專利名稱：冗余冷卻方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里公開的實施方式通常涉及空氣處理和冷卻系統(tǒng)。更特別地，所述實施方式涉及用于電子裝備的冗余冷卻系統(tǒng)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
用于冷卻或減小來自生熱電子裝備運行過程中過多的熱的已知方法是鄰近各個電子組件提供空氣調(diào)節(jié)器或其他空氣冷卻系統(tǒng)。如果不采用可靠的冷卻系統(tǒng)，電子組件可能通過增大的過多的熱而損壞，或者運行可能通過用于對過高溫度提供保護的內(nèi)部保護機構(gòu)而中斷，任何一種情形對于關(guān)鍵應(yīng)用都是不想要的。當前，關(guān)鍵的電子和電氣相關(guān)的應(yīng)用必然采用冗余空氣冷卻系統(tǒng)，由此在N+1構(gòu)造中存在至少兩個空氣冷卻單元。至少個單元構(gòu)建用于提供所需的空氣冷卻，而至少一個另外的單元構(gòu)建為使得其在第一空氣冷卻單元在使用過程中遭遇技術(shù)故障或類似情況時能夠立即執(zhí)行第一空氣冷卻單元的任務(wù)。在許多應(yīng)用中，冗余系統(tǒng)是最好的，因為其確保在至少一個單獨的空氣冷卻單元故障的情形下總的運行得以維持。可以想象，根據(jù)所需的模塊數(shù)和冗余度的水平，可以在冗余系統(tǒng)中提供多于兩個的空氣冷卻單元或子系統(tǒng)，例如2+1構(gòu)造、3+1構(gòu)造、3+2構(gòu)造等。1+1冗余冷卻系統(tǒng)的簡單實現(xiàn)將是，其中兩個獨立的冷卻系統(tǒng)(單元)鄰近需要冷卻的裝備放置，每個能夠單獨地和獨立地滿足總的所需的冷卻要求。具有較低溫度設(shè)定點的單元指定為活動單元，而具有較高但是仍然可接受的溫度設(shè)定點的單元指定為備用單元。如果活動單元正確地運行，其將使鄰近需要冷卻的裝備處的溫度維持在較低的設(shè)定點， 導(dǎo)致具有較高設(shè)定點的備用單元保持不作動。如果活動單元由于一些故障條件而不能夠使溫度保持在較低的設(shè)定點處的話，鄰近需要冷卻的該裝備的溫度將上升到較高的設(shè)定點， 從而作動備用機器并確保持續(xù)的冷卻，雖然在稍微較高的溫度。該簡單的冗余實現(xiàn)雖然在提供故障保護冷卻中是有效的，但是具有許多缺點，這些缺點導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中的一些方案。該簡單的冗余實現(xiàn)運行一個冷卻單元直至其發(fā)生故障，于是第二冷卻單元作動。這對于冷卻系統(tǒng)的總壽命不是最優(yōu)的，所以已經(jīng)獲得了方法和系統(tǒng)以交替?zhèn)溆煤突顒訂卧瑥亩沟盟鼈冸S著系統(tǒng)壽命而經(jīng)受均勻的磨損。實現(xiàn)該功能的控制器通常稱為超前-滯后控制器。除了活動和備用單元之間的交替運行，所述超前-滯后控制器還需要在當前作動單元發(fā)生故障的情形下啟動該備用單元。在簡單的冗余實現(xiàn)的進一步改進中，超前-滯后控制器通常提供警告維護人員其中一個冷卻單元已經(jīng)發(fā)生故障并需要修理或替換的方法——不能以及時的方式修理該故障可能引起整個系統(tǒng)故障，如果第二冷卻單元在其他單元修理之前發(fā)生故障的話。盡管超前-滯后控制器克服了簡單冗余實現(xiàn)中的一些缺點，通常還不能夠最優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的能效，也不能夠完全最優(yōu)化冷卻系統(tǒng)的總壽命。超前-滯后控制器自身的故障在一些情形下還可能導(dǎo)致整個冷卻系統(tǒng)的故障，減弱了冗余系統(tǒng)單故障的免疫力。
公開的實施方式旨在克服上面討論的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
在個實施方式中，公開了用于冗余冷卻系統(tǒng)的方法，其可以包括步驟鄰近需要冷卻的電子裝備提供多個空氣冷卻單元，其中每個所述空氣冷卻單元能夠獨立地控制鄰近空間的溫度直至其最大能力；為所述冷卻系統(tǒng)裝備充足的空氣冷卻單元，從而使得在至少一個所述空氣冷卻單元故障的情形下電子裝備保持可獲得需要的冷卻；在至少一個所述空氣冷卻單元故障的情形下用于通知維護人員的裝置；為每個所述冷卻單元確定運行點，這將提供總的需要的冷卻，同時最小化總的能耗和/或最大化系統(tǒng)的壽命；并且為每個空氣冷卻單元基于確定的最優(yōu)運行條件運行和控制所述多個空氣冷卻單元；用于當在主電源超出特定的條件的情形下從備份電源為每個空氣冷卻單元供電的裝置。在另一個實施方式中，每個所述多個空氣冷卻單元可以包括活動的空氣調(diào)節(jié)器， 其包括壓縮機，該壓縮機可以以這樣的方式控制，以改變管路中的制冷物流動進而控制該單元的冷卻能力；用于將熱從鄰近需要冷卻的電子裝備的空氣傳送到制冷物的換熱器和風扇；用于將熱從制冷物傳送到需要冷卻的空間的外面的換熱器和風扇；測量制冷物流動的膨脹設(shè)備；和測量鄰近需要冷卻的裝備的空氣的溫度和控制壓縮機和風扇以保持在或鄰近設(shè)定點處的溫度和濕度的控制器；用于該控制器以共享關(guān)于該單元的運行條件的信息的裝置，從而使得能夠為整個系統(tǒng)確定最優(yōu)化運行點；用于將該單元的運行點調(diào)節(jié)到確定的最優(yōu)化運行點的裝置。


圖1是在此描述的具有空氣冷卻單元的空氣冷卻系統(tǒng)的示意圖。圖2是一個空氣冷卻單元的元件的示意圖。圖3是圖表，其描繪了在此描述的設(shè)置的空氣冷卻單元的能效比率(EER)相對于熱負荷的圖。圖4是在每個空氣冷卻單元中的控制器的方框圖。圖5是用于從冷卻單元平均溫度反饋的方法的流程圖表示。圖6是用于在運行的線性和開/關(guān)模式之間進行切換的方法的流程圖表示。圖7是這里所述的用于空氣冷卻單元的電力回路和電力轉(zhuǎn)換器單元的示意圖。
具體實施例方式除非另外地指出，說明書和權(quán)利要求中使用的所有表達成分數(shù)量、尺寸反應(yīng)條件等等的數(shù)字理解為在所有情形下都通過術(shù)語“約”進行了修整。在本申請和權(quán)利要求中，單數(shù)的使用包括了多數(shù)，除非有另外地專門地陳述。此外，“或”的使用意味著“和/或”，除非另外地陳述。而且，術(shù)語“包括”及其其他形式—— 例如“包含”和“含有”——的使用不是限制性的。另外，例如“元件”或“組件”這樣的術(shù)語包括兩個都是元件、包括一個單元的組件和元件、和包括多于一個單元的組件，除非另外地專門地陳述。術(shù)語“壓縮機”指壓縮機電機和壓縮機，而術(shù)語“風扇”指風扇電機和風扇， 除非另外地陳述。
