TWI597465B - 真空塡充及脫氣系統 - Google Patents

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TWI597465B
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傑洛米 瑞斯
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咕果公司
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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    • F28D15/0283—Means for filling or sealing heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

真空填充及脫氣系統
本文中所描述之系統及方法係關於脫氣，且特定言之，本文中所描述之系統及方法係關於使用在熱管理系統中之二相工作流體脫氣。
現代計算系統會產生足以損壞其等自身組件之熱。一熱虹吸管可藉由自一位置吸收熱且在另一位置處耗散該熱而防止電腦過熱。熱虹吸管使用二相工作流體(將在操作期間呈氣相或液相之一流體)來操作且無需移動部件。二相工作流體之液相在其吸收熱時蒸發；二相工作流體之氣相擴散至一較冷區域且藉此加熱該較冷區域。在一熱虹吸管中，二相工作流體之氣相冷凝於冷的熱虹吸管壁上且藉此加熱該冷的熱虹吸管壁(該冷的熱虹吸管繼而加熱周圍環境)，且經再次冷凝之二相工作流體藉由回流至熱虹吸管之熱端而完成循環。然而，儘管概念較簡單，但基於資料中心之熱管理系統中之流體流較複雜。
因而，一種用於改良二相工作流體之傳熱效能之方法將在製造熱管理系統時具有很大益處。
更具體言之，本文中所描述之系統及方法係關於改良包含(但不限於)熱虹吸管之熱管理系統，該熱虹吸管使用二相工作流體，諸如一冷凍劑。發明者已認識到：一不可冷凝氣體(NCG)會損害一熱管理 系統之功能。在一熱管理系統之操作條件下，一NCG具有不高於一熱管理系統之最低操作溫度之一沸點。NCG(如氮氣或氧氣)可溶解於用以運行熱管理系統之常用二相工作流體中。例如，在一個大氣壓下，空氣可構成甲氧基九氟丁烷(用於傳熱之3M NovecTM工程流體HFE-7100)(一冷凍劑氫氟烴)之表觀容積之53%。但在一熱管理系統之操作期間，此NCG通常自溶液脫離以形成使該熱管理系統之傳熱速率降低之絕緣袋。減少或消除來自一熱管理系統之NCG可改良熱管理系統效能，例如在一些系統中，可改良三分之一。因此，用於實質上清除來自二相工作流體(其將用於填注(即，填充)熱管理系統)之NCG之一系統將因此在製造熱管理系統時具有很大益處。
相應地，本文中所描述之系統及方法係關於準備二相工作流體以藉由清除來自該二相工作流體之NCG而填注一熱管理系統。藉由使二相工作流體與溶解NCG分離(被稱為脫氣之一程序)而自該二相工作流體清除NCG。可藉由使二相工作流體暴露於引起一NCG離開溶液之條件且排出該NCG而改良充滿經脫氣之二相工作流體之一熱管理系統之傳熱效能。該二相工作流體可包含一冷凍劑，且在此等情況中，該冷凍劑可包含氫氟烴。
在一實施方案中，該系統包含：一脫氣器，其用於清除來自二相工作流體之液相之一NCG；一冷凝器，其藉由使二相工作流體冷凝而清除二相工作流體之氣相；一裝置，其用於控制該系統內之二相工作流體之流動；及一儲存腔室，其用於儲存經清除之二相工作流體。由於NCG可回應於減壓、加熱、機械攪拌或其等之某一組合而脫離溶液，所以該脫氣器可包括一泵、一加熱器、一機械攪拌器或某一其他適合脫氣器。在某些實施方案中，此一脫氣器可被包含於對該冷凝器提供一流體連接之一導管中。由於該系統內之二相工作流體之流動可由一實體障壁或溫度及壓力之梯度引導，所以用於控制該系統內之二 相工作流體流之該裝置可包括一閥、一泵或一加熱器。在某些實施方案中，該儲存腔室可經組態以量測用於填注熱管理系統之二相工作流體之一容積。
在某些實施方案中，該系統進一步包含一泵，其用於在使用之前自該系統移除氣體以防止NCG污染系統內之二相工作流體。
在某些實施方案中，該系統進一步包含用經清除之二相工作流體填注一熱管理系統之一填注單元。
在某些實施方案中，該系統進一步包含用於減少二相工作流體自系統損耗之一隔離腔室。
在某些實施方案中，該系統進一步包含用於偵測熱管理系統中之一洩漏之一洩漏偵測器。
在某些實施方案中，可使該系統內之二相工作流體保持處於比系統周圍之環境高之一壓力(即，一正壓力)以減少NCG至脫氣系統中之洩漏。
