CN103609206B - 高效冷却系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

高效冷却系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年4月13日提交的美国发明专利申请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。

技术领域

本公开涉及冷却系统，更加具体地涉及高效冷却系统。

背景技术

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(raised floor)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，CRAC 116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。CRAC 116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CRAC 116。每个CRAC 116的回气室(未示出)将该CRAC 116耦接至室122。

CRAC 116可以为冷却水CRAC或直膨式(DX)CRAC。CRAC 116耦接至向CRAC 116提供经冷却的液体的散热装置124。散热装置124是将来自CRAC 116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CRAC 116提供制冷剂，CRAC 116可以是具有制冷剂压缩机的相变制冷剂空调系统。每个CRAC 116可以包括控制CRAC 116的控制模块125。

一方面，CRAC 116包括可变容量压缩机，并且可以例如包括用于CRAC 116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，CRAC 116包括容量调制型压缩机或4步半封闭式压缩机，例如可从Emerson Climate Technologies、Liebert Coproration或Carlyle division of United Technologies获得的压缩机。CRAC 116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CRAC 116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CRAC 200。CRAC 200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210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CRAC 200)被设计成使得显热比(“SHR”)通常在.85与.95之间。

从俄亥俄州的Liebert Corporation of Columbus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(free cooling coil)”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。

发明内容

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，并且制冷剂通过压缩机绕冷却回路循环。冷却系统还具有泵送制冷剂节约器模式，在该泵送制冷剂节约器模式下，压缩机关闭而液体泵启动并且泵送液相的制冷剂，并且制冷剂通过液体泵绕冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂。一方面，冷却系统具有耦接至液体泵和压缩机的控制器，该控制器关闭压缩机并启动液体泵以在节约器模式下操作冷却回路，并且启动压缩机以在直接膨胀模式下操作冷却回路。一方面，控制器当冷却回路处于直接膨胀模式时关闭液体泵。一方面，膨胀装置为电子膨胀阀。

一方面，冷却回路包括耦接在冷凝器与液体泵之间的接收器/缓冲罐。

一方面，冷却系统包括多个冷却回路，每个冷却回路被包括在包括有上游冷却级和下游冷却级的多个冷却级之一中，其中，上游冷却级的冷却回路的蒸发器(上游蒸发器)和下游冷却级的冷却回路的蒸发器(下游蒸发器)被设置在所述箱中以使得待冷却的空气以串行方式通过它们，首先通过上游蒸发器，然后通过下游蒸发器。每个冷却级的冷却回路具有直接膨胀模式和泵送制冷剂节约器模式，在所述直接膨胀模式下，所述冷却回路的压缩机启动，并且制冷剂通过所述冷却回路的压缩机绕冷却回路循环，在所述泵送制冷剂节约器模式下，该冷却回路的压缩机关闭并且该冷却回路的液体泵启动，并且制冷剂通过所述冷却回路的液体泵绕冷却回路循环。一方面，当上游冷却级和下游冷却级之一能够处于节约器模式并且另一冷却级必须处于直接膨胀模式时，所述控制器在节约器模式下操作所述上游冷却级的冷却回路，启动该冷却回路的液体泵并关闭该回路的压缩机，并且在直接膨胀模式下操作所述下游冷却级，启动所述下游冷却回路的压缩机。

一方面，冷却系统包括具有进气口、出气口的箱以及冷却回路，所述冷却回路包括直接膨胀制冷冷却回路，该直接膨胀制冷冷却回路包括冷凝器、压缩机、膨胀装置以及布置在所述箱中的蒸发器，其中所述冷凝器处于比所述蒸发器高的高度。所述冷却回路具有直接膨胀模式和节约器模式，在所述直接膨胀模式下，压缩机启动并且压缩气相的制冷剂以增加其压力、从而提高其冷凝温度，制冷剂通过压缩机绕冷却回路循环，在所述 节约器模式下，压缩机关闭，在蒸发器的入口处的制冷剂的液柱引发热虹吸效应，使制冷剂绕冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂。一方面，控制器耦接至压缩机，控制器关闭压缩机以在节约器模式下操作所述冷却回路，并且启动压缩机以在直接膨胀模式下操作所述冷却回路。

一方面，冷却系统具有包括进气口和出气口的箱以及冷却回路，所述冷却回路包括冷凝器、压缩机、液/气分离罐、液体泵以及布置在所述箱中的蒸发器。所述冷却回路具有如下模式：在该模式下，压缩机和液体泵二者均启动，液体泵泵送制冷剂通过蒸发器，离开蒸发器的制冷剂循环至所述液/气分离罐的入口而不循环至所述冷凝器的入口，压缩机对从所述液/气分离罐的出口循环至所述压缩机的入口的制冷剂进行压缩以增加其压力、从而提高其冷凝温度，离开所述压缩机的制冷剂循环至所述冷凝器的入口。所述冷却回路还具有泵送制冷剂节约器模式，在该泵送制冷剂节约器模式下液体泵启动而压缩机关闭并且被旁路，液体泵泵送液相的制冷剂通过蒸发器，离开蒸发器的制冷剂循环至所述冷凝器的入口而不循环至所述液/气分离罐的入口，其中，制冷剂进行循环而不需要压缩气相的制冷剂。

一方面，冷却系统具有包括进气口和出气口的箱。冷却系统包括直接膨胀冷却回路和泵送冷却流体冷却回路。直接膨胀冷却回路包括冷凝器、压缩机、膨胀装置以及布置在所述箱中的蒸发器。泵送冷却流体冷却回路包括冷凝器、液体泵、膨胀装置以及布置在所述箱中的蒸发器。所述蒸发器被设置在所述箱中以使得空气以串行方式流经它们，具有最上游蒸发器的冷却回路为可变容量冷却回路和上游冷却回路。冷却系统具有直接膨胀模式和泵送冷却流体节约器模式，在所述直接膨胀模式下，操作直接膨胀冷却回路以提供冷却，在所述泵送冷却流体节约模式下，不操作直接膨胀冷却回路提供冷却而是操作泵送冷却流体冷却回路以提供冷却。一方面，当冷却系统处于直接膨胀模式时，还操作泵送冷却流体冷却回路以提供冷却。控制器控制冷却回路的操作。当冷却命令首先到达需要冷却的点时，控制器操作上游冷却回路以提供冷却而不操作下游冷却回路提供冷却，当冷却命令增加至第二点时，控制器附加地操作下游冷却回路以提供冷却，其中当冷却命令到达第二点时，上游冷却回路被操作以提供的冷却容量小于上游冷却回路的全部冷却容量。一方面，泵送冷却流体冷却回路为上游冷却回路。

一方面，具有泵送制冷剂节约器模式的每个冷却回路的膨胀装置为电 子膨胀阀，并且当具有泵送制冷剂节约器模式的任何冷却回路处于泵送制冷剂节约器模式时，冷却系统的控制器通过调节冷却回路的冷凝器的风扇的速度，将制冷剂的温度控制到制冷剂温度设定点，通过调节冷却回路的液体泵的速度，将布置了所述箱的房间的气温控制到房间气温设定点，并且通过调节冷却回路的电子膨胀阀的打开位置，将冷却回路的液体泵两端的压力差保持在给定范围内。

一方面，用于控制冷却回路的泵送制冷剂节约器模式的控制器具有：制冷剂温度反馈控制环路，用于通过调节该冷却回路的冷凝器风扇的速度来控制该冷却回路的制冷剂的温度；房间气温反馈控制环路，用于通过调节该冷却回路的液体泵的速度来对布置了所述箱的房间的气温进行控制；以及液体泵压力差控制反馈环路，用于通过调节所述冷却回路的电子膨胀阀的位置来控制所述冷却回路的液体泵两端的压力差。一方面，所述控制器针对每个反馈控制环路具有单独的控制器。一方面，制冷剂温度设定点为固定设定点，房间气温设定点为用户输入到所述控制器中的用户输入设定点，并且给定范围为固定范围。一方面，制冷剂温度控制环路还包括前馈控制器的输出作为输入，该前馈控制器将来自房间气温反馈控制环路的液体泵速度控制信号以及来自液体泵压力差控制反馈环路的输出的电子膨胀阀位置信号作为输入。

根据一方面，冷却系统具有：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；以及包括上游冷却级和下游冷却级的多个分离的冷却级。每个冷却级包括具有蒸发器、冷凝器、级联数字涡旋压缩机和膨胀装置的冷却回路。每个级联压缩机包括固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机。至少所述上游冷却级的冷却回路具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式。具有泵送节约器模式和直接膨胀模式二者的每个冷却回路还具有液体泵，其中，当在所述直接膨胀模式下操作所述冷却回路时，所述冷却回路的压缩机启动并且压缩气相的制冷剂以增加其压力、从而提高其冷凝温度，制冷剂通过压缩机绕冷却回路循环，并且其中，当在所述泵送制冷剂节约器模式操作所述冷却回路时，所述冷却回路的压缩机关闭而所述冷却回路的液体泵启动并且泵送液相的制冷剂，制冷剂通过所述冷却回路的液体泵绕冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂。上游冷却级的冷却回路的蒸发器(上游蒸发器)和下游冷却级的冷却回路的蒸发器(下游蒸发器)被设置在所述箱中以使得待冷却的空气以串行方式通过它们，首先通过上游蒸发器然后通过下游蒸发器。冷却系统包括如下控制器：该控制器确定操作哪个冷却回路以提供冷却，并且针对具有泵送制冷剂节约 器模式和直接膨胀模式二者的、待操作以提供冷却的每个冷却回路，确定在泵送制冷剂节约器模式下还是在直接膨胀模式下操作每个这样的冷却回路。当外部气温低至足以提供从流经冷凝器到外部空气的制冷剂的充分散热而无需压缩制冷剂时，所述控制器在泵送制冷剂节约器模式下操作具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的每个冷却回路，当外部气温没有低至足以提供这样的充分散热时，所述控制器在直接膨胀模式下操作所述冷却回路。当冷却回路中的任何冷却回路被操作处于直接膨胀模式时，控制器控制该冷却回路的电子膨胀阀以控制该冷却回路的蒸发器的吸入过热。当具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的冷却回路中的任何冷却回路在泵送制冷剂节约器模式下操作时，所述控制器控制该冷却回路的膨胀装置保持所述冷却回路的液体泵两端的压力差。一方面，每个冷却回路具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者。

一方面，冷却系统具有包括进气口和出气口的箱。在所述箱中布置有空气流动单元。空气流动单元布置在所述箱中。冷却系统具有包括上游冷却级和下游冷却级的多个分离的冷却级，至少上游冷却级包括可变容量冷却回路。每个冷却级包括具有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀装置的冷却回路。至少上游冷却级的冷却回路具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式，其中，具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的每个冷却回路还具有液体泵，其中当冷却回路被在直接膨胀模式下操作时，所述冷却回路的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，并且制冷剂通过所述冷却回路的压缩机绕冷却回路循环，并且其中，当冷却回路在泵送制冷剂节约器模式下操作时，所述冷却回路的压缩机关闭而所述冷却回路的液体泵启动并泵送液相的制冷剂，并且制冷剂通过所述冷却回路的液体泵绕所述冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂。上游冷却级的冷却回路的蒸发器(上游蒸发器)和下游冷却级的冷却回路的蒸发器(下游蒸发器)被设置在所述箱中以使得待冷却的空气以串行方式通过它们，首先通过上游蒸发器，然后通过下游蒸发器。控制器确定操作哪个冷却回路以提供冷却，并且针对具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的、待操作以提供冷却的每个冷却回路，确定是在泵送制冷剂节约器模式下还是在直接膨胀模式下操作每个这样的冷却回路。当外部气温低至足以提供从流经冷凝器到外部空气的制冷剂的充分散热而不需要压缩制冷剂时，控制器在泵送制冷剂节约器模式下操作具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的每个冷却回路，当外部气温没有低至足以提供这样的充分散热时，所述控制器在直接膨胀模式下操作所述冷却回 路。当冷却命令首先到达需要冷却的点时，控制器操作上游冷却回路提供以冷却而不操作下游冷却回路提供冷却，当冷却命令增加至第二点时，所述控制器附加地操作下游冷却回路以提供冷却，其中当冷却命令到达第二点时，上游冷却回路被操作以提供的冷却容量小于上游冷却回路的全部冷却容量。

一方面，每个冷却回路的冷凝器包括电气换向风扇。冷却系统的控制器改变电气换向风扇的速度以将离开冷凝器的制冷剂的温度保持在设定点。

一方面，空气流动单元包括至少一个电气换向风扇。当冷却系统的冷却负载增加时，冷却系统的控制器提高电气换向风扇的速度，当冷却负载减小时。控制器降低电气换向风扇的速度。

