[发明专利]混合热传递系统

说明书

优先申请

本申请要求于2014年12月5日提交的题为“HIGH-EFFICIENCY HYBRID HEAT REMOVAL SYSTEM”的美国临时专利申请序列号62/088,362的优先权，该专利的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开的领域一般涉及除热系统，且特别涉及混合热传递系统。

背景技术

由于对有限资源和环境的担忧，对节能的需求已经大大增长。这导致了节能电器的发展。例如，与十五年前的模型相比，目前节能冰箱的能源使用量减少了近百分之四十。进一步提高节能冰箱的效率的能力受到通用性能的需求的限制。例如，消费者需要在宽温度范围内操作并且在保持精确温度控制的同时适应快速变化的冰箱。

现有的制冷技术使用被动或主动冷却技术。如本文所使用，当在加热或冷却的情况下使用时，术语“被动”是指例如经由诸如传导、对流、辐射等的自然过程在不需要额外能量的情况下发生的热传递。如本文所使用，当在加热或冷却的情况下使用时，术语“主动”是指需要额外能量(例如电)以例如经由使用诸如压缩机、热泵、珀尔帖(Peltier)连接等的耗电装置发生的热传递。因此，主动冷却系统是涉及消耗能量来冷却物体的系统，而不是不消耗能量的被动冷却。

最常见类型的节能冰箱使用蒸气压缩系统。在这些系统中，机械部件消耗能量来主动输送热量。这些部件可包括压缩机、冷凝器、热膨胀阀、蒸发器、使工作流体(例如制冷剂)循环的管道，和恒温器。部件使制冷剂循环，所述制冷剂经受强制相变以将热量从冷却室输送至外部环境。较不常见的制冷系统包括热电冷却系统。在这些系统中，热电热泵消耗能量来将热量从其从冷却室接收热量的被动子系统主动地输送至拒斥热量到外部环境的另一被动子系统。

因为制冷系统通常是高度绝缘的，所以没有设计导热通道(通过该通道，热量可通过单独被动传输从冷却室传递至外部环境)。因此，如果主动部件失效，则这些制冷系统不能拒斥来自冷却室的热量。

这个问题还困扰被设计为将内部室保持在设定温度下而与外部环境温度无关的主动系统：如果主动部件失效，则不存在可通过其传递热量以根据需要加热或冷却内部室的导热通道。此外，缺乏替代的被动通道意味着为了降低功耗，不能利用外部环境条件。例如，如果室需要稍微加热且外部环境比室温暖，则存在替代的被动通道将允许室经由被动热传递而不是经由主动装置而被加热，因此消除了消耗(并支付)主动装置将使用的能量的需要。同样适用于在外部环境比室冷的情况下需要稍微冷却的室：可使用被动通道将热量从室传递至外部环境，而不需要消耗额外能量来运行热泵、压缩机等。

因此，仍然需要用于热传递的系统和方法，其以更低成本提供更高能量效率，同时保持性能的多功能性。

发明内容

本文公开了用于混合热传递系统的系统和方法。

根据一方面，一种混合热传递系统包括：第一导热通道，其被构造为在具有负载温度(T_L)的负载和具有环境温度(T_A)的周围环境之间被动地传递热量；和第二导热通道，其被构造为在负载和周围环境之间主动地传递热量，第二通道包括热泵。

根据一方面，热泵处于启用状态或停用状态，且当热泵处于启用状态时，通过第二导热通道主动地传递热量，且当热泵处于停用状态时，不会通过第二导热通道主动地传递热量。

根据另一方面，当热泵处于停用状态时，通过第二导热通道被动传递热量。

根据一方面，第一和第二通道中的每个都包括用于向或自负载传递热量的其自己单独的热交换部件。根据另一方面，第一和第二通道共享用于向或自负载传递热量的共用热交换部件。

根据一方面，第一和第二通道中的每个都包括用于向或自周围环境传递热量的其自己单独的热交换部件。根据另一方面，第一和第二通道共享用于向或自周围环境传递热量的共用热交换部件。

根据一方面，第一导热通道包括串联在负载和周围环境之间的热二极管。根据一方面，热二极管允许热量从负载传递至周围环境，并阻止热量从周围环境传递至负载。根据一方面，热二极管包括热虹吸管。

根据一方面，第二导热通道包括串联在负载和周围环境的热二极管。根据一方面，热二极管串联在负载和热泵之间。

根据一方面，第二导热通道包括串联在负载和周围环境之间的热电容器。根据一方面，第二导热通道包括串联在负载和热泵之间的热电容器。根据一方面，热电容器包括相变材料和/或热质量。