根據另一態樣，該方法藉由清除來自二相工作流體之液相及氣相之NCG且儲存該經清除之二相工作流體而使該二相工作流體準備用在一熱管理系統中。該二相工作流體之液相可藉由以下操作而清除NCG：加熱該二相工作流體；使該二相工作流體暴露於一減小壓力；攪拌該二相工作流體；或使該二相工作流體暴露於適合於引起NCG離開具有該二相工作流體之溶液之某一其他條件。該二相工作流體之氣相可藉由冷凝該二相工作流體之氣相而清除NCG，藉此引起該二相工作流體之氣相離開NCG與氣態二相工作流體之一混合物。在某些實施方案中，該方法進一步包括用經清除之二相工作流體填注一熱管理系統。
在某些實施方案中，該方法進一步包括清除一脫氣系統之NCG及將二相工作流體提供至該脫氣系統，藉此減少NCG污染二相工作流 體。該脫氣系統可藉由減小該脫氣系統中之一壓力而清除NCG。在某些進一步實施方案中，可藉由使該脫氣系統維持處於一正壓力以減少NCG洩漏至該脫氣系統中而進一步減少此污染。在某些進一步實施方案中，該方法可進一步包括藉由將一溫度梯度應用於該脫氣系統或藉由將一壓力梯度應用於該脫氣系統而控制該脫氣系統內之流體流。
在某些實施方案中，該方法進一步包括清除熱管理系統之NCG。
在某些實施方案中，該方法進一步包括偵測熱管理系統中之一洩漏。
100‧‧‧脫氣系統
101‧‧‧初級脫氣腔室
102‧‧‧填充腔室
103‧‧‧熱管理系統
104‧‧‧位置
200‧‧‧初級脫氣系統
201‧‧‧腔室填充口
202‧‧‧閥
203‧‧‧隔離腔室
204‧‧‧閥
205‧‧‧初級脫氣腔室
206‧‧‧初級脫氣腔室
207‧‧‧加熱器
208‧‧‧加熱器
209‧‧‧閥
210‧‧‧閥
211‧‧‧閥
212‧‧‧閥
213‧‧‧冷凝器
214‧‧‧閥
215‧‧‧閥
216‧‧‧閥
217‧‧‧閥
218‧‧‧溫度感測器
219‧‧‧溫度感測器
220‧‧‧數量感測器
221‧‧‧數量感測器
300‧‧‧填注系統
301‧‧‧泵
302‧‧‧填注單元
303‧‧‧閥
304‧‧‧閥
305‧‧‧閥
306‧‧‧儲存腔室
307‧‧‧閥
308‧‧‧閥
309‧‧‧閥
310‧‧‧熱管理系統
311‧‧‧次級脫氣腔室
312‧‧‧閥
313‧‧‧閥
314‧‧‧閥
315‧‧‧洩漏偵測器
400‧‧‧初始脫氣方法
401‧‧‧步驟
402‧‧‧步驟
403‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
405‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
407‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
500‧‧‧填注方法
501‧‧‧步驟
502‧‧‧步驟
503‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
505‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
507‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
509‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
511‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
513‧‧‧步驟
600‧‧‧初級脫氣方法
601‧‧‧步驟
602‧‧‧步驟
603‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
605‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
607‧‧‧步驟
700‧‧‧熱虹吸管
701‧‧‧蒸發器
702‧‧‧冷凝器
703‧‧‧不可冷凝氣體(NCG)氣泡
隨附申請專利範圍中闡述本文中所描述之系統及方法。然而，為解釋及繪示之目的，下圖中闡述若干實施方案。
圖1係二相工作流體脫氣及填注系統之一方塊圖；圖2係二相工作流體初級脫氣系統之一方塊圖；圖3係一次級脫氣及熱虹吸管填注系統之一方塊圖；圖4係用於二相工作流體之初始脫氣之一方法之一流程圖；圖5係用經脫氣之二相工作流體填注一虹吸管之一方法之一流程圖；圖6係二相工作流體之半連續脫氣之一方法之一流程圖；及圖7係填充有受不可冷凝氣體污染之二相工作流體之一熱虹吸管之一圖式。
為解釋之目的，下文描述中闡述諸多細節。然而，一般技術者將認識到：可在不使用此等特定細節之情況下實踐本文中所描述之實施方案；及可在不背離本發明之範疇之情況下修改、補充或否則改動本文中所描述之實施方案。