一方面，冷却系统的控制器操作每个级联压缩机的固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机以在可变容量数字涡旋压缩机的上负载范围中最大化可变容量数字涡旋压缩机的操作。

一方面，冷却系统的控制器基于冷却命令确定在直接膨胀模式下操作哪个冷却回路以提供冷却。当冷却回路在直接膨胀模式下操作时，控制器基于冷却命令、冷却命令落在多个范围中的哪个范围内以及冷却命令是斜坡上升还是斜坡下降，来控制该冷却回路的级联数字涡旋压缩机的固定压缩机和可变容量数字涡旋压缩机。一方面，控制器首先开始对上游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降来操作上游冷却级以提供冷却，然后当冷却命令增加至阈值以上时，与对上游冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降并行地，还开始对下游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降，以操作上游冷却级和下游冷却级两者从而提供冷却。

一方面，当存在未满足的除湿命令时，控制器基于冷却命令以及优先于仅基于冷却命令的控制的除湿命令，来控制每个级联数字涡旋压缩机的固定压缩机和可变容量数字涡旋压缩机。

一方面，当冷却回路被操作处于直接膨胀模式时，控制器控制该冷却回路的电子膨胀阀以控制该冷却回路的蒸发器的吸入过热，当具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式二者的冷却回路在泵送制冷剂节约器模式下操作时，所述控制器控制所述冷却回路的膨胀阀保持所述冷却回路的液体泵两端的最小压力差。

附图说明

在此描述的附图仅是出于对所选择的实施方式进行说明的目的，而不是对所有可能的实施进行说明，并且不意在限制本公开的保护范围。

图1是示出了现有技术数据中心的示意图；

图2是具有DX冷却回路的现有技术CRAC的简化立体图；

图3是示出了根据本公开内容的一方面的、具有由两个冷却回路提供的分级冷却的CRAC的示意图；

图4是具有图3中的CRAC的冷却回路的CRAC的简化立体图；

图5是具有图3中的CRAC的冷却回路的另一个CRAC的简化立体图；

图6是示出了根据本公开内容的一方面的、具有由三个冷却回路提供的分级冷却的CRAC的示意图；

图7是示出了根据本公开内容的一方面的、具有由两个冷却回路提供的分级冷却的CRAC的简化立体图，其中每个冷却回路具有级联数字涡旋压缩机；

图8是根据本公开内容的一方面的、具有以交错配置设置的冷却板的蒸发器的简化立体图；

图9是根据本公开内容的一方面的、图7中的CRAC的变型的简化立体图，其中冷却回路之一中包括吸入管路热交换器；

图10是根据本公开内容的一方面的、图10中的CRAC的简化立体图，其中两个冷却回路均包括吸入管路热交换器；

图11A和图11B是示出了根据本公开内容的一方面的、在具有用于显冷控制和除湿控制的分级冷却回路的CRAC中所使用的级联数字涡旋压缩机的控制设置的表，图11C是示出了所述控制的流程图；

图12是根据本公开内容的一方面的、包括具有泵送制冷剂节约器模式的DX冷却回路的冷却系统；

图13至图24是图12中的冷却系统的变型；

图25是示出了根据本公开内容的一方面的、具有DX冷却回路和独立的泵送制冷剂节约装置回路的冷却系统的示意图；

图26是示出了根据本公开内容的一方面的、具有由图12中的两个冷却回路提供的分级冷却的冷却系统的示意图；

图27是示出了图12中的冷却系统并且更详细地示出了其控制系统的示意图；

图28示出了图27中的控制系统的控制环路；

图29是示出了根据本公开的一方面的、电子膨胀阀的示例性控制的流程图；

图30是示出了控制具有分级冷却的冷却系统基于冷却命令进行分级以对冷却系统的冷却回路的操作进行分级的示例性控制的流程图。

贯穿附图的若干个视图，相应的附图标记表示相应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图更加充分地描述示例性实施方式。

根据本公开内容的一方面，高效冷却系统包括由两个或更多个冷却回路提供的分级冷却，其中所述两个或更多个冷却回路被设置成使得待冷却的空气依次流经它们。一方面，每个冷却回路包括由固定容量涡旋压缩机和数字涡旋压缩机构成的级联数字涡旋压缩机。应当理解，作为对级联数字压缩机的替代，可以垂直并联多个压缩机并且这些压缩机可以具有不同的容量。一方面，当室外温度充分低足以对绕冷却回路循环的制冷剂提供必要的冷却时，每个冷却回路包括DX冷却回路和旁路压缩机的泵送冷却剂节约回路。一方面，高效冷却系统还包括使待冷却的空气流经每个冷却回路的蒸发器的一个或更多个风扇、鼓风机或相似的空气流动单元。空气流动单元的电机可以示例性地为变速电机，也可以示例性地为电子受控电机。关于用于冷凝器的风扇电机也存在相同情况。一方面，高效冷却系统的冷却回路包括电子膨胀阀。

应当理解，冷却系统可以具有少于这些元件的元件，可以具有所述元件的各种组合。例如，冷却系统可以不具有分级冷却而具有包括DX冷却回路和泵送制冷剂节约回路的冷却回路。在该方面，可以使用或不使用级联数字涡旋压缩机。

图3是根据本公开内容的一方面的冷却系统300的简化示意图，该冷却系统300具有多个冷却级，所述多个冷却级包括具有上游冷却回路301 的上游冷却级322以及具有下游冷却回路302的下游冷却级324。在图3的实施方式中，冷却回路301、302二者均是DX制冷回路。上游冷却回路301包括设置在传统DX制冷回路中的、被称为上游蒸发器304的蒸发器、膨胀阀306、冷凝器308和压缩机310。下游冷却回路302包括设置在传统DX制冷回路中的被称为下游蒸发器312的蒸发器、膨胀阀314、冷凝器316和压缩机318。在这一点上，上游冷却回路301中的蒸发器304、膨胀阀306和压缩机310以及下游冷却回路302中的蒸发器312、膨胀阀314和压缩机318可以与控制器320一起全部被包括在位于数据中心的CRAC 326中。冷凝器308、316以虚线框示出，因为它们通常不包括在CRAC 326中，而是位于其他地方，例如在CRAC 326所在的建筑的外部。膨胀阀306、314可以优选地为电子膨胀阀，但还可以为恒温膨胀阀，例如在U.S.4,606,198中公开的恒温膨胀阀。在每个DX制冷回路301、302中，制冷剂通过压缩机来循环，制冷剂从压缩机流出，经过冷凝器、膨胀阀、蒸发器并返回至压缩机。上游冷却回路301中的蒸发器304与下游冷却回路302中的蒸发器312被分级设置，使得通过CRAC的入口吸入的空气以串行方式流经蒸发器304、312，即空气首先流经上游冷却回路301中的上游蒸发器304，然后流经下游冷却回路302中的下游蒸发器312。通过具有被设置成使空气串行流过的多个冷却级，每个DX制冷回路的蒸发器两端的温差减小。这又使得每个DX制冷回路中的蒸发器以不同压力水平进行操作以及使得相应的蒸发器与冷凝器之间的压力差减小。因为压缩机功率是蒸发器与冷凝器之间的压力差的函数，压力差越小，能效越高。应当理解，每个压缩机310、318可以包括级联的压缩机，其中一个压缩机为固定容量压缩机而另一个压缩机为可变容量压缩机例如数字涡旋压缩机。如以下更加详细讨论的，每个压缩机310、318可以为包括固定容量涡旋压缩机和数字涡旋压缩机的级联数字涡旋压缩机。

应当理解，冷凝器308、316可以是上述关于图1中的散热装置124所描述的散热装置中任一个。

每级冷却回路提供由冷却系统300的CRAC 326提供的整体冷却的一部分。所述部分可以是等同的，即每级提供等同冷却，或者它们可以是不同的。更加具体地，每个冷却级具有作为CRAC 326两端的最大温差的一部分的最大温差。例如，如果CRAC 326具有20华氏度的最大温差，则每级冷却回路具有作为20华氏度的一定百分比的最大温差。这可以为相等的百分比，在这种情况下，当CRAC 326两端的最大温差为20华氏度，冷却回路301、302均具有最大的10华氏度的温差而或者所述百分比 可以不同。

冷却系统包括控制冷却回路301、302的控制器320。

上游冷却回路301的上游蒸发器304遇到了较高的进气温度，上游冷却回路31的压缩机310向上游蒸发器304提供蒸发温度比压缩机318提供给下游冷却回路302中的下游蒸发器312的制冷剂的高的制冷剂。下游冷却回路302中的下游蒸发器312遇到了上游冷却回路301的蒸发器304排出的较低气温。与现有技术相比较，存在如下优点：沿从仅通过下游冷却回路302的冷却到仅通过上游冷却回路301的冷却的连续冷却，其中借助于上游冷却回路301和下游冷却回路302中的较小的压缩机来实现相等的净总冷却容量，上游和下游冷却回路301、302以及上游冷却回路301的蒸发器304和下游冷却回路302的蒸发器312被配置成提供大约相等的冷却容量。例如，如果CRAC236为30吨的单位，则冷却回路301和冷却回路302被配置分别提供大约15吨的冷却容量，蒸发器304、312也被配置分别提供大约15吨的冷却容量。蒸发器304、312被配置为具有大约相等的表面冷却面积(冷却表面面积为流经蒸发器的空气所接触的面积)。在这一点上，当蒸发器304、312具有多个冷却板例如V形管组件时，代替由不同的压缩机对下游蒸发器312的每个冷却板进行馈送，由一个压缩机对下游蒸发器312的两个冷却板进行馈送并且由另一个压缩机对上游蒸发器304的两个冷却板进行馈送。这两个压缩机优选地具有相等容量并且分级冷却使得这两个压缩机比在用于对典型的现有技术CRAC中的蒸发器的两个冷却板进行馈送的两个压缩机小(容量小)，该现有技术的CRAC具有用于提供可比较的冷却容量的两个冷却板的DX制冷回路。

在可替代实施方式中，下游冷却回路302中的压缩机318比上游冷却回路301中的压缩机310大(即具有更大的容量)以降低提供给下游蒸发器312的制冷剂的蒸发温度。这又降低了显热比并且增加了下游冷却回路302的除湿能力。在本实施方式中，下游蒸发器312可以具有与上游冷却回路301的上游蒸发器304相等的冷却表面面积，或具有与上游蒸发器304的冷却表面面积不同(大于或小于)的冷却表面面积。

一方面，上游冷却回路301中的上游蒸发器304是微通道冷却管组件。上游蒸发器304可以示例性地为在2009年2月18日提交的名称为“Laminated Manifold for Microchannel Heat Exchanger”的USSN12/388,102中描述的类型的微通道热交换器，所述申请的全部公开内容通过引用合并到本文中。上游蒸发器304可以示例性地为从俄亥俄州的 Liebert Corporation of Columbus可获得的MCHX微通道热交换器。当上游蒸发器304为微通道热交换器时，上游冷却回路301示例性地被配置成提供仅可察觉的冷却，例如提供上游蒸发器304两端的如下温度升降：不使上游蒸发器304排出的空气温度降低至低于露点，或者低于露点上的特定若干度的温度(例如大约4华氏度)。尽管使用上游冷却回路301的上游蒸发器304的微通道冷却管组件的一个优点是所述微通道冷却管组件的两端具有空气侧压降：该空气侧压降比具有可比较冷却容量的翅片管冷却管组件显著小，但是应当理解上游蒸发器304可以不同于微通道冷却管，可以例如为翅片管冷却管组件。

一方面，下游冷却回路302的下游蒸发器312为翅片管冷却管组件。一方面，下游蒸发器312为微通道冷却管组件。

图4示出了CRAC 326的示例性实施方式。CRAC 326包括具有回气入口402和出气口404的箱400，例如室。空气过滤器406被布置在回气入口402处，使得经由回气入口402流入CRAC 326的空气在流经CRAC326的剩余部分之前流经空气过滤器406。箭头414表示空气流经CRAC326的方向。

