CN104159646A - 用于机房空气调节的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种冷却系统，包括：冷凝器、以及第一冷却回路和第二冷却回路。冷凝器被配置为：将制冷剂冷凝为液体。第一冷却回路包括：耦合到冷凝器的直接膨胀阀、耦合到直接膨胀阀的第一蒸发器旋管、以及耦合到第一蒸发器旋管的压缩器。第一冷却回路接收液态制冷剂的至少第一部分并输出第一制冷剂蒸汽；而且压缩器接收第一制冷剂蒸汽并输出压缩器制冷剂到冷凝器。第二冷却回路包括：耦合到冷凝器的泵、耦合到泵的节省器阀、以及耦合到节省器阀的第二蒸发器旋管。第二冷却回路接收液态制冷剂的至少第二部分并且输出第二气态制冷剂到冷凝器。

Description

用于机房空气调节的系统和方法

背景技术

由电子设备产生的热量可能对设备的性能、可靠性和使用寿命产生不利的影响，所以热量控制对于其可靠操作可能是至关重要的。其中的热量控制可能是至关重要的一个环境是包含诸如服务器和CPU的电子设备的机架的数据中心。例如，数据中心可以包含数以百计的机架。为了解决例如现代数据中心的机架安装的电子设备的电子设备所产生的热量的问题，已经使用了空气冷却设备来为电子设备提供冷空气流。在数据中心环境中，这些冷却设备可以被称为机房空调器(“CRAC”)单元。这些CRAC单元从数据中心吸入热气，并且将冷一些的空气输出到数据中心。当冷空气被吸进机架中并经过设备时，典型的机架中的电子设备被冷却。空气通过这种过程被加热并被排出到机架外部。

数据中心或机房的空调单元是能量耗费的主要来源。对于增加CRAC单元的效率的尝试，曾经聚焦在利用外部的水或空气来进行冷却。基于水的冷却通常涉及流经顶部或地板下面的水流。基于空气的冷却则将外部空气引入数据中心。

发明内容

提供了利用制冷节省器，来提高CRAC单元的效率的系统和方法。根据一个方面，提供了不利用外部的水来提高CRAC单元的效率的系统和方法。在另一个方面，提供了不利用外部的空气来提高CRAC单元的效率的系统和方法。

根据一个方面，冷却系统包括：被配置为将制冷剂冷凝为液体的冷凝器、第一冷却回路和第二冷却回路。第一冷却回路包括：耦合到冷凝器的直接膨胀阀、耦合到直接膨胀阀的第一蒸发器旋管、以及耦合到第一蒸发器旋管的压缩器；并且第一冷却回路配置为：接收液态制冷剂的至少第一部分并输出第一制冷剂蒸汽；并且压缩器配置为：接收第一制冷剂蒸汽并输出压缩器制冷剂到冷凝器。第二冷却回路包括：耦合到冷凝器的泵、耦合到泵的节省器阀、以及耦合到节省器阀的第二蒸发器旋管；并且第二冷却回路配置为：接收液态制冷剂的至少第二部分并输出第二气态制冷剂到冷凝器。

根据一个实施方式，冷却系统包括：耦合到压缩器并被配置为调节压缩器制冷剂输出的压力的节流阀。根据另一个实施方式，第二冷却回路的节省器阀被配置为：将液态制冷剂的被选部分，从第一冷却回路转移到第二冷却回路。根据另外的实施方式，直接膨胀阀被配置为：调节液态制冷剂的第一部分。

在一个实施方式中，泵被配置为：将液态制冷剂从冷凝器泵送到第一蒸发器旋管和第二蒸发器旋管。在另一个实施方式中，第二制冷剂是饱和蒸汽和过热蒸汽中的至少一种。在另外的实施方式中，冷却系统包括缓冲器，该缓冲器耦合到第一冷却回路和第二冷却回路，且该缓冲器被配置为将压缩器制冷剂的输出和第二制冷剂进行混合，并输出混合的制冷剂蒸汽到冷凝器。

根据另一个方面，冷却方法包括：为第一冷却回路提供液态制冷剂的第一部分，其中第一冷却回路包括：直接膨胀阀、第一蒸发器旋管和压缩器；为第二冷却回路提供液态制冷剂的第二部分，其中第二冷却回路包括：液泵、节省器阀和第二蒸发器旋管；在直接膨胀阀，调节被提供给第一蒸发器旋管的液态制冷剂的第一部分；将第一气态制冷剂从第一蒸发器旋管输出到压缩器；在压缩器压缩第一气态制冷剂；并把第三气态制冷剂输出给冷凝器；在节省器阀调节液态制冷剂的第二部分，其中液态制冷剂的第二部分被提供到第二蒸发器旋管；并且将第二气态制冷剂，从第二蒸发器旋管输出到冷凝器。

