JP2017537295A - Hybrid heat transfer system - Google Patents

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Abstract

1つの態様に従って、ハイブリッド熱輸送システムは、負荷温度(TL)を有する負荷と周囲温度(TA)を有する周囲環境の間で熱を受動的に輸送するよう構成された第1熱伝導経路及び負荷と周囲環境の間で熱を能動的に輸送するよう構成された第2熱伝導経路を含み、第2経路はヒートポンプを備える。【選択図】図2AIn accordance with one aspect, a hybrid heat transfer system includes a first heat transfer path and a load configured to passively transfer heat between a load having a load temperature (TL) and an ambient environment having an ambient temperature (TA). Including a second heat conduction path configured to actively transport heat between the air and the surrounding environment, the second path comprising a heat pump. [Selection] Figure 2A

Description

発明の詳細な説明Detailed Description of the Invention

[先行出願]
本出願は、「高効率ハイブリッド熱除去システム」と題する2014年12月5日に出願された米国仮特許出願第62/088,362号の優先権を主張するものであり、参照によりその全体を本明細書に包含する。
[開示の分野]
[Prior application]
This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 62 / 088,362, filed December 5, 2014, entitled “High Efficiency Hybrid Heat Removal System”, which is incorporated by reference in its entirety. Included in this specification.
[Disclosure]

本開示の分野は、概して熱除去システムに関し、特にハイブリッド熱輸送システムに関する。
[背景]
The field of the disclosure relates generally to heat removal systems, and more particularly to hybrid heat transport systems.
[background]

限られた資源と環境を懸念すると、省エネルギーの需要は実質的に増え続けている。これはエネルギー効率の優れた装置の進歩へとつながる。例えば、現在のエネルギー効率の優れた冷蔵庫は、15年以上前のモデルと比較すると40%近く使用するエネルギー量が少ない。エネルギー効率の優れた冷蔵庫の効率をさらに向上させる能力は、多機能の必要性に制限される。例えば、消費者は、正確な温度制御を維持しながら幅広い温度範囲で動作し、かつ急速な変化に適応する冷蔵庫を必要としている。   Concerned about limited resources and the environment, the demand for energy conservation continues to increase substantially. This leads to advances in energy efficient equipment. For example, current energy efficient refrigerators use nearly 40% less energy than models more than 15 years ago. The ability to further improve the efficiency of energy efficient refrigerators is limited to the need for multiple functions. For example, consumers need a refrigerator that operates over a wide temperature range while maintaining accurate temperature control and adapts to rapid changes.

既存の冷蔵技術は、受動的または能動的冷却技術のいずれかを使用している。本明細書に用いられるように、「受動的」という用語が、加熱または冷却の文脈に用いられる時、例えば、伝導、対流、放射等といった自然過程を介するといったように、さらなるエネルギーを必要とせず生じる熱輸送に関する。本明細書に用いられるように、「能動的」という用語が、加熱または冷却の文脈に用いられる時、例えば、コンプレッサ、ヒートポンプ、ペルチェ接合等といった電力消費装置の使用を介するといったように、生じるのにさらなるエネルギー(例えば、電気)を必要とする熱輸送に関する。このため、能動的冷却システムは、エネルギーを消費しない受動的冷却とは対照的に、物体を冷却するためのエネルギー消費に関するものである。   Existing refrigeration techniques use either passive or active cooling techniques. As used herein, when the term “passive” is used in the context of heating or cooling, it does not require additional energy, such as through natural processes such as conduction, convection, radiation, etc. Regarding the heat transport that occurs. As used herein, the term “active” occurs when used in the context of heating or cooling, eg, through the use of power consuming devices such as compressors, heat pumps, Peltier junctions, etc. It relates to heat transport that requires additional energy (eg electricity). Thus, active cooling systems relate to energy consumption for cooling objects as opposed to passive cooling that does not consume energy.

エネルギー効率に優れた冷蔵庫の最も一般的なタイプは、蒸気圧縮システムを用いる。これらのシステムでは、機械的構成要素は熱を能動的に輸送するためにエネルギーを消費する。これらの構成要素は、コンプレッサ、コンデンサ、温度膨張弁、蒸発器、作動流体(例えば、冷媒)を循環させる配管、及びサーモスタットを含んでもよい。構成要素は、冷却室から外部環境へと熱を輸送するために強制相変化を受ける冷媒を循環させる。熱電冷却システムを含む冷蔵システムはあまり一般的ではない。これらのシステムでは、熱電ヒートポンプは、冷却室から外部環境へと熱を排出する他の受動的サブシステムへと熱を受け入れる受動的サブシステムから熱を能動的に輸送するためにエネルギーを消費する。   The most common type of energy efficient refrigerator uses a vapor compression system. In these systems, mechanical components consume energy to actively transport heat. These components may include a compressor, a condenser, a temperature expansion valve, an evaporator, piping for circulating a working fluid (eg, refrigerant), and a thermostat. The component circulates a refrigerant that undergoes a forced phase change to transport heat from the cooling chamber to the external environment. Refrigeration systems including thermoelectric cooling systems are less common. In these systems, the thermoelectric heat pump consumes energy to actively transport heat from passive subsystems that accept heat from the cooling chamber to other passive subsystems that exhaust heat to the outside environment.

冷蔵システムは通常しっかりと断熱されているので、受動的伝送のみで冷却室から外部環境へ輸送され得る熱が通る熱伝導経路なしで設計されるものである。このため、冷却室から熱を排出する手段がないこれらの冷蔵システムは、能動的構成要素を故障させる場合がある。   Because refrigeration systems are usually well insulated, they are designed without a heat conduction path through which heat can be transported from the cooling chamber to the outside environment with only passive transmission. Thus, these refrigeration systems that do not have a means of exhausting heat from the cooling chamber may cause active components to fail.

この問題は、内部室を外部環境の温度に従って設定された温度に維持するよう設計された能動的システムにさらに問題を起こし能動的構成要素を故障させる場合があり、必要に応じて内部室を加熱または冷却するために輸送され得る熱が通る熱伝導経路がない。さらに、選択肢がなく、受動的経路は、外部環境状態が電力消費を削減するために利用できないということを意味する。例えば、室が若干の温度上昇が必要で、かつ外部環境が室よりも暖かい場合、選択肢の存在、受動的経路は、能動的装置を介する代わりに受動的熱輸送を介して室を暖めさせ、よって能動的装置が使用するエネルギーを消費する(かつそのための支払いをする)必要性を未然に防ぐ。外部環境が室よりも冷たい場合に若干の冷却が必要である室にも同様に適用し、受動的経路はヒートポンプ、コンプレッサなどを動作するためにさらなるエネルギーを消費することなく熱を室から外部環境へと輸送するのに用いられる。   This problem can cause further problems in active systems designed to maintain the internal chamber at a temperature set according to the temperature of the external environment, causing active components to fail and heating the internal chamber as needed. Or there is no heat conduction path through which heat can be transported to cool. Furthermore, there is no option, and passive paths mean that external environmental conditions are not available to reduce power consumption. For example, if the room needs a slight temperature rise and the external environment is warmer than the room, the existence of an option, the passive path, causes the room to warm through passive heat transport instead of through active devices, This obviates the need to consume (and pay for) the energy used by active devices. The same applies to rooms where some cooling is required when the external environment is cooler than the room, and the passive path heats from the room to the external environment without consuming additional energy to operate the heat pump, compressor, etc. Used to transport to.

このように、動作の汎用性を維持しながら低コストでより高いエネルギー効率を提供する熱輸送のためのシステム及び方法への必要性が残る。   Thus, there remains a need for systems and methods for heat transport that provide higher energy efficiency at lower cost while maintaining versatility of operation.

[概要]
ハイブリッド熱輸送システムのためのシステム及び方法が開示される。
[Overview]
Systems and methods for hybrid heat transfer systems are disclosed.

1つの態様に従って、ハイブリッド熱輸送システムは、負荷温度Tを有する負荷と周囲温度Tを有する周囲環境の間で受動的に熱を輸送するよう構成された第1熱伝導経路及び負荷と周囲環境の間で能動的に熱を輸送するよう構成された第2熱伝導経路を含み、第2経路はヒートポンプを備える。 According to one aspect, a hybrid heat transport system, the first heat conducting path and the load and the surrounding configured to transport the passively heat between the ambient environment with load and ambient temperature T A with the load temperature T L A second heat transfer path configured to actively transport heat between the environments, the second path includes a heat pump.

1つの態様に従って、ヒートポンプは、起動状態または停止状態のいずれかで、ヒートポンプが起動状態にある時、熱は第2熱伝導経路を通じて能動的に輸送され、ヒートポンプが停止状態にある時、熱は第2熱伝導経路を通じて能動的に輸送されない。   According to one aspect, the heat pump is either in an activated state or a deactivated state, when the heat pump is activated, heat is actively transported through the second heat conduction path, and when the heat pump is deactivated, the heat is It is not actively transported through the second heat conduction path.

他の態様に従って、ヒートポンプが停止状態にある時、熱は第2熱伝導経路を通じて受動的に輸送される。   According to another aspect, when the heat pump is at rest, heat is passively transported through the second heat transfer path.

1つの態様に従って、第1及び第2経路はそれぞれ、負荷へと、または負荷から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を備える。他の態様に従って、第1及び第2経路は、負荷へと、または負荷から熱を輸送するための一般的な熱交換構成要素を共有する。   According to one aspect, each of the first and second paths comprises its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the load. In accordance with other aspects, the first and second paths share common heat exchange components for transporting heat to and from the load.

1つの態様に従って、第1及び第2経路はそれぞれ、周囲環境へと、または周囲環境から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を含む。他の態様に従って、第1及び第2経路は、周囲環境へと、または周囲環境から熱を輸送するための一般的な熱交換構成要素を共有する。   According to one aspect, each of the first and second paths includes its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the surrounding environment. In accordance with other aspects, the first and second pathways share common heat exchange components for transporting heat to and from the surrounding environment.

1つの態様に従って、第1熱伝導経路は、負荷と周囲環境の間に直列の熱ダイオードを備える。1つの態様に従って、熱ダイオードは、負荷から周囲環境への熱輸送を可能にし、周囲環境から負荷への熱輸送を阻止する。1つの態様に従って、熱ダイオードは熱サイフォンを備える。   According to one aspect, the first heat conduction path comprises a series of thermal diodes between the load and the ambient environment. In accordance with one aspect, the thermal diode allows heat transfer from the load to the ambient environment and prevents heat transfer from the ambient environment to the load. According to one aspect, the thermal diode comprises a thermosyphon.

1つの態様に従って、第2熱伝導経路は、負荷と周囲環境の間に直列の熱ダイオードを含む。1つの態様に従って、熱ダイオードは負荷とヒートポンプの間で直列になっている。   According to one aspect, the second heat transfer path includes a series of thermal diodes between the load and the ambient environment. According to one aspect, the thermal diode is in series between the load and the heat pump.

1つの態様に従って、第2熱伝導経路は、負荷と周囲環境の間に直列の熱キャパシタを含む。1つの態様に従って、第2熱伝導経路は、負荷とヒートポンプの間に直列の熱キャパシタを含む。1つの態様に従って、熱キャパシタは、相変化材料及び/または熱質量を備える。   According to one aspect, the second heat transfer path includes a thermal capacitor in series between the load and the ambient environment. According to one aspect, the second heat transfer path includes a thermal capacitor in series between the load and the heat pump. According to one aspect, the thermal capacitor comprises a phase change material and / or a thermal mass.

1つの態様に従って、第2熱伝導経路は、負荷と周囲環境の間に直列の熱ダイオード、熱キャパシタ、及びヒートポンプを含む。1つの態様に従って、第2熱伝導経路は、負荷とヒートポンプの間に直列の熱ダイオード及び熱キャパシタを含む。   According to one aspect, the second heat transfer path includes a thermal diode, a thermal capacitor, and a heat pump in series between the load and the ambient environment. According to one aspect, the second heat transfer path includes a thermal diode and a thermal capacitor in series between the load and the heat pump.

1つの態様に従って、第1熱伝導経路はさらにヒートポンプを含む。   According to one aspect, the first heat transfer path further includes a heat pump.

他の態様に従って、ハイブリッド熱輸送システムは、負荷温度Tを有する負荷から周囲温度Tを有する周囲環境へと熱を輸送するための熱伝導経路を含む。熱伝導経路は格納温度Tを有する熱キャパシタ、ヒートポンプによって熱が能動的に輸送されるという起動状態、かつヒートポンプによって熱が能動的に輸送されていないという停止状態を有するヒートポンプ、及び負荷と周囲環境の間に直列で接続されている熱ダイオードを含む。 According to another aspect, a hybrid heat transport system comprises a heat conduction path to transfer heat to the surrounding environment with ambient temperature T A from the load with a load temperature T L. Heat pump heat conduction path having a stopped state of the heat capacitor having a storage temperature T S, activation of heat by the heat pump is actively transported condition and heat by the heat pump is not actively transported, and the load and the surrounding Includes thermal diodes connected in series between the environment.

1つの態様に従って、熱キャパシタは、相変化材料及び/または熱質量を備える。   According to one aspect, the thermal capacitor comprises a phase change material and / or a thermal mass.

