用于热交换的系统和方法技术方案

本公开提供了用于热交换、诸如冷却热源的方法和系统。本公开的冷却系统可以包括被构造成引导液体冷却剂的第一通道、被构造成引导由液体冷却剂产生的蒸气冷却剂的第二通道、以及被构造成允许蒸气冷却剂经历相变以相变为液体冷却剂的冷凝器。冷却系统可以进一步包括与第一通道和第二通道流体连通的至少一个冷却界面。冷却界面可以被构造成有助于液体冷却剂与热源之间的热交换。

Systems and methods for heat exchange

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热交换的系统和方法交叉引用本申请要求于2017年7月23日递交的申请号为62/535,912的美国临时申请的优先权，该临时申请以全文引用的方式并入本申请中。
技术介绍
电子和计算机领域的问题在于产生的热量随着计算性能的提高而增加。在基于微处理器和放大器的系统(诸如被容纳在电信机柜、服务器室(数据中心)和云计算中心中的那些系统)中，不断增加的散热趋势对电子行业变得越来越重要。因此，寻找有效的散热解决方案对降低系统成本和提高性能很重要。用于冷却的传统制冷系统对整个电子系统或其中的发热部件进行冷却。冷却技术可以用于对设备、设备集群、子组件以及机柜或机架层面进行冷却，所有这些设备、设备集群、子组件以及机柜或机架都在原始设备制造商(OEM)的产品范围内。电气系统和设备的冷却可能会更加复杂，因为在许多情况下，热调节是在制造电子系统和设备之后添加的，而OEM并未在系统设计中考虑热调节。设备设计可以利用最新的软件或实施最新的半导体技术，但热管理架构通常被归入新产品设计的“后期阶段”。这样，与设计的电子系统相关联的热管理问题通常通过与电子系统串联布置的二次冷却或制冷系统的权宜之计来解决。
技术实现思路
如本文中所认识到的，寻找用于电子系统的热调节和管理的有效的散热解决方案可能对降低成本和提供增强的性能很重要。本公开提供了电子设备或系统的成本有效且连续运行的热调节和管理。这例如对于调节和维持热能源(例如，热源)、诸如，例如高功率电子系统和服务器室的温度可能是有用的。在一方面，本公开提供了一种冷却系统，该冷却系统包括：第一通道，该第一通道被构造成引导液体冷却剂；第二通道，该第二通道被构造成引导从液体冷却剂产生的蒸气冷却剂；冷凝器，该冷凝器被构造成允许蒸气冷却剂经历相变，以相变为液体冷却剂；以及至少一个冷却界面，该至少一个冷却界面与第一通道和第二通道流体连通，其中，至少一个冷却界面包括(i)冷却剂入口，该冷却剂入口用于将液体冷却剂从第一通道引向第二通道；(ii)至少一个热交换单元，该至少一个热交换单元用于允许热量从热能源流到来自冷却剂入口的液体冷却剂，从而允许液体冷却剂经历相变，以相变为蒸气冷却剂；以及(iii)冷却剂出口，该冷却剂出口包括出口截止阀，以允许蒸气冷却剂可控地从至少一个热交换单元流至第二通道。在一些实施例中，系统进一步包括与第一通道或第二通道流体连通的流发生器。在一些实施例中，系统在小于约1个大气压的压力下运行。在一些实施例中，出口截止阀是电动阀或机械阀。在一些实施例中，系统是自调节的。在一些实施例中，系统进一步包括控制单元，该控制单元与出口截止阀、冷凝器、流发生器或它们的任意组合通信。在一些实施例中，系统进一步包括压力调节器，该压力调节器与第一通道、第二通道、冷凝器、至少一个冷却界面或它们的任意组合流体连通。在一些实施例中，压力调节器控制液体冷却剂和/或蒸气冷却剂的流率。在一些实施例中，至少一个冷却界面包括两个或更多个单独的冷却界面。在一些实施例中，至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，两个或更多个冷却界面串联连接。在一些实施例中，至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，两个或更多个冷却界面并联连接。在一些实施例中，两个或更多个冷却界面共用出口截止阀。在一些实施例中，两个或更多个冷却界面不共用出口截止阀。在一些实施例中，冷却界面具有小于约25平方厘米的表面积。在一些实施例中，至少一个冷却界面与热能源直接接触。在一些实施例中，至少一个冷却界面与热能源间接接触。在一些实施例中，系统进一步包括与第一通道或第二通道流体连通的孔口。在一些实施例中，孔口有助于在至少一个冷却界面内形成真空。在一些实施例中，系统通过对至少一个冷却界面中的冷却剂的量进行控制来按需对热能源进行冷却。在一些实施例中，液体冷却剂在约5℃至约60℃之间蒸发。在一些实施例中，系统进一步包括膨胀容器、一个或多个分流器、用户界面、热电偶、发送器、处理器和存储器或它们的任意组合。在一些实施例中，第一通道、第二通道、冷凝器和至少一个冷却界面是闭环流体流动路径的一部分。在一些实施例中，闭环流体流动路径在低压下运行。在一些实施例中，冷却剂入口包括入口截止阀。在一些实施例中，入口截止阀是浮子阀。