TW202409502A - 冷卻裝置、冷卻系統和製造方法 - Google Patents

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卡提基恩 韋拉尤坦
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英商卡特裡克科技有限公司
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Abstract

公開了冷卻裝置。冷卻裝置包括殼體、液體，該液體位於殼體內。冷卻裝置還包括熱交換裝置，該熱交換裝置用於將熱量傳遞到液體以蒸發一定量的液體從而形成液體蒸氣。冷卻裝置還包括多個獨立能量耗散構件，該多個獨立能量耗散構件延伸穿過殼體。這些構件響應於由液體蒸氣和液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到殼體外部的體積。冷卻裝置可以冷卻主體，同時汲取最少的電力或者甚至不汲取電力。因此，冷卻裝置是環境友好的並且以更便宜的方式操作。

Description

冷卻裝置、冷卻系統和製造方法
本發明涉及冷卻裝置、冷卻系統和製造方法。特別地，描述的冷卻裝置適於降低環境、例如資料中心的溫度，該環境通常採用空氣調節裝置。
蒸氣壓縮製冷系統包括工作流體，該工作流體經歷在液體和氣體之間迴圈的重複相變。這種類型的製冷系統具有範圍從家用冰箱和冰櫃到用於建築物的空氣調節系統許多應用。
圖1描繪了本領域已知的蒸氣壓縮製冷系統1，該蒸氣壓縮製冷系統1用於冷卻資料中心2。資料中心2採用容納電腦系統4的建築物3的形式。由於電腦系統4的操作，建築物3內的溫度常常升高至大於環境溫度，例如50℃。蒸氣壓縮製冷系統1的目的是降低建築物3內的溫度，使得電腦系統4不會過熱。
建築物3內的高溫（50℃）空氣5借助於迴圈風扇7被抽吸到迴圈回路6中。在穿過迴圈回路6時，高溫空氣5穿過蒸發器8並且失去熱量。得到的、具有25℃的溫度的低溫空氣9被泵送到建築物3中。
蒸發器8是密封的製冷回路10的一部分，該密封的製冷回路10包括工作流體11，該工作流體11通常稱為製冷劑。蒸發器8將熱量從高溫空氣5傳遞到工作流體11。因此，蒸發器8可以更通常地被認為是熱交換裝置。熱量引起工作流體11從液體到氣體的相變。氣態工作流體11繞製冷回路10迴圈，該氣態工作流體11然後在該製冷回路10處被壓縮機12壓縮，從而導致氣態工作流體11的溫度升高，例如，高至65℃。熱的（65℃）壓縮工作流體11然後在冷凝器13中被冷卻，使得氣態工作流體11排出熱量並且冷凝回到液體，從而得到具有降低的溫度、例如35℃、的液態壓縮工作流體11。之後，通過借助於膨脹閥14降低液態壓縮工作流體11的壓力，來進一步降低液態工作流體11的溫度，例如至-30℃。冷的（-30℃）未壓縮的工作流體再迴圈到蒸發器中，在該蒸發器處借助於熱擴散，熱量再次從高溫空氣5傳遞到工作流體11。該迴圈不斷地重複，從而冷卻源自建築物3的高溫空氣5。
如在圖1中描繪的蒸氣壓縮製冷系統1需要電力來操作。特別是，迴圈風扇7、壓縮機12和冷凝器13都汲取電力。不利地，這種系統1會汲取大量的電力。相對較大的資料中心的電力需求可能等同於城鎮的電力需求。這種大的電力消耗是昂貴的並且還具有顯著的環境影響。
蒸氣壓縮製冷系統1的另一個缺點是，所有的部件，特別是迴圈風扇7、壓縮機12和冷凝器13，都需要維護。這是附加的經濟負擔，並且在需要的維護中斷期間，蒸氣壓縮製冷系統1不能操作。
本發明的方面的目的是提供冷卻系統，該冷卻系統消除了或至少減輕了本領域已知的冷卻系統的上述缺點中的一個或多個。
根據本發明的第一方面，提供了冷卻裝置，該冷卻裝置包括：殼體；液體，該液體位於殼體內；熱交換裝置，該熱交換裝置用於將熱量傳遞到液體以蒸發一定量的液體從而形成液體蒸氣；和多個獨立能量耗散構件，該多個獨立能量耗散構件延伸穿過殼體，其中，獨立能量耗散構件響應於由液體蒸氣和液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到殼體外部的體積（volume）。
獨立能量耗散構件被稱為獨立的，因為每個構件都不機械地聯接到任何其他構件。每個構件的兩個端部都自由地移動。獨立能量耗散構件相對於彼此隨機地移動。
優選地，殼體包括單一腔室。替代地，殼體包括兩個或更多個腔室，其中，一個或多個管道連接該兩個或更多個腔室。
最優選地，殼體是可密封的。冷卻裝置為封閉的冷卻裝置。在該佈置中，在操作期間不能添加和/或移除液體。
優選地，液體佔據殼體的內部體積。
最優選地，液體是1-氯-3,3,3-三氟丙烯（R1233ZD）；或二氯三氟乙烷；或1,2-二氯四氟乙烷；或1,1,1,3,3,3-六氟丙烷；或2,3,3,3-四氟丙烯（R1234 YF）；或R-1234ze（反式1,3,3,3-四氟丙烷-1-烯）；或1,1,1,3,3-五氟丙烷（R245fa）；或反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；或脫礦水。
可選地，冷卻裝置可以包括一種或多種氣體，該一種或多種氣體位於殼體內。
最優選地，用於將熱量傳遞到液體以蒸發液體從而形成液體蒸氣的熱交換裝置可以包括一個或多個管道，更具體地，一個或多個盤繞管道。
附加地或替代地，熱交換裝置可以包括殼體的一部分。
附加地或替代地，熱交換裝置可以包括一個或多個傳導構件。
附加地或替代地，熱交換裝置可以包括流體密封罩。
附加地或替代地，熱交換裝置可以包括蒸發器。
可選地，冷卻裝置還可以包括一個或多個顆粒。一個或多個顆粒位於冷卻裝置的內部體積內。一個或多個顆粒懸浮在液體內。一個或多個顆粒的密度類似於液體的密度。顆粒與冷卻裝置內的液體、液體蒸氣和任何其他氣體不起化學反應。優選地，顆粒是磁中性的。
最優選地，多個獨立能量耗散構件可以採用多個桿的形式。多個桿中的每個桿可以包括第一端部、第二端部以及在第一端部和第二端部之間的中心安裝部分。每個桿延伸穿過殼體。每個桿的第一端部延伸到殼體的內部體積中。第二端部延伸到殼體外部的體積中。每個桿的安裝部分安裝到殼體。
優選地，多個桿可以圍繞殼體均勻地分佈。替代地，多個桿可以圍繞殼體非均勻地分佈。
優選地，多個桿可以垂直於殼體取向。替代地，多個桿可以不垂直於殼體取向。
優選地，多個桿中的每個桿的第一端部包括擴大區域，該擴大區域具有至少一個傳導表面。類似地，多個桿中的每個桿的第二端部包括擴大區域，該擴大區域具有至少一個傳導表面。傳導表面有助於吸收和耗散熱能。
替代地，多個桿中的每個桿的第一端部和第二端部包括槳輪。槳輪取向為圍繞桿旋轉。桿用作軸。
優選地，多個桿可以包括相同的材料組成。多個桿可以包括銅。銅具有高導熱性。
可選地，多個桿可以包括保護塗層。
優選地，多個桿在尺寸、設計和材料組成上可以是一致的。替代地，多個桿可以是不一致的尺寸、設計和材料組成。
優選地，殼體可以包括入口埠和出口埠。入口埠和出口埠優選地是可密封的。
可選地，冷卻裝置還包括冷凝回路。冷凝回路冷凝液體蒸氣並且使液體返回到殼體。
可選地，冷卻裝置還包括槽。槽可以包括液體。槽優選地連接到殼體。槽維持殼體內的液體的液位。