在图4所示的实施方式中，下游冷却回路302的下游蒸发器312为布置在箱400中的、位于回气入口402与出气口404之间的A形管组件。下游蒸发器312因此具有用于A形管的每个臂的冷却板410。上游蒸发器304也是具有用于A形管的每个臂的冷却板412的A形管组件。空气流动单元408(例如风扇或鼠笼式鼓风机)被布置在箱400中、位于下游蒸发器312的下游侧与出气口404之间。上游蒸发器304的冷却板412之一被布置在下游蒸发器312的冷却板410之一的进气侧，而上游蒸发器304的另一个冷却板412被布置在下游蒸发器312的另一个冷却板410的进气侧。因此，下游蒸发器312的冷却板410与上游蒸发器304的冷却板412成对设置，即上游蒸发器的对应的冷却板412与下游蒸发器312的对应的冷却板410成对。应当理解，可替换地，空气流动单元408可替代地布置在上游蒸发器304的上游。

可替换地，如图5所示，上游冷却回路301的上游蒸发器304，可以布置在空气过滤器406与下游蒸发器312之间的箱400的室415中。

在一个变型中，上游蒸发器304的冷却板412可以被分割成多个冷却板，下游蒸发器312的冷却板410也如此。

在CRAC中使用独立的上游DX制冷回路和下游DX制冷回路进行分级冷却，使得上游DX制冷回路的压缩机两端的压力差减小，从而降低其功耗。通过上游DX制冷回路中的上游蒸发器提供的附加表面积使得下游DX制冷回路中的下游蒸发器两端的温度升降减小。这使得下游DX制冷回路中的压缩机两端的压力差减小，从而降低其功耗。该分级提高了蒸发器的温度，使得蒸发器进行更少地除湿。在数据中心中，除湿通常浪费能源。分级冷却进一步具有如下益处：使得CRAC能够提供从入口到出口的大的空气侧温差。这些效果的组合显著增加了SHR。

当蒸发压力与冷凝压力之间的差减小时，DX冷却回路的压缩机更高效地运行并具有更大的容量。此外，如果目的是相对于更大容量来增加能效，则压缩机可以更小并且仍然满足流经冷却回路的制冷剂的期望的质量流量，这是因为蒸发温度升高了。也就是说，每个回路中的压缩机可以比用于对在典型的现有技术CRAC的冷却管的冷却板进行馈送的压缩机小但仍然能实现相等的净的总冷却容量，该现有技术的CRAC具有用于每个冷却板的DX制冷回路。

应当理解，冷却系统300可以具有多于两级的分级冷却回路，每个分级冷却回路示意性地为DX冷却回路，例如冷却回路301、302。例如，冷却系统(例如图6中的冷却系统600)具有三级分级冷却回路，第三冷却回路602设置在冷却回路302的下游。每级可以提供由冷却系统600提供的相等部分(即1/3)的冷却，或每级可以提供不等的部分的冷却。

如上所述，每个压缩机310、318可以为级联压缩机，例如被称为级联数字涡旋压缩机的级联压缩机，其包括固定容量涡旋压缩机和可变容量数字涡旋压缩机。如在本文中使用的，“级联数字涡旋压缩机”指具有固定容量涡旋压缩机和可变容量数字涡旋压缩机二者的压缩机。图7示出了图3中的CRAC 326的变型CRAC 700，其具有级联数字涡旋压缩机710和718，级联数字涡旋压缩机710包括固定容量压缩机710(F)和可变容量数字涡旋压缩机710(V)，级联数字涡旋压缩机718包括固定容量压缩机718(F)和可变容量数字涡旋压缩机718(V)。固定容量压缩机710(F)和718(F)优选地可以为固定容量涡旋压缩机，但是应当理解，它们可以是其它类型的固定容量压缩机。数字涡旋压缩机具有通过分离涡旋组在大约10％与100％之间改变或调制其容量的能力。数字涡旋压缩机在部分负载条件下操作时具有较低的效率，而在高负载条件下操作时更高效。更加具体地，数字涡旋压缩机在容量的50％与100％之间(即负载 50％与100％之间)操作时更高效，在低于容量的50％操作时低效。在级联数字涡旋压缩机中将固定容量压缩机与数字涡旋压缩机配对提供了从容量的25％到100％的能效操作的更广阔的范围。级联数字涡旋压缩机可以示例性地为从Sydney Ohio的Emerson Climate Technologies的 band可获得的级联数字涡旋压缩机。如在本文中使用的，上负载范围指特定负载百分比的负载范围，并且高于该上负载范围数字涡旋压缩机操作更高效。尽管上负载范围通常为50％或更高，但是应当理解下负载可以不等于50％并取决于特定的压缩机。

上游蒸发器304和下游蒸发器312可以具有各种配置。它们中的每个可以具有例如两个冷却板，所述冷却板具有冷却剂流经其的多行管。它们还可以如图4和图7所示彼此分离，或具有交错配置，如图8所示上游蒸发器304和下游蒸发器312的冷却板412、410的多行管彼此交错。

在图7的示例性配置中，在配置中的如图4所示设置的上游蒸发器304和下游蒸发器312在本文中被称为“分离配置”，上游蒸发器304与下游蒸发器312彼此分离，上游蒸发器304完全位于下游蒸发器312的上游。也就是说，上游蒸发器304的冷却板412与下游蒸发器312的冷却板410相分离，冷却板412完全位于冷却板410的上游。如上所述冷板板410、412被成对设置，上游蒸发器304的冷却板412之一的出口侧702与下游蒸发器312的冷却板410之一的入口侧704邻接。在图4和图7所示的示例性配置中，上游蒸发器304的冷却板412位于下游蒸发器312的冷却板410的外部。

冷却板410、412可以例如分别具有制冷剂流经其的三行706管708。在上游蒸发器304的冷却板412中的所述行706的管708与在下游蒸发器312的冷却板410中的所述行706的管708分开进行分组。因此，上游蒸发器304的冷却板412的所述行706的管708均布置在下游蒸发器312的冷却板410的所述行706的管708的上游。这种配置在本文中可以被称为“X行/X行-Z级分离”配置，其中X为冷却板中的管708的行706的数目，Z为冷却级的数目。因此，图7所示的示例性实施方式为3行/3行-2级分离配置。应当理解，每个冷却板可以具有多于或少于3行的管。

图8示出了在本文中被称为“交错配置”的配置，上游蒸发器304与下游蒸发器312的一行或更多行管是交错的。在图8所示的交错配置的示例中，蒸发器304的冷却板412，与蒸发器312的冷却板410，被成对设置。每个冷却板410，、412，具有两部分：过热部分和2-相部分。为了参考， 上游蒸发器304的412，具有过热部分800和2-相部分802，下游蒸发器312的每个冷却板410，具有过热部分804与2-相部分806。设置每对冷却板410，、412，，使得下游蒸发器304的冷却板410，的过热部分804布置在上游蒸发器304的冷却板412，的过热部分800与上游蒸发器304的冷却板412，的2-相部分802之间。如图8所示，上游蒸发器304的冷却板412，的过热部分800具有向外的入口侧808以及面向下游蒸发器312的冷却板410，的过热部分804的入口侧812的出口侧810。下游蒸发器312的冷却板410，的过热部分804的出口侧814面向上游蒸发器304的冷却板412，的2-相部分802的入口侧816。2-相部分802的出口侧818面向下游蒸发器312的冷却板410，的2-相部分806的入口侧820。在所述配置中，待冷却的空气进入上游冷却蒸发器304的冷却板412，的过热部分800，然后依次通过下游蒸发器312的冷却板410，的过热部分804、上游蒸发器304的冷却板412，的2-相部分802以及下游蒸发器312的冷却板410，的2-相部分806。该配置在本文中可以被称为“X行/X行、Y行/Y行-Z级交错”配置，其中X为冷却板的过热部分中的行的数目，Y为冷却板中的2-相部分中的行的数目，Z为冷却级的数目。因此，图8所示的示例性实施方式为1行/1行、2行/2行-2级交错配置。应当理解，每个冷却板的2-相部分可以具有多于或少于2行的管，每个冷却板的过热部分可以具有不止1行的管。

在交错配置中，在各个的上游冷却级和下游冷却级的每个冷却级中的冷却剂首先流经该冷却级的蒸发器的每个冷却板的2-相部分，然后流经该冷却板的过热部分。冷却剂通常以两相(液相和气相)进入2-相部分，而通常仅以气体形式从2-相部分排出。制冷剂然后在过热部分进行过热，过热部分遇到了比2-相部分更热的空气。

以上描述的类型的多级冷却系统(尤其是下游级)的蒸发温度受过热温度的限制。通过将交错配置中的过热区域与进气侧分离，去除了第二级的过热限制，与蒸发器的管不是交错的(即上游蒸发器的管全部位于下游蒸发器的管的上游)的配置相比较，第二级的蒸发温度升高了。

图9示出了图7中的分离配置的变型，其中冷却回路302，包括吸入管路热交换器900，该吸入管路热交换器900具有耦接在下游蒸发器312的出口904与级联数字涡旋发电机718的入口906之间的第一热交换路径902。吸入管路热交换器900的第二热交换路径908耦接在冷凝器316的出口910与膨胀阀314的入口912之间。

在该变型中，吸入管路热交换器900对从冷凝器316流经热交换路径908的高压制冷剂进行过冷(subcool)，使得对从下游蒸发器312流经热交换路径902到级联数字涡旋压缩机718的气相制冷剂进行过热，从而当气相制冷剂进入级联数字涡旋压缩机718时已经被过热。这使得下游蒸发器312不再进行任何过热，并且实现了与交错配置可比较的关于级联数字涡旋压缩机718的效率的增加(即蒸发温度的增加)。

在图9的实施方式中，仅下游冷却回路302，包括吸入管路热交换器。图10示出了图9的变型，其中冷却回路301，还包括吸入管路热交换器1000，该吸入管路热交换器1000具有耦接在上游蒸发器304的出口1004与压缩机310的入口1006之间的第一热交换路径1002。吸入管路热交换器1000的第二热交换路径1008耦接在冷凝器308的出口1010与膨胀阀306的入口1012之间。

在该变型中，吸入管路热交换器1000对从冷凝器308流经热交换路径1008的高压制冷剂进行过冷，使得对从上游蒸发器304流经热交换路径1002到级联数字涡旋压缩机710的气相制冷剂进行过热，从而当气相制冷剂进入级联数字涡旋压缩机710时已经被过热。这使得上游蒸发器304不需要再进行任何过热，并且增加了级联数字涡旋压缩机710的效率(即增加了蒸发温度)。

一种具有分级冷却(例如CRAC 700(图7))的冷却系统能够对显冷控制和除湿控制进行更好的优化，所述CRAC 700使用多个冷却回路，例如以上与级联数字涡旋压缩机710、718一起讨论的冷却回路301、302。

一方面，控制器320控制级联数字涡旋压缩机710、718。控制器320示例性地使用实施下述对级联数字涡旋压缩机710、718的控制的合适的软件来编程。控制器320可以示例性地为从Ohio的Liebert Corporation of Columbus可获得的控制系统，其使用实施下述附加功能的软件来编程。

如在本文中使用的，冷却命令(Call for Cooling)是指冷却系统被请求提供的实际冷却的冷却需求。通常，“冷却命令”被表达为冷却系统的总冷却容量或标称最大冷却容量的百分比。应当理解，冷却命令可以不被表达为百分比。例如，其可以根据功率来表示，例如千瓦(Kw)。仅通过示例但非限制的方式，冷却系统可以具有125Kw的总容量，如果冷却系统被请求提供62.5Kw的冷却，则冷却命令可以被表达为62.5Kw以及50％。

首先转向显冷的控制，控制器320基于冷却命令以及该冷却命令落在多个范围的哪个范围中来控制启动每个级联数字涡旋压缩机中的哪个固定容量压缩机和数字涡旋压缩机，以及在启动每个数字涡旋压缩机的情况下，控制其负载。一方面，控制器首先开始对上游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降以操作上游冷却级来提供冷却。当冷却命令增加至如下点：将更加高效地操作下游冷却级以提供附加冷却而不是继续仅增加上游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机的斜坡升降时，与对上游冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降并行地，控制器还开始对下游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降。这操作了上游冷却级和下游冷却级二者来提供冷却。如此，控制器320对可变容量数字涡旋压缩机、特别是上游冷却级的冷却回路的级联数字涡旋压缩机的操作与下游冷却级的冷却回路的操作进行最大化地平衡，以更好地优化效率。