所描述之實施方案繪示用於使二相工作流體脫氣之某些脫氣系統及方法。藉由使該二相工作流體之液相暴露於引起NCG脫離溶液之條件，該二相工作流體之液相可在被用於填注一熱管理系統之前實質上清除NCG。藉由使該二相工作流體之氣相暴露於將使該二相工作流體冷凝但不會使NCG冷凝之條件，該二相工作流體之氣相亦可在被用於填注一熱管理系統之前實質上清除NCG。用經脫氣之二相工作流體填注一伺服器群熱管理系統改良該熱管理系統之傳熱效能以允許更有效率地冷卻伺服器群。
圖1係用二相工作流體填注一熱管理系統之本文中所描述類型之一系統100(其在本文中被稱為一脫氣系統100)之一說明圖。脫氣系統100包含：一初級脫氣腔室101，其使二相工作流體脫氣；及一填充腔室102，其用該經脫氣之二相工作流體填充一熱管理系統103。在被填充之後，熱管理系統103由大氣密封且被安裝於可包含一伺服器群、一電腦、一住宅或其他適當位置之位置104。
圖2係用於使二相工作流體脫氣之本文中所描述類型之一系統200(其在本文中被稱為一初級脫氣系統200)之一說明圖。初級脫氣系統200包含：一腔室填充口201，透過該腔室填充口而提供二相工作流體；閥202、204、209、210、211、212、214、216及217，其等部分地包括初級脫氣系統200之流體流控制系統；隔離腔室203，其減少二相工作流體自該系統損耗；初級脫氣腔室205及206，其等在脫氣期間容納該二相工作流體；加熱器207及208，其等兩者使該二相工作流體脫氣且產生熱梯度以部分地控制該系統中之流體流；一冷凝器213，其使與NCG混合之二相工作流體之汽相冷凝以使該二相工作流體與該NCG分離；溫度感測器218及219，其等分別判定初級脫氣腔室205及206中之溫度；及數量感測器220及221，其等分別判定初級脫氣腔室205及206中之二相工作流體之數量。初級脫氣系統200連接至一填注 系統300(圖中未展示)，其在下文中被更詳細解釋且包含用於對初級脫氣系統200及填注系統300兩者執行一初始脫氣操作之一泵及用於儲存經脫氣之二相工作流體之一儲存腔室。
所描繪之腔室填充口201為容許二相工作流體進入初級脫氣系統200之一導管。在某些實施方案中，腔室填充口201可裝配有容許流體通過一預定噴嘴形狀之一閥。
所描繪之閥202、204、209、210、211、214、216及217為可在允許流體流與防止流體流之間切換且可經受至少150psi之一壓力差之閥，且可包含球閥、四分之一轉旋塞閥或其他適合閥。在某些實施方案中，閥202、204、209、210、211、214、216及217可受電腦控制，且可回應於來自溫度感測器218與219及數量感測器220及221之至少一者之量測而打開或關閉。閥202允許或防止腔室填充口201與隔離腔室203之間之流體流；閥204允許或防止隔離腔室203與初級脫氣腔室205之間之流體流；閥209及211允許或防止初級脫氣腔室205與初級脫氣腔室206之間之流體流；閥210允許或防止初級脫氣腔室205與冷凝器213之間之流體流；閥214允許或防止冷凝器213與隔離腔室203之間之流體流；閥215允許或防止隔離腔室203與環境之間之流體流；閥216允許或防止初級脫氣腔室206與閥217之間之流體流；及閥217允許或防止閥216與填注系統300之間之流體流。
所描繪之隔離腔室203係一壓力容器，即，可經受容器內部與周圍大氣之間之一預定壓力差之一容器。在將NCG排出至環境之前，隔離腔室203儲存自冷凝器213排出之NCG。無法在冷凝器213中冷凝之剩餘二相工作流體蒸汽可在隔離腔室203中冷凝以減少與被排出之NCG混合之二相工作流體之損耗。在某些實施方案中，隔離腔室203可促進二相工作流體之冷凝，其包含藉由使一內表面維持處於低於二相工作流體之沸點之一溫度或藉由某一其他適合設計。
所描繪之初級脫氣腔室205及206係壓力容器，其等容納預定數量之二相工作流體，允許自該二相工作流體清除NCG，及不使NCG再污染該二相工作流體。因此，初級脫氣腔室205及206以低於一預定速率除氣且能夠維持容器內部與周圍大氣之間之一預定壓力差。作為壓力容器，初級脫氣腔室205及206收集可在一脫氣程序期間蒸發之二相工作流體。在某些實施方案中，初級脫氣腔室205及206包含會引起NCG脫離與二相工作流體混合之溶液之一脫氣器，諸如泵、攪拌器、振動器或其他適合脫氣器件。在某些實施方案中，初級脫氣腔室205及206具有一饋通(圖中未展示)，其可允許外部電源供應至一腔室之內部或允許透過一腔室壁而傳輸來自溫度感測器218及219之一信號。
所描繪之加熱器207及208為分別加熱初級脫氣腔室205及206以促進二相工作流體之脫氣且尤其促進NCG與二相工作流體之液相分離之加熱器。因此，加熱器207及208充當脫氣器。在某些實施方案中，加熱器207及208可包含電阻加熱器、帕爾帖(Peltier)平台或其他適合加熱元件，且可受電腦控制。在某些實施方案中，類似於加熱器207之一加熱器可藉由加熱一導管(諸如自閥204引導至初級脫氣腔室205之導管)而促進脫氣。
