具体实施方式

大型计算机服务器系统可在其运行期间执行显著的工作负载并生成大量的热。这些热的显著部分是通过运行这些服务器系统生成的。部分地由于生成大量的热，这些服务器通常安装在机架上，并且经由内部风扇和/或附接到机架背面或服务器生态系统内的其它地方的风扇来进行空气冷却。随着对越来越多的处理和存储资源进行访问的需求继续扩大，服务器系统的密度(即，放置在单个服务器上的处理能力和/或存储装置的量、放置在单个机架中的服务器的数目、和/或部署在单个服务器群(server farm)中的服务器和或机架的数目)继续增大。随着对增加这些服务器系统中的处理或存储密度的期望而产生的热挑战仍然是显著的障碍。常规冷却系统(例如，基于风扇的冷却系统)需要大量的功率，并且驱动此类系统所需的功率成本随着服务器密度的增加而指数地增加。因此，存在对用于冷却这些服务器的高效率、低功耗的系统的需求，同时考虑到所需要的增加的这些服务器系统的处理和/或存储密度。

两相浸没冷却是用于高性能服务器计算市场的新兴冷却技术，其依赖于在将液体(冷却流体)气化成气体的过程中吸收的热(即，气化的热)。本申请中所用的工作流体必须满足某些在应用中可行的要求。例如，运行期间的沸腾温度应该在介于例如30℃至75℃之间的范围内。一般来讲，该范围适应于将服务器部件维持在足够冷的温度，同时允许将热有效地耗散到最终散热器(例如，外部空气)。工作流体必须是惰性的，使得其与构造材料和电气部件相容。某些全氟化材料和部分氟化材料满足这些要求。

在典型的两相浸没冷却系统中，服务器浸入工作流体浴(具有沸腾温度T_b)中，该工作流体浴被密封并保持在大气压或接近大气压下。整合到罐中的蒸气冷凝器由温度为Tw的水冷却。在运行期间，在稳定回流建立之后，由沸腾的工作流体产生的工作流体蒸气在其冷凝回液态时形成离散的蒸气水平。该层上方为“顶部空间”，即不可冷凝气体(通常为空气)、水蒸汽和工作流体蒸气的混合物，该工作流体蒸气处于介于Tw和罐外环境空气温度T_amb之间的某个温度下。这3个不同的相(液相、蒸气相和顶空相)占据罐内的体积。

在两相浸没冷却系统的正常运行期间，该“顶部空间”相必须偶尔排出气。此类排出导致工作流体蒸气的损失，这是不合需求的运行成本。虽然为降低该退出流中的工作流体蒸气量而压缩和/或冷却此排出流是可行方式，但是除成本高昂和增加复杂程度外，此类机构移除仅小部分工作流体蒸气。因此，用于从该顶部空间排出流中捕集和回收该工作流体蒸气的简单且成本相对较低的器件、系统、和方法是合乎需求的。

如本文所用，“氟-”(例如，涉及基团或部分，诸如“氟代亚烷基”或“氟代烷基”或“氟烃”)或“氟化的”意指(i)部分地氟化，使得存在至少一个键合碳的氢原子，或者(ii)全氟化的。

如本文所用，“全氟-”(例如，涉及基团或部分，诸如就“全氟亚烷基”或“全氟烷基”或“全氟烃”而言)或“全氟化的”意指完全地氟化，使得除非另外表明，否则任何键合碳的氢均被氟原子替换。

如本文所用，“卤化材料”意指至少部分地卤化(至多完全地卤化)使得存在至少一个键合碳的卤素原子的有机化合物。

如本文所用，“选择性移除”是指从包括两种或更多种流体组分的密封体积至少部分地移除(至多完全地移除)一种或多种特定流体组分(但少于所有流体组分)。

如本文所用，“流体”是指液相和/或蒸气相。

如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代，除非内容清楚指示其它含义。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非所述内容明确地另有规定，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。

如本文所用，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。

除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。

一般来讲，本公开涉及浸没冷却系统，该浸没冷却系统供于捕集和回收系统排出流(包含工作流体的蒸气相以及不可冷凝气体或水蒸汽中的任一者或两者)中存在的工作流体蒸气。在一些实施方案中，浸没冷却系统可作为用于冷却一个或多个发热部件的两相蒸发-冷凝系统来运行。在正常运行期间，该排出流可被按路线导送至至吸附器，该吸附器将该工作流体从该流体流中至少部分地分离并且，然后，将该流体流的剩余组分排出到该浸没冷却系统外部的环境中。该系统也可被配置为从该吸附器中解吸所分离的工作流体，并将所分离的工作流体送回至该系统内的流体贮存器。

