優(yōu)先申請

本申請要求于2014年12月5日提交的題為“high-efficiencyhybridheatremovalsystem”的美國臨時(shí)專利申請序列號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。

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)使用被動或主動冷卻技術(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”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”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子系統(tǒng)主動地輸送至拒斥熱量到外部環(huán)境的另一被動子系統(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)被動傳輸從冷卻室傳遞至外部環(huán)境)。因此，如果主動部件失效，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)的主動系統(tǒng)：如果主動部件失效，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，則存在替代的被動通道將允許室經(jīng)由被動熱傳遞而不是經(jīng)由主動裝置而被加熱，因此消除了消耗(并支付)主動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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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(tl)的負(fù)載和具有環(huán)境溫度(ta)的周圍環(huán)境之間被動地傳遞熱量；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)熱通道主動地傳遞熱量，且當(dāng)熱泵處于停用狀態(tài)時(shí)，不會通過第二導(dǎo)熱通道主動地傳遞熱量。

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。

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)境之間的熱二極管、熱電容器和熱泵。根據(jù)一方面，第二導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)在負(fù)載和熱泵之間的熱二極管和熱電容器。

根據(jù)一方面，第一導(dǎo)熱通道還包括熱泵。

根據(jù)另一方面，一種混合熱傳遞系統(tǒng)包括導(dǎo)熱通道，該通道用于將熱量從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載傳遞至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境，其中導(dǎo)熱通道包括具有儲存溫度ts的熱電容器；熱泵，其具有啟用狀態(tài)，在所述啟用狀態(tài)期間，由熱泵主動地傳遞熱量；和停用狀態(tài)，在所述停用狀態(tài)期間，熱泵不會主動地傳遞熱量；和熱二極管，其串聯(lián)連接在負(fù)載和周圍環(huán)境之間。

根據(jù)一方面，熱電容器包括相變材料和/或熱質(zhì)量。

根據(jù)一方面，熱電容器的第一側(cè)與負(fù)載接觸，熱泵的第一側(cè)與熱電容器的第二側(cè)接觸，熱二極管的第一側(cè)與熱泵的第二側(cè)接觸，且熱二極管的第二側(cè)將熱量傳遞至周圍環(huán)境。

根據(jù)又另一方面，一種混合式熱交換系統(tǒng)包括第一部件，其用于主動加熱和/或冷卻負(fù)載，第一部件的操作由至少一個(gè)控制輸入控制；和控制系統(tǒng)，其被構(gòu)造為用于根據(jù)算法經(jīng)由至少一個(gè)控制輸入來控制第一部件的操作。

根據(jù)一方面，控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)溫度傳感器；和控制器，其具有硬件并被構(gòu)造為從至少一個(gè)溫度傳感器接收溫度信息，以根據(jù)算法處理該信息以確定第一部件的期望操作，并控制第一部件的操作。

根據(jù)一方面，控制器經(jīng)由啟用和切換控制器和第一部件之間的電路來控制第一部件的操作。

根據(jù)又另一方面，一種用于控制混合熱傳遞系統(tǒng)的方法，所述混合熱傳遞系統(tǒng)具有第一導(dǎo)熱通道，所述第一導(dǎo)熱通道用于在具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載和具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境之間被動地傳遞熱量；并具有第二導(dǎo)熱通道，其用于在負(fù)載和周圍環(huán)境之間主動地傳遞熱量，其中第二通道包括熱泵，所述方法包括：監(jiān)測tl和ta的值。在確定tl大于第一閾值tlh時(shí)，如果確定ta大于或等于tl，則啟用熱泵，使得經(jīng)由第二通道將熱量從負(fù)載主動地傳遞至周圍環(huán)境；然而，如果確定ta小于tl，則停用熱泵，使得不會經(jīng)由第二通道將熱量從負(fù)載主動地傳遞至周圍環(huán)境(例如，經(jīng)由第一通道將熱量從負(fù)載被動地傳遞至周圍環(huán)境)。在確定tl小于第二閾值tll時(shí)，如果確定ta小于或等于tl，則啟用熱泵，使得經(jīng)由第二通道將熱量從周圍環(huán)境主動地傳遞至負(fù)載；然而，如果ta大于tl，則停用熱泵，使得不會經(jīng)由第二通道將熱量從周圍環(huán)境主動地傳遞至負(fù)載(例如，經(jīng)由第一通道將熱量從周圍環(huán)境被動地傳遞至負(fù)載)。在確定tll≤tl≤tlh時(shí)，不改變熱泵的當(dāng)前操作狀態(tài)(啟用或停用)。

這里描述的方法和系統(tǒng)以更低成本提供更高效率，同時(shí)提高性能的多功能性，諸如在寬溫度范圍和冷卻速度下操作，同時(shí)保持溫度的精確控制。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)在閱讀與附圖相關(guān)聯(lián)的優(yōu)選實(shí)施方案的以下具體實(shí)施方式之后，理解本公開的范圍并實(shí)現(xiàn)其附加方面。

附圖說明

并入并形成本說明書的一部分的附圖示出本公開的幾個(gè)方面，并與具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開的原理。

圖1a示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)，其中系統(tǒng)包括用于在負(fù)載和周圍環(huán)境之間傳遞熱量的第一和第二導(dǎo)熱通道，第二通道包括熱泵；

圖1b示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的示例混合熱傳遞系統(tǒng)的正交圖，其中第一通道在第二通道上風(fēng)向，使得來自主動第二通道的熱量不影響被動第一通道的性能；

圖1c示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的圖1a中的系統(tǒng)的功能描述；

圖1d示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的用于混合熱傳遞系統(tǒng)的示例方法的流程圖；

圖2a和圖2b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一和第二導(dǎo)熱通道共享用于向或自負(fù)載傳遞熱量的共用熱交換器；

圖2c和圖2d分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一和第二導(dǎo)熱通道共享用于向或自周圍環(huán)境傳遞熱量的共用熱交換器；

圖3a和圖3b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一導(dǎo)熱通道通過熱二極管熱連接至負(fù)載；

圖4a和圖4b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一導(dǎo)熱通道通過熱二極管熱連接至負(fù)載，且其中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器；

圖5a和圖5b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道通過熱二極管熱連接至負(fù)載；

圖6a和圖6b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道通過熱電容器熱連接至負(fù)載；

圖7a和圖7b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道通過熱二極管和熱電容器熱連接至負(fù)載；