所描繪之閥212為防止空氣流入至初級脫氣系統200中但使一預定壓力之氣體自初級脫氣系統200排出之一止回閥或其他適合閥。閥212減小初級脫氣系統200內之一危險壓力累積之可能性。
所描繪之冷凝器213為使二相工作流體冷凝但不使NCG冷凝(其包含藉由使一內表面維持處於低於二相工作流體之沸點但高於NCG之沸點之一溫度或藉由一些其他適合條件)之一容器。因此，冷凝器213使自初級脫氣腔室205中之二相工作流體之液相蒸發且流動至冷凝器213之二相工作流體脫氣。冷凝器213將NCG排出至隔離腔室213且將經冷凝之二相工作流體再引入至初級脫氣腔室205。經冷凝之二相工作流 體透過一u形管而自冷凝器213流動至初級脫氣腔室205，該u形管使用一定容積之經冷凝二相工作流體作為防止蒸汽流之一插塞。在某些實施方案中，冷凝器213之經冷卻內表面可促進液態二相工作流體流入至初級脫氣腔室205中，其包含藉由促進液態二相工作流體朝向初級脫氣腔室205之毛細管作用或藉由某一其他適合設計。在某些實施方案中，冷凝器213可包含能夠確保單向流體自初級脫氣腔室205流入至隔離腔室203中之一泵。
所描繪之溫度感測器218及219為適合於分別判定初級脫氣腔室205及206中之溫度之感測器，且可為熱電偶、酒精溫度計、紅外線偵測器或其他適合溫度感測器。初級脫氣腔室205及206中之溫度影響初級脫氣腔室205及206中之二相工作流體之脫氣，且可用於控制初級脫氣系統200及填注系統300內之流體流。因此，在某些實施方案中，溫度感測器218及219可將信號提供至初級脫氣系統200或填注系統300之一電腦控制元件。
所描繪之數量感測器220及221為適合於分別判定初級脫氣腔室205及206中之二相工作流體之量的感測器，且可包含視鏡、重量感測器、壓力感測器、流量感測器或其他適合感測器。初級脫氣腔室205及206中之二相工作流體之量指示可何時使一腔室脫氣及該腔室是否可供應經脫氣之二相工作流體。在某些實施方案中，數量感測器220及221可將信號提供至初級脫氣系統200或填注系統300之一電腦控制元件。
所描繪之初級脫氣系統200透過蒸餾而使二相工作流體脫氣。首先，由填注系統300中之泵使初級脫氣系統200脫氣以防止初級脫氣系統200內之NCG污染二相工作流體。在已使初級脫氣系統200脫氣之後，閥202經由腔室填充口201而控制二相工作流體至初級脫氣系統200之供應。二相工作流體將初級脫氣腔室205填充至由數量感測器 220量測之一預定位準。初級脫氣腔室205由加熱器207加熱至由溫度感測器218量測之一預定溫度。熱引起NCG脫離溶液以允許NCG透過閥210排出。蒸汽透過回收經蒸發之二相工作流體之冷凝器213而排出。NCG排出至隔離腔室203，同時使經回收之二相工作流體恢復至初級脫氣腔室205。打開閥209允許初級脫氣腔室205將經脫氣之二相工作流體提供至初級脫氣腔室206；關閉閥209及211允許初級脫氣腔室206將經脫氣之二相工作流體供應至一熱管理系統，同時在初級脫氣腔室205中使更多二相工作流體脫氣。
在一實施方案中，藉由在二相工作流體之位置與二相工作流體之目的地之間產生一熱梯度而使二相工作流體在初級脫氣系統200之元件之間移動。一流體之壓力與該流體之溫度關聯，所以流體將自較高溫度之區域流動至較低溫度之區域。作為一繪示性實例，使初級脫氣腔室205維持處於比初級脫氣腔室206高之一溫度將引起流體自初級脫氣腔室205流動至初級脫氣腔室206。在某些實施方案中，可藉由其他適合方法(諸如藉由泵抽)而移動二相工作流體。
圖3係用預定量之經脫氣二相工作流體填充一熱管理系統之一填注系統300之一圖式。所描繪之填注系統300連接至初級脫氣系統200，且包含：一泵301，其產生填注系統300及初級脫氣系統200兩者中之壓力梯度且自填注系統300及初級脫氣系統200兩者移除污染NCG；一填注單元302，其用經脫氣之二相工作流體填注一熱管理系統310；閥303、304、313及314，其等部分地包括填注系統300之流體控制系統；及一洩漏偵測器315，其偵測脫氣系統200、填注系統300及一熱管理系統310之部分或全部中之洩漏。一填注單元302包含：閥305、307、308、309及312，其等部分地包括填注單元302之流體控制系統；一儲存腔室306，其儲存經脫氣之二相工作流體；及一次級脫氣腔室311，其用於二相工作流體之次級脫氣。一填注單元302連接至 一熱管理系統310以使熱管理系統310脫氣及填注熱管理系統310。在某些實施方案中，填注系統300可包含諸如溫度感測器、壓力感測器、重量感測器、視鏡或其他適當感測器之感測器以提供與填注系統300或熱管理系統310之元件之狀態有關之資訊。在某些實施方案中，感測器可將輸入提供至一電腦控制填注系統300。