现在参见图1，在一些实施方案中，两相浸没冷却系统10可包括具有内部空间的壳体15。在该内部空间的下部体积15A内，可设置有具有上部流体表面20(即，该液相V_L的最顶部水平面)的工作流体的液相V_L。内部空间还可包括从液体表面20延伸到壳体15的上壁15C的上部体积15B。在该系统10的稳态操作期间，该上部体积15B可包括该工作液体的蒸气相V_V(由沸腾的工作流体生成并在其冷凝回液态时形成离散相)和设置在该蒸气相V_V上方的包含不可冷凝气体(例如，空气)和工作流体蒸气混合物的顶空相V_H。

在一些实施方案中，发热部件25可设置在该内部空间内，使得该发热部件至少部分地浸没(并且至多完全地浸没)在该工作流体的液相V_L中。也就是说，虽然发热部件25被示为仅部分地浸入该上部液体表面20下方，但是在一些实施方案中，该发热部件25可完全地浸入该液体表面20下方。在一些实施方案中，发热部件可包括一个或多个电子器件，诸如计算服务器。

在各种实施方案中，热交换器30(例如，冷凝器)可设置在该上部体积15B内。一般来讲，该热交换器30可被配置为使得其能够冷凝该工作流体的蒸气相V_V，该工作流体的蒸气相是由于由该发热元件25产生的热而生成的。例如，热交换器30可具有维持在低于工作流体的蒸气相V_V的冷凝温度的温度下的外表面。就这一点而言，在该热交换器30处，在该工作流体的上升蒸气相V_V与该热交换器30接触时，该上升蒸气相V_V可通过将潜热释放到该热交换器30而被冷凝回液相或冷凝物V_C。然后可将所得冷凝物V_C送回至设置在该下部体积15A中的液相V_L。

在一些实施方案中，该系统10还可包括设置在该壳体15内的吸附器装置100。该吸附器装置100可提供成与该顶空相V_H和该系统10周围的环境流体地连通，使得该顶空相V_H可经由该吸附器装置100排出到该系统10周围的外部环境中。

现在参见图2A和图2B，在一些实施方案中，该吸附器装置100可包括流体入口105、设置在该第一流体入口105下游的吸附剂过滤器110、第一流体出口115、和第二流体出口120，该第一流体出口115和第二流体出口120中的每一者都设置在该吸附剂过滤器110的下游。该吸附器装置100还可包括阀机构125，该阀机构被配置为将该吸附剂过滤器110下游的流体引导至该第一流体出口115或者该第二流体出口120。在一些实施方案中，该第一流体出口115可与该系统10周围的外部环境流体地连通，并且该第二流体出口120可与该壳体15的内部空间流体地连通。

关于用于将该顶空相V_H传送经过该过滤器110的驱动力，在一些实施方案中，该系统可被配置为使得如果该壳体15的内部空间中的压力一旦上升到预定设定点(指示释放该顶空相V_H的一些部分的需求)以上，该阀机构125可被配置为致动，使得该顶空相，V_H，通过穿过流体入口105、吸附剂过滤器110和流体出口115而被允许退出该壳体15的内部空间。

在一些实施方案中，该吸附器装置100还可包括解吸机构(未示出)，该解吸机构操作地联接到该吸附剂过滤器110并被配置为引起已经由该吸附剂过滤器110捕集的流体解吸。在一些实施方案中，该解吸机构可包括加热元件，该加热元件被配置为向该吸附剂过滤器的110过滤器介质提供足量的热，致使已经由该吸附剂过滤器110捕集的流体解吸。例如，合适的加热元件可包括电阻加热器或电流源，该电流源被配置为使电流穿过该过滤器介质，从而致使该过滤器介质的加热。另选地或除此之外，该解吸机构可包括真空器件，该真空器件联接到吸附剂过滤器110，使得可在容纳该吸附剂过滤器110的过滤器介质的腔室内引起真空条件。此类真空条件可转而致使由该过滤器介质捕集的流体从该过滤器介质中解吸。

现在参见图3A、图3B、和图3C，示出了根据本公开的一些实施方案的吸附器装置200。如示出的，与单个吸附剂过滤器完全不同，该吸附器装置200可包括第一吸附剂过滤器201和第二吸附剂过滤器202。就这一点而言，该吸附器装置200可说明为具有第一吸附路径和第二吸附路径，该第一吸附路径和第二吸附路径可交替地将该排出流联接到相应的第一吸附剂过滤器201和第二吸附剂过滤器202。应当理解，该吸附器装置200以这种方式的配置促进该工作流体蒸气从该排出流中持续地排出和吸附。这与该吸附器装置100形成对比，该吸附器装置100设计将需要在解吸循环期间中断该排出流。