可選地，冷卻裝置還包括泵送系統。泵送系統將液體泵送到殼體中和泵送出殼體。
可選地，冷卻裝置還包括一個或多個儲存罐。一個或多個儲存罐連接到泵送系統。
可選地，冷卻裝置還可以包括一個或多個壓縮機。冷卻裝置還可以包括泄壓閥。冷卻裝置還可以包括膨脹閥。冷卻裝置還可以包括具有排出管的分離器。
可選地，冷卻裝置還可以包括一個或多個內部屏障，該一個或多個內部屏障中的每一個包括一個或多個噴嘴。
根據本發明的第二方面，提供了冷卻系統，該冷卻系統包括根據本發明的第一方面的冷卻裝置和待冷卻的主體。
可選地，冷卻系統還可以包括熱傳遞裝置。
可選地，熱傳遞裝置可以包括迴圈回路。熱傳遞裝置還可以包括迴圈風扇。
可選地，迴圈回路可以包括空氣。迴圈回路將空氣從主體循環到冷卻裝置。迴圈回路將高溫空氣從主體傳遞到冷卻裝置。冷卻裝置冷卻高溫空氣。
替代地，迴圈回路可以包括流體。流體被密封在迴圈回路內。流體穿過主體或冷卻裝置，但不與迴圈回路外部的任何流體混合。流體從主體吸收熱量。迴圈回路使流體循環到冷卻裝置，該冷卻裝置冷卻流體。流體可以是製冷劑。
替代地，迴圈回路可以包括具有第一流體的第一回路和具有第二流體的第二回路。第一流體被密封在第一回路內。第二流體被密封在第二回路內。第一流體從主體吸收熱量。第一回路將第一流體循環到熱交換器。熱交換器將熱量從第一流體傳遞到第二流體。第二回路將第二流體循環到冷卻裝置，該冷卻裝置冷卻第二流體。第一流體和第二流體可以不同或相同。
可選地，熱傳遞裝置可以包括一個或多個傳導構件。一個或多個傳導構件的第一端部熱連接到主體。一個或多個傳導構件的第二端部熱連接到冷卻裝置。一個或多個傳導構件的第二端部延伸穿過殼體進入到冷卻裝置的內部體積中。傳導構件包括純銅。傳導構件通過熱擴散將熱量從主體傳遞到冷卻裝置。一個或多個傳導構件的第二端部用作冷卻裝置的熱交換裝置。
可選地，冷卻裝置可以位於主體上方。主體內的對流將高溫空氣傳遞到冷卻裝置。
可選地，主體也可以為冷卻裝置。主體可以包括冷卻裝置的特徵。
可選地，冷卻系統還可以包括製冷回路，該製冷回路具有工作流體。製冷回路包括冷卻裝置。換言之，冷卻裝置是製冷回路的部件。製冷回路還包括蒸發器、壓縮機和膨脹閥。
可選地，製冷回路和迴圈回路都穿過冷卻裝置。
本發明的第二方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面的優選的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面的實施例可以包括實現本發明的第二方面的優選的或可選特徵的特徵。
根據本發明的協力廠商面，提供了製造冷卻裝置的方法，該方法包括：設置殼體；設置液體，該液體位於殼體內；設置熱交換裝置，該熱交換裝置用於將熱量傳遞到液體以蒸發一定量的液體從而形成液體蒸氣；以及設置多個獨立能量耗散構件，該多個獨立能量耗散構件延伸穿過殼體，其中，獨立能量耗散構件響應於由液體蒸氣和液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到殼體外部的體積。
優選地，製造冷卻裝置的方法還可以包括確定待通過冷卻裝置冷卻的主體的特點。
優選地，確定主體的特點可以包括確定主體在沒有任何冷卻的情況下的溫度，主體在冷卻的情況下的目標溫度，主體的溫度變化，主體的尺寸、形狀、組成、位置和可接近性。
優選地，製造冷卻裝置的方法還可以包括確定用於與主體一起使用的冷卻裝置的最佳參數。
優選地，確定用於與主體一起使用的熱量冷卻裝置的最佳參數還可以包括利用主體的特點。
優選地，確定冷卻裝置的最佳參數可以包括確定：冷卻裝置的尺寸和形狀；液體的體積、相對比例和化學組成；桿的分佈、取向、尺寸、設計和材料組成；是否需要一個或多個顆粒，是否需要冷凝回路；是否需要槽；是否需要一個或多個儲存罐；熱交換器的形式；以及如何將冷卻裝置集成到冷卻系統中。
本發明的協力廠商面的實施例可以包括實現本發明的第一方面和/或第二方面的優選的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面和/或第二方面的實施例可以包括實現本發明的協力廠商面的優選的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第四方面，提供了製造冷卻系統的方法，該方法包括：根據本發明的協力廠商面設置冷卻裝置；以及設置待冷卻的主體。
可選地，製造冷卻系統的方法還包括設置迴圈回路。
可選地，製造冷卻系統的方法還可以包括設置傳導構件。
可選地，製造冷卻系統的方法可以包括將冷卻裝置定位在主體上方。
可選地，設置冷卻裝置可以包括改造待冷卻的主體以包括冷卻裝置的特徵。
可選地，製造冷卻系統的方法還包括設置製冷回路。
本發明的第四方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面和/或協力廠商面的優選的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面和/或協力廠商面的實施例可以包括實現本發明的第四方面的優選的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第五方面，提供了根據本發明的第一方面的冷卻裝置的用途，該冷卻裝置用於冷卻流體。
本發明的第五方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面和/或第四方面的優選的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面、協力廠商面和/或第四方面的實施例可以包括實現本發明的第五方面的優選的或可選特徵的特徵。
本發明的解釋現在將參照圖2至圖19來描述。
冷卻系統
圖2描繪了冷卻系統15a，該冷卻系統15a適於冷卻資料中心2，該資料中心2採用容納在建築物3內的電腦系統4的形式。冷卻系統15包括冷卻裝置16和熱傳遞裝置，該熱傳遞裝置將熱量從資料中心2傳遞到冷卻裝置16。在圖2的實施例中，熱傳遞裝置採用迴圈回路6a和迴圈風扇7的形式。迴圈風扇7將建築物3內的高溫空氣5繞迴圈回路6a抽吸到冷卻裝置16。
更具體地，迴圈回路6a包括管道17，該管道17將高溫空氣5引導到冷卻裝置16。冷卻裝置16冷卻高溫空氣5，從而產生低溫空氣9。低溫空氣9繞迴圈回路6a迴圈到建築物3中，並且冷卻電腦系統4。
冷卻裝置
如在圖2至圖4中可以清楚地看到，冷卻裝置16包括基本上圓柱形的、可密封的殼體18，該殼體18具有蓋19。殼體18包括不銹鋼，特別是SA516 GR.65鋼。為了便於理解，圖4描繪了具有r軸、θ軸和z軸的圓柱坐標系。
冷卻裝置16包括液體20，該液體20位於殼體18內。液體20佔據殼體18的內部體積21。
通過示例的方式，液體20可以是反式-1-氯-3,3,3-三氟丙-1-烯（R1233ZD），也稱為反式氯三氟丙烯。R1233ZD的沸點為18.3℃。包括作為液體20的R1233ZD的冷卻裝置16適於冷卻來自資料中心2的、19℃以上的高溫空氣5。為了操作冷卻裝置16，液體20優選地在環境溫度下為液體形式。因此，冷卻裝置16周圍環境的環境溫度應該在液體20的沸點以下，在該實例中，該冷卻裝置16周圍環境的環境溫度在18.3℃以下。