所描繪之泵301為與填注系統300流體連通且能夠將填注系統300及初級脫氣系統200兩者內之壓力減小至一預定壓力之一泵，且可包含一轉葉泵、一渦卷泵或其他適合泵。藉由減小壓力，泵301減少依附至填注系統300及初級脫氣系統200之內表面之NCG之量以防止此NCG污染二相工作流體。泵301亦在填注系統300及初級脫氣系統200內產生壓力梯度，其引起二相工作流體自高壓區域移動至低壓區域。泵301亦可用於使二相工作流體進一步脫氣。
所描繪之閥303、304、305、307、308、309、312、313及314為可在允許流體流與防止流體流之間切換且經受至少150psi之一壓力之閥，且可包含球閥、四分之一轉旋塞閥或其他適合閥。在某些實施方案中，閥303、304、305、307、308、309、312、313及314可受電腦控制，且可回應於來自數量感測器220與221及溫度感測器216與217之至少一者之量測而打開或關閉。閥303及304控制至泵301之流體流，即，閥303控制來自初級脫氣系統200及來自儲存腔室306之導管之流體流，及閥304控制來自引導至次級脫氣腔室311之導管之流體流。閥305控制初級脫氣系統200與儲存腔室306之間之流體流；閥307控制來自儲存腔室306之流體流；閥308控制至次級脫氣腔室311中之流體流；閥309控制至熱管理系統310中之流體流；及閥312控制次級脫氣腔室311與閥304之間之流體流。閥313控制填注系統300與大氣之間之流體流，且若系統因維護而需要排氣，則使用閥313。閥314控制自填注單元302至洩漏偵測器315之流體流。
所描繪之儲存腔室306為容納填注一熱管理系統310所需之預定容積之經脫氣二相工作流體之一容器。儲存腔室306藉由初級脫氣系統200而填充有經脫氣之二相工作流體。為防止經脫氣二相工作流體之再污染，泵301使儲存腔室306脫氣，所以儲存腔室306以低於一預定速率除氣且能夠維持容器內部與周圍大氣之間一預定壓力差。在某些實施方案中，所描繪之儲存腔室306包含適合於指示儲存腔室306中之二相工作流體之量之一感測器，諸如一液位計。儲存腔室306亦可具有一溫度控制系統以部分地控制至儲存腔室306中及自儲存腔室306排出之流體流。
所描繪之熱管理系統310為依賴二相工作流體之熱虹吸管、熱管或其他熱管理系統。一熱管理系統310暫時性附接至一填注單元302；在由泵301脫氣且藉由一填注單元302而填充有經脫氣之二相工作流體之後，藉由壓接(crimping)或另一適合方法而由一氣密封材封閉熱管理系統310。在某些實施方案中，所描繪之熱管理系統310可具有一感測器以確認：其已被填注適當數量之經脫氣二相工作流體。熱管理系統310亦可經冷卻以部分地控制至熱管理系統310中及自熱管理系統310排出之流體流。
所描繪之次級脫氣腔室311為用於二相工作流體之真空脫氣之一壓力容器，且因此以低於一預定速率除氣且能夠維持容器內部與周圍大氣之間之一預定壓力差。次級脫氣腔室311由泵301抽空且藉由關閉閥308及312而維持所得真空。打開閥308將使二相工作流體暴露於次級脫氣腔室311中之真空，藉此使該二相工作流體真空脫氣。在某些實施方案中，次級脫氣腔室311用於回應於一感測器指示二相工作流體尚未被完全脫氣而使該二相工作流體脫氣。
所描繪之洩漏偵測器315偵測初級脫氣系統200、填注系統300或熱管理系統310內之一洩漏，且可包含一氦質譜儀或其他適合洩漏偵 測器。藉由使初級脫氣系統200、填注系統300及熱管理系統310之部分或全部浸沒於一示蹤氣體(諸如氦氣)，洩漏偵測器315可判定一部分是否破裂或否則密封不當：若洩漏偵測器315處偵測到示蹤氣體，則某一部分係洩漏的。在某些實施方案中，可在填注一熱管理系統310之前測試其之洩漏。
在某些實施方案中，一儲存腔室306填充有來自初級脫氣腔室205之經脫氣二相工作流體，藉此量測填注一熱管理系統310所需之經脫氣二相工作流體之數量。接著，用來自儲存腔室306之經脫氣二相工作流體填注熱管理系統310。熱管理系統310中之二相工作流體可藉由暴露於次級脫氣腔室311中之真空而進一步脫氣。填注系統300可包含一個以上填注單元302，藉此允許用經脫氣之二相工作流體同時填注一個以上熱管理系統310。在某些實施方案中，一第一填注單元302可獨立於一第二填注單元302而操作。