在以下示例中，控制器320具有如下四种控制模式：其是由冷却系统(例如冷却系统300)被命令提供的冷却命令(在以下示例中被表达为百分比)确定的，其是由控制器320当冷却为斜坡上升(ramp up)以及还有当冷却为斜坡下降(ramp down)时确定的。图11A是示出了用于对级联数字涡旋压缩机710、718中每个的固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)以及数字涡旋压缩机710(V)和718(V)进行控制的这些控制模式的表。在图11A的表中使用的相对于数字涡旋压缩机的术语“斜坡升降(ramp)”指数字涡旋压缩机的容量被适当地调高(增加数字涡旋压缩机加载时间的百分比)或调低(减少不加载数字涡旋压缩机时间的百分比)，以提供精细的冷却调节从而满足以上讨论的被称为冷却命令的冷却需求。在图11A中，基于冷却命令与显冷斜坡上升控制阈值SRU1-SRU5(即冷却命令所落入的范围)的比较，来确定何时启动固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)以及何时启动数字涡旋压缩机710(V)和718(V)以及当冷却命令是斜坡上升时所述压缩机的负载百分比。紧接着每个控制阈值SRU1-SRU5的在圆括号内的值为这些控制阈值的每个阈值的示例性优选值。然而，应当理解，控制阈值SRU1-SRU5可以具有不同值并且这些值可以被直观地和/或理论地确定以优化这些值。

在图11A中相似地，基于冷却命令百分比与显冷斜坡下降控制阈值SRD1-SRD5的比较，来确定何时启动固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)，何时启动数字涡旋压缩机710(V)和718(V)，以及当冷却命令为斜坡下降时的负载百分比。再次，紧接着每个控制阈值SRD1-SRD5 在圆括号内的值为这些控制阈值的每个阈值的示例性优选值。然而，应当理解，控制阈值SRD1-SRD5可以具有不同值并且这些值可以被直观地和/或理论地确定以优化这些值。

应当理解，以上讨论的四种控制模式是示例性的，特别地如果存在不止两级的冷却级从而存在不止两个的级联数字涡旋压缩机(即每个冷却级的级联数字涡旋压缩机)时，则可以存在不同于这四种控制模式的控制模式。

转向除湿控制，控制器320基于冷却命令以及该冷却命令落在多个除湿控制范围的哪个除湿控制范围中，来控制启动每个级联数字涡旋压缩机中的哪个固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机，然后基于除湿命令控制适用的可变容量数字涡旋压缩机的斜坡升降。在以下示例中，控制器320具有根据冷却命令确定的三种控制模式。图11B是示出了用于级联数字涡旋压缩机710、718中的每个的固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)以及数字涡旋压缩机710(V)和718(V)的控制的所述控制模式的表。在图11 A的表中使用的相同术语还用于图11 B中的表。此外，“除湿命令”指由控制器320确定的、冷却系统700被命令提供的除湿的百分比。在图11B中，基于冷却命令与潜在的冷却控制阈值L1-L4的比较，来确定何时启动固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)，何时启动数字涡旋压缩机710(V)和718(V)，以及是否对所述压缩机进行斜坡升降。除湿命令确定正在进行斜坡升降的每个可变容量数字涡旋压缩机710(V)和718(V)的斜坡升降。再次，当紧接着每个控制阈值L1-L4的圆括号中的值为限定除湿控制范围的这些控制阈值的每个阈值的示例性优选值。然而，应当理解，控制阈值L1-L4可以具有不同值，并且这些值可以被直观地和/或理论地确定以优化这些值。一个示例性方面，当请求除湿即当存在未满足的除湿命令时，图11B的表中所示的控制模式优先于图11A的表中所示的控制模式。当满足除湿命令时，控制切换回图11A的表中所示的控制模式。应当理解，三种控制模式是示例性的，特别地如果存在不止两级的冷却级从而存在不止两个的级联数字涡旋压缩机(即每个冷却级的级联数字涡旋压缩机)时，则可以存在不同于这三种控制模式的控制模式。

图11C是根据在图11A和11B中制定的控制设定点来控制级联数字涡旋压缩机710、718的控制器320的软件程序的基本流程图。在1102中，控制器320确定是否存在除湿命令，如果存在则确定除湿命令的百分比。 如果存在除湿命令，则在1104中控制器320基于图11B中的冷却命令和控制阈值L1-L4来控制级联数字涡旋压缩机710、718。也就是说，基于冷却命令落入控制阈值L1-L4的范围，控制器320启动和关闭固定容量涡旋压缩机710(F)和718(F)，启动和关闭数字涡旋压缩机710(V)和718(V)，以及如果启动了所述压缩机，则确定是否对它们进行斜坡升降。基于除湿命令，控制器320控制正在进行斜坡升降的每个可变容量数字涡旋压缩机710(V)和718(V)的斜坡升降。控制器320然后返回框1102。

如果在1102中，控制器320确定不存在除湿命令，则在1106中控制器确定是否存在冷却命令以及冷却命令的百分比。如果不存在冷却命令，则控制器320返回框1102。如果控制器320确定存在冷却命令，则在1108中控制器320确定冷却是否为斜坡上升。如果为斜坡上升，则在1110中控制器320基于和在图11A的冷却斜坡上升部分中的控制阈值SRU1-SRU5和冷却命令的百分比来控制级联数字涡旋压缩机710、718。也就是说，基于冷却命令的百分比所落入的控制阈值SRU1-SRU5的范围，控制器320启动和关闭固定容量涡旋压缩机710(F)、718(F)，启动和关闭数字涡旋压缩机710(V)、718(V)以及设置所述压缩机的负载百分比。控制器320然后返回框1102。如果在1108中，控制器320确定冷却不是斜坡上升，则冷却为斜坡下降；在1112中，控制器320基于在图11A的冷却斜坡下降部分中的控制阈值SRD1-SRD5和冷却命令的百分比来控制级联数字涡旋压缩机710、718。也就是说，基于冷却命令的百分比所落入的控制阈值SRD1-SRD5的范围，控制器320启动和关闭固定容量涡旋压缩机710(F)、718(F)，启动和关闭数字涡旋压缩机710(V)、718(V)并设置所述压缩机的负载百分比。控制器320然后返回框1102。

尽管以上分级冷却是在具有CRAC的数据中心冷却系统的背景下进行描述，应当理解所述分级冷却也可以应用于其它类型的冷却系统，例如建立用于舒适冷却例如办公室冷却的HVAC系统。

尽管以上讨论的下游蒸发器是A形管组件，以及一方面以上讨论的上游蒸发器也是A形管组件，应当理解分级冷却系统可以利用V形管组件作为下游蒸发器以及一方面利用V形管组件作为上游蒸发器。应当理解，上游蒸发器和下游蒸发器可以分别利用大的倾斜冷却板或平坦冷却板。

根据本公开内容的另一方面，冷却系统可以包括CRAC，该CRAC 包括具有泵送制冷剂节约装置的DX冷却回路，该泵送制冷剂节约装置当外部温度冷至足以对在冷却回路中循环并旁路压缩机的冷却流体进行冷却时，使得所述系统在泵送制冷剂节约器模式下运行。冷却流体可以示例性地为具有气相和液相的相变制冷剂。泵送制冷剂节约装置可以示例性地包括使冷却流体循环的泵，示例性地制冷剂为液相的并旁路压缩机。然后，当外部温度低至足以提供热交换而不需要将压缩气相制冷剂到更高的压力/冷凝温度时，该冷却系统使用所述泵代替压缩机以泵送液相制冷剂并使制冷剂循环。当冷却系统如下所述切换为节约器模式时，节约器模式显著增加了冷却系统的显冷能效比(COP)。关于年效率，气候确定益处。例如，建模显示在华盛顿年能效增加大约26％，而在明尼阿波利斯(MN)年能效增加大约53％。

如上讨论的，现有的DX空调系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器以及膨胀装置。通常被冷却的空气比外部空气温度低。因此，需要压缩机以增加气相制冷剂的压力，从而将冷凝温度增加为比外部空气的温度高，使得可以散热。在任何将热散发至室外(即使在隆冬)的应用中，压缩冷却流体的需要消耗了不必要的能源。

当室外温度变得低至足以提供室内空气(从其带走热)与室外空气(热被散发至室外空气)之间的总的所需要的温差时，而不需要将气相制冷剂压缩到更高的压力/温度。当上述情况发生时，根据本公开内容的所述方面的冷却系统从DX(压缩机)模式切换到泵送制冷剂节约器模式。在泵送制冷剂节约器模式中，液相制冷剂被液体泵泵送以在冷却回路中循环而不需要压缩气相制冷剂。优点为所述泵消耗了由压缩机所消耗的功率的大致1/10。

具有泵送制冷剂节约器模式的冷却系统的控制器决定从一种模式切换到另一种模式的温度是基于室内温度与室外温度之间的差以及冷却系统的热负载。如上所述，在本文中描述的冷却系统包括以上所列举的部件，其为参照图2描述的DX冷却回路的典型部件，以及泵。当控制器决定从DX(压缩机)模式切换到泵送制冷剂节约器模式时，压缩机关闭而泵启动。在泵送制冷剂节约器模式中，制冷剂旁路压缩机，而在DX(压缩机)模式中，制冷剂旁路泵。

以下描述的具有DX冷却回路和泵送制冷剂节约装置的冷却系统的实施方式将示出优选的和可替代的系统设计和部件功能。在泵送制冷剂节约器模式下操作的本系统的三种主要控制考虑为容量控制、蒸发器冻结预 防(室外温度可能变得很低)以及泵保护。大多数泵需要最小差以确保电机(当所述泵为密封式电动泵时)的充分冷却和轴承的润滑。所述控制功能中的每种功能可以通过若干个不同方法、使用不同部件来实现。

参照图12，其示出了具有泵送制冷剂节约器模式的冷却系统1200的优选实施方式。冷却系统1200包括DX冷却回路1202，其具有在DX制冷回路中设置的蒸发器1204、膨胀阀1206(其优选地可以为电子膨胀阀，但还可以为恒温膨胀阀)、冷凝器1208以及压缩机1210。冷却回路1202还包括流体泵1212、电磁阀1214以及止回阀1216、1218、1222。冷凝器1208的出口1262被耦接至泵1212的入口1228以及止回阀1216的入口1230。泵1212的出口1232耦接至电磁阀1214的入口1234。电磁阀1214的出口1236耦接至电子膨胀阀1206的入口1238。止回阀1216的出口1240也耦接至电子膨胀阀1206的入口1238。电子膨胀阀1206的出口1242耦接至蒸发器1204的制冷剂入口1244。蒸发器1204的制冷剂出口1246耦接至压缩机1210的入口1248以及止回阀1218的入口1250。压缩机1210的出口1252耦接至止回阀1222的入口1254，止回阀1222的出口1256耦接至冷凝器1208的入口1258以及止回阀1218的出口1260。

冷却系统1200还包括耦接至冷却系统1200的受控部件(例如电子膨胀阀1206、压缩机1210、泵1212、电磁阀1014、冷凝器风扇1224以及蒸发器空气流动单元1226)的控制器1220。控制器1220示例性地使用实施以下描述的冷却系统1200的控制的适当软件来编程。控制器1220可以包括或耦接至用户接口1221。控制器1220可以示例性地为从Ohio的Liebert Corporation of Columbus可获得的控制系统，其使用实施以下描述的附加功能的软件来编程。

泵1212可以示例性地为变速泵但可替代地为定速泵。冷凝器风扇1224可以示例性地为变速风扇但可替代地为定速风扇。

当泵1212为变速泵时，处于泵送制冷剂节约器模式的冷却回路1202的冷却容量由控制器1220通过调制泵1212的速度来控制。也就是说，为了增加冷却容量，控制器1220增加泵1212的速度以增加冷却回路1202中的制冷剂的流速，为了减小冷却容量，控制器1220减小泵1212的速度以减小冷却回路1202中的冷却剂的流速。由控制器1220调制冷凝器1208的风扇1224的速度，将在蒸发器1204的入口处的制冷剂温度保持在冰点以上，由控制器1220调制电子膨胀阀1206来保持最小泵差。泵差指泵两端的压力差。在这一点上，当泵1212为变速泵时，其示意性地为密封泵， 当所述泵泵送制冷剂时，流经其的制冷剂对其进行冷却，从而需要最小泵差使得泵1212被充分冷却。

