[發明專利]用于控制流體溫度和流動的方法和設備

在審

• 申請號: 200980147393.6
• 申請日: 2009-09-30
• 公開（公告）號: CN102227371A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 斯科特·戴維斯
• 申請（專利權）人: 福斯德物理學有限責任公司
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

發明描述

本專利申請要求2008年09月30日提交的美國臨時專利申請號61/101,227的優先權，該專利申請的內容以引用方式并入本文中。

技術領域

符合本發明的材料、組件、和方法涉及具有流體的微尺度溝槽的制造和使用，其中流體的溫度和流動至少部分地通過溝槽的幾何形狀和溝槽壁的至少一部分的構型以及構成流體的組分粒子控制。

背景技術

一定體積的流體(例如空氣)的特征可為溫度和壓力。當將一定體積的流體考慮為包括(例如)氧氣和氮氣分子的組分粒子的集合時，其在給定溫度下的特征也可為組分粒子速度的分布。此分布的特征通常可為平均速度，據理解該平均速度與流體(如氣體)的溫度具有關系。

因此，流體的內部熱能為涉及加熱、冷卻、和產生流體流動的應用提供能量源。一種利用流體(例如氣體)的內部熱能的方式描述于美國專利號7,008,176和6,932,564中，上述專利全文以引用方式并入本文中。

當利用流體(例如氣體)的內部熱能的裝置通過下述方式工作時，即基于使用移動部件選擇粒子移動方向或其速度從而來選擇流體的組分粒子，則存在下述需要，即可控制流體速度和溫度、但不是基于這種移動部件的方法和裝置。

因此，本發明的主要目標是為下述系統和方法提供解決方案，所述系統和方法受益于流體的冷卻、加熱、和/或流動控制但基于不依靠移動部件的原理工作。

這是通過制造和憑借采用一個或多個微尺度溝槽(微溝槽摂)的系統來實現的，所述微尺度溝槽被構造用于適應流體的流動，并且其中流體內的組分粒子被構造為使得組分粒子和微溝槽壁之間的碰撞為基本上鏡面的。

發明概述

符合本發明的示例性微溝槽被構造具有彼此流體連通的流入開口和流出開口。

如本文所用，微溝槽的“橫截面”是指微溝槽的下述特征面，其基本上垂直于由穿過微溝槽的流體的總體流動定義的方向。

如本文所用，微溝槽的“喉部”是指微溝槽在其橫截面中具有局部最小值的部分。應當注意，對于一個微溝槽，可存在多個喉部。

在符合本發明的一個實施例中，微溝槽的流入開口被構造為微溝槽的喉部，并且微溝槽的壁被構造為提供下述微溝槽，所述微溝槽在沿流體流動的方向上具有逐漸連續性增大的橫截面。在此示例性實施例中(其中(例如)流體為空氣)，流入開口優選為100μm^2并且可為0.01μm^2至500μm^2范圍內的任何值。此外，流出開口優選為3000μm^2并且可為0.1μm^2至50,000μm^2范圍內的任何值。微溝槽的壁的長度(即，微溝槽的流入開口和流出開口之間的線性距離)優選為30mm并且可為0.01mm至10米范圍內的任何值。在符合本發明的另一個實施例中，流入開口和流出開口的尺寸(以及橫截面隨長度變化的尺寸)可與剛才所論述的相顛倒。例如，流入開口優選為3000μm^2并且可為0.1μm^2至50,000μm^2范圍內的任何值，并且流出開口優選為100μm^2并且可為0.01μm^2至500μm^2范圍內的任何值。

在符合本發明的另一個實施例中，微溝槽的流入開口被構造為微溝槽的喉部，并且微溝槽的壁被構造為提供下述微溝槽，所述微溝槽具有在喉部附近急劇增大的橫截面以及隨后沿流體流動方向基本上固定的橫截面。在此示例性實施例中(其中(例如)流體為空氣)，流入開口優選為100μm^2并且可為0.01μm^2至500μm^2范圍內的任何值。此流入開口在擴展為較大的、基本上恒定的開口之前的示例性長度可為大約500μm。此外，流出開口優選為3000μm^2并且可為0.1μm^2至50,000μm^2范圍內的任何值。微溝槽的壁的長度(即，微溝槽的流入開口和流出開口之間的線性距離)優選為30mm并且可為0.01mm至50米范圍內的任何值。在符合本發明的另一個實施例中，流入開口和流出開口的尺寸(以及橫截面隨長度變化的尺寸)可與剛才所論述的相顛倒。例如，流入開口優選為3000μm^2并且可為0.1μm^2至50,000μm^2范圍內的任何值，并且流出開口優選為100μm^2并且可為0.01μm^2至500μm^2范圍內的任何值。