根据一个实施方式，该方法还包括：将第二制冷剂和第三气态制冷剂在缓冲器混合。根据另一个实施方式，该方法还包括：在节流阀调节第三气态制冷剂。根据另外的实施方式，调节包括：调节第三气态制冷剂的温度和压力的至少一个。在另一个实施方式中，该方法还包括：在节省器阀，调节液态制冷剂的第二部分的体积，其中该液态制冷剂的第二部分被提供给第二蒸发器旋管。在另外的实施方式中，该方法还包括：在直接膨胀阀，调节液态制冷剂的第一部分的体积，其中液态制冷剂的第一部分被提供给第一蒸发器旋管。

根据另一个实施方式，冷却系统包括：冷凝器、第一冷却回路、配置为接收液态制冷剂的至少第二部分的第二冷却回路、以及用来调节液态制冷剂的第二部分的装置。冷凝器被配置为将制冷剂冷凝为液体。第一冷却回路包括：耦合到冷凝器的直接膨胀阀、耦合到直接膨胀阀的第一蒸发器旋管、以及耦合到第一蒸发器旋管的压缩器。第一冷却回路被配置为：接收液态制冷剂的至少第一部分，并且输出第一制冷剂蒸汽；并且压缩器被配置为：接收第一制冷剂蒸汽并输出压缩器制冷剂到冷凝器。第二冷却回路包括：耦合到冷凝器的第二蒸发器旋管。第二冷却回路被配置为：接收液态制冷剂的至少第二部分，并将第二制冷剂蒸汽输出到冷凝器。

根据一个实施方式，用来调节液态制冷剂的第二部分的装置是节省器阀。根据另一个实施方式，用来调节液态制冷剂的第二部分的装置，调节液态制冷剂的第二部分的体积。根据另外的实施方式，用来调节液态制冷剂的第二部分的装置被配置为：将液态制冷剂的被选部分，从第一冷却回路转移到第二冷却回路。

在一个实施方式中，冷却系统包括耦合到压缩器的节流阀，并且节流阀被配置为：调节压缩器制冷剂输出的压力。在另一实施方式中，第二制冷剂蒸汽是饱和蒸汽和过热蒸汽中的至少一种。在另外的实施方式中，冷却系统包括：耦合到第一冷却回路和第二冷却回路的缓冲器，并且该缓冲器被配置为将压缩器制冷剂输出和第二制冷剂蒸汽进行混合，并输出混合的制冷剂蒸汽到冷凝器。

附图说明

附图并不旨在按比例绘制。在附图中，各个图形中示例的每个相同或几乎相同的组件，被用相似的数字表示。为了清楚的目的，并不是每个组件都会在每个附图中被表示出来。在附图中：

图1是计算机系统的一个示例的框图，根据本发明的各个方面可以在该计算机系统示例中实现；

图2是包含数据中心管理系统的分布式系统的一个示例的示意图；

图3是根据本发明的各个方面的机房空调器单元的示意框图；

图4是根据本发明的各个方面的机房空调器单元的示意框图；

图5是根据本发明的各个方面的机房空调器单元的示意框图；以及

图6是根据本发明的各个方面的机房空调器单元的示意框图；以及

图7是关于使用了制冷节省器的机房空气调节的方法的流程图。

具体实施方式

根据本发明的至少一些实施方式涉及：利用制冷节省器来提高CRAC单元的效率的各个系统和方法。这些系统和方法可以不使用外部的水或空气，来提高CRAC单元的效率。在各个例子中，机房空气调节的系统和方法可以包括：压缩器的直接膨胀、节省回路的使用、以及节流阀的使用。根据一个方面，CRAC单元可以运行在几个模式中的一个模式下，并且在特定时间最有效的模式可能取决于外界空气的温度。

本文所公开的本发明的各个方面和实施方式，不将其应用限制在附图所示例的或之后的说明书中所阐述的组件的布置和构造的细节。这些方面能够假定采用其它的实施方式，并且它们能够以各种方式被实践或执行。本文提供了特定实现的各个示例，这些示例仅仅用于示例说明的目的并不是旨在进行限制。具体地，结合任何一个或多个实施方式中所论述的行为、元件和特征，并不旨在被排除在任何其它实施方式中的相似作用之外。

例如，根据本发明的一个实施方式，计算机系统被配置为执行本文所描述的任意功能，其包括但不限于，以所选择的模式操作CRAC单元、以及为操作CRAC单元选择最有效的模式。此外，实施方式中的计算机系统可以被用来自动地测量数据中心的环境参数、以及控制诸如冷却器或冷冻器的设备以优化性能。而且，本文所描述的系统可以被配置为包括或排除本文所讨论的任何功能。因此，实施方式不被限制在具体的功能或功能集合。另外，本文所用的术语和措辞是为了说明的目的，且不能够被认为是限制。本文中“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“包括有”及其各种变化的使用，其意思是包括此后列出的项和其等价物、以及额外的项。

计算机系统

本文所论述的根据当前的各个实施方式的各个方面和功能，可以在一个或多个计算机系统中作为软件或硬件实现。存在目前使用的计算机系统的许多示例。这些示例包括网络应用、个人计算机、工作站、大型机、联网的客户端、服务器、媒体服务器、应用服务器、数据库服务器和网络服务器等。计算机系统的其它示例可以包括：诸如蜂窝电话和个人数字助理的移动计算设备、以及诸如负载均衡器、路由器和交换机的网络设备。另外，根据当前的实施方式的各个方面，可以被放置在单独的计算系统中，或可以分布在连接到一个或多个通信网络的多个计算系统中。

