CN111742188B - 头压力控制系统 - Google Patents

Abstract

一种冷凝器(404)，配置为将气相制冷剂冷凝为液相制冷剂。所述冷凝器(404)包括一气体集管(408)及一液体集管(410)，所述气体集管(408)配置为接收气相制冷剂，所述液体集管(410)与所述气体集管(408)相对设置，所述液体集管(410)分开成至少两个部分，具有一端口的所述至少两个部分的每个部分，以及在所述气体集管(408)与所述液体集管(410)之间延伸的多个平行管(406)。

Description

头压力控制系统

背景技术

直接膨胀(DX)空调器在中小型建筑物中是有用的，并且相对于其他类型的冷却系统，例如常规的基于冷却水的空调(AC)系统具有某些优势，因为DX系统通常具有更高的能源效率及更低的所有权与维护成本。DX系统使用多台压缩机通过一制冷循环产生调节的空气。液态制冷剂在进入一冷却盘管(蒸发器)之前，先经过通常为一阀门的一膨胀装置。所述膨胀装置将所述制冷剂的所述压力与温度降低到比通过所述盘管的所述空气更冷的所述程度。因此，可以通过将空气吹过所述冷却盘管来实现冷却。DX系统将其效率归因于以下事实：用于冷却一空调空间的所述空气通过在所述空气处理单元的所述冷却盘管中的所述制冷剂来直接冷却。如图1所示，一DX系统的所述组件通常包括一蒸发器、一压缩机、一冷凝器与一膨胀装置，尽管使用制冷剂与一蒸发器盘管的任何系统都可以称为一DX系统。

一种用于在一室内空间中散热的方法的一个示例，例如一计算机室或数据中心，将一风冷的计算机室空调(CRAC)与一冷凝器结合，并且通常称为一风冷的CRAC DX系统。风冷的CRAC单元可以在IT环境中使用，并且通常采用以下方式进行配置：使所述制冷循环的所述组件的一半位于所述CRAC中(以及要冷却的所述IT空间或环境中)，而在一风冷冷凝器中的所述其余组件则位在室外。来自所述IT环境的热量使用一制冷剂的循环流“泵送”到所述室外环境。一压缩机可以驻留在所述CRAC单元中或所述冷凝器中。

计算机与数据处理应用程序以及其他商业应用程序所需的所述冷却负载之间存在很大差异，因为商业系统通常会在冬季或更冷的天气期间转换为加热模式。相反地，与数据中心关联的计算机及数据处理应用程序在整年期间都需要冷却负载。因此，风冷的CRAC系统需要适应高达46℃以及低达-40℃的温度。

发明内容

方面及实施例涉及一种用于控制一冷凝器中的压力的系统。根据本发明的一个方面涉及一种冷却系统，所述冷却系统包括一热交换器、一热膨胀阀，配置为控制液相制冷剂到所述热交换器的所述输送，以及一冷凝器，流体耦接至所述热膨胀阀并且配置为将气相制冷剂冷凝为液相制冷剂，所述冷凝器包括：一气体集管，配置为接收气相制冷剂、一液体集管，设置在所述气体集管下游，所述液体集管分成至少两个部分，具有一端口与所述热交换器流体连通的至少两个部分的每个部分以及在所述气体集管与所述液体集管之间延伸的多个平行管。

根据一个实施例，所述冷却系统还包括一头压力控制阀，流体耦合到所述液体集管并且位于所述冷凝器与所述热膨胀阀之间，所述头压力控制阀配制为响应液体制冷剂在一压力的变化，所述制冷剂离开所述至少两个部分的一部分的端口。

根据另一个实施例，所述头压力控制阀配置为一入口压力调节阀。

根据另一个实施例，所述头压力控制阀配置为一电磁阀。

根据一个实施例，所述液体集管的所述至少两个部分中的至少一部分具有一内部容积，所述内部容积相较于所述至少两个部分的另一部分的一内部容积具有一不同尺寸。

根据另一实施例，所述液体集管分开成一第一部分与一第二部分，并且所述头压力控制阀位于所述第一部分的所述端口与所述第二部分的所述端口之间。根据另一实施例，所述液体集管的所述第一部分的所述端口配置为与所述热膨胀阀流体耦接，并且所述头压力控制阀配置为使得所述液体集管的所述第二部分的所述端口与所述热膨胀阀选择性地流体连通。

根据另一个实施例，所述头压力控制阀配置为当离开所述第一部分的所述端口的液体制冷剂的所述压力超过一预定值时，将液体制冷剂引导到所述液体集管的所述第二部分的所述端口。

根据一个实施例，所述液体集管的所述第一部分配置为相较于所述液体集管的所述第二部分的一内部容积具有一较小的内部容积。

根据另一实施例，所述液体集管的所述第一部分配置为相较于所述液体集管的所述第二部分的一内部容积具有一较大的内部容积。

根据一个实施例，所述气体集管分开成一第一部分与一第二部分，所述气体集管的所述第一部分通过一第一组平行管流体耦接到所述液体集管的所述第一部分，并且所述气体集管的所述第二部分通过一第二组平行管流体耦接到所述液体集管的所述第二部分。

根据一个实施例，所述气体集管的所述第一部分、所述液体集管的所述第一部分及所述第一组平行管具有所述冷凝器的一总内部容积的约25％至约50％的一内部容积。

根据一个实施例，还包括一接收器，配置为存储液体制冷剂并且位于所述冷凝器与所述热膨胀阀之间，使得所述液体集管的所述第一部分的所述端口流体耦接到所述接收器，并且所述液体集管的所述第二部分的所述端口与所述接收器选择性地流体连通。