1つの態様に従って、熱キャパシタの第1側は負荷に接しており、ヒートポンプの第1側は熱キャパシタの第2側に接しており、熱ダイオードの第1側はヒートポンプの第2側に接しており、かつ熱ダイオードの第2側は熱を周囲環境へと輸送する。   According to one aspect, the first side of the thermal capacitor is in contact with the load, the first side of the heat pump is in contact with the second side of the thermal capacitor, and the first side of the thermal diode is in contact with the second side of the heat pump. And the second side of the thermal diode transports heat to the surrounding environment.

さらに他の態様に従って、ハイブリッド熱輸送システムは、負荷の能動的加熱及び/または冷却のための第1構成要素と、その動作は少なくとも1つの制御入力によって制御され、及びアルゴリズムに従い少なくとも1つの制御入力を介して第1構成要素の動作を制御するよう構成された制御システムと、を含む。   According to yet another aspect, the hybrid heat transfer system includes a first component for active heating and / or cooling of a load, operation of which is controlled by at least one control input, and at least one control input according to an algorithm. And a control system configured to control the operation of the first component via.

1つの態様に従って、制御システムは、少なくとも1つの温度センサと、ハードウェアを有し、少なくとも1つの温度センサから温度情報を受信し、第1構成要素の所望動作を判断するためにアルゴリズムに従って情報を処理し、かつ第1構成要素の動作を制御するよう構成されたコントローラと、を含む。   According to one aspect, the control system includes at least one temperature sensor and hardware, receives temperature information from the at least one temperature sensor, and outputs the information according to an algorithm to determine a desired operation of the first component. And a controller configured to process and control operation of the first component.

1つの態様に従って、コントローラは、コントローラと第1構成要素の間の電気回路を起動し、かつ切り替えることで第1構成要素の動作を制御する。   According to one aspect, the controller controls the operation of the first component by activating and switching an electrical circuit between the controller and the first component.

さらに他の態様に従って、負荷温度Tを有する負荷と周囲温度Tを有する周囲環境の間で受動的に熱を輸送するための第1熱伝導経路及び負荷と周囲環境の間で能動的に熱を輸送するための第2熱伝導経路を有し、第2経路はヒートポンプを含む。ハイブリッド熱輸送システムを制御する方法は、TとTの値を監視することを含む。Tが第1閾値TLHよりも大きいという判断の下、TがTよりも大きいかまたは等しい場合、ヒートポンプは第2経路を通じて熱を負荷から周囲環境へと能動的に輸送するよう起動し、しかしながらTがTよりも小さい場合には、ヒートポンプは第2経路を通じて熱を負荷から周囲環境へと能動的に輸送しないように(例えば、第1経路を通じて熱を負荷から周囲環境へと受動的に輸送するように)、停止する。Tが第2閾値TLLよりも大きいという判断の下、TがTよりも小さいかまたは等しい場合、ヒートポンプは第2経路を通じて熱を周囲環境から負荷へと能動的に輸送するよう起動し、しかしながらTがTよりも大きい場合には、ヒートポンプは第2経路を通じて熱を周囲環境から負荷へと能動的に輸送しないように(例えば、第1経路を通じて熱を周囲環境から負荷へと受動的に輸送するように)、停止する。TLL≦T≦TLHであるという判断の下、ヒートポンプの現在の動作状態(起動しているかまたは停止しているかのいずれでも)は変更されない。 According to yet another aspect, the load and the ambient temperature T A actively between the first heat conducting path and the load and the ambient environment to transport passively heat between the ambient environment having a having a load temperature T L There is a second heat conduction path for transporting heat, the second path including a heat pump. Method of controlling a hybrid heat transport system includes monitoring the value of T L and T A. T L is below the determination that greater than the first threshold value T LH, if T A is greater than or equal to T L, the heat pump starts to actively transported into the surrounding environment of heat from the load through the second path However, if T A is less than T L , the heat pump does not actively transfer heat from the load to the surrounding environment through the second path (eg, from the load to the surrounding environment through the first path). And stop to transport passively). Under the judgment that T L is higher than the second threshold T LL, if T A is less than or equal to T L, the heat pump starts to actively transported to the load heat from the surrounding environment through the second path However, if T A is greater than T L , the heat pump does not actively transfer heat from the ambient environment to the load through the second path (eg, heat from the ambient environment to the load through the first path). And stop to transport passively). Under the determination that T LL ≦ T L ≦ T LH , the current operating state of the heat pump (whether it is activated or deactivated) is not changed.

本明細書に記述される方法及びシステムは、温度の正確な制御を維持しながら、幅広い温度範囲及び冷却速度で動作するといったような動作の汎用性を向上しながら低コストで向上した高い効率を提供する。   The methods and systems described herein provide increased efficiency at a lower cost while improving the versatility of operation such as operating in a wide temperature range and cooling rate while maintaining accurate control of temperature. provide.

添付の図面に関連して以下の好適な実施形態の詳細な記述を読むと、本開示の範囲が当業者に明らかとなり、さらなる態様が理解されるであろう。   Upon reading the following detailed description of the preferred embodiments in connection with the accompanying drawings, the scope of the present disclosure will become apparent to those skilled in the art and further aspects will be appreciated.

本明細書に包含され、かつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本開示のいくつかの態様を説明し、記述と共に本開示の原理を説明するための役割を果たす。 The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate several aspects of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造を説明し、システムは負荷と周囲環境の間で熱を輸送するための第1及び第2熱伝導経路を含み、第2経路はヒートポンプを含む。An exemplary structure of a hybrid heat transfer system according to an embodiment of the present disclosure is described, the system including first and second heat conduction paths for transporting heat between a load and an ambient environment, the second path comprising a heat pump. Including. 本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの直交図を説明し、第1経路は第2経路の風上にあるので、能動的第2経路からの熱は受動的第1経路の性能に影響を与えない。FIG. 6 illustrates an orthogonal view of a hybrid heat transfer system according to an embodiment of the present disclosure, where the first path is upwind of the second path, so that heat from the active second path affects the performance of the passive first path. Don't give. 本開示の実施形態に従う図1Aにおけるシステムの機能的描写を説明する。2B illustrates a functional depiction of the system in FIG. 1A according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムのための例示的方法のフロー図を説明する。FIG. 6 illustrates a flow diagram of an exemplary method for a hybrid heat transfer system according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は負荷からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。An exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure is described, respectively, where the first and second heat transfer paths are general heat exchangers for transporting heat from a load. Share. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は負荷からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。An exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure is described, respectively, where the first and second heat transfer paths are general heat exchangers for transporting heat from a load. Share. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。An exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure is described respectively, and the first and second heat conduction paths are general heat exchangers for transporting heat from the ambient environment Share 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。An exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure is described respectively, and the first and second heat conduction paths are general heat exchangers for transporting heat from the ambient environment Share 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続され、第1及び第2経路は周囲環境への、または周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, wherein the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode, and the first and second paths are Share a common heat exchanger for transporting heat to and from the surrounding environment. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続され、第1及び第2経路は周囲環境への、または周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, wherein the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode, and the first and second paths are Share a common heat exchanger for transporting heat to and from the surrounding environment. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transfer system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to the load through a thermal diode. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transfer system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to the load through a thermal diode. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal capacitor. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal capacitor. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオード及び熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transfer system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode and a thermal capacitor. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオード及び熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続される。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transfer system according to other embodiments of the present disclosure, the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode and a thermal capacitor. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオード及び熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続され、第1熱伝導経路はさらにヒートポンプを含む。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, wherein the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode and a thermal capacitor, and the first heat conduction The path further includes a heat pump. 本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路は熱ダイオード及び熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続され、第1熱伝導経路はさらにヒートポンプを含む。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to other embodiments of the present disclosure, wherein the second heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode and a thermal capacitor, and the first heat conduction The path further includes a heat pump. 本開示のさらに他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、負荷と周囲環境の間の熱伝導経路は直列に接続された熱キャパシタ、ヒートポンプ、及び熱ダイオードを含む。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to yet another embodiment of the present disclosure, wherein the heat conduction path between the load and the ambient environment is connected in series with a thermal capacitor, heat pump, and thermal diode including. 本開示のさらに他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、負荷と周囲環境の間の熱伝導経路は直列に接続された熱キャパシタ、ヒートポンプ、及び熱ダイオードを含む。Each illustrating an exemplary structure and functional depiction of a hybrid heat transport system according to yet another embodiment of the present disclosure, wherein the heat conduction path between the load and the ambient environment is connected in series with a thermal capacitor, heat pump, and thermal diode including. 本開示の他の実施形態に従う例示的ハイブリッド熱輸送システムのブロック図を説明する。FIG. 4 illustrates a block diagram of an exemplary hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure.

[詳細な説明]
ハイブリッド熱輸送システムのためのシステム及び方法が開示される。説明される実施形態は、当業者が実施形態を実行できるように以下に必要な情報を表し、かつ実施形態の最適な実行モードを説明する。添付の図面を考慮して以下の記述を読むと、当業者は本開示の概念を理解し、これらの概念の応用が本明細書に特に示されていないことが明らかとなるであろう。
[Detailed description]
Systems and methods for hybrid heat transfer systems are disclosed. The described embodiments represent the information necessary below to enable those skilled in the art to perform the embodiments and describe the optimal execution mode of the embodiments. Upon reading the following description in view of the accompanying drawings, those skilled in the art will understand the concepts of the present disclosure and it will be apparent that the application of these concepts is not specifically illustrated herein.

これらの概念及び応用が、本開示及び付属の特許請求の範囲内に含まれることが理解されるべきである。第1、第2、等の用語が様々な要素を記述するために本明細書で用いられ得るが、これらの要素はこれらの用語により限定されるべきではないことが理解されるべきである。これらの用語は、要素を区別するためにのみ用いられている。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第1要素は第2要素と称される場合があり、かつ同様に、第2要素は第1要素と称される場合がある。   It should be understood that these concepts and applications fall within the scope of this disclosure and the appended claims. Although terms such as first, second, etc. may be used herein to describe various elements, it should be understood that these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish elements. For example, a first element may be referred to as a second element, and, similarly, a second element may be referred to as a first element, without departing from the scope of the present disclosure.

要素が他の要素に「接続される」または「連結される」というように称される時、それは他の要素または存在し得る介在要素に直接的に接続されるかまたは連結され得るということがさらに理解されるべきである。一方、要素が他の要素に「直接接続される」または「直接連結される」というように言及される時、存在する介在要素はない。   When an element is referred to as being “connected” or “coupled” to another element, it may be directly connected to or coupled to the other element or any intervening element that may be present. It should be further understood. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” or “directly connected” to another element, there are no intervening elements present.

単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が明らかに他のものを指し示していない限り、複数形を含むことが理解されるべきである。「comprises(備える)」、「comprising(備えている)」、「includes(含む)」、及び/または「including(含んでいる)」の用語が、本明細書に用いられる時、表明された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び/または構成要素の存在を記述するが、他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び/またはそれらのグループの1つ以上の存在または付加を除外するものではないことは、さらに理解されるであろう。さらに、「及び/または」という用語は、1つ以上の関連する列挙項目のいずれかまたは全ての組み合わせを含む。   It should be understood that the singular forms “a”, “an”, and “the” include the plural unless the context clearly indicates otherwise. A feature expressed when the terms “comprises”, “comprising”, “includes”, and / or “including” are used herein. Describes the presence of integers, steps, actions, elements, and / or components, but describes the presence or addition of one or more of other features, integers, steps, actions, elements, components, and / or groups thereof. It will be further understood that it is not excluded. Further, the term “and / or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.

別段の定めがない限り、本明細書に用いられる全ての用語(技術用語及び科学用語を含む)は、本開示が属する当業者が通常理解するようなものと同様の意味を有する。本明細書に用いられる用語は、本明細書の文脈及び従来技術における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書にそのように明確に定義されない限りは、理想化された、または過度に形式張った要点に解釈されないということがさらに理解されるであろう。   Unless defined otherwise, all terms used herein (including technical and scientific terms) have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Terms used in this specification should be construed as having a meaning consistent with the context of this specification and the meaning in the prior art, and are idealized unless specifically defined as such in this specification. It will be further understood that it is not construed as an overly formalized or overly formal point.

熱輸送経路は、経路に沿う熱流を提供するために直列に熱的連結され得る1つ以上の構成要素を含む。例えば、熱は筐体(例えば、冷蔵庫のキャビネット)から取り除かれ、続いて外部環境(すなわち、周囲環境)へと放出するために熱輸送経路に沿って移動され得る。熱輸送経路は、熱排出システムの「受入側」及び/または「排出側」の一部であるか、及び/またはそこへと熱的に連結され得る。受入側は、熱的負荷から熱を受け入れる(例えば、負荷から熱を取り除く)。排出側は、外部/周囲環境へと熱を排出する。   The heat transport path includes one or more components that can be thermally coupled in series to provide heat flow along the path. For example, heat can be removed from a housing (eg, a refrigerator cabinet) and subsequently moved along a heat transport path for release to the outside environment (ie, the surrounding environment). The heat transport path may be part of and / or thermally coupled to the “receiving side” and / or “exhaust side” of the heat exhaust system. The acceptor receives heat from the thermal load (eg, removes heat from the load). The discharge side discharges heat to the outside / ambient environment.

