[發明專利]微型熱傳遞系統或熱與質量傳遞系統

有效

• 申請號: 200980130964.5
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN102112837A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: S·格瑞梅拉;M·D·德特曼
• 申請（專利權）人: 佐治亞科技研究公司
• 主分類號: F28D15/00
• 分類號: F28D15/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張蘭英;丁曉峰

相關申請的交互參照

本申請根據35?U.S.C.§119(e)要求對2008年7月31日提交的美國臨時專利申請No.61/085,192的優先權益，該專利申請題為“熱力致動的冷卻系統”，本文以參見方式引入其全部內容。

技術領域

本發明總體涉及微型熱傳遞系統或熱與質量傳遞系統，具體來說，涉及單塊的或一體的微型熱傳遞系統或裝置或熱與質量傳遞系統或裝置，該系統或裝置包括多個墊片或墊層，各個墊片包括多個微型槽，用來執行熱和/或質量交換功能。

背景技術

傳統上，蒸氣壓縮系統已經用于各種加熱和冷卻應用中，諸如住宅和商業用的空調、冷卻器和熱泵。這些系統一般地包括四個基本部件-蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹裝置。蒸發器和冷凝器包括多個熱交換器，它們蒸發和冷凝制冷劑，同時吸收和排出熱量。壓縮機從蒸發器中接受制冷劑蒸氣并充分地提升其壓力，以在冷凝器中冷凝蒸氣。從冷凝器中流出之后，較高壓力下的冷凝的制冷劑流受到膨脹裝置的控制，返回到蒸發器內，重復該循環以產生連續的加熱或冷卻效果。

然而，傳統的蒸氣壓縮系統具有若干個缺點。例如，大部分蒸氣壓縮系統依賴于對環境有不利影響的合成制冷劑。還有，大部分蒸氣壓縮系統利用昂貴的高級電能作為動力。此外，蒸氣壓縮系統常由于使用了壓縮機而噪音大和不可靠，且往往使用大體積的總體系統設計，該設計阻礙了小規模或便攜式的使用。

一種吸收型熱泵(文中也被稱之為“吸收型冷卻和/或加熱系統”)可被看作對傳統的蒸氣壓縮系統的環境友好的替代。原則上，傳統的蒸氣壓縮系統的壓縮機被以下部件的組合所替代：解吸器、吸收器、液體溶液泵，以及回熱溶液熱交換器而形成吸收型熱泵。由于沒有了主要的運動零件，即壓縮機，所以吸收型熱泵的好處是少關心可靠性的問題。吸收型熱泵內沒有壓縮機還意味著比蒸氣-壓縮系統安靜得多的操作。此外，與使用高級電能作為驅動該系統的輸入的蒸氣-壓縮系統不同，吸收型熱泵通常以更加容易得到和低級的熱能運行，熱能的獲得可取自生物燃料和化石燃料的燃燒，取自大大未使用的廢熱源(例如，汽車廢氣、過量的制造熱量等)，取自太陽熱能以及其它類似能源。在冷卻模式的運行中，該熱能輸入被用來提供冷卻和/或去濕，而在加熱模式中，熱輸入被用來將環境熱量泵到更高的溫度。

因為在吸收型熱泵中蒸氣-壓縮系統的壓縮機被以下部件的組合所替代：解吸器、吸收器、液體溶液泵，以及回熱溶液熱交換器，所以，吸收型熱泵的熱與質量交換通常比蒸氣-壓縮系統更加強烈，由此，需要添加傳熱表面面積。由于該相對較大表面面積的要求，吸收型熱泵通常已經被歸屬到非常大的商業和工業冷卻器的應用中，并達到緊湊的設計，同時，提供高的性能系數(COP)已經成為主要的挑戰。此外，若干個諸如雙重效果、三重效果和用來改善COP而開發的發生器-吸收器熱交換循環之類的先進的吸收循環，均依賴于附加的內部回熱來提高性能，還著重于對高的單位體積的熱與質量傳遞率的需要。事實上，這些循環還未廣泛地得到實施，主要因為缺乏實際可行和緊湊的熱與質量交換裝置。

因此，希望能獲得緊湊的吸收型冷卻和/或加熱系統，其提供與較大系統的輸出相當的輸出。然而，在使用兩個最普通的工作流體對(即，溴化鋰-水和氨-水)的吸收系統中，諸如吸收和解吸之類的過程自然包括二元流體內的偶聯的熱與質量傳遞，導致系統設計中的復雜性和挑戰。尤其是，在氨-水系統中，由于在全部系統內存在著液態和蒸氣態的吸收劑(即，水)和制冷劑(即，氨)，所以，如此的二元流體過程發生在系統內的所有部件中(包括冷凝器、蒸發器、精餾器和回熱式熱交換器)。對于其它不夠普通的工作流體(例如，多組分流體)，則需要多部件的熱與質量傳遞過程。對于在可利用分散提供的廢熱、太陽熱能或其它容量比工業規模小的能量的緊湊的高通量結構中實施吸收系統，則熱與質量交換器的設計應該提供若干個難于同時達到的特征。例如，在其它類似系統特性中，該系統應包括對工作流體為低的熱與質量傳遞阻力，對于工作流體和將這些工作流體偶聯到體積緊湊的外部熱源和散熱器的流體所必須的傳遞表面面積，以及對于偶聯流體為低的阻力。