根据一个实施例，所述冷凝器配置为一风冷冷凝器并且所述系统还包括至少一送风装置，所述送风装置配置为将空气引导通过所述冷凝器。根据另一实施例，所述送风装置包括至少一可变速风扇。

根据一个实施例，所述热交换器包括一蒸发器单元，所述蒸发器单元配制为将液相制冷剂膨胀成气相制冷剂。根据另一实施例，所述热交换器还包括位于所述蒸发器单元下游的一压缩机，所述压缩机流体耦接至所述冷凝器的所述气体集管。

根据本发明的另一方面涉及一种冷凝器，所述冷凝器配置为将气相制冷剂冷凝为液相制冷剂，所述冷凝器包括一气体集管，配置为接收气相制冷剂、一液体集管，与所述气体集管相对设置，所述液体集管分成至少两个部分，具有一端口的至少两个部分的每个部分；以及在所述气体集管与所述液体集管之间延伸的多个平行管。

根据一个实施例，所述液体集管的所述至少两个部分中的至少一部分具有一内部容积，所述内部容积相较于所述至少两个部分的另一部分的一内部容积具有一不同尺寸。

根据一个实施例，所述至少两个部分的一部分的至少一端口配置为液相制冷剂的一出口。根据另一实施例，所述至少两个部分的另一部分的至少一端口配置为液相制冷剂的一入口。

根据一个实施例，所述气体集管分开成至少两个部分，所述至少两个部分的每个部分具有用于接收气相制冷剂的一入口。

根据一个实施例，所述冷凝器还包括至少一个送风装置，所述送风装置配置为将空气引导到所述平行管上方。

下面将详细讨论其他方面、实施例以及这些示例方面与实施例的优点。此外，应当理解，以上信息以及以下详细描述都仅仅是各个方面与实施例的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面与实施例的性质与特征的概述或框架。本文揭露的实施例可以与其他实施例组合，并且引用“一个实施例”、“一个示例”、“一些实施例”、“一些示例”、“替代实施例”、“各种实施例”、“一个实施例”、“至少一个实施例”、“该及其他实施例”、“某些实施例”或类似等不一定互斥，而是旨在指示所描述的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个实施例中。本文中此类术语的出现不一定都参照同样实施例。

附图说明

下面参考附图讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图并非意图按比例绘制。包括附图以提供各个方面与实施例的说明及进一步的理解，并且并入本说明书中以及构成本说明书的一部分，但不是意图作为一种任何特定实施例的限制的定义。附图以及说明书的其余部分用于解释所描述与要求保护的方面及实施例的原理与操作。在附图中，在各个附图中显示的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见，并非每个组件都可以在每个图中标记。在附图中：

图1是常规DX系统的示意图；

图2是风冷的CRAC DX冷却系统的示例的方框图；

图3是常规的冷却系统的方框图，所述冷却系统使用风冷冷凝器并且结合接收器与头压力控制阀。

图4是根据本发明的一个或多个方面的冷却系统的一个示例的方框图；

图5A是根据本发明一个或多个方面的在关闭配置的头压力控制阀的方框图。

图5B是根据本发明一个或多个方面在打开配置的图5A的头压力控制阀的方框图；

图6是根据本发明一个或多个方面的冷却系统的另一示例的方框图；

图7A是根据本发明一个或多个方面在关闭配置的头压力控制阀的另一示例的方框图；

图7B是根据本发明一个或多个方面在打开配置的图7A的头压力控制阀的方框图；以及

图8是根据本发明的一个或多个方面的实验冷却系统设置的方框图。

具体实施方式

在例如IT环境的空调空间中散热的冷却系统使用如空气、水或制冷剂之类的传热流体将热能从室内传递到室外。许多冷却系统依赖所述制冷循环作为主要的冷却手段，并且泵送的制冷剂系统可以在所述主要的散热系统与所述IT设备之间提供隔离。直接与间接通风方法依靠所述室外条件作为主要的冷却方法，这使它们针对温和的气候更有效。

尽管本文讨论的一些示例参照一IT环境，但是本揭露中讨论的系统与技术可以应用于任何受限的空间(本文中也称为“空调的空间”)，例如在包含待冷却空气的一建筑物内部或其他结构内部的一个房间。例如，要冷却的所述空间可以是公共或私人建筑物中的一个或多个房间，例如私人住宅、办公室空间或其他商业或市政空间，或者可以包括工业或制造综合体内的空间。

在一些实施例中，被冷却的所述空间是一数据中心或IT环境。一数据中心可能包括一个或多个房间或空间，所述房间或空间包含成排的设备机架，这些机架设计来容纳电子设备，例如数据处理、网络与电信设备。在操作期间，所述电子设备产生热量，所述热量需要去除以确保所述设备机架所容纳的所述设备组件的所述持续性能、可靠性及使用寿命。本文揭露的系统的一个或多个实施例设计成去除通过所述数据中心内的所述电子设备产生的热量并且将冷空气回送到所述数据中心。