熱輸送経路が能動的及び/または受動的熱流を供給するかどうかによって、熱輸送経路は「能動的」及び/または「受動的」であってもよい。例えば、熱輸送経路の構成要素(複数可)は、エネルギーを消費する時、熱輸送経路に「能動的」熱輸送を供給させ得る。一方で、同じ熱輸送経路は、同じ構成要素(複数可)がエネルギーを消費しない時、「受動的」熱輸送を供給し得る。このように、能動的熱輸送経路と受動的熱輸送経路の区別は、多量の熱が経路によって能動的及び/または受動的に輸送され得るかどうかによる。より詳細には、熱輸送経路は、少なくとも1つの能動的熱交換構成要素及び1つ以上の受動的構成要素を含んでもよい。さらに熱輸送経路が「能動的熱輸送経路」または「受動的熱輸送経路」と呼ばれるかどうかは、熱輸送経路が多量の熱を能動的及び/または受動的に輸送するよう構成されているかどうかによる。   Depending on whether the heat transport path provides active and / or passive heat flow, the heat transport path may be “active” and / or “passive”. For example, the heat transport path component (s) may cause the heat transport path to provide “active” heat transport when consuming energy. On the other hand, the same heat transport path can provide “passive” heat transport when the same component (s) do not consume energy. Thus, the distinction between active and passive heat transport paths depends on whether a large amount of heat can be actively and / or passively transported by the paths. More particularly, the heat transport path may include at least one active heat exchange component and one or more passive components. In addition, whether the heat transport path is called “active heat transport path” or “passive heat transport path” is whether the heat transport path is configured to actively and / or passively transport large amounts of heat by.

能動的熱輸送経路は、エネルギー消費によって熱輸送が起こる少なくとも1つの構成要素を含む。このように、能動的熱輸送経路は、少なくとも1つの構成要素がエネルギーを消費する時に多量の熱を輸送する。そういった構成要素は、本明細書では一般的に「能動的熱交換構成要素」と称される。能動的熱交換構成要素の実施例は、蒸気コンプレッサといったようなヒートポンプ、スターリング冷却器、熱電、及びエネルギー消費によって熱を輸送するかまたは変換するあらゆる構造、装置、及び/または材料を含む。このように、能動的熱輸送経路は、少なくとも1つの能動的熱交換構成要素がエネルギーを消費する時に多量の熱を輸送する。   The active heat transport path includes at least one component in which heat transport occurs due to energy consumption. Thus, an active heat transport path transports a large amount of heat when at least one component consumes energy. Such components are generally referred to herein as “active heat exchange components”. Examples of active heat exchange components include heat pumps such as steam compressors, Stirling coolers, thermoelectrics, and any structure, device, and / or material that transports or converts heat by energy consumption. Thus, the active heat transport path transports a large amount of heat when at least one active heat exchange component consumes energy.

受動的熱輸送経路は、エネルギーを消費せずに自然冷却プロセスの効果を向上する1つ以上の受動的構成要素を含む。受動的構成要素の実施例は、ヒートシンク、熱サイフォン、ヒートパイプ、熱交換器、相変化材料、またはエネルギーを消費せずに熱消失または変換の自然プロセスに依存するあらゆる構造、装置、及び/または材料を含む。
よって、受動的熱輸送経路は、エネルギーを消費せずに多量の熱を輸送する。
The passive heat transport path includes one or more passive components that improve the effectiveness of the natural cooling process without consuming energy. Examples of passive components include heat sinks, thermosyphons, heat pipes, heat exchangers, phase change materials, or any structure, device, and / or that relies on the natural process of heat dissipation or conversion without consuming energy Contains materials.
Thus, passive heat transport paths transport large amounts of heat without consuming energy.

従って、能動的熱交換構成要素を含む熱輸送経路は、能動的に熱輸送するためにエネルギーを消費する間の能動的熱輸送経路であり、かつ能動的熱交換構成要素がエネルギーを消費していない間に能動的熱輸送経路が多量の熱を受動的に輸送する場合には受動的熱輸送経路であってもよい。逆に、受動的熱輸送経路は、受動的熱輸送経路が多量の熱を受動的に輸送する間エネルギーを消費しない能動的熱交換構成要素を含んでもよい。   Thus, a heat transport path that includes an active heat exchange component is an active heat transport path while consuming energy to actively transport heat, and the active heat exchange component is consuming energy. If the active heat transport path passively transports a large amount of heat while it is not, it may be a passive heat transport path. Conversely, a passive heat transport path may include active heat exchange components that do not consume energy while the passive heat transport path passively transports a large amount of heat.

本明細書に開示の熱除去システムのための実施形態は、1つ以上の能動的及び/または受動的熱輸送経路を形成する能動的及び/または受動的構成要素の組み合わせを利用する。これらの組み合わせは、より優れた効果、幅広い温度範囲、冷却速度、正確な温度制御、及び低コストの1つ以上を達成する。   Embodiments for the heat removal system disclosed herein utilize a combination of active and / or passive components that form one or more active and / or passive heat transport paths. These combinations achieve one or more of better effects, wide temperature range, cooling rate, precise temperature control, and low cost.

本開示の実施形態の記述を続ける前に、いくつかの用語を以下のように定義することが有益である。   Before continuing the description of the embodiments of the present disclosure, it is useful to define some terms as follows.

本明細書に用いられるとき、「構成要素」とは、大きな全体の中の一部または一要素を指す。構成要素は、あらゆる装置、材料、及び/またはシステムを含んでもよい。例えば、熱輸送経路の構成要素は、熱輸送経路の一部または一要素である。「経路」は、熱輸送のための方向を供給するよう構成され直列に接続された複数の構成要素から形成される。   As used herein, “component” refers to a portion or one element in a large whole. A component may include any device, material, and / or system. For example, a component of the heat transport path is a part or part of the heat transport path. A “path” is formed from a plurality of components configured and connected in series to provide a direction for heat transport.

本明細書に用いられるとき、「能動的熱交換」という用語は、エネルギー消費によって熱を能動的に移動するためのあらゆる構成要素の動作を指す。熱は、低温で経路の1つの位置(すなわち、「源」)から経路の他の位置(すなわち、「シンク」)へと高温で移動する。能動的熱交換構成要素の実施例は、ヒートポンプである。ヒートポンプのみが、エネルギーを消費する時に多量の熱を移動する。これらに限定はされないが、いくつかの実施形態では、ヒートポンプは1つ以上の熱電モジュールを含むソリッドステートヒートポンプであり、各熱電モジュールは、複数の熱電装置(例えば、その熱電モジュール技術の参照により本明細書に包含される、「薄膜熱電モジュール製造のための方法」と題する米国特許第8,216,871号を参照)を含む。ヒートポンプの他の実施例は、蒸気圧縮ヒートポンプ及びスターリングサイクルヒートポンプを含む。能動的熱交換構成要素が能動的に熱を移動するので、電流を能動的に移動する電気回路の電源への類似点によってモデル化され得る。   As used herein, the term “active heat exchange” refers to the operation of any component to actively transfer heat by energy consumption. Heat travels at high temperatures from one location (ie, “source”) of the path to another location (ie, “sink”) at a low temperature. An example of an active heat exchange component is a heat pump. Only heat pumps transfer large amounts of heat when they consume energy. Without being limited thereto, in some embodiments, the heat pump is a solid state heat pump that includes one or more thermoelectric modules, each thermoelectric module comprising a plurality of thermoelectric devices (e.g., by reference to its thermoelectric module technology). Included in the specification, see US Pat. No. 8,216,871 entitled “Method for Manufacturing Thin Film Thermoelectric Modules”. Other examples of heat pumps include vapor compression heat pumps and Stirling cycle heat pumps. As active heat exchange components actively transfer heat, they can be modeled by analogy to the power supply of electrical circuits that actively transfer current.

本明細書に用いられるとき、「受動的構成要素」という用語は、エネルギーを消費せずに熱を受動的に移動するかまたは変換する構成要素を指す。熱は、受動的構成要素にわたる温度差の結果として、受動的構成要素によって自然に受け入れられ、輸送され、かつ排出されてもよい。受動的構成要素の実施例は、ヒートシンク/熱交換器、熱サイフォン、ヒートパイプ、相変化材料(PCM)等を含む。   As used herein, the term “passive component” refers to a component that passively transfers or converts heat without consuming energy. Heat may be naturally accepted, transported and exhausted by passive components as a result of temperature differences across the passive components. Examples of passive components include heat sinks / heat exchangers, thermosyphons, heat pipes, phase change materials (PCM), and the like.

図1Aは、本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造を説明し、システムは負荷と周囲環境の間で熱を輸送するための第1及び第2熱伝導経路を含み、第2経路はヒートポンプを含む。   FIG. 1A illustrates an exemplary structure of a hybrid heat transfer system according to an embodiment of the present disclosure, the system including first and second heat transfer paths for transferring heat between a load and an ambient environment, The path includes a heat pump.

図1Aに説明される実施形態では、本明細書では「システム10」とも称されるハイブリッド熱輸送システム10は、本明細書では「第1経路12」とも称される第1熱伝導経路12、及び本明細書では「第2経路14」とも称される第2熱伝導経路14を含み、その両方ともが負荷温度(T)を有する負荷16と周囲温度(T)を有する周囲環境18の間で熱を輸送するよう動作する。負荷の例は、これに限定はされないが、電気または電子回路、プリント基板(PCB)、電気機械、例えば冷蔵庫、格納ユニット、家及びオフィスビル等といった環境的に制御された空間を含む。第1経路12は、熱を受動的に輸送するよう構成される。第2熱伝導経路14は、熱を能動的に輸送するよう構成され、その目的のためのヒートポンプ20を含む。 In the embodiment illustrated in FIG. 1A, the hybrid heat transfer system 10, also referred to herein as “system 10”, is a first heat transfer path 12, also referred to herein as “first path 12”, And a second thermal conduction path 14, also referred to herein as a “second path 14”, both of which have a load 16 having a load temperature (T L ) and an ambient environment 18 having an ambient temperature (T A ). Operates to transport heat between. Examples of loads include, but are not limited to, environmentally controlled spaces such as electrical or electronic circuits, printed circuit boards (PCBs), electrical machines such as refrigerators, storage units, homes and office buildings. The first path 12 is configured to passively transport heat. The second heat conduction path 14 is configured to actively transport heat and includes a heat pump 20 for that purpose.

図1Aに説明される実施形態では、第1経路12は、負荷16へ、または負荷16から熱を輸送するための熱交換器22及び周囲環境18へ、または周囲環境18から熱を輸送するための熱交換器24を含む。第2経路14は、負荷16へ、または負荷16から熱を輸送するための熱交換器26及び周囲環境18へ、または周囲環境18から熱を輸送するための熱交換器28を含む。この説明された実施例では、熱交換器22、24、26、及び28は、フィン付き金属製熱交換器/ヒートシンクであるが、これらに限定されない。他のタイプの熱交換器/シンクが用いられてもよい。熱交換器の例は、これに限定はされないが、空冷式熱交換器、水冷式熱交換器等を含む。   In the embodiment illustrated in FIG. 1A, the first path 12 is for transporting heat to or from the heat exchanger 22 and the ambient environment 18 for transporting heat to or from the load 16. The heat exchanger 24 is included. The second path 14 includes a heat exchanger 26 for transporting heat to or from the load 16 and a heat exchanger 28 for transporting heat to or from the ambient environment 18. In this illustrated embodiment, heat exchangers 22, 24, 26, and 28 are finned metal heat exchangers / heat sinks, but are not limited to these. Other types of heat exchangers / sinks may be used. Examples of heat exchangers include, but are not limited to, air-cooled heat exchangers, water-cooled heat exchangers, and the like.

1つの実施形態では、ヒートポンプ20は、熱が負荷16と周囲環境18の間で能動的に輸送される起動状態、または熱が負荷16と周囲環境18の間で能動的に輸送されない停止状態のいずれかであってもよい。例えば、コントローラまたは制御システム(説明されず)は、所望の制御アルゴリズムに応じてヒートポンプ20が起動状態または停止状態になるよう選択的に制御されるよう、ヒートポンプ20を制御してもよい。いくつかの実施形態では、ヒートポンプ20は、停止状態にある時でも熱を受動的に輸送し続けてもよい。他の実施形態では、ヒートポンプ20は、例えば、負荷16と周囲環境18の間の熱的遮断器として機能するといったように、停止状態にある時にそういった熱輸送を防いでもよい。   In one embodiment, the heat pump 20 is in an activated state where heat is actively transported between the load 16 and the ambient environment 18 or in a stopped state where heat is not actively transported between the load 16 and the ambient environment 18. Either may be sufficient. For example, a controller or control system (not described) may control the heat pump 20 such that the heat pump 20 is selectively controlled to enter an activated state or a deactivated state according to a desired control algorithm. In some embodiments, the heat pump 20 may continue to passively transport heat even when at rest. In other embodiments, the heat pump 20 may prevent such heat transport when at rest, such as functioning as a thermal circuit breaker between the load 16 and the ambient environment 18, for example.