圖4係用於二相工作流體之一初始脫氣之一方法400(其在本文中被稱為初始脫氣方法400)之一繪示性流程圖。參考圖2及圖3，初始脫氣方法400開始於準備脫氣系統。步驟401藉由關閉閥202、215、309、313及314且打開全部其他閥而用泵301來對初級脫氣系統200及填注系統300執行一初始脫氣操作。步驟402藉由關閉閥209、210、211、214及216、打開閥202及透過腔室填充口201提供二相工作流體而填注初級脫氣系統200。數量感測器220指示預定數量之二相工作流體何時已被提供。
接著，初始脫氣方法400使初級脫氣腔室205中之二相工作流體脫氣。步驟403關閉閥202且使用加熱器207來使初級脫氣腔室205升溫至一預定溫度。在一預定時間之後，步驟404打開閥215、210及214以排出因加熱而脫離溶液之NCG。透過閥210而自初級脫氣腔室205排出之氣體通過冷凝器213，冷凝器213使已在脫氣期間蒸發之二相工作流 體冷凝。使液態二相工作流體自冷凝器213返回至初級脫氣腔室205，同時NCG行進至隔離腔室203，自隔離腔室203起，NCG將自初級脫氣系統200完全排出。
接著，脫氣方法400儲存經脫氣之二相工作流體以準備填注一熱管理系統310。步驟405使初級脫氣腔室206達到一預定溫度以準備填充來自初級脫氣腔室205之經脫氣二相工作流體。步驟406關閉閥217且打開閥209及216以用經脫氣之二相工作流體填充初級脫氣腔室206。步驟407關閉閥216以使閥216與217之間之空間填充有有限容積之經脫氣二相工作流體，該有限容積之經脫氣二相工作流體用於清除初級脫氣腔室206與填注單元302之間之連接。步驟408關閉閥304及305且打開閥217及303，藉此清除初級脫氣腔室206與填注單元302之連接之剩餘NCG。接著，使初級脫氣系統200及填注系統300準備開始下文所描述之填注方法500。
圖5係填注方法500(用經脫氣之二相工作流體半連續地填注一熱管理系統之一方法)之一繪示性流程圖。在某些實施方案中，可同時及獨立地應用填注方法500以填注一個以上熱管理系統。參考圖2及圖3，填注方法500開始於判定初級脫氣系統200及填注系統300是否準備填注一熱管理系統310。步驟501使用數量感測器221來判定初級脫氣腔室206是否含有用於填充一熱管理系統310之足夠經脫氣二相工作流體。若不含足夠經脫氣二相工作流體，則下文中所描述之初級脫氣方法600用經脫氣之二相工作流體再填充初級脫氣腔室206。若含有足夠經脫氣二相工作流體，則步驟502判定一熱管理系統310是否連接至一填注單元302。若未連接至一填注單元302，則步驟503將一熱管理系統310連接至一填注單元302。步驟504使用洩漏偵測器315來判定一新連接之熱管理系統310是否洩漏，且若洩漏，則步驟505在返回至步驟503之前斷接及捨棄洩漏熱管理系統310。若一可接受之未經填注熱管 理系統310連接至一填注單元302，則步驟506關閉閥303及307且打開閥216、304、305及309。藉此，步驟506用來自初級脫氣腔室205之經脫氣二相工作流體填充一儲存腔室306，同時使熱管理系統310脫氣。
接著，填注方法500填注熱管理系統310。在某些實施方案中，步驟507回應於一感測器指示儲存腔室306含有預定量之二相工作流體而關閉閥216、305及308且打開閥307。藉此，步驟507填注熱管理系統310。步驟508判定二相工作流體是否被完全脫氣，其包含藉由透過量測熱管理系統310之傳熱特性或透過某一其他適合方法判定二相工作流體是否已經受預定數目之次級脫氣。若二相工作流體未被完全脫氣，則步驟509關閉閥307及312且打開閥308以使二相工作流體暴露於次級脫氣腔室311中之一真空以使二相工作流體進一步脫氣。步驟510關閉閥309且打開閥312以使次級脫氣腔室311中之真空恢復。步驟511關閉閥308及312以使次級脫氣腔室311準備供進一步使用，且填注方法500返回至步驟508。若步驟508判定二相工作流體已被完全脫氣，則步驟512關閉閥309且密封熱管理系統310，此時，熱管理系統310被填注且準備供使用。接著，步驟513判定一未經填注之熱管理系統310是否仍存在。若不存在，則填注方法500完成；若存在，則填注方法500再次開始。
圖6係初級脫氣方法600(用於在填注系統300填注一熱管理系統時使二相工作流體脫氣之一方法)之一繪示性流程圖。參考圖2及圖3，當數量感測器221指示初級脫氣腔室206具有小於預定數量之經脫氣二相工作流體時，步驟601關閉閥216且打開閥209以自初級脫氣腔室205再填注初級脫氣腔室206。接著，步驟602關閉閥209且同時開始填注方法500。在步驟603中，數量感測器220指示初級脫氣腔室205是否含有至少預定數量之經脫氣二相工作流體。若含有，則初級脫氣方法600結束；若不含有，則步驟604將初級脫氣腔室205之溫度降低至一 預定位準以使初級脫氣系統200準備再填充。步驟605打開閥202、204、210及215以允許NCG自隔離腔室203排出，同時透過腔室填充口201而提供二相工作流體。接著，步驟606關閉閥202、210及215且將初級脫氣腔室205加熱至一預定溫度。熱引起NCG脫離具有二相工作流體之溶液以允許步驟607藉由打開閥210及214而將NCG排出至隔離腔室203。當初級脫氣腔室205再次含有經脫氣之二相工作流體時，初級脫氣方法600結束。