在一IT环境中一种散热的方法的一个示例包括与一风冷冷凝器配对的一CRAC DX装置。这种冷却系统的一个示例在图2中示出，通常用10来表示。所述系统10包括一风冷冷凝器104、一个或多个送风装置117，例如风扇，以及一CRAC DX装置120(也简称为“CRAC”或“CRAC装置”)，所述CRAC DX装置120包括一蒸发器126、一压缩机122及一膨胀阀124，它们起到如上所述的作用。

所述风冷冷凝器104，在本文中也简称为一“冷凝器”，并且也称为一“干式冷却器”、“干式排热单元”或“室外热交换器”，是一种热交换器，其中空气用于冷却流经所述冷却盘管的所述传热流体(例如，乙二醇)，与将水喷洒到所述气流中以产生一冷却效果的“湿式”蒸发冷却技术相反，。一干冷却器使用一个或多个冷凝风扇作为送风装置117以执行它的冷却功能。

在这种类型的系统中，所述制冷循环组件(例如，所述风冷冷凝器104)可以放置在待冷却的所述空间外部的一封闭场所中，并且一热交换器(例如CRAC 120)可以放置在待冷却的所述空间中。图2中显示的所述示例系统10使所述风冷冷凝器104位于所述建筑物或封闭场所的一外部环境102(例如，一屋顶)中，所述建筑物或封闭场所包括待冷却的所述室内空间103(例如，IT环境)。所述室外热交换器104使用流动的乙二醇或其他制冷剂作为一传热流体，所述传热流体从所述CRAC设备120收集热量并且将它从所述IT环境103运走。气相(也称为气相)制冷剂116经由管道流向所述风冷冷凝器104，其中它冷凝成一液体并且所述热量通过所述风扇117排到所述外部大气，所述风扇117将环境空气吹到所述风冷冷凝器104的所述冷凝盘管上。然后，液相制冷剂118返回到所述CRAC装置120再次开始所述循环。一泵及其他组件(图2中未显示)，例如一马达，用于使所述制冷剂在它的环路中往返于所述CRAC 120及风冷冷凝器104来进行循环。

如果所述系统要在高与低环境条件下可靠且经济地运行，利用风冷冷凝单元的图2中所示的空调及制冷系统，例如所述冷却系统10，通常会遇到两个必须解决的主要问题。通常通过适当地设定所述冷凝单元的尺寸可以适应高环境条件(例如40+℃)。但是，许多冷却系统在当年的至少一部分期间内还需要运行在低于它们设计干球温度的环境温度下。在低环境条件下运行期间，没有足够的头压控制，所述冷却系统可能会遇到运行周期及停机周期的问题。

一个运行周期问题涉及到所述膨胀阀两端的一不当压差，这会导致低头压以及没足够的致冷剂馈送到所述蒸发器。此外，使用热气进行除霜或压缩机容量控制的任何系统都需要正常的头压力才能正常运行，因为低头压力会导致低吸气压力或结冰的蒸发器盘管。在这两种情况下，这意味着进入所述膨胀阀124的所述液相制冷剂118的所述压力需要保持在一最小压力(即一预定压力值)。

这些系统的所述主要停机问题涉及到如果所述制冷剂已经移转到所述冷凝器，则无法使所述系统在线。所述蒸发器126可能没有在所述制冷剂中建立足够的压力以发送到所述压缩机122，或者所述压力可能太低以至于所述压缩机简单地连续地循环。

用于解决上述问题以及在低环境温度的周期期间在一制冷系统中保持足够的头压力的两种常规方法可以单独使用或组合使用，并且包括(1)控制所述冷凝器风扇速度以及(2)实施一满溢式接收机(flooded receiver)的使用。

送风装置117可以包括至少一可变速风扇，并且使用在所述冷凝器104的所述入口与出口处进行的压力测量来控制通过所述风冷冷凝器104使用的所述风扇117的所述速度。举例来说，所述冷凝器集管或入口/出口管道上可安装一个或多个压力传感器。当所述冷凝压力(即，离开所述冷凝器的液相制冷剂118)低于一预定值或预定值范围时，则可以降低所述风扇117的所述速度，或者通过降低所述风扇117的所述速度来调节所述风扇117的所述速度以增加所述冷凝器压力。但是，这种方法通常仅在所述环境温度超过0℃时才可行。

为了解决在低于0℃的环境温度下运行的能力，根据一常规方法可以实现例如图3中所示并且通常以30指示的一冷却系统。图3的冷却系统30包括一风冷冷凝器104、压缩机122、蒸发器126及膨胀阀124，它们以与上述类似的方式起到作用。冷却系统30还包括一三通调节阀330，所述三通调节阀330与进入所述冷凝器104的所述气相制冷剂116以及离开所述冷凝器104的所述液相制冷剂118都流体连通，并且配置为响应来自所述压缩机122的排放压力。所述冷却系统30还包括用于存储所述制冷剂的一液体接收器335，在某些情况下，所述制冷剂可以是乙二醇与水的一混合物。所述三通调节阀330也与所述接收器335流体连通，并且包括一内部隔膜及一加压圆顶。

