流体的温度有关。例如，当冷水子系统106中的第一流体的温度降低时，热水子系统104中的第一流体的温度升高，因为典型的制冷子系统增加了压缩机上的负载以实现冷水子系统中的较低的温度，并且必须将热排放至热水子系统。在没有额外的排热和吸热能力的情况下，HVAC系统100将不具有足够的操作自由度来实现调节出口空气114的干球设定点和露点设定点两者。
例如，在热水子系统104的第一流体的温度使得调节出口空气114的露点处于设定点，但是调节出口空气114的干球温度高于设定点的情况下，系统将降低冷水子系统106的第一流体的温度，以将调节出口空气114的干球温度降低至设定点。然而，如上所述，降低冷水子系统106的第一流体的温度会增加热水子系统104的第一流体的温度。在没有额外的排热能力的情况下，HVAC系统100将不能实现调节出口空气114的干球设定点和露点设定点两者。
本文中所描述的制冷剂子系统102包括制冷剂-空气热交换器144，该制冷剂-空气热交换器144作为附加的冷凝器或蒸发器操作，以使HVAC系统100能够实现调节出口空气114的干球设定点和露点设定点两者。具体地，在第一操作模式中，制冷剂-空气热交换器144用作冷凝器，以用于从制冷剂额外地传递热，并且在第二操作模式中，制冷剂-空气热交换器144用作蒸发器，以用于向制冷剂额外地传递热。也就是说，制冷剂-空气热交换器144使得HVAC系统100能够在第一操作模式下增加HVAC系统100的显热冷却能力，并且在第二操作模式下增加HVAC系统的潜热冷却能力。此外，在制冷剂子系统102中包括双模式制冷剂-空气热交换器144降低了热水子系统104和冷水子系统106的复杂性，因为单个制冷剂-空气热交换器代替了通常包括在热水子系统和冷水子系统中的多个传热操作。此外，因为HVAC系统100的潜热冷却能力和显热冷却能力已经从热水子系统104和冷水子系统106转移至制冷剂子系统102，因此在与现有的HVAC系统相比时，该HVAC系统的整体潜热冷却和显热冷却需求已经降低，并且在与现有的HVAC系统相比时，该HVAC系统更有效。
此外，一些操作条件可能需要显热冷却与潜热冷却的特定比率。具体地，如果HVAC系统100需要提供显热冷却与潜热冷却的特定比例，则调整热水子系统和冷水子系统的第一流体的温度，以实现显热冷却与潜热冷却的特定比率。例如，如果对于固定量的潜热冷却需要较少的显热冷却，则制冷剂-空气热交换器144作为蒸发器操作以升高冷水温度，这进而降低了调节入口空气112的可用的显热冷却。然而，如果对于固定量的潜热冷却需要更多的显热冷却，则制冷剂-空气热交换器144作为冷凝器操作，从而降低热水温度，这进而降低了调节入口空气112的潜热冷却的量。
在第一操作模式和第二操作模式两者中，压缩机134接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂146和148，并且将未压缩的蒸气制冷剂压缩成处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂150、152。冷凝器126接收压缩的蒸气制冷剂150、152的第一部分150并且将压缩的蒸气制冷剂的第一部分冷凝成压缩的液体制冷剂154和156的第一部分154。第一膨胀阀136和第二膨胀阀138接收压缩的液体制冷剂154和156并且将压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂158和160。蒸发器124接收未压缩的液体制冷剂158和160并且将未压缩的液体制冷剂蒸发成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂146和148。第一开/关阀140和第二开/关阀142使制冷剂子系统102能够在第一操作模式与第二操作模式之间重新配置。
图5是制冷剂子系统102处于第一操作模式的示意流程图。在第一操作模式中，制冷剂-空气热交换器144用作冷凝器，以用于从制冷剂额外地传递热，以针对HVAC系统100的固定量的潜热冷却能力增加显热冷却能力。第一开/关阀140打开并且第二开/关阀142关闭，从而允许压缩的蒸气制冷剂150、152的第二部分152流动至制冷剂-空气热交换器144。制冷剂-空气热交换器144将压缩的蒸气制冷剂150、152的第二部分152冷凝成压缩的液体制冷剂154和156的第二部分156。具体地，制冷剂-空气热交换器144将热从压缩的蒸气制冷剂150、152的第二部分152传递至空气162的流，从而将压缩的蒸气制冷剂的第二部分冷凝成压缩的液体制冷剂154和156的第二部分156。制冷剂-空气热交换器144在第一操作模式中用作制冷剂子系统102内的第二冷凝器，从而针对HVAC系统100的固定量的潜热冷却能力增加显热冷却能力。
