主动/被动冷却系统的制作方法

本发明涉及冷却系统以及控制它们的系统和方法。特别地，本发明涉及一种既具有主动模式又具有被动模式的冷却系统。例如，一个特别合适的应用是在数据中心冷却系统中。

背景技术：

1、数据中心通常需要大量的能量才能运行。这些数据中心的服务器产生大量热量，需要冷却。为了减少数据中心的能源使用，需要更高效的冷却系统。

2、热管和热虹吸管是通过封闭制冷剂体积的蒸发和冷凝将能量从高温蒸发器部分转移到低温冷凝器部分的装置。制冷剂通过重力或毛细管力从冷凝器部分转移到蒸发器部分。热管已作为间接节约器用于数据中心冷却。在这些装置中，例如，来自数据中心的热空气通过热管的蒸发器部分再循环，在热管中，封闭的制冷剂被来自数据中心热量蒸发，从而冷却数据中心空气。较冷的环境空气被吹到热管的冷凝器部分，制冷剂蒸气在冷凝器部分被冷凝，数据中心的热量被排出。在一些应用中，环境空气在通过热管的冷凝器部分之前首先用蒸发冷却器绝热冷却，以提供较低温度的散热器。在另一种配置中，热管的冷凝器部分可以在环境空气穿过其表面的同时喷水，从而提供接近环境湿球温度的散热器温度。

3、在这些实施方式中，热管和热虹吸管受到环境温度条件的限制，并且当环境温度高时可能无法提供足够的排热。这种限制的一个这样的解决方案是泵送制冷剂系统，其结合了机械冷却系统，例如直接膨胀(dx)冷却系统(主动模式)，具有类似于热虹吸管操作的近似被动模式。这些系统包括将液体制冷剂从冷凝器移动到蒸发器的泵。通过使用泵，可以独立于蒸发器和冷凝器的压降以及重力的影响来控制制冷剂的流动。这种方法近似是被动的，因为泵只需要少量的功率就可以传输大量的热能。在泵送的制冷剂系统中，泵可以关闭，并且通过操作阀，压缩机和膨胀阀可以集成到系统制冷剂流中，以允许系统充当直接膨胀冷却系统。

4、直接膨胀系统中的系统设计约束通常要求系统的蒸发器和冷凝器部分适度压降，以通过系统的多个并联蒸发器和冷凝器回路提供均匀的制冷剂流。正是由于这些压降，系统在近似被动模式下运行时需要泵来循环制冷剂流体。由于制冷剂回路包括压缩机系统，因此制冷剂体积还需要包括用于润滑的油。泵送制冷剂系统存在各种设计和操作限制，例如制冷剂速度的最佳实践(即所谓的“油管理”)，以确保油不会被困在系统的各种管道长度中，并可靠地返回到需要的压缩机。当在泵送模式(近似被动模式)下操作时，这些油管理约束成为问题，因为泵送模式的流动路径和流速可能与dx模式所需的规则不一致。例如，在泵送模式和dx模式期间，由于不同的可用过热和过冷水平以及盘管溢流水平，用于系统内正确操作的制冷剂体积也可能非常不同。

5、因此，需要进一步减少能源使用的冷却系统，以及在被动或近似被动模式下不需要油管理的冷却系统。

技术实现思路

1、在一个方面，本发明涉及一种冷却系统，包括包含主冷却介质的蒸发器、被动冷凝器和热交换器。蒸发器被配置为接收过程流体，并且当接收过程流体时，将主冷却介质的相从液体变为气体。被动冷凝器具有外表面并且流体地联接到蒸发器。被动冷凝器被配置为具有在其外表面上引导的气流。当气流在被动冷凝器的外表面上被引导时，被动冷凝器被配置为(i)从蒸发器接收气相的主冷却介质，(ii)从主冷却介质传递热量，(iii)将主冷却介质的相从气体变为液体，以及(iv)将液相的主冷却介质供应到蒸发器。热交换器流体地联接到蒸发器，并且被配置为具有选择性地向其提供的副冷却介质。当副冷却介质被提供给热交换器时，气相中的主冷却介质从由被动冷凝器接收切换到热交换器，而不操作位于蒸发器和被动冷凝器之间以及蒸发器和热交换器之间的任何阀。热交换器被配置为(i)从蒸发器接收气相的主冷却介质，(ii)从主冷却介质传递热量，(iii)将主冷却介质的相从气体变为液体，以及(iv)将液相的主冷却介质供应到蒸发器。当热交换器不接受副冷却介质时，热交换器不向蒸发器供应液相的主冷却介质。主冷却介质通过自然循环和重力在蒸发器和被动冷凝器之间以及蒸发器和热交换器之间循环，而无需在热交换器和蒸发器之间以及被动冷凝器和蒸发器之间的主冷却介质的流动路径中设置泵以循环主冷却介质。