所述三通调节阀330配置为限制液相制冷剂118从所述冷凝器104到所述接收器335的所述流动，并且同时将气相制冷剂116转移到所述接收器335的所述入口。这导致液相制冷剂118在所述冷凝器104中倒流，这降低它的容量，这反过来增加所述冷凝压力。同时，通过所述三通调节阀330转移的所述气相制冷剂116升高所述接收器335中的所述液体压力，这使得所述系统能够正常运行。所述阀330的所述圆顶充量在体积上膨胀与收缩，并且当所述外部环境温度变化时作用在所述内部隔膜上。所述压力充量的膨胀与收缩移动所述隔膜，所述隔膜继而在所述阀中移动一活塞并且在一更打开或关闭的位置中调节所述阀。当所述冷凝器的所述压力高于一预定值或预定值范围时，所述阀330引导所述气相制冷剂116从所述压缩机122通过所述冷凝器104并且进入所述接收器335。如果所述环境温度降至一预定值或预定值范围以下，则所述冷凝压力下降并且来自所述冷凝器104的所述液相制冷剂118的所述压力也下降到低于所述阀330的所述圆顶中的波纹管的压力的一个点。这导致一活塞在所述阀330中移动并且部分地限制离开所述冷凝器104的制冷剂118的所述流动。然后，所述冷凝器104将部分地注入制冷剂以维持一定的冷凝压力。同时，排放气体(气相制冷剂116)通过阀门330绕过所述冷凝器104并且直接流向所述接收器335。

在冷却系统30中，为了注满所述冷凝器104并且因此阻塞所述传热区域(即，可用于冷凝的所述区域)，还添加超出正常运作充量期间需要的所述数量的额外制冷剂。因此，在操作期间，所述冷凝器104总是保持一最小溢流，即，一定量的液相制冷剂118总是被堵塞，从而在将液态制冷剂在所有环境温度下排放到所述接收器335之前对它进行过冷。尽管在图3中未明确显示，一止回阀也可以安装在所述三通调节阀330与所述接收器335之间，以防止在停机循环中所述制冷剂移转回所述冷凝器104。

所述冷却系统30中呈现出的解决方案可能非常昂贵并且难以实施。例如，所述系统可能需要许多组件，包括所述三通调节阀330、所述接收器330、一止回阀、一安全阀及其他附件，这增加所述系统的操作的实施与维护阶段中的所述工作量。所述接收器335需要具有一大体积(因此是昂贵的)，并且额外制冷剂的使用也增加成本。另外，所述接收器与安全阀可能需要特殊的设计考虑，并且当所述环境温度低于-20℃时，可能需要特殊的材料，这也增加成本。因此，也能够在低于0℃的温度下保持头压力的一种更负担得起的系统与方法是需要的。

为了解决在低环境温度下维持足够头压力并且减少与实施一满溢式接收器(flooded receiver)，例如图3的所述冷却系统30中显示的所述满溢式接收器，相关联的所述成本的能力，在一个实施例中提供一种冷却系统。对比使用注满所述冷凝器的一更大的接收器，在一个实施例中，为了减小所述传热面积，可以将所述风冷冷凝器所述的入口及/或出口管道分隔开。

图4是根据本发明示例性实施例的冷却系统的方框图，通常以40表示。所述冷却系统40包括先前所述的一CRAC DX装置120以及一风冷冷凝器404。所述风冷冷凝器404包括一蒸气制冷剂集管408(也称为“气体集管”)以及液体制冷剂集管410，也称为“液体集管”。一组平行管406在所述气体集管408与所述液体集管410之间延伸，并且用作通过每个管的所述制冷剂以及通过所述管的空气(即，周围空气412)之间的所述冷凝器404的所述热交换部分。当气相制冷剂116流过所述气体集管408及所述冷凝器404的管406时，即，如图4中的箭头所指示，它冷却及冷凝，并且通过所述液体集管410收集为冷凝的液相制冷剂118。通过所述风扇117将环境空气412吹过所述管406来达到所述冷却效果，所述环境空气412作为排气414离开所述冷凝器404。所述管406还可以包括一个或多个散热片(图4中未示出)以帮助实现所述热传递效果。尽管在图4中显示的示例指示气相制冷剂116通过所述管406的所述流动是在一个方向上，但是应当理解，在其他实施例中，所述管406可以配置为使得当所述气相制冷剂116冷凝为液相制冷剂118时，所述气相制冷剂116以一蛇形方式流过所述管406。

在一些实施例中，所述液体集管410分成多个部分或部分。图1中所示的示例使所述液体集管410被分成两个部分410a与410b。所述液体集管410的每个部分410a、410b具有一各自的端口，并且部分410a具有端口411a并且部分410b具有端口411b。根据一个实施例，一个部分的尺寸设定为小于另一部分。例如，在图4所示的示例中，部分410a小于部分410b，即，部分410a的所述表面积及内部容积小于部分410b的表面积及内部容积。所述部分之间的所述尺寸比例可以取决于一个或多个因素，例如所期望的系统的所述尺寸及所期望的运作环境温度范围。在一些实施例中，所述两个部分可以是大约相同的尺寸，并且在替代实施例中，部分410a可以大于部分410b。在其他替代实施例中，所述液体集管410可分成两个以上的部分，例如三个或四个部分。

液体集管410可划分成使得所述液体集管410的一长度(即，平行的且与所述气体集管408相对定位的所述维度)被分割成两个或更多个部分。图4中所示的示例使所述液体集管410被分开成两个分离部分，所述两个分离部分通过空间隔开的，但是在某些情况下，所述液体集管410可以使用位于所述液体集管410的所述内部容积内的多个隔板来分割。

