用於混合水加熱和空氣冷卻及其控制的設備和方法與流程

2023-08-11 18:40:51

背景技術：

先前已經提出了多種設備和方法，以用於通過使用來自空調設備的製冷劑(refrigerant)來預加熱熱水器或儲水罐中的水，所述空調設備例如是，具有不可逆的製冷劑迴路的空調，用於具有可逆製冷劑迴路的家用空調的熱泵，或是屋頂單元(rtu)商用系統，其僅以空氣冷卻模式操作，但是具有閥以將製冷劑流從壓縮機引導至風冷冷凝器或引導至水冷冷凝器/熱交換器，其從用於提供冷氣至商業建築內的製冷劑交換熱量到來自商業建築的水加熱系統中的水。

技術實現要素：

本發明認識到了、並且解決在現有技術構造和方法中的多個缺陷。

在一個實施例中，用於調節空氣和用於加熱水的系統包括製冷劑路徑。在製冷劑路徑中的第一冷凝器設置在氣流路徑中，使得第一冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第一冷凝器的製冷劑傳遞熱量到氣流路徑中的空氣。在製冷劑路徑中的第二冷凝器限定水流路徑，使得第二冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第二冷凝器的製冷劑傳遞熱量到水流路徑中的水。所述系統在製冷劑路徑中包括從第一冷凝器到蒸發器的輸出線路，以及與製冷劑路徑操作性通信的控制系統。控制系統配置為選擇性地將製冷劑流引導通過第一冷凝器或第二冷凝器，並且，通過引導製冷劑流通過第二冷凝器而不引導製冷劑流通過第一冷凝器，響應於輸出線路或第一冷凝器中的壓力而從第一冷凝器排流製冷劑。

在另一實施例中，用於調節空氣和用於加熱水的系統包括製冷劑路徑。在製冷劑路徑中的第一冷凝器設置在第一氣流路徑中，使得第一冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第一冷凝器的製冷劑傳遞熱量到第一氣流路徑中的空氣。在製冷劑路徑中的第二冷凝器限定水流路徑，使得第二冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第二冷凝器的製冷劑傳遞熱量到水流路徑中的水。製冷劑路徑中的蒸發器設置在第二氣流路徑中，使得第二氣流路徑中的空氣將熱量傳遞至移動通過蒸發器的製冷劑。製冷劑路徑中的壓縮機配置為移動在製冷劑路徑中的製冷劑。所述系統在製冷劑路徑中包括從第一冷凝器經由膨脹閥到蒸發器的輸出線路，以及與製冷劑路徑操作性通信的控制系統。控制系統配置為選擇性地從壓縮機將製冷劑流引導至第一冷凝器或第二冷凝器，並且，通過引導製冷劑流至第二冷凝器而不引導製冷劑流至第一冷凝器，響應於輸出線路或第一冷凝器中的壓力而從第一冷凝器將製冷劑排至第二冷凝器和蒸發器之間的流中。

在又一實施例中，用於調節空氣和用於加熱水的系統包括製冷劑路徑。在製冷劑路徑中的第一冷凝器設置在第一氣流路徑中，使得第一冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第一冷凝器的製冷劑傳遞熱量到第一氣流路徑中的空氣。在製冷劑路徑中的第二冷凝器限定水流路徑，使得第二冷凝器從移動通過製冷劑路徑中的第二冷凝器的製冷劑傳遞熱量到水流路徑中的水。製冷劑路徑中的蒸發器設置在第二氣流路徑中，使得第二氣流路徑中的空氣將熱量傳遞至移動通過蒸發器的製冷劑。製冷劑路徑中的壓縮機配置為移動在製冷劑路徑中的製冷劑。所述系統包括在製冷劑路徑中從第一冷凝器經由膨脹閥至蒸發器的輸出線路，從輸出線路到蒸發器的、相對於製冷劑路徑在膨脹閥的下遊的製冷劑排流線路，相對於所述輸出線路設置的傳感器、使得所述傳感器輸出對應於所述輸出線路中壓力的信號，以及控制系統，其與傳感器和排流線路操作性的通信以選擇性地打開和關閉排流線路。控制系統配置為響應於信號來控制排流線路的打開。

本發明的其他目的、特徵和方面可通過所公開的元件的多種組合方式和子組合方式來實現，所述多種組合方式和子組合方式將在下文中詳細討論。

附圖說明

本發明的方面可參考下列附圖而更好地理解。附圖中的部件無需按比例。本發明的有效公開，包括其最優模式，參考附圖在說明書中詳細地描述，其中：

圖1是根據本發明的實施例的建築的示意性視圖，該建築具有水存儲、加熱、使用系統，內部空間，空調系統，該空調系統與內部空間連通以將經調節的空氣傳送至內部空間；

圖2是示於圖1的空調系統的實施例的示意性視圖；

圖3是示於圖2的空調系統的示意性視圖；

圖4是示於圖2的空調系統的示意性視圖；

圖5是示於圖2的空調系統的示意性視圖；

圖6是如圖1所示的空調系統的示意性視圖；

圖7是示出了如圖1-6所示的空調系統的操作的流程圖；

圖8是示出了如圖1-6所示的空調系統的操作的流程圖；以及

圖9a和圖9b是示出了如圖1-6所示的空調系統的操作的流程圖。

在說明書和附圖中的附圖標記的重複使用意於表示本發明的實施例的相同或類似的特徵或元件。

具體實施方式

現在將參照本發明的當前優選實施例以及在附圖中示出的一個或多個示例來詳細地描述本發明。每個示例作為對本發明的解釋來提供，而非對本發明的限制。實際上，對於本領域技術人員顯而易見的是，可以對這些示例進行修改和變型，而不會偏離本發明的範圍和精神。例如，作為一個實施例描述或示出的特徵可用在另一實施例中或其他進一步的實施例中。因此，本發明意於覆蓋在隨附的權利要求和其等價物的範圍內的這些變型和修改。

如文中所使用的，「空調」設備、系統等包括可用於改變被傳送到被調溫空間的氣體的溫度並且具有相關的製冷劑迴路的設備。因此，「空調」設備或系統可包括，而不限於，(1)空調單元(「空調器」)，具有可用於冷卻被傳送到被調溫空間的空氣的不可逆製冷劑迴路，或(2)熱泵，其具有可用於加熱或冷卻被傳送到被調溫空間的空氣的可逆製冷劑迴路。

此外，用於本申請和隨附的權利要求中的術語「或」是指「同或」而非「異或」。即，除非特別說明，或是從文中所排除，短語「x採用a或b」是指自然包含序列。即，短語「x採用a或b」滿足以下任一種情況：x採用a；x採用b；或x採用a和b兩者。此外，如本申請和隨附權利要求中所使用的術語「一」或「一個」應當通常被解釋為是指「一個或多個」，除非另外說明或是被文中文本排除而引向單數形式。在整個說明書和權利要求中，下列術語至少具有相關明確的含義，除非在文中指出其他含義。在下文中指出的含義並非必須限制術語，而是僅提供術語的示意性示例。術語「一」、「一個」以及「該」可包括複數形式，並且「在……中」可包括「在……中」和「在……上」。文中所使用的短語「在一個實施例中」，非必須代指相同的實施例，雖然也可以代指相同的實施例。

將關於系統展示多個方面或特徵，所述系統可包括多個裝置、部件、模塊等。可以理解或意識到，多個系統可包括額外的裝置、部件模塊等，和/或可不包括關於附圖討論的所有的裝置、部件、模塊等。也可使用這些方法的組合。

空調系統在製冷劑的連續循環的一些點出捕捉熱量，並且將熱量傳遞至一結構或將熱量從一結構移除，取決於所述系統是工作於冷卻模式或是是否能夠雙模式操作，處於加熱模式。在實行本發明的一個或多個實施例的原則時，那些熱量的一部分可被捕捉並且用於加熱水以傳送至一結構的終端使用，諸如系統也提供調溫空氣的建築。在一些實施例中，空調系統可以，以處於由維持水溫的熱水器所使用的高的設定點處或以下的溫度，將加熱的水提供至建築的水加熱系統的初始級。在水加熱系統中的一個或多個電子元件或氣體燃燒器可提供額外的熱量以將水溫提高至總系統的高設定點溫度。