圖8a和圖8b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道通過熱二極管和熱電容器熱連接至負(fù)載，其中所述第一導(dǎo)熱通道還包括熱泵；

圖9a和圖9b分別示出根據(jù)本公開的又另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中負(fù)載和周圍環(huán)境之間的導(dǎo)熱通道包括串聯(lián)連接的熱電容器、熱泵和熱二極管；和

圖10示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的示例混合熱交換系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

本文公開了用于混合熱傳遞系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。下面闡述的實(shí)施方案表示使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`實(shí)施方案并說明實(shí)踐實(shí)施方案的最佳方式的必要信息。在參考附圖閱讀以下描述后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解本公開的概念，并且應(yīng)認(rèn)識到這些概念的應(yīng)用在本文中未具體闡述。應(yīng)理解，這些概念和應(yīng)用都落入本公開和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

應(yīng)理解，雖然術(shù)語第一、第二等可在本文用于描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于區(qū)分元件。例如，在不脫離本公開的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，且類似地，第二元件可被稱為第一元件。

還應(yīng)理解，當(dāng)元件被稱為“連接”或“耦接”至另一元件時(shí)，其可直接連接或耦接至另一元件，或者可存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”至另一元件時(shí)，不存在中間元件。

還應(yīng)理解，除非上下文另有明確指出，否則單數(shù)形式“不定冠詞”和“定冠詞”包括復(fù)數(shù)形式。術(shù)語“包括”在本文中使用時(shí)指定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或添加。此外，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)列出的項(xiàng)目中的任何和所有組合。

除非另有定義，否則本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)都具有與本公開所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解相同的含義。應(yīng)進(jìn)一步理解，本文所使用的術(shù)語應(yīng)被解釋為具有與本說明書和相關(guān)領(lǐng)域的上下文中的含義一致的含義，且不會以理想化或過度正式的方式解釋，除非本文明確定義。

熱傳遞通道包括可串聯(lián)熱耦接以提供沿通道的熱流的一個(gè)或多個(gè)部件。例如，可從封閉室(例如，冰箱內(nèi)室)移除熱量且熱量沿?zé)醾鬟f通道移動，以便隨后釋放至外部環(huán)境(即周圍環(huán)境)。熱傳遞通道可以是除熱系統(tǒng)的“接受側(cè)”和/或“拒斥側(cè)”的一部分和/或熱耦接至“接受側(cè)”和/或“拒斥側(cè)”。接受側(cè)接受來自熱負(fù)載的熱量(例如，從負(fù)載中移除熱量)。拒斥側(cè)拒斥熱量到外部/周圍環(huán)境。

根據(jù)熱傳遞通道是否提供主動和/或被動熱流，熱傳遞通道可以是“主動”和/或“被動”的。例如，熱傳遞通道的部件可引起熱傳遞通道在消耗能量時(shí)提供“主動”熱傳遞。另一方面，當(dāng)相同部件不消耗能量時(shí)，相同熱傳遞通道可提供“被動”熱傳遞。因此，主動熱傳遞通道和被動熱傳遞通道之間的區(qū)別取決于是否可由通道主動地和/或被動地傳遞可觀量的熱量。更具體地，熱傳遞通道可包括至少一個(gè)主動熱交換部件和一個(gè)或多個(gè)被動部件。然而，熱傳遞通道是否被稱為“主動熱傳遞通道”或“被動熱傳遞通道”取決于熱傳遞通道是否被構(gòu)造為主動地和/或被動地傳遞可觀量的熱量。

主動熱傳遞通道包括通過消耗能量引起熱傳遞的至少一個(gè)部件。因此，當(dāng)至少一個(gè)部件消耗能量時(shí)，主動熱傳遞通道傳遞可觀量的熱量。這種部件在本文中通常稱為“主動熱交換部件”。主動熱交換部件的實(shí)施例包括熱泵，諸如蒸氣壓縮機(jī)、斯特林(stirling)冷卻器、熱電裝置，以及通過消耗能量傳遞或調(diào)節(jié)熱量的任何結(jié)構(gòu)、裝置和/或材料。因此，當(dāng)主動熱交換部件中的至少一個(gè)部件消耗能量時(shí)，主動熱傳遞通道都傳遞可觀量的熱量。

被動熱傳遞通道包括在不消耗能量的情況下增加自然冷卻過程的有效性的一個(gè)或多個(gè)被動部件。被動部件的實(shí)施例包括散熱器、熱虹吸管、熱管、熱交換器、相變材料，或在不消耗能量的情況下依賴散熱或調(diào)整的自然過程的任何結(jié)構(gòu)、裝置和/或材料。因此，在不消耗能量的情況下，被動熱傳遞通道傳遞可觀量的熱量。

因此，包括主動熱交換部件的熱傳遞通道在其消耗能量來主動傳遞熱量時(shí)是主動熱傳遞通道，且如果在主動熱交換部件不消耗能量時(shí)，主動熱傳遞通道被動地傳遞可觀量的熱量，則熱傳遞通道可以是被動熱傳遞通道。相反，被動熱傳遞通道可包括主動熱交換部件，在被動熱傳遞通道被動地傳遞可觀量的熱量時(shí)，該主動熱交換部件不消耗能量。

用于除熱系統(tǒng)的本文公開的實(shí)施方案利用形成一個(gè)或多個(gè)主動和/或被動熱傳遞通道的主動和/或被動部件的組合。這些組合實(shí)現(xiàn)了更高效率、寬溫度范圍、冷卻速度、精確的溫度控制和更低成本中的一個(gè)或多個(gè)。

在繼續(xù)描述本公開的實(shí)施方案之前，定義如下一些術(shù)語是有益的：

如本文所使用，“部件”是指較大整體的部分或元件。部件可包括任何裝置、材料和/或系統(tǒng)。例如，熱傳遞通道的部件是熱傳遞通道的一部分或元件。“通道”由串聯(lián)連接的多個(gè)部件形成，且被構(gòu)造為提供用于傳遞熱量的方向。