冷却系统40还包括一头压力控制阀425，所述头压力控制阀425定位在所述两个液体集管部分410a与410b的所述端口411a与411b的下游及中间，使得所述头压力控制阀425流体耦接至两个端口411a及411b。图4中所示的配置使所述阀425定位在一“L”形导管的一近似转角处，所述“L”形导管在端口411b及流体耦接至端口411a的一导管之间延伸。如下面进一步详细说明的，所述头压控制阀425配置为响应在所述冷凝压力的变化。图4中所示的示例具有流体耦接至端口411a的头压力控制阀425的一入口，以及流体耦接至端口411b的头压力控制阀425的一出口。

所述液体集管410的部分410a(即，所述较小的部分)配置为在所有操作条件下与所述CRAC 120(例如，所述CRAC的所述膨胀阀)流体连通，使得所述端口411a用作来自液体集管410的液相制冷剂的一出口并且端口411a流体耦接到CRAC 120的所述热膨胀阀。如下文进一步解释的，所述液体集管410的部分410b(即，所述较大的部分)配置为通过所述头压力控制阀425与CRAC 120的所述热膨胀阀选择性地流体连通。所述液体集管410的所述两个部分410a与410b可彼此协作以减小所述冷凝器404中的所述传热面积。

根据一些实施例，所述头压力控制阀425配置为一入口压力调节阀。阀425可配置为当所述阀425的上游所述压力超过一预定压力值时打开。在图5A与5B中显示一头压力控制阀425的一个示例的操作。在所述阀425中的一盘用作基于从液体集管部分410a的端口411a进入所述阀425的一入口427的所述制冷剂液体118的所述压力来打开与关闭所述阀。参考图5A，当所述环境温度下降时，所述冷凝器容量增加并且所述冷凝压力下降，这导致液相制冷剂118的一较低压力进入所述入口427并且较少压力在所述盘上，这使得所述阀425保持在所述关闭位置。这防止液相制冷剂118进入所述液体集管部分410b的端口411b(以及连接到液体集管部分410b的管406)。所述液体集管部分410b与对应的管道406因此将至少部分地阻塞，这减小所述传热面积并且增加所述冷凝压力。

参考图5B，进入所述入口427的液相致冷剂118的所述压力高于所述阀设定值(即，基于所述液相致冷剂118的一预定压力)的一增加导致所述盘移动并且导致所述阀425调节到该打开位置。然后液相制冷剂118可以流过所述阀425并且离开所述出口428到液体集管部分410b的端口411b，使得端口411b用作液体制冷剂118的一入口。所述液体集管部分410b及对应的管道因此打开，增加所述冷凝器的所述传热面积。根据示例性实施例，头压力控制阀425商业上可有效作为一Sporlan ORI阀(美国密苏里州的帕克·汉尼芬公司的Sporlan分部)。因此，所述头压力控制阀425可配置为仅在冷凝器压力低于一预定值时打开。

根据某些实施例，阀425可配置为允许来自端口411b的液相制冷剂118离开液体集管部分410b并且流过阀425，并且与从端口411a(以及液体集管部分410a)离开的液相制冷剂118流体连通。在该实施例中，端口411b用作往液体总管部分410b的一出口，并且离开端口411b的所述液相制冷剂118与CRAC 120(即，所述热膨胀阀124)流体连通。当需要所述冷凝器404的更多容量超过液体总管部分411a(以及与部分410a相关的所述管406)所提供的所述冷凝容量的条件下，端口411b可以用作液相制冷剂的一出口。

在一些实施例中，一液体接收器可定位在所述冷凝器404与所述CRAC120之间，使得离开液体总管部分410a的端口411a的液相制冷剂118流体耦接至所述液体接收器。冷却系统40还可包括一个或多个泵与阀，所述泵与阀控制制冷剂通过所述系统的所述流动。

图6是根据本发明的另一示例性实施例的冷却系统的方框图，通常以60表示。所述冷却系统60包括先前所述的CRAC DX装置120，并且还包括位于所述风冷冷凝器604及所述CRAC 120之间的一接收器635。

所述风冷冷凝器604包括一气体集管608与一液体集管610。所述液体集管610以与上述冷凝器404的液体集管410相似的方式分成两部分；然而，冷凝器604的所述气体集管608也分成两个部分608a与608b。多个平行管606在气体集管部分608a与液体集管部分610a之间以及气体集管部分608b与液体总管部分610b之间延伸。

根据图6显示的示例，气体集管部分608a与液体集管部分610a配置为小于(即，具有较小的内部容积)气体集管部分608b与液体集管部分610b。在一些情况下，气体集管部分608a比液体集管部分610a具有一更大的尺寸(即，更大的内部容积)，并且气体集管部分608b比液体集管部分610b具有一更大的尺寸。根据一个实施例，所述冷凝器604可分成两个部分，使得所述较小部分的所述容积，例如气体集管608a、液体集管610a以及在它们之间延伸的所述管606，是所述冷凝器604的总体积的约25％至约50％。根据其他实施例，所述冷凝器可分成两个以上的部分，例如三个或四个或五个部分。

根据图6显示的示例，液体集管部分610b的端口611b(即，所述较大的部分)配置为在所有操作条件下与所述液体接收器635流体连通，使得端口611b配置为液相制冷剂118的一出口。在冷却系统60中，液体集管部分610a的端口611a配置为经由一头压力控制阀625与所述接收器635选择性地流体连通，所述接收器635也包括在冷却系统60中。所述头压力控制阀625配置为定位在所述两个液体集管部分610a与610b的端口611a与611b之间的下游及中间，并且配置为以与上述类似的方式响应冷凝压力的变化，除了阀625响应于液相制冷剂118从液体集管部分610b的端口611b进入而不是从较小的液体集管部分610a进入而打开与关闭之外。因此，当离开所述液体集管部分610b的所述液相制冷剂118的所述压力下降到一预定值以下时，图6显示的示例将使集管部分610a(对应的管道606)至少部分地阻塞。