空調系統/水加熱系統10採用本發明的一個或多個實施例的原則，其在圖1中示意性地示出，並且包括空調系統12，在當前示出的實施例中，空調系統12是屋頂安裝類型的空調系統，其可用於例如，調節在一結構(諸如商業建築)18的內部空間16內的空氣。空調系統12設置在建築18的屋頂20上，並且具有導管22，導管22從系統12的主殼體24延伸通過屋頂20並且進入內部空間16。在殼體24內的風扇21(圖6)將空氣23通過導管22從空間16抽吸到蒸發器盤管54(圖2-6)，該蒸發器盤管54設置在殼體24中並且將熱量從熱氣23傳遞至系統製冷劑迴路中的製冷劑，從而冷卻空氣，空調系統然後將該空氣通過第二導管26返回(如25所指出的)至內部空間16，該第二導管從殼體24延伸通過屋頂20。如下文中更詳細地描述，系統12然後在風冷冷凝器盤管46(圖2-6)處冷卻製冷劑，在該風冷冷凝器盤管46處，製冷劑將熱量傳遞至由第二風扇29(圖6)抽吸到冷凝器盤管上的環境空氣27(圖6)。

在系統10需要加熱的水的一些時候，空調系統12將製冷劑冷卻功能從風冷冷凝器轉換為熱交換器盤管50(圖2-6)，該熱交換器盤管50從建築18的水加熱系統38內的儲水罐接收水，使得製冷劑將熱量傳遞至水而非環境空氣27。因此，熱交換器50可被認為是水冷的冷凝器。罐30初始地從冷水管14經由管件32從冷水源31接收冷水(例如，地溫)。管件32是「t」形管件，其允許基於壓差的冷水流。當泵52被關閉時，並且當水從儲水罐30抽吸時，冷水從源31流入罐30。當泵52被激活時，並且當沒有來自於源31的冷水需求時，來自於儲存罐30的水通過管件32經由管14流至泵52。當有冷水需求時，泵52可從源31抽吸所有的冷水，或者通過管14從源31抽吸冷水和從罐30抽吸水的組合。

在泵52被激活時，泵52從罐30和/或源31向上抽吸初始冷水，並且將該水引導至水冷冷凝器50。在將製冷劑熱量傳遞至水之後，系統12將當前的溫水從熱交換器通過第二管28(其將溫水經由管件33傳送至儲水罐30)輸出。如在下文中更詳細地描述的，將水從罐30向上抽吸到水冷冷凝器50，將熱量貢獻至水，並且將水返回至罐30的該循環重複，從而將罐中的水朝向目標溫度增加。雖然罐30的結構可能變化，在該示例中，罐30可以是115加侖陶瓷搪瓷內膽的罐，其具有兩英寸硬質泡沫絕熱部和烘烤搪瓷缸套，提供為由喬治亞州、亞特蘭大的rheem製造公司的型號名稱為sta120的產品。

當器皿洗滌器34，水龍頭36或建築18的其他固定裝置或裝置需要來自水加熱系統38的一個或多個無罐式熱水器級的熱水時，水加熱系統控制電路35控制打開相應閥的繼電器(未示出)，該些閥允許來自罐30的預熱水通過管40流入系統38的相應的無罐水加熱級。如應當理解的，在膨脹罐41和管40之間的示出的閥是常閉的。無罐水加熱系統38將水加熱至最終閾值溫度，例如140°f或185°f，並且將最終加熱的水輸出至熱水線路42，該熱水線路將加熱的水引導至建築18，例如器皿洗滌器或水龍頭。當水加熱級38從罐30抽吸水時，冷水源31補充罐30。這降低了罐30中的水的溫度，但是隨著上述循環的重複，水冷冷凝器50的加熱功能持續地溫熱罐中的水。如圖1中所示出的，管件32設置為靠近罐30的底部。由於罐中的更冷的水通常更靠近罐的底部，這允許系統12有助於加熱罐中最冷的水。如應當理解的，膨脹罐41可設置在系統中，以當其加熱時從罐接收水，並且從而膨脹，在其正常操作模式中，而不會阻斷系統的洩壓閥。

圖2-6示意性地示出了空調系統12的實施例，其採用了根據本發明的一個或多個原理。如上文所述，系統12包括風冷的冷凝盤管46，壓縮機(即泵)48，以及蒸發器盤管54。在額外使用板型的熱交換器(水冷冷凝器)50和水泵52的情況下，系統12被布置為以空氣冷卻模式操作，而同時將補充的、基於製冷劑的熱量提供至存儲在水罐30(圖1)中的水。示意性示出的電控系統56(僅在圖2中示出，但是在圖1-6的系統中存在)控制空調/水預加熱系統12的多個功能，並且操作其多個隨後描述的部件。

如應當理解的，從製冷劑流來看，空調系統可包括，流過壓縮機、冷凝器和蒸發器的製冷劑的閉合循環。在所謂的分流系統中，蒸發器典型地設置在從調溫空間(例如，諸如空間16的建築內部空間，如圖1所示)接收調溫空氣的外殼內，諸如在將流通的內部空氣抽吸跨過蒸發器的空氣處理器。由於蒸發器與室內空氣相關聯，雖然，如在當前描述的實施例中，其通常被參考作為「室內」盤管，但是其物理位置可以在系統所服務的建築的內部或外部。冷凝器盤管通常設置在調溫空間的結構的外部，在該調溫空間處，風扇將周圍環境空間抽吸跨過冷凝器盤管以將熱量從製冷劑移除。在當前附圖中示出的室外的、屋頂安裝的系統中，兩個盤管都設置在調溫空間的外部，但是來自空間內部的空氣從內部空間被引導，例如通過一個或多個導管(諸如圖1中示出的導管22和26)，至蒸發器盤管，並且然後返回至空間16。然而，無論其物理位置為何，蒸發器將熱量貢獻至製冷劑，而同時冷凝器輸出從製冷劑獲得的熱量。

如將被理解的，當液體製冷劑響應於膨脹閥在蒸發器盤管的輸入處的影響而蒸發時，製冷劑部分地在蒸發器處從室內空氣獲取熱量。當系統的空氣處理器風扇將建築的流通空氣移動過蒸發器盤管時，製冷劑從液體到氣體的相變從室內空氣移除能量(即，熱量)，從而當其被驅動返回建築的調溫空間內時冷卻空氣。暖的製冷劑氣體然後從蒸發器盤管流至壓縮機，該壓縮機接收氣體並且將其泵回冷凝器，加壓加熱。冷凝器冷卻製冷劑，從而將製冷劑(從蒸發器和壓縮機)獲得的熱經由風扇移過盤管的氣流而消散至周圍環境，並且經冷卻的製冷劑流回蒸發器。即，製冷劑從壓縮機流至冷凝器，至蒸發器，然後返回至壓縮機。

隨著蒸發器冷卻製冷劑，製冷劑從蒸汽相變至液體，並且由於在熱交換器內的摩擦，其壓力降低。然而，製冷劑流動路徑長度和管長度，以及壓縮機的尺寸和強度，被選擇為使得足夠的正壓和負壓存留於冷凝器的輸出和輸入處，以維持製冷劑流至蒸發器並且從其返回至壓縮機。在本領域中應當理解的是，這些系統部件和操作參數的選擇使得能夠實現流過流體迴路的期望的熱量傳遞和流通的製冷劑流。雖然應當理解的是，下文描述的空調系統被設計為提供充分的熱量傳遞和壓力以維持系統操作，這些變量在文中不再進一步討論。

文中描述的一個或多個實施例將板型的熱交換器50插入製冷劑路徑中，該熱交換器50從水加熱系統存儲罐30接收水或是接收另外準備的水，使得熱交換器將熱量從製冷劑傳遞至罐中的水。在系統操作中，水冷的熱交換器將空調系統中的風冷冷凝器46置於壓縮機—冷凝器—蒸發器—壓縮機的順序中，但是應當理解的是，製冷劑到水冷熱交換器的部分分流也是在本發明的範圍內。因此，雖然本公開初步地提供了風冷冷凝器和水冷冷凝器完全相互替代，但是應當理解的是，其他布置也落入本公開的範圍內。

此外，雖然當前描述的實施例在屋頂類型的空調系統的背景下討論，其中冷凝器和蒸發器位於相同的殼體內，但是應當理解的是，本公開包含其他的空調系統，例如其中風冷冷凝器設置在建築的外部或建築的內部(外部環境空氣被傳遞到冷凝器)，以及其中水冷冷凝器和蒸發器位於建築的內部或外部。