根據(jù)如圖1所示的一個實施方式，提供冷卻系統(tǒng)，其包括至少兩個獨立的空氣冷卻子系統(tǒng)或單元(101，102，103)，其中每個冷卻單元包括至少一個獨立的空氣冷卻裝置，并且每個冷卻單元能夠獨立地控制調(diào)節(jié)空間(111)的溫度直至其最大額定能力的熱負荷。每個單元(101，102，103)經(jīng)由在調(diào)節(jié)空間(111)中的空氣可運行地耦接到要被冷卻的電子裝備(110)上，從而使得其能夠冷卻該電子裝備(110)并將熱排放到調(diào)節(jié)空間(11 外面的空氣中。包括在冷卻系統(tǒng)中的冷卻單元(101，102，103)的數(shù)量(N)選擇為使得N-I個冷卻單元具有足夠的冷卻能力以滿足需要冷卻的電子設(shè)備(110)總的冷卻要求，使得冷卻系統(tǒng)通常具有至少等于一個冷卻單元(101，102，103)那樣的空閑冷卻能力。當其中一個冷卻單元(101，102，10 在冷卻系統(tǒng)中發(fā)生故障時，剩下的可運行的冷卻單元具有足夠的剩余能力并繼續(xù)冷卻該電子裝備(110)，從而實現(xiàn)冗余冷卻系統(tǒng)的目的。在一個實施方式中，每個冷卻單元(101，102，103)本質(zhì)上是相同的，具有相同的額定冷卻能力和特性。還可能并在本發(fā)明范圍內(nèi)的是，如果想要，采用具有不同額定冷卻能力和特性的冷卻系統(tǒng)構(gòu)建冗余冷卻系統(tǒng)。圖1的實施方式進一步包括主電源(115)，其典型地為來自公用事業(yè)(utility)的單相或三相AC電源。對于緊急應(yīng)用，電子裝備可以通過不可中斷的電源(113)供電，其在電信應(yīng)用情形下典型地具有MV DC或48V DC輸出。不可中斷的電源典型地含有電池或其他儲能設(shè)備，其允許在主電源發(fā)生故障的情形下提供不中斷的電力(114)給緊急裝備。對于要求高利用性水平的應(yīng)用或主電源的質(zhì)量較差，主電源還可以通過柴油發(fā)電機(未示出) 或類似的設(shè)備進行支持。還是參見圖1，這里示例的實施方式還包括通信總線(104)，其允許每個單元 (101，102，103)與連接到該通信總線(104)的其他冷卻單元(101，102，103)和連接到該通信總線的其他元件分享關(guān)于其運行狀況的信息。該通信總線還可以含有輔助電源連接，以冗余的方式從每個冷卻單元獲得，合適用于提供故障保護電力到連接到該通信總線的控制元件。圖1的實施方式還包括連接到通信總線(104)的用戶界面(105)，其能夠從連接到總線的其他元件接收信息并提供信息給這些元件。盡管冷卻系統(tǒng)正確的冗余運行或者效率或壽命的最優(yōu)化沒有對此作出要求，用戶界面(105)能夠?qū)⒗鋮s系統(tǒng)中的任何故障通知維護人員并能夠輔助故障診斷。如果需要，該功能可選地能夠提供在每個單獨的單元(101， 102,103)的控制器011)中或者其他地方。如果需要的話，用戶界面(105)還提供用于改變冷卻系統(tǒng)的設(shè)定點的方便手段。用戶界面的警報通知邏輯可以是主動良好(active ok) 那樣，而用戶界面(105)自身的故障通過相反指示的缺失而診斷，其提供故障保護的故障指示。這里公開的實施方式還可以以其他警報通知策略進行，其提供故障保護故障指示。圖1的實施方式還包括可選的補充的溫度控制器(106)，其能夠補償由于溫差導(dǎo)致的誤差，該溫差存在于溫度通過冷卻單元(101，102，10 得到檢測的位置或方位和得到控制的位置或方位之間，所述得到控制的位置或方位例如在非?？拷娮友b備(110)觀測至IJ。方便起見，典型的空氣調(diào)節(jié)單元通常測量和控制返回氣體在通過單元中的室內(nèi)換熱器之前的溫度。返回空氣溫度和控制下的位置或方位處的溫度之間的誤差典型地將合理地較小，但是該補充的溫度控制器(106)為那些要求更高溫度精度的關(guān)鍵應(yīng)用提供了校正該誤差的方法?？蛇x的方案，例如將溫度傳感器從每個冷卻單元(101，102，10 延伸到控制下的位置或方位，也可以被選擇用于實現(xiàn)相同的結(jié)果，盡管這樣的可選策略從成本和方便角度看并不是最優(yōu)的。每個冷卻單元(101，102，103)還可以構(gòu)建為從該補充的溫度控制器
(106)只接受在限定范圍內(nèi)的溫度校正值，以確保該補充的溫度控制器(106)的故障不能夠危及整個冷卻系統(tǒng)的運行。圖1的實施方式還包括可選的濕度控制器(107)，其能夠測量調(diào)節(jié)空間(111)中的濕度。對于許多電子冷卻應(yīng)用，控制濕度與控制溫度相比不是非常重要，且濕度傳感器的成本可能不能保證在每個單元(101，102，10 中結(jié)合有濕度傳感器。對于要求濕度控制的應(yīng)用，濕度控制器(107)用于將測量的濕度與需要的設(shè)定點進行比較并提供對冷卻單元 (101，102，103)的室內(nèi)換熱器O02)的風扇速度的調(diào)節(jié)，從而增加或減小它們潛在的冷卻能力，進而控制調(diào)節(jié)空間(111)的濕度。每個冷卻單元(101，102，103)可以構(gòu)建用于從濕度控制器(107)只接受在限定范圍內(nèi)的風扇調(diào)節(jié)值，以確保濕度控制器(107)中的故障不能夠危及整個冷卻系統(tǒng)的運行。盡管為了清楚起見，對用戶界面(105)、補充的溫度控制器(106)和濕度控制器
(107)分開地進行了表示和描述，這些元件可以典型地組合到一個物理單元中，以使成本最優(yōu)化。圖1的實施方式還可以包括可選的電力轉(zhuǎn)換器單元(121，122，123)，其中所述電力轉(zhuǎn)換器單元(121，122，123)的數(shù)量典型地對應(yīng)于冷卻單元(101，102，103)的數(shù)量。電力轉(zhuǎn)換器單元可以具有兩個電力輸入，一個適于連接到主電源(115)，一個適于連接到不可中斷的電源(114)。當主電源滿足特定的條件時，電力轉(zhuǎn)換器單元可以構(gòu)建用于將冷卻單元連接到主電源，或者當主電源超出特定的條件時，電力轉(zhuǎn)換器單元可以構(gòu)建用于將冷卻單元連接到不可中斷的電源。這樣的運行對于整個效率是有利的，因為不可中斷的電源(113) 在主電源滿足特定的條件時不為冷卻單元供電，節(jié)省了這些電力轉(zhuǎn)換的損失。電力轉(zhuǎn)換器單元還可以包括電力轉(zhuǎn)換電路，其能夠?qū)⒉豢芍袛嚯娫椿蛑麟娫崔D(zhuǎn)換為適于為冷卻單元供電的電源，如果這樣的轉(zhuǎn)換是必要的話，例如DC/AC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/DC轉(zhuǎn)換器或類似的轉(zhuǎn)換器。