圖7係填充有未經完全脫氣之二相工作流體之一熱管理系統(其在本文中被稱為熱虹吸管700)之一說明圖。熱虹吸管700包含一蒸發器701及一冷凝器702，且填充有二相工作流體。蒸發器701含有不會變得比二相工作流體之沸點熱之液態二相工作溶液；氣態二相工作流體藉由在冷凝器702上冷凝而加熱冷凝器702之壁。因此，使熱自蒸發器701之冷表面傳遞至冷凝器702之暖表面，且自該暖表面傳遞至周圍環境。但冷凝器702無法儘可能有效率地將熱耗散至環境。NCG氣泡703減小二相工作流體在熱虹吸管700中之循環速率，藉此減小熱虹吸管700之傳熱速率。
儘管本文中已展示及描述本發明之各種實施方案，但熟習此項技術者將明白：此等實施方案僅供例示。熟習此項技術者現將在不背離本發明之情況下進行諸多變動、改變及替代。例如，可使用不同數目個脫氣腔室，或一真空泵可用於使二相工作流體脫氣。應瞭解，可在實踐本發明時採用本文中所描述之本發明之實施方案之各種替代例。意欲：以下專利申請範圍界定本發明之範疇；及藉此涵蓋此等申請專利範圍及其等效物之範疇內之方法及結構。
100‧‧‧脫氣系統
101‧‧‧初級脫氣腔室
102‧‧‧填充腔室
103‧‧‧熱管理系統
104‧‧‧位置

Claims (28)

  1. 一種使一個二相工作流體準備用在一熱管理系統中之方法，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該方法包括：自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體；藉由使該二相工作流體之該氣相冷凝而自該二相工作流體之該氣相清除該不可冷凝氣體；清除一脫氣系統之該不可冷凝氣體及將該二相工作流體提供至該脫氣系統；使該脫氣系統維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣系統中之洩漏；及儲存該經清除之二相工作流體。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括減小該脫氣系統中之一壓力以清除該脫氣系統之該不可冷凝氣體。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括將一溫度梯度應用於該脫氣系統以控制該脫氣系統內之流體流。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括將一壓力梯度應用於該脫氣系統以控制該脫氣系統內之流體流。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括用該經清除之二相工作流體填注一熱管理系統。
  6. 如請求項1之方法，其中自該二相工作流體之該液相清除該不可冷凝氣體包含：加熱該二相工作流體。
  7. 如請求項1之方法，其中自該二相工作流體之該液相清除該不可冷凝氣體包含：減小該脫氣系統中之一壓力。
  8. 如請求項1之方法，其中自該二相工作流體之該液相清除該不可冷凝氣體包含：攪拌該二相工作流體之該液相。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包括偵測該熱管理系統中之一洩漏。
  10. 如請求項1之方法，其中該二相工作流體包含一冷凍劑。
  11. 如請求項10之方法，其中該冷凍劑包含氫氟烴。
  12. 一種使一個二相工作流體準備填注一熱管理系統之系統，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該系統包括：一脫氣器，其用於自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體且維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣器中之洩漏；一冷凝器，其用於藉由使該二相工作流體冷凝而清除該二相工作流體之該氣相；一泵，其用於清除該系統之該不可冷凝氣體；一裝置，其用於控制該系統內之該二相工作流體之流動；及一儲存腔室，其用於儲存經清除之二相工作流體。
  13. 如請求項12之系統，其進一步包括對該冷凝器提供一流體連接之一導管，該導管包含一脫氣器。