在一些实施例中，相较于不包括如本文所述的一分离式冷凝器的冷却系统，在冷却系统60中使用的所述接收器635是一较小的尺寸(即，较小的内部容积)。例如，在一个实施例中，所述接收器635可以配置为具有所述冷凝器的所述较小部分，例如气体集管608a、液体集管610a、以及在其间延伸的管606，的所述间隔体积的所述尺寸的大约50％至大约100％的一尺寸。这减少与所述冷却系统相关的成本，因为需要更少冷却液更少，并且便宜购买较小的接收器。相比之下，基于所述冷凝器的所述总体积的一接收器可能通常按尺寸做成所述冷凝器容积的至少100％。

在一些实施例中，可以将阀定位在每个所述气体集管部分608a与608b的所述入口处，以控制气相制冷剂116进入所述气体集管608的一个或多个部分的流动。

根据某些实施例，并且参考阀425以如上述的类似方式，阀625可以配置为允许来自端口611a的液相制冷剂118离开液体集管部分610a并且流过阀625并且与从端口611b(以及液体总管部分610b)排出的液相制冷剂118流体连通。在这种类型的配置中，端口611a用作液体总管部分610a的一出口，并且离开端口611a的所述液相制冷剂118与所述接收器635及CRAC120(即，热膨胀阀124)流体连通。因此，在需要所述冷凝器604的额外容量超出液体集管部分610b(以及与液体集管部分610b相关的所述管606与气体集管部分608b)所提供的所述冷凝能力的条件下，端口611a可以用作液相制冷剂的一出口。

根据一些实施例，上述的所述头压力控制阀425与625配置为一电磁阀。在图7A与7B中显示配置为一电磁阀的一头压力控制阀725的一个示例的操作，并且为方便起见，显示出所述阀725与来自图4的冷却系统40的特征的组合。头压力控制阀725位于液体集管410的端口411a与411b的下游及中间。如图7中显示的示例，所述阀725沿着导管的一部分定位，所述导管的一部分在流体耦接至端口411a的一导管以及流体耦接至端口411b的一导管之间延伸。所述阀725中的一铁磁柱塞作用成基于施加到所述电线圈的电流来打开与关闭所述阀。一控制器750作用为基于从液体集管410a的端口411a进入所述阀的一入口727的所述液相制冷剂118的所述压力向所述线圈施加电流。从液体集管410a离开端口411a的所述液相制冷剂118的所述压力可以通过位于端口411a处或下游的一压力传感器732来测量。所述压力传感器732与控制器750通信，所述控制器750耦接到所述阀725并且控制施加到所述阀725的所述线圈的所述电流量。

在图7A中，当所述环境温度下降时，导致液相制冷剂118的一较低压力，所述较低压力具有低于一用户已经设置并且输入到所述控制器750中或所述控制器自动确定的一预定值或数值范围的一数值。当离开端口411a的所述液相制冷剂118的所述压力低于所述预定值时，所述控制器750配置为不向所述线圈施加电流，并且所述柱塞位于一“静止”位置，所述静止位置使所述阀725处于一“切断”或关闭状态，所述关闭状态关闭端口411a与411b之间的流体连通。

在图7B，当从所述压力传感器732获得的测量结果向所述控制器750指示所述液相制冷剂118的所述压力已经超过或高于所述预定压力值时，则所述控制器750配置为向所述线圈施加电流，并且所述柱塞定位在一“打开”位置，所述打开位置将使阀置处于一“开通”或打开状态，并且允许端口411a与411b之间的流体连通，使得液相制冷剂118流过阀725，并且离开所述阀出口728并且通过端口411b进入液相集管410b。

在一些实施例中，当条件使得需要所述冷凝器704的更大容量时，阀725可配置为允许液相制冷剂118从液体集管部分410b通过411b流出并且通过阀725与离开液体集管部分410a与端口411a的液体制冷剂118结合。因此，所述控制器750可以在这些类型的条件下控制所述阀725为“打开”。

根据至少一个实施例，一控制器适于基于通过所述控制器获得的多个环境参数来控制所述冷却系统的操作，所述冷却系统包括本文描述的所述多个冷却系统的任一个。例如，温度、湿度、气流及/或其他传感器可以定位在一个或多个位置处，以测量环境或操作参数，所述环境或操作参数可以被所述控制器用来控制所述冷却系统的多个组件。例如，可以获得正在冷却的所述控制空间的温度与湿度数据，可以获得进入与排出所述冷却系统的多个组件的空气的温度数据，可以获得进入与排出所述冷却单元的多个组件的所述制冷剂的温度及/或流量数据。所述控制器可以与所述冷却系统的组件(例如，传感器、阀、CRAC、冷凝器)通信，并且可以配置为一微处理器或其他计算装置。

尽管以上讨论与实施例针对作为所述室内热交换或传输装置的一CRAC，但是应当理解，其他类型的装置也在本揭露的范围内，例如计算机房空气处理机(CRAH)或与一冷却器结合使用的泵送制冷剂热交换器，所述冷却器使用一风冷冷凝器。配备有一风冷型冷凝器的任何冷却系统都可以受益于本文揭露的技术。