控制系統56可包括可編程的邏輯控制器(plc)或其他的計算器，其用作用於系統12的通用系統控制器。例如容納在系統12的殼體24(圖1)中，plc(通過適當的電線或無線連接，繼電器，電壓，和其他的機電連接，如本領域中應當理解的)與文中描述的部件的致動和操作性通信並控制該些部件的致動和操作，這些部件包括但不限於(一個或多個)壓縮機，風冷冷凝器風扇，蒸發器風扇，水泵，三通閥，和其他所有的電控閥和繼電器。這樣，控制系統與空調系統12的操作部件通信並控制該些操作部件，該些操作部件包括在製冷劑路徑中的閥系統，該閥系統與(一個或多個)壓縮機(也由控制系統控制)相結合來控制製冷劑流。對控制系統56和空調系統12、罐30(圖1)和水加熱系統38(圖1)的部件的每一個之間的連接的參考包括這些通信和控制。這些通信也可包括控制系統和溫度傳感器之間的通信，該溫度傳感器在系統12周圍並為控制系統提供對應於系統12周圍環境溫度的信號。此外，控制系統56從建築的調溫空間中的一個或多個溫度控制器接收輸入信號，該一個或多個溫度控制器提供關於是否激活空調系統的指令(即，冷卻需求)為空氣冷卻操作模式，從空氣冷卻模塊停用空調系統，以及致動空氣處理器的指令。(一個或多個)溫度控制器的每一個位於調溫空間中，並且包括溫度傳感器，其還可將對應於調溫空間16(圖1)的溫度的信號輸出至控制系統。溫度控制器在產生這些指令的操作應當是容易理解的，因此在文中不再進一步討論。(一個或多個)溫度控制器可被認為是控制系統56的一部分，並且，在任何情況下，控制系統可分享或執行典型地由(一個或多個)溫度控制器執行的功能。相應地，文中參考的由控制系統56執行的多個功能可包含控制系統和(一個或多個)溫度控制器之間的通信，以及控制系統和系統12壓縮機、冷凝器和蒸發器風扇、水泵、閥和傳感器之間的通信，以及控制系統和水加熱系統之間的通信。控制系統基於空調系統程序響應於來自(一個或多個)溫度控制器的信號(如應當理解的)以及可選地來自水加熱系統和/或系統12的傳感器信號(其指示系統操作參數，如文中所描述的)來激活或停用系統12的部件。如文中所討論的，在一些實施例中，空調系統的致動可參考壓縮機的激活以將製冷劑移動通過製冷劑路徑，冷凝器風扇的激活，以及蒸發器風扇的激活。

應當從本公開中理解，歸於控制系統56的功能可由程序的計算機可執行指令來實施，其在一個或多個plc上或操作為用於系統12的通用系統控制器的其他計算機上執行。通常，程序模塊包括例行程序，程序，組件，數據結構等，其執行特定的任務和/或實現特定的抽象數據類型。此外，本領域的技術人員將理解的是，文中描述的系統/方法可與多種控制器配置一起實現，包括可編程邏輯控制器，簡單邏輯電路，單處理器，或多處理器系統，以及個人計算機，手提式計算裝置，基於微處理器或可編程對象或工業電子器件，等。這些功能的方面也可在分布式計算環境中實施，例如，在所謂的「智能」布置和系統中，其中任務通過遠程處理裝置來執行，該遠程處理裝置通過局域通信網或廣域通信網連結至在圖中示出的其他部件中。在分布式計算環境中，編程模塊可位於本地和遠程內存存儲裝置中。因此，控制系統56可包括計算裝置，其經由硬電線或無線區域網或遠程網絡與文中描述的系統部件通信。

可影響文中描述的功能的控制器可包括處理單元，系統內存和系統總線。系統總線將系統部件聯接到處理單元，系統部件包括但不限於系統內存。處理單元可以是多種可獲得的可編程裝置的任意一種，包括微處理器，並且應當意識到的是，雙微處理器，多核或其他的多處理器構架可用作處理單元。

軟體應用可用作用戶和/或其他計算機和適當的操作環境中如所描述的電子控制系統56的基本計算機的資源之間的媒介。這些軟體應用包括系統和應用軟體的一個或兩者。系統軟體可包括作業系統，其用於控制和分配控制系統56的資源。應用軟體通過系統軟體經由存儲在系統內存中的程序模塊和數據而利用資源管理。

控制系統56也可以，但非必須，包括一個或多個接口部件，該一個或多個接口部件可通信地耦合通過總線並且有助於與控制系統的交互。例如，接口部件可以是埠(例如，串口，並口，pcmcia，usc或火線)或接口卡等的一部分。接口部件可接收輸入並且提供輸出(有線的或無線的)。例如，輸入可從一裝置接收，該裝置包括但不限於定點裝置，諸如滑鼠，軌跡球，觸筆，觸摸板，鍵板，觸控螢幕顯示器，鍵盤，麥克風，操縱杆，遊戲手柄，衛星天線，掃描儀，照相機或其他部件。可由控制系統56經由接口部件提供輸出至輸出裝置。輸出裝置可包括顯示器(例如，陰極射線管，液晶顯示器，發光二極體或等離子體)，觸控螢幕或其他，揚聲器，印表機，或其他部件。特別地，通過這樣的元件，控制系統56從控制系統56與其通信的多個部件接收輸入並且將輸出引導至該多個部件，如文中描述的。

通常，控制系統從建築18的(一個或多個)溫度控制器(直接地或間接地，例如經由水系統控制電路35)，空調系統12的部件，以及可選地並非系統12的(一個或多個)溫度控制器的部分的溫度傳感器或其他操作參數傳感器接收信號。控制系統激活或停用空調系統，以提供或停止調溫空氣響應於溫度控制器的信號而供給至調溫空間16。控制系統決定是否響應於文中所描述的情況而將系統12轉換為水加熱操作模式，並且其決定何時返回至僅空氣冷卻/風冷冷凝模式或一起停用系統12。用於執行這些功能的設備，以及它們的操作方式，在下文中描述。

仍然參考圖1-6，空調系統12包括製冷劑迴路58，該製冷劑迴路具有操作地聯接到冷凝器盤管46、壓縮機48、蒸發器盤管54和熱交換器(水冷冷凝器)50的製冷劑線路部分60和62。製冷劑迴路58還包括低環境控制傳感器64，製冷劑液體線路壓力傳感器66，熱交換器製冷劑排流線路電磁閥68，風冷冷凝器製冷劑排流線路電磁閥70，泵52，水壓傳感器72，三通閥74，高壓開關76，壓縮機48，出口水溫傳感器150(圖3)，低壓傳感器78，和製冷劑低壓開關80(低壓傳感器80時傳感器78的冗餘部件，並且可在其他實施例中被省略；其操作有文中對傳感器78的討論所反映)，所有元件均操作地連結至控制系統56，除了在二進位開關，當開關直接連接至其控制裝置時。風扇21和29也連結至並且由控制系統56所控制。控制系統56控制三通閥74，以選擇性地將製冷劑從壓縮機引導至風冷冷凝器或水冷冷凝器。

傳感器64是控制系統56所監控的壓力傳感器，其檢測低環境溫度條件。如果系統12在低環境溫度的存在下處於操作狀態中，則可能有這樣的風險，即環境空氣中的水蒸氣在蒸發器盤管中結冰。由於這樣的情況可在蒸發器輸入被識別為低壓，控制系統56停用系統12，並且控制系統12檢測來自傳感器64的壓力低於預定的閾值。空調系統防止盤管結冰的操作應當是易於理解的並且因此在文中不再進一步討論。

如圖2所示，將被加熱的水經由水入口管14流入熱交換器50中，如由泵52所驅動，並且經由出口管28離開熱交換器50至罐30。

膨脹閥82在到蒸發器盤管54的入口處設置在製冷劑線路部分62中。如上文所解釋的，膨脹閥接收高壓的液體製冷劑輸入，並且取決於閥中的設置，輸出低壓的液體。這允許蒸發器54中加壓的製冷劑在盤管中壓力下降並且從液體相變為氣體。

