[发明专利]用于控制流体温度和流动的方法和设备

说明书

发明描述

本专利申请要求2008年09月30日提交的美国临时专利申请号61/101,227的优先权，该专利申请的内容以引用方式并入本文中。

技术领域

符合本发明的材料、组件、和方法涉及具有流体的微尺度沟槽的制造和使用，其中流体的温度和流动至少部分地通过沟槽的几何形状和沟槽壁的至少一部分的构型以及构成流体的组分粒子控制。

背景技术

一定体积的流体(例如空气)的特征可为温度和压力。当将一定体积的流体考虑为包括(例如)氧气和氮气分子的组分粒子的集合时，其在给定温度下的特征也可为组分粒子速度的分布。此分布的特征通常可为平均速度，据理解该平均速度与流体(如气体)的温度具有关系。

因此，流体的内部热能为涉及加热、冷却、和产生流体流动的应用提供能量源。一种利用流体(例如气体)的内部热能的方式描述于美国专利号7,008,176和6,932,564中，上述专利全文以引用方式并入本文中。

当利用流体(例如气体)的内部热能的装置通过下述方式工作时，即基于使用移动部件选择粒子移动方向或其速度从而来选择流体的组分粒子，则存在下述需要，即可控制流体速度和温度、但不是基于这种移动部件的方法和装置。

因此，本发明的主要目标是为下述系统和方法提供解决方案，所述系统和方法受益于流体的冷却、加热、和/或流动控制但基于不依靠移动部件的原理工作。

这是通过制造和凭借采用一个或多个微尺度沟槽(微沟槽摂)的系统来实现的，所述微尺度沟槽被构造用于适应流体的流动，并且其中流体内的组分粒子被构造为使得组分粒子和微沟槽壁之间的碰撞为基本上镜面的。

发明概述

符合本发明的示例性微沟槽被构造具有彼此流体连通的流入开口和流出开口。

如本文所用，微沟槽的“横截面”是指微沟槽的下述特征面，其基本上垂直于由穿过微沟槽的流体的总体流动定义的方向。

如本文所用，微沟槽的“喉部”是指微沟槽在其横截面中具有局部最小值的部分。应当注意，对于一个微沟槽，可存在多个喉部。

在符合本发明的一个实施例中，微沟槽的流入开口被构造为微沟槽的喉部，并且微沟槽的壁被构造为提供下述微沟槽，所述微沟槽在沿流体流动的方向上具有逐渐连续性增大的横截面。在此示例性实施例中(其中(例如)流体为空气)，流入开口优选为100μm^2并且可为0.01μm^2至500μm^2范围内的任何值。此外，流出开口优选为3000μm^2并且可为0.1μm^2至50,000μm^2范围内的任何值。微沟槽的壁的长度(即，微沟槽的流入开口和流出开口之间的线性距离)优选为30mm并且可为0.01mm至10米范围内的任何值。在符合本发明的另一个实施例中，流入开口和流出开口的尺寸(以及横截面随长度变化的尺寸)可与刚才所论述的相颠倒。例如，流入开口优选为3000μm^2并且可为0.1μm^2至50,000μm^2范围内的任何值，并且流出开口优选为100μm^2并且可为0.01μm^2至500μm^2范围内的任何值。

在符合本发明的另一个实施例中，微沟槽的流入开口被构造为微沟槽的喉部，并且微沟槽的壁被构造为提供下述微沟槽，所述微沟槽具有在喉部附近急剧增大的横截面以及随后沿流体流动方向基本上固定的横截面。在此示例性实施例中(其中(例如)流体为空气)，流入开口优选为100μm^2并且可为0.01μm^2至500μm^2范围内的任何值。此流入开口在扩展为较大的、基本上恒定的开口之前的示例性长度可为大约500μm。此外，流出开口优选为3000μm^2并且可为0.1μm^2至50,000μm^2范围内的任何值。微沟槽的壁的长度(即，微沟槽的流入开口和流出开口之间的线性距离)优选为30mm并且可为0.01mm至50米范围内的任何值。在符合本发明的另一个实施例中，流入开口和流出开口的尺寸(以及横截面随长度变化的尺寸)可与刚才所论述的相颠倒。例如，流入开口优选为3000μm^2并且可为0.1μm^2至50,000μm^2范围内的任何值，并且流出开口优选为100μm^2并且可为0.01μm^2至500μm^2范围内的任何值。