在一些实施方案中，该吸附器装置200可包括流体入口205、第一过滤器入口210、第二过滤器入口215、和第一阀机构220，该第一阀机构被配置为将流体从该流体入口205按路线导送至该第一过滤器入口210或该第二过滤器入口215(也就是说，按照该第一阀机构220的位置，该流体入口205可与该第一过滤器入口210或该第二过滤器入口215流体地连通)。该第一吸附剂过滤器201和该第二吸附剂过滤器202可分别与该第一过滤器入口210和该第二过滤器入口215流体地连通，并设置在该第一过滤器入口210和该第二过滤器入口215的下游。该流体入口205可与该系统10的顶空相V_H流体地连通，使得该顶空相V_H可经由该流体入口205按路线导送至该吸附剂过滤器。

在一些实施方案中，该吸附器装置200还可包括流体出口225、第一过滤器出口230、第二过滤器出口235、和第二阀机构240，该第二阀机构被配置为将来自该第一过滤器出口230和该第二过滤器出口235的流体按路线导送至该流体出口225或者该壳体15的内部空间(也就是说，按照该第二阀机构240的位置，该第一过滤器出口230和该第二过滤器出口235可与该流体出口225或者该壳体15的内部空间流体地连通)。该第一过滤器出口230和该第二过滤器出口235可分别与该第一吸附剂过滤器201和第二吸附剂过滤器201流体地连通，并设置在该第一吸附剂过滤器201和第二吸附剂过滤器201的下游。该流体出口225可与该系统10周围的外部环境流体地连通。

与先前的实施方案一样，该吸附器装置200还可包括解吸机构(未示出)，该解吸机构操作地联接到该第一吸附剂过滤器201和该第二吸附剂过滤器202中的任一者或两者，并且被配置为引起已经由该吸附剂过滤器201、202捕集的流体解吸。

在一些实施方案中，在由加热引起的解吸循环期间，所捕集的流体可作为部分饱和、饱和、或过热蒸气流离开该吸附剂并进入该内部体积15以被该冷凝器30冷凝。在一些实施方案中，在由真空引起的解吸循环期间，该流体可作为饱和的或接近饱和的蒸气流离开压力降低的该吸附剂，以被该真空器件喷射并被该初级冷凝器30捕集。

在任何上述实施方案中，该系统还可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器设置在该排出流的流动路径中并且被配置为感测系统参数。例如，该系统可包括该吸附剂过滤器下游的一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测特定流体(例如，该工作流体)的存在。这样，该系统可检测该吸附剂过滤器何时不再具有吸附该特定流体的能力。响应于此类检测，该系统可启动解吸循环，该解吸循环包括该流体从该过滤器介质中解吸，以及随后将所解吸的流体按路线导送至该壳体的内部空间(或一些其他流体贮存器)。就这一点而言，该系统还可包括可编程控制器，该可编程控制器联接到该传感器、该阀机构、和该解吸机构中的任一者或全部，用于响应于所感测的系统参数来控制该排出流的解吸循环和流动路径。

如前所述，在任何上述实施方案中，该吸附剂过滤器可被配置为从该排出流中选择性地移除/捕集一种或多种第一流体(例如，该工作流体)，同时允许一种或多种第二流体(例如，空气)经过并排出到该系统10周围的外部环境并且，随后，考虑到所捕集的流体解吸。在一些实施方案中，该吸附剂过滤器可包括考虑到该工作流体吸附和解吸的多孔介质。该多孔介质可包括微孔和中孔两者以执行吸附和解吸操作。在一些实施方案中，该多孔介质相对于该工作流体可以是惰性的(即，该工作流体不会由于被该多孔介质吸附和解吸而改变特性)。在一些实施方案中，该吸附剂过滤器可包括活性炭床。另选地或除此之外，可采用任何其它合适的吸附剂过滤器，诸如沸石、二氧化硅、或硅胶过滤器。

在一些实施方案中，工作流体可为或包括一种或多种卤化流体(例如，氟化的或氯化的)。例如，工作流体可为氟化有机流体。合适的氟化有机流体可包括氢氟醚、氟酮(或全氟酮)、氢氟烯烃、全氟烃(例如全氟己烷)、全氟甲基吗啉、或它们的组合。

在一些实施方案中，除了卤化流体之外，该工作流体可包括(单独地或以任何组合)：基于该工作流体的总重量计的醚、烷烃、全氟烯烃、烯烃、卤代烯烃、全氟烃、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、酯、全氟酮、酮、环氧乙烷、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚、或它们的混合物；或基于该工作流体的总重量计的烷烃、全氟烯烃、卤代烯烃、全氟烃、全氟化叔胺、全氟醚、环烷烃、全氟酮、芳族化合物、硅氧烷、氢氯烃、氢氯氟烃、氢氟烃、氢氟烯烃、氢氯氟烯烃、氢氟醚、或它们的混合物。可选择此类附加组分以改变或增强用于特定用途的组合物的特性。