図1Aに説明される実施形態では、第1経路12は隙間によって第2経路14から分けられる。隙間は、熱の漏出を防ぐかまたは少なくとも熱の漏出を軽減するために経路を分断し、第2経路14から第1経路12へと、かつ熱交換器22を通じて閉鎖環境へと戻る。いくつかの実施形態では、隙間は、逆流をさらに防ぐための遮断器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、以下に記述されるように、隙間は完全に省かれてもよい。   In the embodiment illustrated in FIG. 1A, the first path 12 is separated from the second path 14 by a gap. The gap breaks the path to prevent heat leakage or at least reduce heat leakage and returns from the second path 14 to the first path 12 and through the heat exchanger 22 to the closed environment. In some embodiments, the gap may include a circuit breaker to further prevent backflow. In some embodiments, the gap may be omitted entirely, as described below.

1つの実施形態では、負荷16は、周囲環境18から分けられた自身の環境内に位置してもよい。図1Aに説明される実施形態では、例えば、負荷16は、負荷16のための局所環境を供給する構造30内に位置してもよい。1つの実施形態では、構造30は、冷蔵庫、冷凍庫、進入保護(IP)評価等のあるものといった環境的に制御された筐体といったような気候または温度制御された空間であってもよい。同様に、熱交換器24及び28は、構造内に位置するかまたはさらなる状態を供給する位置にあってもよい。例えば、熱交換器24及び28は、ケース、シャーシ、フレーム、または熱交換器上に連続的気流(または水流)を供給する他の環境に位置してもよい。これらの環境は、図1Bに関連して以下に記述されるようにさらなる利点を提供してもよい。   In one embodiment, the load 16 may be located in its own environment that is separate from the surrounding environment 18. In the embodiment illustrated in FIG. 1A, for example, the load 16 may be located in a structure 30 that provides a local environment for the load 16. In one embodiment, the structure 30 may be a climate or temperature controlled space such as an environmentally controlled enclosure such as a refrigerator, freezer, some with ingress protection (IP) rating, and the like. Similarly, heat exchangers 24 and 28 may be located in the structure or in a position to supply additional conditions. For example, the heat exchangers 24 and 28 may be located in a case, chassis, frame, or other environment that provides a continuous air stream (or water stream) over the heat exchanger. These environments may provide further advantages as described below in connection with FIG. 1B.

図1Bは、本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム10の直交図を説明する。図1Bに説明される実施形態では、第1経路12及び第2経路14はそれぞれ、両方とも破線の矢で表され、いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態では閉鎖構造36内に取り付けられ得る1つ以上のファン34により供給される気流32から利益を得るフィン付き熱交換器24及び28をそれぞれ含む。   FIG. 1B illustrates an orthogonal view of a hybrid heat transport system 10 according to an embodiment of the present disclosure. In the embodiment illustrated in FIG. 1B, each of the first path 12 and the second path 14 are both represented by dashed arrows, and in some embodiments, are mounted within the closure structure 36 in some embodiments. Each includes finned heat exchangers 24 and 28 that benefit from air flow 32 supplied by one or more fans 34 that may be provided.

図1Bに説明される実施形態では、熱交換器22及び26は、例えば負荷16と第1及び第2経路12及び14それぞれの間に熱界面を供給する熱伝導板(例えば、金属板)であるが、代替的実施形態では、これらの構造はなくてもよい。例えば、負荷16は、例えば、クランプ、ボルト、または他の固定具を介した直接的接触及び適所保持を通じて熱交換器24及びヒートポンプ20と直接噛合ってもよい。これらと他の噛合構造の間の熱をより効率よく輸送させるために熱ペーストが噛合面に存在してもよい。あるいは、負荷16は、熱交換器に非直接的に(例えば、介在構造を介して)、または遠隔的に(例えば、空隙にわたる熱の放射によって)連結してもよい。他の接続方法が同様に考慮される。   In the embodiment illustrated in FIG. 1B, the heat exchangers 22 and 26 are, for example, heat conductive plates (eg, metal plates) that provide a thermal interface between the load 16 and the first and second paths 12 and 14, respectively. However, in alternative embodiments, these structures may not be present. For example, the load 16 may engage directly with the heat exchanger 24 and the heat pump 20 through direct contact and holding in place, for example, via clamps, bolts, or other fasteners. Thermal paste may be present on the mating surface to more efficiently transport heat between these and other mating structures. Alternatively, the load 16 may be coupled to the heat exchanger indirectly (eg, via an intervening structure) or remotely (eg, by radiation of heat across the air gap). Other connection methods are considered as well.

図1Bに説明される実施形態では、負荷16からの熱Qは、熱交換器22を介して第1経路12へと引き込まれ、熱交換器24を介して周囲環境18へと消散する。負荷16からの熱はさらに、熱交換器26を介して第2経路14へと、起動している場合に熱交換器28へと熱を輸送するヒートポンプ20へと引き込まれる。 In the embodiment described in FIG. 1B, the heat Q C from the load 16 is drawn into the first path 12 through the heat exchanger 22 is dissipated into the surrounding environment 18 via the heat exchanger 24. The heat from the load 16 is further drawn into the second path 14 via the heat exchanger 26 and into the heat pump 20 which transports heat to the heat exchanger 28 when activated.

図1Bは、第1経路12からの熱交換器24が第2経路14からの熱交換器28から風上にある構成を説明する。能動的ヒートポンプが受動的に輸送され得た場合よりもより熱を輸送し得るので、熱交換器28は、熱交換器24よりも熱くなりやすく、熱交換機28を熱交換器24の風下へ置くことで、第1経路12は第2経路14によって生み出される熱に影響を受けにくくなり、よって熱交換器24が熱交換器28から風下にあった場合よりもより効率的である。言い換えると、熱交換器28を熱交換器24の風下に置くことで、第2経路14から第1経路12への熱漏出が軽減される。   FIG. 1B illustrates a configuration in which the heat exchanger 24 from the first path 12 is upwind from the heat exchanger 28 from the second path 14. Because the heat exchanger 28 can transport more heat than if an active heat pump could be passively transported, the heat exchanger 28 is likely to be hotter than the heat exchanger 24 and places the heat exchanger 28 leeward of the heat exchanger 24. Thus, the first path 12 is less susceptible to the heat generated by the second path 14, and is therefore more efficient than if the heat exchanger 24 was downwind from the heat exchanger 28. In other words, heat leakage from the second path 14 to the first path 12 is reduced by placing the heat exchanger 28 leeward of the heat exchanger 24.

図1A及び1Bに説明されるシステムといったような例示的ハイブリッド熱輸送システムの動作は、例えば、電気回路図に類似した図表を用いて記述されてもよい。このタイプの図表は、本明細書では熱回路図と称される。例えば、熱エネルギーを受動的に伝導する構造は、抵抗器に類似しており、よって本明細書では熱抵抗器と称される。本明細書に用いられるとき、「熱抵抗器」という用語は、より高い温度環境から熱を受動的に受け入れ、かつより低い温度環境へと熱を排出する構成要素を指す。熱抵抗器の実施例は、熱交換器を含む。熱交換器は一般的に流体媒質で熱を輸送する。流体媒質は、しばしば空気であるが、さらに水または冷媒であってもよい。熱抵抗器は、特定の熱交換器に属する。このように、熱交換器は、電気回路の抵抗器への類似点によってモデル化され得る。   The operation of an exemplary hybrid heat transfer system, such as the system described in FIGS. 1A and 1B, may be described using a diagram similar to an electrical schematic, for example. This type of chart is referred to herein as a thermal circuit diagram. For example, a structure that conducts heat energy passively is similar to a resistor and is therefore referred to herein as a thermal resistor. As used herein, the term “thermal resistor” refers to a component that passively accepts heat from a higher temperature environment and exhausts heat to a lower temperature environment. Examples of thermal resistors include heat exchangers. A heat exchanger generally transports heat in a fluid medium. The fluid medium is often air, but may also be water or a refrigerant. A thermal resistor belongs to a specific heat exchanger. In this way, the heat exchanger can be modeled by a similarity to electrical circuit resistors.

一方向にのみ熱を伝導する構造は、ダイオードに類似しており、よって本明細書では熱ダイオードと称される。本明細書に用いられるとき、「熱ダイオード」という用語は、経路の一方向に優先的に熱を受動的に流す構成要素を指す。逆に、熱ダイオードは、経路の好ましい方向とは反対方向への熱の逆流を防ぐ。熱ダイオードの例は、熱サイフォンを含む。熱サイフォンは、自然対流に基づいて熱輸送するための受動的二相熱交換を用いる。熱サイフォンは、機械ポンプを必要とすることなく、浮力及び重力及び/または求心力を用いて作動流体を介して蒸発器とコンデンサの間で熱を輸送する。特に、作動流体が蒸発器で加熱されると、加熱された作動流体の濃度が減少するため加熱された作動流体(例えば、ガス)は、浮力で熱サイフォンを通じてコンデンサへと自然と上昇する。作動流体がコンデンサで冷却される時、冷却された作動流体の濃度が増加するため冷却された作動流体(例えば、液体)は、重力及び/または求心力で熱サイフォンを通じて蒸発器へと自然と沈下する。   A structure that conducts heat only in one direction is similar to a diode and is therefore referred to herein as a thermal diode. As used herein, the term “thermal diode” refers to a component that preferentially flows heat preferentially in one direction of the path. Conversely, the thermal diode prevents backflow of heat in the direction opposite to the preferred direction of the path. Examples of thermal diodes include thermosyphons. Thermosyphons use passive two-phase heat exchange to transport heat based on natural convection. Thermosyphons use buoyancy and gravity and / or centripetal force to transfer heat between the evaporator and condenser via a working fluid without the need for a mechanical pump. In particular, when the working fluid is heated in the evaporator, the heated working fluid (eg, gas) naturally rises to the condenser through the thermosyphon due to buoyancy because the concentration of the heated working fluid decreases. When the working fluid is cooled by the condenser, the concentration of the cooled working fluid increases so that the cooled working fluid (eg, liquid) naturally sinks to the evaporator through the thermosyphon with gravity and / or centripetal force. .

熱輸送するよう作動流体の移動を容易にする毛細管力を誘発するためのウィッキング媒体を含むヒートパイプとは異なり、熱サイフォンは、作動流体を移動する毛細管力に依存しない。その結果、これは蒸発器からコンデンサ領域への熱流を可能にし、かつ蒸発器への熱の逆流を防ぐ。このように、熱サイフォンは、電気回路のダイオードへの類似点によってモデル化され得る。   Unlike heat pipes that include wicking media to induce capillary forces that facilitate movement of the working fluid for heat transport, thermosyphons do not rely on capillary forces that move the working fluid. As a result, this allows heat flow from the evaporator to the condenser area and prevents backflow of heat to the evaporator. In this way, thermosyphons can be modeled by similarities to electrical circuit diodes.

熱エネルギーまたは熱エネルギー欠損(例えば、PCMが冷凍状態といったケースなど)を格納する構造は、キャパシタと類似しており、よって本明細書では熱キャパシタと称される。本明細書に用いられるとき、「熱キャパシタ」という用語は、熱を受動的に格納する構成要素を指す。熱キャパシタの例は、PCMである。PCMは、特定温度で一相から他相へと変化する材料である。結果として、PCMは、多量の熱を受動的に格納し、かつ放出できる。熱は、より高いエネルギー状態へと材料が変化(例えば、固体から液体へと)する時に熱は消耗され、より低いエネルギー状態へと材料が変化(例えば、液体から固体へと)する時に熱は放出される。このように、PCMは、電気回路のキャパシタへの類似点によってモデル化され得る。   The structure for storing thermal energy or thermal energy deficiency (eg, the case where the PCM is in a frozen state, etc.) is similar to a capacitor and is therefore referred to herein as a thermal capacitor. As used herein, the term “thermal capacitor” refers to a component that passively stores heat. An example of a thermal capacitor is PCM. PCM is a material that changes from one phase to another at a specific temperature. As a result, PCM can passively store and release large amounts of heat. Heat is consumed when the material changes (eg, from solid to liquid) to a higher energy state, and heat is changed when the material changes (eg, from liquid to solid) to a lower energy state. Released. In this way, PCM can be modeled by analogy to capacitors in electrical circuits.

熱エネルギーを能動的に伝導する構造は、電源に類似しており、よって本明細書では熱源と称される。熱源は、熱を供給するために動作してもよく、熱を取り除くために動作してもよく、またはそのいずれかのために構成可能であってもよい。   A structure that actively conducts thermal energy is similar to a power supply and is therefore referred to herein as a heat source. The heat source may operate to supply heat, may operate to remove heat, or may be configurable for either.

よって、熱システムは、電気回路図に用いられる同値記号によって、すなわち、熱回路図を作るために表すことができる。図1Aに説明される実施形態のための熱回路図の実施例は、図1Cに示される。   Thus, the thermal system can be represented by the equivalence symbol used in the electrical schematic, i.e. to create a thermal schematic. An example of a thermal circuit diagram for the embodiment described in FIG. 1A is shown in FIG. 1C.

