冷却系统技术方案

一种冷却系统，具有箱以及包括上游冷却级和下游冷却级的多个分离的冷却级。至少所述上游冷却级是可变容量冷却级。每个冷却级具有冷却回路。冷却回路的蒸发器被设置在所述箱中以使得空气以串行方式通过它们。当冷却命令首先到达需要冷却的点时，控制器操作所述上游冷却回路提供冷而不操作所述下游冷却回路以提供冷却。当冷却命令增加到第二点时，所述控制器附加地操作所述下游冷却回路以提供冷却。当所述冷却命令到达所述第二个点时，操作所述上游冷却回路的冷却容量小于其全部容量。

【技术实现步骤摘要】
冷却系统本专利技术申请是国际申请日为2012年4月16日、国际申请号为“PCT/US2012/033740”、国家申请号为“201280030187.9”、专利技术名称为“高效冷却系统”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2012年4月13日提交的美国专利技术专利申请No.13/446,374、于2011年4月19日提交的美国临时申请No.61/476,783以及于2011年8月26日提交的美国临时申请No.61/527,695的优先权。上述每个申请的全部内容通过引用结合在本文中。
本公开涉及冷却系统，更加具体地涉及高效冷却系统。
技术介绍
本部分提供与本公开内容相关的、但未必属于现有技术的背景信息。冷却系统对其中流体要被冷却的许多不同应用具有适用性。冷却系统用于冷却气体(例如空气)以及液体(例如水)。两个常见的示例为建立数据中心气候控制系统和用于“舒适冷却”(即对人存在的空间例如办公室进行冷却)的HVAC(暖通空调)系统。数据中心是包括电子设备(例如计算机服务器)的集合的房间。数据中心和包括在其中的设备通常具有最佳的环境操作条件，特别是温度和湿度。用于数据中心的冷却系统通常包括气候控制系统(其通常被实施为冷却系统的控制的一部分)，以保持数据中心的合适的温度和湿度。图1示出了具有气候控制系统102(还被称为冷却系统)的典型的数据中心100的示例。数据中心100示例性地利用了“热”和“冷”通道方法，在该方法中，对设备机架104进行设置以创建热通道106和冷通道108。数据中心100还被例示为具有在底层地板112之上的活动地板(raisedfloor)110的活动地板数据中心。活动地板110与底层地板112之间的空间提供了从气候控制系统102的机房空调(“CRAC”)116向上流经活动地板110进入数据中心100的、用于经调节的供应空气(有时被称为“冷”空气)的供应空气室114。经调节的供应空气然后流入设备机架104的前部，经过安装在设备机架中的设备(未示出)(在该处，其对设备进行冷却)，然后热空气通过设备机架104的后部或机架104的顶部排出。在变型中，经调节的供应空气流入机架的底部然后从机架104的后部或机架104的顶部排出。应当理解，数据中心100可以不具有活动地板110或室114。在这种情况下，CRAC116通过进气口(未示出)吸入来自数据中心的经加热的空气，对所述空气进行冷却，并将冷却后的空气从图1的室中所示的出气口117排回至数据中心。CRAC116例如可以沿电子设备的行列进行设置，可以被布置成其冷却空气供应面对相应的冷通道，或被沿数据中心的壁进行布置。在图1所示的示例性数据中心100中，数据中心100具有吊顶天花板118，该吊顶天花板118与天花板120之间的空间提供了热空气室122，从设备机架104排出的热空气被吸入该热空气室并且经过该热空气室流回CRAC116。每个CRAC116的回气室(未示出)将该CRAC116耦接至室122。CRAC116可以为冷却水CRAC或直膨式(DX)CRAC。CRAC116耦接至向CRAC116提供经冷却的液体的散热装置124。