在表I中提供了液體20連同包括液體20中的一種的冷卻裝置16的操作溫度範圍的另外的示例。不同的液體20可以適於不同的操作溫度範圍和系統組態。應理解，通過使用表I中公開的液體之外的不同液體20，可以實現與表I中詳述的操作溫度範圍不同的操作溫度範圍。
表I：液體的示例；適於通過包括液體的冷卻裝置冷卻的未冷卻的高溫空氣的溫度範圍的示例；包括液體的冷卻裝置的用途的示例。
液體 操作溫度範圍 ( ℃ ) 用途示例
脫礦水 100 ℃以上
1-氯-3,3,3- 三氟丙烯 （ 反式氯三氟丙烯 ） R1233ZD （ 沸點： 18.3 ℃ ） 19 ℃以上 資料 中心 ， 空氣調節器 ， 冷卻室
二氯三氟乙烷 （ 沸點： 27.6 ℃ ） 28 ℃以上 資料 中心 ， 空氣調節器 ， 冷卻室
1,2- 二氯四氟乙烷 （ 沸點： 3.5 ℃ ） 4 ℃以上 超冷資料 中心 ， 空氣調節器 ，超 冷室
1,1,1,3,3,3- 六氟丙烷 （ 沸點： -1.7 ℃ ） 0 ℃以上 超冷資料 中心 ， 空氣調節器 ，超 冷室
2,3,3,3- 四氟丙烯 R1234 YF （ 沸點： -29.29 ℃） -20 ℃以上 冷凍室 迴 圈， 冷凍室
R-1234ze （反式 1,3,3,3- 四氟丙烷 -1- 烯） （ 沸點： -18.89 ℃ ） -18 ℃以上 冷凍室 迴 圈， 冷凍室和低溫冷凍機
1,1,1,3,3- 五氟丙烷（ R245fa ） （ 沸點： 15 ℃） 15 ℃以上 資料 中心， 超冷資料 中心，空氣調節器
反式 -1,1,1,4,4,4- 六氟 -2- 丁烯（ HFO-1336mzz-E[70] ） 7.5 ℃以上 資料 中心， 超冷資料 中心，空氣調節器
冷卻裝置16還包括熱交換裝置22，該熱交換裝置22將熱量從高溫空氣5傳遞到液體20以便蒸發一定量的液體20。液體20不直接地暴露於高溫空氣5或攜帶來自資料中心2的熱量的任何外部流體。在圖2和圖3的實施例中，熱交換裝置22採用盤繞管道23的形式。更具體地，盤繞管道23位於殼體18的內部體積21內、朝向殼體18的底端24。盤繞管道23可以被認為是空氣迴圈回路6a的一部分，該空氣迴圈回路6a導引高溫空氣5通過冷卻裝置16。盤繞管道23包括入口25和出口26。
冷卻裝置16還包括多個獨立能量耗散構件27。如在圖3至圖5中可以清楚地看到，多個獨立能量耗散構件27採用桿28的形式。每個桿28包括第一端部29、第二端部30和位於第一端部29和第二端部30之間的中心安裝部分31。每個桿28延伸穿過殼體18。更具體地，每個桿28的中心安裝部分31借助於軸承32安裝到殼體18。每個桿28的第一端部29延伸到殼體18的內部體積21中、朝向殼體18的中心軸線33。第二端部30位於殼體18的外部、徑向地遠離殼體18的中心軸線33延伸。每個桿28的第一端部29和第二端部30可以自由移動。軸承32將來自每個桿28的第一端部29的任何移動轉移到每個桿28的第二端部30（並且軸承32將來自每個桿28的第二端部29的任何移動轉移到每個桿28的第一端部30）。桿28是獨立的，因為每個桿28不機械地聯接到任何其他桿28。因此，桿是獨立的並且可以相對於彼此隨機地移動。
桿28圍繞殼體18在θ方向和z方向上分佈。桿28主要朝向殼體18的頂端34定位。圖2至圖4描繪了桿28圍繞殼體18均勻地分佈、垂直於殼體18取向，並且桿28的所有尺寸，諸如長度均一致。
如從描繪了桿28中的一個的圖5可以看到，第一端部29和第二端部30均包括擴大區域35a、35b，該擴大區域35a、35b具有導熱表面36a、36b。位於第一端部29處的擴大區域35a上的導熱表面36a有助於通過熱擴散從包含在殼體18內的液體20吸收熱能。吸收的熱能可以沿著桿28傳導到第二端部30。位於第二端部30處的擴大區域35b上的導熱表面36b有助於通過熱擴散將熱能耗散到冷卻裝置16的外部環境。導熱表面36a、36b由與桿28的主體部相同的材料製成。桿28可以包括保護塗層37，該保護塗層37覆蓋除導熱表面36a、36b之外的所有表面。應理解，導熱表面36a、36b可以由不同的材料製成，諸如具有高導熱性的純銅。
在圖5中描繪的桿28還包括導熱突起38，該導熱突起38從在第二端部30處的導熱表面36b突出。導熱突起38增加了導熱表面36b的表面積，並且因此增加了桿28的第二端部30的熱能耗散能力。
應理解，桿28的尺寸、設計和組成可以被優化以實現期望的熱耗散性能。例如，可以改變桿28的長度、擴大區域35a、35b、導熱表面36a、36b的尺寸和/或是否包括導熱突起38，以增加或降低桿28的熱耗散性能。
桿28配置為相對於彼此隨機地操作。還應理解，每個桿28的尺寸、設計和材料組成可以改變。桿28的變化可能有利於桿28的相對的隨機移動。
殼體18包括可密封的入口埠39和可密封的出口埠40。可密封的入口埠39位於殼體18的頂端34處，並且設置有用於將液體20添加到殼體18中的部件。類似地，可密封的出口埠40位於殼體18的底端24處，並且設置有用於從殼體18排出液體20的部件。為了在正壓下填充和維護殼體18，可以通過泵送系統41將液體20泵送到殼體18或從殼體18泵送液體20。
圖3示出了在操作中的圖2的冷卻裝置16，換言之，該冷卻裝置16正在冷卻高溫空氣5。冷卻裝置16是封閉的設備，使得在操作期間不能添加或移除液體20。熱交換裝置22，換言之盤繞管道23，將熱量傳遞到液體20。因此，一定量的液體20蒸發以形成液體蒸氣。液體蒸氣採用氣泡42的形式。氣泡42具有比未汽化的液體20低的密度。因此，氣泡42在正z方向上朝向殼體18的頂端34移動並且穿過液體20。來自高溫空氣5的熱能以氣泡42的運動的形式轉換為動能。
氣泡42和液體20的呈相對運動和/或熱梯度的形式的相互作用產生流體流。該流體流可以是層流流體流和/或湍流流體流。流體流引起桿28的第一端部29移動、擺動和/或振動。因此，氣泡42的動能被轉換為機械能。氣泡42的層流流體流可以導致氣泡42與桿28的第一端部29直接地碰撞，從而使桿28偏轉。此外，氣泡42和液體20的湍流流體流可以引起桿28的第一端部29的移動和/或機械振動。
每個氣泡42耗散動能和熱能。因此，每個氣泡42最終將凝結回為液體並且與殼體18內的液體20結合。隨著該一定量的液體20進一步冷卻，其將朝向殼體18的底端24下沉回。該一定量的液體20朝向殼體18的底端24下沉的優點是更冷的一定量的液體20進一步產生了流體流並且引起桿28的移動和/或機械振動。
在桿28的第一端部29引起的運動借助於軸承32傳輸到桿28的第二端部30。通過桿28的第一端部29吸收的熱量沿著桿28傳導到第二端部30。在桿28的第二端部30處的機械能和熱能耗散到冷卻裝置16的環境。由此，冷卻裝置16冷卻了高溫空氣5。產生的低溫空氣9被迴圈到建築物3中並且冷卻資料中心2的電腦系統2。
作為替代的實施例，應理解，殼體18可以採用任何規則的或不規則的三維形狀，而不是圓柱形。