当泵1212为定速泵时，由控制器1220通过调制电子膨胀阀1206以增加或减小冷却回路1202中的制冷剂的流量，来控制冷却回路1202的冷却容量。

在优选实施方式中，泵1212为位于冷凝器外部的盒体，但是泵1212在一些实施方式中为室内单元。

在DX(压缩机)模式中，控制器1220控制压缩机1210运行，电磁阀1214关闭以及泵1212关闭。由于压缩机1210正在运行，在压缩机1210的入口1248处的吸入装置将来自蒸发器1204的出口1246的、蒸发的制冷剂吸入压缩机1210中，在压缩机1210中由压缩机1210压缩所述制冷剂并增加其压力。在运行中的压缩机1210的入口1248处的吸入装置将制冷剂吸入至入口1248，制冷剂不流经止回阀1218。制冷剂然后流经止回阀1222进入冷凝器1208中，在冷凝器1208中制冷剂被冷却并冷凝为液态。由于电磁阀1214关闭并且泵1212关闭，在制冷剂流出冷凝器1208后，其流经止回阀1216，经过膨胀阀1206，在膨胀阀1206处制冷剂的压力减小，然后制冷剂进入蒸发器1204。制冷剂流经蒸发器1204，在蒸发器1204处制冷剂被流经蒸发器1204的待冷却的空气加热至蒸发，然后返回压缩机1210的入口1248。

当控制器1220将冷却回路1202切换为泵送制冷剂节约器模式时，控制器打开电磁阀1214，关闭压缩机1210并启动泵1212。泵1212然后泵送制冷剂使其循环并流经电磁阀1214、电子膨胀装置1206、蒸发器1204、旁路压缩机1210的止回阀1218，经过冷凝器1208并返回泵1212的入口1228。控制器1220当外部空气的温度低至足以提供待冷却的室内空气与热被散发至的室外空气之间所需的温差时，将冷却回路1202切换为泵送制冷剂节约器模式。

一方面，如图12的室所示，倒置夹(inverted trap)1264可以耦接在阀1214的出口1236与电子膨胀阀1206的入口1238之间。

一方面，接收器/缓冲罐例如以下描述的接收器/缓冲罐可以耦接在冷凝器1208的出口1262与泵1212的入口1228之间，使得所有制冷剂在进入入口1228之前流经接收器/缓冲罐。

图13示出了具有作为冷却回路1202的变型的冷却回路1302的冷却 系统1300。除了以下区别，冷却系统1300与冷却系统1200基本上相同，并且以与冷却系统1200相同的方式进行操作。在冷却系统1300中，在压缩机1210的入口1248处添加电磁阀1304，其由控制器1220控制以防止液体涌入压缩机。当冷却系统1300处于DX(压缩机)模式时，控制器1220打开电磁阀1304。当冷却系统1300处于泵送制冷剂节约器模式时，控制器1220关闭电磁阀1304，从而防止制冷剂流入压缩机1210的入口并且防止液体涌入压缩机1210。绕电子膨胀阀1206还添加有旁通电磁阀1306，向蒸发器的回路分配制冷剂的分配器(未示出)包括旁路分配器的孔的入口端以及垂直于该旁通入口的旁通电磁阀1306的出口以降低系统压降。

图14示出了作为图12所示的冷却系统1200的变型的、具有冷却回路1402的冷却系统1400。除了下述区别，冷却系统1400与冷却系统1200基本上相同，并且将以与冷却系统1200相同的方式进行操作。在冷却系统1400中，去除了旁路泵1212的止回阀1216，这导致去除了电磁阀1214。在这种情况下，当冷却回路处于DX(或压缩机)模式时，制冷剂将流经泵1212。这假设泵1212未被被动旋转损坏。

图15示出了作为冷却系统1200的变型的、具有冷却回路1502的冷却系统1500。除了以下区别，冷却系统1500与冷却系统1200基本上相同，并且将以与冷却系统1200相同的方式进行操作。在冷却系统1500中，通过控制器1220调制在泵1212的排出口1506处的排出控制阀1504来保持泵差。应当理解，尽管使用与用于电磁阀的相同阀符号示出了排出控制阀1504，但是排出控制阀1504是可变流量阀而不是开-关阀。冷却系统1500还包括绕膨胀阀1206(其可以为电子膨胀阀或恒温膨胀阀)的旁通电磁阀1304(图13)，以及分配器(未示出)的分配器孔，所述分配器将制冷剂分配给蒸发器的回路以降低系统压降。在本实施方式中，泵1212为变速泵，当冷却系统1500处于泵送制冷剂节约器模式时，控制器1220调制泵1212的速度以控制循环的制冷剂的流速从而控制冷却系统1500的冷却容量。

图16示出了作为冷却系统1500的变型的、具有冷却回路1602的冷却系统1600。除了以下区别，冷却系统1500与冷却系统1500基本上相同，并且将以与冷却系统1500相同的方式进行操作。冷却系统1600具有保持最低冷却剂温度的替代方法。更加具体地，冷却系统1600具有绕冷凝器1208的旁通管路1603，在旁通管路1603中具有旁通控制阀1604， 使得暖制冷剂绕冷凝器1208流动以与来自冷凝器1208的出口1606的冷制冷剂进行混合，以保持期望温度并预防蒸发器冻结。旁通控制阀1604是可变流量阀，并示例性地由控制器1220进行控制。止回阀1608耦接在冷凝器1208的出口1262与泵1212的入口1228之间，止回阀1608的出口1612耦接至泵1212的入口1228。旁通控制阀1604的出口1610也耦接至泵1212的入口1228，从而也耦接至止回阀1608的出口1612。

图17示出了作为冷却系统1600的变型的、具有冷却回路1702的冷却系统1700。除了以下区别，冷却系统1700与冷却系统1600基本上相同，并且以与冷却系统1600相同的方式进行操作。冷却系统1700的冷却回路1702还包括在压缩机1210的入口1248处的电磁阀1304(图13)以防止液体涌入压缩机1210。因为蒸发器1204如以下讨论的被过度馈送，并且液态制冷剂将离开蒸发器1204，电磁阀1304用于防止液体涌入压缩机1210。冷却系统1700的冷却回路1702还包括绕冷凝器1208的、具有旁通控制阀1604(图16)的旁通管路1603，以及止回阀1608，该止回阀1608耦接在调压阀1703与接收器/缓冲罐1706的入口1704以及泵1212的入口1228之间。接收器/缓冲罐1706的出口1708耦接至泵1212的入口1228。旁通阀1604的出口1610还耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704以及泵1212的入口1228。在前述实施方式中，不需要接收器/缓冲罐1706，这是因为冷却系统由控制器1220控制运行在泵送制冷剂节约器模式下，所述模式具有与DX(压缩机)模式相同的制冷剂的分配(在冷凝器与蒸发器入口之间为液态，在蒸发器中为液态与气态的混合物，在蒸发器的出口与冷凝器的入口之间为气态)。借助于接收器/缓冲罐1706，控制器1220可以使冷却系统1700运行以过度馈送蒸发器1204，使得在蒸发器出口1246与冷凝器1208之间存在液态和气态的混合物。这与前述实施方式相比较增加了冷却系统1700的冷却容量，但是添加接收器/缓冲罐1706会增加成本。应当理解，所述接收器/缓冲罐1706可以用于前述实施方式，如此使得所述系统较不充注量敏感(charge sensitive)。也就是说，所述系统能够提供关于制冷剂充注量水平的更多的变型。

图18示出了作为冷却系统1700的变型的、具有冷却回路1802的冷却系统1800。除了下述区别，冷却系统1800与冷却系统1700基本上相同，并且以与冷却系统1700相同的方式进行操作。冷却系统1800具有在旁通管路1603中的旁通控制阀1604的不同功能。在这种情况下，冷凝器旁通管路1603进入接收器/缓冲罐，旁通控制阀1604的出口1610耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704但未耦接至泵1212的入口1228。止回阀 1608的出口1612也未耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704，去除了调压阀1703。控制器1220调制旁通控制阀1604以调制接收器/缓冲罐的压力以迫使液体从接收器/缓冲罐1706到泵1212的入口1228。这与在美国专利No.7,900,468中描述的方法相似，所述专利的全部公开内容通过引用合并在本文中。控制器1220可以示例性地使用在US 7,900,460中描述的方法来编程。

图19A示出了作为冷却系统1700的变型的、具有冷却回路1902的冷却系统1900。除了以下区别，冷却系统1900与冷却系统1700基本上相同，并且以与冷却系统1700相同的方式进行操作。旁通控制阀1604的出口1610经由止回阀1904耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704以及泵1212的入口1228，并且止回阀1608的出口1612也耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704以及泵1212的入口1228。制冷剂在进入泵1212的入口1228之前优选地流经接收器/缓冲罐1706，但是可以绕接收器/缓冲罐1706流动。

图19B示出了作为冷却系统1700的变型的、具有冷却回路1902，的冷却系统1900，。旁通控制阀1604和止回阀1904被去除，并且止回阀1608的出口耦接至接收器/缓冲罐1706的入口1704但并未耦接至泵1212的入口1228。在冷却系统1900，中，所有制冷剂在进入泵1212的入口1228之前流经接收器/缓冲罐1706。

图20示出了作为冷却系统1700的变型的、具有冷却回路2002的冷却系统2000。除了下述区别，冷却系统2000与冷却系统1700基本上相同，并且以与冷却系统1700相同的方式进行操作。在冷却系统2000中，三通阀2004耦接在蒸发器1204的出口1246、压缩机1210的入口1248与冷凝器1208的入口1258之间，去除了电磁阀1304和止回阀1218。控制器1220控制三通阀2004以在处于直接膨胀模式时向压缩机1210提供制冷剂，并且在处于泵送制冷剂节约器模式时旁路压缩机1210。

图21示出了作为冷却系统1600的变型的、具有冷却回路2102的冷却系统2100。除了以下区别，冷却系统2100与冷却系统1600基本上相同，并且以与冷却系统1600相同的方式进行操作。在冷却系统2100中，吸入管路贮存器2104被布置在压缩机1210的入口1248处以防止液体涌入压缩机1210。此外，冷却系统2100具有代替排出控制阀1504的电磁阀1214，电磁阀1214以针对冷却系统1200描述的方式进行操作。

图22示出了作为冷却系统1600的变型的、具有冷却回路2202的冷 却系统2200。除了以下区别，冷却系统2200与冷却系统1600基本上相同，并且以与冷却系统1600相同的方式进行操作。冷却系统2200包括吸入管路热交换器2204，其在冷却系统2200处于直接膨胀模式时增加蒸发器充注量(charge)以标准化直接膨胀模式与泵送制冷剂节约器模式之间的蒸发器充注量。当冷却系统2200处于泵送制冷剂节约器模式时，由控制器1220打开旁通电磁阀1306以旁路吸入管路热交换器(在图22的实施方式中，该旁通电磁阀1306绕吸入管路热交换器2204的第一交换路径2206以及电子膨胀阀1206进行耦接)。应当理解，当冷却系统2200处于直接膨胀模式时，控制器1220关闭电磁阀1306。吸入管路热交换器2204的第一热交换路径2206耦接在连接处2208与电子膨胀阀1206的入口2214之间，止回阀1216的出口2210和电磁阀1214的出口2212耦接至所述连接处2208。吸入管路热交换器2204的第二热交换路径2216耦接在蒸发器1204的出口1246与连接处2218之间，压缩机1210的入口1248与止回阀1218的入口2220耦接至所述连接处2218。

图23示出了作为冷却系统1200的变型的、具有冷却回路2302的自然冷却系统2300，其适于冷凝器1208的高度比蒸发器1204显著高的应用。在这种情况下，当冷却系统2300处于节约器模式时，在蒸发器1204的入口1248处的制冷剂的液柱引发热虹吸效应：使制冷剂从冷凝器1208的出口1262流经电子膨胀阀1206，经过蒸发器1204，经过止回阀1218并返回冷凝器1208。通过控制器1220调制电子膨胀阀1206来控制冷却系统2300的冷却容量。所述系统的优点为：向传统的DX系统仅需要添加的附加部件是压缩机旁通阀，其在图23所述的实施方式中为止回阀1218。尽管冷却系统2300的优点是不需要泵1212(以及相关联的电磁阀1214和止回阀1218)，但是用于冷却系统2300的相同控制方法还可以用于任意前述冷却系统1200-2200，只要冷凝器1208比蒸发器1024充分高即可。由于由热虹吸效应所引发的制冷剂的流量随着制冷剂的液柱高度的增加而增加，所以当针对给定应用的负载需要充分低时可以关闭泵1212，从而可以节约更多的能源。