在圖2-5中示出的實施例中，系統12包括單個製冷劑迴路或級58。然而，在其他實施例，系統12包括兩個或多個製冷劑級。商業空調系統，例如可用於向相對大的內部區域16和/或熱生成設備在其中操作的內部區域提供調溫空氣，該調溫空氣可在短時間內向調溫空間內增加大量的熱，從而導致在內部區域實際溫度和空調系統設定(期望)溫度之間的大的差值。換句話說，空調系統可請求以操作的負載(即，空調系統可請求以從調溫空間移除的熱量的量，如對於給定的空氣體積由實際溫度和設定點溫度之差所限定的)可在系統正常使用期間在較寬的範圍內變化。不管負載水平為何，期望的是，空調系統迅速地將調溫空間帶至設定點，從而將調溫空間維持在大致恆定的溫度。相應地，系統選對應於負載擇性地接合和脫離額外的(一個或多個)製冷劑級，當負載增加時增加(一個或多個)級，以及當負載降低時減少移除(一個或多個)多個級。建築18的溫度控制器系統確定用於調溫空間的調溫空氣的需求，從而為控制系統56提供負載的測量，並且控制系統56控制空調系統，使得其操作位於給定負載以給定時間的適當的數量的級。溫度控制器/控制系統用於多級空調系統的控制的操作和構造在本領域中是易於理解的，並且從而在下文中不再詳細地討論。

如將被理解的，給定的製冷劑流路徑58具有有限的容量以將熱量從流通空氣移除，如由製冷劑的類型、製冷劑迴路中的製冷劑的體積、以及製冷劑可循環通過迴路而同時有效地將熱量從流通空氣移除的速度所限定的。如文中所述，製冷劑迴路的特別容量設計和其本身並非本發明的一部分，而是如所述的，製冷劑迴路將具有熱量移除能量。給定的迴路可被設計為可有效地將熱量從給定建築的內部區域通過期望的或可接受的速率在其正常負載變化上移除，並且具有單個迴路或級的系統在本公開的範圍內。然而，如將被理解的，操作製冷劑迴路的成本直接隨著製冷劑迴路的容量而變化，例如，由於操作迴路所需的壓縮機的尺寸和由壓縮機在操作迴路時執行的功。相應地，已知的是，構造具有多個獨立的、標準容量的製冷劑迴路的空調系統，使得給定的空調系統可被構造具有特定數量的級，以適應空調系統所預期服務的建築的特定熱負載變化。隨著建築的熱量負載增大和降低，單獨的製冷劑級可被激活和停用。空調系統可選擇性地激活和停用單獨的製冷劑級，以調節壓縮機操作的水平(以及從而成本)以滿足、但是不過多地超過處理期望熱負載所需的容量。這樣的布置不僅允許在空調系統中的構造的效率，因為空調系統可通過使用標準設備構造而非需要由案例基礎對於一案例特別設計的部件，同時還在建築熱負載非常大的情況下提高了在單級系統上的操作效率。

圖6示意性地示出了多級空調系統12。雖然圖6示出了兩級系統，應當理解的是，這僅僅是用作示例，並且系統12可包括多於兩級。在該示例中，第一製冷劑迴路58a限定第一級，包括風冷冷凝器46，壓縮機48和蒸發器54。第二製冷劑迴路58b也通過風冷壓縮機46和蒸發器54，但是包括壓縮機154，該壓縮機154與第一級的壓縮機48分立。製冷劑迴路58a和58b共享冷凝器46和蒸發器54，以實現機械便利，但是製冷劑迴路保持彼此分離，在它們之間沒有製冷劑混合。即，在冷凝器46和蒸發器54的每一個中，兩個製冷劑路徑在整個盤管結構中形成兩組分立的盤管。單個風扇29將空氣27移動過風冷冷凝器46中的製冷劑迴路58a和58b，並且單個風扇21將空氣23移動過蒸發器54中的製冷劑迴路58a和58b。雖然圖6示出了單個風扇29和單個風扇21，但是應當理解的是，可使用多個風扇，例如，以允許使用更小、更便宜的風扇以形成單個氣流(否則需要不成比例的更昂貴的單個風扇)，但是因為(一個或多個風扇)形成單個氣流，因此在圖6中僅示出了單個風扇，並且在下文中僅討論單個風扇以便於解釋。在冷凝器/蒸發器結構中彼此靠近放置，即從氣流來說彼此平行，每個氣流27和23同時經過相同冷凝器/蒸發器中的迴路，允許相比於盤管組順序布置的布置更有效地熱量傳遞。然而，應當理解的是，用於多個製冷劑級的順序的相應的風冷冷凝器、和/或順序的相應的蒸發器包含在本公開中。

相應地，製冷劑迴路58b包括製冷劑線路156，在壓縮機154的作用下，其將製冷劑從風冷冷凝器46通過膨脹閥158運輸至蒸發器54。壓縮機154將加熱的氣態製冷劑從蒸發器54中經過製冷劑線路157至壓縮機，並且然後返回至風冷冷凝器46，以如上所述的流通形式。水冷的冷凝器50用於由製冷劑路徑58a限定的製冷劑級中。雖然製冷劑路徑58b不包括水加熱部件迴路，應當理解的是，系統可被配置為在相應的製冷劑級中操作多個水加熱迴路。因此，應當理解的是，當前描述的實施例僅通過示例的方式提供，並且不作為本發明的限制。考慮到此，空調系統12的操作現在將參考在圖7-9b中示出的步驟來描述，並且關於單級的示例(圖2-5)和多級的示例(圖6)來描述。

在一個實施例中，並且參考圖1、2和6，罐30包括溫度傳感器，該溫度傳感器安裝在罐的殼體處或安裝通過罐的殼體以測量罐中的水的溫度。在另一實施例中，水溫在系統12的殼體24中到水冷冷凝器50的迴路入口或從水冷冷凝器50的迴路出口的水流中測量，而非在罐30本身測量，並且從而溫度傳感器沿著水入口線路14或水出口線路28設置。在任一布置中，溫度傳感器將相對應的溫度信號輸出至控制電路56。控制電路將由溫度傳感器信號展示的溫度與相對於水加熱系統的高設定點溫度相關的預定的閾值。如果測量的溫度低於閾值，並且如果系統12當前以空氣冷卻模式操作(即，控制系統，響應於來自於建築內部空間16的(一個或多個)溫度控制器信號，使得致動的壓縮機48將製冷劑流通通過製冷劑路徑，並且致動風扇21和29，以將調溫的空氣提供至空間16)，控制電路56致動繼電器(未示出，其轉換三通閥74)以引導製冷劑流從壓縮機到水冷冷凝器50。控制系統還致動繼電器(未示出，其致動泵52)以將水從罐30(和/或，取決於建築的水系統中的冷水需求的存在)通過管件32和管14抽吸出，並且將水傳送到水冷冷凝器50，在水冷冷凝器處，製冷劑迴路將熱量傳遞至水，該水經由管28和管件33返回至罐30。系統12以水加熱模式操作，直到冷卻空間16中的空氣的需求停止，或者在水線路28或罐30中的溫度傳感器指示由系統12提供的加熱的水已經到達接近罐30的目標溫度的溫度，或者在製冷劑線路中的壓力傳感器指示高壓條件。不考慮原因，一旦水加熱停止，如果有空氣冷卻需求並且如果罐30中的水的溫度在預定溫度閾值以下時，系統12將再次進入水加熱模式。循環的重複從而趨於將罐30中的水的溫度朝向罐的目標溫度而增加。

更具體地參考系統12結合水加熱系統38和建築18的操作，並且參考圖1、2、6、7，在701，假設空調系統12處於關閉狀態或已經從水加熱模式轉換出來，但是控制系統56從建築的溫度控制器(未示出)或建築18的中間控制系統接收需要空調系統向調溫空間16提供冷氣的信號。作為響應，控制系統56初始地將系統12致動為空氣冷卻、且風冷冷凝模式一段時間(在該示例中，兩分鐘)，該時間足以將從其先前操作可能殘留在熱交換器50中的製冷劑移除，而不管是否也存在證明水加熱模式的條件。控制系統56通過致動壓縮機而開始該過程。在系統12操作多製冷劑線路/級58b處，並且取決於冷卻要求的需求，控制系統56可指示系統12也激活一個或多個附加級的壓縮機154。通過激活壓縮機48、154，控制系統56激活每個壓縮機的相應的製冷劑迴路，或級。控制系統通過電磁繼電器(未示出)而設定初級58/58a的三通閥74，以將製冷劑從壓縮機48通過製冷劑線路部分60引導至風冷冷凝器46。(一個或多個)製冷劑級58b具有在壓縮機154和風冷冷凝器之間的直接路徑。當空調系統12相應地處於僅空氣冷卻/風冷冷凝模式中，無需控制系統也選擇且致動初級58/58a中的水冷冷凝器50，氣態的製冷劑從蒸發器盤管54經由製冷劑線路段60流至壓縮機48/154。壓縮機48/154將氣態的製冷劑向前泵抽，增加製冷劑的壓力和溫度並且驅使現在更熱的製冷劑氣體從壓縮機154直接流至冷凝器46以及從壓縮機48經由三通閥74流至冷凝器46。控制系統56以恆定的速度，或從多個可能速度中選擇的速度，來致動風扇29(僅在圖6中示出，但是在圖2-5中存在)，以從而將空氣推動或抽吸通過冷凝器盤管，使得氣態的製冷劑在(一個或多個)盤管46中冷卻並且從而從氣相變為液相。這從製冷劑抽吸熱能至移動空氣中，從而將熱量從製冷劑消散到周圍環境中。由於製冷劑攜帶熱量(該熱量在蒸發器處由經由導管22抽吸到內部空間16的空氣而被傳遞至製冷劑)，這將熱量從調溫空間傳遞到周圍環境。