如果例如主電源的質(zhì)量達到可接受的水平，或者如果主電源得到柴油發(fā)電機的支持，或者在其他情形下，上面所述的電力轉(zhuǎn)換器單元(121，122，12 對于冗余冷卻系統(tǒng)的正確運行可能是不需要的。然而，電力轉(zhuǎn)換器單元在下面的這樣情形下可以用于提高冷卻系統(tǒng)的有效性，例如其中主電源的質(zhì)量沒有達到可接受的水平，或者備份的柴油機發(fā)電機的運行不是所想要的。盡管這些電力轉(zhuǎn)換器單元(121，122，123)對于冷卻單元分別示出， 因為該功能可能不是在所有情形下都是需要的，然而如果需要，所有或部分電力轉(zhuǎn)換器單元可以結(jié)合到冷卻單元或其他地方。圖7中示例的該系統(tǒng)，其將在下面更詳細地描述，提供了用于電力轉(zhuǎn)換器單元中的合適的電路的例子。現(xiàn)在參見圖2，每個上述空氣冷卻單元(101，102，103)還裝備有可變制冷物流動系統(tǒng)?？勺冎评湮锪鲃酉到y(tǒng)具有在某些部分負載條件下有改進的效率的優(yōu)點，以使整個系統(tǒng)的效率通過使每個冷卻單元運行在合適的運行點而得到優(yōu)化。圖2的實施方式結(jié)合有通過變速驅(qū)動(210)控制的電機驅(qū)動壓縮機(206)，以實現(xiàn)可變的制冷物流動，但是圖2的實施方式的該方面不限于這里公開的多種實施方式的范圍。本發(fā)明還包括這樣構(gòu)建的冗余冷卻系統(tǒng)，其采用結(jié)合有其他的可變制冷物流動系統(tǒng)——例如數(shù)字渦旋式壓縮機、多級壓縮機、雙速度壓縮機——的冷卻單元和當在部分負載條件下運行時能夠提供改進的效率的其他的冷卻單元。為了高的效率，該壓縮機還可以但是不是需要地經(jīng)由DC無刷電機或永磁體同步電機(PMSM)驅(qū)動，盡管經(jīng)由感應(yīng)電機或其他類型的電機變速驅(qū)動的壓縮機也能夠使用并獲得有利的結(jié)果。每個空氣冷卻單元(101，102，10 還可以包括多個換熱器，其中至少一個換熱器構(gòu)建為室內(nèi)換熱器003)，以從熱產(chǎn)生裝備吸收熱，并且至少一個換熱器構(gòu)建為室外換熱器 (207)，以將熱排出到冷源(heat sink)，例如外部空氣中。每個空氣冷卻單元(101，102， 103)還可以包括至少一個控制器011)，其用于控制和運行每個空氣冷卻單元，和至少一個溫度傳感器012)，其用于測量調(diào)節(jié)空間的溫度。每個換熱器還可以裝備有至少一個電機驅(qū)動風扇002，208)，以提高換熱處理的效率。在一個實施方式中，室內(nèi)風扇(20 的速度通過變速驅(qū)動(201)控制，其能夠進行濕度控制，如同前面所述那樣，并且能夠有利地減少部分負載條件下的電力消耗。類似地，在該實施方式中，室外風扇O08)的速度可以通過變速驅(qū)動(210)控制，以能夠有利地減少部分負載條件下的電力消耗和實現(xiàn)冷卻單元在低環(huán)境條件下運行的能力。為了高的效率，所述風扇還可以但是不是需要地經(jīng)由DC無刷電機或永磁體同步電機(PMSM)驅(qū)動，盡管經(jīng)由感應(yīng)電機或其他類型的電機變速驅(qū)動的風扇也能夠使用并獲得有利的結(jié)果。每個空氣冷卻單元(101，102，103)還可以包括用于測量冷卻劑流動的膨脹設(shè)備 (204)。在個實施方式中，由于其在許多不同運行條件下提供靠近最優(yōu)性能的能力，電子膨脹閥(EEV)用作膨脹設(shè)備004)，但是也可以采用其他膨脹設(shè)備，例如毛細管、恒溫膨脹閥 (TXV)和諸如此類。每個空氣冷卻單元(101，102，103)還可以包括輸入轉(zhuǎn)換器015)，其用于將連接到冷卻單元的電源(214)轉(zhuǎn)換為那些適于輸入到變速驅(qū)動O01，209，210)的電源。這例如在這樣的情形下可能是需要的，其中電源(214)是AC，而變速驅(qū)動(201，209，210)的運行要求DC輸入。輸入轉(zhuǎn)換器(215)還可以提供輸入電流和DC總線電壓控制，以用于要求該功能性的應(yīng)用。輸入轉(zhuǎn)換器的例子在下面描述的圖7中更加詳細地示出。每個冷卻單元還可以包括適于為至少一個控制器011)提供電力的輔助電源016)。在每個空氣冷卻單元中的輔助電源016)的輸出還可以經(jīng)由通信總線(104)以故障保護、冗余的方式連接(例如電流限定和二極管保護)，用于為連接到總線的不同控制元件提供冗余電力。圖7示例了這樣的情形下適于為所述實施方式的元件供電的電源電路的一個例子，其中主電源(115)是AC，而不可中斷的電源(113)是DC，這例如對于電信應(yīng)用是典型的。輸入轉(zhuǎn)換器015)構(gòu)建為使得其都能夠從類似電壓水平的AC和DC中運行，當從AC運行時，控制輸入電流接近正弦曲線并與輸入電壓同相，而當從DC運行時，最小化輸入電流的低頻AC組分，這兩者都將穿過電容Β4的平均DC總線電壓控制到選擇的水平。橋式整流器(Α1-Α4)和升壓轉(zhuǎn)換器(Β1-Β4)在示例的實施方式中提供該功能性。電信應(yīng)用通常要求連接到DC不可中斷的電源(113)的輸出上的裝備滿足嚴格的標準，其中包括與AC主電路的隔離、最小化低頻AC波紋電流的水平和低的EMC輻射。電信不可中斷的電源的公稱DC電壓典型地為24V或48V，這通常與構(gòu)建用于從公稱208-M0V RMS或者90-115V RMS的主電源運行的輸入轉(zhuǎn)換器(215)是不兼容的。電力轉(zhuǎn)換器單元(121)可以含有變壓器(J4)，其匝數(shù)比選擇用于將DC不可中斷的電源的電壓水平轉(zhuǎn)變到適于輸入到輸入轉(zhuǎn)換器015)的水平，并且其可以提供所需的與 AC主電路的電流隔離。半導(dǎo)體開關(guān)J2和J3交替地開關(guān)，典型地以高頻開關(guān)，以最小化變壓器(J4)的尺寸和成本，并有利地以固定的幾乎50%的占空比開關(guān)，以提高效率并最小化通過電容(Jl)的高頻波紋電流，減小為滿足EMC要求所需的過濾量。當輸入轉(zhuǎn)換器015) 控制其輸入電流(也即電力轉(zhuǎn)換器單元的輸出電流)以最小化低頻AC含量且電力轉(zhuǎn)換器 (J1-J8)以固定的占空比運行時，到電力轉(zhuǎn)換器單元的輸入電流的低頻AC含量也得以最小化。電力轉(zhuǎn)換器(J1-J8)的輸出電壓通常不需要嚴格地調(diào)節(jié)，因為輸入轉(zhuǎn)換器015)典型地能夠在充分的輸入電壓范圍內(nèi)運行，這進一步簡化了電力轉(zhuǎn)換器并允許其以固定的占空比運行。轉(zhuǎn)換繼電器(Kl)可以這樣運行，使得當主電源(11 滿足專門的條件時，輸入轉(zhuǎn)換器(21 連接到主電源上，而當主電源超出專門的條件時，輸入轉(zhuǎn)換器連接到電力轉(zhuǎn)換器(J1-J8)的輸出上，從而使得空氣冷卻單元平常在主電源(11 合適時以高效率從主電源供電，而當主電源故障時從不可中斷的電源(113)供電。可變速驅(qū)動(210)可以采用連接到輸入轉(zhuǎn)換器015)的DC輸出上的半導(dǎo)體開關(guān) (C1-C6)并通過控制所述開關(guān)(C1-C6)而構(gòu)建，從而使得可變幅值和頻率的AC電壓產(chǎn)生用于控制壓縮機電機和壓縮機O06)的速度。類似地，可變速驅(qū)動OlO和209)可以采用半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)建并被控制，從而生成可變幅值和頻率的AC電壓，以分別控制室內(nèi)和室外風扇電機和風扇002，208)。由于輸入轉(zhuǎn)換器(215)不可中斷地供電，所以壓縮機和風扇也將不可中斷地供電。輔助電源(216)還可以連接到輸入轉(zhuǎn)換器015)的輸出上，從而也不可中斷地供電。在示例的實施方式中，輔助電源是采用半導(dǎo)體開關(guān)(Li)、耦合電感(L2)、輸出整流器L3 和輸出電容(L4)構(gòu)建的回掃(flyback)DC/DC轉(zhuǎn)換器，盡管其他電源拓撲也能夠提供類似的功能性。來自輔助電源的電力可以用于為至少一個控制器011)供電，并且還可以經(jīng)由合適的限流和二極管保護電路而連接，以提供冗余的、不可中斷的電力到連接到通信總線上的控制元件。上述不同的實施方式可以在選定的條件下運行，以提高整個系統(tǒng)的能效。圖3示例了根據(jù)這里公開的多種實施方式，對于裝備有變速壓縮機控制的可變制冷物流動冷卻單元，能效比率(EER)和額定負荷的百分比之間的關(guān)系(301)。其特性根據(jù)可變制冷物流動控制單元的結(jié)構(gòu)而有點不同，但是一般的特性是，可變制冷物流動冷卻系統(tǒng)的能效比率隨著額定負荷的百分比從額定能力的下降(箭頭304指示的區(qū)域)而增長，并達到最大值(30 ，然后下降(箭頭305指示的區(qū)域)，因為來自控制電路、電力轉(zhuǎn)換器等等的損失超出了通過在部分負荷條件下運行該單元所獲得的效率。通常，對于可變制冷物流動冷卻單元，能效比率最大處的額定負荷百分比在額定負荷的50%以下，典型地在額定負荷的 10%-40%范圍內(nèi)。對于變速壓縮機冷卻單元還典型地存在最小速度，在該速度上壓縮機可以得到控制，以調(diào)節(jié)冷卻單元的能力——在該最小速度之下時，能力調(diào)節(jié)需要通過以合適的速率切換壓縮機的開和關(guān)而實現(xiàn)，從而使得單元的平均冷卻能力而不是瞬時冷卻能力得以調(diào)節(jié)。對于冗余冷卻系統(tǒng)，其包括許多(N)個本質(zhì)上相同的圖2所示例的實施方式中的可變制冷物冷卻單元O00)，該冗余冷卻系統(tǒng)的運行可以認為是分為兩個區(qū)域。第一區(qū)域是在每個冷卻單元的平均負荷(也即總的冷卻負荷除以冷卻單元的數(shù)量N)大于冷卻單元發(fā)生最大能效比率處的負荷百分比處(圖3中通過箭頭304指示的區(qū)域)。在公開的實施方式中，在該區(qū)域中的運行稱為“線性”運行模式。第二區(qū)域是在每個冷卻單元的平均負荷小于冷卻單元發(fā)生最大能效比率處的負荷百分比處(圖3中箭頭305指示的區(qū)域)。在公開的實施方式中，在該區(qū)域中的運行稱為“開/關(guān)”運行模式。冷卻單元(101，102，103)能效比率vs.額定負荷百分比的模型基于冷卻單元的設(shè)計并通過測量冷卻單元(101，102，10 的特性而確定。然后該模型可以嵌入到每個單元 (101，102，103)中的控制器011)中，并用于確定每個單元的平均負荷是否落入上述第一或第二區(qū)域中，并相應(yīng)地確定跟隨哪個運行模式(也即線性或開/關(guān))以最小化總的冷卻系統(tǒng)能量消耗，同時調(diào)整調(diào)節(jié)空間的溫度。對于在上述第一區(qū)域中的運行(也即每個冷卻單元的平均負荷大于冷卻單元發(fā)生最大能效比率處的地方)，最高總冷卻系統(tǒng)效率可以通過使每個冷卻單元(101，102， 103)在等于每個冷卻單元平均負荷的點處運行而實現(xiàn)。換句話說，對于最高的總冷卻系統(tǒng)效率，總的冷卻負荷將通過所有的冷卻單元等分。這不同于超前-滯后控制方法，其中平常至少個單元保持備用(從而處于無負荷狀態(tài))，而活動的單元加載到額定負荷條件的 100%。由于測量總的熱負荷進而計算每個單元所需的平均冷卻能力既不簡單又不便宜， 想要的是一種控制方法，其能夠平均每個冷卻單元的冷卻能力，同時將調(diào)節(jié)空間中的溫度控制在想要的設(shè)定點，而不測量總的冷卻負荷。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下(也即當每個冷卻單元的冷卻能力已經(jīng)相等且調(diào)節(jié)空間的溫度已經(jīng)穩(wěn)定在想要的設(shè)定點時)，每個冷卻單元因而將在等于每個冷卻單元所需的平均能力的點處運行，如同同步溫度控制和最小能量消耗所需的那樣。對于裝備有變速壓縮機的冷卻單元，該單元的冷卻能力大約與壓縮機速度成比例。因此，控制在每個本質(zhì)上相同的冷卻單元中的壓縮機速度接近或等于包括在冗余冷卻系統(tǒng)中的其他本質(zhì)上相同的冷卻單元的壓縮機的速度將有效地確保每個冷卻單元接近于相等地負荷。此外，接近相等的壓縮機速度能夠控制用于調(diào)整調(diào)節(jié)空間的溫度，提供同步溫度控制并相對接近最小能耗。圖4示例了適合用于控制包括冗余冷卻系統(tǒng)的每個冷卻單元的控制器的方框圖， 如在圖2中通過元件211描述的那樣，其處于“線性”運行模式中。冷卻單元進而冷卻單元控制器的主要功能在于將調(diào)節(jié)空間中的溫度維持在設(shè)定點溫度，以使需要冷卻的裝備得以正確運行?？刂破鞯牡诙€功能在于通過控制壓縮機和風扇速度而最小化單個冷卻單元 (101，102，103)在任何特別的運行點處的能耗，從而使得所需的冷卻輸出以最小輸入電力消耗而提供。與在包括冗余冷卻系統(tǒng)的其他冷卻單元中的控制器聯(lián)合的控制器的還有一個功能在于最小化總的冗余冷卻系統(tǒng)能耗?？刂破髦械谋壤e分(PI)元件(401)可以用于比例于想要的溫度(Tset)和平均測量反饋溫度(Tav)之間的差值而控制壓縮機速度。PI元件G01)中的積分項(term)消除想要的溫度(Tset)和平均測量反饋溫度(Tav)之間的任何偏差，這典型地發(fā)生在采用純比例控制的時候?；诳刂品椒ㄕ摰钠渌答佂瑯涌梢杂糜趯崿F(xiàn)控制器。每個控制器還包括溫度反饋平均元件(402)，其基于通過每個冷卻單元測量到并經(jīng)由通信總線(21 通信的溫度(Tl，T2，Tn)計算平均溫度(Tav)。當在每個控制器中的溫度反饋平均元件(402)平均相同組的測量溫度(Tl，T2，Tn)時，每個元件計算相同的Tav 值，確保在每個單元的PI元件中相同的反饋溫度值用于計算壓縮機速度。該功能確保每個單元之間的溫度傳感器誤差得以平均化?？梢詫碜悦總€冷卻單元中的溫度傳感器的可接受的溫度范圍進行限定，以確保來自故障溫度傳感器的值被排除在平均計算之外，以保護冗余冷卻系統(tǒng)的完整性。故障的溫度傳感器可以構(gòu)建成產(chǎn)生警報，以提示維護人員進行修理。圖5是表示用于實現(xiàn)該故障保護功能的合適的算法的一個例子的流程圖。每個控制器還包括積分器項(term)平均元件003)，其基于通過每個冷卻單元確定的并經(jīng)由通信總線(213)通信的溫度(II，12，In)計算平均積分項(lav)。當在每個控制器中的積分器項平均元件(40 平均相同組的積分項(I 1，12，In)時，每個元件計算相同的Iav值，確保在每個單元的PI元件001)中相同的積分項值用于計算壓縮機速度。該功能確保每個單元之間的積分項之間的任何差值——例如通過不同時間供應(yīng)到所述單元的電力所引起——得以平均化。從上面的說明將顯而易見的是，由于到每個冷卻單元的控制器中的PI元件G01) 的輸入是相同的，每個冷卻單元的控制器中的PI元件(401)將為每個冷卻單元確定大約相同的壓縮機速度，進而使得在包括在冗余冷卻系統(tǒng)中的每個冷卻單元中的壓縮機速度大約相等，并滿足前面詳細提到那樣的接近最小的總能耗的目的。還將顯而易見的是，在通信總線故障的情形下，每個冷卻單元仍然能夠獨立控制調(diào)節(jié)空間的溫度，從而維持冗余系統(tǒng)的完整性，雖然有能量最小化功能上的損失。通信總線中的故障可以構(gòu)建成產(chǎn)生警報，以提示維護任何進行維修。除了上述的溫度控制和壓縮機速度平均化功能，每個控制器還可以含有風扇速度控制元件G04和40 ，用于控制室外和室內(nèi)換熱器風扇速度(圖2中208和20 ，以最小化每個單元在部分負荷條件處的電力。由于風扇消耗的電力比例于速度的立方，風扇電力消耗的大量的節(jié)約可以通過以減小的速度運行風扇而實現(xiàn)。然而，減小的風扇速度導(dǎo)致?lián)Q熱器上的空氣流動比例于風扇速度地減小，這隨之導(dǎo)致需要更多的壓縮機功率用以滿足相同的冷卻要求。在部分負荷條件的某些范圍處，通過以減小的速度運行風扇實現(xiàn)的電力節(jié)約可能超出壓縮機功能中的補償?shù)脑黾?，這導(dǎo)致冷卻單元在該部分負荷條件的特定范圍中更高的能效。基于冷卻單元的該確定的模型，控制器可以構(gòu)建用于實現(xiàn)多個功能，以根據(jù)單元上的冷卻負荷改變室內(nèi)和室外風扇速度，以最小化冷卻單元在特別的負荷條件處的能耗。 如同前面指出的那樣，冷卻能力大約比例于壓縮機速度，從而壓縮機速度可以作為合適的參數(shù)選擇用于確定最優(yōu)的室內(nèi)和室外風扇速度。由于該系統(tǒng)將把壓縮機速度調(diào)節(jié)為互相相等，因此在每個冷卻單元中的室內(nèi)和室外風扇速度可以作為壓縮機速度的函數(shù)得以控制， 而冷卻單元之間的風扇速度也將近似地相等。上面描述了在“線性”運行模式過程、即圖3的部分304中使用的合適的控制方法，其中每個冷卻單元所需的平均輸出高于冷卻單元最大能效比率發(fā)生處的。在其他情形下，每個冷卻單元所述的平均輸出可以選擇為是，或者碰巧是，低于冷卻單元最大能效比率發(fā)生處的，也即圖3中通過305指示的負荷范圍。這例如可以發(fā)生在冗余冷卻系統(tǒng)是過尺寸的時候，以允許熱產(chǎn)生裝備能力的擴展，或者發(fā)生在其他情形下。在該情形下，從能效觀點看可能更想要的是，在最大能效比率發(fā)生的點處(圖3的部分30 運行單個冷卻單元。就在上面所述的在過尺寸或類似的情形下，如果每個單獨的冷卻單元以高于為滿足總冷卻要求所需的平均輸出的冷卻輸出運行時，冗余冷卻系統(tǒng)的總冷卻輸出將大于為匹配總冷卻需求所需的輸出，且調(diào)節(jié)空間的溫度將減小。然而，通過關(guān)閉充足數(shù)量的單個的冷卻單元并使剩余的單元在它們最大能效比率發(fā)生的運行點處運行，冗余冷卻系統(tǒng)的總冷卻輸出可以減小到低于為匹配總冷卻要求所需的輸出，且調(diào)節(jié)空間的溫度將升高。從而，通過合適地交替開或關(guān)在它們最大能效比率發(fā)生的點處的單個的冷卻單元，可能的是，控制調(diào)節(jié)空間的平均溫度等于在圖3的部分305所示的開/關(guān)運行模式中想要的設(shè)定點。圖6是詳細示出合適的算法的流程圖，該算法用于控制單個的冷卻單元的運行， 在如前面定義的“線性”運行模式304和“開/關(guān)”運行模式305之間切換。該算法或類似的算法可以嵌入到每個冷卻單元中的控制器中(圖2中211)。每個單元開始以線性模式運行，其中每個控制器中的PI元件(401)基于平均測量溫度(Tav)和設(shè)定點溫度(Tset)之間的差值調(diào)節(jié)壓縮機速度，且同時使冷卻單元之間的壓縮機速度相等，如同前面所述那樣。 如果包括在冗余冷卻系統(tǒng)內(nèi)的所有冷卻單元的總冷卻輸出大于所需的冷卻量，調(diào)節(jié)空間的溫度將減小。這隨之將引起每個控制器中的PI元件(401)調(diào)節(jié)壓縮機速度，直至包括在冗余冷卻系統(tǒng)中的所有單元的總冷卻輸出等于所需的冷卻，且調(diào)節(jié)空間的測量溫度(Tav)將穩(wěn)定在設(shè)定點(Tset)。如果計算得到的壓縮機速度(其在每個冷卻單元中大約都相同)低于嵌入的模型確定該單元發(fā)生最大能效比率處，該單元可以構(gòu)建用于改變到開/關(guān)運行模式。類似地，具有相等的壓縮機速度的其他單元也將在大約相同的時間改變到開/關(guān)運行模式。在開/關(guān)運行模式中，每個控制器核對平均測量溫度(Tav)是否降到設(shè)定點 (Tset)下面多于預(yù)定的量(Toff)。如果是，單元中的壓縮機將關(guān)閉。在該實行中，在所有冷卻單元中的控制器確定相同的Tav并具有相同的設(shè)定點(Tset)和Toff，從而都將作出相同的決定以關(guān)閉它們的壓縮機。每個單元的風扇速度作為壓縮機速度的函數(shù)而得以控制， 以最大化單元的能效——當壓縮機速度設(shè)定到零時，室內(nèi)和室外風扇速度也設(shè)定到零，以最小化單元的能耗，將每個單元的電力消耗減小到接近零。當冷卻單元的壓縮機關(guān)閉時，冷卻輸出減小到零，引起調(diào)節(jié)空間中的溫度上升。