CN107466491A - 针对电器外壳冷却设备的调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及针对电器外壳冷却设备的调节方法，该电器外壳冷却设备具有制冷机和热管布置，该方法包括以下步骤：测量当前的内部电器外壳温度并且确定内部电器外壳温度的目标温度，其中，内部电器外壳温度和目标温度形成调节器的用于驱动电器外壳冷却设备的输入信号，并且其中，调节器输出用于确定制冷机的受操纵变量的控制信号；确定作为与当前的所需冷却功率成比例的测定变量的调节器信号；在所需冷却功率将由制冷机提供的情况下或者在所需冷却功率将由热管布置提供的情况下，测量环境电器外壳温度并且确定制冷机和热管布置的相应能效；选择两个制冷剂回路中能以更高能效提供所需冷却功率的一个制冷剂回路并且激活该制冷剂回路。

Description

针对电器外壳冷却设备的调节方法
技术领域
本发明涉及一种针对电器外壳冷却设备的调节方法。
背景技术
该电器外壳冷却设备包括具有制冷机的第一制冷剂回路以及具有热管布置的单独的第二制冷剂回路，其中，环境空气被引导通过电器外壳冷却设备的外部回路用于散热，并且来自将被冷却的电器外壳内部的将被冷却的空气被引导通过电器外壳冷却设备的内部回路。例如，从DE 10 2012 108 110 A1已经获知具有这种电器外壳冷却设备的电器外壳布置。
为了使这种电器外壳冷却设备高能效地运行，必须在任意运行点都选择这两个制冷剂回路中能够更高效地提供所需冷却功率的制冷剂回路。一方面，这要求知道所需冷却功率，即保持内部电器外壳温度处于目标温度需要的冷却功率。另一方面，必须在相应的运行点确定在提供当前的所需冷却功率时相应的制冷剂回路所具有的效率或者代表性能效值。
在从现有技术获知的电器外壳冷却设备中，例如，在仅基于制冷机的原理的电器外壳冷却设备中，在所需冷却功率和制冷机的能效未知的情况下，通常不考虑实际需要的冷却功率而以预定速度来运行制冷机，例如，以压缩机的最大转速来运行制冷剂，其中，在压缩机的最大转速处期望制冷机具有其元件寿命期间的最大平均效率。另外，以压缩机的最大转速来运行压缩机确保了所需冷却功率的突然上升可以被补偿。相反，以高压缩机功率输出来运行制冷机要求制冷机必须以循环运行的方式运行，其中，内部电器外壳温度在目标温度周围的上限温度和下限温度之间发生迟滞。这具有能量方面的劣势，尤其是与制冷机提供基本精确地匹配所需冷却功率的冷却功率的理想情况相比。
发明内容
本发明的问题是提供一种针对电器外壳冷却设备的调节方法，该电器外壳冷却设备具有制冷机和热管布置，其在任意运行点都允许基于能效方面的考虑在第一和第二制冷剂回路之间做出最佳选择。
根据本发明，该问题由具有权利要求1的特征的方法解决。但是，从属权利要求涉及本发明的有利实施例。
根据本发明的方法包括以下步骤：
连续或者周期性地测量当前的内部电器外壳温度Ti并且确定内部电器外壳温度Ti的目标温度，其中，当前的内部电器外壳温度Ti和目标温度形成针对调节器的用于驱动电器外壳冷却设备的输入信号，并且其中，调节器根据输入信号输出用于确定制冷机的受控变量的控制信号；
确定作为与相应的当前冷却功率P成比例的测定变量的调节器信号，其中，所需冷却功率是保持内部电器外壳温度Ti恒定在目标温度需要的冷却功率；
在所需冷却功率将由第一制冷剂回路提供的情况下或者在所需冷却功率将由热管布置提供的情况下，连续或者周期性地测量当前的内部电器外壳温度Tu并且使用第一和第二制冷剂回路的冷却设备特性来确定第一和第二制冷剂回路在所测量出的温度Ti、Tu以及目标温度处的相应的能效或者代表变量；以及
选择两个制冷剂回路中能够更佳能效地提供所需冷却功率的一个制冷剂回路并使所选择的制冷剂回路运行。