仍然在由壓縮機48/154所提供的壓力下，如果在製冷劑路徑58b中，現在液態的製冷劑從冷凝器46的輸出流回至蒸發器54和膨脹閥158，以及在製冷劑路徑58a中，至分流部88，該分流部將製冷劑線路部分62與來自熱交換器50的製冷劑輸出的製冷劑線路部分92連接。在分流部88處在線路92中的止回閥防止來自於盤管46的製冷劑流朝向熱交換器50流動，並且製冷劑從而持續地通過製冷劑線路部分62朝向蒸發器盤管54和膨脹閥82。過濾器63過濾溼氣並且將溼氣從(一個或多個)膨脹閥上遊的製冷劑移除。

膨脹閥82/158在製冷劑進入蒸發器54的相應的盤管部分時降低液體製冷劑的壓力。在蒸發器中，製冷劑轉變為氣相，將熱能從由風扇21(僅在圖6中示出但是在圖2-5中示出的實施例中存在)驅動並流過(一個或多個)盤管54的空氣抽吸。蒸發器風扇將空氣從內部空間16(圖1)通過返回導管22抽吸，並且將已經通過蒸發器的空氣經由供給導管26移回空間16。因此，來自建築內部空間16的流通空氣提供蒸發器54中的製冷劑所需的熱量，該製冷劑冷卻通過蒸發器風扇流通的室內空氣並且從而冷卻調溫的室內空間16。從(一個或多個)蒸發器盤管排流的現在更溫暖的其他製冷劑然後經由(一個或多個)線路段60返回至壓縮機48/154，並且然後循環重複。

在702處，當控制系統56初始化空調系統12，或者將空調系統12從水冷冷凝模式(圖3和4)轉換至風冷冷凝模式(圖2)，使得系統進入關於圖2討論的操作模式，一些量的製冷劑可保留在熱交換器50和線路90中，如果沒有恢復，該些製冷劑將如上文所討論的從製冷劑流迴路中忽略。製冷劑迴路58/58a設計為，當使用迴路中的所有製冷劑時，適應某種最大的熱負載。當系統以空氣冷卻/風冷冷凝器模式操作，並且在熱交換器中殘留有未使用的製冷劑的情況下，製冷劑迴路58/58a的熱負載容量降低，從而增加了在系統中殘留的製冷劑的溫度(因為其嘗試處理負載)並且從而接著增加了壓縮機負載。從而，在702，在將(一個或多個)壓縮機和風扇從關閉狀態激活，或是將系統從水加熱模式轉換為圖2所示的模式時，控制系統56還致動電磁閥68，該電磁閥68打開水冷冷凝器50的製冷劑輸出線路92和蒸發器中的製冷劑路徑中的一點之間的製冷劑排流線路110/102，其可被認為是包括從膨脹閥82的下遊的製冷劑路徑的一部分，其具有相比於(一個或多個)蒸發器盤管中的低壓更低且由該低壓導致的低壓，即使是在蒸發器盤管本身的上遊。由於處於圖2中示出的模式的三通閥74將壓縮機輸出引導至冷凝器46，但是不引導至熱交換器50，線路92和熱交換器50中的製冷劑線路被升壓，除了來自於熱交換器的先前操作的任何餘熱和環境溫度的影響。儘管如此，蒸發器中的製冷劑線路中的壓力為低壓，並且閥68的打開從而形成壓差，該壓差將製冷劑從熱交換器和線路92抽吸到蒸發器，並且從而返回到製冷劑流動迴路中。當該排流的製冷劑旁通過膨脹閥，從而繞過膨脹閥進行的壓降功能，排流的製冷劑的壓力已經處於相對低的壓力。控制系統56僅將閥68維持為打開持續足以將保留的製冷劑抽吸出熱交換器50和線路92的時間。該時間長度可以通過測試和標定來確定，並存儲在控制系統56的程序中，並且在當前描述的實施例中是2分鐘。相應地，緊隨進入圖2的空調模式(風冷冷凝)，控制系統56將閥68保持在打開狀態持續預定的時間段。

參考圖1、3、6和7，在704，在兩分鐘窗口結束時，控制系統56停用閥68，並且激活水泵52一段時間，例如，在該示例中為1分鐘，該時間足以將水從罐30(和/或源31)通過管件32並且進入管14，從泵52的上遊和下遊，使得固定到水入口管14處或中的溫度傳感器152可獲得在熱交換器的入口處的水溫的精確感測。該時間段取決於考慮到來自罐的水溫波動時獲得精確水溫所需的時間。溫度傳感器152將相應的信號輸出到控制系統56，從而將對應於罐30和/或源31的水的溫度的信號提供至控制系統。替代地，溫度傳感器可被設置在罐30中，該溫度傳感器將溫度信號輸出至控制系統56。此外，壓力傳感器72被設置在水入口管14中，並且將指示管14中泵出的水的壓力(單位為每平方英寸的磅力(psig))的信號輸出至控制系統。

控制系統將由傳感器72指示的水壓與預定的閾值水壓值相比較，該預定的閾值水壓值對應於確保水流存在平板熱交換器50所需的最小壓力。本從本公開顯而易見的，閾值最小壓力可通過標定確定，並且在當前描述的示例中為5psig的默認值。

控制系統還檢測有溫度傳感器信號指示的溫度，以確定其是否低於閾值溫度，該閾值溫度對應於足夠避免在製冷劑路徑中產生壓力尖峰或在當前描述的示例中為95°f的水平。如應當理解的，建築18的水加熱系統38運行至高設定點溫度，在該高設定點溫度處，水加熱系統意於將水傳送到建築的熱水固定裝置中。傳統的商用水加熱將熱水提供至器皿洗滌器，例如，維持185°f或附近的高設定點溫度，而在更現代的系統中，其中器皿洗滌器採用化學清洗技術，提供140°f或附近的水。在185°f或140°f的環境中，罐30中的水所被維持的期望溫度在約120°f或附近到125°f或附近的範圍內，但是應當理解的是，目標水罐溫度取決於對於給定水系統的需求。為了將罐30中的水的溫度維持在目標範圍或附近，系統12可被配置為經由管28以高於目標120°f—125°f範圍的水提供至管28，在該示例中為處於約138°f的高閾值或附近。在140°f可以是系統意於傳輸水的最高溫度的系統中，在當前描述的示例中的138°的目標將熱量提供至罐30，而沒有水過熱的風險。138°f目標相應的是，在系統12中控制系統56停用水加熱的觸發溫度。

如所述的，在系統12中控制系統56致動水加熱的低水閾值溫度(即，在當前描述的示例中，在控制系統56從非水加熱狀態致動系統12中的水加熱，在該溫度之下的水將降溫)低於高/停用閾值水溫(在該示例中，為138°f)和對於罐30的期望的水溫範圍(在該示例中為120°f—125°f)，並且在文中描述的實施例中為95°f。在這樣的實施例中，低水溫閾值被選擇為避免系統12在水加熱和風冷冷凝模式之間的過渡切換，並且避免在系統12的製冷劑迴路中的壓力尖峰。如文中所描述的，從風冷冷凝模式到水冷冷凝模式(即，水加熱)的轉換將從製冷劑移除熱量的媒介從環境空氣變化為來自於罐30的水。當低水溫閾值高於周圍空氣的溫度時，當系統12轉換到水加熱模式時，熱媒介溫度可能瞬間上升，轉變為將系統從製冷劑移除熱量的能力的瞬間降低，並且從而轉變為製冷劑溫度的上升。由於熱量對應於製冷劑線路中的壓力，該相對快速的轉換可能在連接器迴路中產生壓力尖峰。從而，在該實施例中，低水溫閾值被選擇為接近在建築18的位置中周圍空氣的高預期溫度，或者以其他方式通過系統標定以確定避免在期望範圍內的壓力變化的低閾值溫度。然而，應當理解的是，其他的布置也是可能的，並且例如系統可以控制低壓力閾值，以隨著系統12/殼體24周圍測量的溫度而變化。