作為附加的或替代的實施例，桿28圍繞殼體18的分佈可以是不均勻的。作為另一個附加的或替代的實施例，桿28可以不垂直於殼體18取向。作為另外的附加的或替代的實施例，桿28的尺寸、設計、材料組成、分佈和取向可以進行計算優化。
作為附加的或替代的實施例，每個桿28在第一端部29和第二端部30處都包括槳輪43a、43b，該槳輪43a、43b與擴大區域35a、35b相對。通常，槳輪43a、43b是具有多個槳葉的輪，該多個槳葉圍繞輪的周界定位。槳輪43a、43b取向成圍繞桿28旋轉。換言之，每個桿28用作限定了用於槳輪43a、43b的旋轉軸線的軸。在操作中，由氣泡42和液體20的相互作用產生的流體流使內部槳輪43a旋轉，該內部槳輪43a在桿28的位於殼體18的內部體積21內的第一端部29處。內部槳輪43a使桿28圍繞該桿28的自身的軸線旋轉。桿28穿過殼體18轉移該旋轉並且使外部槳輪43b旋轉，該外部槳輪43b位於桿28的在殼體18外部的第二端部30處。槳輪43a、43b和桿28的旋轉耗散了能量。此外，外部槳輪43b使環繞冷卻裝置16的空氣迴圈。更具體地，外部槳輪43b可以使相對暖的空氣迴圈離開並且將相對冷的空氣抽吸到冷卻裝置16附近。這維持了圍繞冷卻裝置16的熱梯度，從而由此維持了熱量遠離冷卻裝置16的傳遞，並且由此提供了附加的冷卻。如前所述，桿28也傳導和耗散熱能。
作為附加的或替代的實施例並且如由圖7描繪的，應理解，冷卻裝置16可以包括氣體44，該氣體44在殼體18的內部體積21內。液體20朝向殼體18的底端24定位，而氣體朝向殼體18的頂端34定位。氣泡42在正z方向上朝向殼體18的頂端34移動並且穿過氣體44。在該實施例中，氣泡42、液體20和/或氣體44的相互作用產生流體流，該流體流引起桿28的第一端部29移動、擺動和/或振動。由此，氣泡42的動能被轉換為機械能。
作為附加的或替代的特徵，冷卻裝置16還包括顆粒45。如在圖8中可見，顆粒45位於冷卻裝置16的內部體積21內、懸浮在液體20內。響應於由氣泡42和液體20的相互作用產生的流體流，顆粒45在殼體18的內部體積21各處移動。除了由流體流直接引起的移動之外，顆粒45與桿28碰撞，從而引起進一步的移動，或者更具體地，引起桿28的機械振動。顆粒45的密度類似於液體20的密度，使得顆粒45在懸浮在液體20內時不太重或浮力不太大。此外，顆粒45與液體20和氣泡42不起化學反應。顆粒45還優選地是磁中性的。顆粒45的尺寸和材料組成可以被優化以實現與流體流的期望的相互作用。
作為附加的或替代的實施例，圖8的冷卻裝置16還包括冷凝回路46，該冷凝回路46具有冷凝器47。代替氣泡42一旦在殼體18內失去足夠的能量就被動冷凝，冷凝回路46主動冷凝氣泡42。更具體地，一旦氣泡42已穿過到殼體18的頂端34，則氣泡16通過冷凝回路46，在該冷凝回路46，冷凝器47主動冷卻氣泡42，使得該氣泡42冷凝成液泡48。液泡48返回到殼體18的內部體積21。在例如冷卻裝置16過熱而使得氣泡42積聚在殼體18的頂端34處的情況下，則冷凝回路46可能是有利的。
作為另一個附加的或替代的特徵，圖8的冷卻裝置16還包括液體20的槽49。槽49連接到殼體18並且維持殼體18的內部體積21內的液體20的液位。隨著液體20在冷卻裝置16內蒸發，這可能引起冷卻裝置16內的壓力和/或體積的不可忽略的變化。槽49使壓力和/或體積的任何變化最小化。
作為另一個附加的或替代的特徵，圖8的冷卻裝置16還包括儲存罐50。每個儲存罐50包括不同的液體或氣體，諸如在表1中列出的液體，並且儲存罐連接到泵送系統41。液體和氣體可以被壓縮以儲存在儲存罐50內。泵送系統41有助於從殼體18移除液體20和/或氣體44以儲存在相應的儲存罐50內。泵送系統41還可以有助於用替代的液體或氣體來更換液體20和/或氣體44。因此，液體20和/或氣體44可以根據冷卻裝置16的操作條件進行優化。根據操作要求移除和更換液體20和/或氣體44的過程可以通過泵送系統41自動化。因此，泵送系統41可以包括感測器以監測冷卻裝置16和環境條件。雖然圖8描繪了兩個儲存罐50，但應理解，可以存在多個儲存罐50，從而提供多種替代的液體20和氣體44。
作為另一個附加的或替代的特徵，圖9的冷卻裝置包括內部屏障51。優選地，內部屏障51垂直於殼體18的中心軸線33取向。內部屏障51將獨立能量耗散構件27（即桿28）與熱交換裝置22（即盤繞管道23）隔開。內部屏障51包括噴嘴52，在內部屏障中的開口。在操作中，氣泡42從圍繞盤繞管道23的區域在正z方向上朝向殼體18的頂端34移動。然而，氣泡42被內部屏障51阻擋。內部屏障51將氣泡42轉到噴嘴52，在噴嘴52處氣泡42可以穿過內部屏障51。噴嘴52位於距中心軸線33與桿28的第一端部29距中心軸線33相同的徑向距離處。由此，噴嘴52將氣泡42朝向桿28的第一端部29導引，從而提高了冷卻裝置16的效率。應理解，在另外的替代的實施例中，冷卻裝置可以包括多個內部屏障51，該多個內部屏障51沿著桿28之間的中心軸線定位。因此，可以存在朝向每個桿28的第一端部29導引的噴嘴52，從而由此進一步提高了冷卻裝置16的效率。
熱量傳遞到液體20、液體20蒸發以形成氣泡42、機械能和熱能從氣泡42傳遞到能量耗散構件（換言之，桿28）以及氣泡42冷凝以形成液泡48的過程被重複，從而形成迴圈。機械能和熱能通過冷卻裝置16被不斷地耗散。
冷卻系統15a的關鍵優點是該冷卻系統15a需要更少的電能來操作。在圖2的實施例中，僅需要電力來操作迴圈風扇7。冷卻系統15a不包括壓縮機或冷凝器。因此，冷卻系統15a使用比本領域已知的傳統系統1更少的電能來冷卻資料中心2的電腦系統4。因此，冷卻系統15a是環境友好的。應注意，冷卻裝置16可以在不汲取任何電力的情況下操作。因此，冷卻裝置16可以被認為是無源部件。
圖10描繪了替代的冷卻系統15b，該冷卻系統15b可以包括與在圖2至圖9中描繪的冷卻系統15a相同的優選的和可選的特徵。
然而，代替圖2的迴圈回路6a，圖10的冷卻系統15b的熱傳遞裝置採用迴圈回路6b的形式，該迴圈回路6b內密封有流體53。迴圈回路6b包括管道17b，該管道17b將流體53引導到電腦系統4。熱量從電腦系統4傳遞到迴圈回路6b內的流體53。
在電腦系統4附近的管道17b用作熱交換裝置並且可以佈置成使從電腦系統4到流體53的熱傳遞最大化。例如，管道17b來回曲折延伸以便多次通過電腦系統4，從而增加了流體53暴露於電腦系統4的時間並且因此使傳遞到流體53的熱量最大化。
迴圈泵7b使加熱的流體53通過迴圈回路6b的管道17b朝向冷卻裝置16迴圈。冷卻裝置16冷卻加熱的流體53，並且產生的冷卻的流體53迴圈回到電腦系統4以吸收更多的熱量。從電腦系統4吸收熱量、將熱量傳遞到冷卻裝置16以及借助於冷卻裝置16耗散熱量的過程被重複，從而導致不斷地冷卻電腦系統4。
密封在迴圈回路6b內的流體53不與迴圈回路6b外部的空氣、諸如包含在建築物3內的空氣、混合。流體53可以是任何合適的流體，諸如本領域已知的製冷劑。