因此，本发明基于以下构思：环境电器外壳温度被确定为附加的测定变量，并且使用成对的内部电器外壳温度和环境电器外壳温度来针对已知的估计冷却功率需求在两个制冷剂回路之间做出最佳选择。估计所需冷却功率基于以下理论基础：调节器输出用于确定制冷机的受控变量的控制信号，以根据目标温度和内部电器外壳温度运行电器外壳冷却设备，其中，信号与所需冷却功率成比例。例如，当调节器为用于控制制冷机的调节器(例如，PID控制器)时，所述调节器包括用于在内部或者外部回路中传输空气的制冷机的风扇的转速的至少一个受操纵变量。调节器的控制信号将进一步包括预设压缩机转速的受操纵变量。假设压缩机转速和风扇转速与所需冷却功率成比例，则所需冷却功率可以从调节器的控制信号推导出来。不需要执行确定所需冷却功率的数量上的精确值的发明。而是，估计所需冷却功率就足够了。
如果估计出的所需冷却功率以及内部电器外壳温度和环境电器外壳温度之间的温度差是已知的，则可以估计两个制冷剂回路中的哪个制冷剂回路能够以更高效能提供所确定的所需冷却功率。
在本发明的一个实施例中，利用设备特性，针对特定的期望冷却功率和能效，分配第一和第二制冷剂回路的受操纵变量，尤其是风扇转速和压缩机转速，并且其中，使用所述设备特性来激活回路，使得所选择的制冷剂回路提供基本与所需冷却功率相对应的冷却功率。
在本发明的另一实施例中，调节器是用于制冷机的PID控制器，该PID控制器的控制信号为目标温度和内部电器外壳温度Ti的函数，该调节器至少输出用于将空气传输通过冷却设备的内部或外部回路的至少一个风扇转速和压缩机转速的一个受操纵变量。
可以假设受操纵变量与所需冷却功率成比例，并且使用转换函数将受操纵变量转换为所需冷却功率的近似值，其中，该转换函数可以仅为乘数或者换算因子。
在本发明的又一实施例中，该方法还包括：在所测量出的温度Ti、Tu并且使用设备特性来估计第一和/或第二制冷剂回路的最大和/或最小冷却功率。
设备特性可以被存储在数据库中，并且可以设置在与期望能效有关的给定内部电器外壳温度和给定环境电器外壳温度处提供的冷却功率。
估计第一和/或第二制冷剂回路的最大和/或最小冷却功率可以在以下边界条件下执行：另一个制冷剂回路不能以更佳能效提供相应的最大和/或最小冷却功率。
另外，估计出的所需冷却功率还可以被用来优化包括制冷机的制冷剂回路的循环运行。为此，提供了本发明的实施例，其中，针对制冷机的循环运行，该方法还包括：利用目标温度周围的上限温度和下限温度来确定冷却滞后，使得制冷机的关断时间对应于压缩机在连续活动阶段之间的至少一个最小关断时间，其中，在制冷机的关断时间期间，内部电器外壳温度Ti从下限温度变热到上限温度，其中，可以基于来估计所述关断时间，其中，C是已经接收到将要冷却的空气的电器外壳的预定的、估计的、或者试验得出的热容量，ΔT是上限和下限之间的温度差，P是估计出的所需冷却功率。
根据本发明的另一方面，基于调节器控制信号估计出的所需冷却功率不一定被用于电器外壳冷却设备的能效运行。而是，被确定为与相应的当前所需冷却功率成比例的测定变量的调节器控制信号可以在显示器上输出，或者被用于数据中心空气调节或者电器外壳中的更高级的功能。
附图说明
下面参考附图说明本发明的进一步细节。其中：
图1示出了根据现有技术的控制回路的示意图；
图2示出了根据本发明的第一实施例的控制回路的示意图；以及
图3示出了根据本发明的另一实施例的控制回路的示意图。
具体实施方式
在图1中所示的根据现有技术的控制回路中，内部电器外壳温度的目标值被提供作为调节器的输入信号。调节器可以是例如，PID控制器。PID控制器根据用于对电器外壳进行空气调节的冷却技术，例如，基于表征制冷剂回路的特征的设备特性来确定受操纵变量，其中，受操纵变量被以驱动信号的形式传递给调节设备。调节设备可以是例如，制冷机或者热管布置。
如果调节设备是制冷机，则受操纵变量可以是例如压缩机转速或者至少一个风扇的至少一个风扇转速。压缩机和风扇的转速是可调节的。调节器基于可用的设备特性来确定受操纵变量，从而在给定的目标温度值和测量出的内部电器外壳温度Ti处对调节设备进行预设，使得目标值和内部电器外壳温度之间的差值减小。如果调节设备是制冷机，调节器还可以被配置为以循环模式运行，其中，内部电器外壳温度在目标温度周围的上限和下限之间产生迟滞。在现有技术的调节方法中，一般不考虑将内部电器外壳温度保持在目标值所需要的实际需要的冷却功率来选择受操纵变量。