如本文所使用，術(shù)語“主動熱交換”是指任何部件通過消耗能量來主動移動熱量的操作。熱量從較低溫度下的通道的一個(gè)位置(即，“源”)移動至更高溫度下的通道的另一位置(即，“散熱器”)。主動熱交換部件的一個(gè)實(shí)施例是熱泵。當(dāng)消耗能量時(shí)，熱泵僅移動可觀量的熱量。雖然不限于此時(shí)，但是在一些實(shí)施方案中，熱泵是包括一個(gè)或多個(gè)熱電模塊的固態(tài)熱泵，其中每個(gè)熱電模塊包括多個(gè)熱電裝置(參見例如題為“methodforthinfilmthermoelectricmodulefabrication”的美國專利號8,216,871，其據(jù)此通過引用并入本文作為其熱電模塊的教導(dǎo))。熱泵的其它實(shí)施例包括蒸氣壓縮熱泵和斯特林循環(huán)熱泵。因?yàn)橹鲃訜峤粨Q部件主動地移動熱量，所以它可通過模擬主動地移動電流的電路的電流源來仿造。

如本文所使用，術(shù)語“被動部件”是指在不消耗能量的情況下被動地移動或調(diào)整熱量的部件。由于被動部件兩端的溫度差異，熱量可由被動部件自然地接受、傳遞和拒斥。被動部件的實(shí)施例包括散熱器/熱交換器、熱虹吸管、熱管、相變材料(pcm)等。

圖1a示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)，其中系統(tǒng)包括用于在負(fù)載和周圍環(huán)境之間傳遞熱量的第一和第二導(dǎo)熱通道，第二通道包括熱泵。

在圖1a所示的實(shí)施方案中，在本文中也稱為“系統(tǒng)10”的混合熱傳遞系統(tǒng)10包括第一導(dǎo)熱通道12(在本文中也稱為“第一通道12”)，和第二導(dǎo)熱通道14(在本文中也稱為“第二通道14”)，它們都操作以在具有負(fù)載溫度(tl)的負(fù)載16和具有環(huán)境溫度(ta)的周圍環(huán)境18之間傳遞熱量。負(fù)載的實(shí)施例包括但不限于電氣或電子電路、印刷電路板(pcb)、電機(jī)、環(huán)境控制的空間，例如冰箱、存儲單元、家庭和辦公樓等。第一通道12被構(gòu)造為被動地傳遞熱量。第二導(dǎo)熱通道14被構(gòu)造為主動地傳遞熱量且包括用于該目的的熱泵20。

在圖1a所示的實(shí)施方案中，第一通道12包括用于向或自負(fù)載16傳遞熱量的熱交換器22，和用于向或自周圍環(huán)境18傳遞熱量的熱交換器24。第二通道14同樣包括用于向或自負(fù)載16傳遞熱量的熱交換器26，和用于向或自周圍環(huán)境18傳遞熱量的熱交換器28。在該所示的實(shí)施例中，熱交換器22、24、26和28是翅片金屬熱交換器/散熱器，但不限于此?？墒褂闷渌愋偷臒峤粨Q器/散熱器。熱交換器的實(shí)施例包括但不限于風(fēng)冷式熱交換器、水冷式熱交換器等。

在一個(gè)實(shí)施方案中，熱泵20可處于啟用狀態(tài)，在該狀態(tài)下，在負(fù)載16和周圍環(huán)境18之間主動地傳遞熱量，或處于停用狀態(tài)，在該狀態(tài)下，不會在負(fù)載16和周圍環(huán)境18之間主動地傳遞熱量。例如，控制器或控制系統(tǒng)(未示出)可控制熱泵20，使得根據(jù)期望控制算法將熱泵20選擇地控制在啟用狀態(tài)或停用狀態(tài)。在一些實(shí)施方案中，即使熱泵處于停用狀態(tài)，熱泵20仍可被動地傳遞熱量。在其它實(shí)施方案中，熱泵20可在其處于停用狀態(tài)時(shí)防止這種熱傳遞，例如用作負(fù)載16和周圍環(huán)境18之間的熱絕緣體。

在圖1a所示的實(shí)施方案中，第一通道12與第二通道14隔有間隙。該間隙使通道分離以防止熱量從第二通道14泄漏至或至少減輕熱泄漏至第一通道12，并通過熱交換器22回到封閉環(huán)境。在一些實(shí)施方案中，間隙可包括用以進(jìn)一步防止回漏的絕緣體。在一些實(shí)施方案中，如下所述，可完全省略間隙。

在一個(gè)實(shí)施方案中，負(fù)載16可位于與周圍環(huán)境18分離的其自己環(huán)境內(nèi)。在圖1a所示的實(shí)施方案中，例如，負(fù)載16可位于其對負(fù)載16提供局部環(huán)境的結(jié)構(gòu)30內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)30可以是氣候或溫度控制的空間，諸如冰箱、冷凍機(jī)、環(huán)境控制的封閉室，諸如具有入口防護(hù)(ip)等級的封閉室等。同樣，熱交換器24和28也可位于提供附加條件的結(jié)構(gòu)內(nèi)或位置中。例如，熱交換器24和28可位于在熱交換器上方提供持續(xù)的空氣(或水)流的箱、底盤、框架或其它環(huán)境中。這些環(huán)境可提供額外益處，如下面參考圖1b所述。

圖1b示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)10的正視圖。在圖1b所示的實(shí)施方案中，都由虛線箭頭表示的第一通道12和第二通道14中的每個(gè)分別包括翅片熱交換器24和28，在一些實(shí)施方案中，所述翅片熱交換器受益于由其可在一些實(shí)施方案中安裝在封閉結(jié)構(gòu)36內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇34提供的氣流32。

在圖1b所示的實(shí)施方案中，熱交換器22和26是例如分別在負(fù)載16和第一和第二通道12和14之間提供熱接口的導(dǎo)熱板(例如，金屬板)，但是在替代實(shí)施方案中，這些結(jié)構(gòu)可能不存在。例如，負(fù)載16可例如通過直接接觸并經(jīng)由固定器、螺栓或其它緊固件保持在適當(dāng)位置來與熱交換器24和熱泵20直接配合。在配合表面上可存在熱膏，以更有效地實(shí)現(xiàn)這些與其它配合結(jié)構(gòu)之間的熱傳遞?；蛘撸?fù)載16可間接地(例如，經(jīng)由中間結(jié)構(gòu))或甚至遠(yuǎn)程(例如，通過氣隙間的熱輻射)耦接至熱交換器。還考慮了其它接口連接方法。

