[发明专利]用于冷却腔室和表面的增强的热传送系统

说明书

添加到被动热传送系统的至少一个强制对流单元在瞬态热量负载阶段期间操作但不在稳态条件下操作，从而冷却腔室或表面并且维持腔室或表面的设定点温度。基于温度数据和/或设定点温度值选择性地采用强制对流。排热传送系统包括第一排热器和第二排热器，所述第一排热器和第二排热器各自通过主传送管和交叉传送管联接至第一排热交换器和第二排热交换器，从而准许两个散热器都从第一热电热泵和第二热电热泵消散热量，而不管所述第一热泵、所述第二热泵、或所述第一热泵和第二热泵是否在操作中。

相关申请

本申请要求于2013年9月16日提交的美国临时专利申请号61/878,156以及于2014年7月21日提交的美国临时专利申请号62/027,071的权益。上述申请的公开内容均在此以引用的方式各自整体并入本文。

本公开的技术领域

本公开总体涉及用于去除并消散来自腔室和/或表面的热量的冷却系统，包括利用热电冷却元件的冷却系统和致冷系统。

背景

致冷方法涉及从有待冷却的腔室或表面移开热量，并且在高于周围介质(例如，空气)的温度下排出所述热量。基于蒸汽压缩的冷却系统具有高效能系数(COP)并且通常用于冷却腔室和表面。常规基于蒸汽压缩的致冷系统利用恒温调节的工作循环控制。典型地此类系统的动力不足以满足稳态和瞬态需求两者(如在降温或恢复期间)，并且因此包括远超稳态操作期间所要求的散热需求的过度冷却能力。过度冷却能力允许提高的降温性能，但是由于常规蒸汽压缩系统的控制、热力学极限、以及产品性能需求的本质，常规蒸汽压缩系统效率达不到最优。过度冷却能力还在启动期间需要巨大的电流浪涌并且要求更昂贵的电子部件。

基于蒸汽压缩的致冷系统的次最优效率涉及对精确地控制冷却室内的温度的此类系统的需要。典型地，当冷却室内的温度超过给定值时，基于蒸汽压缩的致冷系统被启动并且继续运行直到冷却室中的温度低于规定值一在此时基于蒸汽压缩的系统被关闭。此类控制方案典型地具有相对大的控制带和相对大的内部温度分层，以试图最小化能量消耗并且允许在变化的周围条件下操作。这一控制方案是最常利用的，因为利用蒸汽压缩循环很难实现节流或容量变化并且实现起来是昂贵的，并且节流或容量差异随着容积效率下降而提供有限的功效。

基于蒸汽压缩的系统还经常使用基于含氯氟烃(CFC)的致冷剂，然而，基于CFC的致冷剂的使用造成环境威胁，因为此类化合物的排放可导致地球臭氧层的耗尽。

热电冷却系统表示相对于蒸汽压缩系统的环境友好型替代方案，因为它们不要求基于CFC的致冷剂。热电冷却器(又称热电热泵)响应于电流的施加而横过其表面产生温差。热量可从有待冷却的表面或腔室接受，并且可被传送(例如，通过一系列传送管)至排热器以便消散到周围介质如空气中。热电冷却系统可包括被动排热子系统，如热虹吸管或热管，这免除了强制传送加压冷却剂穿过排热器的需要。至于所有致冷系统，横过热电热泵的温差越小，热泵在传送热量上越有效。然而尽管热电冷却系统具有环境效益，但此类系统具有典型地小于蒸汽压缩系统的一半的COP值。增强热电冷却系统的COP并且使得它们能够在很宽的周围温度条件范围内使用对于促进此类系统的采用增加是有益的。

概述

本公开的实施方案涉及能够在增加的周围温度条件范围内实现更大的效率和/或使用率的热传送系统(包括热电冷却系统)，比如可用于冷却腔室和/或表面。