迴圈回路6b的優點是可以根據冷卻系統15b的指令引數、例如操作溫度範圍、來選擇流體53。雖然迴圈回路6b的流體53可以是空氣，但與迴圈回路6a相比，迴圈回路6b不限於迴圈空氣。因此，迴圈回路6b的流體53可以具有期望的熱性能和化學性能以增強冷卻系統15b。此外，利用特定流體53而不是空氣來操作在經濟上可能更有利。特別地，迴圈回路6b的流體53可能不需要利用空氣操作所需的相對更昂貴、更高壓力的裝置。
圖11描繪了替代的冷卻系統15c，該冷卻系統15c可以包括與在圖2至圖10中描繪的冷卻系統15a、15b相同的優選的和可選的特徵。
然而，代替圖2的迴圈回路6a和圖10的迴圈回路6b，圖11的冷卻系統15c的熱傳遞裝置採用具有第一回路54和第二回路55的迴圈回路6c的形式。第一回路54包括第一流體56。第一流體56密封在第一回路54內。類似地，第二回路55包括第二流體57。第二流體57密封在第二回路55內。第一流體56和第二流體57不與彼此混合，也不與迴圈回路6c外部的空氣混合。第一流體56和第二流體57通過迴圈泵7c分別繞第一回路54和第二回路55迴圈。
來自電腦系統4的熱量被傳遞到第一回路54的第一流體56。類似於圖7的第二實施例，位於電腦系統4附近的第一回路54的管道17c用作熱交換裝置並且可以佈置成使從電腦系統4到第一流體56的熱傳遞最大化。
第一回路54將加熱的第一流體56傳遞到熱交換裝置58。熱交換裝置58將熱量從第一回路54的第一流體56傳遞到第二回路55的第二流體57。第二回路55將加熱的第二流體57傳遞到冷卻裝置16，該冷卻裝置16冷卻加熱的第二流體57。產生的冷卻的第二流體57在第二回路55內迴圈回到熱交換裝置58，在熱交換裝置58處，該冷卻的第二流體57冷卻加熱的第一流體56。然後，冷卻的第一流體56在第一回路54內迴圈回到電腦系統4以重複該迴圈並且重新吸收熱量，從而由此不斷地冷卻電腦系統4。
第一回路54的第一流體56和第二回路55的第二流體57可以相同或不同。同樣，類似於圖10的第二實施例，可以根據冷卻系統15c的指令引數來選擇第一流體56和第二流體57。
有利地，圖11的冷卻系統15c特別適於利用冷卻裝置16改裝本領域已知的現有冷卻系統。圖11的第一回路54可以作為本領域已知的冷卻系統的一部分而存在。因此，在改裝時，只需要引入第二回路55和冷卻裝置16。這可以節省大量的費用和時間。
應理解，圖11的迴圈回路6c可以附加地包括第三回路，並且更通常地包括多個回路。與熱交換裝置結合的附加的回路可以幫助將多個資料中心2和/或多個冷卻裝置16連接到冷卻系統15c。
圖12描繪了另外的替代的冷卻系統15d，該冷卻系統15d可以包括與在圖2至圖11中描繪的冷卻系統15a、15b、15c相同的優選的和可選的特徵。
代替圖2和圖10的迴圈回路6a、6b、6c，圖9的冷卻系統15d的熱傳遞裝置採用傳導構件59的形式，每個傳導構件59在第一端部60處直接熱連接到電腦系統4，並且在第二端部61處直接熱連接到冷卻裝置16。傳導構件59的第二端部61延伸穿過殼體18進入冷卻裝置16的內部體積21。因此，傳導構件59的第二端部61與冷卻裝置16內的液體20直接熱接觸。傳導構件59包括高傳導性固體材料，諸如純銅。
在操作中，熱量沿著傳導構件59通過熱擴散從資料中心2的電腦系統4傳遞或傳輸到冷卻裝置16。傳導構件59的第二端部61用作冷卻裝置16的熱交換裝置22，從而將熱量傳遞到冷卻裝置16內的液體20。冷卻裝置16耗散熱量，從而維持跨越傳導構件59的熱梯度。由此，熱量被不斷地傳遞到冷卻裝置16，從而冷卻電腦系統4。
有利地，圖12的冷卻系統15d比在圖2至圖11中描繪的冷卻系統15a、15b、15c需要甚至更少的控制和維護。冷卻系統15d沒有高溫空氣5，也沒有繞迴圈回路6a、6b、6c迴圈的流體53、56、57，從而使得活動部分的數量最小化並且省卻了對泵送系統41和儲存罐50的需要。圖9的冷卻系統15d提供了將熱量從電腦系統4傳遞到冷卻裝置16的固態解決方案，這僅依靠跨越傳導構件59的熱擴散。
圖13描繪了替代的冷卻系統15e，該冷卻系統15e可以包括與在圖2至圖12中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d相同的優選的和可選的特徵。
代替圖2和圖11的迴圈回路6a、6b、6c或圖12的傳導構件59，圖13的冷卻系統15e配置成使得不需要單獨的部件用作熱傳遞裝置來將熱量從電腦系統4傳遞到冷卻裝置16。
如從圖13可以看到，冷卻裝置16位於建築物3的屋頂上。冷卻裝置16的殼體18的一部分延伸到建築物3內，使得殼體18的該一部分暴露於建築物3內的高溫空氣5。
冷卻系統15e由建築物3內包含的空氣的對流來操作。在操作中，熱量從位於建築物3的地面上的電腦系統4上升到建築物3的屋頂。冷卻裝置16的殼體18用作熱交換裝置22，因為高溫空氣5通過殼體18將熱量傳遞到位於殼體18內的液體20。傳遞到冷卻裝置16的熱量被耗散。由此，高溫空氣5被冷卻並且下沉回到建築物3的地面，在該地面處，該被冷卻並且下沉的空氣5可以吸收電腦系統4的熱量。該過程被重複使得不斷地冷卻電腦系統4。
應理解，可以通過改變冷卻裝置16相對於建築物3內的高溫空氣5的暴露來改變冷卻系統15e的操作，具體地，來改變熱耗散能力。換言之，如果更大比例的冷卻裝置16在建築物3內延伸，使得更大比例的殼體18與高溫空氣5熱接觸，則冷卻裝置16將吸收更多的熱量。冷卻裝置的相對熱暴露程度是可以根據特定冷卻系統15e的特點來優化的參數。
圖14描繪了替代的冷卻系統15f，該冷卻系統15f可以包括與在圖2至圖13中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e相同的優選的和可選的特徵。
圖14的冷卻系統15f組合了圖10的冷卻系統15b和圖13的冷卻系統15e。
如從圖14可以看到，冷卻裝置16與圖13的冷卻系統15e一樣位於建築物3的屋頂上。殼體18暴露於來自建築物3的高溫空氣5。在熱量從高溫空氣5傳遞到冷卻裝置16時，殼體18用作熱交換裝置。
此外，冷卻系統15f包括呈迴圈回路6f形式的熱傳遞裝置，該迴圈回路6f內密封有流體53。迴圈回路6f的一部分位於建築物3內並且用作附加的熱交換裝置。迴圈回路6f的流體53從高溫空氣5吸收熱量。加熱的流體53在冷卻裝置16內被引導，該冷卻裝置16冷卻加熱的流體53。
冷卻系統15f包括將熱量從高溫空氣5傳遞到冷卻裝置16的兩種機制，即對流和迴圈回路6f。因此，冷卻系統15f有利地具有比圖10的冷卻系統15b和圖13的冷卻系統15d更高的效率。
圖15描繪了替代的冷卻系統15g，該冷卻系統15g可以包括與在圖2至圖14中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15f相同的優選的和可選的特徵。
代替將熱量從容納在建築物3內的電腦系統4傳遞到冷卻裝置16，建築物3本身配置成冷卻裝置16g。由此，不需要熱傳遞裝置。建築物3容納有液體20。電腦系統4朝向建築物3的底部定位。由於電腦系統4浸沒在液體20內，電腦系統4包括流體密封罩62。流體密封罩62用作電腦系統4和液體20之間的接合部。因此，在該實施例中，冷卻系統16的熱交換裝置22是流體密封罩62。建築物3還包括多個獨立能量耗散構件27，諸如桿28。