在圖1b所示的實(shí)施方案中，來自負(fù)載16的熱量qc經(jīng)由熱交換器22被吸入第一通道12中，并經(jīng)由熱交換器24消散至周圍環(huán)境18中。來自負(fù)載16的熱量也經(jīng)由熱交換器26被吸入第二通道14中到達(dá)熱泵20，如果是主動，則熱泵將熱量傳遞至熱交換器28中。

圖1b示出其中來自第一通道12的熱交換器24在來自第二通道14的熱交換器28的上風(fēng)向的構(gòu)造。由于主動熱泵可傳遞比被動傳遞更多的熱量，所以熱交換器28可能比熱交換器24更熱；通過將熱交換器28置于熱交換器24的下風(fēng)向，第一通道12不太可能受到由第二通道14產(chǎn)生的熱量的影響，因此比熱交換器24處于熱交換器28下風(fēng)向更有效。換言之，通過將熱交換器28放置在熱交換器24的下風(fēng)向，減輕了從第二通道14至第一通道12的熱泄漏。

可例如使用類似于電路原理圖的圖形表示來描述示例混合熱傳遞系統(tǒng)(諸如圖1a和圖1b所示的系統(tǒng))的操作。這種類型的表示在本文中被稱為熱電路示意圖。例如，被動地傳導(dǎo)熱能的結(jié)構(gòu)類似于電阻器，且因此在本文中被稱為熱電阻器。如本文所使用，術(shù)語“熱電阻”是指被動地接受來自較高溫度環(huán)境的熱量并將熱量拒斥至較低溫度環(huán)境的部件。熱電阻器的實(shí)施例包括熱交換器。熱交換器通常用流體介質(zhì)傳遞熱量。流體介質(zhì)通常是空氣，但也可以是水或制冷劑。熱阻是特定熱交換器的特性。因此，可類似于電路的電阻器來對熱交換器建模。

僅在一個(gè)方向上傳導(dǎo)熱量的結(jié)構(gòu)類似于二極管，且因此在本文中被稱為熱二極管。如本文所使用，術(shù)語“熱二極管”是指引起熱量在通道的一個(gè)方向上優(yōu)先被動地流動的部件。相反，熱二極管防止熱量在與通道的優(yōu)選方向相反的方向泄漏。熱二極管的實(shí)施例包括熱虹吸管。熱虹吸管使用被動兩相熱交換來基于自然對流來傳輸熱量。熱虹吸管經(jīng)由使用浮力和重力和/或向心力的工作流體在蒸發(fā)器和冷凝器之間傳輸熱量，而不需要機(jī)械泵。特別地，在工作流體在蒸發(fā)器中加熱時(shí)，由于加熱的工作流體的密度降低，加熱的工作流體(例如，氣體)經(jīng)由浮力自然地升高通過熱虹吸管到達(dá)冷凝器。當(dāng)工作流體在冷凝器中被冷卻時(shí)，由于冷卻的工作流體的密度增加，冷卻的工作流體(例如液體)經(jīng)由重力和/或向心力自然地下沉通過熱虹吸管到達(dá)蒸發(fā)器。

不像包含吸引介質(zhì)以引導(dǎo)毛細(xì)管力的熱管(其促進(jìn)工作流體的移動來輸送熱量)，熱虹吸管不依賴毛細(xì)管力來使工作流體移動。因此，這允許熱流從蒸發(fā)器到冷凝器區(qū)域，并且防止熱量泄漏回蒸發(fā)器。因此，可通過類似于電路的二極管來對熱虹吸管建模。

存儲熱能或熱能不足(例如，在處于冷凍狀態(tài)的pcm的情況下)的結(jié)構(gòu)類似于電容器，且因此在本文中被稱為熱電容器。如本文所使用，術(shù)語“熱電容器”是指被動地存儲熱量的部件。熱電容器的一個(gè)實(shí)施例是pcm。pcm是在特定溫度下從一個(gè)相變?yōu)榱硪粋€(gè)相的材料。因此，pcm能夠被動地存儲并釋放大量的熱量。當(dāng)材料變?yōu)檩^高能量狀態(tài)(例如，固體至液體)時(shí)，吸收熱量，且當(dāng)材料變?yōu)檩^低能量狀態(tài)(例如，液體至固體)時(shí)，釋放熱量。因此，可通過類似于電路的電容器來對pcm建模。

主動傳導(dǎo)熱能的結(jié)構(gòu)類似于電流源，且因此在本文中被稱為熱源。應(yīng)注意，熱源可操作來供應(yīng)熱量、可操作來移除熱量，或者可被構(gòu)造為進(jìn)行兩者之一。

因此，熱系統(tǒng)可由在電路原理圖中使用的等效符號表示，即創(chuàng)建熱電路原理圖。圖1c中示出圖1a所示的實(shí)施方案的熱電路原理圖的一個(gè)實(shí)施例。

圖1c示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的圖1a中的系統(tǒng)10的功能描述。在圖1c所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18的第一通道12和第二通道14的熱流qc。在第一通道12中，熱交換器22被表示為熱電阻rth,l1，且熱交換器24被表示為熱電阻rth,a1。在第二通道中，熱交換器26被表示為熱電阻rth,l2，熱交換器28被表示為熱電阻rth,a2，且熱泵20被表示為熱源。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱泵20可以是可設(shè)電力的熱電(tec)裝置，如圖1c中的箭頭ptec所示。

由圖1c所示的熱電路示意圖表示的結(jié)構(gòu)可不一定完全是相同溫度，但在不同位置可具有不同溫度。在圖1c所示的實(shí)施方案中，標(biāo)記為tl的節(jié)點(diǎn)表示與具有負(fù)載溫度tl；的負(fù)載16的熱接觸；標(biāo)記為ta的節(jié)點(diǎn)表示與具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18的熱接觸。其它標(biāo)記節(jié)點(diǎn)表示第一或第二通道12和14內(nèi)的位置，其中各個(gè)位置處的溫度可不同于tl或ta。在圖1c所示的實(shí)施方案中，例如，tla是負(fù)載16和周圍環(huán)境18之間的第一通道12中的點(diǎn)處的溫度，tlhp是負(fù)載16和熱泵20之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度，且thpa是熱泵20和周圍環(huán)境18之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度?，F(xiàn)在將使用圖1d來示出系統(tǒng)10的示例操作。

圖1d示出根據(jù)本公開的實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)(例如，圖1a或圖1b的混合熱傳遞系統(tǒng)10)的示例方法的流程圖。圖1d示出混合熱傳遞系統(tǒng)10可以各種模式操作且可基于觸發(fā)條件來選擇或輸入這些模式的概念。將參考圖1c描述該方法。

在圖1d所示的實(shí)施方案中，監(jiān)測一個(gè)或多個(gè)溫度，諸如tl和ta(以及可選地，其它溫度，諸如t1、t2,等)(步驟100)。如下面將要更詳細(xì)描述，某些觸發(fā)條件的檢測可引起系統(tǒng)進(jìn)入主動冷卻模式、被動冷卻(或加熱)模式或主動加熱模式。

僅為了說明的目的，假設(shè)在圖1d所示的實(shí)施方案中，負(fù)載16具有從負(fù)載低溫tll至負(fù)載高溫tlh的期望操作溫度范圍。在該實(shí)施例中，tll<tlh，且期望tll<tl<tlh。

在該實(shí)施方案中，過程檢查tl是否高于tlh(步驟102)，這將指示負(fù)載16需要被冷卻，在這種情況下，該過程然后檢查ta是否小于tl(步驟104)。如果是這樣，單獨(dú)的被動冷卻可足以降低tl，且因此主動冷卻被關(guān)閉(或保持關(guān)閉)(步驟106)，并且過程返回到步驟100。如果在步驟104，ta大于tl，則由于被動冷卻要求ta小于tl以使熱量從負(fù)載16傳遞至周圍環(huán)境18，所以需要主動冷卻。在這種情況下，主動冷卻被打開(或保持打開)(步驟108)，并且過程返回到步驟100。

在該實(shí)施方案中，如果在步驟102，tl不高于上限tlh，則過程檢查tl是否低于下限tll(步驟110)，這將指示負(fù)載需要被加熱，在這種情況下，該過程然后檢查ta是否大于tl(步驟112)。如果是這樣，則單獨(dú)的被動加熱可足以提高tl，且因此主動加熱被關(guān)閉(或保持關(guān)閉)(步驟114)，且過程返回到步驟100。如果在步驟112，ta小于tl，則由于被動加熱要求ta大于tl，所以需要主動加熱。在這種情況下，主動加熱被打開(或保持打開)(步驟116)，且過程返回到步驟100。

在該實(shí)施方案中，如果在步驟110，tl不小于tll，則負(fù)載16處于所需溫度范圍內(nèi)，且因此在返回到步驟100之前過程不改變(步驟118)。在一個(gè)實(shí)施方案中，“不改變”意味著保持系統(tǒng)當(dāng)前正在操作的任何模式(例如，主動冷卻、被動冷卻、主動加熱或被動加熱)。例如，如果系統(tǒng)檢測到需要主動冷卻(即，過程從步驟102移動到步驟104，且然后到步驟106)，則在隨后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，主動冷卻應(yīng)成功地將tl降低至tll和tlh之間(即，該過程從步驟102移動到步驟110到步驟118)。為了將tl保持在期望溫度范圍內(nèi)，可能有必要繼續(xù)在主動冷卻模式下操作。

圖1d示出其中第二通道14可主動地加熱以及主動地冷卻的實(shí)施方案。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，熱泵20的操作可相反，即它可通過例如使流過熱泵20的電流的方向相反來在任一方向上傳遞熱量。在該實(shí)施方案中，熱泵20可用于加熱負(fù)載16?；蛘?，可采用諸如電阻加熱器的其它裝置來向負(fù)載16提供熱量和/或補(bǔ)充熱泵20的操作。然而，在替代實(shí)施方案中，熱泵20可僅在一個(gè)方向上操作，例如來主動冷卻。在這些實(shí)施方案中，可省略步驟110、112、114和116。同樣，應(yīng)理解，圖1d所示的過程可包括未示出的附加步驟。

通常，圖1d示出在一些實(shí)施方案中第一通道12和第二通道14提供平行熱流通道以在溫度tl下移除qc的原理。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)10的操作根據(jù)ta與熱交換器24和28上游任何節(jié)點(diǎn)的溫度之間的差變化。tlhp和ta之間的溫差可確定熱泵20是否被啟用以經(jīng)由第二通道14移除qc。例如，當(dāng)tlhp等于或小于ta時(shí)，熱泵20可被啟用以經(jīng)由第二通道14移除qc。當(dāng)tlhp大于ta時(shí)，熱泵20可被停用，使得由于溫差引起的自然消散而使qc被動地流過第一通道12。因此，第一通道12可降低成本并提高能量效率和/或第二通道14可提供更寬操作溫度范圍。然而，系統(tǒng)10的操作不限于此。

在一些實(shí)施方案中，在tlhp大于ta以提供快速冷卻時(shí)，熱泵20可啟用。換言之，在需要快速冷卻時(shí)，即使tlhp大于ta，熱泵20也可啟用。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)诙ǖ?4失效時(shí)，第一通道12可僅用作備用通道。因此，與僅使用主動或被動冷卻技術(shù)的系統(tǒng)相比，系統(tǒng)10可提供成本有效操作以提高效率和性能。

圖1d所示的方法旨在是說明性的而不是限制性的。例如，系統(tǒng)可能不僅是tlh的一個(gè)值，而是具有設(shè)計(jì)為提供一種遲滯形式的一對溫度閾值，例如，根據(jù)tl當(dāng)前正在上升(tlhr)還是下降(tlhf)的不同上限。在一個(gè)實(shí)施方案中，tlhr比tlhf高幾度，因此如果tl升高，則熱泵20不會打開來冷卻負(fù)載16，直到tl高于tlhr，但是如果tl下降，則熱泵20不會關(guān)閉直到tl低于tlhf。當(dāng)與使熱泵20基于單個(gè)閾值tlh啟用或禁用主動冷卻相比，這可導(dǎo)致節(jié)能。

圖2a和圖2b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一和第二導(dǎo)熱通道共享用于向或自負(fù)載傳遞熱量的共用熱交換器(其也可被稱為“共享”熱交換器)。在圖2a所示的一個(gè)實(shí)施方案中，第一導(dǎo)熱通道12和第二導(dǎo)熱通道14經(jīng)由共用熱交換器38熱連接至負(fù)載16。元件18、20、24、28、tla、tlhp、thpa的描述與圖1a相同，因此這里不再重復(fù)。