在第一操作模式中，如上所述，冷凝器126还接收并冷凝压缩的蒸气制冷剂150、152的第一部分150。压缩的液体制冷剂154和156的第二部分156从制冷剂-空气热交换器144流出，以与压缩的液体制冷剂154和156的第一部分154混合。在第一操作模式中，压缩的液体制冷剂154和156的第二部分156绕过第二膨胀阀138。具体地，制冷剂子系统102还包括止回阀155，止回阀155绕过第二膨胀阀138并且绕开第二膨胀阀引导压缩的液体制冷剂156。第一膨胀阀接收混合的压缩的液体制冷剂154和156并且将压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂158和160的第一部分158。未压缩的液体制冷剂158和160的第一部分158流动至蒸发器124，并且该蒸发器将未压缩的液体制冷剂蒸发成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂146和148的第一部分146。压缩机134接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂146和148的第一部分146并且将未压缩的蒸气制冷剂压缩成处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂150、152。
图6是制冷剂子系统102处于第二操作模式的示意流程图。在第二操作模式中，制冷剂-空气热交换器144用作蒸发器，以用于向制冷剂额外地传递热，以针对HVAC系统100的固定量的潜热冷却能力降低显热冷却能力。第一开/关阀140关闭并且第二开/关阀142打开，从而防止压缩的蒸气制冷剂150、152的第二部分152流向制冷剂-空气热交换器144。相反地，被压缩机134压缩的所有制冷剂作为压缩的蒸气制冷剂150、152的第一部分150流动至冷凝器126。冷凝器126将压缩的蒸气制冷剂150、152的第一部分150冷凝成压缩的液体制冷剂154和156的第一部分154。压缩的蒸气制冷剂150、152的第一部分150被分流，使得第一膨胀阀136将压缩的液体制冷剂的第一部分膨胀成未压缩的液体制冷剂158和160的第一部分158，并且第二膨胀阀138将压缩的液体制冷剂的第一部分膨胀成未压缩的液体制冷剂158和160的第二部分160。第一膨胀阀136控制未压缩的液体制冷剂158和160进入蒸发器124的第一部分158的流，并且第二膨胀阀138控制未压缩的液体制冷剂158和160的进入制冷剂-空气热交换器144的第二部分160的流。
制冷剂-空气热交换器144接收未压缩的液体制冷剂158和160的第二部分160，并将热从空气162传递至未压缩的液体制冷剂的第二部分，从而将未压缩的液体制冷剂的第二部分蒸发成未压缩的蒸气制冷剂146和148的第二部分148。制冷剂-空气热交换器144在第二操作模式中用作制冷剂子系统102内的第二蒸发器，从而针对HVAC系统100的固定量的潜热冷却能力降低显热冷却能力。此外，蒸发器124接收未压缩的液体制冷剂158和160的第一部分158并将热从空气传递至未压缩的液体制冷剂的第一部分，从而将未压缩的液体制冷剂的第二部分蒸发成未压缩的蒸气制冷剂146和148的第一部分146。未压缩的蒸气制冷剂146和148的第一部分146和第二部分148混合并且流动至压缩机134。
当制冷剂从冷水子系统106吸收比可以被排放至再生入口空气116更多的热时，第一操作模式使得制冷剂子系统102能够将热排放至大气而不会偏离调节出口空气114的露点设定点。具体地，如果太多的热从调节入口空气112传递至冷水子系统106，使得热不能在不偏离调节出口空气114的露点设定点的情况下被排放至再生入口空气116，则制冷剂-空气热交换器144充当附加的冷凝器，以将多余的热排放至大气。相反地，当冷水子系统104的第一流体的温度太冷并且调节出口空气114的温度偏离调节出口空气114的干球设定点时，第二操作模式使得制冷剂子系统102能够从大气中吸收热。具体地，如果调节出口空气114的露点处于设定点并且冷水子系统104的第一流体的温度太冷，使得调节出口空气114的温度低于干球设定点，则制冷剂-空气热交换器144充当附加的蒸发器，以从大气中吸收额外的热，并且增加第一流体和调节出口空气114的温度而不改变调节出口空气的露点。因此，制冷剂-空气热交换器144的操作模式使得HVAC系统100能够将调节出口空气114同时调节至干球设定点和露点设定点。也就是说，制冷剂-空气热交换器144的操作模式提供了额外的自由度，以允许系统在单件传热设备中同时实现干球设定点和露点设定点两者。
在第三操作模式中，制冷剂-空气热交换器144被绕过，并且制冷剂子系统102像典型的制冷剂子系统一样操作。在达到干球设定点和露点设定点而不需要多余的排热或额外的吸热的情况下，制冷剂-空气热交换器144被绕过，并且制冷剂子系统102像典型的制冷剂子系统一样操作。
图7是使用制冷剂子系统将热从暖通空调(HVAC)系统的冷水子系统传递至HVAC系统的热水子系统的方法200的流程图。制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和制冷剂-空气热交换器。方法200包括使用压缩机将处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂压缩202成处于比第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂。方法200还包括使用冷凝器将压缩的蒸气制冷剂冷凝204成压缩的液体制冷剂并将热从压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体。方法200还包括使用膨胀阀将压缩的液体制冷剂膨胀206成未压缩的液体制冷剂。方法200还包括使用蒸发器将未压缩的液体制冷剂蒸发208成处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至未压缩的蒸气制冷剂。方法200还包括在第一操作模式中，使用冷凝器将压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝210成液体，并且使用制冷剂-空气热交换器将压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝210成液体并将热从压缩的蒸气制冷剂的第二部分传递至空气。
所描述的示例HVAC系统包括用于从空气的流中去除热和水分的多个子系统。HVAC系统包括制冷剂子系统、热水子系统和冷水子系统，这些子系统提高了HVAC系统的效率。热水子系统和冷水子系统是不包括额外传热能力的封闭系统。相反地，所描述的制冷剂子系统包括具有多种操作模式的制冷剂-空气热交换器，制冷剂-空气热交换器根据HVAC系统的操作需要将热传递至环境或者从环境中吸收热。制冷剂-空气热交换器的多种操作模式增加了制冷剂子系统和HVAC系统的操作灵活性，同时降低了热水子系统和冷水子系统的操作复杂性。此外，由于制冷剂-空气热交换器代替了热水子系统和冷水子系统内的多件传热设备，因此在与现有的HVAC系统相比时，本文中所描述的HVAC系统的资本成本降低了。此外，由于HVAC系统的一些传热能力已经从热水子系统和冷水子系统转移至制冷剂子系统中的单件设备，因此在与现有的HVAC系统相比时，该HVAC系统的总体传热需求已经降低，并且在与现有的HVAC系统相比时，该HVAC系统更高效。因此，相比于现有的HVAC系统，本文中描述的HVAC系统不太复杂，具有较低的资本成本，并且更高效。
上文详细描述了HVAC系统和操作该系统的方法的示例实施方式。该系统和方法不限于本文中所描述的具体实施方式，而是相反地，该系统和方法的部件可以与本文中所描述的其他部件独立地且分开地使用。例如，本文中所描述的系统可以在除HVAC系统之外的系统中使用。
当引入本公开或其实施方式的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意在表示存在一个或更多个元件。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”意在是包括性的，并且意味着除了所列举元件之外可能还存在附加的元件。使用指示特定取向的术语(例如，“顶部”、“底部”、“侧部”等)是为了便于描述而非要求所描述的物体的任何特定取向。
