带自由冷却的制冷系统的制作方法
【专利摘要】用于冷却用于液态冷却流体回路的空气的系统。该系统包括：第一制冷剂环路，具有空气冷却的冷凝器；第二制冷剂环路，具有液体冷却的冷凝器；自由冷却回路。设有控制设备，用于控制该系统在第一模式、第二模式和第三模式之间运行。当在所述第一模式运行时，仅所述自由冷却回路直接与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体，当在所述第二模式运行时，所述第二制冷剂环路不接合，当在所述第三模式运行时，所述自由冷却回路与所述第二制冷剂环路相互作用以通过所述自由冷却回路去除所述第二制冷剂环路的热量。
【专利说明】带自由冷却的制冷系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时申请N0.61/791，193的优先权，该临时申请通过引用的方式以其整体纳入本说明书。
【技术领域】
[0003]本发明总体涉及带自由冷却(free-cooling)冷却件的制冷系统。具体而言，本发明涉及如下自由冷却系统:当运行在自由冷却模式时该自由冷却回路能直接冷却液态冷却流体，当运行在完全机械冷却模式时该自由冷却回路能抵制来自第二制冷剂环路的热量，所述第二制冷剂环路用于冷却所述冷却流体。
【背景技术】
[0004]现有许多应用用于包括住宅、商业和工业应用的制冷系统。例如,商业制冷系统可用于冷却一个封闭的空间，诸如数据中心、实验室、超市、或冷冻室。很一般地，制冷系统可包括通过一个闭合回路在一个蒸发器(在该蒸发器处流体吸收热量)和一个冷凝器(在该冷凝器处流体释放热量)之间循环一种流体。在该闭合回路内流动的流体通常配制为经受该系统正常运行温度和压力下的相变使得大量的热量能够借助该流体冷凝和蒸发的潜热被交换。
[0005]当环境温度低时，制冷系统可借助自由冷却系统或回路运行。该自由冷却系统可利用环境空气的低温度来提供冷却而不需要例如来自压缩机、热电设备或热源的额外能量输入。典型地，当运行在自由冷却模式时，自由冷却系统可采用一个分立的热交换器或热交换器盘管的一部分。当自由冷却不被需要或不可行时，可不使用该分立的热交换器或盘管部分。
[0006]在一个空气冷却的冷凝器中，流过冷凝器的制冷剂能借助由空气驱动装置(诸如风扇或鼓风机)产生的循环空气来交换热量。由于循环空气被用于空气冷却的冷凝器中的热交换，该冷凝器的性能和效率，以及最终该HVAC&R系统，受制于被循环通过该冷凝器的空气的环境温度。随着环境空气温度增高，该冷凝器中制冷剂的冷凝温度(和压力)也增高。在非常高的环境空气温度下(例如，空气温度高于110华氏度(°F ))，由于该非常高环境空气温度导致的显著更高的冷凝温度(和压力)，该HVAC&R系统的性能和效率会降低。
[0007]一些项目要求冷冻水全年(数据中心、流程应用)处于较温暖的冷冻水温(在7°C到15°C之间)。当环境温度低于要求的冷冻水温时，自由冷却成为比机械冷却更加高效的解决方案。自由冷却的选择可有利地提供在机械冷却模式运行冷冻器而没有效率损失的可行性，允许该自由冷却回路从机械制冷回路吸取热量。当仅在自由冷却模式工作时，将该自由冷却回路用作唯一的冷却源也是有利的。
【发明内容】
[0008]一个实施方案针对用于冷却用于液态冷却流体回路的空气的系统。该系统包括:第一制冷剂环路，具有第一冷凝器；第二制冷剂环路，具有第二冷凝器；自由冷却回路。设有控制设备，用于控制该系统在第一模式、第二模式和第三模式之间运行。当在所述第一模式运行时，仅所述自由冷却回路直接与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体，当在所述第二模式运行时，所述第二制冷剂环路不接合，当在所述第三模式运行时，所述自由冷却回路与所述第二制冷剂环路相互作用以通过所述自由冷却回路去除所述第二制冷剂环路的热量。