在操作中，建築物3被流體地密封使得液體20不會從建築物3洩漏。建築物3以與圖3的冷卻裝置16相同的方式作為冷卻裝置16g操作。液體20蒸發以形成氣泡42，該氣泡42上升通過建築物3並且將動能和熱能傳遞到桿28。桿28傳輸該運動，並且將由氣泡42引起的熱能從第一端部29傳導到第二端部30，並且將能量耗散到建築物3的外部環境。
有利地，由於電腦系統4位於冷卻裝置16g內，冷卻系統15g被簡化為不需要熱傳遞裝置來將熱量從電腦系統4傳遞到冷卻裝置16。
圖2至圖15的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g可以將高溫空氣5冷卻到環境溫度，例如20℃。然而，這些冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15g、15f不能將高溫空氣5冷卻到環境溫度20℃以下。如果進入冷卻裝置16的空氣是與環境相同的溫度，則在冷卻裝置16內將不存在熱梯度，而熱量將不會從空氣傳遞到液體20。
圖16描繪了替代的冷卻系統15h，該冷卻系統15h可以包括與在圖2至圖15中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g相同的優選的和可選的特徵。
圖16的冷卻系統15h類似於圖1描繪的蒸氣壓縮製冷系統1。然而，與圖1相比，圖16的製冷回路10h包括冷卻裝置16h，而不是冷凝器13。製冷回路10h是熱傳遞裝置。
圖16的冷卻系統15h以與圖1的冷卻系統1相同的方式操作。然而，冷卻裝置16代替傳統冷凝器13將熱的壓縮的氣態工作流體11冷凝回液體。
有利地，冷卻系統15h可以在不需要為冷凝器供電的情況下將高溫空氣5冷卻到環境溫度以下的溫度。因此，圖16的冷卻系統15h比本領域已知的蒸氣壓縮製冷系統1以更便宜的方式操作並且是更環境友好的。
圖17描繪了替代的冷卻系統15i，該冷卻系統15i可以包括與在圖2至圖16中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h相同的優選的和可選的特徵。
圖17的冷卻系統15i是圖2的冷卻系統15b和圖16的冷卻系統15h的組合。
圖17的冷卻系統15i包括迴圈回路6i和製冷回路10i。迴圈回路6i和製冷回路10i都是熱傳遞裝置。迴圈風扇7i將來自建築物3的高溫空氣5繞迴圈回路6i迴圈到蒸發器8。然而，與圖16的實施例相比，高溫空氣5在到達蒸發器8之前首先被引導通過冷卻裝置16i。高溫空氣5通過冷卻裝置16i部分地冷卻。之後，得到的空氣迴圈到蒸發器8，在蒸發器8處通過製冷回路10進一步冷卻該空氣。
冷卻裝置16i也是圖17的製冷回路10i的部件。因此，冷卻裝置16i冷卻迴圈回路6i的高溫空氣5和製冷回路10i的工作流體11。冷卻裝置16i包括兩個熱交換裝置22，該兩個熱交換裝置22呈第一盤繞管道63和第二盤繞管道64的形式。第一盤繞管道63形成迴圈回路6i的一部分並且引導高溫空氣5通過冷卻裝置16i。第二盤繞管道64形成製冷回路10i的一部分並且引導工作流體11通過冷卻裝置16i。高溫空氣5和工作流體11在冷卻裝置16i內不混合，並且更通常地在冷卻系統15i內不混合。
應理解，冷卻裝置16i的熱容量被優化使得該冷卻裝置16i的熱容量足夠大以冷卻高溫空氣5和工作流體11。更具體地，與圖2的冷卻系統15b和圖16的冷卻系統15h相比，冷卻裝置16i可以更大並且具有不同的液體20。
圖18描繪了替代的冷卻系統15j，該冷卻系統15j可以包括與在圖2至圖17中描繪的冷卻系統15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h、15i相同的優選的和可選的特徵。
圖18的冷卻系統15j包括密封的製冷回路10j，該製冷回路10j包含工作流體11j。在圖18的實施例中，工作流體11j還用作冷卻裝置16j的液體20。
製冷回路10j包括蒸發器8j，該蒸發器8j位於資料中心2的建築物3中。蒸發器8j將熱量從建築物3內的高溫空氣5j（例如10℃）傳遞到製冷回路10j的工作流體11j，從而引起從液體到氣體的相變。
氣態工作流體11j迴圈到第一腔室65並且在該第一腔室65中積聚。第一腔室65流體地連接到第二腔室66。位於第一腔室65和第二腔室66之間的是壓縮機12j，以及然後是泄壓閥67。壓縮機12j將氣態工作流體11j壓縮成具有例如40℃至50℃的溫度的熱的液態工作流體11j。泄壓閥67將熱的液態工作流體11j釋放到第二腔室66中。泄壓閥67控制進入第二腔室66的熱的液態工作流體11j的流量和壓力。工作流體11j在進入第二腔室66之前被壓縮以增加熱容量。
第二腔室66包括冷卻的液態工作流體11j。熱的液態工作流體11j進入第二腔室66並且與冷卻的液態工作流體11j混合。熱的液態工作流體11j解壓縮成氣體並且起泡向上通過第二腔室66，從而將能量耗散到延伸穿過第二腔室66的獨立能量耗散構件27j，如在圖2至圖17的第一實施例至第九實施例的冷卻裝置16的上下文中描述的。因此，工作流體11j用作冷卻裝置16的液體20。
氣態工作流體11j被冷卻到例如8℃。氣態工作流體11j可以在第二腔室66內冷凝並且與大量的液態工作流體11j結合。否則，冷卻的氣態工作流體11j被虹吸出第二腔室66並且進一步繞製冷回路10j迴圈，在該製冷回路10j中該被虹吸出第二腔室66的冷卻的氣態工作流體11j被另一個壓縮機12j壓縮，從而將溫度升高到例如20℃。壓縮機12j還可以用作泵，以幫助工作流體11j繞製冷回路10j迴圈。壓縮的工作流體11j通過延伸穿過第二腔室66的盤繞管道23j迴圈。盤繞管道23用作熱交換裝置，並且將熱量從壓縮的工作流體11j傳遞到第二腔室66內的流體，從而由此進一步冷卻工作流體11f。
冷卻的工作流體11f（8℃）冷凝成液體並且經由膨脹閥14j迴圈回到建築物3。膨脹閥14j降低了冷卻的工作流體11f的壓力，從而進一步將壓力降低至例如-38℃。冷的（-38℃）未壓縮的液態工作流體11f再迴圈到蒸發器8j中，在該蒸發器8j處借助於熱擴散，熱量再次從高溫空氣5j傳遞到工作流體11j。該迴圈不斷地重複，從而將建築物3的高溫空氣5j冷卻到環境溫度以下。
圖15的冷卻裝置16j的殼體18j包括第一腔室65、第二腔室66和管道17的組合，從而形成製冷回路10j。液體20也是工作流體11j，並且位於整個製冷回路10j中。該實施例表明冷卻裝置16j的殼體18j不必採用單一腔室的形式，並且可以更通常地包括與連接管道組合的多個腔室。有利地，在為特定冷卻系統15設計合適的冷卻裝置16時，包括多個腔室的殼體18可以提供更大的靈活性。
此外，該實施例還表明了製冷回路10j的工作流體11j也可以用作冷卻裝置16j的液體20。
作為另外的附加的特徵，圖15的冷卻系統15j可以包括迴圈風扇7j，以將高溫空氣5j抽吸到蒸發器8j中並且穿過該蒸發器8j。替代地，蒸發器8j可以包括一體式迴圈風扇，以將高溫空氣5j抽吸到蒸發器8j中並且通過該蒸發器8j。