例如，各个方面和各种功能可以被分布在一个或多个计算机系统之中，所述计算机系统被配置成为一个或多个客户计算机提供服务，或被配置成作为分布式系统的一部分来执行一个总体任务。另外，各个方面可以在客户-服务器或多层系统上执行，其中该多层系统包括：分布在一个或多个服务器系统中用来执行各种功能的组件。因此，实施方式不被限制成在任意特定的系统或系统组中执行。另外，各个方面可以在软件、硬件或固件、或其任意组合中实现。因此，根据现有的各个实施方式的各个方面，可以在利用各种硬件和软件配置的方法、行为、系统、系统元件和组件内实现，并且所述实施方式不被限制在任何特定的分布式架构、网络、或通信协议。

图1显示了分布式计算机系统100的框图，其中根据现有的各个实施方式的各个方面和功能可以被实践。分布式计算机系统100可以包括一个或多个计算机系统。例如，如同示例的，分布式计算机系统100包括计算机系统102、104和106。如图所示，计算机系统102、104和106通过通信网络108相互连接，并且可以通过通信网络108交换数据。网络108可以包括任何通信网络，通过该通信网络计算机系统可以交换数据。为了利用网络108交换数据，计算机系统102、104和106、以及网络108可以使用各种方法、协议和标准，其包括：令牌环网、以太网、无线以太网、蓝TCP/IP、UDP、Http、FTP、SNMP、SMS、MMS、SS7、Json、Soap和Corba等。为了保证数据传输是安全的，计算机系统102、104和106可以通过网络108，利用包括TLS、SSL或VPN及其它安全技术的各种安全措施，来传输数据。尽管分布式计算机系统100示例了三个联网的计算机系统，但是分布式计算机系统100可以包括利用任何媒体和通信协议联网的任意数目的计算机系统和计算设备。

根据现有的各个实施方式的各个方面和功能，可以被实现为：专门的硬件和包括图1中所示的计算机系统102的一个或多个计算机系统上执行的软件。如所描述的，计算机系统102包括处理器110、存储器112、总线114、接口116和储存器118。处理器110可以执行产生所操作的数据的一系列指令。处理器110可以是商业上可获得的处理器，诸如因特尔的奔处理器、摩托罗拉的SGI的Sun Ultra的或Hewlett-Packard的的处理器，但是还可以是比如许多其它可用的处理器和控制器的任何类型的处理器、多处理器、微处理器、或控制器。处理器110，通过总线114被连接到其它系统元件，所述其它系统元件包括一个或多个存储设备112。

在操作计算机系统102的过程中，存储器112可以被用来存储程序和数据。因此存储器112可以是相对高性能、易失性的、随机存取存储器，诸如，动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)。然而，存储器112可以包括用来存储数据的任何设备，诸如硬盘驱动、或其它非易失性的、非暂时性的储存设备。在某些情况下，根据本发明的各种实施方式，可以将存储器112组织成特殊且唯一的结构，来执行本文所公开的各个方面和各种功能。

计算机系统102的组件，可以通过诸如总线114的互联元件耦合。总线114可以包括一个或多个物理总线、例如，被集成到相同机器内部的组件之间的总线；但是还可以包括：包括专用计算总线或标准计算总线技术的系统元件之间的任何通信连接，诸如IDE、SCSI、PCI和无限宽带(InfiniBand)。因此，总线114能够在计算机系统102的系统组件之间进行通信交换，例如数据和指令交换。

计算机系统102还包括一个或多个接口设备116，诸如输入设备、输出设备和输入/输出设备的组合。接口设备可以接收输入或可以提供输出。更具体地，输出设备可以为外部呈现提供信息。输入设备可以接收来自外部源的信息。接口设备的示例包括键盘、鼠标设备、跟踪球、麦克风、触摸屏、打印设备、显示屏、扬声器、以及网络接口卡等。接口设备允许计算机系统102与诸如用户和其它系统的外部实体进行信息交换和通信。

储存系统118可以包括计算机可读和可写的、非易失性的、非暂时性的储存介质，在该储存介质中存储了定义了由处理器执行的程序的指令。储存系统118还可以包括被记录在介质上或介质内部的信息，并且该信息可以被程序处理。更具体地，该信息可以被存储在一个或多个数据结构中，其中该数据结构被专门配置为节省存储空间或提高数据交换性能。指令可以被持续的存储为编码信号，并且该指令可以引发处理器执行本文所描述的任何功能。例如，该介质可以是光盘、磁盘、或闪存等。在操作中，处理器或一些其它控制器可以引起数据，被从非易失性的记录介质中读取到诸如存储器112的另一个存储器中，以允许处理器比从包括在储存系统118中的储存介质访问时更快地访问该信息。存储器可以被放置在储存系统118中或存储器112中，然而，处理器110可以操作在存储器112内的数据，并且在处理结束后，随后可以将数据复制到与储存系统118关联的介质中。各种组件可以管理数据在介质和集成电路存储元件之间的移动，并且当前所描述的实施方式不会被限制成这样。另外，各个实施方式不被限制为特定的存储系统或数据储存系统。