[0009]一个实施方案针对用于冷却用于液态冷却流体回路的空气的系统。该系统包括:第一制冷剂环路，具有第一冷凝器；第二制冷剂环路，具有第二冷凝器；自由冷却回路，具有引导所述自由冷却回路的自由冷却液体的阀。设有控制设备，用于控制该系统在仅自由冷却模式、自由冷却加机械冷却模式、以及完全机械冷却模式之间运行。当在所述仅自由冷却模式运行时，所述阀将所述自由冷却液体引导至与所述液态冷却流体回路配接定位的热交换器，当在所述完全机械冷却模式运行时，所述阀将自由冷却液体引导至所述第二制冷剂环路的液体冷却的冷凝器。
[0010]一个实施方案针对与液态冷却流体回路一起使用的制冷系统。所述制冷系统包括:第一制冷剂环路，具有第一冷凝器；第二制冷剂环路，具有第二冷凝器；自由冷却回路，具有自由冷却液体。设有控制设备，用于控制该系统在仅自由冷却模式、自由冷却加机械冷却模式、以及完全机械冷却模式之间运行。热交换器，与所述自由冷却回路和所述液态冷却流体回路协作。冷却器，与所述第一制冷剂环路、所述第二制冷剂环路和所述液态冷却流体回路协作。当在所述仅自由冷却模式运行时，所述自由冷却液体被引导至热交换器，当在所述完全机械冷却模式运行时，所述自由冷却液体被引导至所述第二冷凝器。
[0011]在一些实施方案中，所述第一制冷剂环路的所述第一冷凝器是空气冷却的冷凝器。在一些实施方案中，所述第二制冷剂环路的所述第二冷凝器是液体冷却的冷凝器。
[0012]本申请的优点在于在建筑回路中与水或其他冷却流体兼容的系统。
[0013]本申请的另一优点在于在非常高的环境空气温度下提高的系统能力。
[0014]本申请的又一优点在于该系统能在常规冷却模式(不带自由冷却)下运行，而没有效率下降并且没有其他不利。
[0015]本申请的再一优点在于能使用小的泵功率以提供高效冷却。
[0016]本申请的又一优点在于该系统不需要新的热交换器并且能在现有系统的覆盖区(footprint)没有改变的情况下使用。
[0017]本申请的其他优点将从下文提供的示例性实施方案的附图和详细说明中得出。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1示出了用于采暖、通风、空调和制冷系统的示例性实施方案。
[0019]图2示出了具有两个制冷剂环路和一个乙二醇(glycol)回路的示例性自由冷却系统。
[0020]图3示出了相对于回水温度的设计能力图。
【具体实施方式】
[0021]参见图1，示出了用于典型商业场景的建筑12中的采暖、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统10。HVAC&R系统10可包括包含在冷冻器或屋顶单元14中的压缩机，冷冻器或屋顶单元14可提供可用于冷却建筑12的冷冻液体。HVAC&R系统10还可包括提供可用于加热建筑12的加热液体的锅炉16，以及将空气循环通过建筑12的空气分配系统。该空气分配系统可包括空气返回管道18、空气供应管道20以及空气处理器22。空气处理器22可包括热交换器(未示出)，热交换器通过管路24连接至锅炉16和屋顶单元14。空气处理器22中的热交换器(未示出)可根据HVAC&R系统10的运行模式接收来自锅炉16的加热液体或者来自屋顶单元14的冷冻液体。HVAC&R系统被示出在建筑12的每一楼层具有分立的空气处理器22。然而，若干空气处理器22可服务多于一个楼层，或者一个空气处理器可服务所有楼层。