图2示出了根据本发明的第一实施例的控制回路的示意图。目标值和内部电器外壳温度Ti的差分信号被作为输入信号E提供给调节器。与从现有技术已知的调节方法类似，根据图2的实施例的调节器可以是PID控制器。本发明的关键在于，调节器的输出信号不被立即用作对调节设备进行动作的受操纵变量，而是被解析为与所需冷却功率成比例的信号。由于调节器输出的受操纵变量，例如，压缩机或风扇转速，与所需冷却功率成比例，所以这个假设是合理的，如参考图1所述。基于知道估计出的所需冷却功率以及内部电器外壳温度和环境温度之间的温度差，可以使用设备特性来例如确定两个制冷剂回路中的哪个制冷剂回路能够以更高效能提供估计出的所需冷却功率。
在图2所示的实施例中，调节设备可以为例如包括热管布置以及制冷机的电器外壳冷却设备，其中，该布置可以替代地被用于提供所需冷却功率。用于冷却电器外壳中的空气的节能冷却方法是基于以下内容选择的：估计在给定情况(所需冷却功率、内部电器外壳温度、外部电器外壳温度)中发现的制冷机和热管布置的能效，并且确定其中一种或者另一种冷却技术是否可以通过向调节设备转发相应的受操纵变量而以更佳能效提供所需冷却功率。
还可以想到估计出的所需冷却功率被包括供以后使用。如上所述，所需冷却功率可以被用来优化制冷机的迟滞，使得制冷机的活动阶段之间的关断时间通常对应于确保制冷机的永久性的运行安全所需要的制冷机的压缩机的最小关断时间。
在图3所示的实施例中，示出了与图1所示的从现有技术已知的冷却电器外壳的控制回路相似的控制回路。但是，在图3所示的实施例中，调节器的输出信号，即输出到调节设备的受操纵变量被以参考图2描述的方式用来估计所需冷却功率，其中，再次估计的内部电器外壳温度和环境电器外壳温度被包括作为其他影响变量。估计出的所需冷却功率可以各种方式被用来优化数据中心的运行或者电器外壳运行，其中，数据中心中放置有多个电器外壳并且包括能量管理系统。如上所述，估计出的所需冷却功率可以被用来优化以循环运行方式运行的制冷机的迟滞，使得压缩机的各活动阶段之间的关断时间至少对应于压缩机的最小关断时间。
以上描述中公开了本发明的特征，附图和权利要求可以分别或者组合起来用于实现本发明。

Claims (9)

1.一种针对电器外壳冷却设备的调节方法，该电器外壳冷却设备包括具有制冷机的第一制冷剂回路和具有热管布置的单独的第二制冷剂回路，其中，电器外壳的环境空气被引导通过所述电器外壳冷却设备的外部回路用于散热，并且来自电器外壳内部的将被冷却的空气被引导通过所述电器外壳冷却设备的内部回路，该方法包括以下步骤：
连续或者周期性地测量当前的内部电器外壳温度(Ti)并且确定内部电器外壳温度(Ti)的目标温度，其中，所述当前的内部电器外壳温度(Ti)和所述目标温度形成针对调节器的用于驱动所述电器外壳冷却设备的输入信号，并且其中，所述调节器根据所述输入信号输出用于确定所述制冷机的受控变量的控制信号；
确定作为与当前的所需冷却功率(P)成比例的测定变量的调节器信号，其中，所述所需冷却功率是保持所述内部电器外壳温度(Ti)恒定在所述目标温度需要的冷却功率；
在所述所需冷却功率将由所述制冷机提供的情况下或者在所述所需冷却功率将由所述热管布置提供的情况下，连续或者周期性地测量当前的内部电器外壳温度(Tu)并且使用所述第一和第二制冷剂回路的冷却设备特性来确定所述第一和第二制冷剂回路在所测量出的温度(Ti，Tu)和所述目标温度处的相应的能效或代表变量；以及