  14. 如請求項12之系統，其進一步包括用該經清除之二相工作流體填注一熱管理系統之一填注單元。
  15. 如請求項12之系統，其中該儲存腔室進一步經組態以量測用於填注該熱管理系統之該二相工作流體之一容積。
  16. 如請求項12之系統，其進一步包括用於減少二相工作流體自該系統損耗之一隔離腔室。
  17. 如請求項12之系統，其進一步包括用於偵測該熱管理系統中之一洩漏之一洩漏偵測器。
  18. 如請求項12之系統，其中該脫氣器包括一加熱器。
  19. 如請求項12之系統，其中該脫氣器包括一泵。
  20. 如請求項12之系統，其中該脫氣器包括一機械攪拌器。
  21. 如請求項12之系統，其中用於控制該系統內之二相工作流體之該流動之該裝置包括一閥。
  22. 如請求項12之系統，其中用於控制該系統內之二相工作流體之該流動之該裝置包括一泵。
  23. 如請求項12之系統，其中用於控制該系統內之二相工作流體之該流動之該裝置包括一加熱器。
  24. 一種使一個二相工作流體準備用在一熱管理系統中之方法，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該方法包括：自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體；藉由使該二相工作流體之該氣相冷凝而自該二相工作流體之該氣相清除該不可冷凝氣體；清除一脫氣系統之該不可冷凝氣體及將該二相工作流體提供至該脫氣系統；將一溫度梯度或一壓力梯度之至少一者應用於該脫氣系統以控制該脫氣系統內之流體流；使該脫氣系統維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣系統中之洩漏；及儲存該經清除之二相工作流體。
  25. 一種使一個二相工作流體準備用在一熱管理系統中之方法，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該方法包括：自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體；藉由使該二相工作流體之該氣相冷凝而自該二相工作流體之該氣相清除該不可冷凝氣體；清除一脫氣系統之該不可冷凝氣體及將該二相工作流體提供至該脫氣系統； 使該脫氣系統維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體至該脫氣系統中之洩漏；及儲存該經清除之二相工作流體。
  26. 一種使一個二相工作流體準備用在一熱管理系統中之方法，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該方法包括：自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體，其中該清除包含下列步驟之至少一者：加熱該二相工作流體；減小該脫氣系統中之一壓力；或攪拌該二相工作流體之該液相，清除該脫氣系統之該不可冷凝氣體及將該二相工作流體提供至該脫氣系統；藉由使該二相工作流體之該氣相冷凝而自該二相工作流體之該氣相清除該不可冷凝氣體；使該脫氣系統維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣系統中之洩漏；及儲存該經清除之二相工作流體。
  27. 一種使一個二相工作流體準備填注一熱管理系統之系統，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該系統包括：一脫氣器，其用於自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體且維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣器中之洩漏；及；一冷凝器，其用於藉由使該二相工作流體冷凝而清除該二相工作流體之該氣相；一裝置，其用於控制該系統內之該二相工作流體之流動；一隔離腔室，其用於減少二相工作流體自該系統之損耗；及一儲存腔室，其用於儲存經清除之二相工作流體。
  28. 一種使一個二相工作流體準備填注一熱管理系統之系統，該二相工作流體具有一液相及一氣相，該系統包括：一脫氣器，其用於自該二相工作流體之該液相清除一不可冷凝氣體且維持處於一正壓力以減少該不可冷凝氣體進入該脫氣器中之洩漏；該脫氣器包括一加熱器、一泵或一機械攪拌器之至少一者；一冷凝器，其用於藉由使該二相工作流體冷凝而清除該二相工作流體之該氣相；一裝置，其用於控制該系統內之該二相工作流體之流動；及一儲存腔室，其用於儲存經清除之二相工作流體。
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