散热装置124是将来自CRAC116的回流流体的热传递至冷却器介质(例如外面的环境空气)的装置。散热装置124可以包括空气冷却热交换器或液体冷却热交换器。散热装置124还可以是制冷冷凝器系统，在这种情况下，向CRAC116提供制冷剂，CRAC116可以是具有制冷剂压缩机的相变制冷剂空调系统。每个CRAC116可以包括控制CRAC116的控制模块125。一方面，CRAC116包括可变容量压缩机，并且可以例如包括用于CRAC116的每个DX冷却回路的可变容量压缩机。应当理解，通常CRAC116可以具有多个DX冷却回路。一方面，CRAC116包括容量调制型压缩机或4步半封闭式压缩机，例如可从EmersonClimateTechnologies、LiebertCoproration或CarlyledivisionofUnitedTechnologies获得的压缩机。CRAC116还可以包括一个或更多个空气流动单元119，例如风扇或鼓风机。空气流动单元119可以设置在CRAC116中，或者附加地或可替换地，可以设置在供应空气室114中，如室中121处所示。空气流动单元119、121作为举例可以具有变速驱动器。图2示出了具有典型DX冷却回路的典型CRAC200。CRAC200具有箱202，在箱202中布置有蒸发器204。蒸发器204可以是V形管组件。空气流动单元206(例如风扇或鼠笼式鼓风机)也被布置在箱202中并被定位成吸入来自箱202的入口(未示出)的、经过蒸发器204被蒸发器204冷却的空气，并且将冷却后的空气导出室208。蒸发器204、压缩机210、冷凝器212以及膨胀阀214在DX制冷回路中以已知方式耦接在一起。相变制冷剂通过压缩机210循环经过冷凝器212、膨胀阀214、蒸发器204然后返回至压缩机210。冷凝器212可以是在冷却系统中常用的多种冷凝器中的任一种，例如空冷式冷凝器、水冷式冷凝器或乙二醇冷却冷凝器。应当理解，冷凝器212通常并不是CRAC的一部分而是位于其他地方，例如在CRAC所在的建筑的外面。压缩机210可以是在DX制冷系统中常用的多种压缩机中的任一种。例如涡旋压缩机。当蒸发器204为V形管组件或A形管组件时，蒸发器204适当地通常在V形管或A形管的每个臂上具有冷却板。每个冷却板可以例如位于独立的冷却回路中，其中每个冷却回路具有不同的压缩机。可替换地，例如在存在两个板和两个压缩机回路的情况下，每个板中的流体回路可以在所述两个压缩机回路中进行混合。蒸发器204通常为翅片管组件并且对通过它们的空气进行冷却以及除湿。通常，CRAC(例如CRAC200)被设计成使得显热比(“SHR”)通常在.85与.95之间。从俄亥俄州的LiebertCorporationofColumbus可获得被称为GLYCOOL自然冷却系统的系统。在该系统中，被称为“自然冷却管(freecoolingcoil)”的第二冷却管组件被添加至具有通常的乙二醇系统的CRAC。第二管组件被添加在第一冷却管组件的前面的气流中。在较冷的月份中，从室外干式冷却机返回的乙二醇溶液被输送至第二冷却管组件并变成数据中心的主要冷却源。在环境温度低于35华氏度时，第二冷却管组件的冷却容量足以处理数据中心的总体冷却要求并显著降低了能量成本，这是因为CRAC的压缩机不需要运行。第二冷却管组件或自然冷却管组件不提供100％的显冷并且具有与蒸发器(其为第一冷却管组件)相似的空气侧压降。冷却系统的效率变得日益重要。根据美国能源部，数据中心的冷却和能量转换系统消耗了在通常的数据中心中使用的能量的至少一半。换言之，数据中心的服务器消耗了少于一半的能量。这引起对数据中心冷却系统的能效的日益关注。
技术实现思路