現(xiàn)在參考圖2b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18的第一通道12和第二通道14的熱流qc。共用熱交換器38被表示為熱電阻rth,l。元件20、24、28、ptec、tla、tlhp和thpa的描述與圖1c相同，因此這里不再重復(fù)。

圖2c和圖2d分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一和第二導(dǎo)熱通道共享用于向或自周圍環(huán)境傳遞熱量的共用熱交換器。在圖2c所示的實(shí)施方案中，第一通道12和第二通道14不僅共享共用熱交換器38，而且共享共用熱交換器40。元件16、18、20和30的描述與圖1a相同，因此這里不再重復(fù)。

現(xiàn)在參考圖2d，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的第一通道12和第二通道14的熱流qc。共用熱交換器38被表示為熱電阻rth,l，且共用熱交換器40被表示為熱電阻rth,a。元件20、ptec、tlhp和thpa的描述與圖1c相同，因此這里不再重復(fù)。

圖3a和圖3b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一導(dǎo)熱通道通過熱二極管串聯(lián)連接至負(fù)載。在圖3a所示的實(shí)施方案中，熱二極管42將共用熱交換器38連接至第一通道12的熱交換器24。元件16、18、20、28和30的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

熱二極管的特征是它僅在一個(gè)方向上有效地傳遞熱量。在一些實(shí)施方案中，熱二極管42是熱虹吸管。典型的熱虹吸管是包含在存在熱量的情況下從液體狀態(tài)變?yōu)闅怏w狀態(tài)的冷卻劑的管道。在操作中，當(dāng)冷卻劑被加熱時(shí)，所產(chǎn)生的氣體經(jīng)由浮力上升通過管道到達(dá)管道的較冷區(qū)域，在該區(qū)域，氣體冷凝回液體并經(jīng)由重力流回到管道的較熱區(qū)域。從液體到氣體的狀態(tài)變化提取熱量且從氣體到液體的冷凝釋放熱量。以這種方式，從熱虹吸管的一端(例如，在負(fù)載端)提取熱量并在熱虹吸管的另一端(例如，進(jìn)入周圍環(huán)境)釋放熱量。換言之，熱虹吸管在一個(gè)方向上提供被動兩相熱傳遞，即從熱虹吸管的蒸發(fā)器區(qū)域(在該實(shí)施例中連接至共用熱交換器38)至熱虹吸管的冷凝器區(qū)域(其在該實(shí)施例中連接至熱交換器24)。

熱二極管42的存在提供了熱量可有效地流過從負(fù)載16至周圍環(huán)境18的第一通道12而不是在相反方向上的益處，這免于負(fù)載16經(jīng)由第一通道12接收不期望熱量(例如在其中環(huán)境溫度ta相對于負(fù)載溫度tl高的條件下)。這種構(gòu)造的另一優(yōu)點(diǎn)是第一通道12的熱交換器24可被定位或位于距離第二通道14的熱交換器28一定距離處，在熱泵20的主動操作期間，熱交換器可能變得相當(dāng)熱。將熱交換器24與熱交換器28分離一段距離可將熱交換器24與熱交換器28熱隔離，結(jié)果是熱交換器28產(chǎn)生的熱量不太可能對熱交換器24本身(例如，經(jīng)由傳導(dǎo)或輻射熱)或?qū)拷鼰峤粨Q器24的環(huán)境(例如，經(jīng)由對流)產(chǎn)生影響。

在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)熱虹吸管可串聯(lián)連接在共用熱交換器38和熱交換器24之間。熱虹吸管的蒸發(fā)器區(qū)域可熱耦接至共用熱交換器38，且熱虹吸管的冷凝器區(qū)域可耦接至單獨(dú)熱交換器24。因此，熱虹吸管作為熱二極管操作，使得與任何熱絕緣體組合的熱二極管防止熱量從外部環(huán)境泄漏回到作為封閉環(huán)境的結(jié)構(gòu)30中。

現(xiàn)在參考圖3b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的第一通道12和第二通道14的熱流qc。tda是熱二極管42和周圍環(huán)境18之間的通道12中的點(diǎn)的溫度。元件20、24、28、38、ptec、tlhp和thpa的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。在圖3b所示的實(shí)施方案中，可看出，第一通道12包括熱二極管42。

圖4a和圖4b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第一導(dǎo)熱通道通過熱二極管熱連接至負(fù)載，且其中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器。圖4a中所示的系統(tǒng)10的實(shí)施方案可被認(rèn)為是圖3a所示的系統(tǒng)10的變型，區(qū)別在于第一通道12和第二通道14兩者都共享共用熱交換器40。元件16、18、20、30、38和42的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

現(xiàn)在參考圖4b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境的第一通道12和第二通道14的熱流qc。第一通道12包括熱二極管42，且第二通道14包括熱泵20。公共環(huán)境側(cè)熱交換被表示為熱電阻rth,a。元件38、40、ptec、tlhp和thpa的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

上面描述并且在圖3a、圖3b、圖4a和圖4b中示出的實(shí)施方案包括第一導(dǎo)熱通道12中的熱二極管。在替代實(shí)施方案中，熱二極管可包括在第二導(dǎo)熱通道14中，如圖5a和圖5b所示。

圖5a和圖5b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)10的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道14通過熱二極管42熱連接至負(fù)載16。圖5a所示的實(shí)施方案可被認(rèn)為是圖2a所示的系統(tǒng)10的變型，區(qū)別在于第二通道14包括串聯(lián)在共用熱交換器38和熱泵20之間的熱二極管42。元件16、18、24、28和30的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

在該構(gòu)造中，熱泵20可從熱二極管42的頂部主動地吸取熱量。例如，在熱二極管42是熱虹吸管的情況下，熱泵20可冷卻熱二極管42的頂部以促進(jìn)收集在那里的氣體的冷凝，并因此提高熱二極管42的性能。

現(xiàn)在參考圖5b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的第一通道12和第二通道14的熱流qc。在該實(shí)施方案中，第二通道14包括串聯(lián)的熱二極管42和熱泵20兩者。tld是負(fù)載16和熱二極管42之間的第二通道14中的點(diǎn)的溫度。tdhp是熱二極管42和熱泵20之間的第二通道14中的點(diǎn)的溫度。元件24、28、38、ptec、thpa和tla與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