2、在另一个方面，本发明涉及一种冷却过程流体的方法。该方法包括引导过程流体通过蒸发器以将热量从过程流体传递到包含在蒸发器中的主冷却介质并将主冷却介质从液相改变为气相，以及选择性地利用热交换器和被动冷凝器中的一个将主冷却介质从气相改变为液相。热交换器和被动冷凝器中的每个都联接到蒸发器，以从蒸发器接收气相的主冷却介质并将液相的主冷却介质供应到蒸发器。该方法还包括通过自然循环使主冷却介质在蒸发器与热交换器和被动冷凝器中的至少一个之间循环。热交换器和被动冷凝器中的一个被选择为不操作蒸发器和被动冷凝器之间的联接以及蒸发器和热交换器之间的联接中的任何阀。

3、本发明的这些和其他方面、目的、特征和优点将从以下对其说明性实施例的详细描述中变得显而易见，这些详细描述将结合附图进行阅读。

技术特征：

1.一种冷却系统，包括：

2.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括控制器，所述控制器被配置为在所述多个打开位置之间控制所述流量控制阀的位置。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于所述蒸发器中的吸热量来控制所述流量控制阀的位置。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于当过程流体流过所述蒸发器时由所述过程流体排出的热量来控制所述流量控制阀的位置。

5.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于所述被动冷凝器排出的热量来控制所述流量控制阀的位置。

6.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于当气流流过所述被动冷凝器时由所述气流吸收的热量来控制所述流量控制阀的位置。

7.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，当所述副冷却介质被提供给所述热交换器时，所述控制器被配置为基于所述热交换器排出的热量来控制所述流量控制阀的位置。

8.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，当所述副冷却介质被提供给所述热交换器时，所述控制器被配置为基于当所述副冷却介质流过所述热交换器时由所述副冷却介质吸收的热量来控制所述流量控制阀的位置。

9.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于离开所述蒸发器的气相的主冷却介质的过热来控制所述流量控制阀的位置。

10.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，所述控制器被配置为基于所述副冷却介质是否被提供给所述热交换器来控制所述流量控制阀的位置。

11.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述过程流体是空气。

12.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述过程流体是液体。

13.一种电子系统，包括：

14.根据权利要求13所述的电子系统，其中，所述过程流体是所述电介质。

15.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述副冷却介质是直接膨胀冷却系统的制冷剂，所述直接膨胀冷却系统包括压缩机和膨胀阀。

16.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述副冷却介质是冷却水。

17.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，当所述副冷却介质被提供给所述热交换器时，所述主冷却介质中的一些被所述被动冷凝器和所述热交换器接收以(i)从所述主冷却介质传递热量，(ii)将所述主冷却介质的相从气体变为液体，以及(iii)将液相的主冷却介质供应到蒸发器。

18.一种冷却过程流体的方法，所述方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中冷却所述热交换器包括使用副冷却介质将所述主冷却介质的相从气体变为液体。

20.根据权利要求18所述的方法，其中冷却所述被动冷凝器包括将气流引导到所述被动冷凝器上。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，通过停止对所述热交换器的冷却来选择所述被动冷凝器，而不操作所述蒸发器和所述被动冷凝器之间的联接装置中以及所述蒸发器与所述热交换器之间的联接装置中的任何阀。

22.根据权利要求18所述的方法，还包括当通过冷却所述热交换器来选择所述热交换器时，利用所述被动冷凝器将所述主冷却介质从气相改变为液相。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述过程流体是液体。

24.根据权利要求18所述的方法，其中控制蒸发器中的液位包括将流量控制阀定位在多个打开位置中的一个打开位置，所述流量控制阀位于所述热交换器和所述蒸发器之间的流动路径中以及位于所述被动冷凝器和所述蒸发器之间的流动路径中。

技术总结
本发明涉及一种冷却组件，包括包含主冷却介质的蒸发器、被动冷凝器、热交换器和控制主冷却介质流入蒸发器的流量的流量控制阀。当副冷却介质被提供给热交换器时，气相中的主冷却介质从由被动冷凝器接收切换到热交换器，而不操作位于蒸发器和被动冷凝器之间以及蒸发器和热交换器之间的任何阀。主冷却介质通过自然循环和重力在蒸发器和被动冷凝器之间以及蒸发器和热交换器之间循环，而无需在热交换器和蒸发器之间以及被动冷凝器和蒸发器之间的主冷却介质的流动路径中设置泵以循环主冷却介质。

技术研发人员：M·布彻,R·纽瓦德,B·K·邓纳万,J·罗伯茨,P·A·丁纳吉,方伟
受保护的技术使用者：蒙特斯公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7