[0022]如图2所示，冷冻器14包括冷却系统120，冷却系统120包括第一制冷剂环路135、第二制冷剂环路126、以及自由冷却回路或乙二醇回路127。如关于图1示出的，冷冻器14容纳在单一结构中，可位于建筑或环境外部，例如屋顶。冷冻器14包括液态冷却流体回路124的一部分，液态冷却流体(诸如冷冻水、乙二醇-水溶液、或丙二醇-水溶液、盐水、或类似物)循环至冷却负载(诸如建筑、设备的部分、或环境)。在一些实施方案中，该液态冷却流体可在液态冷却流体回路124内循环至冷却负载，诸如研究实验室、计算机室、办公厅、医院、模制挤压工厂、食品加工厂、工业设施、机器、或任何其他需要冷却的环境或设备。
[0023]第一制冷剂环路135包括第一压缩机200、空气冷却冷凝器或冷凝器盘管202、膨胀设备206、以及冷却冰冻水的冷却器208。冷却器208冷却该液态冷却流体回路124中的流体。冷却器208包括两个蒸发器，一个蒸发器位于第一制冷剂环路135中，一个蒸发器位于第二制冷剂环路126中。
[0024]第二制冷剂环路126包括第二压缩机210，第二压缩机将加压的制冷剂蒸汽提供至冷凝器212。冷凝器212将制冷剂冷却和凝结。高压的液态制冷剂流过膨胀设备214，在膨胀设备214处转化为低压流体，通常为气/液混合物、或雾态形式。随着该低压流体蒸发(吸收来自液态冷却流体回路124中流体的热量)，冷却器208将液态冷却流体回路124中的流体冷却。
[0025]自由冷却回路或乙二醇回路127包括乙二醇盘管220、乙二醇泵222、以及将泵222的出口连接至乙二醇-水热交换218或冷凝器212的三通阀216。风扇204将空气驱动经过乙二醇盘管220和冷凝器盘管202。乙二醇盘管220位于第一制冷剂环路135的冷凝器盘管202的上游。
[0026]液态冷却流体回路124包括第二泵234，第二泵将返回流体230移动经过乙二醇-水热交换器218。排出热交换器218的冷冻水236从该乙二醇-水热交换器218流动经过冷却器208以成为用于液态冷却流体回路124的供应流体232。
[0027]在一个示例性实施方案中，可建立包括冷凝器盘管202和乙二醇盘管220的空气冷却热交换器或冷凝器，被配置或布置以具有一个或多个部分，所述一个或多个部分具有以V形布置或定位的基本平面的区段或盘管。该区段或盘管可被堆叠或嵌套并且在不同冷凝温度、冷凝压力和/或不同制冷剂环路中运行。堆叠的区段或盘管可布置或定位为使得从一个区段或盘管排出的空气进入另一区段或盘管。不同地说，流经冷凝器该部分的区段或盘管的空气可以串联配置或布置。在另一示例性实施方案中，冷凝器可具有多个部分，其具有运行在不同冷凝温度或压力下的堆叠区段和盘管也具有运行在单一冷凝温度或压力下的单一区段或盘管。
[0028]在一个示例性实施方案中，冷凝器盘管202和/或乙二醇盘管220可实施具有微通道或多通道盘管或热交换器。微通道或多通道盘管可具有如下优点:尺寸紧凑、重量轻、空气侧压降低、以及材料成本低。微通道或多通道盘管或区段可将制冷剂循环通过两个或更多个管状区段，每个管状区段具有两个更多个管、通路或通道用于制冷剂流动。管状区段可具有长方形、平行四边形、梯形、椭圆形、卵形或其他类似几何形状的截面形状。在管状区段中的管可具有长方形、正方形、圆形、卵形、椭圆形、三角形、梯形、平行四边形或其他合适几何形状的截面形状。在一个实施方案中，在管状截面中的管可具有在约半(0.5)毫米(mm)至约三(3)毫米(mm)之间的尺寸，例如宽度或直径。在另一实施方案中，管状区段中的管可具有约一(I)毫米(mm)的尺寸，例如宽度或直径。