図1Cは、本開示の実施形態に従う図1Aにおけるシステム10の機能的描写を説明する。図1Cで説明される実施形態では、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16から周囲温度Tを有する周囲環境18への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。第1経路12では、熱交換器22は熱抵抗器Rth,L1として表され、かつ熱交換器24は熱抵抗器Rth,A1として表される。第2経路では、熱交換器26は熱抵抗器Rth,L2として表され、熱交換器28は熱抵抗器Rth,A2として表され、かつヒートポンプ20は熱源として表される。1つの実施形態では、ヒートポンプ20は、図1Cにおいて矢印PTECで示される電力を供給し得る熱電(TEC)装置であってもよい。 FIG. 1C illustrates a functional depiction of the system 10 in FIG. 1A according to an embodiment of the present disclosure. In the embodiment illustrated in Figure 1C, the system 10, the flow of heat Q C from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and the second path 14 to the ambient environment 18 with ambient temperature T A It is explained as a thermal circuit diagram. In the first path 12, the heat exchanger 22 is represented as a thermal resistor Rth, L1 , and the heat exchanger 24 is represented as a thermal resistor Rth, A1 . In the second path, the heat exchanger 26 is represented as a thermal resistor Rth, L2 , the heat exchanger 28 is represented as a thermal resistor Rth, A2 , and the heat pump 20 is represented as a heat source. In one embodiment, heat pump 20 may be a thermoelectric (TEC) device that can supply the power indicated by arrow P TEC in FIG. 1C.

図1Cに説明される熱回路図で表される構造は、期間中ずっと同じ温度でなくてもよいが、異なる位置では異なる温度であってもよい。図1Cに説明される実施形態では、Tで標示される節点は、負荷温度Tを有する負荷16との熱的接点を表し、Tで標示される節点は、周囲温度Tを有する周囲環境18との熱的接点を表す。他の標示節点は、第1または第2経路12及び14内の位置を表し、それぞれの位置における温度はTまたはTとは異なってもよい。図1Cに説明される実施形態では、例えば、TLAは、負荷16と周囲環境18の間の第1経路12におけるポイントでの温度であり、TLHPは、負荷16とヒートポンプ20の間の第2経路14におけるポイントでの温度である。THPAは、ヒートポンプ20と周囲環境18の間の第2経路14におけるポイントでの温度である。システム10の例示的動作は、図1Dを用いてここで説明される。 The structure represented by the thermal circuit diagram illustrated in FIG. 1C may not be at the same temperature throughout the period, but may be at different temperatures at different locations. In the embodiment illustrated in Figure 1C, nodes that are labeled with T L represents the thermal contact between the load 16 with a load temperature T L, nodes that are labeled with T A has an ambient temperature T A It represents a thermal contact with the surrounding environment 18. Other marking nodes represent positions within the first or second path 12 and 14, and the temperature at each position may be different from T L or T A. In the embodiment illustrated in FIG. 1C, for example, T LA is the temperature at a point in the first path 12 between the load 16 and the ambient environment 18 and T LHP is the first between the load 16 and the heat pump 20. The temperature at the point in the two paths 14. T HPA is the temperature at a point in the second path 14 between the heat pump 20 and the ambient environment 18. An exemplary operation of system 10 will now be described using FIG. 1D.

図1Dは、本開示の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム(例えば、図1Aまたは1Bのハイブリッド熱輸送システム10)のための例示的方法のフロー図を説明する。図1Dは、ハイブリッド熱輸送システム10が様々なモードで動作してもよく、かつこれらのモードが誘因状態に基づいて選択されるかまたは入れられるという概念を説明する。方法は、図1Cに関連して記述される。   FIG. 1D illustrates a flow diagram of an exemplary method for a hybrid heat transfer system (eg, the hybrid heat transfer system 10 of FIG. 1A or 1B) according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 1D illustrates the concept that the hybrid heat transfer system 10 may operate in various modes and that these modes are selected or entered based on the triggering state. The method is described in connection with FIG. 1C.

図1Dに説明される実施形態では、T及びT(及び、任意的にT、Tといった他の温度)といった1つ以上の温度が監視される(ステップ100)。以下により詳細に記述されるように、特定の誘因状態の検知が、システムを能動的冷却モード、受動的冷却(または加熱)モード、または能動的加熱モードへと入るよう引き起こし得る。 In the embodiment illustrated in FIG. 1D, one or more temperatures, such as T L and T A (and optionally other temperatures such as T 1 , T 2 ) are monitored (step 100). As described in more detail below, detection of a particular trigger condition may cause the system to enter an active cooling mode, a passive cooling (or heating) mode, or an active heating mode.

説明の目的のために、図1Dに説明される実施形態では、負荷16は負荷低温TLLから負荷高温TLHの温度の望ましい動作範囲を有すると仮定される。この実施例では、TLL≦TLHであり、かつTLL≦T≦TLHであることが望ましい。 For illustrative purposes, in the embodiment illustrated in FIG. 1D, it is assumed that the load 16 has a desirable operating range of temperatures from the load low temperature T LL to the load high temperature T LH . In this embodiment, it is desirable that T LL ≦ T LH and T LL ≦ T L ≦ T LH .

この実施形態では、プロセスは、負荷16が冷却される必要があることを示すというTがTLHよりも高いかどうかを確認し(ステップ102)、その場合プロセスはその後TがTよりも低いかどうかを確認する(ステップ104)。その場合、受動的冷却単独でもTを下げるのに十分であり得、よって能動的冷却は停止され(または停止状態を維持)(ステップ106)、かつプロセスはステップ100へと戻る。ステップ104において、TがTよりも高い場合、受動的冷却では熱を負荷16から周囲環境18へと輸送するのにTがTよりも少ない必要があるため、その後能動的冷却が必要となる。このケースでは、能動的冷却は開始され(または起動状態を維持)(ステップ108)、かつプロセスはステップ100へと戻る。 In this embodiment, the process, T L that indicates that the load 16 needs to be cooled to see if higher than T LH (step 102), in which case the process is then T A than T L (Step 104). In that case, passive cooling alone may be sufficient to lower TL , so active cooling is stopped (or remains stopped) (step 106), and the process returns to step 100. In step 104, if T A is higher than T L , then passive cooling requires that T A be less than T L in order to transfer heat from the load 16 to the ambient environment 18, so that active cooling is then performed. Necessary. In this case, active cooling is initiated (or remains activated) (step 108) and the process returns to step 100.

この実施形態では、ステップ102において、Tが上限TLH以上でない場合、その後プロセスは、負荷が加熱される必要があることを示すという、Tが下限TLL以下であるかどうかを確認し(ステップ110)、その場合、プロセスはその後TがTよりも高いかどうかを確認する(ステップ112)。その場合、受動的加熱単独でもTを上げるのに十分であり得、よって能動的加熱は停止され(または停止状態を維持)(ステップ114)、かつプロセスはステップ100へと戻る。ステップ112において、TがTよりも低い場合、受動的加熱ではTがTよりも大きい必要があるため、その後能動的加熱が必要となる。このケースでは、能動的加熱は開始され(または起動状態を維持)(ステップ116)、かつプロセスはステップ100へと戻る。 In this embodiment, in step 102, if TL is not greater than or equal to upper limit T LH , then the process confirms whether TL is less than or equal to lower limit T LL , indicating that the load needs to be heated. (Step 110), in that case, the process then checks whether T A is higher than T L (Step 112). In that case, passive heating alone may be sufficient to increase TL , so active heating is stopped (or remains stopped) (step 114), and the process returns to step 100. In step 112, if T A is lower than T L , then passive heating requires subsequent heating because T A needs to be greater than T L. In this case, active heating is initiated (or maintained in an activated state) (step 116) and the process returns to step 100.

この実施形態では、ステップ110において、TがTLLよりも低く場合、その後負荷16は望ましい温度範囲内にあり、よってプロセスはステップ100に戻る前に変更を行わない(ステップ118)。1つの実施形態では、「変更しない」とは、システムが現在動作しているいずれかのモード(例えば、能動的冷却、受動的冷却、能動的加熱、または受動的加熱)を維持することを意味する。例えば、能動的冷却が必要であるとシステムが検知した場合(すなわち、プロセスがステップ102からステップ104へと、かつその後ステップ106へと移行する)、その後やがていくつかの後続ポイントで能動的冷却がTをTLLとTLHの間になるところまで無事に下げるはずである(すなわち、プロセスがステップ102からステップ110へ、そしてステップ118へと移行する)。望ましい温度範囲内にTを維持するために、能動的冷却モードでの動作を続ける必要があり得る。 In this embodiment, if T L is lower than T LL at step 110, then the load 16 is within the desired temperature range, so the process does not change before returning to step 100 (step 118). In one embodiment, “do not change” means to maintain any mode in which the system is currently operating (eg, active cooling, passive cooling, active heating, or passive heating). To do. For example, if the system detects that active cooling is required (ie, the process moves from step 102 to step 104 and then to step 106), then over time, active cooling may occur at several subsequent points. T L should be successfully lowered to between T LL and T LH (ie, the process moves from step 102 to step 110 and then to step 118). It may be necessary to continue operating in active cooling mode to maintain TL within the desired temperature range.

図1Dは、第2経路14が能動的に加熱し、さらに能動的に冷却できる実施形態を説明する。例えば、1つの実施形態では、ヒートポンプ20の動作は逆行してもよく、すなわち、例えばヒートポンプ20を通じる電流の方向を逆行させることでいずれかの方向で熱を輸送し得る。この実施形態では、ヒートポンプ20は負荷16を温めるのに用いられてもよい。あるいは、抵抗加熱器といった他の装置は、例えば、負荷16へ熱を供給するため及び/またはヒートポンプ20の動作を補うために採用されてもよい。代替的実施形態では、しかしながらヒートポンプ20は、例えば能動的に冷却するために一方向でのみ動作してもよい。これらの実施形態では、ステップ110、112、114、及び116は省略されてもよい。同様に、図1Dに説明されるプロセスが示されていないさらなるステップを含み得ることが理解されよう。   FIG. 1D illustrates an embodiment in which the second path 14 can be actively heated and further actively cooled. For example, in one embodiment, the operation of the heat pump 20 may be reversed, i.e. heat may be transported in either direction, for example by reversing the direction of the current through the heat pump 20. In this embodiment, the heat pump 20 may be used to warm the load 16. Alternatively, other devices such as resistance heaters may be employed, for example, to supply heat to the load 16 and / or to supplement the operation of the heat pump 20. In alternative embodiments, however, the heat pump 20 may operate only in one direction, for example to actively cool. In these embodiments, steps 110, 112, 114, and 116 may be omitted. Similarly, it will be appreciated that the process described in FIG. 1D may include additional steps not shown.

一般的に、図1Dはいくつかの実施形態における原理を説明し、第1経路12及び第2経路14は温度TでQを取り除くために並行熱流経路を供給する。いくつかの実施形態では、システム10の動作は、Tと熱交換器24及び28の上流にあるあらゆる節点の温度の差の作用である。TLHPとTの温度差は、ヒートポンプ20が第2経路14を介してQを取り除くために起動したかどうかを判断してもよい。例えば、TLHPがTと等しいかまたはより小さい時、ヒートポンプ20は第2経路14を介してQを取り除くために起動してもよい。TLHPがTよりも大きい時、自然消滅が温度差によって引き起こされるため、ヒートポンプ20は、Qが第1経路12を通じて受動的に流れるように停止してもよい。従って、第1経路12はコストを削減し、かつエネルギー効率を向上してもよく、及び/または第2経路14は動作の幅広い温度範囲を供給してもよい。しかしながら、システム10の動作は、これらに限定はされない。 Generally, Figure 1D illustrates the principles of some embodiments, the first path 12 and second path 14 supplies a parallel heat flow path to remove Q C at a temperature T L. In some embodiments, the operation of the system 10 is a function of the difference between the temperature of any node upstream of the T A and the heat exchanger 24 and 28. The temperature difference between T LHP and T A is the heat pump 20 may determine whether to start to remove the Q C through the second path 14. For example, T LHP time is less than or equal to T A, the heat pump 20 may be activated to remove the Q C through the second path 14. When T LHP is greater than T A, since the natural mortality is caused by the temperature difference, the heat pump 20, Q C may be stopped as passively flows through the first path 12. Thus, the first path 12 may reduce costs and improve energy efficiency, and / or the second path 14 may provide a wide temperature range of operation. However, the operation of the system 10 is not limited to these.

いくつかの実施形態では、ヒートポンプ20は、急速冷却を供給するために、TLHPがTよりも大きい一方で起動し得る。言い換えると、ヒートポンプ20は、急速冷却が必要な時にはTLHPがTよりも大きくても起動し得る。いくつかの実施形態では、第1経路12は、第2経路14が作動不可な時のバックアップ経路としてのみ用いられてもよい。従って、システム10は、能動的または受動的冷却技術を用いるだけのシステムを比較すると、効率及び性能を向上するためにコスト効率のよい動作を提供できる。 In some embodiments, heat pump 20 may be activated while T LHP is greater than T A to provide rapid cooling. In other words, the heat pump 20, T LHP when rapid cooling is required may start even greater than T A. In some embodiments, the first path 12 may be used only as a backup path when the second path 14 is inoperable. Thus, system 10 can provide cost-effective operation to improve efficiency and performance when compared to systems that only use active or passive cooling techniques.