如果，在706，水入口壓力低於5psig，或者如果誰入口溫度大於95°f，那麼控制系統將系統維持在風冷模式中，採用風冷冷凝器46而非水冷冷凝器50，持續一段預定的時間，該預定時間被編程到控制系統56中，例如10分鐘，如708所指示的。控制系統56可通過其用戶接口提供一選擇，以允許系統用戶選擇等待時間，從而允許在708的等待期間隨期望變化。相應地，空調系統12持續其風冷冷凝操作持續10分鐘，如在702開始的，並且然後再次在706檢查溫度和壓力。

應當理解的是，控制系統56可當系統操作時執行其他功能。例如，當由於失效在706處發生「是」的決定以滿足水入口壓力閾值，控制系統可以向建築18中的中央計算機系統發起錯誤通知或通過控制系統的用戶接口發起錯誤通知。進一步地，控制系統56重複地監控壓力開關76的輸出，該壓力開關配置為當/如果線路58中的壓力超過預定閾值(例如，610psig或以其他方式如由調整需求和/或測試和/或部件製造商標定來設定)則改變狀態。如果，在任何時刻，來自開關76的輸出信號指示製冷劑線路中的壓力已經超過閾值，控制系統56立即停用壓縮機48並且通過建築中央計算機系統和/或控制系統的用戶接口來啟動警報/錯誤通知。替代地，或額外地，來自開關76的輸出可直接饋送至壓縮機和/或其電源，當壓力開關的閾值被超過時直接停用壓縮機。類似的二進位壓力開關設置在每個額外的製冷劑級(如果有的話)的每個壓縮機154的製冷劑出口處，並且如果相應的開關檢測在到任意這樣的級中的高壓條件時，控制系統和/或開關停用相應的壓縮機。進一步地，控制系統56持續地監控來自於建築的溫度控制器的指令信號。如果那個信號(即，冷卻請求)指示改變的條件時，指示整個空調系統應當停止操作，或是指示多級系統的一個或多個級不再需要，或者指示熱負載已經降低使得一個或多個這樣的級不再需要時，控制系統停用相應的(一個或多個)壓縮機。因此，雖然沒有在步驟706/708示出的操作循環中指出，應當理解的是，當空調系統12持續在空氣冷卻/風冷冷凝模式或空氣冷卻/水冷冷凝模式中時，控制系統可以監控並且控制系統操作的多個方面。

在等待時間期間，並且假設停用不作為高壓條件或冷卻請求變化的結果發生，則控制系統56將空調系統12操作為處於空氣冷卻/風冷冷凝模式，如圖5所示的。氣態的製冷劑從蒸發器的(一個或多個)盤管54經由製冷劑線路段60流至壓縮機48/154。壓縮機48/154將氣態的製冷劑向前泵抽，增加製冷劑的壓力和溫度並且驅使現在更熱的製冷劑氣體直接從壓縮機154並且經由三通閥74流至冷凝器46。風扇29將空氣移動通過冷凝器，將熱量從製冷劑抽吸並且冷凝製冷劑。仍然在來自於壓縮機48/154的壓力下，如果在製冷劑路徑58b中，現在液態的製冷劑從冷凝器46的輸出經由膨脹閥158流回至蒸發器54，以及如果在製冷劑路徑58a中，至分流部88和製冷劑線路62，經由膨脹閥62至蒸發器。(一個或多個)膨脹閥82/158在製冷劑進入蒸發器54的相應的盤管部分時降低液體製冷劑的壓力。風扇21將空氣移動通過蒸發器，並且製冷劑轉變為氣相，將熱能從流動空氣中抽吸。因此，來自建築內部空間16的循環空氣提供盤管54中的製冷劑所需的熱量，從而冷卻流回至調溫室內空間16的室內氣體。從(一個或多個)蒸發器盤管排流的現在更溫暖的其他製冷劑然後經由(一個或多個)線路段60返回至壓縮機48/154，並且然後循環重複。

仍然參考圖1，2，6和7，如果在706，水入口壓力大於5psig，並且水入口溫度低於95°f，則建築18的水加熱系統38被認為是需要製冷劑加熱以溫暖罐30中的水。在該實施例中，從空氣冷卻/風冷冷凝模式到空氣冷卻/水冷冷凝模式的轉換涉及移動三通閥74，使得三通閥將製冷劑從蒸發器48引導至水冷冷凝器/熱交換器50並且不引導至風冷冷凝器46。在製冷劑路徑58/58a中的該變化將從壓縮機48至(且通過)冷凝器46並且接著到分流部88的製冷劑路徑的部分減壓。從熱交換器50，通過輸出線路部分92和從分流部88下遊的製冷劑線路部分62的一部分的製冷劑路徑被壓縮，從而防止製冷劑殘留在從排流下遊到蒸發器54的路徑的現在被減壓的部分。製冷劑排流線路112/102從而流體地將分流部88上遊的主製冷劑線路部分62連接至製冷劑線路在蒸發器54處的點，其可被認為是包括製冷劑線路靠近蒸發器的盤管部分但是從膨脹閥82下遊的那部分，如上文所討論的。在蒸發器處的壓力一般低於在線路部分62的減壓部分中的壓力，線路部分62的減壓部分由於剩餘熱量而保留一些壓力，使得當控制系統56致動繼電器以打開電磁閥70(其為常閉)，以從而打開排流線路112/102時，排流線路112/102排流至蒸發器，並且製冷劑殘留在從壓縮機48通過冷凝器46延伸至分流部88的製冷劑路徑中。在圖2-6中示出的實施例中，排流線路與熱交換器冷凝器輸出和蒸發器之間的排流線路部分地共同延伸，並且考慮到此，檢查閥108防止製冷劑在減壓的冷凝器46和蒸發器之間流動的製冷劑流至熱交換器輸出線路中。

然而，如果系統12周圍的空氣足夠冷，在製冷劑線路通過冷凝器46的現在被減壓的部分(特別地由於冷凝器46時風冷的，從而對於周圍空氣溫度敏感)中的殘餘熱量足以產生足夠的壓差以將製冷劑從壓縮機46排流至蒸發器。類似於上述討論的情況，考慮到進入圖2所示的情況下時將製冷劑從熱交換器中排流的需要，在壓縮機46中殘留的製冷劑需要在空氣冷卻/水冷冷凝模式(即，空氣冷卻/水加熱模式)期間在製冷劑路徑的主動部分中循環，以適應系統期望承受的熱負載。相應地，在710，以及在將系統轉換至空氣冷卻/水冷冷凝模式中之前，控制系統56檢查溫度控制器(未示出)的輸出信號以測量系統12周圍空氣的溫度，該溫度控制器安裝至系統12或以其他方式安裝為靠近系統12。通過在給定配置中系統12的配置，可以確定，(a)在製冷劑路徑通過冷凝器46的減壓部分和蒸發器處的製冷劑路徑之間存在最小壓差，需要該最小壓差以將製冷劑從減壓的製冷劑路徑排流至蒸發器，以及(b)不考慮在蒸發器處的製冷劑線路壓力，實際的壓差將至少與在一定的周圍空氣溫度以上的該期望壓差一樣大。應當理解的是，該閾值溫度可根據系統12的配置變化而變化，在當前描述的實施例中，該初始閾值周圍空氣溫度為80°f。因此，如果在710，控制系統確定來自於溫度控制器的輸出信號指示溫度為80°f或高於其，控制系統56繼續在712將系統12從空氣冷卻/風冷冷凝模式轉換為空氣冷卻/水冷冷凝模式。

然而，即使由環境溫度傳感器信號指示的周圍空氣溫度低於80°f，但是期望的壓差可能存在，主要由於在蒸發器54的製冷劑線路壓力中的可能的變動。相應地，如果周圍空氣溫度傳感器指示環境溫度低於80°f，在710控制系統檢查下列關係的狀態：