[0029]在另一示例性实施方案中，冷凝器盘管202和/或乙二醇盘管220可实施具有圆管式板翅盘管。用于圆管式板翅盘管的一个示例性配置这样分开翅翼使得在两个制冷剂环路或盘管之间没有传导通路，但可使用通用管板。其结果是两个在热量角度看分立的管线，但是机械上它们被看做一个单一单元。另一示例性配置制成一个圆管式盘管，制冷剂环路共享翅翼。然而，可存在通过两个环路或盘管之间的翅翼的传导，其可通过在翅翼设计中弓I入热断开(诸如狭缝)来进行限制。在又一示例性实施方案中，圆管式盘管冷凝器可被配置为在两个冷凝区段下游具有减热(desuperheating)区段并且在两个冷凝区段上游具有过冷(subcooling)区段以提供优化的热性能。
[0030]乙二醇回路127分立于液态冷却流体回路124，由此允许乙二醇或具有类似性质的其他流体暴露于环境空气从而独立于液态冷却流体回路124中循环的液态冷却流体。总体而言，相较于液态冷却流体回路124中循环的液态冷却流体，在乙二醇回路127中循环的流体可具有较低的冰点温度。在一些实施方案中，在乙二醇回路127中循环的流体是防冻流体，诸如乙二醇或具有高乙二醇浓度的盐水，以抑制在低环境温度期间冻结。然而，与其他冷却流体相比(诸如水)，防冻流体可具有较高成本、较高粘度(其导致增加的泵抽功率)、和/或较低的热传递率。通过将防冻流体循环经过相对小的乙二醇回路127，可使用相对小量的防冻流体，其转而可改善冷冻器14的效率和/或降低成本。
[0031]冷却系统120根据冷却负载的要求和环境空气温度可在不同运行模式下运行。控制设备300可支配冷冻器14和冷却系统120的运行以将液态冷却流体回路124中的流体冷却至规定温度或规定的温度范围。例如，控制设备300可在自由冷却模式、常规冷却模式和完全机械冷却模式之间切换冷却系统120。
[0032]当外部空气温度低时(例如，在北半球气候的冬季和南半球的相应季节期间)，冷却系统120可运行在第一模式或自由冷却模式。在该运行模式，第二制冷剂环路126不运行。乙二醇回路127的三通阀216被定位为将乙二醇引导至乙二醇-水热交换器218。在该模式下，来自液态冷却流体回路124中的液态冷却流体230的热量被传递至在乙二醇回路127内循环的乙二醇或防冻流体。乙二醇回路127随后将防冻流体循环经过乙二醇盘管220以将热量排出至低温外部空气。
[0033]当环境空气温度充分足够低以提供自由冷却时，该冷却系统120可在第一运行模式或仅自由冷却运行模式下运行。例如，在冬季当外部温度低于约15摄氏度时，冷冻器14可在仅自由冷却模式运行。然而，在另一实施方案中，冷却模式的确定可依赖多种因素，诸如冷却负载的冷却要求、外部温度和/或湿度、冷却流体的类型、以及冷冻器14的冷却容量坐坐寸寸O
[0034]在第二模式或自由冷却加机械冷却的冷却模式，如果要求，第一制冷剂环路135可运行以提供额外的机械冷却。如果需要，该第一制冷剂环路135作为常规制冷系统运作。
[0035]在第二运行模式，随着液态冷却流体的循环，该液态冷却流体可首先通过防冻流体被冷却。具体地，随着液态冷却流体回路124的液态冷却流体230流经热交换器218，液态冷却流体230可将热量传递至自乙二醇回路127流经热交换器218的防冻流体。离开热交换器后，该液态冷却流体236通过将热量传递至在第一制冷剂环路135中流动的制冷剂可进一步被冷却。具体而言，随着液态冷却流体236流经冷却器208，该液态冷却流体236可将热量传递至在第一制冷剂环路135中流动的制冷剂。
[0036]当第一制冷剂环路135与乙二醇回路127接合时，外部空气温度升高和/或外部空气温度不足够冷而不能向冷却负载提供充分冷却。在该运行模式下，液态冷却流体回路124中的液态冷却流体可通过乙二醇回路127和第一制冷剂环路135进行冷却。具体而言，液态冷却流体回路124的液态冷却流体可将热量传递至乙二醇回路127内循环的防冻流体。随后，随着防冻流体流经乙二醇盘管220，防冻流体可将从冷却流体吸收的热量释放到环境空气。在液态冷却流体230已被热交换器218中的防冻流体冷却后，液态冷却流体236随后流经第一制冷剂环路135的冷却器208，此处通过第一制冷剂环路135中的制冷剂从液态冷却流体236吸收额外热量，第一制冷剂环路135可进一步从液态冷却流体236去除热量。以此方式，自由冷却回路或乙二醇回路127以及第一制冷剂环路135都可用于在该运行模式下提供冷却容量。