圖2至圖18的冷卻系統15被描述為冷卻資料中心2，並且具體地，冷卻建築物3內的電腦系統4。應理解，冷卻系統15不限於冷卻資料中心2，並且可以被用於冷卻任何合適的主體，諸如熱源或建築物。例如，冷卻系統15可以用於冷卻辦公樓或者甚至用於冷卻用於冷凍食物產品的冷凍室。
製造冷卻裝置的方法
圖19示出了製造冷卻裝置16的方法的流程圖。該方法包括：設置殼體（S1001）；設置液體，該液體位於殼體內（S1002）；設置熱傳遞裝置，該熱傳遞裝置用於將熱量傳遞到液體以蒸發一定量的液體從而形成液體蒸氣（S1003）；以及設置多個獨立能量耗散構件，該多個獨立能量耗散構件延伸穿過殼體，其中，獨立能量耗散構件響應於由液體蒸氣和液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到殼體外部的體積。
此外，製造冷卻裝置16的方法可以可選地包括表徵待冷卻的主體，諸如資料中心2。例如，這可以包括表徵性能，諸如主體在沒有任何冷卻的情況下的溫度，主體在冷卻的情況下的目標溫度，主體的溫度變化，主體的尺寸、形狀、組成、位置和可接近性。
作為另外的附加項，製造冷卻裝置16的方法可以可選地包括利用主體的特點來確定冷卻裝置16的最佳參數。例如，該優化過程可以包括確定：冷卻裝置16的尺寸和形狀；液體20的體積、相對比例和化學組成；桿28的分佈、取向、尺寸、設計和材料組成；是否需要顆粒45，是否需要冷凝回路46；是否需要槽49；是否需要儲存罐50；熱交換裝置22的形式，例如是否需要多個盤繞管道23；以及如何將冷卻裝置16集成到冷卻系統中。作為參數依賴的示例，主體的溫度越高，並且主體的未冷卻溫度與主體的期望的冷卻後的溫度之間的差異越大，需要冷卻裝置16的冷卻能力越大。在選擇液體20時，諸如熱容量、密度和沸點等因素是關鍵考慮因素。優化冷卻裝置16是有利的，因為這確保了冷卻裝置16可以操作，換言之，主體將提供足夠的熱量來蒸發任意量的液體20。此外，該優化確保了冷卻裝置16可以有效地操作。
製造冷卻系統的方法
製造冷卻系統15的方法包括如上面所描述的根據圖16中描繪的流程圖設置冷卻裝置16以及設置待冷卻的主體，諸如資料中心2。
作為附加的或替代的特徵，製造冷卻系統15的方法可以可選地包括設置熱傳遞裝置以將熱量從主體傳遞到冷卻裝置16。熱傳遞裝置可以採用與迴圈風扇7結合的一個或多個迴圈回路6的形式或傳導構件59的形式。附加地或替代地，冷卻裝置16可以位於主體的上方，使得對流將熱量從主體傳遞到冷卻裝置16。
作為另外的附加的或替代的特徵，製造冷卻系統15的方法可以可選地包括設置製冷回路10。製冷回路10操作本領域已知的熱力學迴圈以將工作流體11冷卻到環境溫度以下。
本文中公開的冷卻系統15具有許多優點。已呈現了每個冷卻系統15的各種優點。總體而言，冷卻系統15均包括被動耗散熱量的冷卻裝置16。冷卻裝置16可以在不汲取電力的情況下操作，並且因此是經濟有利且環境友好的。
有利地，冷卻裝置16可以結合到多個冷卻系統15中。例如，冷卻裝置16可以冷卻迴圈回路6中的空氣或流體。此外，冷卻裝置16可以通過更換冷凝器而改裝到現有冷卻系統，諸如蒸氣壓縮製冷系統。此外，冷卻裝置16適用於包括迴圈回路6和製冷回路10的冷卻系統15。冷卻裝置16可以冷卻迴圈回路6中的流體和製冷回路10中的工作流體11。這種冷卻系統15能夠冷卻到環境溫度以下。
冷卻裝置16不依賴於傳統的熱力學迴圈，而是通過利用液體20的相變來產生流體流以及隨後與桿28的相互作用來提供用於耗散熱量的替代機制。冷卻裝置16具有最少的活動部件，從而減少了可能需要的維護的量並且使設備的使用壽命最大化。
此外，冷卻裝置16是尺寸可變的，可以適用於待冷卻的不同主體。因此，冷卻裝置的尺寸可以根據期望的尺寸以及產生的費用而進行適配。冷卻裝置16是具有最少的活動部件的密封設備，因此相對安全。
冷卻裝置16是可定制的，因為桿28，特別是傳導表面36和傳導突起38可以針對特定冷卻系統15進行優化。
公開了冷卻裝置。冷卻裝置包括殼體、液體，該液體位於殼體內。冷卻裝置還包括熱交換裝置，該熱交換裝置用於將熱量傳遞到液體以蒸發一定量的液體從而形成液體蒸氣。冷卻裝置還包括多個獨立能量耗散構件，該多個獨立能量耗散構件延伸穿過殼體。這些構件響應於由液體蒸氣和液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到殼體外部的體積。冷卻裝置可以冷卻主體，同時汲取最少的電力或者甚至不汲取電力。因此，冷卻裝置是環境友好的並且以更便宜的方式操作。
在整個說明書中，除非上下文另有要求，否則術語“包括（comprise）”或“包含（include）”或諸如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”、“包含（includes）”或“包含（including）”的變體將被理解為暗示包括陳述的整數或整數組，但不排除任何其他整數或整數組。此外，除非上下文另有明確要求，否則術語“或”將被解釋為是包括性的而非排他性的。
本發明的上述描述是為了說明和描述的目的而提出的，並不旨在是窮舉性的或將本發明限制到公開的精確形式。描述的實施例被選擇和描述是為了最好地解釋本發明的原理及其實際應用，從而使本領域其他技術人員能夠以各種實施例並且通過適合於考慮的特定用途的各種修改最好地使用本發明。因此，在不脫離所附申請專利範圍限定的本發明範圍的情況下，可以結合進一步的修改或改進。
1:蒸氣壓縮製冷系統 2:資料中心 3:建築物 4:電腦系統 5:高溫空氣 6:迴圈回路 7:迴圈風扇/迴圈泵 8:蒸發器 9:低溫空氣 10:製冷回路 11:工作流體 12:壓縮機 13:冷凝器 14:膨脹閥 15:冷卻系統 16:冷卻裝置 17:管道 18:殼體 19:錐形蓋 20:液體 21:內部體積 22:熱交換裝置 23:盤繞管道 24:底端（殼體） 25:進口（盤繞管道） 26:出口（盤繞管道） 27:獨立能量耗散構件 28:桿 29:第一端部（桿） 30:第二端部（桿） 31:中央安裝部分（桿） 32:軸承 33:中心軸線 34:頂端（殼體） 35:擴大區域（桿） 36:導熱表面 37:保護塗層 38:導熱突起 39:可密封的入口埠（殼體） 40:可密封的出口埠（殼體） 41:泵送系統 42:氣泡（液體） 43:槳輪 44:氣體 45:顆粒 46:冷凝回路 47:冷凝器 48:液泡 49:槽 50:儲存罐 51:內部屏障 52:噴嘴 53:流體 54:第一回路（迴圈回路） 55:第二回路（迴圈回路） 56:第一流體（迴圈回路） 57:第二流體（迴圈回路） 58:熱交換器 59:傳導構件 60:第一端部（傳導構件） 61:第二端部（傳導構件） 62:流體密封罩 63:第一盤繞管道 64:第二盤繞管道 65:第一腔室（殼體） 66:第二腔室（殼體） 67:釋放閥 S1001,S1002,S1003,S1004:步驟