以下實(shí)施方案示出包括熱電容器的構(gòu)造。熱電容器的實(shí)施例包括但不限于包括或包含相變材料和/或熱質(zhì)量的裝置。例如，熱電容器可包括可被主動冷卻直到水變成冰的水儲存器，該水儲存器然后用于被動地冷卻負(fù)載16(或至少從負(fù)載16吸收熱量)。同樣，熱電容器可被主動地加熱且然后用于被動地加熱負(fù)載16(或至少向負(fù)載16提供熱量)。熱電容器可以簡單地是具有大熱質(zhì)量的部件，其用于從負(fù)載吸收熱量或向負(fù)載提供熱量。

圖6a和圖6b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)10的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道14通過熱電容器熱連接至負(fù)載。圖6a所示的實(shí)施方案可被認(rèn)為是圖2a所示的系統(tǒng)10的變型，區(qū)別在于第二通道14包括串聯(lián)在共用熱交換器38和熱泵20之間的熱電容器44。在一些實(shí)施方案中，熱電容器44是pcm。在冷卻應(yīng)用中，熱電容器44由熱泵20充電，使得熱電容器44存儲熱能不足(例如，pcm被凍結(jié))。然而，在加熱應(yīng)用中，熱電容器44由熱泵20(構(gòu)造為加熱而不是冷卻)充電，使得熱電容器44存儲熱能(例如，pcm被解凍或處于液體狀態(tài))。元件12、16、18、24、28和30的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)熱泵20消耗能量時(shí)，從熱電容器44提取熱量。因此，熱泵20對熱電容器44充電。在熱電容器44充滿電之后，熱泵20可以與熱電容器44從負(fù)載移除熱量相同的速率繼續(xù)從熱電容器44提取熱量。

當(dāng)熱泵20不消耗能量時(shí)，熱電容器44可從負(fù)載中被動地移除熱量，直到熱電容器44完全放電。當(dāng)熱泵20再次消耗能量時(shí)，熱電容器44可再次充電。因此，熱電容器44允許第二通道14主動地或被動地移除熱量。

在一些實(shí)施方案中，熱電容器44作為固定器操作以調(diào)節(jié)負(fù)載16的溫度。例如，熱電容器44可包括pcm。當(dāng)pcm吸收熱量時(shí)，其可能會改變狀態(tài)(例如，從固體至液體，從液體至氣體，或從固體至氣體)，在該狀態(tài)過程中，pcm和負(fù)載16的溫度被固定在其熔點(diǎn)溫度下。同時(shí)，在負(fù)載16淹沒熱電容器44的事件中，第一通道12提供從共用熱交換器38至周圍環(huán)境18的故障安全熱流通道。

現(xiàn)在參考圖6b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境的第一通道12和第二通道14的熱流qc。在該實(shí)施方案中，第二通道14包括與熱泵20串聯(lián)的熱電容器44。tlc是負(fù)載16和熱電容器44之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。tchp是熱電容器44和熱泵20之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。元件24、28、38、ptec、thpa和tla與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

系統(tǒng)10中的熱電容器44的存在具有幾個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)這樣的優(yōu)點(diǎn)在于，通過在外部電源可用時(shí)在啟用狀態(tài)下操作熱泵20，熱電容器44可被“充電”(即主動冷卻或加熱，例如達(dá)到目標(biāo)溫度)，使得在例如外部電力不可用或熱泵20被以其它方式停用的情況下，熱電容器44可冷卻或加熱負(fù)載16。該能力例如在包含食物或其它物品的包裝必須運(yùn)輸至遠(yuǎn)處的場景中是有用的：在運(yùn)輸之前，熱電容器44可由熱泵20(插入墻壁插座或以其它方式連接至外部電源)主動充電(冷卻)。一旦熱電容器44完全充電，熱泵20即與外部電源斷開連接并且運(yùn)輸現(xiàn)在冷卻的包裝。熱電容器44然后可繼續(xù)保持包裝的內(nèi)容物可接受地冷卻，同時(shí)包裝在運(yùn)輸中且不能連接至電源。

包括熱電容器44的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在外部電力持續(xù)可用的環(huán)境中，電力公司通常對在高峰需求時(shí)段期間消耗的電力收取附加費(fèi)用。在這種情況下，包括熱電容器44的系統(tǒng)10可被構(gòu)造為使得外部電力用于在深夜或其它低需求時(shí)段期間對熱電容器44充電(并且可能主動地冷卻負(fù)載16)，以避免須支付在高峰需求時(shí)段期間收取較高費(fèi)率。熱電容器44然后可在高峰時(shí)間(其至少一部分)期間用于冷卻負(fù)載16。此外，電力公司通常會基于其高峰瞬時(shí)電力使用率來對企業(yè)收費(fèi)。使用熱電容器44允許企業(yè)錯(cuò)開熱泵20處于啟用狀態(tài)的時(shí)間(或者可能是系統(tǒng)10的多個(gè)熱泵20啟用的時(shí)間)，使得降低總高峰電力使用率。以這種方式，企業(yè)實(shí)體可大大降低電力成本。

圖7a和7b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)10的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道14通過熱二極管42和熱電容器44熱連接至負(fù)載16。圖7a所示的實(shí)施方案可被認(rèn)為是圖5a所示的系統(tǒng)的變型，區(qū)別在于第二通道14包括串聯(lián)在熱二極管42和熱交換器28之間的熱電容器44。元件12、16、18、24、30和38的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

現(xiàn)在參考圖7b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的第一通道12和第二通道14的熱流qc。在該實(shí)施方案中，第二通道14包括與熱泵20串聯(lián)的熱二極管42和熱電容器44。tld是負(fù)載16和熱二極管42之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。tdc是熱二極管42和熱電容器44之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。元件24、28、38、ptec、tla、tchp和thpa的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。熱二極管42的負(fù)載側(cè)的溫度tld可不同于熱二極管42的環(huán)境側(cè)的溫度tdc。同樣，熱電容器44的負(fù)載側(cè)的溫度tdc可不同于熱電容器44的相對側(cè)的溫度tchp。

熱電容器44的存在可提供上述的一些或全部益處。例如，熱泵20可對熱電容器44主動地充電，使得即使在熱泵20未被啟用或由于外部電力的不可用性而不能操作的時(shí)間期間，熱泵也可提高熱二極管42從負(fù)載16提取熱量的效率。