[0037]当要求时，该冷却系统120在第三模式或完全机械冷却模式(其利用完全机械冷却)下运行。在该模式下，第一制冷剂环路135作为常规制冷系统运作。如果仅通过运行第一制冷剂环路135可满足要求负载，则不接合第二制冷剂环路126。由于仅第一制冷剂环路135运行，所以获得较低的冷凝温度。另外，由于第二制冷剂环路126不运行，所以不需要运行乙二醇泵。
[0038]然而，如果要求，第一制冷剂环路135和第二制冷剂环路126可同时运行。在该模式下，第一制冷剂环路135作为常规制冷系统运作。第二制冷剂环路126可实施蒸汽-压缩循环、或其他类型的冷却循环，诸如吸收或热电循环，以提供用于冷却负载的额外冷却。由第二制冷剂环路126产生的热量通过乙二醇回路127排出。
[0039]在该第三模式下乙二醇回路127的三通阀216将乙二醇引导至冷凝器212并防止流至乙二醇-水热交换器218。这允许第二制冷剂环路126利用乙二醇盘管220和位于盘管上游的较低空气温度使冷凝温度最小化。
[0040]因此，在该第三运行模式下，热交换器218被用于将热量从第二制冷剂环路126传递至乙二醇回路127。具体而言，乙二醇回路127将防冻流体从热交换器218循环至乙二醇盘管220以将热量排出到环境中。以此方式，即使在该系统不运行在自由冷却模式时，乙二醇盘管220可被冷却系统120使用以从该系统去除热量。例如，即使在环境空气温度可能高于流体温度时，乙二醇回路127可被用于从第二制冷剂环路126去除热量。具体而言，即使环境空气温度高，例如高于21摄氏度，该环境空气温度可仍旧低于在第二制冷剂环路126中流动的高压且高温制冷剂的温度。该温度差可使得乙二醇盘管220能够将热量从第二制冷剂环路126传递至环境，由此增大冷却系统120的冷却容量。
[0041]无论何种运行模式，冷冻器14可运作以冷却循环至冷却负载的液态冷却流体以及冷却从冷却负载留出的液态冷却流体。液态冷却流体可通过与冷却负载流体连通的返回管线238进入冷冻器14。泵234使冷却流体循环通过液态冷却流体回路124。该泵可以是任何合适类型的泵，诸如正排量泵、离心泵、或类似物。
[0042]在该示例性实施方案中，控制设备300支配冷冻器14和冷却系统120的运行以控制如下温度(包括但不局限于此):当其进入和排出冷冻器14时在冷却系统中的流体；进入或离开乙二醇盘管220的防冻流体；和/或进入或离开冷凝器盘管202的流体温度。例如，进入热交换器218的防冻流体的温度可被保持在高于冰点的特定温度，以抑制液态冷却流体回路124的液态冷却流体230冻结同时在热交换器218中循环。在具体实施例中，控制设备300可关闭驱动电扇204的马达以停止通过空气至液体乙二醇盘管220的空气流动，由此可提高进入热交换器218的防冻流体的温度。控制设备300可基于环境空气温度、防冻流体温度、冷却流体温度、当日时间、运行时间、日历日、或其组合等来支配冷却系统120的部件运行。此外，控制设备300可联接至阀、泵和/或其他此类装备并且可使用从传感器接收的信息来确定何时运行泵以及何时切换阀的位置。控制设备300可包括本地或远程指令设备、计算机系统和处理器、和/或手动或自动地设定与系统接收信号相关的温度的机械、电气及机电设备。