示例

从下面的示例可以更充分地理解本文揭露的系统与技术的这些及其他实施例的功能与优点。以下示例旨在说明所揭露的控制冷凝压力的方法的益处，但并不限制其范围。

参考图8，根据测试上述的所述分流集管与压力控制方法的意图，建立通常以80显示的一冷却系统。冷却系统80包括一风冷冷凝器804、CRAC 820及一液体接收器835。所述CRAC 820冷却单元是使用R410A制冷剂(116与118)的一10T 35kW容量单元。所述冷凝器804的所述内部容积为15升，并且所述冷凝器压力所设定的阈值为4.0MPa。为了模拟一外部环境，将所述冷却系统80放置在双湿度室中，其中所述“户外”室的温度可从外部控制。

所述风冷冷凝器804包括一气体集管808，所述气体集管808分成两个部分808a与808b，其中部分808a尺寸做成小于部分808b。所述风冷冷凝器804还包括一液体集管810，所述液体集管810分成两个部分810a与810b，部分810a尺寸做成小于部分810b，在所述较小部分与较大部分之间的所述比率为5:14。所述气体集管808的部分808a经由一第一组平行管806a与所述液体集管810的部分810a流体连通。所述气体集管808的部分808b经由一第二组平行管806b与所述液体集管810的部分810b流体连通。

所述接收器835具有一10升的间隔容积，并且配置为具有三个观察镜(sightglasses)的一垂直接收器。所述接收器835最初充满足够的液相制冷剂以在所述最高观察镜中可见(例如，足够的制冷剂以适应室内与室外的35℃的温度)。

冷却系统80还包括七个球阀，每个用840表示，所述球阀分别参照图4的冷却系统40以及图6的冷却系统60用于模拟上面讨论的所述压力控制阀425与625的所述功能。阀840V1与840V2分别位于气体集管部分808b与端口811b的所述入口，阀840V3与840V4分别位于气体集管部分808a与端口811a的所述入口，阀840V5位于阀840V2与840V3的下游以及到CRAC820的所述入口的上游，阀840V6位于阀840V2与840V3的下游，以及到所述接收器835的所述入口的上游，并且阀840V7位于所述接收器835的所述出口。

冷却系统80还包括几个温度与压力传感器845。一个温度/压力传感器845TP1位于往所述冷凝器804的所述入口处，另一个温度/压力传感器845TP2位于所述冷凝器804的所述出口处，另一个温度/压力传感器845TP3在所述接收器835的所述出口处，以及另一个温度/压力传感器845TP4位在所述CRAC 820的所述膨胀阀的所述入口处。

所述风扇117的所述默认最小速度设定为所述最大值的20％(当所述环境温度为-10℃时可以控制冷凝器压力)，但为了在风扇关闭与打开时的周期期间避免系统振荡，在所述测试过程期间，所述风扇117的最小速度设定为所述风扇的所述最大速度的45％(381RPM)。

在分开的测试中通过(1)关闭所述冷凝器的所述较小部分及(2)关闭冷凝器的所述较大部分，通过尝试将所述压力/温度传感器845TP2测得的所述压力保持在2.0MPa来测试所述系统。2.0MPa被认为是冷凝器压力的所述最低压力。

测试1–关闭冷凝器的较小部分

将所述风扇速度设定在45％时，当所述环境温度(“户外”室温度)为15℃时，在845TP2处测得的所述稳态压力为2.0MPa。然后迅速关闭阀840V3与840V4以关闭所述冷凝器804的所述较小部分。在845TP2处的所述压力升至2.3MPa，并且所述接收器835中的所述液位不变。

阀门840V3与840V4打开，并且所述系统恢复到稳态。所述环境温度降至10℃，并且仅关闭阀840V4。这导致所述液体接收器中的所述制冷剂水平下降到所述中间视镜，这意味着约为2升的一体积变化，这指出在此示例中，一接收器尺寸制作为2升会是足够的。

测试2–关闭冷凝器的较大部分

如上所述，当所述风扇速度设定在45％时，当所述环境温度为15℃时，在845TP2(所述冷凝器804的所述出口)测得的所述稳态压力为2.0MPa。阀门840V1快速关闭(阀门840V2也关闭)，并且在845TP2处测得的所述压力增加到触发所述高头压力警报的一数值(即4.0MPa)。可发现如果阀840V1以短增量打开与关闭，则所述头压力值可以保持在所述警报值以下。

阀门840V1打开，并且所述系统返回到稳态。所述环境温度降至10℃，并且关闭阀840V2，以及以短增量打开与关闭阀840V1，直到所述系统达到2.8MPa的一压力为止。所述接收器中的所述液体降至所述最低观察镜以下的一水平，这指出所述10升接收器不够大。

结论

测试结果指出，当所述冷凝器分为多个独立部分时，所述冷凝器可以保持适当的头压力。结果还指出，封闭所述较小的部分比关闭所述冷凝器的所述较大的部分更好。一较小的接收器也可以用于包括一分离式冷凝器的一冷却系统。

执行了在不包括一分离式冷凝器与头压力控制阀的一传统系统(例如，图3的系统30)及不包括所述分离式冷凝器与头压力控制阀的系统(例如，系统60)之间的一成本分析，并且所述结果指示于表1中。