圖8a和圖8b分別示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)10的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中第二導(dǎo)熱通道14通過熱二極管42和熱電容器44熱連接至負(fù)載16，并且其中第一導(dǎo)熱通道12也包括熱泵20。圖8a所示的實(shí)施方案可被認(rèn)為是圖7a所示的系統(tǒng)10的變型，區(qū)別在于，先前被動第一通道12現(xiàn)在包括其自己的熱泵46。元件12、16、18、20、24、28、30、38、42和44的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

現(xiàn)在參考圖8b，系統(tǒng)10被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的第一通道12和第二通道14的熱流qc。在該實(shí)施方案中，第一通道12還包括熱泵46。tchp2是熱電容器44和熱泵20之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。thp2是熱泵20和周圍環(huán)境18之間的第二通道14中的點(diǎn)處的溫度。tlhp1是負(fù)載16和熱泵46之間的第一通道12中的點(diǎn)處的溫度。thp1a是熱泵46和周圍環(huán)境18之間的第一通道12中的點(diǎn)處的溫度。熱泵46的負(fù)載側(cè)的溫度tlhp1可不同于溫度thp1a。在圖8b所示的實(shí)施方案中，兩個(gè)熱泵20和46中的每個(gè)都可彼此獨(dú)立地被控制；提供至熱泵46的電力被示為箭頭ptec1，且提供至熱泵20的電力被示為箭頭ptec2。元件20、24、28、38、42和44的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。

圖9a和圖9b分別示出根據(jù)本公開的另一個(gè)實(shí)施方案的混合熱傳遞系統(tǒng)48(這里也稱為“系統(tǒng)48”)的示例結(jié)構(gòu)和功能描述，其中負(fù)載16和周圍環(huán)境18之間的導(dǎo)熱通道50(這里也稱為通道50)包括串聯(lián)連接的熱電容器44、熱泵20和熱二極管42。在圖9a所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)48包括在具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16和具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18之間的導(dǎo)熱通道50、包括熱電容器44、熱泵20和熱二極管42的通道50。在圖9a所示的實(shí)施方案中，熱交換器26在負(fù)載16和通道50之間提供熱接口，且熱交換器28在通道50和周圍環(huán)境18之間提供熱接口。

現(xiàn)在參考圖9b，系統(tǒng)48被示為熱電路示意圖，其示出通過從具有負(fù)載溫度tl的負(fù)載16(未示出)至具有環(huán)境溫度ta的周圍環(huán)境18(未示出)的導(dǎo)熱通道50的熱流qc。在圖9b所示的實(shí)施方案中，熱交換器26被表示為熱電阻rth,l，且熱交換器28被表示為熱電阻rth,a。通道50還包括熱電容器44、熱泵46和熱二極管42。thpd是熱泵20和熱二極管42之間的通道50上的點(diǎn)處的溫度。tda是熱二極管42和周圍環(huán)境18之間的通道50上的點(diǎn)處的溫度。元件20、24、28、38、42、44、ptec、tlc,和tchp的描述與前述相同，因此這里不再重復(fù)。熱泵46的負(fù)載側(cè)的溫度tchp可不同于溫度thpd。

圖10示出根據(jù)本公開的另一實(shí)施方案的示例混合熱傳遞系統(tǒng)52(這里也稱為“系統(tǒng)52”)的框圖。在圖10所示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)52包括主動加熱和/或冷卻部件54(這里也稱為“主動部件54”)，和控制系統(tǒng)56。在一些實(shí)施方案中，系統(tǒng)52可選地包括被動加熱和/或冷卻部件58(這里也稱為“被動部件58”)。在圖10所示的實(shí)施方案中，控制系統(tǒng)56包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器60，其也向控制器62提供溫度數(shù)據(jù)和可選地其它類型的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(cpu)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)等或其任意組合的控制器62根據(jù)算法處理由傳感器60提供的數(shù)據(jù)?？刂破?2經(jīng)由啟用和切換電路64來控制主動部件54的操作。系統(tǒng)52可選地包括用于存儲計(jì)算機(jī)程序和/或數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)存儲器66。

在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，控制系統(tǒng)56可實(shí)施上面描述并在圖1d中示出的過程，以確定是否使一個(gè)或多個(gè)主動部件54從啟用狀態(tài)改變到停用狀態(tài)，反之亦然。

在一個(gè)實(shí)施方案中，例如，系統(tǒng)52包括主動部件54和被動部件58兩者。在一個(gè)這樣的實(shí)施方案中，被動部件58可不斷地被動地傳遞熱量，并且當(dāng)被動部件58不能傳遞足夠熱量時(shí)(諸如當(dāng)周圍環(huán)境18比目標(biāo)負(fù)載溫度tl熱時(shí))系統(tǒng)52僅啟用主動部件54。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如果主動部件54由于缺少外部電源或由于部件故障而不起作用，則被動部件58用作備用系統(tǒng)來傳遞熱量。

在一個(gè)實(shí)施方案中，一種包括指令的計(jì)算機(jī)程序，所述指令在由至少一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)使得至少一個(gè)處理器根據(jù)本文所述的任何一個(gè)實(shí)施方案實(shí)施控制器62的功能。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供了包含上述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的載體。載體是電子信號、光信號、無線電信號或計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)(例如，諸如計(jì)算機(jī)存儲器66的非暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))中的一種。

應(yīng)注意，上述實(shí)施方案不限于此。例如，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，系統(tǒng)可添加或省略任何部件并且以任何順序布置部件以形成任何數(shù)量的通道。

如上所述，本公開的一些實(shí)施方案包括使用形成一個(gè)或多個(gè)熱傳遞通道的多個(gè)部件的散熱系統(tǒng)。多個(gè)部件可包括主動部件和被動部件。在一些實(shí)施方案中，混合除熱系統(tǒng)包括形成多個(gè)熱傳遞通道(其包括至少一個(gè)主動熱傳遞通道和至少一個(gè)被動熱傳遞通道)的多個(gè)部件。主動熱傳遞通道包括主動熱交換部件，并且被構(gòu)造為當(dāng)主動熱交換部件有效時(shí)從負(fù)載提供主動除熱。被動熱傳遞通道被構(gòu)造為提供從自負(fù)載被動除熱。被動熱傳遞通道與主動熱傳遞通道平行。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到對本公開的優(yōu)選實(shí)施方案的改進(jìn)和修改。所有這些改進(jìn)和修改都被認(rèn)為在本文公開的概念和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。