[0043]控制设备300包括控制电路，其可包括一个或多个处理器，所述处理器具有支持记忆电路和/或储存由处理器执行的例行程序的固件。处理器可为任何合适类型，包括但不局限于微处理器、现场可编程门阵列、特殊目的和通用目的计算机的处理器。类似地，存储器可包括但不局限于随机存取存储器、闪速存储器、只读存储器。控制设备300还可包括或关联于用于接收传感信号的输入/输出电路以及用于输出控制信号的接口电路。
[0044]控制设备300可被配置为基于从温度传感器和类似物接收的输入在各运行模式之间切换冷冻器14和冷却系统120。各温度传感器可传感环境外部空气的温度,另一温度传感器(其可布置在冷却回路中)可传感从建筑返回的液态冷却流体的温度。在一些实施方案中，当由第一传感器传感的环境空气温度低于由第二传感器传感的液态冷却流体温度时，控制设备300可设置冷却系统120在采用仅自由冷却(如上文所述)的运行模式下运行。控制设备300可使冷却系统120在自由冷却的运行模式下运行直至环境空气温度到达具体值或高于冷却流体温度一定量或达到其他阈值。
[0045]控制设备300随后可设定冷却系统120在如下运行模式运行:采用第一制冷剂环路135，此外使冷却流体循环经过乙二醇回路127。控制设备300可在此运行模式下运行冷却系统120直至环境空气温度达到另一具体值或高于液态冷却流体温度另一量或直至液态冷却流体温度升高至高于一特定阈值。此外，控制设备300可在该运行模式下运行冷却系统120直至防冻流体的温度超过或达到冷却流体的温度。控制设备300随后可将冷却系统120切换至完全机械运行模式，其采用第一制冷剂环路135或第一制冷剂环路135和第二制冷剂环路126的结合。
[0046]控制设备300可基于使用来自温度传感器输入的多种控制逻辑。控制设备300也可控制包括在冷冻器12内的其他阀和泵。此外，可在控制冷冻器14的运行中使用额外输入，诸如流率、压力、以及其他温度。例如，其他设备可包括在冷冻器14中，诸如传感制冷剂和冷却流体、热交换器、入口和出口空气等的温度和压力的额外的压力和/或温度换能器或开关。此外，不旨在限制用于确定运行模式的实施例。基于各种因素(诸如系统能力、冷却负载等)的其他值和设定点可被用于在第一、第二和第三运行模式之间切换冷冻器14。
[0047]仅通过实施例的方式示出该冷却系统120的配置并且不旨在被局限。例如，泵、阀和其他部件的位置和类型可改变。
[0048]图3示出基于相对于环境/回水温度的设计能力百分比对各运行模式的适当使用。该图示出何时使用不同的运行模式是高效的。
[0049]其它变体是可行的。例如在乙二醇在该冷冻水回路中的情况下，图2中的乙二醇-水热交换器218可被去除并且该乙二醇回路可直接连接至液态冷却流体回路124。在该情况下存在两个连接:一个连接为乙二醇盘管220抽吸乙二醇，另一连接将乙二醇从盘管220返回至自由冷却模式中的第一连接的下游位置。在机械冷却模式，阀216引导乙二醇流至冷凝器212并且防止热的乙二醇流入液态冷却流体回路124。额外的阀可被包括以在机械冷却模式时消除热乙二醇至冷乙二醇的任何剩余混合。其他变体包括将乙二醇泵222移至乙二醇盘管220上游的位置。
[0050]流体的其他选择是可行的。尽管乙二醇回路通常使用乙二醇或丙二醇和水的溶液，在没有冻结问题的位置处水可被用于替代乙二醇。在该情况下，如上文所述乙二醇-水热交换器可被去除。其他可能的流体诸如氯化钙或氯化钠盐水或非水材料诸如右旋柠檬烯是可行的并且根据特定应用的要求可被用在乙二醇回路或冷却流体回路中。
[0051]在用于乙二醇回路的管系中许多变体是可行的以实现类似控制。例如两个双通阀可替换三通阀216以引导流动至乙二醇-水热交换器216或冷凝器212。或者，单一单向阀可被用于热交换器216管线以在压缩机210运行期间防止热的乙二醇流动。阀的位置可在热交换器218和冷凝器212上游(如所示)或者可在下游。泵222可在盘管的上游或下游。