図1Dに説明される方法は、説明のためのものであり、限定されるものではない。例えば、たった1つのTLHの値よりもむしろシステムは、例えば、Tが現在上昇(TLHR)しているかまたは下降(TLHF)しているかどうかに基づく異なる上限といったヒステリシスの形を供給するよう設計された一対の温度閾値を有し得る。1つの実施形態では、TLHRは、TLHFよりも高いいくつかの度合いであるので、Tが上昇している場合、ヒートポンプ20はTがTLHR以上になるまで負荷16を冷却するよう起動しないが、Tが下降している場合、ヒートポンプ20はTがTLHF以下になるまで停止しない。これは、単一の閾値TLHに基づいて能動的冷却を起動できるかまたは停止するヒートポンプ20を有するのと比較した時にエネルギー節約できる。 The method illustrated in FIG. 1D is for illustration and not limitation. For example, rather than just one value of T LH , the system provides a form of hysteresis, eg, a different upper limit based on whether TL is currently rising (T LHR ) or falling (T LHF ). May have a pair of temperature thresholds designed to be In one embodiment, TLHR is some degree higher than TLHF , so if TL is rising, heat pump 20 will cause load 16 to cool down until TL is greater than or equal to TLHR. Although not activated, if TL is falling, heat pump 20 does not stop until TL is equal to or less than TLHF . This can save energy when compared to having a heat pump 20 that can activate or deactivate active cooling based on a single threshold T LH .

図2A及び2Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は負荷からの熱を輸送するための一般的な熱交換器(「共有」熱交換器としても称され得る)を共有する。図2Aに説明される1つの実施形態では、第1熱伝導経路12及び第2熱伝導経路14は、一般的な熱交換器38を介して負荷16へと熱的に接続される。要素18、20、24、28、TLA、TLHP、及びTHPAの記述は、図1Aと同じであり、よってここでは繰り返さない。 2A and 2B illustrate an exemplary structure and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure, where the first and second heat conduction paths are general for transporting heat from a load. Common heat exchangers (which may also be referred to as “shared” heat exchangers). In one embodiment illustrated in FIG. 2A, the first heat transfer path 12 and the second heat transfer path 14 are thermally connected to the load 16 via a general heat exchanger 38. The descriptions of elements 18, 20, 24, 28, T LA , T LHP , and T HPA are the same as in FIG. 1A and are therefore not repeated here.

ここで図2Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16から周囲温度Tを有する周囲環境18への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。一般的な熱交換器38は、熱抵抗器Rth,Lとして表される。要素20、24、28、PTEC、TLA、TLHP、及びTHPAの記述は、図1Cと同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to Figure 2B, system 10 shows the flow of heat Q C to the ambient environment 18 with ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 It is explained as a thermal circuit diagram. A typical heat exchanger 38 is represented as a thermal resistor Rth, L. The descriptions of elements 20, 24, 28, P TEC , T LA , T LHP , and T HPA are the same as in FIG. 1C and are therefore not repeated here.

図2C及び2Dは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1及び第2熱伝導経路は周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。図2Cに説明される実施形態では、第1経路12及び第2経路14は、一般的な熱交換器38を共有するだけでなく、一般的な熱交換器40をも共有する。構成要素16、18、20、及び30の記述は、図1Aと同じであり、よってここでは繰り返さない。   FIGS. 2C and 2D illustrate an exemplary structure and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transport system according to another embodiment of the present disclosure, where the first and second heat conduction paths are for transporting heat from the surrounding environment. Share a common heat exchanger. In the embodiment illustrated in FIG. 2C, the first path 12 and the second path 14 not only share a general heat exchanger 38 but also share a general heat exchanger 40. The description of components 16, 18, 20, and 30 is the same as in FIG. 1A and is therefore not repeated here.

ここで図2Dを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。一般的な熱交換器38は熱抵抗器Rth,Lとして表され、かつ一般的な熱交換器40は熱抵抗器Rth,Aとして表される。要素20、PTEC、TLHP、及びTHPAの記述は、図1Cと同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to FIG. 2D, the system 10 does not surrounding environment 18 (shown with the ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 (not shown) ) it is described as heat circuit diagram illustrating the flow of heat Q C to. A typical heat exchanger 38 is represented as a thermal resistor Rth, L , and a typical heat exchanger 40 is represented as a thermal resistor Rth, A. The description of element 20, P TEC , T LHP , and T HPA is the same as in FIG. 1C and is therefore not repeated here.

図3A及び3Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続される。図3Aに説明される実施形態では、熱ダイオード42は、一般的な熱交換器38を第1経路12の熱交換器24へと接続する。要素16、18、20、28、及び30の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   3A and 3B illustrate an exemplary structure and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transfer system according to another embodiment of the present disclosure, where the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode. In the embodiment illustrated in FIG. 3A, the thermal diode 42 connects a general heat exchanger 38 to the heat exchanger 24 in the first path 12. The description of elements 16, 18, 20, 28, and 30 is the same as described above and therefore will not be repeated here.

熱ダイオードの特性は、一方向でのみ熱を効果的に受動的輸送することである。いくつかの実施形態では、熱ダイオード42は熱サイフォンである。一般的な熱サイフォンは、加熱下で液状からガス状へと変化する冷媒を含むチューブである。動作では、冷媒が加熱される時、生じるガスがチューブを通じてチューブの冷却領域へと浮力で上昇し、ガスは液体へと液化し、かつ重力でチューブの加熱領域へと流れ戻る。液体からガスへの状態変化は熱を抽出し、ガスから液体への凝縮はその熱を放出する。この方法では、熱は熱サイフォンの一端(例えば、負荷端部)から抽出され、熱サイフォンの反対端から放出される(例えば、周囲環境へと)。言い換えると、熱サイフォンは、受動的、二相熱輸送を一方向で、つまり、熱サイフォンの蒸発器領域(この実施例では一般的な熱交換器38へと接続される)から熱サイフォンのコンデンサ領域(この実施例では熱交換器24へと接続される)へと供給する。   A characteristic of a thermal diode is that it effectively passively transports heat only in one direction. In some embodiments, the thermal diode 42 is a thermosyphon. A general thermosyphon is a tube containing a refrigerant that changes from liquid to gaseous under heating. In operation, when the refrigerant is heated, the resulting gas rises buoyantly through the tube to the tube cooling area, the gas liquefies into a liquid, and flows back to the tube heating area by gravity. A change of state from liquid to gas extracts heat, and condensation from gas to liquid releases that heat. In this method, heat is extracted from one end of the thermosyphon (eg, the load end) and released from the opposite end of the thermosyphon (eg, to the surrounding environment). In other words, the thermosyphon is passive, two-phase heat transport in one direction, that is, from the evaporator region of the thermosyphon (which in this embodiment is connected to a common heat exchanger 38) to the condenser of the thermosyphon. To the region (in this embodiment connected to the heat exchanger 24).

熱ダイオード42の存在は、熱が第1経路12を通じて負荷16から周囲環境18へと効果的に流れることができるという利点を提供するが、反対方向ではそうではなく、例えば、周囲温度Tが負荷温度Tに対して高いという状態では、第1経路12を介して負荷16が不要な熱を受けることを阻止する。この構成の他の利点は、第1経路12の熱交換器24が第2経路14の熱交換器28からある程度離れた距離に置かれるかまたは位置してもよく、ヒートポンプ20の能動的動作の間に非常に高温を得ることができる。ある程度の距離で熱交換器24を熱交換器28から分けることは、熱交換器24を熱交換機28から熱的に孤立させ得、熱交換器28で生み出されたあらゆる熱が熱交換器24自体に、または熱交換器24に近接する環境(例えば、対流を介して)に影響を与える(例えば、熱の伝導または放射を介して)可能性を低下する。 The presence of the thermal diode 42, heat is provided the advantage that the load 16 through the first path 12 can flow effectively to the ambient environment 18, not the case in the opposite direction, for example, the ambient temperature T A In a state where it is higher than the load temperature TL , the load 16 is prevented from receiving unnecessary heat via the first path 12. Another advantage of this configuration is that the heat exchanger 24 of the first path 12 may be located or located at some distance from the heat exchanger 28 of the second path 14, and the active operation of the heat pump 20. Very high temperatures can be obtained in between. Separating the heat exchanger 24 from the heat exchanger 28 at some distance can cause the heat exchanger 24 to be thermally isolated from the heat exchanger 28 so that any heat generated in the heat exchanger 28 is transferred to the heat exchanger 24 itself. Or the environment (eg, via convection) in proximity to the heat exchanger 24 is less likely to be affected (eg, via heat conduction or radiation).

1つの実施形態では、1つ以上の熱サイフォンは、一般的な熱交換器38と熱交換器24の間で直列に接続されてもよい。熱サイフォンの蒸発器領域は、一般的な熱交換器38に熱的に連結されてもよく、熱サイフォンのコンデンサ領域は、分けられた熱交換器24に連結されてもよい。このように、熱サイフォンは熱ダイオードとして動作し、それによりあらゆる断熱と組み合わされた熱ダイオードは、熱が外部環境から閉鎖環境である構造30へと逆流するのを防ぐ。   In one embodiment, one or more thermosyphons may be connected in series between the general heat exchanger 38 and the heat exchanger 24. The evaporator region of the thermosyphon may be thermally coupled to a general heat exchanger 38 and the condenser region of the thermosyphon may be coupled to a separate heat exchanger 24. In this way, the thermosyphon operates as a thermal diode, so that the thermal diode combined with any insulation prevents the heat from flowing back from the external environment to the closed environment 30.

ここで図3Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。TDAは、熱ダイオード42と周囲環境18の間の経路12におけるポイントの温度である。構成要素20、24、28、38、PTEC、TLHP、及びTHPAの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。図3Bに説明される実施形態では、第1経路12が熱ダイオード42を含むことを見ることができる。 Referring now to FIG. 3B, the system 10 does not surrounding environment 18 (shown with the ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 (not shown) ) it is described as heat circuit diagram illustrating the flow of heat Q C to. T DA is the temperature of the point in the path 12 between the thermal diode 42 and the ambient environment 18. The descriptions of components 20, 24, 28, 38, P TEC , T LHP , and T HPA are the same as described above and are therefore not repeated here. In the embodiment illustrated in FIG. 3B, it can be seen that the first path 12 includes a thermal diode 42.

図4A及び4Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システムの例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第1熱伝導経路は熱ダイオードを通じて負荷へと熱的に接続され、第1及び第2経路は周囲環境への、または周囲環境からの熱を輸送するための一般的な熱交換器を共有する。図4Aに説明されるシステム10の実施形態は、第1経路12及び第2経路14の両方が一般的な熱交換器40を共有するという違いがある、図3Aに説明されるシステム10の変化形であると見なされてもよい。要素16、18、20、30、38、及び42の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   4A and 4B illustrate an exemplary structure and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transfer system according to another embodiment of the present disclosure, wherein the first heat conduction path is thermally connected to a load through a thermal diode, and The first and second paths share a common heat exchanger for transporting heat to or from the surrounding environment. The embodiment of the system 10 illustrated in FIG. 4A is a variation of the system 10 illustrated in FIG. 3A with the difference that both the first path 12 and the second path 14 share a common heat exchanger 40. It may be considered a form. The description of elements 16, 18, 20, 30, 38, and 42 is the same as described above, and therefore will not be repeated here.

ここで図4Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷から周囲温度Tを有する周囲環境への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。第1経路12は熱ダイオード42を含み、かつ第2経路14はヒートポンプ20を含む。一般的な、周囲側の熱交換は、熱抵抗器Rth,Aとして表される。要素38、40、PTEC、TLHP、及びTHPAの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to Figure 4B, the system 10, the heat circuit showing the flow of heat Q C to the ambient environment with ambient temperature T A from the load with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 Illustrated as a diagram. The first path 12 includes a thermal diode 42 and the second path 14 includes a heat pump 20. A typical ambient heat exchange is represented as a thermal resistor Rth, A. The descriptions of elements 38, 40, P TEC , T LHP , and T HPA are the same as described above and are therefore not repeated here.

前述の、かつ図3A、3B、4A、及び4Bに説明される実施形態は、第1熱伝導経路12内に熱ダイオードを含む。代替的実施形態では、熱ダイオードは、図5A及び5Bに説明されるように、第2熱伝導経路14に含まれてもよい。   The embodiment described above and illustrated in FIGS. 3A, 3B, 4A, and 4B includes a thermal diode in the first thermal conduction path 12. In an alternative embodiment, a thermal diode may be included in the second thermal conduction path 14, as illustrated in FIGS. 5A and 5B.