在一些实施例中，浮子阀对至少一个冷却界面中的液体冷却剂的液位进行控制。在一些实施例中，出口截止阀将一定量的蒸气冷却剂和/或液体冷却剂维持在至少一个冷却界面内，从而将热能源维持在一温度范围内。在另一方面，本公开提供了一种用于对热能源的温度进行控制的方法，该方法包括：提供冷却系统，该冷却系统包括与第一通道、第二通道和冷凝器流体连通的至少一个冷却界面，其中，至少一个冷却界面包括冷却剂入口、至少一个热交换单元以及具有出口截止阀的冷却剂出口；将液体冷却剂从第一通道引导至至少一个冷却界面；在至少一个冷却界面中，使用来自至少一个热交换单元的热能使液体冷却剂经历第一相变，以形成蒸气冷却剂；将蒸气冷却剂从至少一个冷却界面通过第二通道引导至冷凝器；以及使蒸气冷却剂经历第二相变，以形成液体冷却剂。在一些实施例中，该方法进一步包括激活流发生器，以引导液体冷却剂和蒸气冷却剂的流动。在一些实施例中，至少一个冷却界面与热能源直接接触。在一些实施例中，至少一个冷却界面与热能源间接接触。在一些实施例中，至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，两个或更多个冷却界面串联连接。在一些实施例中，至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，两个或更多个冷却界面并联连接。在一些实施例中，两个或更多个冷却界面的单独的冷却界面的单独的出口截止阀可独立于两个或更多个冷却界面的另一个单独的冷却界面的另一个单独的出口截止阀运行。在一些实施例中，两个或更多个冷却界面共用出口截止阀。在一些实施例中，两个或更多个冷却界面不共用出口截止阀。在一些实施例中，出口截止阀是自调节的。在一些实施例中，出口截止阀由控制器控制。在一些实施例中，出口截止阀将一定量的蒸气冷却剂和/或液体冷却剂维持在至少一个冷却界面内，从而将热能源维持在一温度范围内。在一些实施例中，当热能源的温度低于下温度阈值时，出口截止阀将蒸气冷却剂维持在至少一个冷却界面内。在一些实施例中，当热源的温度超过上温度阈值时，液体冷却剂被引导至至少一个冷却界面。在一些实施例中，液体冷却剂在约5℃至约50℃之间蒸发。在一些实施例中，该方法进一步包括：在使蒸气冷却剂经历第二相变之后，将液体冷却剂引导至第一通道。在一些实施例中，冷却系统每平方厘米的热量耗散大于或等于约300瓦。在一些实施例中，至少一个冷却界面、第一通道、第二通道、冷凝器和至少一个冷却界面是闭环流体流动路径的一部分。在一些实施例中，闭环流体流动路径在低压下运行。在一些实施例中，冷却剂入口包括入口截止阀。在一些实施例中，入口截止阀是浮子阀。在一些实施例中，浮子阀对至少一个冷却界面中的液体冷却剂的液位进行控制。通过以下详细描述，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见，其中，仅示出和描述了本公开的示意性实施例。如将会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷却系统，所述冷却系统包括：/n第一通道，所述第一通道被构造成引导液体冷却剂；/n第二通道，所述第二通道被构造成引导由所述液体冷却剂产生的蒸气冷却剂；/n冷凝器，所述冷凝器被构造成允许所述蒸气冷却剂经历相变，以相变为所述液体冷却剂；以及/n至少一个冷却界面，所述至少一个冷却界面与所述第一通道和所述第二通道流体连通，其中，所述至少一个冷却界面包括(i)冷却剂入口，所述冷却剂入口用于将所述液体冷却剂从所述第一通道引向所述第二通道；(ii)至少一个热交换单元，所述至少一个热交换单元用于允许热量从热能源流至来自所述冷却剂入口的所述液体冷却剂，从而允许所述液体冷却剂经历相变，以相变为所述蒸气冷却剂；以及(iii)冷却剂出口，所述冷却剂出口包括出口截止阀，以允许所述蒸气冷却剂可控地从所述至少一个热交换单元流至所述第二通道。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170723 US 62/535,9121.一种冷却系统，所述冷却系统包括：
第一通道，所述第一通道被构造成引导液体冷却剂；
第二通道，所述第二通道被构造成引导由所述液体冷却剂产生的蒸气冷却剂；
冷凝器，所述冷凝器被构造成允许所述蒸气冷却剂经历相变，以相变为所述液体冷却剂；以及
至少一个冷却界面，所述至少一个冷却界面与所述第一通道和所述第二通道流体连通，其中，所述至少一个冷却界面包括(i)冷却剂入口，所述冷却剂入口用于将所述液体冷却剂从所述第一通道引向所述第二通道；(ii)至少一个热交换单元，所述至少一个热交换单元用于允许热量从热能源流至来自所述冷却剂入口的所述液体冷却剂，从而允许所述液体冷却剂经历相变，以相变为所述蒸气冷却剂；以及(iii)冷却剂出口，所述冷却剂出口包括出口截止阀，以允许所述蒸气冷却剂可控地从所述至少一个热交换单元流至所述第二通道。