尽管计算机系统102通过示例的方式被显示为一种类型的计算机系统，在其上可以实践根据现有的各个实施方式的各个方面和功能，但是当前所公开的各个实施方式的任何方面都不被限制为：被实现在图1所示的计算机系统上。根据当前所公开的实施方式的各个方面和功能，可以被实践在：具有与图1所示的组件和架构不同的组件和架构的一个或多个计算机上。例如，计算机系统102可以包括专门编程的、专用目的硬件，诸如例如，被定制为执行本文所公开的特定操作的专用集成电路(ASIC)。然而，另外一个实施方式利用几个运行MAC系统X的、带有摩托罗拉的处理器的通用目的计算设备，以及几个运行专有硬件和操作系统的专用计算机设备，可以执行相同的功能。

计算机系统102可以是包含操作系统的计算机系统，所述操作系统管理包含在计算机系统102中的硬件元件的至少一部分。通常，诸如处理器110的处理器或控制器执行操作系统，例如，所述操作系统可以是诸如WindowsWindows(Windows)、Windows或Windows操作系统的从微公司得到的基于的操作系统、从苹计算机公司得到的MAC系统X操作系统、许多基于的操作系统发布中的一个，例如可以从红帽子公得到的企业版操作系统，可以从Sun微系公司得到的操作系统、或可以从各种来源得到的操作系统。许多其它的操作系统可以被使用，并且各个实施方式不被限制在任何特定的实现中。

处理器和操作系统一起定义了计算机平台，可对该计算机平台编写高级编程语言的应用程序。这些组件应用程序可以是诸如C-的可执行的中间字节码，或者可以是利用诸如TCP/IP的通信协议的诸如因特网的通信网络进行通信的解释码。类似地，根据当前公开的实施方式的各个方面，可以利用面向对象编程语言来实现，诸如利用.Net、SmallTalk、Java、C++、Ada、或C#(C-Sharp)来实现。其它面向对象编程语言也可以被使用。可选地，函数、脚本、或逻辑编程语言可以被使用。

另外，当在浏览器程序的窗口中查看上述文件时，根据当前公开的各个实施方式的各个方面和功能，可以在非编程环境下实现，例如以HTML、XML、或其它格式建立的文件形式实现，以提供图形-用户界面的各个方面或执行其它的各个功能。进一步地，根据本发明的各种实施方式，可以被实现为可编程元件或非可编程元件、或其任意组合。例如，网页可以利用HTML来实现，但是从网页内部调用的数据对象可以用C++编写。因此当前公开的各个实施方式，不被限制在特定编程语言，而是还可以使用任何合适的编程语言。

被包括在实施方式内部的计算机系统，可以执行当前公开的各个实施方式的范围之外的其它功能。例如，系统的各个方面可以利用已有商业产品来实现，诸如例如，诸如可从华盛顿州的西雅图的微公司得到的SQLServer、可从加利福尼亚州的红木海岸的Oracle公司得到的数据库、以及可从MySQL AB得到的MySQL数据库的数据库管理系统，诸如来自纽约州的阿蒙克市的公司的Web中间件的Oracle辅助产品或集成软件产品。然而，例如，运行SQL Server的计算机系统，可以能够同时支持根据当前公开的各个实施方式的各个方面，以及用于各种应用的数据库。

示例系统架构

图2呈现了包含分布式系统200的物理元件和逻辑元件的背景图。如图所示，分布式系统200根据当前公开的各个实施方式被专门配置。关于图2所引述的系统结构和内容仅仅是为了示例性的目的，并不是旨在将所述各个实施方式限制在图2中所示的专用结构。本领域的任意一个普通技术人员都清楚的是，可以构造许多不同的系统架构而没有偏离当前公开的各个实施方式的范围。图2所呈现的特定布置被选择来提高清楚度。

信息可以利用任何技术，在元件、组件和图2所描述的子系统之间流通。例如，这些技术包括在网络中通过TCP/IP协议传递信息，在存储器的模块之间传递信息，以及通过写入文件、数据库、或一些其它非易失性储存设备，来传递信息。其它技术和协议可以被使用，而没有偏离当前公开的各个实施方式的范围。

参考图2，系统200包括用户202、接口204、数据中心设计和管理系统206、通信网络208和数据中心数据库210。系统200可以允许诸如数据中心设计人员或其它数据中心工作人员的用户202和接口204交互，以创建或修改一个或多个数据中心配置的模型。根据一种实施方式，接口204可以包括专利合作条约申请所公开的地板编辑器和机架编辑器的各个方面；其中该专利合作条约申请是在2008年5月15日递交的，题目为“用于管理设施电力和冷却的方法和系统(Methods and Systems for ManagingFacility Power and Cooling)”，且申请号为PCT/US08/63675的专利合作条约申请，并且该申请被转让给美国电力转换公司，即本申请的受让人。申请号为PCT/US08/63675的专利合作条约申请，其在此通过引用方式被全部并入，且此后该申请被引用为PCT/US08/63675。在其它实施方式中，接口204可以使用专用设施来实现，其中所述专用设施能够让用户202以拖放形式设计包含数据中心或其任何子集的物理布局的表示的模型。该布局可以包括数据中心结构组件和数据中心设备的表示。如在根据本发明的各种实施方式中可以发现的，接口204的特征在下文中进一步论述。在至少一个实施方式中，关于数据中心的信息通过接口被输入到系统200中，并且对数据中心的评价和推荐被提供给用户。另外，在至少一个实施方式中，优化过程可以被执行，来优化数据中心的冷却性能和能源使用。