図5A及び5Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム10の例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路14は熱ダイオードを42通じて負荷16へと熱的に接続される。図5Aに説明される実施形態は、第2経路14が一般的な熱交換器38とヒートポンプ20の間に直列の熱ダイオード42を含むという違いがある、図2Aに説明されるシステム10の変化形であると見なされてもよい。要素16、18、24、28、及び30の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   FIGS. 5A and 5B illustrate an exemplary structure and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transfer system 10 according to another embodiment of the present disclosure, wherein the second heat conduction path 14 heats through the thermal diode 42 to the load 16. Connected. The embodiment illustrated in FIG. 5A is a variation of the system 10 illustrated in FIG. 2A, with the difference that the second path 14 includes a thermal diode 42 in series between the general heat exchanger 38 and the heat pump 20. It may be considered a form. The description of elements 16, 18, 24, 28, and 30 is the same as described above, and therefore will not be repeated here.

この構成では、ヒートポンプ20は、熱ダイオード42の上部から離れて能動的に熱を引き出すことができる。例えば、熱ダイオード42が熱サイフォンである場合、ヒートポンプ20は、そこに集まるガスの凝縮を促進し、かつそれによって熱ダイオード42の性能を向上するために熱ダイオード42の上部を冷却できる。   In this configuration, the heat pump 20 can actively extract heat away from the top of the thermal diode 42. For example, if the thermal diode 42 is a thermosyphon, the heat pump 20 can cool the top of the thermal diode 42 to promote condensation of the gas collected therein and thereby improve the performance of the thermal diode 42.

ここで図5Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。この実施形態では、第2経路14は、熱ダイオード42及びヒートポンプ20の両方を直列で含む。TLDは、負荷16と熱ダイオード42の間の第2経路14におけるポイントの温度である。TDHPは、熱ダイオード42とヒートポンプ20の間の第2経路14におけるポイントの温度である。要素24、28、38、PTEC、THPA、及びTLAの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to FIG. 5B, the system 10 does not surrounding environment 18 (shown with the ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 (not shown) ) it is described as heat circuit diagram illustrating the flow of heat Q C to. In this embodiment, the second path 14 includes both the thermal diode 42 and the heat pump 20 in series. T LD is the temperature of a point in the second path 14 between the load 16 and the thermal diode 42. TDHP is the temperature of the point in the second path 14 between the thermal diode 42 and the heat pump 20. The description of elements 24, 28, 38, P TEC , T HPA , and T LA is the same as described above and is therefore not repeated here.

以下の実施形態は、熱キャパシタを含む構成を説明する。熱キャパシタの例は、これに限定はされないが相変化材料及び/または熱質量を含むかまたは備える装置を含む。例えば、熱キャパシタは、氷になるまで能動的に冷却できる水の貯蔵庫を含んでもよく、氷は負荷16を受動的に冷却する(または少なくとも熱をそこから放出する)ためにその後用いられる。同様に、熱キャパシタは能動的に加熱されてもよく、負荷16を受動的に加熱する(または少なくともそこに熱を供給する)ためにその後用いられる。熱キャパシタは、単純に、負荷から熱を放出するかまたは負荷へと熱を供給するために用いられる大きな熱質量を有する構成要素であってもよい。   The following embodiment describes a configuration including a thermal capacitor. Examples of thermal capacitors include, but are not limited to, devices that include or comprise phase change materials and / or thermal mass. For example, a thermal capacitor may include a reservoir of water that can be actively cooled to ice, which is subsequently used to passively cool the load 16 (or at least release heat therefrom). Similarly, the thermal capacitor may be actively heated and subsequently used to passively heat (or at least provide heat to) the load 16. A thermal capacitor may simply be a component having a large thermal mass that is used to dissipate heat from or supply heat to the load.

図6A及び6Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム10の例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路14は熱キャパシタを通じて負荷へと熱的に接続される。図6Aに説明される実施形態は、第2経路14が一般的な熱交換器38とヒートポンプ20の間に直列の熱キャパシタ44を含むという違いがある、図2Aに説明されるシステム10の変化形であると見なされてもよい。熱キャパシタ44は、いくつかの実施形態では、PCMである。冷却適応では、熱キャパシタ44は、熱キャパシタ44が熱エネルギー欠損(例えば、PCMが凍結している)を格納するように、ヒートポンプ20によって充電される。しかしながら加熱適応では、熱キャパシタ44は、熱キャパシタ44が熱エネルギー(例えば、PCMが解凍しているかまたは液状である)を格納するように、ヒートポンプ20(冷却よりむしろ加熱するように構成された)によって充電される。要素12、16、18、24、28、及び30の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   6A and 6B illustrate exemplary structural and functional depictions, respectively, of a hybrid heat transfer system 10 according to another embodiment of the present disclosure, where the second heat conduction path 14 is thermally connected to a load through a thermal capacitor. The The embodiment described in FIG. 6A is a variation of the system 10 described in FIG. 2A, with the difference that the second path 14 includes a thermal capacitor 44 in series between the general heat exchanger 38 and the heat pump 20. It may be considered a form. The thermal capacitor 44 is PCM in some embodiments. In cooling adaptation, the thermal capacitor 44 is charged by the heat pump 20 such that the thermal capacitor 44 stores a thermal energy deficit (eg, the PCM is frozen). However, in a heating adaptation, the thermal capacitor 44 is configured to heat the heat pump 20 (configured to heat rather than cool) so that the thermal capacitor 44 stores thermal energy (eg, the PCM is thawing or liquid). Is charged by. The description of elements 12, 16, 18, 24, 28, and 30 is the same as described above, and therefore will not be repeated here.

1つの実施形態では、ヒートポンプ20はエネルギーを消費し、熱は熱キャパシタ44から抽出される。結果として、ヒートポンプ20は熱キャパシタ44を充電する。熱キャパシタ44が完全に充電された後、ヒートポンプ20は熱キャパシタ44が負荷から熱を取り除くのと同じ割合で熱キャパシタ44から熱を抽出し続けてもよい。   In one embodiment, heat pump 20 consumes energy and heat is extracted from thermal capacitor 44. As a result, the heat pump 20 charges the thermal capacitor 44. After the thermal capacitor 44 is fully charged, the heat pump 20 may continue to extract heat from the thermal capacitor 44 at the same rate that the thermal capacitor 44 removes heat from the load.

ヒートポンプ20がエネルギーを消費していない時、熱キャパシタ44が完全に放電するまで熱キャパシタ44は、負荷から熱を受動的に取り除いてもよい。熱キャパシタ44は、ヒートポンプ20が再度エネルギーを消費している時に再充電され得る。従って、熱キャパシタ44は、第2経路14に熱を能動的または受動的に取り除かせる。   When the heat pump 20 is not consuming energy, the thermal capacitor 44 may passively remove heat from the load until the thermal capacitor 44 is completely discharged. The thermal capacitor 44 can be recharged when the heat pump 20 is consuming energy again. Thus, the thermal capacitor 44 causes the second path 14 to actively or passively remove heat.

いくつかの実施形態では、熱キャパシタ44は、負荷16の温度を調整するためのクランプとして動作する。例えば、熱キャパシタ44は、PCMを備えてもよい。PCMが熱を放出するので、PCM−及び負荷16−の温度がその融点で固定される間、状態を変化させてもよい(例えば、固体から液体へ、液体からガスへ、または固体からガスへ)。その一方で、第1経路12は、負荷16が熱キャパシタ44に負担をかける場合には、一般的な熱交換器38から周囲環境18へとフェイルセーフ熱流経路を供給する。   In some embodiments, the thermal capacitor 44 operates as a clamp to regulate the temperature of the load 16. For example, the thermal capacitor 44 may comprise PCM. As the PCM releases heat, the state may change while the temperature of the PCM- and load 16- is fixed at its melting point (eg, from solid to liquid, from liquid to gas, or from solid to gas). ). On the other hand, the first path 12 provides a fail-safe heat flow path from the general heat exchanger 38 to the surrounding environment 18 when the load 16 places a burden on the thermal capacitor 44.

ここで図6Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷から周囲温度Tを有する周囲環境への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。この実施形態では、第2経路14は、ヒートポンプ20と共に直列の熱キャパシタ44を含む。TLCは、負荷16と熱キャパシタ44の間の第2経路14におけるポイントの温度である。TCHPは、熱キャパシタ44とヒートポンプ20の間の第2経路14におけるポイントの温度である。要素24、28、38、PTEC、THPA、及びTLAの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to Figure 6B, the system 10, the heat circuit showing the flow of heat Q C to the ambient environment with ambient temperature T A from the load with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 Illustrated as a diagram. In this embodiment, the second path 14 includes a thermal capacitor 44 in series with the heat pump 20. T LC is the temperature of the point in the second path 14 between the load 16 and the thermal capacitor 44. T CHP is the temperature of the point in the second path 14 between the thermal capacitor 44 and the heat pump 20. The description of elements 24, 28, 38, P TEC , T HPA , and T LA is the same as described above and is therefore not repeated here.

システム10における熱キャパシタ44の存在は、いくつかの潜在的利点がある。1つのそういった利点は、外部電源が利用可能な時、熱キャパシタ44が起動状態でのヒートポンプ20の動作によって「充電される」(すなわち、例えば目標温度まで能動的に冷却されるかまたは加熱される)場合があるということであり、それにより熱キャパシタ44は、例えば外部電源が利用できないかまたはヒートポンプ20が停止している状態で負荷16を冷却または加熱できる。例えば、食品または他の製品を含むパッケージが遠隔地へ輸送されるという状況においては、輸送前に、熱キャパシタ44はコンセントに繋がれたかまたは外部電源に接続されたヒートポンプ20によって能動的に充電(冷却)することができるので、この機能は役に立つ。一度熱キャパシタ44が完全に充電されると、ヒートポンプ20は外部電源から外され、冷却中のパッケージが輸送される。熱キャパシタ44はその後、パッケージが輸送中で、かつ外部電源に接続できない間にもパッケージの内容物を十分に冷却し続け得る。   The presence of the thermal capacitor 44 in the system 10 has several potential advantages. One such advantage is that when an external power source is available, the thermal capacitor 44 is “charged” by the operation of the heat pump 20 in the activated state (ie, actively cooled or heated to a target temperature, for example). ) So that the thermal capacitor 44 can cool or heat the load 16 with no external power available or the heat pump 20 is stopped, for example. For example, in the situation where a package containing food or other products is transported to a remote location, prior to transport, the thermal capacitor 44 is actively charged by a heat pump 20 connected to an electrical outlet or connected to an external power source ( This feature is useful because it can be cooled). Once the thermal capacitor 44 is fully charged, the heat pump 20 is disconnected from the external power source and the package being cooled is transported. Thermal capacitor 44 may then continue to cool the package contents sufficiently while the package is in transit and cannot be connected to an external power source.

熱キャパシタ44を含む他の利点は、外部電源が継続的に利用可能であり、電力会社が一般的にピーク需要期間中に消費される電力に追加料金を課すという環境にある。この状況では、熱キャパシタ44を含むシステム10は、ピーク需要期間中に充電する割高なレートを支払う必要を避けるために夜間または他の低需要期間中のレートで熱キャパシタ44を充電する(及び場合によっては負荷16を能動的に冷却する)のに外部電源が用いられるように構成されてもよい。熱キャパシタ44は、ピーク時間(少なくともその一部)中に負荷16を冷却するのにその後用いられてもよい。さらに、電力会社はしばしば、ピーク瞬間電力使用量に基づいて取引を課す。熱キャパシタ44の利用で、企業は全てのピーク電力使用量を削減するよう、ヒートポンプ20(または場合によってはシステム10の複数のヒートポンプ20における時間)が起動している間の時間をずらすことができる。この方法で、企業は飛躍的に電力コストを削減するであろう。   Another advantage, including the thermal capacitor 44, is in an environment where external power sources are continuously available and the power company typically charges additional power for power consumed during peak demand periods. In this situation, the system 10 that includes the thermal capacitor 44 charges the thermal capacitor 44 at a rate during the night or other low demand periods (and in some cases) to avoid having to pay an expensive rate to charge during peak demand periods. In some cases, an external power source may be used to actively cool the load 16. Thermal capacitor 44 may then be used to cool load 16 during peak time (at least a portion thereof). In addition, power companies often impose transactions based on peak instantaneous power usage. Utilizing the thermal capacitor 44 allows the company to stagger the time during which the heat pump 20 (or possibly the time in multiple heat pumps 20 of the system 10) is activated to reduce all peak power usage. . In this way, companies will dramatically reduce power costs.

図7A及び7Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム10の例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路14は熱ダイオード42及び熱キャパシタ44を通じて負荷16へと熱的に接続される。図7Aに説明される実施形態は、第2経路14が熱ダイオード42と熱交換器28の間に直列の熱キャパシタ44を含むという違いがある、図5Aに説明されるシステムの変化形であると見なされてもよい。要素12、16、18、24、30、及び38の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   7A and 7B illustrate exemplary structural and functional depictions, respectively, of the hybrid heat transfer system 10 according to other embodiments of the present disclosure, with the second heat conduction path 14 to the load 16 through the thermal diode 42 and the thermal capacitor 44. And thermally connected. The embodiment described in FIG. 7A is a variation of the system described in FIG. 5A with the difference that the second path 14 includes a series thermal capacitor 44 between the thermal diode 42 and the heat exchanger 28. May be considered. The description of elements 12, 16, 18, 24, 30, and 38 is the same as described above, and therefore will not be repeated here.