2.根据权利要求1所述的冷却系统，所述冷却系统进一步包括与所述第一通道或所述第二通道流体连通的流发生器。


3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述系统在小于约1个大气压的压力下运行。


4.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述出口截止阀是电动阀或机械阀。


5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述系统是自调节的。


6.根据权利要求2所述的冷却系统，所述冷却系统进一步包括控制单元，所述控制单元与所述出口截止阀、冷凝器、流量发生器或它们的任意组合通信。


7.根据权利要求1所述的冷却系统，所述冷却系统进一步包括压力调节器，所述压力调节器与所述第一通道、第二通道、冷凝器、至少一个冷却界面或它们的任意组合流体连通。


8.根据权利要求7所述的冷却系统，其中，所述压力调节器控制所述液体冷却剂和/或所述蒸气冷却剂的流率。


9.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却界面包括两个或更多个单独的冷却界面。


10.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，所述两个或更多个冷却界面串联连接。


11.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却界面包括两个或更多个冷却界面，并且其中，所述两个或更多个冷却界面并联连接。


12.根据权利要求10或11所述的冷却系统，其中，所述两个或更多个冷却界面共用所述出口截止阀。


13.根据权利要求10或11所述的冷却系统，其中，所述两个或更多个冷却界面不共用所述出口截止阀。


14.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却界面具有小于约25平方厘米的表面积。


15.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却界面与所述热能源直接接触。


16.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述至少一个冷却界面与所述热能源间接接触。


17.根据权利要求1所述的冷却系统，所述冷却系统进一步包括与所述第一通道或所述第二通道流体连通的孔口。


18.根据权利要求17所述的冷却系统，其中，所述孔口有助于在所述至少一个冷却界面内形成真空。


19.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述系统通过对所述至少一个冷却界面中的冷却剂的量进行控制来按需对所述热能源进行冷却。


20.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述液体冷却剂在约5℃至约60℃之间蒸发。


21.根据权利要求1所述的冷却系统，所述冷却系统进一步包括膨胀容器、一个或多个分流器、用户界面、热电偶、发送器、处理器和存储器或它们的任意组合。


22.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述第一通道、第二通道、冷凝器和至少一个冷却界面是闭环流体流动路径的一部分。


23.根据权利要求22所述的冷却系统，其中，所述闭环流体流动路径在低压下运行。


24.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却剂入口包括入口截止...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳赫肖恩·埃德尔森，
申请(专利权)人：祖达科尔有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL