[发明专利]具有改进的热回收特征的热泵冷却器

说明书

技术领域

本发明总体涉及暖通空调与制冷(HVAC&R)系统，具体涉及能够诸如利用冷却水来执行加热和冷却功能的系统。

已知各种各样的目前用于加热和冷却流体的系统，所述流体诸如水、盐水、空气等。在许多建筑HVAC&R系统中，例如，水或盐水被加热或冷却，然后循环通过建筑物，其中所述水或盐水被导向通过空气处理机，所述空气处理机吹动空气经过热交换器，以根据季节和建筑物条件来加热或冷却空气。一些这样的系统被设计仅用于冷却，而其他一些系统可用作热泵。在热泵系统中，制冷剂流过蒸发和冷凝制冷剂的热交换器的方向被换向，以允许从受控空间吸取热量(冷却模式)，或者用于将热量注入到空间中(热泵模式)。

用于冷却水系统的热泵和热回收的现有技术包括许多种，每种技术都具有一些优点，但是也存在缺点。例如，水-水热泵通常在热泵模式下具有良好效率、以及对热水温度的良好控制。这样的系统总体是可用的，但是通常需要同时加热和冷却负载以实现合适运行。在仅在冷却运行下使用时，如果利用湿塔蒸发器，它们往往会沉积。带有热回收的空气冷却式冷却器也是可用的，并且具有便宜、以及在高的周围温度下高效的益处。但是，这样的系统对于水温以及可用的加热容量具有有限控制，尤其在较低的周围温度下。空气-水的热泵——一般在欧洲和亚洲更可轻易获得，在北美较少——其提供高效的加热并且对水温有较好控制。但是，这样的系统昂贵，并且不能在单个单元中提供加热和冷却。此外，经过用于在冷却和热泵模式之间切换的换向阀的压降通常非常高。

其他的热泵技术可用于直接膨胀(“DX”)系统，其中制冷剂直接加热或冷却室内空气，但是存在限制其应用的问题。空气-空气热泵、地热式的热泵、以及可变的制冷剂流(“VRF”)系统都是DX系统的例子。它们对于改进现有的具有冷却水系统的建筑物具有明显的限制。它们通常用在较小的建筑物或单层建筑中。单个系统的尺寸较小，一般小于20吨，因此大的建筑物将需要许多系统以及非常长的制冷剂管道。

这些系统的一个额外问题在于：它们会允许制冷剂直接泄露到占用的空间中，这会引起环境问题，尤其对于天然制冷剂。尽管对于目前的制冷剂存在这些问题，但当使用具有增强可燃性和/或毒性的制冷剂(诸如碳氢化合物、氨和HFO-1234yf)时，这些问题显然会更加明显。

需要一种能够既提供对诸如水或盐水的二次流体的加热、又提供对所述二次流体的冷却的改进的HVAC&R系统。

发明内容

本发明涉及被设计用于响应这些需要的系统和方法。所述系统可被总体设计用于许多HVAC&R应用，尤其非常适合冷却和/或加热诸如水和盐水的二次流体。根据本发明的一个典型系统可包括一个蒸发器，其被配置为使制冷剂蒸发以冷却第一流体流；一个压缩机，其联接至所述蒸发器，被配置为压缩已蒸发的制冷剂；以及一个冷凝器，其被配置为冷凝由所述压缩机压缩的制冷剂，以加热第二流体流。另一个热交换器——其可布置在受控空间(诸如建筑物)以外——被配置为接收来自所述冷凝器的制冷剂，以选择性地从所述制冷剂中提取热量或者增加热量至所述制冷剂，以及将所述制冷剂传送至所述蒸发器。第一控制阀系(valving)联接在所述冷凝器和所述热交换器之间，被配置为在系统的第一工作模式中调整从所述冷凝器到所述热交换器的制冷剂的流量。第二控制阀系联接在所述冷凝器和所述热交换器之间，被配置为在系统的第二工作模式中调整从所述热交换器到所述蒸发器的制冷剂的流量。

视应用和应用的需要而定，通过合适控制所述阀系可实现许多不同的工作模式。例如，所述系统可工作在如下模式的两个或更多个中：仅冷却模式、带有部分热回收的冷却模式、带有辅助排热的热泵模式、带有完全热回收的热泵模式、带有源自热交换器的辅助热的热泵模式、仅加热模式、以及除霜模式。

附图说明

图1是根据本发明的多个方面的一个示例的HVAC&R系统的图解图；

图2是一个表格，示出了图1的系统的各种目前设想的工作模式，以及在各种模式下可如何控制某些部件；

图3是关于本发明系统的一个替代配置的图解图；

图4是关于本发明系统的另一个替代配置的图解图；

图5是关于本发明系统的又一个替代配置的图解图；以及

图6是关于系统的某些目前设想的工作模式的图解示意图。

具体实施方式