[0052]如果一个可逆泵用于泵222，则简单的止回阀可控制流动使得沿一个方向泵抽使乙二醇移动经过热交换器218并且沿相反方向泵抽使乙二醇移动经过冷凝器212。用于热交换器218和冷凝器212的乙二醇连接应被配置为当乙二醇移动经过它们时提供逆流。
[0053]另一替代方案是使用多个乙二醇泵。例如第一泵可位于用于热交换218的管线中并且第二泵可位于用于冷凝器212的管线中。仅这两个泵的其中之一运行给定时间。管线中的止回阀可防止当另一泵运行时乙二醇通过泵回流，尽管一些类型的泵不允许回流。
[0054]仅在本申请中示出和描述本发明的一些特征和实施方案，在不本质背离权利要求书中限定主题的新颖教导和优势的情况下本领域普通技术人员可想到许多改型和改变(例如各元件的大小、尺寸、结构、形状和比例，参数值，安装布置，材料使用，方向等的变化)。例如，示出为整体形成的元件可由多个部分或元件构造，元件的位置可相反或以其他方式改变，离散的元件或位置的性质或数量可变更或改变。任何过程或方法步骤的次序或顺序可根据替代实施方案进行改变或重新排序。因此，应理解，所附权利要求旨在涵盖所有这些落在本发明真实构思中的改性和改变。此外，为了提供对示例性实施方案的简要描述，可能没有描述实际实现方案的所有特征(即，与实施本发明的目前考虑的最佳实施方案不相关的特征，或与使权利要求所限定的本发明可行不相关的特征)。应理解，在任何这种实际实现方案的研发中，如在任何工程或设计项目中，可惊醒大量实现方案具体决定。这种研发努力是复杂和费时的，但对于得益于本公开文本的普通技术人员而言仍然是设计、制造和生产的例行工作，而无需过度实验。
【权利要求】
1.用于冷却用于液态冷却流体回路的空气的系统，该系统包括: 第一制冷剂环路，具有第一冷凝器； 第二制冷剂环路，具有第二冷凝器； 自由冷却回路； 控制设备，用于控制该系统在第一模式、第二模式和第三模式之间运行； 其中当在所述第一模式运行时，仅所述自由冷却回路直接与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体；当在所述第二模式运行时，所述第二制冷剂环路不接合；当在所述第三模式运行时，所述自由冷却回路与所述第二制冷剂环路相互作用以通过所述自由冷却回路去除所述第二制冷剂环路的热量； 优选地，其中所述第一冷凝器包括空气冷却的冷凝器，并且所述自由冷却回路包括位于所述第一冷凝器上游的空气流中的盘管。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述自由冷却回路包括一个如下的阀:当该系统在所述第三模式运行时，所述阀将自由冷却液体引导至所述第二制冷剂环路的所述第二冷凝器； 优选地，其中当该系统在所述第一模式运行时，所述自由冷却回路的所述阀将所述自由冷却液体引导至与所述液态冷却流体回路配接定位的热交换器。
3.根据权利要求1所述 的系统，其中所述自由冷却回路包括:乙二醇盘管、乙二醇泵、以及将所述乙二醇泵的出口连接至乙二醇-水热交换器或所述第二制冷剂环路的所述第二冷凝器的三通阀； 优选地，其中一个风扇使空气经过所述乙二醇盘管和所述第一制冷剂环路的所述空气冷却的冷凝器，所述乙二醇盘管位于所述第一冷凝器上游。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一制冷剂环路包括第一压缩机、所述第一冷凝器、第一膨胀设备、以及冷却器，所述第一冷凝器是空气冷却的冷凝器，所述冷却器与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体； 优选地，其中所述冷却器包括两个蒸发器，即，位于所述第一制冷剂环路中的第一蒸发器和位于所述第二制冷剂环路中的第二蒸发器。