图24示出了作为另外的可替代实施方式的、具有冷却回路2402的冷却系统2400，其中自然冷却系统例如自然冷却系统2300与已知类型的液体过度馈送系统结合，其中当冷却系统2400处于直接膨胀模式时蒸发器1204的入口1246被过度馈送，使得制冷剂以轻度过冷的液相而非两相混合的形式进入蒸发器1204，从而使得分配更加均匀。在冷却系统2400中，冷凝器1208的出口1262经由电子膨胀阀1206耦接至液/气分离罐2404 的入口2403。液/气分离罐2404的出气口2406耦接至压缩机1210的入口1248。液/气分离罐2404的液体出口2408耦接至泵1212的入口1228。压缩机1210的出口2410耦接至止回阀1222的入口1254。止回阀1222的出口1256耦接至冷凝器1208的入口1258。电磁阀2420的入口2422与电磁阀2424的入口2424均耦接至蒸发器1204的出口1246。电磁阀2420的出口2418耦接至冷凝器1208的入口1258。电磁阀2426的出口2428耦接至液/气分离罐2404的第二入口2430。控制器1220控制泵1212，使得泵1212一直启动，将制冷剂泵送(循环)经由蒸发器1204并返回至液/气分离罐2404，或将制冷剂泵送经由蒸发器1204并旁路压缩机1210，并且由控制器1220关闭压缩机1210以节约能源。在这点上，控制器1220如以下讨论的控制电磁阀2420和2426。

取决于使用的蒸发器的类型，在传统的DX系统中难以保持在蒸发器的入口处的两相制冷剂的均匀分布，在传统的DX系统中制冷剂流体在蒸发器的上游膨胀。这特别地符合具有微通道热交换器的情况。冷却系统2400包括具有泵1212的液体过度馈送系统，泵1212将液态冷却剂提供给蒸发器1204的入口1244，减缓了分配问题。制冷剂然后在蒸发器1204中蒸发并以两相混合物进行循环，回到液/气分离罐2404。压缩机1210从该液/气分离罐2404经由液/气分离罐2404的出气口2406抽出气体，压缩所述气体至其冷凝压力/温度，使所述气体流动至对其进行冷凝的冷凝器1208，然后以液体返回液/气分离罐2404。泵1212从液/气分离罐2404经由液/气分离罐2404的液体出口2408抽出的液态制冷剂。经由浮动受控电子膨胀阀1206保持罐中的液面。在这点上，浮动受控电子膨胀阀1206具有控制输入端2432，其耦接至在液/气分离罐2404中的浮动装置2436的控制输出端2434。浮动装置2436的控制输出端2434可以示例性地将调制控制信号提供给电子膨胀阀，或将开/关信号提供给电子膨胀阀1206。应当理解，可替代地使用浮动受控机械膨胀阀来代替电子膨胀阀1206。

由电磁阀2420、2426确定制冷剂的路径。在温暖的天气中，控制器1220将如上所述操作冷却系统2400，控制使位于蒸发器1204的出口1246与液/气分离罐2404之间的电磁阀2426打开以及电磁阀2420关闭。在寒冷的天气中，控制器1220关闭压缩机1210，打开电磁阀2420并关闭电磁阀2426。冷却系统2400然后在例如如上所述的参照图12的泵送制冷剂节约器模式下操作。

如果铜的价格使得铝微通道热交换器比铜翅片管热交换器更具成本 效益，则冷却系统2400变得有优势。在这种情况下，将液态制冷剂馈送至蒸发器入口的能力将增加系统性能和效率。如果需要液体过度馈送系统，可以例如在冬天直接(从部件的角度)使所述系统以泵送制冷剂节约器模式操作，这是因为仅需要添加压缩机旁通阀。

图25示出了具有分离的泵送制冷剂节约装置冷却回路2502和参照图3所述的传统DX冷却回路301的冷却系统2500。泵送制冷剂节约装置冷却回路包括设置在泵送制冷剂冷却回路中的蒸发器304、可以示例性地为电子膨胀阀的膨胀阀306、流体泵1212(图12)以及冷凝器1208，所述泵送制冷剂冷却回路例如为在U.S.Pat.Appln.Serial No.10/904,889中公开的，所述文献的全部公开内容通过引用合并到本文中。控制器320控制冷却系统2500，使得：仅当外部环境温度低至足以使得泵送制冷剂冷却回路2502能够提供充分冷却以满足例如数据中心的冷却需求时，泵送制冷剂节约装置冷却回路才运行。尽管泵送制冷剂节约装置冷却回路2502的蒸发器304如图25所示位于DX冷却回路301的蒸发器304的上游，但是应当理解，泵送制冷剂节约装置冷却回路2502的蒸发器304还可以位于DX冷却回路301的蒸发器304的下游。

图12-24的冷却回路的讨论是基于一个回路冷却系统或其中蒸发器是气流平行的两个回路系统。图12-24的冷却回路还可以应用于如上所述的分级冷却，特别地参照图3，其中两个回路的蒸发器沿待冷却的空气的气流以串行方式分级。因此，进入的空气温度在上游回路高于在下游回路。随后，在上游回路的蒸发温度也高。因此借助于分级系统，在取决于负载仍然可以在DX(压缩机)模式下操作的第二回路之前，所述上游回路能够切换至泵送制冷剂节约装置。例如，可以设置两个冷却回路1202使得它们的蒸发器串联以提供分级冷却。图26示出了具有两个冷却回路1202的冷却系统2600，所述两个冷却回路被设置以沿上述参照图3所讨论的管路提供分级冷却。在本实施方式中，两个冷却回路1202的每个回路中的压缩机1210可以示例性地为级联数字涡旋压缩机并且如参照图7至图11A和图11B所述的进行控制。

在具有两个或更多个分级冷却回路的分级冷却系统中，至少最上游的冷却回路是可变容量冷却回路并且优选地下游冷却回路(或回路)也是可变容量冷却回路。这样的冷却容量可以如上所述通过使用级联数字涡旋压缩机来提供。所述冷却容量还可以通过使用单个可变容量压缩机(例如数字涡旋压缩机)、多个固定容量压缩机或者固定容量压缩机和可变容量压 缩机的其它组合来提供。当冷却回路为泵送制冷剂冷却回路或以泵送制冷剂节约器模式操作时，例如冷却回路1202以泵送制冷剂节约器模式操作时，可变容量还可以通过液体泵来提供。如以下参照作为示例性分级冷却系统的分级冷却系统2600和图30中的流程图所描述的，基于冷却命令来控制冷却系统，以对上游冷却回路和下游冷却回路进行分级操作来提高效率。

参照图30，当冷却命令为斜坡上升时，在3000中，其到达需要进行冷却的点。在3002中，控制器1220操作作为上游冷却回路的冷却回路1202以提供冷却。当冷却命令继续对其进行斜坡升降时，控制器1220操作冷却回路1202，以提供增加的容量来满足冷却命令。最终冷却命令在3004中到达一个点，在该点，添加作为下游冷却回路的冷却回路1202提供附加的冷却容量更加高效，而不是仅增加作为上游冷却回路的冷却回路1202的容量。这个点在作为上游冷却回路的冷却回路1202到达其最大容量之前。在3006中，控制器1220操作作为下游冷却回路的冷却回路1202提供附加冷却并对正在操作以提供冷却的冷却回路1202的操作进行平衡，从而优化效率。之前对级联数字涡旋压缩机710、718的控制的描述为这样的控制的一个示例。

如上所讨论的使用具有分级冷却并具有泵送制冷剂节约装置的冷却系统优点是：上游冷却回路在泵送制冷剂节约器模式下可以获得节约器模式操作时间，这是因为所述回路以比典型的现有技术平行蒸发器系统中的任一冷却回路在更高的蒸发温度操作。因此，可以节约关于一年中的更多个小时的能源。气候越冷，则可以实现增加更多的年能效。

如上所讨论的，在典型的气体压缩制冷系统中，大百分比的系统能量用于压缩离开蒸发器的制冷剂蒸汽，从而增加制冷剂的冷凝温度以使得在冷凝器中散热。如上所述，特别地参照图12，在本公开内容的一方面，为了节约蒸汽压缩制冷系统中能源，当室外温度低至足以提供“自然”冷却而不需要压缩制冷剂蒸汽时，泵可以用于使制冷剂从冷凝器流动至蒸发器。这样的泵送制冷剂(节约装置)系统是旨在节约能源、提高效率并优化系统性能的精确冷却系统。系统控制对实现这些目的是重要的。更加具体地，控制目的被划分为具有不同优先级的三个水平，即：

1.部件安全水平：保证关键部件的安全

ⅰ)预防泵气蚀-过冷监测

ⅱ)确保泵冷却和润滑

ⅲ)蒸发管冻结保护

2.性能水平：使系统功能性地并准确地运行

ⅰ)将控制气温保持在设定点

ⅱ)适当以及平稳的工作模式切换

ⅲ)故障检测和警报处理

3.优化水平

ⅰ)延长节约装置运行时间

ⅱ)高级故障检测和诊断

实现以上列举的目的的系统的可用资源是安装的致动器，其包括变速泵(例如图12中的泵1212)、变速冷凝器风扇(例如图12中的风扇1224)和电子膨胀阀(EEV)(例如图12中的EEV1206)。控制设计的第一步骤是制定如何将资源分配给不同控制任务的控制策略。换言之，考虑到整个节约装置系统是多输入多输出系统(具有待控制的多个致动器和多个变量)，如何分离系统并确定输入输出关系是以下控制策略实施的解决方案。基于高水平的控制策略总结如下：

·操作冷凝器风扇以控制离开冷凝器的制冷剂温度；

·操作泵以控制系统容量以及最终在受控空间中的气温；

·操作EEV以控制泵两端的压力差。

以相对简单的方式控制多输入和多输出的泵送制冷剂节约装置系统。系统被分离成三个反馈控制环路，所述控制环路通过操作其相应的如下控制输入来调节其受控变量。

前述控制策略以若干种方式使所述系统受益：

1.冷凝器风扇将制冷剂温度控制到设定点，使得：

a.制冷剂温度将不会低至足以冻结蒸发器管；

b.最大化过冷以预防泵气蚀；

c.在冷凝器风扇速度不能进一步降低的情况下优化冷凝器风扇速度以节约能源而不需要对过冷和冷却容量让步。

2.通过将房间的气温控制到用户给定的设定点，泵速度控制冷却剂 流量进而控制容量。

a.泵速度相对于固定的制冷剂温度的容量大体上呈线性关系，该泵速度由冷凝器风扇速度的控制来保持。

b.线性关系有助于受控空间中的气温的高控制精度。

3.EEV控制泵两端的压力差使得

a.泵电机被充分冷却；

b.泵轴承被充分润滑。

在不出现进一步的能耗且不牺牲冷却性能的情况下，通过前述控制策略来优化整个系统的能耗。

图27是具有一个冷却回路2702的冷却系统2700的示意图，所述冷却回路2702具有DX冷却回路2704和泵送制冷剂节约装置2706。冷却系统2700在物理上可以包括三个单元：室内单元2708(示例性地为机房空调)、泵送制冷剂节约装置单元2710以及空冷式冷凝器单元2712。室内单元2708位于待冷却的房间例如数据中心房间内，并包括DX冷却回路的主要部件(除了冷凝器1208之外)，包括蒸发器1204、压缩机1210以及膨胀阀1206等。室内单元2708的功能是在标准的直接膨胀模式下操作系统，并且还驱动在泵送制冷剂节约器模式下运行所述系统所需的阀。泵送制冷剂节约装置单元2710位于房间外部并且包括具有泵1212等的主要部件。当室外温度低至足以提供“自然”冷却而不需要运行直接膨胀制冷系统时，泵送制冷剂节约装置单元2710使用液体泵1212使制冷剂从冷凝器1208流动到蒸发器1204。冷凝器单元2712还位于待冷却的房间的外部但与泵送制冷剂节约装置单元2710相分离。冷凝器单元2712根据散热需求与另外两个单元2708、2710之一进行配合。在图27中，圈中的“T”表示温度传感器，圈中的“P”表示压力传感器，在每种情况下，所述传感器耦接至控制器1220，例如耦接至控制器板2718、2720、2722中的相应一个(以下将讨论该情况)。温度传感器包括外部环境气温传感器(被表示为与冷凝器1208相邻)以及供应空气(或房间回气)温度传感器(被表示为与蒸发器1204相邻)。剩余的温度传感器感测在冷却回路1202的指示位置处的制冷剂的温度，压力传感器感测在冷却回路1202的指示位置处的制冷剂的压力。