表1–传统系统与具有分离式冷凝器的系统之间的成本比较

所述成本分析指出，所述分离式冷凝器系统比所述传统系统便宜约46％。在所述分离式冷凝器系统中的其他节省还包括较低的管道、隔热与制冷剂成本。

本文中根据本发明揭露的所述多个方面在它们的应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中说明的构造细节及组件的设置。这些方面能够假设其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。本文提供的特定实施方式的示例仅出于说明性目的，并不旨在进行限制。特别地，结合任何一个或多个实施例讨论的动作、组件、元件与特征不旨在被排除在任何其他实施例中的类似角色之外。

同样，本文所使用的措词与术语是出于描述的目的，并且不应视为限制。对本文中以单数形式提及的系统与方法的示例、实施例、组件、元件或动作的任何引用也可以涵盖包括多个的实施例，并且本文中任何实施例、组件、元件或动作的复数形式的任何引用也可以涵盖仅包括单数的实施例。单数或复数形式的引用无意于限制当前揭露的系统或方法、它们的组件、动作或元件。本文中“包括”、“包含”、“具有”、“包含”、“涉及”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及其他项目。对“或”的引用可以解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、一个以上以及所有所描述的术语中的任何一个。另外，在本文档与通过引用并入本文的文档之间的术语用法不一致的情况下，并入引用中的术语用法是对本文档的补充。对于不相容的不一致之处，以本文档中的术语“用法”为准。

因此，已经描述了至少一个示例的多个方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改与改进。例如，本文揭露的示例也可以在其他上下文中使用。这样的改变、修改与改进旨在成为本揭露的一部分，并且旨在落入本文所讨论的示例的范围内。因此，前面的描述与附图仅作为示例。

Claims (10)

1.一种冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括:

一热交换器；

一热膨胀阀，配置为控制液相制冷剂到所述热交换器的输送；

一冷凝器，分开地分成一较大部分及一较小部分，各自流体耦接至所述热膨胀阀，并且配置为将气相制冷剂冷凝为液相制冷剂，所述冷凝器包括：

一气体集管，配置为接收气相制冷剂，所述气体集管分开地分成至少两个部分，包括第一部分及第二部分，所述第一部分及所述第二部分中的一个对应至所述较小部分且另一个对应至所述较大部分，各具有一入口；

一液体集管，设置在所述气体集管下游，所述液体集管分成至少两个部分，包括第一部分及第二部分，分别对应所述气体集管的所述第一部分及所述第二部分，各具有一出口，其与所述热交换器流体连通；

多个平行管，分开地分成至少一第一组平行管及一第二组平行管，所述第一组平行管在所述气体集管的所述第一部分及所述液体集管的所述第一部分之间延伸，且所述第二组平行管在所述气体集管的所述第二部分及所述液体集管的所述第二部分之间延伸；

一头压力控制阀，位于所述液体集管的所述第一部分的所述出口与所述液体集管的所述第二部分的所述出口的下游及中间；及

一压力传感器，位于所述液体集管的所述第一部分的所述出口的下游；以及

一控制器，耦接到所述头压力控制阀及所述压力传感器，所述控制器配置为在所述压力传感器确定的所述液体集管的所述第一部分的所述出口的一压力低于一预定值时，使所述头压力控制阀处于一关闭状态，以关闭所述液体集管的所述第一部分的所述出口与所述液体集管的所述第二部分的所述出口之间的流体通信，且配置为在所述压力传感器确定的所述液体集管的所述第一部分的所述出口的一压力高于所述预定值时，使所述头压力控制阀处于一打开状态，以允许所述液体集管的所述第一部分的所述出口与所述液体集管的所述第二部分的所述出口之间的流体通信，以使液体制冷剂进入所述液体集管的所述第二部分的所述出口。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：其中所述液体集管的所述第一部分具有一内部容积，且所述内部容积相较于所述第二部分的一内部容积具有一不同尺寸。

3.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：其中所述液体集管的所述第一部分的所述出口配置为与所述热膨胀阀流体耦接，并且所述头压力控制阀配置为使得所述液体集管的所述第二部分的所述出口与所述热膨胀阀选择性地流体连通。

4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：其中所述液体集管的所述第一部分配置为相较于所述液体集管的所述第二部分的一内部容积具有一较小的内部容积。

5.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：其中所述液体集管的所述第一部分配置为相较于所述液体集管的所述第二部分的一内部容积具有一较大的内部容积。

6.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：其中所述气体集管的所述第一部分通过所述第一组平行管流体耦接到所述液体集管的所述第一部分，并且所述气体集管的所述第二部分通过所述第二组平行管流体耦接到所述液体集管的所述第二部分。

7.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：其中所述气体集管的所述第一部分、所述液体集管的所述第一部分及所述第一组平行管具有所述冷凝器的一总内部容积的25％至50％的一内部容积。

8.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：还包括一接收器，配置为存储液体制冷剂并且位于所述冷凝器与所述热膨胀阀之间，使得所述液体集管的所述第一部分的所述出口流体耦接到所述接收器，并且所述液体集管的所述第二部分的所述出口与所述接收器选择性地流体连通。

9.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：其中所述冷凝器配置为一风冷冷凝器并且所述系统还包括至少一送风装置，所述送风装置配置为将空气引导通过所述冷凝器。

10.如权利要求9所述的冷却系统，其特征在于：其中所述送风装置包括至少一可变速风扇。

Images