每個控制器核對平均測量溫度(Tav)是否上升到設(shè)定點(Tset)之上多個預(yù)定的量。如果是，單元中的壓縮機打開。在該實行中，在所有冷卻單元中的控制器確定相同的Tav并具有相同的設(shè)定點(Tset)和Ton，從而都將作出相同的決定以在大約相同的時間打開它們的壓縮機。如果平均測量溫度(Tav)持續(xù)上升，一旦所有單元在最大EER點運行它們的壓縮機，這指示總的冷卻負荷大于運行在它們的最大EER點處的所有單元的總冷卻輸出——指示線性運行模式將用于控制。如果平均測量溫度(Tav)達到高于設(shè)定點(Tset)的門限點 (Tlinear)，每個單元回到線性運行模式。在些情形下，可能想要的是，在開/關(guān)運行模式階段打開和關(guān)閉單獨的冷卻單元， 而不是令所有冷卻單元同時打開和同時關(guān)閉。這例如可以允許溫度在較窄的開/關(guān)帶內(nèi)控制，而沒有單獨的冷卻單元多余的循環(huán)。這可以這樣實現(xiàn)一次關(guān)閉一個冷卻單元，在接續(xù)的冷卻單元被關(guān)閉之間具有充分的時間長度，以核對調(diào)節(jié)空間的溫度是否上升，進而核對總冷卻輸出是否小于所需的冷卻輸出。類似地，冷卻單元可以一次切換回打開一個，在接續(xù)的冷卻單元被打開之間具有充分的時間長度，以核對調(diào)節(jié)空間的溫度是否下降，進而核對總冷卻輸出是否大于所需的冷卻輸出。通信總線可以用于輪換冷卻單元的運行，并確保單元經(jīng)歷均勻的磨損。上面的說明主要聚焦于通過在所有冷卻單元上均分冷卻負荷而最小化公開的冗余冷卻系統(tǒng)的能耗的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，引起組件壽命減少的一個因素是組件運行所處的溫度。根據(jù)阿列紐斯(Arrhenius)方程式，IOC的溫度增加導(dǎo)致大約 50%的MTBF減少。相應(yīng)地，從可靠性觀點看，低溫下運行關(guān)鍵組件是有利的。冷卻單元中的某些組件受到運行過程中電氣和機械損失所引起的加熱的影響。由于這里公開的實施方式與典型的超前/滯后控制系統(tǒng)相比提高了冗余冷卻系統(tǒng)的效率，所述發(fā)明中的總損失得以減小。較低的損失意味著組件較少的發(fā)熱和相應(yīng)改進的MTBF。還將顯而易見的是，在線性運行模式過程中，損失在包括冗余冷卻系統(tǒng)的所有冷卻單元中均分， 以比較于超前/滯后控制系統(tǒng)中損失只在活動單元之間均分的情形。所以，在線性運行模式過程中，總的冷卻系統(tǒng)損失由于系統(tǒng)效率的提高而減小，且與超前/滯后控制方法相比， 損失在更多的冷卻單元中細分，致使每個冷卻單元基本上更小的損失。盡管與超前/滯后控制方法相比，所述控制方法的每個冷卻單元的損失基本上更小，每個單元持續(xù)地運行，而不像在超前/滯后控制方法中那樣在定比例的時間中保持備用。對于典型的系統(tǒng)實行和運行條件，較低溫度下運行組件獲得的增益超出額外運行時間帶來的影響，這導(dǎo)致改進的系統(tǒng)MTBF。在一些情形下，從成本角度看可能需要的是，采用“舒適”型的冷卻單元作為冗余冷卻系統(tǒng)中的冷卻單元用于冷卻電子裝備。“舒適”型冷卻單元通常制造在高的容積中，允許實現(xiàn)每個單元低的成本。“舒適”型冷卻單元(其設(shè)計用于為人提供舒適的環(huán)境)和“精確”冷卻單元(其設(shè)計用于為電子設(shè)備提供合適的環(huán)境)之間的一個區(qū)別在于舒適型冷卻單元其總的冷卻能力的相對較大比例用于潛在的冷卻(移除濕度)。冷卻單元總的冷卻能力定義為可感覺的冷卻能力(用于降低空氣溫度的能力)和潛在的能力(用于減小空氣的濕度的能力)的總和。冷卻單元可感覺的熱比率(SHR)定義為可感覺的冷卻能力對于冷卻單元總冷卻能力的比率。通信裝備(和其他電子生熱源)不產(chǎn)生濕度，且裝備所處的調(diào)節(jié)空間通常相當好地與外部大氣密封，這意味著很少或沒有濕度移除(潛在的冷卻)是需要的。多余的潛在冷卻引起調(diào)節(jié)空間中的濕度減小到想要的水平之下且不是能量有效的。舒適型的冷卻單元通常設(shè)計為在額定條件處具有大約60-80%的可感覺的熱比率(SHR)，而精確的冷卻單元通常設(shè)計為在額定條件處具有大約90-100%的可感覺的SHR。因此，舒適型的冷卻單元對于在電子裝備冷卻應(yīng)用中的應(yīng)用通常不是理想的。冷卻單元的SHR是單元的總冷卻能力和穿過室內(nèi)換熱器的空氣流的容量的函數(shù)。 穿過舒適型冷卻單元的室內(nèi)換熱器的最大空氣流通常通過該單元在其周圍設(shè)計的風扇和電機限定，所以通常不能夠容易地改變以增加空氣流從而增加單元的SHR。然而，通過以減小的冷卻輸出運行冷卻單元并保持比例較高的空氣流，增加冷卻單元的SHR是可能的。 在前面所述的線性和開/關(guān)運行模式中，每個冷卻單元通常運行在小于最大冷卻輸出條件下，以允許每個冷卻單元的SHR通過保持比例較高的穿過冷卻單元的室內(nèi)換熱器的空氣流容量而提高。在一個實施方式中，這可以實現(xiàn)在功能中，其根據(jù)每個冷卻單元的控制器中的壓縮機速度控制室內(nèi)風扇速度。在一個冷卻單元故障的情形下，每個剩余的單元可以加載到它們的最大額定冷卻能力。在這種情形下，每個冷卻單元的SHR和同樣地總的冗余冷卻系統(tǒng)將減小回到每個冷卻單元在額定能力處那樣。在舒適型冷卻單元用作包括冗余冷卻系統(tǒng)的冷卻單元的情形下，冗余SHR將低于冷卻電子設(shè)備的最優(yōu)值，這可以引起濕度減小到想要的值之下，且冷卻系統(tǒng)的效率受到影響。調(diào)節(jié)空間的溫度還可以從設(shè)定點增加，因為可感覺的熱負荷可能超出剩余的冷卻單元的可感覺的冷卻能力。然而，冷卻單元的故障可以構(gòu)建為提示維護人員立即行動，并且根據(jù)應(yīng)用，在短時間內(nèi)調(diào)節(jié)空間低于所需濕度和效率和高于溫度是可以接受的。如同指出的，用于電子應(yīng)用的冷卻系統(tǒng)通常不需要提供除濕(潛在的冷卻)，因為電子裝備不產(chǎn)生濕度。然而對于調(diào)節(jié)空間沒有與外部環(huán)境良好隔離的情形，提供除濕可能是必要的，以將調(diào)節(jié)空間的濕度保持在所需的水平。為了使冷卻單元提供除濕，室內(nèi)換熱器需要處于低于通過換熱器的空氣的露點 (dew point)的溫度。在一個實施方式中，這通過減小室內(nèi)換熱器的風扇的速度而實現(xiàn)，從而減小在室內(nèi)換熱器上的空氣流動。這隨之引起室內(nèi)換熱器溫度補償減小，以將返回空氣溫度保持在設(shè)定點。通過室內(nèi)風扇速度的合適的減小將獲得需要的除濕量。