当冷却系统2700在泵送制冷剂节约器模式下操作时，如图28所示存在泵送制冷剂节约器模式的基本控制的三个反馈控制环路。

制冷剂温度反馈控制环路2800通过调节冷凝器风扇速度将制冷剂温度控制到设定点。测量在泵出口或冷凝器出口处的制冷剂温度。一方面，设定点被设置在37华氏度至42华氏度的范围。应当理解，这些值是示例性的，固定的设定点可以不同于37华氏度至42华氏度。还应当理解，设定点可以例如由用户手动输入，或由控制器例如控制器1220来确定。

房间气温反馈控制环路2802通过调节泵速度将房间的气温控制到由用户输入至例如控制器1220中的设定点。

液体泵压力差反馈控制环路2804通过调节EEV1206的打开将液体泵压力差(PSID)保持在给定范围内。一方面，给定范围被设定为20PSID至25PSID。所述给定范围是由其上设定点和下设定点来确定的。应当理解，这些值是示例性的，给定范围可以不是20PSID至25PSID。还应当理解，可以由用户输入给定范围。

每个控制环路2800、2802、2804可以示例性地为处理控制型的控制环路，优选地可以为PID环路。在图28所示的实施方式中，每个控制环路2800、2802、2804被表示为分别使用不同的控制器2806、2808、2810来实施，以将例如分别具有控制器2806、2808、2810的相应的控制器板2718、2720、2722(图27)共置为与其控制的装置相邻，控制器2806、2808、2810例如通过控制器局域网(CAN)总线彼此进行通信。例如，具有控制器2806的控制器板2718与冷凝器1208相邻，因为控制器2806控制冷凝器风扇1224的速度。具有控制器2808的控制器板2720与泵1212相邻，因为控制器2808控制泵1212的速度。具有控制器2810的控制器板2722与EEV 1206相邻地布置，因为控制器2810控制EEV 1206的位置。尽管在本实施方式中，控制器2806、2808、2810被实施为位于不同的控制器板上，但是控制器2806、2808、2810可以共同被视作控制器1220的一部分。应当理解，控制环路2800、2802和2804可以与控制器1220的剩余控制功能一起在单个位置的控制板上实施。

制冷剂温度反馈控制环路2800具有输出冷凝器风扇速度控制信号的输出端，并且将制冷剂温度设定点和作为(例如示例的但非限制的)冷凝器的出口处的实际制冷剂温度的反馈信号2813作为输入。房间气温反馈控制环路2802具有输出液体泵速度控制信号2812的输出端，并且将房间气温设定点以及作为(例如示例的但非限制的)在冷却系统的回气入口处的实际房间气温的反馈信号2814作为输入。液体泵压力差控制反馈环路2804具有输出电子膨胀阀位置信号2816的输出端，并且将给定范围和作 为液体泵两端的压力差的反馈信号2818作为输入。

为了进一步改进制冷剂温度控制(其通过控制环路2800控制冷凝器风扇1224的速度来进行控制)的暂态性能，前馈控制器(图28的控制器2806-1)用于通过使用来自控制器2808的泵速度控制信号2812和来自控制器2810的EEV控制信号2816作为输入来稳定制冷剂温度。原理是制冷剂温度与可以由泵速度和EEV打开估计的流速相关。图28中的控制器2808和2810的输出被前馈给冷凝器风扇速度控制环路2800。冷凝器风扇速度信号包括两部分：反馈信号和前馈信号。因此，冷凝器可以由领先于返回的反馈信号的前馈信号驱动而响应。

三个控制环路具有不同的响应时间量值，这防止了多个控制元件可能相互影响而导致控制不稳定的情况。

所述控制策略特别地应用于泵送制冷剂节约装置系统，其还可以应用于具有泵送制冷剂循环的一类冷却系统或空调系统。

前述冷却系统2700基于具有一个冷却回路的冷却系统。相似的控制策略可以用于具有两个冷却回路的冷却系统，例如以上讨论的被设置提供分级冷却的冷却系统。针对具有两个冷却回路例如具有包括两个冷却回路的分级冷却的冷却系统，在第二回路中的冷凝器风扇和EEV执行与第一回路中相同的各自的控制任务。冷却容量由总泵速控制。以下讨论控制算法的示例，该控制算法确定由每个泵贡献的容量，并从而决定每个泵的速度。

如上讨论，当所述冷却系统处于泵送制冷剂节约器模式时，存在三个主要控制参数：房间温度、制冷剂温度以及泵压力差(出口压力减去入口压力)。房间温度通过调制经由变频驱动的泵速度来控制。在具有包括两个或更多个冷却回路的分级冷却的冷却系统中，当冷却系统处于泵送制冷剂节约器模式时，冷却负载需要将确定在一个或更多个冷却回路中的泵是否需要操作。

在示例性的实施方式中，泵启动常规的用于操作以连续高速操作所述泵直至建立制冷剂流为止的命令。在每种速度下，控制器1220检查以确定制冷剂流是否建立，其通过至少最小泵压力差确定。如果已建立，如上所述泵的速度从启动速度变成控制速度。如果未建立，控制器1220将关闭泵一段时间，然后以下一个高速度来操作泵。

一方面，在将冷却回路从直接膨胀方式切换为泵送制冷剂节约器模式 的情况下，将基于在切换时的冷却命令来给出所述冷却回路的泵的初始速度，并且在启动例程完成后所述泵将回到其初始速度。在具有包括多个冷却回路的分级冷却的冷却系统中，这意味着不止一个冷却回路中的泵可以根据负载在切换时立即启动。

泵压力差需要保持在最小值之上以对要提供给泵电机和轴承的流进行冷却和润滑。泵1212(上游)和泵1212(下游)中的每个泵的泵压力差通过各自的冷却回路1202(上游)和冷却回路1202(下游)的EEV1206的位置来控制。当控制器1220将任一冷却回路切换为泵送制冷剂节约器模式操作时，控制器将对所述冷却回路1202的EEV 1206的控制从过热控制变成手动控制，此时控制器1220基于泵压力差将信号提供给所述EEV 1206以控制其位置。

在一个示例性的实施方式中，当进入冷却系统的房间回气温度与室外气温之间的最小差或者室外气温低于最小值时，控制器1220将冷却系统(例如冷却系统2600)切换为泵送制冷剂节约器模式。一方面，实际的房间回气温度与设定点中的较低者被用于比较。一方面，房间回气的最小温差是45华氏度，最低外部气温是35华氏度。应当理解，这些温度是示例性的，可以使用不同于45华氏度的最小温差以及不同于35华氏度的最低外部气温。如以上讨论的，一方面，在具有分级冷却的系统中的冷却回路可以分开控制，在这种情况下，用于每个冷却回路之间的比较的房间气温可以是进入所述冷却回路1202的蒸发器1204的实际房间回气温度(或如果较低时为房间气温的设定点)。

一方面，当泵送制冷剂节约器模式不能满足冷却需求时，控制器1220将冷却系统从泵送制冷剂节约器模式切换为直接膨胀模式。在冷却系统具有分级冷却的情况下，一方面，控制器1220首先将最下游的冷却回路从泵送制冷剂节约器模式切换为直接膨胀模式，如果这样不能提供充分的冷却，则又将每个邻近的上游冷却回路连续切换为直接膨胀模式。

一方面，当所述冷却回路的泵1212的泵压力差降低至预定最小值持续预定时间段时，控制器1220也将每个冷却回路从泵送制冷剂节约器模式切换为直接膨胀模式。这防止由于不充分的泵压力差引起的泵故障。

一方面，如果离开所述冷却回路的泵的制冷剂的温度低于预定温度持续预定时间段时，控制器1220也将每个冷却回路从泵送制冷剂节约器模式切换为直接膨胀模式。

一方面，在表示泵送制冷剂节约器模式发生故障的条件例如泵失去动力发生的情况下，控制器1220也可以将每个冷却回路从泵送制冷剂节约器模式切换为直接膨胀模式。

传统的恒温膨胀阀(TXV)用于调节制冷剂流以控制直接膨胀制冷的蒸发器过热以及可能经历不同负载的空调单元。TXV完全是由设备内的压力差来机械致动的。因此，TXV不直接与用于调节压缩机容量的控制方案产生相互影响，这意味着TXV仅仅反应式地作用于压缩机容量的调节。在通过卸载使用脉宽调制(PWM)控制压缩机容量的系统中，压缩机的质量流的持续中断会改变吸入压力，所述吸入压力会引入可能的不稳定的TVX动作从并且导致较差的过热控制。

如以上讨论的，在本公开内容的各个方面中，在冷却回路中使用的膨胀装置是膨胀阀并且优选地为电子膨胀阀(“EEV”)。应当理解，然而，可以使用除了膨胀阀之外的膨胀装置例如毛细管。

EEV相对于TVX提供了两个主要优点：其允许以减小的冷凝压力进行操作，这对更高的系统能效有贡献，以及其使用编程逻辑电路使阀移动以控制过热。此外，尽管级联数字涡旋压缩机提供了宽范围的容量，但是其使得难以控制过热。因此，EEV的控制策略与压缩机的控制策略直接相互影响以提供EEV的阀的更合适的和预测性的移动，还使得通过终端用户监测并调节阀的位置。

每个冷却回路的EEV 1206的示例性的控制策略通过将在级联数字压缩机中的两个压缩机(固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机)的当前操作状态与位于控制器1220中的并且示例性地由用户设置的一组相关参数进行比较，来选择最合适的EEV过热控制模式。这有助于增加预测性、灵活性以及增加专用用于数字(PWM)涡旋压缩机容量控制的专业化水平，所述优点通过使用传统的TXV的应用或使用采用标准控制逻辑电路的EEV是不可能获得的。

在控制器1220中示例性地例如以软件实施的示例性EEV控制策略使用三种过热控制：选通控制、系统映射控制以及恒定控制。以下提供这些模式中的每个模式的主要内容。

1.选通模式：每次当可变容量数字涡旋压缩机卸载时，压缩机1220驱动EEV 1206从其当前位置降至最小打开位置。一旦可变容量数字涡旋压缩机停止卸载时，控制器1220打开所述EEV以使得打开至需要的位置 从而控制过热，直至可变容量数字涡旋压缩机再次卸载为止。最小打开位置可以为10％的打开，但是应当理解其可以不是10％。

2.系统映射模式：每次当可变容量数字涡旋压缩机卸载时，控制器1220将EEV 1206保持在其当前位置直至数字涡旋压缩机停止卸载时为止。一旦停止卸载，则EEV然后自由改变其位置以实现过热的控制直至可变容量数字涡旋压缩机再次卸载为止。

3.恒定模式：控制器1220恒定地确定过热并改变EEV 1206的位置以实现过热控制，而不管可变容量数字涡旋压缩机的动作。恒定模式是故障模式。

添加给典型的用户接口的以下参数表示所述三种过热控制模式中的哪种模式用于不同的压缩机操作条件。应当理解，以下讨论的参数的值是示例性的，所述参数可以具有其他值。

参数A)过热模式阈值“Superheat Mode Threshold”[Min：19％，Def：80％,Max:80％]：表示可变容量数字涡旋压缩机PWM加载的百分比，在该百分比处仅当级联数字涡旋压缩机中的可变容量数字涡旋压缩启动时才对过热控制模式进行转变。

参数B)数字+固定过热阈值“Digital+Fixed Superheat Threshold”[Min：19％，Def：19％,Max:100％]：表示可变容量数字涡旋压缩机的PWM负载百分比，在该百分比处当级联数字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启动时才对过热控制模式进行转变。

参数C)数字+固定过热控制“Digital+Fixed Superheat Control”[系统映射或恒定]：当级联数字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均启动时，该参数被用于选择总的过热控制模式。

以下逻辑电路的示例应用于控制器例如控制器1220的软件程序中，以将参数A、B和C的值与级联数字涡旋压缩机的当前操作状态进行比较，从而确定应当使用哪种过热控制模式，图29中的流程图示出了在控制器例如控制器1220中实施的软件程序的逻辑电路。

仅当级联数字压缩机的固定容量压缩机启动：

·EEV将在过热控制的恒定模式下操作。

仅当级联数字压缩机的可变容量数字涡旋压缩机启动：

·如果可变容量数字涡旋压缩机的PWM负载百分比小于在“过热模 式阈值”中设置的参数“A”，则所述EEV将在过热控制的选通模式下操作。

·如果可变容量数字涡旋压缩机的PWM负载百分比大于或等于在“过热模式阈值”中设置的参数“A”，则EEV将在过热控制的系统映射模式下操作。

当级联数字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均启动：

·如果“数字+固定过热控制”的参数“C”被设置为“恒定”时，则EEV将在过热控制的恒定模式下操作。

·如果“数字+固定过热控制”的参数“C”被设置为“系统映射”并且可变容量数字涡旋压缩机的PWM负载百分比小于在“数字+固定过热阈值”中设置的参数“B”时，则EEV将在过热控制的选通模式下操作。