由于可以在不脱离本公开的范围的情况下对上述结构和方法进行各种改变，因此所意图的是，上述描述中包含的以及在附图中示出的所有内容应当被解释为说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于暖通空调系统(HVAC)的制冷剂子系统，所述制冷剂子系统包括：
压缩机，所述压缩机接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂，其中，所述制冷剂作为处于比所述第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂离开所述压缩机；
冷凝器，所述冷凝器用于将所述压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从所述压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体；
膨胀阀，所述膨胀阀用于将所述压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂；
蒸发器，所述蒸发器用于将所述未压缩的液体制冷剂蒸发成处于所述第一压力的所述未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至所述未压缩的蒸气制冷剂；以及
制冷剂-空气热交换器，所述制冷剂-空气热交换器具有第一操作模式和第二操作模式，其中，在所述第一操作模式中，所述冷凝器适于将所述压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且所述制冷剂-空气热交换器适于将所述压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从所述压缩的蒸气制冷剂的所述第二部分传递至空气。
2.根据权利要求1所述的制冷剂子系统，其中，在所述第二操作模式中，所述蒸发器适于将所述未压缩的液体制冷剂的第一部分从液体蒸发成蒸气，并且所述制冷剂-空气热交换器适于将所述未压缩的液体制冷剂的第二部分从液体蒸发成蒸气并将热从所述空气传递至所述未压缩的液体制冷剂的所述第二部分。
3.根据权利要求2所述的制冷剂子系统，其中，至少一个所述膨胀阀包括第一膨胀阀和第二膨胀阀，并且其中，在所述第一操作模式中，所述第一膨胀阀将所述压缩的液体制冷剂膨胀成所述未压缩的液体制冷剂。
4.根据权利要求3所述的制冷剂子系统，还包括止回阀，所述止回阀设置成绕过所述第二膨胀阀，并且其中，在所述第一操作模式中，所述止回阀引导所述压缩的液体制冷剂的第一部分绕过所述第二膨胀阀。
5.根据权利要求3所述的制冷剂子系统，其中，在所述第二操作模式中，所述第一膨胀阀控制所述未压缩的液体制冷剂的进入所述蒸发器的所述第一部分，并且所述第二膨胀阀控制所述未压缩的液体制冷剂的进入所述制冷剂-空气热交换器的所述第二部分。
6.根据权利要求4所述的制冷剂子系统，还包括第一开/关阀和第二开/关阀，并且其中，在所述第一操作模式中，所述第一开/关阀打开以将所述压缩的蒸气制冷剂的所述第二部分从所述压缩机引导至所述制冷剂-空气热交换器，并且所述第二开/关阀关闭。
7.根据权利要求6所述的制冷剂子系统，其中，在所述第二操作模式中，所述第二开/关阀打开以将所述未压缩的蒸气制冷剂的第二部分从所述制冷剂-空气热交换器引导至所述压缩机，并且所述第一开/关阀关闭。
8.根据权利要求6所述的制冷剂子系统，其中，所述第一开/关阀和所述第二开/关阀是电磁阀。
9.根据权利要求6所述的制冷剂子系统，其中，所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀是热膨胀阀。
10.根据权利要求6所述的制冷剂子系统，其中，所述制冷剂-空气热交换器是制冷剂-空气盘管。
11.一种暖通空调(HVAC)系统，所述暖通空调系统包括：
热水子系统，所述热水子系统用于使第一流体的流循环；
冷水子系统，所述冷水子系统用于使第二流体的流循环；以及
制冷剂子系统，所述制冷剂子系统用于将热从所述冷水子系统传递至所述热水子系统和环境，所述制冷剂子系统包括：
压缩机，所述压缩机接收处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂，其中，所述制冷剂作为处于比所述第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂离开所述压缩机；
