[发明专利]微型热传递系统或热与质量传递系统

说明书

相关申请的交互参照

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求对2008年7月31日提交的美国临时专利申请No.61/085,192的优先权益，该专利申请题为“热力致动的冷却系统”，本文以参见方式引入其全部内容。

技术领域

本发明总体涉及微型热传递系统或热与质量传递系统，具体来说，涉及单块的或一体的微型热传递系统或装置或热与质量传递系统或装置，该系统或装置包括多个垫片或垫层，各个垫片包括多个微型槽，用来执行热和/或质量交换功能。

背景技术

传统上，蒸气压缩系统已经用于各种加热和冷却应用中，诸如住宅和商业用的空调、冷却器和热泵。这些系统一般地包括四个基本部件-蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀装置。蒸发器和冷凝器包括多个热交换器，它们蒸发和冷凝制冷剂，同时吸收和排出热量。压缩机从蒸发器中接受制冷剂蒸气并充分地提升其压力，以在冷凝器中冷凝蒸气。从冷凝器中流出之后，较高压力下的冷凝的制冷剂流受到膨胀装置的控制，返回到蒸发器内，重复该循环以产生连续的加热或冷却效果。

然而，传统的蒸气压缩系统具有若干个缺点。例如，大部分蒸气压缩系统依赖于对环境有不利影响的合成制冷剂。还有，大部分蒸气压缩系统利用昂贵的高级电能作为动力。此外，蒸气压缩系统常由于使用了压缩机而噪音大和不可靠，且往往使用大体积的总体系统设计，该设计阻碍了小规模或便携式的使用。

一种吸收型热泵(文中也被称之为“吸收型冷却和/或加热系统”)可被看作对传统的蒸气压缩系统的环境友好的替代。原则上，传统的蒸气压缩系统的压缩机被以下部件的组合所替代：解吸器、吸收器、液体溶液泵，以及回热溶液热交换器而形成吸收型热泵。由于没有了主要的运动零件，即压缩机，所以吸收型热泵的好处是少关心可靠性的问题。吸收型热泵内没有压缩机还意味着比蒸气-压缩系统安静得多的操作。此外，与使用高级电能作为驱动该系统的输入的蒸气-压缩系统不同，吸收型热泵通常以更加容易得到和低级的热能运行，热能的获得可取自生物燃料和化石燃料的燃烧，取自大大未使用的废热源(例如，汽车废气、过量的制造热量等)，取自太阳热能以及其它类似能源。在冷却模式的运行中，该热能输入被用来提供冷却和/或去湿，而在加热模式中，热输入被用来将环境热量泵到更高的温度。

因为在吸收型热泵中蒸气-压缩系统的压缩机被以下部件的组合所替代：解吸器、吸收器、液体溶液泵，以及回热溶液热交换器，所以，吸收型热泵的热与质量交换通常比蒸气-压缩系统更加强烈，由此，需要添加传热表面面积。由于该相对较大表面面积的要求，吸收型热泵通常已经被归属到非常大的商业和工业冷却器的应用中，并达到紧凑的设计，同时，提供高的性能系数(COP)已经成为主要的挑战。此外，若干个诸如双重效果、三重效果和用来改善COP而开发的发生器-吸收器热交换循环之类的先进的吸收循环，均依赖于附加的内部回热来提高性能，还着重于对高的单位体积的热与质量传递率的需要。事实上，这些循环还未广泛地得到实施，主要因为缺乏实际可行和紧凑的热与质量交换装置。

因此，希望能获得紧凑的吸收型冷却和/或加热系统，其提供与较大系统的输出相当的输出。然而，在使用两个最普通的工作流体对(即，溴化锂-水和氨-水)的吸收系统中，诸如吸收和解吸之类的过程自然包括二元流体内的偶联的热与质量传递，导致系统设计中的复杂性和挑战。尤其是，在氨-水系统中，由于在全部系统内存在着液态和蒸气态的吸收剂(即，水)和制冷剂(即，氨)，所以，如此的二元流体过程发生在系统内的所有部件中(包括冷凝器、蒸发器、精馏器和回热式热交换器)。对于其它不够普通的工作流体(例如，多组分流体)，则需要多部件的热与质量传递过程。对于在可利用分散提供的废热、太阳热能或其它容量比工业规模小的能量的紧凑的高通量结构中实施吸收系统，则热与质量交换器的设计应该提供若干个难于同时达到的特征。例如，在其它类似系统特性中，该系统应包括对工作流体为低的热与质量传递阻力，对于工作流体和将这些工作流体偶联到体积紧凑的外部热源和散热器的流体所必须的传递表面面积，以及对于偶联流体为低的阻力。