如图2所示，数据中心设计和管理系统206为用户202呈现数据设计接口204。根据一种实施方式，数据中心设计和管理系统206可以包括，如PCT/US08/63675中所公开的数据中心设计和管理系统。在该实施方式中，设计接口204可以并入包含在PCT/US08/63675中的输入模块、显示模块和构建模块的功能，并且可以使用数据库模块来存储和检索数据。

如同示例的，数据中心设计和管理系统206可以通过网络208和数据中心数据库210进行信息交换。该信息可以包括：所需要的支持数据中心设计和管理系统206的各个特征和各种功能的任何信息。例如，在一个实施方式中，数据中心数据库210可以包括：被存储在PCT/US08/63675所描述的数据中心设备数据库中的数据的至少某些部分。在另一个实施方式中，该信息可以包括：所需要的用于支持接口204的任何信息，例如，一个或多个数据中心模型配置的物理布局、包含在模型配置中的冷却提供者的生产和分配特性、模型配置中的冷却消耗者的消耗特性、以及包含在集群中的冷却提供者和设备机架的列表等。

在一个实施方式中，数据中心数据库210可以存储冷却提供者的类型、由每种类型的冷却提供者所提供的冷空气的数量、以及由冷却提供者所提供的冷空气的温度。因此，例如，数据中心数据库210包括特定类型的CRAC单元的记录，即额定以每分钟5,600立方英尺(cfm)的速率传递温度为68华氏度的气流。此外，数据中心数据库210可以存储一个或多个冷却度量，诸如CRAC的入口温度和出口温度、以及一个或多个设备机架的入口温度和排气口温度。温度可以被周期性地测量，并被输入到系统中；或者在其它实施方式中，利用耦合到系统200的设备，温度可以被持续地监控。

数据中心数据库210可以采用能够在计算机可读介质中存储信息的任意逻辑构造形式，其中包括：平面文件、索引文件、分层数据库、关系数据库或面向对象数据库等。利用唯一性关系和索引、以及外键关系和索引，可以为数据建模。可以在各个字段和各个表之间，建立唯一性和外键关系和索引，以同时保证数据的完整性和数据的交换性能。

如图2中所示的计算机系统包括数据中心设计和管理系统206、网络208和数据中心设备数据库210；每一个都可以包括一个或多个计算机系统。如同上文关于图1所论述的，计算机系统可以具有一个或多个处理器或控制器、存储器和接口设备。图2中所描述的系统200的特定配置，仅仅用于示例的目的，并且本发明的实施方式可以在其它背景下被实践。因此，本发明的实施方式并不被限制在特定数目的用户和系统。

机房空调器示例

图3是机房空调器单元300的示意框图，其包括室外冷凝器组合302、以及与室外冷凝器组合进行流体连接的室内CRAC单元304。室外冷凝组合302包括：冷凝器306和具有制冷剂供应的接收器308。室内CRAC单元304包括液泵358、同时与液泵进行流体连接的主制冷回路和辅助制冷回路、以及与主回路流体连接的压缩器310。在一个实施方式中，主回路包括从液泵358引导到直接膨胀阀316的管道320，它依次控制将压力减小的制冷剂传递到蒸发器旋管312。辅助回路包括：从液泵358引导到调节器阀356的管道370，它依次控制将液态制冷剂传递到蒸发器旋管352。室内CRAC单元还包括：风扇314a、314b，其被提供，以移动空气通过各自的主回路和辅助回路的第一蒸发器旋管和第二蒸发器旋管312、352。过滤器318被放置在液泵358和主回路及辅助回路之间，以在进入主回路及辅助回路之前过滤制冷剂。节流阀402被提供子在压缩器310的下游，以控制来自压缩器的制冷剂的压力。还提供了缓冲器360，以在返回室外冷凝器组合302之前，混合由主回路及辅助回路传递的制冷剂。

当冷凝温度在房间空气返回温度之上时，CRAC单元300在图3所示的第一模式下运行。在第一模式中，CRAC单元300的冷却能力由包含直接膨胀阀316、蒸发器旋管312和压缩器310的主回路控制。如下文所描述的，对于CRAC单元的各个模式中通过CRAC单元300的制冷剂流，在图3-6中由加粗线示出。