0.0202(環境**2)+0.5188(環境)–20.071>蒸發器壓力，其中，0.0202(環境**2)+0.5188(環境)描述了對於製冷劑線路(58/58a)中製冷劑的正常壓力曲線，「環境」是指由系統12周圍的溫度傳感器的信號所指示的溫度，「20.071」是在減壓的冷凝器46的製冷劑路徑的部分和蒸發器之間的期望壓差，並且「蒸發器壓力」是由從蒸發器下遊54但靠近蒸發器54的製冷劑線路中的壓力傳感器78(即，從製冷劑壓力來說，在製冷劑線路中的可被認為是製冷劑線路的蒸發器部分的一部分中的點，或在蒸發器處)的輸出所指示的壓力。如應當理解的是，在封閉線路中的製冷劑的壓力取決於給定的製冷劑和線路周圍的溫度，並且可由特定於這些變量的公式來描述。典型地，製冷劑製造商公開其出售的製冷劑的公式，並且在用於當前描述的示例(r410a)中的製冷劑的情況下，壓力曲線公式為0.0202(環境**2)+0.5188(環境)。對於系統12的給定結構，並且給定由環境溫度傳感器測量的溫度中的變量和公式，系統12可被測試以確定偏移，在該示例中為20.071。

當系統12處於空氣冷卻/風冷冷凝模式中時，在將系統12轉換至空氣冷卻/水冷冷凝模式之前，控制系統56進行關係檢測。在710，如果環境溫度低於80°f，並且上述關係狀態為「真」，則控制系統56在712繼續將系統12從空氣冷卻/風冷冷凝模式轉換到空氣冷卻/水冷冷凝模式。然而，如果關係狀態為「假」，在714，控制系統56停用風扇29，並且在存在多個製冷劑級的情況下，停用(一個或多個)壓縮機，但是維持壓縮機48和風扇21激活，使得流通空氣和壓縮機將熱量傳遞至循環的製冷劑，該循環的製冷劑被引導至冷凝器46而在冷凝器處沒有熱量被氣流移除，從而增加製冷劑熱量和壓力。

通過系統12的給定配置的測試，用戶可以確定在壓力傳感器66處的壓力，其在轉換到空氣冷卻/水冷冷凝模式之前測量(即在風冷冷凝模式中)，其將總是在轉換到空氣冷卻/水冷冷凝模式之前提供期望的壓差，該壓差足以將製冷劑從製冷劑路徑的減壓部分排流。在當前描述的實施例中，例如，控制系統56在風冷冷凝模式中作業系統12(其中風扇29停用)，直到在716檢測到545psig的壓力，如由從壓力傳感器66輸出的信號所指示的。

當在716處的檢測指示壓力已經到達545psig時，或如果在710的測試通過時，則在712控制系統56同意冷凝器風扇29並且改變三通閥74的設定，使得製冷劑從壓縮機48經由輸出管件86流至平板熱交換器50的輸入經過製冷劑連接器路徑96並且不流至風冷冷凝器46。雖然可以使用其他類型的熱交換器，在文中描述的實施例中使用平板交換器是因為熱交換器的緊湊性和其對水與製冷劑的無意混合的耐受性。如上文所述，製冷劑輸出線路92將熱交換器50的製冷劑輸出經由止回閥94和分流部88而連接至製冷劑流動線路62。止回閥98阻擋製冷劑從分流部88流回至冷凝器盤管46。因此，離開熱交換器50的液體製冷劑通過在分流部88下遊的製冷劑線路62的部分流動值膨脹閥82以及從而流動至蒸發器盤管54。如上文關於圖5所描述的，控制單元56致動蒸發器風扇以從而將流通空氣移動通過(一個或多個)蒸發器盤管以將能量傳遞至蒸發器54中的製冷劑以及相應地冷卻流通空氣。從蒸發器54排流的現在更溫暖的氣態製冷劑然後經由製冷劑線路部分60返回至壓縮機48，並且然後循環重複。在僅有一個製冷劑級58存在於系統12中時，冷凝器風扇29可在該操作模式中被停用。然而，如果存在一個或多個額外的製冷劑級，並且如果從而等待的冷卻請求需要該一個或多個額外的製冷劑級的運行，則控制系統在該模式其間維持它們的壓縮機激活，並且從而維持冷凝器風扇29激活。

同時，控制系統56致動泵52以將水從來自罐30的輸入線路14經由管件32抽吸。泵52將水移動至熱交換器50中，在該處從壓縮機48傳遞至熱交換器的熱的製冷劑氣體將熱量傳遞至水。熱交換器50將在輸出管件100中的現在更溫暖的水輸出至水輸出管28並且從而返回至罐30(圖1)。熱交換器50的流量和熱交換容量使得熱交換器50將足夠的能量從冷凝器輸出製冷劑移除至氣態的製冷劑至液態。從而，如從本公開中顯而易見的，熱交換器的容量和操作特性可被選擇為使得，當操作至熱水時，熱交換器功能性地替換冷凝器盤管46。因此，在進行冷凝器功能時，水冷冷凝器50替代風冷冷凝器46，但是代替將從製冷劑移除的熱量排至周圍環境中，熱交換器(水冷冷凝器)50將排流的熱量傳遞到建築的水加熱系統中的水。

如上文所述，在控制系統將空調系統12從空氣冷卻/風冷冷凝模式轉換到空氣冷卻/水冷冷凝模式時，整體空調功能所需的冷凝的製冷劑存留在冷凝器46中。相應地，同時將三通閥74轉換為從壓縮機48將製冷劑引導至水冷冷凝器50而不引導至風冷冷凝器46，控制器56致動電磁閥70，其從而打開從分流部88上遊的製冷劑線路62的部分和蒸發器54之間的製冷劑排流線路112/102。

控制系統56將閥70維持為打開一段時間，該時間足以從冷凝器盤管46和線路62的上遊部分抽吸殘留的製冷劑。在上述的實施例中，該時間段大約為兩分鐘，但是應當理解的是，該時間量將取決於空調系統12的特定配置，以及，該時間段可通過系統的測試和標定而確定並且被編程到控制系統56中。在該預定時間段的末尾，控制系統46將一信號發送至控制電磁閥70的繼電器以使得該閥關閉。在該點之後，製冷劑從壓縮機48流動至熱交換器50至蒸發器54，並且返回至壓縮機48，如上文所描述的以及如圖4中所示出的。

考慮到系統12在水加熱模式中的操作，如圖4所示，熱移除媒介從空氣到水的轉換可降低系統從流動通過製冷劑路徑的製冷劑移除熱量的能力，其中，隨著循環通過水冷冷凝器50和罐30的水的溫度上升，水從製冷劑移除熱量的能力可能降低。這可降低在壓縮機48的輸出處的壓力。相應地，當壓力傳感器66將指示565psig的壓力水平的信號提供至控制系統56時，或在轉換到水加熱模式的一分鐘內達到高壓條件(例如545psig)時，控制系統打開三通閥74中的埠以從三通閥接收壓縮機48的輸出的線路旁通製冷劑路徑97至返回製冷劑線路60。這導致來自於壓縮機48的熱的製冷劑氣體旁通熱交換器50和蒸發器54並且直接流回至壓縮機48。

參考圖8，如上文所述，控制系統56有規律地檢查來自於建築的溫度控制器用於冷卻請求的信號和溫度傳感器76的輸出。如果在空氣冷卻/風冷冷凝模式期間的任何時間(802)，控制系統56從建築18(圖1)的溫度控制器接收指示製冷劑迴路58/58a/58b(圖2-6)的冷卻循環應當結束的信號，則在804，控制系統停用(一個或多個)相應製冷劑級的(一個或多個)壓縮機。如果對於所有的製冷劑級(如果是多級布置)冷卻請求終止，在804控制系統也停用冷凝器風扇29和蒸發器風扇21。如果在802(一個或多個)冷卻請求仍然有效，在806控制系統檢測以確定用於任意製冷劑級的製冷劑壓力傳感器76是否已經改變狀態，指示對於該級的製冷劑線路中的壓力大於高水平壓力閾值(在該情況下為610psig)。如果這樣，在804，控制系統停用相應的製冷劑級。如果在806已經到達關閉閾值，則控制系統返回到802億檢測冷卻請求。

