[發(fā)明專利]混合熱傳遞系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580065446.5
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號(hào): CN107110569A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿布舍克·阿達(dá)夫;杰西·W·愛德華茲;詹姆斯·克里斯多夫·凱勒;泰德·唐納利;邁克爾·J·布魯諾;艾倫·L·格雷;戴文·紐曼;亞歷克斯·R·查德
• 申請（專利權(quán)）人: 弗諾尼克設(shè)備公司
• 主分類號(hào): F25B13/00
• 分類號(hào): F25B13/00;F25B41/04;F28D15/02;F28D20/02;F28F13/00;F28F27/00
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所31272
• 代理人: 董科

優(yōu)先申請

本申請要求于2014年12月5日提交的題為“HIGH-EFFICIENCY HYBRID HEAT REMOVAL SYSTEM”的美國臨時(shí)專利申請序列號(hào)62/088,362的優(yōu)先權(quán)，該專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的領(lǐng)域一般涉及除熱系統(tǒng)，且特別涉及混合熱傳遞系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由于對有限資源和環(huán)境的擔(dān)憂，對節(jié)能的需求已經(jīng)大大增長。這導(dǎo)致了節(jié)能電器的發(fā)展。例如，與十五年前的模型相比，目前節(jié)能冰箱的能源使用量減少了近百分之四十。進(jìn)一步提高節(jié)能冰箱的效率的能力受到通用性能的需求的限制。例如，消費(fèi)者需要在寬溫度范圍內(nèi)操作并且在保持精確溫度控制的同時(shí)適應(yīng)快速變化的冰箱。

現(xiàn)有的制冷技術(shù)使用被動(dòng)或主動(dòng)冷卻技術(shù)。如本文所使用，當(dāng)在加熱或冷卻的情況下使用時(shí)，術(shù)語“被動(dòng)”是指例如經(jīng)由諸如傳導(dǎo)、對流、輻射等的自然過程在不需要額外能量的情況下發(fā)生的熱傳遞。如本文所使用，當(dāng)在加熱或冷卻的情況下使用時(shí)，術(shù)語“主動(dòng)”是指需要額外能量(例如電)以例如經(jīng)由使用諸如壓縮機(jī)、熱泵、珀?duì)柼?Peltier)連接等的耗電裝置發(fā)生的熱傳遞。因此，主動(dòng)冷卻系統(tǒng)是涉及消耗能量來冷卻物體的系統(tǒng)，而不是不消耗能量的被動(dòng)冷卻。

最常見類型的節(jié)能冰箱使用蒸氣壓縮系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，機(jī)械部件消耗能量來主動(dòng)輸送熱量。這些部件可包括壓縮機(jī)、冷凝器、熱膨脹閥、蒸發(fā)器、使工作流體(例如制冷劑)循環(huán)的管道，和恒溫器。部件使制冷劑循環(huán)，所述制冷劑經(jīng)受強(qiáng)制相變以將熱量從冷卻室輸送至外部環(huán)境。較不常見的制冷系統(tǒng)包括熱電冷卻系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，熱電熱泵消耗能量來將熱量從其從冷卻室接收熱量的被動(dòng)子系統(tǒng)主動(dòng)地輸送至拒斥熱量到外部環(huán)境的另一被動(dòng)子系統(tǒng)。

因?yàn)橹评湎到y(tǒng)通常是高度絕緣的，所以沒有設(shè)計(jì)導(dǎo)熱通道(通過該通道，熱量可通過單獨(dú)被動(dòng)傳輸從冷卻室傳遞至外部環(huán)境)。因此，如果主動(dòng)部件失效，則這些制冷系統(tǒng)不能拒斥來自冷卻室的熱量。

這個(gè)問題還困擾被設(shè)計(jì)為將內(nèi)部室保持在設(shè)定溫度下而與外部環(huán)境溫度無關(guān)的主動(dòng)系統(tǒng)：如果主動(dòng)部件失效，則不存在可通過其傳遞熱量以根據(jù)需要加熱或冷卻內(nèi)部室的導(dǎo)熱通道。此外，缺乏替代的被動(dòng)通道意味著為了降低功耗，不能利用外部環(huán)境條件。例如，如果室需要稍微加熱且外部環(huán)境比室溫暖，則存在替代的被動(dòng)通道將允許室經(jīng)由被動(dòng)熱傳遞而不是經(jīng)由主動(dòng)裝置而被加熱，因此消除了消耗(并支付)主動(dòng)裝置將使用的能量的需要。同樣適用于在外部環(huán)境比室冷的情況下需要稍微冷卻的室：可使用被動(dòng)通道將熱量從室傳遞至外部環(huán)境，而不需要消耗額外能量來運(yùn)行熱泵、壓縮機(jī)等。

因此，仍然需要用于熱傳遞的系統(tǒng)和方法，其以更低成本提供更高能量效率，同時(shí)保持性能的多功能性。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開了用于混合熱傳遞系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。

根據(jù)一方面，一種混合熱傳遞系統(tǒng)包括：第一導(dǎo)熱通道，其被構(gòu)造為在具有負(fù)載溫度(T_L)的負(fù)載和具有環(huán)境溫度(T_A)的周圍環(huán)境之間被動(dòng)地傳遞熱量；和第二導(dǎo)熱通道，其被構(gòu)造為在負(fù)載和周圍環(huán)境之間主動(dòng)地傳遞熱量，第二通道包括熱泵。

根據(jù)一方面，熱泵處于啟用狀態(tài)或停用狀態(tài)，且當(dāng)熱泵處于啟用狀態(tài)時(shí)，通過第二導(dǎo)熱通道主動(dòng)地傳遞熱量，且當(dāng)熱泵處于停用狀態(tài)時(shí)，不會(huì)通過第二導(dǎo)熱通道主動(dòng)地傳遞熱量。

根據(jù)另一方面，當(dāng)熱泵處于停用狀態(tài)時(shí)，通過第二導(dǎo)熱通道被動(dòng)傳遞熱量。

根據(jù)一方面，第一和第二通道中的每個(gè)都包括用于向或自負(fù)載傳遞熱量的其自己單獨(dú)的熱交換部件。根據(jù)另一方面，第一和第二通道共享用于向或自負(fù)載傳遞熱量的共用熱交換部件。

根據(jù)一方面，第一和第二通道中的每個(gè)都包括用于向或自周圍環(huán)境傳遞熱量的其自己單獨(dú)的熱交換部件。根據(jù)另一方面，第一和第二通道共享用于向或自周圍環(huán)境傳遞熱量的共用熱交換部件。

根據(jù)一方面，第一導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)在負(fù)載和周圍環(huán)境之間的熱二極管。根據(jù)一方面，熱二極管允許熱量從負(fù)載傳遞至周圍環(huán)境，并阻止熱量從周圍環(huán)境傳遞至負(fù)載。根據(jù)一方面，熱二極管包括熱虹吸管。

根據(jù)一方面，第二導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)在負(fù)載和周圍環(huán)境的熱二極管。根據(jù)一方面，熱二極管串聯(lián)在負(fù)載和熱泵之間。

根據(jù)一方面，第二導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)在負(fù)載和周圍環(huán)境之間的熱電容器。根據(jù)一方面，第二導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)在負(fù)載和熱泵之間的熱電容器。根據(jù)一方面，熱電容器包括相變材料和/或熱質(zhì)量。