根据一个实施方式，在如图3所示的第一模式下，室外冷凝器组合302中的冷凝器306接收制冷剂，并将它转换为液体形式。液泵358驱动液态制冷剂，从冷凝器306移动到直接膨胀阀管道320。在这个实施方式中，调节器阀356处在关闭位置。直接膨胀阀316减少和膨胀制冷剂，并调节流动到蒸发器旋管312的制冷剂的数量。制冷剂在蒸发器旋管312被转化为蒸汽，并且气态制冷剂从蒸发器旋管312流动到压缩器310。压缩器310减小了气态制冷剂的体积，由此增加了其压力和温度。气态制冷剂从压缩器310流回到冷凝器306。根据一个例子，节流阀402和缓冲器360没有在第一模式中使用，并且制冷剂直接通过其流动。冷凝器306将制冷剂转化回液体形式。液体制冷剂从冷凝器306流回直接膨胀阀316，并且循环再次开始。被平行连接到冷凝器306的接收器308累积制冷剂。在数据中心内部，风扇314a、314b吸入空气穿过蒸发器旋管312，以冷却空气温度。

图4是运行在第二模式下的机房空调器单元300的示意框图。根据一个实施方式，当冷凝温度下降到房间空气返回温度之下时，CRAC单元300在第二模式下运行。在第二模式下，制冷剂流经两个平行的蒸发器旋管管道，即引导主回路和辅助回路的直接膨胀阀管道320和节省器管道370。主回路的直接膨胀阀管道320，如同上文关于图3的第一模式所描述的发挥作用。然而，某些制冷剂被转移到辅助回路的节省管道370中。根据一个特征，辅助回路的节省器管道370，比主回路的直接膨胀阀管道320提供了更经济(能效更高)的冷却环境。而且，辅助回路的节省器线路370的使用，减少了流经主回路的直接膨胀阀316、蒸发器旋管312和压缩器310的制冷剂的数量，其降低了CRAC单元300的能源使用。

如图4所示，冷凝器306接收气化的制冷剂，并将它转换为液态制冷剂。液态制冷剂流动到液泵358中，其推动制冷剂从冷凝器流动到过滤器。制冷剂管道从过滤器318处，被分为两条平行管道。直接膨胀阀线路320如上文关于图3的第一模式所描述的发挥作用。另外的管道是节省器管道370，节省器管道370从调节阀356处开始，其中调节阀356允许被选数量的制冷剂经过节省器管道370。制冷剂作为液体，从调节阀356，流动到第二组蒸发器旋管352。被完全加热的气化的制冷剂，直接从第二组蒸发器旋管352，流动到缓冲器360，在此处被完全加热的气化的制冷剂，与来自主回路的气化的制冷剂混合。尽管在一个实施方式中，从旋管352输出的制冷剂是饱和的纯净蒸汽，但是在其它实施方式中，从旋管352输出的制冷剂是被过度加热了几度的蒸汽。

根据一个实施方式，主回路的直接膨胀阀管道320，将来自压缩器310的制冷剂蒸汽输出到缓冲器360。在缓冲器360，来自压缩器310的制冷剂蒸汽，与来自节省器管道370的被加热的气化的制冷剂进行混合。根据一个实施方式，节流阀402没有用在第二种模式中，并且该输出从压缩器310直接流入到缓冲器360。缓冲器360平衡来自主回路的制冷剂蒸汽的压力和来自辅助回路的被加热的制冷剂的压力，其流回到冷凝器306。在数据中心内部，风扇314a、314b吸入空气经过第二组蒸发器旋管352，并随后经过第一组蒸发器旋管312，以冷却数据中心的空气温度。

图5是显示运行在第三模式下的CRAC单元300的示意框图。根据一个实施方式，当冷凝温度下降到压缩器310的最低冷凝温度(或之下)时，CRAC单元300运行在第三模式下。第三模式包括：使用节流阀402防止压缩器310失效，其可能随着冷凝温度下降到压缩器310的最低冷凝温度之下而发生。具体地，当冷凝温度下降到压缩器310的最低冷凝温度之下时，在压缩器310输出的压力可能降低到发挥作用的最小程度之下，因此导致潜在的压缩器310的失效和/或灾难性故障。因此，当冷凝温度达到压缩器310的最低冷凝温度时，节流阀402开始调节在压缩器310的输出处的压力，以保证将压力保持得足够高，以用于压缩器310的适当功能。维持足够高的压力将保证温度保持在最低冷凝温度或保持在最低冷凝温度之上。根据一个例子，节流阀402的缓冲器侧404b处的压力，可能比节流阀402的缓冲器侧404a处的压力低。

在一个实施方式中，节流阀402可以被涡轮膨胀器替代。根据一个特征，涡轮膨胀器可以从压力变化中恢复一些工作。根据一个实施方式，压缩器310的最低冷凝温度可以被预先确定，并且由压缩器310的厂商规定。

根据一个实施方式，当冷凝温度下降且压缩器310的运行速率被降低到其最小值时，第四运行模式被使用。当压缩器310的运行速率在所允许速率的最小值(与厂商预先确定的一样)时，压缩器310保持以最小速度运行。在第四种模式下，随后通过约束制冷剂通过辅助回路的节省器管道370的流动，来控制CRAC单元400的冷却能力。例如，当压缩器310运行在最小速率时，为了降低CRAC单元400的冷却能力，更少的制冷剂经过节省器管道370流动。