現在將參考附圖僅通過示例的方式來描述本發明的各種實施例，在附圖中： 圖1呈現了本領域已知的冷卻系統的示意圖示； 圖2呈現了根據本發明的實施例的冷卻系統的示意圖示； 圖3呈現了在圖2的冷卻系統內採用的冷卻裝置的立體圖。 圖4呈現了圖3的冷卻裝置的剖切立體圖； 圖5呈現了在圖3的冷卻裝置內採用的桿的立體圖； 圖6呈現了圖5的桿的替代的實施例的立體圖； 圖7呈現了圖3的冷卻裝置的替代的實施例的立體圖； 圖8呈現了圖3的冷卻裝置的替代的實施例的示意圖示； 圖9呈現了圖3的冷卻裝置的替代的實施例的示意圖示； 圖10呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖11呈現了圖2的冷卻系統的另外的替代的實施例的示意圖示； 圖12呈現了圖2的冷卻系統的又一替代的實施例的示意圖示； 圖13呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖14呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖15呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖16呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖17呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖18呈現了圖2的冷卻系統的替代的實施例的示意圖示； 圖19呈現了製造圖3的冷卻裝置的方法的流程圖；
在下面的描述中，在整個說明書和附圖中，相同的零件用相同的附圖標記來標記。附圖不一定按比例繪製，並且已經放大了某些零件的比例以更好地說明本發明的實施例的細節和特徵。
16:冷卻裝置
18:殼體
19:錐形蓋
20:液體
21:內部體積
22:熱交換裝置
23:盤繞管道
25:進口(盤繞管道)
26:出口(盤繞管道)
27:獨立能量耗散構件
28:桿
29:第一端部(桿)
30:第二端部(桿)
31:中央安裝部分(桿)
32:軸承
34:頂端(殼體)
42:氣泡(液體)

Claims (25)

  1. 一種冷卻裝置，所述冷卻裝置包括： 殼體； 液體，所述液體位於所述殼體內； 熱交換裝置，所述熱交換裝置用於將熱量傳遞到所述液體以蒸發一定量的所述液體從而形成液體蒸氣；和 多個獨立能量耗散構件，所述多個獨立能量耗散構件延伸穿過所述殼體，其中，所述獨立能量耗散構件回應於由所述液體蒸氣和所述液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到所述殼體外部的體積。
  2. 如請求項1所述的冷卻裝置，其中，所述殼體包括單一腔室或者兩個或更多個腔室，其中，一個或多個管道連接所述兩個或更多個腔室。
  3. 如請求項1或2所述的冷卻裝置，其中，所述液體是1-氯-3,3,3-三氟丙烯（R1233ZD）；或二氯三氟乙烷；或1,2-二氯四氟乙烷；或1,1,1,3,3,3-六氟丙烷；或2,3,3,3-四氟丙烯（R1234 YF）；或R-1234ze（反式1,3,3,3-四氟丙烷-1-烯）；或1,1,1,3,3-五氟丙烷（R245fa）；或反式-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；或脫礦水。
  4. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置還包括一種或多種氣體，所述一種或多種氣體位於所述殼體內。
  5. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述熱交換裝置包括一個或多個管道、一個或多個盤繞管道、所述殼體的一部分、一個或多個傳導構件、流體密封罩和/或蒸發器。
  6. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述多個獨立能量耗散構件是多個桿，每個桿的第一端部延伸到所述殼體的內部體積中，每個桿的第二端部延伸到所述殼體外部的體積中，並且每個桿的安裝部分安裝到所述殼體。
  7. 如請求項6所述的冷卻裝置，其中，所述多個桿圍繞所述殼體均勻地或非均勻地分佈；和/或所述多個桿垂直於或不垂直於所述殼體取向。
  8. 如請求項6或7所述的冷卻裝置，其中，所述多個桿中的每個桿的所述第一端部和/或所述第二端部包括擴大區域，所述擴大區域具有至少一個傳導表面。
  9. 如請求項6或7所述的冷卻裝置，其中，所述多個桿中的每個桿的所述第一端部和/或所述第二端部包括槳輪。
  10. 如請求項6至9所述的冷卻裝置，其中，所述多個桿在尺寸、設計和材料組成上是一致的或者不一致的。
  11. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置還包括冷凝回路；和/或槽；和/或泵送系統；和/或一個或多個儲存罐。
  12. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置還包括一個或多個壓縮機和/或泄壓閥和/或膨脹閥。
  13. 如前述請求項中任一項所述的冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置還包括一個或多個內部屏障，所述一個或多個內部屏障中的每一個包括一個或多個噴嘴。
  14. 如請求項1至13所述的冷卻裝置的用途，所述冷卻裝置用於冷卻流體。
  15. 一種冷卻系統，所述冷卻系統包括如請求項1至13中任一項所述的冷卻裝置和待冷卻的主體。
  16. 如請求項15所述的冷卻系統，其中，所述冷卻系統還包括熱傳遞裝置。
  17. 如請求項16所述的冷卻系統，其中，所述熱傳遞裝置包括迴圈回路。
  18. 如請求項17所述的冷卻系統，其中，所述迴圈回路包括：空氣；或流體；或具有第一流體的第一回路和具有第二流體的第二回路。
  19. 如請求項16至17中任一項所述的冷卻系統，其中，所述熱傳遞裝置包括一個或多個傳導構件。
  20. 如請求項15至19中任一項所述的冷卻系統，其中，所述冷卻裝置位於所述主體上方。
  21. 如請求項15所述的冷卻系統，其中，所述主體為所述冷卻裝置。
  22. 如請求項15至20所述的冷卻系統，其中，所述冷卻系統還包括製冷回路，所述製冷回路具有工作流體。
  23. 如請求項22所述的冷卻系統，其中，所述製冷回路和所述迴圈回路都穿過所述冷卻裝置。
  24. 一種製造冷卻裝置的方法，所述方法包括， 設置殼體； 設置液體，所述液體位於所述殼體內； 設置熱交換裝置，所述熱交換裝置用於將熱量傳遞到所述液體以蒸發一定量的所述液體從而形成液體蒸氣；以及 設置多個獨立能量耗散構件，所述多個獨立能量耗散構件延伸穿過所述殼體，其中，所述獨立能量耗散構件回應於由所述液體蒸氣和所述液體的相互作用產生的流體流而移動，並且將熱量傳遞到所述殼體外部的體積。
  25. 一種製造冷卻系統的方法，所述方法包括， 根據如請求項24所述的方法設置冷卻裝置；以及 設置待冷卻的主體。
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