冷凝器，所述冷凝器用于将所述压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从所述压缩的蒸气制冷剂传递至所述第一流体；
膨胀阀，所述膨胀阀用于将所述压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂；
蒸发器，所述蒸发器用于将所述未压缩的液体制冷剂蒸发成处于所述第一压力的所述未压缩的蒸气制冷剂并将热从所述第二流体传递至所述未压缩的蒸气制冷剂；以及
制冷剂-空气热交换器，所述制冷剂-空气热交换器具有第一操作模式和第二操作模式，其中，在所述第一操作模式中，所述冷凝器适于将所述压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且所述制冷剂-空气热交换器适于将所述压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从所述压缩的蒸气制冷剂的所述第二部分传递至空气。
12.根据权利要求11所述的暖通空调系统，其中，所述热水子系统包括所述冷凝器、第一泵和第一热交换器，其中，所述第一泵接收来自所述第一热交换器的所述第一流体的流并且将所述第一流体的流泵送至所述冷凝器。
13.根据权利要求12所述的暖通空调系统，其中，所述冷水子系统包括所述蒸发器、第二泵和第二热交换器，其中，所述第二泵接收来自所述第二热交换器的所述第二流体的流并且将所述第二流体的流泵送至所述蒸发器。
14.根据权利要求13所述的暖通空调系统，其中，所述第一热交换器和所述第二热交换器在第三流体与空气之间传递水分和热，所述第一热交换器将热从所述第一流体传递至所述第三流体和所述空气，所述第二热交换器将热从所述第三流体和所述空气传递至所述第二流体。
15.根据权利要求14所述的暖通空调系统，其中，所述第一流体和所述第二流体是水，并且所述第三流体是液体干燥剂。
16.一种使用制冷剂子系统将热从暖通空调(HVAC)系统的冷水子系统传递至所述暖通空调系统的热水子系统的方法，所述制冷剂子系统包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀和制冷剂-空气热交换器，所述方法包括：
使用所述压缩机将处于第一压力的未压缩的蒸气制冷剂压缩成处于比所述第一压力高的第二压力的压缩的蒸气制冷剂；
使用所述冷凝器将所述压缩的蒸气制冷剂冷凝成压缩的液体制冷剂并将热从所述压缩的蒸气制冷剂传递至第一流体；
使用所述膨胀阀将所述压缩的液体制冷剂膨胀成未压缩的液体制冷剂；
使用所述蒸发器将所述未压缩的液体制冷剂蒸发成处于所述第一压力的所述未压缩的蒸气制冷剂并将热从第二流体传递至所述未压缩的蒸气制冷剂；以及
在第一操作模式中，使用所述冷凝器将所述压缩的蒸气制冷剂的第一部分从蒸气冷凝成液体，并且使用所述制冷剂-空气热交换器将所述压缩的蒸气制冷剂的第二部分从蒸气冷凝成液体并将热从所述压缩的蒸气制冷剂的所述第二部分传递至空气。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在第二操作模式中，使用所述蒸发器将所述未压缩的液体制冷剂的第一部分从液体蒸发成蒸气，并且使用所述制冷剂-空气热交换器将所述未压缩的液体制冷剂的第二部分从液体蒸发成蒸气并将热从所述空气传递至所述未压缩的液体制冷剂的所述第二部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述膨胀阀包括第一膨胀阀和第二膨胀阀，所述方法还包括：在所述第一操作模式中，使用所述第一膨胀阀将所述压缩的液体制冷剂膨胀成所述未压缩的液体制冷剂。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：在所述第二操作模式中，使用所述第一膨胀阀控制所述未压缩的液体制冷剂的进入所述蒸发器的所述第一部分，并且使用所述第二膨胀阀控制所述未压缩的液体制冷剂的进入所述制冷剂-空气热交换器的所述第二部分。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述制冷剂子系统还包括绕过所述第二膨胀阀的止回阀，所述方法还包括：在所述第一操作模式中，使用所述止回阀引导所述压缩的液体制冷剂的第一部分绕过所述第二膨胀阀。
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