图6是运行在第五模式下的CRAC单元300的示意框图。在第五模式下，直接膨胀阀管道320通过关闭直接膨胀阀316而被关断。根据一个实施方式，当冷凝温度降低到足以只利用节省器管道370来冷却数据中心时，CRAC单元300就运行在第五模式。节省器管道370按照上文关于图4-5中所描述的方式运行。在一个实施方式中，当外界温度降低到足以关断冷凝器306的风扇而同时冷凝器306保持其热量抑制能力时，CRAC单元300运行在第六模式。

如上文所描述的，CRAC单元300在六种不同的运行模式下发挥作用。给定了进入冷凝器306在其中安装的外界空气的温度，CRAC单元300就以可能的最高效的模式运行。在这种方式下，CRAC单元300将效率最大化。在一个示例中，当数据中心中的空气温度很高且冷凝温度高于房间空气返回温度时，CRAC单元300运行在如关于图3所描述的第一模式下。在第一模式下，辅助回路的节省管道不会被使用。在第二种模式下，冷凝温度下降到房间温度之下，并且辅助回路的节省管道370被使用，节省管道370与主回路的直接膨胀阀管道320平行。在第三模式下，外界气温还在下降；并且冷凝温度被降低到最低冷凝温度；且节流阀402被用来将压缩器的输出压力维持在最小程度。在第四模式下，外界气温更进一步下降且冷凝器运行在其最低允许速率；并且通过约束流经节省器管道370的制冷剂来控制CRAC单元的冷却能力。在第五模式下，外界气温和冷凝器温度被降低到足以关断直接膨胀阀管道320；并且只使用节省管道370来运行CRAC单元。在第六模式下，外界气温被降低到足以只利用节省管道370来运行CRAC单元，并且同时还关闭了冷凝器风扇。

图7是用于使用制冷节省器的机房空气调节的方法500的流程图。在模块502中，液态制冷剂的第一部分被提供给第一冷却回路。第一冷却回路包括：直接膨胀阀、第一蒸发器旋管和压缩器。在模块504中，液态制冷剂的第二部分被提供给第二冷却回路。第二冷却回路包括：节省器阀和第二蒸发器旋管。在模块506中，直接膨胀阀调节液态制冷剂的第一部分，其中该液态制冷剂的第一部分被提供给第一蒸发器旋管。例如，直接膨胀阀可以调节液态制冷剂的第一部分的体积，并且直接膨胀阀可以减小和膨胀液态制冷剂的第一部分。在模块508中，第一蒸发器旋管输出第一气态制冷剂给压缩器。压缩器冷凝第一气态制冷剂的体积，并将第三气态制冷剂输出给冷凝器。

在模块510中，节省器阀调节液态制冷剂的第二部分，其中液态制冷剂的第二部分被提供给第二蒸发器旋管。例如，节省器阀可以调节液态制冷剂的第二部分的体积。在模块512中，第二蒸发器旋管将第二气态制冷剂输出给冷凝器。在一个实施方式中，缓冲器将第三气态制冷剂和第二气态制冷剂进行混合，并将该混合制冷剂输出到冷凝器。

如关于图3-7中所描述的，CRAC单元可以在几个不同模式下发挥作用。对在不同模式下CRAC单元的运行进行了仿真，且其结果被列在下文的表1中。表中的模式包括：只有直接膨胀阀管道(只有DX，第一模式)；直接膨胀阀管道和节省管道(DX+ECO，第二模式)；直接膨胀阀管道和具有节流阀的节省管道(DX+带节流阀的ECO，第三模式)；直接膨胀阀管道和具有节流阀且与以30Hz的最小速率运行的压缩器的节省管道(DX+带节流阀和30Hz的最小值的ECO，第四模式)；只有节省管道(只有ECO，第五模式)；以及使冷凝器风扇关闭且只使用节省器管道(使冷凝器风扇关闭且只使用ECO，第六模式)。

表1

表中的行表示：所仿真的以华氏度为单位的外界干空气球温度的测量、以华氏度为单位的冷凝温度、以千瓦(kW)为单位的在节省制冷剂旋管处的功率、以千瓦(kW)为单位的在直接膨胀阀制冷剂旋管处的功率、冷却回路的性能系数(COP)、以赫兹为单位的压缩器频率、节流阀的位置控制、冷凝器风扇是否在仿真中运行、以及液泵是否在仿真中运行。

已经如此描述了至少一个实施方式的几个方面，需要了解的是：各种变更、修改或改进对于本领域的技术人员将是容易想到的。这些变更、修改和改进旨在是本公开内容的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，上述描述和附图仅仅是示例的方式，并且公开内容的范围，应该从所附权利要求和其等同形式的合适解释中确定。

Claims (20)