在一些实施方案中，本公开的工作流体可在运行(例如，介于0.9atm和1.1atm之间或介于0.5atm和1.5atm之间的压力)期间具有介于30℃至75℃、或35℃至75℃、40℃至75℃、或45℃至75℃的沸点。在一些实施方案中，本发明的工作流体可在运行期间具有大于40℃、或大于50℃、或大于60℃、大于70℃、或大于75℃的沸点。

在一些实施方案中，本公开的工作流体可具有根据ASTM D150在室温下测量的小于4.0、小于3.2、小于2.3、小于2.2、小于2.1、小于2.0、或小于1.9的介电常数。

在一些实施方案中，本公开的工作流体可为疏水的、相对化学惰性的和热稳定的。工作流体可具有低环境影响。就这一点而言，本公开的工作流体可具有零或接近零的臭氧损耗潜势(ODP)和小于500、300、200、100或小于10的全球变暖潜势(GWP，100yr ITH)。

在一些实施方案中，本公开可涉及用于冷却电子部件的方法。一般来讲，该方法可包括将发热部件(例如，计算机服务器)至少部分地浸没在上述工作流体中。该方法还可包括使用上述工作流体传递来自发热部件的热量。该方法还可包括操作上述吸附器装置中的任何一个以(i)接收来自该内部空间的流体流，该流体流包含该工作流体的蒸气相和不可冷凝气体；(ii)将该工作流体从该流体流中至少部分地分离(并且至多完全地分离)并且，然后将该流体流排出到该系统外部的环境中；以及(iii)将所分离的工作流体送回至该内部空间。

实施方案列举

1.一种热管理系统，所述热管理系统包括：

壳体，所述壳体具有内部空间；

发热部件，所述发热部件设置在所述内部空间内；

工作流体，所述工作流体设置在所述内部空间内，使得所述发热部件接触所述工作流体的液相；和

吸附器装置，所述吸附器装置设置在所述内部空间内，所述吸附器装置与所述内部空间以及所述热管理系统外部的环境流体

地连通，并且所述吸附器装置被配置为：

(i)接收来自所述内部空间的流体流，所述流体流包含所述工作流体的蒸气相和不可冷凝气体；

(ii)将该工作流体从该流体流中至少部分地分离，然后将该流体流排出到该流体空间外部的环境中；以及

(iii)将所分离的工作流体送回至所述内部空间。

2.根据实施方案1所述的热管理系统，其中所述吸附器装置包括吸附过滤器装置，所述吸附过滤器装置包括入口、出口和吸附过滤器。

3.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述吸附器装置包括解吸机构，所述解吸机构被配置为启动所述工作流体从所述吸附过滤器的解吸。

4.根据实施方案3所述的热管理系统，其中所述解吸机构包括加热元件。

5.根据实施方案4所述的热管理系统，其中所述加热元件包括电阻加热器。

6.根据实施方案4所述的热管理系统，其中所述加热元件包括电流源，所述电流源被配置为使电流穿过所述吸附过滤器的过滤器介质。

7.根据实施方案3所述的热管理系统，其中所述解吸机构包括真空器件，所述真空器件操作地联接到所述吸附剂过滤器。

8.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述排出装置包括第二吸附过滤器装置，所述第二吸附过滤器装置包括第二入口、第二出口、和第二吸附过滤器。

9.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述排出装置包括阀机构，所述阀机构被配置为将所述流体流按路线导送至所述吸附过滤器。

10.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中冷却系统被配置为使得在稳态操作条件下，(i)所述工作流体的液相设置在所述壳体的下部体积中，(ii)所述工作流体的蒸气相设置在液相上方，并且(iii)包含不可冷凝气体、水蒸汽、和工作流体蒸气的顶空相设置在所述蒸气相上方。

11.根据实施方案10所述的热管理系统，其中所述流体流包含所述顶空相。

12.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述工作流体包含氟化材料。

13.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述工作流体在1atm下具有介于30℃和75℃之间的沸点。

14.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述工作流体具有小于2.5的介电常数。

15.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述发热部件包括电子器件。

16.根据实施方案15所述的热管理系统，其中所述电子器件包括计算服务器。

17.根据实施方案16所述的热管理系统，其中所述计算服务器以大于3GHz的频率运行。

18.根据前述实施方案中任一项所述的热管理系统，其中所述热管理系统还包括热交换器，所述热交换器设置在所述系统内，使得所述工作流体液体一经蒸发，所述蒸气相就接触所述热交换器。

本公开的操作将参照以下详述的实施例另外描述。提供这些实施例以进一步说明多种实施方案和技术。然而，应当理解，可做出许多变型和修改而仍落在本公开的范围内。

实施例

虽然本文出于说明一些实施方案的目的对具体实施方案进行了举例说明和描述，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本公开范围的前提下，各种替代和/或等同实施方式可以取代举例说明和描述的具体实施方案。