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第二制冷剂环路包括第二压缩机、所述第二冷凝器以及所述冷却器，所述第二冷凝器是液体冷却的冷凝器，所述第二压缩机向所述液体冷却的冷凝器提供加压的制冷剂蒸汽，所述液体冷却的冷凝器冷却且冷凝所述制冷剂； 优选地，其中第二膨胀设备将高压液态制冷剂转化为低压流体，随着所述低压流体蒸发，吸收来自所述液态冷却流体回路中所述液态冷却流体的热量，所述冷却器冷却在所述液态冷却流体回路中的所述液态冷却流体。
6.根据权利要求1所述的系统，其中相较于提供在所述液态冷却流体回路中循环的所述液态冷却流体，提供在所述自由冷却回路中的自由冷却液体具有较低的冰点温度。
7.根据权利要求1所述的系统，其中在所述自由冷却回路中的自由冷却液体是防冻流体，以在低环境温度期间抑制冻结。
8.用于冷却用于液态冷却流体回路的空气的系统，该系统包括: 第一制冷剂环路，具有第一冷凝器； 第二制冷剂环路，具有第二冷凝器；自由冷却回路，具有引导所述自由冷却回路的自由冷却液体的阀； 控制设备，用于控制该系统在仅自由冷却模式、自由冷却加机械冷却模式、以及完全机械冷却模式之间运行； 其中当在所述仅自由冷却模式运行时，所述阀将所述自由冷却液体引导至与所述液态冷却流体回路配接定位的热交换器；当在所述完全机械冷却模式运行时，所述阀将自由冷却液体引导至所述第二制冷剂环路的所述第二冷凝器； 优选地，其中相较于提供在所述液态冷却流体回路中循环的所述液态冷却流体，提供在所述自由冷却回路中的自由冷却液体具有较低的冰点温度； 优选地，其中在所述自由冷却回路中的自由冷却液体是防冻流体，以在低环境温度期间抑制冻结； 优选地，其中当在所述仅自由冷却模式运行时，仅所述自由冷却回路直接与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体；当在所述自由冷却加机械冷却模式运行时，所述第二制冷剂环路不接合；当在所述完全机械冷却模式运行时，所述自由冷却回路与所述第二制冷剂环路相互作用以通过所述自由冷却回路去除所述第二制冷剂环路的热量。
9.与液态冷却流体回路一起使用的制冷系统，所述制冷系统包括: 第一制冷剂环路，具有第一冷凝器； 第二制冷剂环路，具有第二冷凝器； 自由冷却回路，具有自由冷却液体； 控制设备，用于控制该系统在仅自由冷却模式、自由冷却加机械冷却模式、以及完全机械冷却模式之间运行； 热交换器，与所述自由冷却回路和所述液态冷却流体回路协作； 冷却器，与所述第一制冷剂环路、所述第二制冷剂环路和所述液态冷却流体回路协作； 其中当在所述仅自由冷却模式运行时，所述自由冷却液体被引导至热交换器；当在所述完全机械冷却模式运行时，所述自由冷却液体被引导至所述第二冷凝器； 优选地，其中相较于提供在所述液态冷却流体回路中循环的所述液态冷却流体，提供在所述自由冷却回路中的自由冷却液体具有较低的冰点温度； 优选地，其中在所述自由冷却回路中提供的自由冷却液体是防冻流体，以在低环境温度期间抑制冻结。
10.根据权利要求9所述的系统，其中当在所述仅自由冷却模式运行时，仅所述自由冷却回路直接与所述液态冷却流体回路中的液态冷却流体协作以冷却所述液态冷却流体；当在所述完全机械冷却模式运行时，所述自由冷却回路与所述第二制冷剂环路相互作用以通过所述自由冷却回路去除所述第二制冷剂环路的热量。
【文档编号】F25B6/00GK104048434SQ201410099040
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】W·L·科普科 申请人:江森自控科技公司