·如果“数字+固定过热控制”的参数“C”被设置为“系统映射”并且可变容量数字涡旋压缩机的PWM负载百分比大于或等于在“数字+固定过热阈值”中设置的参数“B”时，则EEV将在过热的系统映射模式下操作。

前述EEV控制策略提供以下优点：当可变容量数字涡旋压缩机加载和卸载时更加稳定的控制蒸发器的过热；适当地控制过热保持压缩机的能效，并且降低了由于液态制冷剂回流损坏压缩机的机会。此外，EEV本身的物理机构使得能够降低制冷剂的冷凝压力，这增加了级联数字压缩机的能效。另外，用户可以通过控制器1220的用户接口(未示出)调节EEV过热模式选择和转变点。

空间相关术语例如“内”、“外”、“之下”、“以下”、“下”、“之上”、“上”等在本文中被用于简化描述元件或与其他元件的关系特征或在附图中示出的特征的描述。空间相关术语可以意在包括除了在附图中描述的方向以外的使用或操作的装置的不同方向。例如，如果附图中的装置倒转，则被描述为其他元件或特征“以下”或“之下”的元件则被倒向为其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“以下”可以包括以上和以下两种方向。所述装置不然可以倒向(旋转90度或在其他方向)，相应地使用在本文中的空间相关描述符进行解释。

如在本文中使用的，术语控制器、控制模块、控制系统等可以指以下 部件的一部分或包括以下部件：专用集成电路(ASIC)；电子电路；组合逻辑电路；场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器(共享的、专用的或组处理器)；可编程逻辑控制器、可编程控制系统例如基于控制系统的处理器包括基于控制系统的计算机、处理控制器例如PID控制器或当使用本文中描述的软件编程时能够提供描述的功能或提供上述功能的其他合适的硬件部件；或者上述部件中的一部分或全部的组合，例如片上系统。术语模块可以包括存储由处理器执行的代码的存储器(共享的、专用的或组存储器)。

如上使用的术语软件可以指计算机程序、例程、功能、类和/或对象，并且可以包括固件和/或微代码。

在本文中描述的设备和方法可以通过一个或更多个控制器的一个或更多个处理器执行的一个或更多个计算机程序中的软件来实施。所述计算机程序包括存储在非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。所述计算机程序还可以包括所存储的数据。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器、磁性存储装置和光学存储装置。

前述实施方式是为了说明和描述而提供的。所述实施方式并不意在穷尽所有实施方式或限制本发明。特定实施方式的特定元件或特征一般并不限制于特定实施方式，而是在应用的情况下可交换，可以用于选择的实施方式，即使未具体示出或描述。同一实施方式可以进行很多方式的变型。这样的变型并不视作脱离本发明，而且所有这样的修改都意在包括在本发明的保护范围内。

Claims (21)

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；

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包括可变容量冷却回路；

每个冷却级包括具有蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀装置的冷却回路；

至少所述上游冷却级的冷却回路具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式，其中，具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者的每个冷却回路还具有液体泵，其中，当该冷却回路在所述直接膨胀模式下操作时，该冷却回路的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，并且制冷剂通过该冷却回路的压缩机绕该冷却回路循环，并且其中，当该冷却回路在所述泵送制冷剂节约器模式下操作时，该冷却回路的压缩机关闭而该冷却回路的液体泵启动并泵送液相的制冷剂，并且制冷剂通过该冷却回路的液体泵绕该冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂；

所述上游冷却级的冷却回路的蒸发器和所述下游冷却级的冷却回路的蒸发器被设置在所述箱中以使得待冷却的空气以串行方式通过它们，首先通过所述上游冷却级的冷却回路的蒸发器，然后通过所述下游冷却级的冷却回路的蒸发器；以及

控制器，用于确定对哪个冷却回路进行操作以提供冷却，并且针对具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者的、被操作以提供冷却的每个冷却回路，确定在所述泵送制冷剂节约器模式下还是在所述直接膨胀模式下操作每个这样的冷却回路；

当外部气温低至足以从流经所述冷凝器的制冷剂到外部空气提供充分散热而不需要压缩所述制冷剂时，所述控制器在所述泵送制冷剂节约器模式下操作具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者的每个冷却回路，并且当外部气温没有低至足以提供这样的充分散热时，所述控制器在所述直接膨胀模式下操作所述冷却回路；以及

当冷却命令首先到达需要冷却的点时，所述控制器操作所述上游冷却级的冷却回路以提供冷却而不操作所述下游冷却级的冷却回路提供冷却，当所述冷却命令增加至第二点时，所述控制器附加地操作所述下游冷却级的冷却回路以提供冷却，其中，当所述冷却命令到达所述第二点时，所述上游冷却级的冷却回路被操作以提供的冷却容量小于所述上游冷却级的冷却回路的全部冷却容量。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个膨胀装置是电子膨胀阀，当所述冷却回路中的任何冷却回路在所述直接膨胀模式下操作时，所述控制器控制该冷却回路的电子膨胀阀以控制该冷却回路的蒸发器的吸入过热，当具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者的冷却回路中的任何冷却回路在所述泵送制冷剂节约器模式下操作时，所述控制器控制该冷却回路的电子膨胀阀以保持该冷却回路的液体泵两端的最小压力差。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个所述冷凝器包括电子换向风扇，所述控制器改变所述电子换向风扇的速度以将离开所述冷凝器的制冷剂的温度保持在设定点。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷凝器是空冷式冷凝器。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷凝器是水冷式冷凝器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其中，所述空气流动单元包括至少一个电子换向风扇，当所述冷却系统上的冷却负载增加时，所述控制器提高所述电子换向风扇的速度，并且当所述冷却负载减小时，所述控制器降低所述电子换向风扇的速度。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其中，每个冷却回路的压缩机为包括固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机的级联数字涡旋压缩机，所述控制器基于所述冷却命令、所述冷却命令落入多个范围中的哪个范围以及所述冷却命令是斜坡上升还是斜坡下降，来控制每个所述级联数字涡旋压缩机的固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其中，所述控制器首先开始对所述上游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降以提供冷却，并且当所述冷却命令增加至阈值以上时，与对所述上游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降并行地，所述控制器还开始对所述下游冷却级的冷却回路的可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降。

9.根据权利要求7所述的冷却系统，其中，当存在未满足的除湿命令时，所述控制器基于所述冷却命令以及所述冷却命令落入多个除湿范围中的哪个除湿范围，来控制所述级联数字涡旋压缩机、包括确定对哪个可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降，并基于所述除湿命令控制被斜坡升降的每个可变容量数字涡旋压缩机的斜坡升降，并且其中，当存在未满足的除湿命令时，基于所述冷却命令落入多个除湿控制范围中的哪个除湿控制范围以及基于所述除湿命令的控制占优。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其中，每个冷却回路具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却系统，其中，所述控制器基于控制参数和所述冷却回路的级联数字涡旋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每个冷却回路的电子膨胀阀。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，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，每次当所述冷却回路之一的级联数字涡旋压缩机的可变容量数字涡旋压缩机卸载时，所述控制器驱动该冷却回路的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，所述控制器就调节该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，每次当该可变容量数字涡旋压缩机卸载时，所述控制器将该电子膨胀阀保持在其当前位置直至该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，所述控制器就调节该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，所述控制器调节该电子膨胀阀的位置以实现期望的过热，而不管该可变容量数字涡旋压缩机是在卸载还是在加载。

13.一种冷却系统，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；

包括上游冷却级和下游冷却级的多个分离的冷却级；

每个冷却级包括具有蒸发器、冷凝器、级联数字涡旋压缩机和电子膨胀阀的冷却回路；

每个级联数字涡旋压缩机包括固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机；

至少所述上游冷却级的冷却回路具有泵送制冷剂节约器模式和直接膨胀模式，其中，具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式两者的每个冷却回路还具有液体泵，其中，当该冷却回路在所述直接膨胀模式下操作时，所述级联数字涡旋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，并且制冷剂通过所述级联数字涡旋压缩机绕所述冷却回路循环，并且其中，当该冷却回路在所述泵送制冷剂节约器模式下操作时，该冷却回路的级联数字涡旋压缩机关闭而该冷却回路的液体泵启动并泵送液相的制冷剂，并且制冷剂通过所述液体泵绕该冷却回路循环而不需要压缩气相的制冷剂；

所述上游冷却级的冷却回路的蒸发器和所述下游冷却级的冷却回路的蒸发器被设置在所述箱中以使得待冷却的空气以串行方式通过它们，首先通过所述上游冷却级的冷却回路的蒸发器，然后通过所述下游冷却级的冷却回路的蒸发器；以及

控制器，用于基于冷却命令控制所述冷却回路的操作并确定哪个冷却回路在直接膨胀模式下操作以提供冷却，并且针对在所述直接膨胀模式下操作的每个冷却回路，所述控制器基于所述冷却命令、所述冷却命令落入多个范围中的哪个范围以及所述冷却命令是斜坡上升还是斜坡下降，来控制该冷却回路的级联数字涡旋压缩机的固定容量压缩机和可变容量数字涡旋压缩机；以及

当所述冷却回路中的任何冷却回路在所述直接膨胀模式下操作时，所述控制器控制该冷却回路的电子膨胀阀以控制该冷却回路的蒸发器的吸入过热，并且当具有所述泵送制冷剂节约器模式和所述直接膨胀模式二者的冷却回路中的任何冷却回路在所述泵送制冷剂节约器模式下操作时，所述控制器控制该冷却回路的膨胀阀以保持该冷却回路的液体泵两端的最小压力差。

14.根据权利要求13所述的冷却系统，其中，当存在未满足的除湿命令时，所述控制器基于所述冷却命令以及所述冷却命令落入多个除湿控制范围中的哪个除湿控制范围，来控制所述级联数字涡旋压缩机、包括确定对哪个可变容量数字涡旋压缩机进行斜坡升降，并基于所述除湿命令控制被进行斜坡升降的每个可变容量数字涡旋压缩机的斜坡升降，并且其中，当存在未满足的除湿命令时，基于所述冷却命令落入多个除湿控制范围中的哪个除湿控制范围以及基于所述除湿命令的控制占优。

15.根据权利要求13所述的冷却系统，其中，每个所述冷凝器包括电子换向风扇，所述控制器改变所述电子换向风扇的速度以将离开所述冷凝器的制冷剂的温度保持在设定点。

16.根据权利要求13所述的冷却系统，其中，所述冷凝器是空冷式冷凝器。

17.根据权利要求13所述的冷却系统，其中，所述冷凝器是水冷式冷凝器。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的冷却系统，其中，所述空气流动单元包括至少一个电子换向风扇，当所述冷却命令增加时，所述控制器提高所述电子换向风扇的速度，并且当所述冷却命令减小时，所述控制器降低所述电子换向风扇的速度。

19.一种冷却系统，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；

直接膨胀冷却回路和泵送冷却流体冷却回路；

所述直接膨胀冷却回路包括布置在所述箱中的蒸发器、冷凝器、压缩机以及膨胀装置；

所述泵送冷却流体冷却回路包括布置在所述箱中的蒸发器、冷凝器、液体泵以及膨胀装置；

所述直接膨胀冷却回路和所述泵送冷却流体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流经它们，具有最上游蒸发器的冷却回路为可变容量冷却回路和上游冷却回路而另一个冷却回路为下游冷却回路；

所述冷却系统具有直接膨胀模式和泵送冷却流体节约器模式，其中，在所述直接膨胀模式中，操作所述直接膨胀冷却回路以提供冷却，在所述泵送冷却流体节约器模式中，不操作所述直接膨胀冷却回路提供冷却而操作所述泵送冷却流体冷却回路以提供冷却；以及

控制器，用于当冷却命令首先到达需要冷却的点时，操作所述上游冷却回路以提供冷却而不操作所述下游冷却回路提供冷却，并且当所述冷却命令增加至第二点时，附加地操作所述下游冷却回路提供冷却，其中，当所述冷却命令到达所述第二点时，所述上游冷却回路被操作以提供的冷却容量小于所述上游冷却回路的全部冷却容量。

20.根据权利要求19所述的冷却系统，其中，所述泵送冷却流体冷却回路为所述上游冷却回路。

21.根据权利要求20所述的冷却系统，其中，当所述冷却系统处于所述直接膨胀模式时，所述泵送冷却流体冷却回路也被操作以提供冷却。