1.一种冷却系统，包括：

冷凝器，其被配置为将制冷剂冷凝为液体；

第一冷却回路，其包括耦合到所述冷凝器的直接膨胀阀、耦合到所述直接膨胀阀的第一蒸发器旋管、以及耦合到所述第一蒸发器旋管的压缩器，其中所述第一冷却回路被配置为接收液态制冷剂的至少第一部分并输出第一制冷剂蒸汽，并且所述压缩器配置为接收所述第一制冷剂蒸汽并输出压缩器制冷剂输出到所述冷凝器；以及

第二冷却回路，其包括耦合到所述冷凝器的泵、耦合到所述泵的节省器阀、以及耦合到所述节省器阀的第二蒸发器旋管，其中所述第二冷却回路被配置为接收所述液态制冷剂的至少第二部分并输出第二气态制冷剂到所述冷凝器。

2.如权利要求1所述的冷却系统，还包括节流阀，该节流阀耦合到所述压缩器并被配置为调节所述压缩器制冷剂输出的压力。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第二冷却回路的所述节省器阀被配置为将所述液态制冷剂的被选部分，从所述第一冷却回路转移到所述第二冷却回路。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述直接膨胀阀被配置为调节所述液态制冷剂的所述第一部分。

5.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述泵被配置为将所述液态制冷剂从所述冷凝器泵送到所述第一蒸发器旋管和所述第二蒸发器旋管。

6.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第二制冷剂是饱和蒸汽和过热蒸汽中的至少一种。

7.如权利要求1所述的冷却系统，还包括耦合到所述第一冷却回路和所述第二冷却回路的缓冲器，所述缓冲器被配置为将所述压缩器制冷剂输出和所述第二制冷剂进行混合，并输出混合的制冷剂蒸汽到所述冷凝器。

8.一种冷却方法，包括：

为第一冷却回路提供液态制冷剂的第一部分，其中所述第一冷却回路包括直接膨胀阀、第一蒸发器旋管和压缩器；

为第二冷却回路提供液态制冷剂的第二部分，其中所述第二冷却回路包括液泵、节省器阀和第二蒸发器旋管；

在所述直接膨胀阀，调节被提供给所述第一蒸发器旋管的液态制冷剂的所述第一部分；

将第一气态制冷剂从所述第一蒸发器旋管输出到所述压缩器；

在所述压缩器，压缩所述第一气态制冷剂，并把第三气态制冷剂输出给冷凝器；

在所述节省器阀，调节被提供到所述第二蒸发器旋管的液态制冷剂的所述第二部分；以及

将第二气态制冷剂从所述第二蒸发器旋管输出到所述冷凝器。

9.如权利要求8所述的方法，还包括将所述第二制冷剂和所述第三气态制冷剂在缓冲器处混合。

10.如权利要求8所述的方法，还包括在节流阀处调节所述第三气态制冷剂。

11.如权利要求10所述的方法，其中，调节包括：调节所述第三气态制冷剂的温度和压力的至少一个。

12.如权利要求8所述的方法，还包括：在所述节省器阀，调节被提供给所述第二蒸发器旋管的所述液态制冷剂的所述第二部分的体积。

13.如权利要求8所述的方法，还包括在所述直接膨胀阀处，调节被提供给所述第一蒸发器旋管的所述液态制冷剂的所述第一部分的体积。

14.一种冷却系统，包括：

冷凝器，其被配置为将制冷剂冷凝为液体；

第一冷却回路，其包括耦合到所述冷凝器的直接膨胀阀、耦合到所述直接膨胀阀的第一蒸发器旋管、以及耦合到所述第一蒸发器旋管的压缩器，其中所述第一冷却回路被配置为接收液态制冷剂的至少第一部分并输出第一制冷剂蒸汽，并且所述压缩器被配置为接收所述第一制冷剂蒸汽并输出压缩器制冷剂输出到所述冷凝器；

第二冷却回路，其包括耦合到所述冷凝器的第二蒸发器旋管，其中所述第二冷却回路被配置为接收所述液态制冷剂的至少第二部分，并将第二制冷剂蒸汽输出到所述冷凝器；以及

用来调节所述液态制冷剂的所述第二部分的装置。

15.如权利要求14所述的冷却系统，其中，用来调节所述液态制冷剂的所述第二部分的装置是节省器阀。

16.如权利要求14所述的冷却系统，其中，用来调节所述液态制冷剂的所述第二部分的装置调节所述液态制冷剂的所述第二部分的体积。

17.如权利要求14所述的冷却系统，其中，用来调节所述液态制冷剂的所述第二部分的装置被配置为将所述液态制冷剂的被选部分从所述第一冷却回路转移到所述第二冷却回路。

18.如权利要求14所述的冷却系统，还包括节流阀，该节流阀耦合到所述压缩器并被配置为调节所述压缩器制冷剂输出的压力。

19.如权利要求14所述的冷却系统，其中，所述第二制冷剂蒸汽是饱和蒸汽和过热蒸汽中的至少一种。

20.如权利要求14所述的冷却系统，还包括耦合到所述第一冷却回路和所述第二冷却回路的缓冲器，所述缓冲器被配置为将所述压缩器制冷剂输出和所述第二制冷剂蒸汽进行混合，并输出混合的制冷剂蒸汽到所述冷凝器。