根据本公开内容的一个方面，冷却系统包括具有进气口和出气口的箱以及冷却回路，该冷却回路包括冷凝器、压缩机、膨胀装置、液体泵以及布置在所述箱中的蒸发器。该冷却系统具有直接膨胀模式，在该直接膨胀模式下压缩机启动并压缩气相的制冷剂以增加其压力、从而提高其冷凝温度，并且制冷剂通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却系统，包括：具有进气口和出气口的箱；布置在所述箱中的空气流动单元；设置在直接膨胀冷却回路中的级联压缩机、冷凝器、电子膨胀阀以及蒸发器；所述级联压缩机包括可变容量压缩机和固定容量压缩机；耦接至所述电子膨胀阀的控制器，所述控制器控制所述电子膨胀阀，所述控制器基于控制参数以及所述级联压缩机的可变容量压缩机和固定容量压缩机中的每个的当前操作状态，来选择将多个过热控制模式中的哪个过热控制模式用于操作所述电子膨胀阀。

【技术特征摘要】
2011.04.19 US 61/476,783;2011.08.26 US 61/527,695;1.一种冷却系统，包括：具有进气口和出气口的箱；布置在所述箱中的空气流动单元；设置在直接膨胀冷却回路中的级联压缩机、冷凝器、电子膨胀阀以及蒸发器；所述级联压缩机包括可变容量数字涡旋压缩机和固定容量压缩机；耦接至所述电子膨胀阀的控制器，所述控制器控制所述电子膨胀阀，所述控制器基于控制参数以及所述级联压缩机的可变容量数字涡旋压缩机和固定容量压缩机中的每个的当前操作状态，来选择将多个过热控制模式中的哪个过热控制模式用于操作所述电子膨胀阀，其中，所述过热控制模式包括选通模式、系统映射模式和恒定模式，其中，在所述选通模式下，每次当所述可变容量数字涡旋压缩机卸载时，所述控制器驱动所述电子膨胀阀从其当前位置降至最小打开位置直至所述可变容量数字涡旋压缩机停止卸载为止，并且一旦该可变容量数字涡旋压缩机停止卸载时，所述控制器就调节所述电子膨胀阀的位置以实现期望的过热；在所述系统映射模式下，每次当所述可变容量数字涡旋压缩机卸载时，所述控制器将所述电子膨胀阀保持在其当前位置直至所述可变容量数字涡旋压缩机停止卸载为止，并且一旦所述可变容量数字涡旋压缩机停止卸载时，所述控制器就调节所述电子膨胀阀的位置以实现期望的过热；以及在所述恒定模式下，所述控制器调节所述电子膨胀阀的位置以实现期望的过热，而不管所述可变容量数字涡旋压缩机是在卸载还是在加载。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述控制参数包括过热模式阈值参数A、数字加固定过热阈值参数B以及数字加过热控制参数C，所述控制器：当仅启动所述级联压缩机的固定容量压缩机时，在所述恒定模式下操作所述电子膨胀阀；当仅启动所述级联压缩机的可变容量数字涡旋压缩机时，在所述可变容量数字涡旋压缩机的脉宽调制负载百分比小于所述过热模式阈值参数A时，在所述选通模式下操作所述电子膨胀阀，以及在所述可变容量数字涡旋压缩机的脉宽调制负载百分比大于或等于参数A时，在所述系统映射模式下操作所述电子膨胀阀；以及当启动所述级联压缩机的可变容量数字涡旋压缩机和固定容量压缩机二者时，在参数C被设置为恒定时，在恒定模式下操作所述电子阀；在参数C被设置为系统映射并且所述可变容量数字涡旋压缩机的脉宽调制负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·F·朱奇，蒂莫西·J·施拉德尔，斯蒂芬·西拉托，罗格·诺尔，加里·A·海尔明克，皮耶尔保罗·巴尔巴托，朱塞佩·达拉·马纳，卢·莫尼耶，林智勇，贝内迪克特·J·多尔奇赫，丹尼尔·J·舒特，格雷格·哈吉，托马斯·哈维，吕宗涛，
申请(专利权)人：力博特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US