參考圖9a和9b，當系統以空氣冷卻/水冷冷凝模式操作時，圖8的重複的系統管理程式擴展。例如，如果系統12操作多個製冷劑循環級而其中一個級以水加熱模式操作，並且如果對於另一個級的冷卻請求終止，系統可能經受增加的壓力尖峰的可能性。其中一個製冷劑級停止循環通過蒸發器的可能性上升，其中剩餘的製冷劑路徑，包括處於水加熱模式中的製冷劑路徑，可能必須負起更多的責任以將熱量從經過蒸發器盤管的空氣移除。如上文所述，處於水加熱模式中的製冷劑路逕取決於來自罐30的水以將迴路的冷凝器側的熱量移除，但是隨著罐的溫度的上升，水移除熱量的能力可能降低。從而，總的來說，該過程可能導致製冷劑溫度的上升，增加壓力快速上升的可能性。通過系統測試，可以確定一製冷劑壓力，在該壓力至少該可能性上升。在示出的示例中，該閾值是在壓力傳感器66(圖2-6)處520psig，但是應該理解的是，該閾值可隨著系統配置變化。應當理解的是，二進位壓力開關(諸如開關76)可由於類似的目的使用。此外，雖然壓力傳感器66處於蒸發器處(並且特別地靠近膨脹閥)因為壓力變化有可能在製冷劑路徑中的那個點變得明顯，應當理解的是，壓力也可由於該目的而在製冷劑路徑中的其他點處被測量。相應地，如果在902，系統12以多製冷劑迴路模式操作，控制系統在904檢測來自建築18(圖1)的溫度控制器的冷卻請求。如果在904對於任一非水加熱級的冷卻請求終止，則在906控制系統56檢測在水加熱製冷劑級中的壓力傳感器66的輸出信號。如果在906，該壓力大於520psig，控制系統在907改變三通閥74(圖2-6)以將製冷劑從壓縮機48(圖2-6)引導至風冷冷凝器並且不引導至水冷冷凝器，並且返回至步驟702(圖7)。如果系統12在902並非在多級製冷劑迴路模式中，或在904沒有第二製冷劑級冷卻請求終止，或者在906在傳感器66的壓力低於520，控制系統操作前進至908。

如果在908處，控制系統56從建築18(圖1)的溫度控制器接收指示水加熱製冷劑迴路58/58a/58b(圖2-6)的冷卻循環應當結束的信號，則在910，控制系統停用壓縮機48(圖2-6)。如果對所有的製冷劑級(如果為多級布置)冷卻請求已經終止，則冷凝器風扇29和蒸發器風扇21在910也被停用，除非系統在這樣一模式下操作(典型地由溫度控制器控制)，在該模式中，風扇持續地操作而不管壓縮機是否被激活。如果在908冷卻請求仍然有效，在912控制系統檢測以確定製冷劑壓力傳感器76是否已經改變狀態，指示製冷劑線路壓力大於高水平壓力閾值(在該情況下為610psig)。如果這樣，在910，控制系統停用製冷劑級。

如果在912壓力沒有到達關閉閾值，則控制系統檢測從熱交換器50離開的水出口管28中的水的溫度，如由管28中的水溫傳感器150(圖2-6)的輸出信號所指示的。如上文所述，控制系統56執行水加熱模式，以將來自儲水罐30中的水朝向目標溫度加熱，以用於建築18的水加熱系統中的使用，在這些實施例中，在約120°f至約125°f的範圍內。控制系統從而在914檢測離開熱交換器的水的溫度是否為最大溫度，指示罐30中的水(當控制系統重複地將水從罐30中將水抽吸上來用於加熱時，其循環回通過熱交換器)可能已經達到目標範圍，在該示例中為138°f或約138°f。如上文所述，系統可被測試以確定對於系統12的給定配置的特定的閾值水溫。如果在914控制系統56從溫度傳感器150接收指示離開熱交換器的水的溫度已經超過138°f的水加熱閾值的信號，則控制系統在907改變三通閥74(圖2-6)以將來自於壓縮機48的製冷劑從引導至水冷冷凝器變為引導至風冷冷凝器，並且返回至步驟702(圖7)。

如果在914出口水溫低於水溫閾值，則控制系統檢測製冷劑迴路壓力傳感器66的輸出以確定在蒸發器處的製冷劑線路壓力是否在接近壓力傳感器76可能改變狀態的點的水平並且從而觸發基於壓力的系統關閉。如上文所討論的，在類似的條件下，製冷劑線路壓力在水冷冷凝模式中可相對於在風冷冷凝模式中可能發生的壓力更高，因為當來自罐30的水流通通過熱交換器並且溫度上升時，來自罐30的水相比於移過風冷冷凝器的周圍空氣變得更難以將熱量從製冷劑移除。相應地，如果控制系統檢測到製冷劑線路接近壓力默認水平，則控制系統將系統12從空氣冷卻/水冷冷凝模式轉換為空氣冷卻/風冷冷凝模式，從而相比於在水冷冷凝模式中而立刻使得系統12能夠從製冷劑移除熱量並且可以將系統遠離壓力默認值。

控制系統確定在膨脹閥上遊處的蒸發器處的、來自壓力傳感器66的製冷劑線路壓力。由於壓力傳感器66在製冷劑線路中與壓力開關76偏移，並且在壓縮機的更下遊，從開關76到傳感器66存在固有壓降，該壓降可通過系統12的給定配置的測試來確定。進行這樣的測試並且確定固有壓降，並且包括進一壓力偏移以對應於低於高壓默認水平的壓力水平，以允許用於系統的足夠時間，一旦轉換到風冷冷凝模式，在上升的壓力導致壓力開關76檢測到默認水平壓力(即，20psig)之前將製冷劑壓力降低，控制系統56在916檢測壓力傳感器66的輸出以確定是否達到過超過初級閾值製冷劑壓力水平。在文中描述的實施例中，初級閾值製冷劑水平為570psig，雖然應當理解的是，閾值水平可隨著系統12配置的變化而變化。替代地，控制系統可監控在壓縮機48的輸出處的製冷劑壓力，並且在該情況下，初級閾值製冷劑壓力水平是觸發水平(610psig)，減小進一壓力偏移。如果控制系統檢測在66處的製冷劑線路壓力超過初級默認水平，則控制系統在907將系統12從空氣冷卻/水冷冷凝模式轉換為空氣冷卻/風冷冷凝模式。

在系統12中製冷劑壓力上升到足以導致系統在916從水冷冷凝模式轉換到風冷冷凝模式的水平的一個可能原因是建築18(圖1)的調溫空間中的溫度下降。當空間16中的調溫空氣溫度下降時，移動通過蒸發器54的流通空氣的將熱量傳遞至移動通過蒸發器的製冷劑的能力相應地降低。這從而將在製冷劑線路中的壓力增加到製冷劑不完全蒸發器的程度。如上文所述，用於將製冷劑迴路58在706(圖1)從風冷冷凝模式移動到水冷冷凝模式的閾值壓力基於系統12的正常操作(特別是通過蒸發器的流通空氣的溫度)的假設而確定。如果流通空氣的溫度現在低於對於該假設的基準，則在步驟706水溫觸發閾值可能需要改變。相應地，在步驟916在針對初級閾值製冷劑壓力水平檢測傳感器66處的壓力之前，控制系統在918檢測傳感器66的壓力水平並且確定製冷劑線路壓力是否到達控制系統在918將需要將系統12從水冷冷凝轉換到風冷冷凝模式的可能性的水平(在該示例中，初級閾值製冷劑壓力水平以下20psig，或550psig)。如果在918在66的製冷劑線路壓力不超過該水平，控制系統56直接前進到步驟916。

然而，如果在918製冷劑線路壓力沒有超過預想壓力水平，則在920，控制系統56從水溫度傳感器152(圖2-6)獲得水入口溫度。由於罐30中的水以及從而流過管14進入系統12的水的溫度趨於直接隨著空間16中的空氣溫度而變化，控制系統56測量水溫作為空氣溫度的代表。然而，應當理解的是，控制系統56可替代地直接從位於空間16中的並與控制系統56通信的溫度傳感器或溫度控制器而測量室內空間16的溫度。如果在916檢測的壓力從而觸發系統12從風冷冷凝模式到水冷冷凝模式的轉換，則控制系統56在922調整在步驟706使用的水溫觸發閾值。如果在步驟920測量的水溫低於105°f，則控制系統將在706使用的水溫觸發閾值改變至85°f。如果在步驟920測量的水溫在105°f和110°f之間，則在922的水溫觸發閾值為90°f。如果在步驟920測量的水溫在110°f和115°f之間，則步驟706的水溫觸發閾值為95°f。如果在步驟920測量的水溫在115°f和120°f之間，則在922的水溫觸發閾值為97°f。如果在步驟920測量的水溫大於120°f，則在922的水溫觸發閾值為100°f。這些觸發水平溫度可例如通過試錯法確定。在922重設觸發閾值之後，控制系統繼續在907將系統12從風冷冷凝模式轉換到水冷冷凝模式。

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