在一個實施方式中，濕度控制器(圖1的107)監(jiān)測調(diào)節(jié)空間的濕度。如果濕度超出濕度設(shè)定點限定的量，濕度控制器將經(jīng)由通信總線通知所有冷卻單元需要除濕。冷卻單元相應(yīng)地減小它們的室內(nèi)風扇速度，從而使得它們提供除濕。一旦濕度降低到濕度設(shè)定點之下限定的量，濕度控制器將經(jīng)由通信總線通知所有冷卻單元不再需要除濕，于是所有冷卻單元調(diào)節(jié)它們的室內(nèi)風扇速度回到導(dǎo)致冷卻單元獲得最佳效率的水平。 該系統(tǒng)可以結(jié)合有警報，如果除濕需要長于預(yù)定的時間長度的話，該警報將啟動，指示該系統(tǒng)潛在的問題，或者調(diào)節(jié)空間沒有得到良好的密封。冷卻單元還可以結(jié)合保護特征，從而如果調(diào)節(jié)空間的溫度上升到預(yù)定水平之上時，除濕得以取消，以保護濕度控制器使其防止故障。在用于控制濕度的可選的實施方式中，只有一個冷卻單元可以選擇用于減小其室內(nèi)風扇速度，以進行除濕，而剩余的單元保持它們的風扇速度在導(dǎo)致各個冷卻單元獲得最佳效率的水平上。該可選的實施方式需要更長的時間進行所需的除濕，但是可能導(dǎo)致較低的總能耗。該可選的實施方式還可以包括在冷卻單元中輪換除濕單元的特征，以使冷卻單元均勻磨損。在上面公開的實施方式中，冷卻單元的模型用于為每個單元確定最優(yōu)的運行點。 在可選的實施方式中，可以遵循閉環(huán)方法，從而每個冷卻單元(101，102，103)的電力消耗得以測量，總的電力消耗通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)每個冷卻單元(101，102，103)的運行點而最小化。該閉環(huán)方法還要求冷卻單元適當精確的模型，并要求額外的傳感器以測量每個冷卻單元的輸入電力。通常，如果與采用上述開環(huán)方法的足夠好的建模的單元相比，這樣的系統(tǒng)額外的成本和復(fù)雜性不正比于運行中的受益。在上述開環(huán)實施方式中，每個冷卻單元獨立地控制調(diào)節(jié)空間的溫度到設(shè)定點，而通信總線用于分享信息以允許所述單元使它們的壓縮機速度相等并提供靜態(tài)信息。在可選的開環(huán)實施方式中，每個冷卻單元構(gòu)建為使得其壓縮機速度比例于測量溫度和設(shè)定點溫度之間的差值。由于通過每個單元測量的調(diào)節(jié)空間的溫度將靠近通過所有其他單元測量的溫度，每個冷卻單元中的壓縮機速度將接近相同，而無需冷卻單元之間的任何連接或通信。然而，在調(diào)節(jié)空間的設(shè)定點溫度和測量溫度之間將存在最終的穩(wěn)定的狀態(tài)誤差。如果調(diào)節(jié)空間中的熱負荷相對恒定且設(shè)定點和實際溫度之間的特定誤差是可接受的話，這可以通過調(diào)節(jié)冷卻單元中的溫度設(shè)定點而手動地補償?？蛇x地，外部溫度控制器可以測量調(diào)節(jié)空間的溫度并調(diào)節(jié)冷卻單元的設(shè)定點以補償該最終的穩(wěn)定的狀態(tài)誤差；然而該控制器將要求到每個單元上的連接，以調(diào)節(jié)設(shè)定點。很可能的是，更簡單和更低成本的連接(例如模擬信號)可以用于調(diào)節(jié)該可選的實施方式的設(shè)定點溫度而不用上述的通信總線。然而，對于簡單的連接，比起采用通信總線的時候，可獲得到/來自每個單元的更少的控制和狀態(tài)信息，從而當采用簡單的連接時，使得進行故障發(fā)現(xiàn)、診斷和調(diào)節(jié)變得更加復(fù)雜。還有，由于溫度傳感器的誤差和測量調(diào)節(jié)空間的溫度的位置的差異，壓縮機速度也將不能如在上述特征為通信總線的開環(huán)實施方式中那樣相等。如上所述，多種實施方式最優(yōu)地用于生熱裝備，其需要空氣冷卻以移除多余熱量。 冗余冷卻系統(tǒng)也可以以與那些描述用于要求液體冷卻以移除熱量的生熱裝備類似的方式和類似的好處和特征那樣構(gòu)建。在該情形下，室內(nèi)空氣到液體換熱器和單獨的冷卻單元的風扇可以替換為液體到液體的換熱器，或者來自每個冷卻單元的制冷物可以直接流通通過換熱器或生熱裝備中的換熱器，如果生熱裝備可合適地沒計的話。本發(fā)明不同的實施方式也可以包括權(quán)利要求中敘述的不同元件的的置換，如同每個從屬權(quán)利要求是合并每個在前從屬權(quán)利要求和獨立權(quán)利要求的限定的多重從屬權(quán)利要求。這樣的置換清楚地包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。盡管本發(fā)明已經(jīng)通過參考多個實施方式而特別地示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對這里公開的不同實施方式作出形式和細節(jié)上的改變，并且這里公開的不同的實施方式不旨在作為對權(quán)利要求的范圍的限定。這里引用的所有參考文獻通過參考整個地結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)冗余冷卻系統(tǒng)的方法，包括提供多個可變制冷物流動空氣冷卻單元，其中空氣冷卻單元的數(shù)量至少比當以等于最大冷卻能力運行空氣冷卻單元時滿足最大冷卻負荷所需的數(shù)量多一個；以與調(diào)節(jié)空間中的空氣熱連通的方式耦接多個可變制冷物流動空氣冷卻單元； 為多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的每個確定選擇的最優(yōu)運行條件，這將導(dǎo)致該冗余冷卻系統(tǒng)大約最低的總能耗，同時使該調(diào)節(jié)空間中的空氣的平均溫度保持在所需的設(shè)定點；和運行所述多個空氣冷卻單元，使每個空氣冷卻單元運行在大約所選擇的最優(yōu)運行條件處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可變制冷物流動空氣冷卻單元包括變速壓縮機，且還包括當每個冷卻單元的冷卻輸出超過該單元的最大能效比率發(fā)生處的時候，以大約相同的速度運行所述多個制冷物流動空氣冷卻單元的每個的變速壓縮機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括下面中的至少一個當所有所述多個空氣冷卻單元的平均冷卻輸出低于該空氣冷卻單元的最大能效比率發(fā)生處的時候，關(guān)閉所述多個空氣冷卻單元的一個或多個的變速壓縮機；和在大約所述空氣冷卻單元發(fā)生最大能效比率的點處運行所述多個空氣冷卻單元的每個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