选择所述两个制冷剂回路中能够更能量高效地提供所述所需冷却功率的一个制冷剂回路并且使该制冷剂回路运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用设备特性针对特定的期望冷却功率和能效分配所述第一和第二制冷剂回路的受操纵变量，并且其中，使用所述设备特性激活回路，使得所选择的制冷剂回路提供基本与所述所需冷却功率相当的冷却功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述调节器是针对制冷机的PID控制器，该PID控制器的控制信号是所述目标温度和所述内部电器外壳温度(Ti)的函数，该PID控制器至少输出针对用于将空气传输通过冷却设备的内部或外部回路的至少一个风扇转速和压缩机转速的一个受操纵变量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，假定所述受操纵变量与所述所需冷却功率成比例并且使用转换函数将所述受操纵变量转换为所述所需冷却功率的近似值，所述转换函数还能仅是乘数或者换算因子。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，还包括：在所测量的温度(Ti，Tu)处并且使用所述设备特性来估计所述第一和/或第二制冷剂回路的最大和/或最小冷却功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，估计所述第一和/或第二制冷剂回路的最大和/或最小冷却功率是在以下边界条件下执行的：另一制冷剂回路无法以更佳能效提供相应的最大和/或最小冷却功率。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括以下步骤：
针对所述制冷机的循环运行利用所述目标温度周围的上限温度和下限温度确定冷却滞后，使得所述制冷机的关断时间对应于所述压缩机在连续活动阶段之间的至少一个最小关断时间，其中在所述制冷机的关断时间期间所述内部电器外壳温度(Ti)从所述下限温度变热到所述上限温度，
其中，能够基于来估计所述关断时间，其中，C是已经接收到将被冷却的空气的所述电器外壳的预定的、估计的、或者实验得到的热容量，ΔT是上限和下限之间的温度差，并且P是估计的所需冷却功率。
8.一种针对电器外壳冷却设备的调节方法，该电器外壳冷却设备包括具有制冷机的第一制冷剂回路和具有热管布置的单独的第二制冷剂回路，其中，环境空气被引导通过所述电器外壳冷却设备的外部回路用于散热，并且来自将被冷却的电器外壳内部的将被冷却的空气被引导通过所述电器外壳冷却设备的内部回路，该方法包括以下步骤：
连续或者周期性地测量当前的内部电器外壳温度(Ti)并且确定内部电器外壳温度(Ti)的目标温度，其中，所述当前的内部电器外壳温度(Ti)和所述目标温度形成针对调节器的用于驱动所述电器外壳冷却设备的输入信号，并且其中，所述调节器根据所述输入信号输出用于确定所述制冷机的受控变量的控制信号；
确定作为与当前的所需冷却功率(P)成比例的测定变量的调节器信号，其中，所述所需冷却功率是保持所述内部电器外壳温度(Ti)恒定在所述目标温度需要的冷却功率；
输出与所述当前的所需冷却功率(P)成比例的所述测定变量，供以后使用在用于电器外壳空气调节的调节控制单元或者显示器上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述以后使用包括：
针对所述制冷机的循环运行利用所述目标温度周围的上限温度和下限温度确定冷却滞后，使得所述制冷机的关断时间对应于所述压缩机在连续活动阶段之间的至少一个最小关断时间，其中在所述制冷机的关断时间期间所述内部电器外壳温度(Ti)从所述下限温度变热到所述上限温度，
其中，能够基于来估计所述关断时间，其中，C是已经接收到将被冷却的空气的所述电器外壳的预定的、估计的、或者实验得到的热容量，ΔT是上限和下限之间的温度差，并且P是估计的所需冷却功率。
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