述可變制冷物流動空氣冷卻單元的每個與控制器相關(guān)聯(lián)，該控制器提供要改變的該冷卻單元的冷卻輸出，以控制該調(diào)節(jié)空間的溫度到大約等于該溫度設(shè)定點的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括控制所述多個空氣冷卻單元的每個的壓縮機打開的時間長度；和控制所述多個空氣冷卻單元的每個的壓縮機關(guān)閉的時間長度，從而使得每個所述空氣冷卻單元的壓縮機隨著時間的磨損大致相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，還包括在與每個可變制冷物流動空氣冷卻單元相連的控制器之間通信信息，以為每個冷卻單元確定最優(yōu)的運行點，由此與每個單元相關(guān)的控制器提供和接收信息，這將導(dǎo)致所述冗余冷卻系統(tǒng)大約最低的總能耗，且在大約確定的最優(yōu)運行點處運行每個冷卻單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在每個可變制冷物流動空氣冷卻單元中的控制器結(jié)合有通信裝置，從而在每個單元中的控制器提供關(guān)于冷卻單元的信息，這允許確定其運行或故障狀態(tài)中的至少一個并且從而所述冷卻單元的設(shè)定點能夠調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述通信裝置是數(shù)字通信總線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個可變制冷物流動空氣冷卻單元結(jié)合有變速驅(qū)動和相關(guān)的控制裝置，該方法還包括調(diào)節(jié)室內(nèi)風扇的速度以控制該冷卻單元的潛在的冷卻能力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括測量調(diào)節(jié)空間的濕度和調(diào)節(jié)冷卻單元的潛在的冷卻能力，以控制調(diào)節(jié)空間的濕度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)節(jié)與所述多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的一個或多個相關(guān)的室內(nèi)風扇的速度，以大約最小化冷卻單元在選擇的冷卻輸出處的能耗。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括調(diào)節(jié)與所述多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的一個或多個相關(guān)的室外風扇的速度，以大約最小化冷卻單元在選擇的冷卻輸出處的能耗。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括監(jiān)測具有通信裝置的單獨的冷卻單元的狀態(tài)，且狀態(tài)信息用作用于確定故障條件的一個輸入；和通知用戶或維護人員在所述冗余冷卻系統(tǒng)中的故障條件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過運行所述多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的一個或多個選擇的單元提高該系統(tǒng)的可感覺的熱比率，其中對于選擇的冷卻輸出， 室內(nèi)空氣流動成比例地高于最大冷卻輸出處的最大室內(nèi)空氣流動。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過最小化該系統(tǒng)中的總的損失和通過在所有冷卻單元中均勻地分割所述最小化的損失提高所述多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的 MTBF。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當主電源滿足特定的條件時，從主電源為每個冷卻單元供電；和當主電源超出特定的條件時，從輔助不可中斷的電源為每個冷卻單元供電。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述不可中斷的電源的輸出是DC，且提供多個電力轉(zhuǎn)換器，該方法還包括將所述不可中斷的電源的DC輸出轉(zhuǎn)換為合適幅值和頻率的AC， 以為所述空氣冷卻單元供電。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括由DC電源運行每個空氣冷卻單元。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括從多個電力轉(zhuǎn)換器單元提供電力到所述空氣冷卻單元，所述電力轉(zhuǎn)換器單元將所述DC 不可中斷的電源的電壓水平轉(zhuǎn)換為適于連接到所述空氣冷卻單元的DC電壓；和在所述AC電源和DC不可中斷的電源的輸出之間提供電流隔離。
20.—種冷卻系統(tǒng)，包括 多個空氣冷卻單元；與所述多個空氣冷卻單元相連以用于控制和運行所述多個空氣冷卻單元的一個或多個控制單元；接口，其提供用于在多個空氣冷卻單元之間以及一個或多個控制單元和所述多個空氣冷卻單元之間通信和分享信息，其中至少一個控制單元構(gòu)建成用于控制所述空氣冷卻單元，以提供合適的環(huán)境溫度；和至少一個濕度控制器，其構(gòu)建成用于控制所述空氣冷卻單元，以提供合適的環(huán)境濕度。
全文摘要
提供冗余冷卻方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)和方法包括提供多個可變制冷物流動空氣冷卻單元，其中空氣冷卻單元的數(shù)量至少比當以等于最大冷卻能力運行空氣冷卻單元時滿足最大冷卻負荷所需的數(shù)量多一個；以與在調(diào)節(jié)空間中的空氣熱連通的方式耦接多個可變制冷物流動空氣冷卻單元；為多個可變制冷物流動空氣冷卻單元的每個確定選擇的最優(yōu)運行條件，這將導(dǎo)致該冗余冷卻系統(tǒng)大約最低的總能耗，同時使該調(diào)節(jié)空間中的空氣的平均溫度保持在所需的設(shè)定點；和運行所述多個空氣冷卻單元，使每個空氣冷卻單元運行在大約所選擇的最優(yōu)運行條件處。
文檔編號F24F11/02GK102483251SQ201080033188
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者W·G·A·道斯 申請人:W·G·A·道斯