ここで図7Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。この実施形態では、第2経路14は、ヒートポンプ20と共に直列の熱ダイオード42及び熱キャパシタ44を含む。TLDは、負荷16と熱ダイオード42の間の第2経路14におけるポイントの温度である。TDCは、熱ダイオード42と熱キャパシタ44の間の第2経路14におけるポイントの温度である。要素24、28、38、PTEC、TLA、TCHP、及びTHPAの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。熱ダイオード42の負荷側における温度TLDは、熱ダイオード42の周囲側における温度TDCとは異なっていてもよい。同様に、熱キャパシタ44の負荷側における温度TDCは、熱キャパシタ44の反対側における温度TCHPとは異なっていてもよい。 Referring now to FIG. 7B, the system 10 does not surrounding environment 18 (shown with the ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 (not shown) ) it is described as heat circuit diagram illustrating the flow of heat Q C to. In this embodiment, the second path 14 includes a thermal diode 42 and a thermal capacitor 44 in series with the heat pump 20. T LD is the temperature of a point in the second path 14 between the load 16 and the thermal diode 42. T DC is the temperature of the point in the second path 14 between the thermal diode 42 and the thermal capacitor 44. The descriptions of elements 24, 28, 38, P TEC , T LA , T CHP , and T HPA are the same as described above and are therefore not repeated here. The temperature T LD on the load side of the thermal diode 42 may be different from the temperature T DC on the peripheral side of the thermal diode 42. Similarly, the temperature T DC on the load side of the thermal capacitor 44 may be different from the temperature T CHP on the opposite side of the thermal capacitor 44.

熱キャパシタ44の存在は、前述の利点のいくつかまたは全てを供給してもよい。例えば、ヒートポンプ20は熱キャパシタ44を能動的に充電してもよく、それによりヒートポンプ20が起動していないかまたは外部電力が利用できないことによる使用不可の時でも負荷16から熱を抽出するための熱ダイオード42の効率を向上できる。   The presence of thermal capacitor 44 may provide some or all of the aforementioned advantages. For example, the heat pump 20 may actively charge the thermal capacitor 44 so that heat can be extracted from the load 16 even when the heat pump 20 is not activated or unavailable due to external power being unavailable. The efficiency of the thermal diode 42 can be improved.

図8A及び8Bは、本開示の他の実施形態に従うハイブリッド熱輸送システム10の例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、第2熱伝導経路14は熱ダイオード42及び熱キャパシタ44を通じて負荷16へと熱的に接続され、第1熱伝導経路12はさらにヒートポンプ20を含む。図8Aに説明される実施形態は、以前の受動的第1経路12がここで自己のヒートポンプ46を含むという違いがある、図7Aに説明されるシステム10の変化形であると見なされてもよい。要素12、16、18、20、24、28、30、38、42、及び44の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。   8A and 8B illustrate exemplary structural and functional depictions, respectively, of the hybrid heat transfer system 10 according to other embodiments of the present disclosure, with the second heat conduction path 14 to the load 16 through the thermal diode 42 and the thermal capacitor 44. The first heat conduction path 12 further includes a heat pump 20. The embodiment described in FIG. 8A may be considered a variation of the system 10 described in FIG. 7A, with the difference that the previous passive first path 12 now includes its own heat pump 46. Good. The descriptions of elements 12, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 38, 42, and 44 are the same as described above and are therefore not repeated here.

ここで図8Bを参照して、システム10は、第1経路12及び第2経路14を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。この実施形態では、第1経路12はさらにヒートポンプ46を含む。TCHP2は、熱キャパシタ44とヒートポンプ20の間の第2経路14におけるポイントの温度である。THP2は、ヒートポンプ20と周囲環境18の間の第2経路14におけるポイントの温度である。TLHP1は、負荷16とヒートポンプ46の間の第1経路12におけるポイントの温度である。THP1Aは、ヒートポンプ46と周囲環境18の間の第1経路12におけるポイントの温度である。ヒートポンプ46の負荷側における温度TLHP1は、温度THP1Aとは異なっていてもよい。図8Bに説明される実施形態では、2つのヒートポンプ20及び46はそれぞれ、互いに独立して制御されることができ、ヒートポンプ46に供給される電力は矢PTEC1で示され、かつヒートポンプ20に供給される電力は矢印PTEC2で示される。構成要素20、24、28、38、42、及び44の記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。 Referring now to FIG. 8B, the system 10 does not surrounding environment 18 (shown with the ambient temperature T A from the load 16 with a load temperature T L through the first path 12 and second path 14 (not shown) ) it is described as heat circuit diagram illustrating the flow of heat Q C to. In this embodiment, the first path 12 further includes a heat pump 46. T CHP2 is the temperature of the point in the second path 14 between the thermal capacitor 44 and the heat pump 20. T HP2 is the temperature of the point in the second path 14 between the heat pump 20 and the ambient environment 18. T LHP1 is the temperature at a point in the first path 12 between the load 16 and the heat pump 46. T HP1A is the temperature of the point in the first path 12 between the heat pump 46 and the ambient environment 18. The temperature T LHP1 on the load side of the heat pump 46 may be different from the temperature T HP1A . In the embodiment illustrated in FIG. 8B, the two heat pumps 20 and 46 can each be controlled independently of each other, and the power supplied to the heat pump 46 is indicated by the arrow P TEC1 and supplied to the heat pump 20. The power that is applied is indicated by the arrow PTEC2 . The description of components 20, 24, 28, 38, 42, and 44 is the same as described above, and therefore will not be repeated here.

図9A及び9Bは、本開示のさらに他の実施形態に従う「システム48」として本明細書に同様に称されるハイブリッド熱輸送システム48の例示的構造及び機能的描写をそれぞれ説明し、負荷16と周囲環境18の間の「経路50」として本明細書に同様に称される熱伝導経路50は、直列に接続された熱キャパシタ44、ヒートポンプ20、及び熱ダイオード42を含む。図9Aに説明される実施形態では、システム48は、負荷温度Tを有する負荷16と周囲温度Tを有する周囲環境18の間に熱伝導経路50を含み、経路50は熱キャパシタ44、ヒートポンプ20、及び熱ダイオード42を含む。図9Aに説明される実施形態では、熱交換器26は負荷16と経路50の間に熱界面を供給し、かつ熱交換器28は経路50と周囲環境18の間に熱界面を供給する。 FIGS. 9A and 9B illustrate an exemplary structural and functional depiction, respectively, of a hybrid heat transfer system 48 that is also referred to herein as a “system 48” according to yet another embodiment of the present disclosure. A heat conduction path 50, also referred to herein as a “path 50” between the ambient environment 18, includes a thermal capacitor 44, a heat pump 20, and a thermal diode 42 connected in series. In the embodiment illustrated in Figure 9A, the system 48 includes a thermally conductive path 50 between the ambient environment 18 having a load 16 and the ambient temperature T A with the load temperature T L, the path 50 is heat capacitor 44, the heat pump 20 and a thermal diode 42. In the embodiment illustrated in FIG. 9A, heat exchanger 26 provides a thermal interface between load 16 and path 50, and heat exchanger 28 provides a thermal interface between path 50 and ambient environment 18.

図9Bで説明される実施形態では、システム48は、熱伝導経路50を通じて負荷温度Tを有する負荷16(図示せず)から周囲温度Tを有する周囲環境18(図示せず)への熱Qの流れを示す熱回路図として説明される。図9Bに説明される実施形態では、熱交換器26は熱抵抗器Rth,Lとして表され、かつ熱交換器28は熱抵抗器Rth,Aとして表される。経路50はさらに、熱キャパシタ44、ヒートポンプ46、及び熱ダイオード42を含む。THPDは、ヒートポンプ20と熱ダイオード42の間の経路50におけるポイントの温度である。TDAは、熱ダイオード42と周囲環境18の間の経路50におけるポイントの温度である。要素20、24、28、38、42、44、PTEC、TLC、及びTCHPの記述は、前述と同じであり、よってここでは繰り返さない。ヒートポンプ46の負荷側における温度TCHPは、温度THPDとは異なっていてもよい。 In the embodiment described in FIG. 9B, the system 48, the thermal load 16 having a load temperature T L via heat conduction path 50 (not shown) to the ambient environment 18 (not shown) having a peripheral temperature T A It is described as heat circuit diagram showing the flow of Q C. In the embodiment illustrated in FIG. 9B, heat exchanger 26 is represented as thermal resistor R th, L and heat exchanger 28 is represented as thermal resistor R th, A. Path 50 further includes a thermal capacitor 44, a heat pump 46, and a thermal diode 42. T HPD is the temperature of the point in the path 50 between the heat pump 20 and the thermal diode 42. T DA is the temperature of a point in the path 50 between the thermal diode 42 and the ambient environment 18. The descriptions of elements 20, 24, 28, 38, 42, 44, P TEC , T LC , and T CHP are the same as described above and are therefore not repeated here. The temperature T CHP on the load side of the heat pump 46 may be different from the temperature T HPD .

図10は、本開示の他の実施形態に従う「システム52」と本明細書で同様に称される例示的ハイブリッド熱輸送システム52のブロック図を説明する。図10に説明される実施形態では、システム52は、「能動的構成要素54」と本明細書で同様に称される能動的加熱及び/または冷却構成要素54、及び制御システム56を含む。いくつかの実施形態では、システム52は、「受動的構成要素58」と本明細書で同様に称される受動的加熱及び/または冷却構成要素58を任意的に含んでもよい。図10に説明される実施形態では、制御システム56は、コントローラ62へ温度データ並びに任意的に他のタイプのデータを供給する1つ以上の温度センサ60を含む。1つの実施形態では、1つ以上の中央処理装置(CPU)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)等、またはそれらの組み合わせとして実行され得るコントローラ62は、アルゴリズムに従ってセンサ60によって供給されるデータを処理する。コントローラ62は、回路64を起動し、かつ切り替えることで能動的構成要素54の動作を制御する。システム52は、コンピュータプログラム及び/またはデータを格納するためのコンピュータメモリ66を任意的に含んでもよい。   FIG. 10 illustrates a block diagram of an exemplary hybrid heat transport system 52, also referred to herein as “system 52”, according to another embodiment of the present disclosure. In the embodiment illustrated in FIG. 10, system 52 includes an active heating and / or cooling component 54, also referred to herein as “active component 54”, and a control system 56. In some embodiments, the system 52 may optionally include a passive heating and / or cooling component 58, also referred to herein as “passive component 58”. In the embodiment illustrated in FIG. 10, the control system 56 includes one or more temperature sensors 60 that provide temperature data to the controller 62 as well as optionally other types of data. In one embodiment, the controller 62, which may be implemented as one or more central processing units (CPUs), application specific integrated circuits (ASICs), field programmable gate arrays (FPGAs), etc., or combinations thereof, The data supplied by sensor 60 is processed according to an algorithm. The controller 62 controls the operation of the active component 54 by activating and switching the circuit 64. System 52 may optionally include a computer memory 66 for storing computer programs and / or data.

1つの実施形態では、例えば、制御システム56は、1つ以上の能動的構成要素54が起動状態から停止状態またはその逆への変化を引き起こさせるかどうかを判断するために、前述の、かつ図1Dに説明されるプロセスを実行してもよい。   In one embodiment, for example, the control system 56 may determine whether one or more active components 54 cause a change from a start state to a stop state or vice versa, as described above and FIG. The process described in 1D may be performed.

1つの実施形態では、例えば、システム52は、能動的構成要素54と受動的構成要素58の両方を含む。1つのそういった実施形態では、受動的構成要素58は、熱を連続的に受動的輸送してもよく、かつシステム52は、周囲環境18が目標負荷温度Tよりも暑い時といったような受動的構成要素58が十分な熱が輸送できない時にのみ能動的構成要素54を起動する。他の実施形態では、受動的構成要素58は、外部電源不足のためまたは構成要素の故障のためのいずれかといったように能動的構成要素54が利用できない場合に熱を輸送するためのバックアップシステムとして機能する。 In one embodiment, for example, the system 52 includes both an active component 54 and a passive component 58. In one such embodiment, the passive component 58 may continuously and passively transfer heat, and the system 52 may be passive such as when the ambient environment 18 is hotter than the target load temperature TL. The active component 54 is activated only when the component 58 cannot transport sufficient heat. In other embodiments, the passive component 58 serves as a backup system for transporting heat when the active component 54 is unavailable, such as either due to a lack of external power or due to a component failure. Function.

1つの実施形態では、少なくとも1つのプロセッサによって実行される時、本明細書に記述される実施形態のいずれか1つに従って少なくとも1つのプロセッサにコントローラ62の機能性を実行させる指示を含むコンピュータプログラムが供給される。1つの実施形態では、前述のコンピュータプログラム製品を含むキャリアが供給される。キャリアは、電気信号、光信号、無線信号、またはコンピュータ読み取り可能な格納媒体(例えば、コンピュータメモリ66といった非一時的コンピュータ読み取り可能媒体)のうちの1つである。   In one embodiment, a computer program comprising instructions that when executed by at least one processor causes the at least one processor to perform the functionality of the controller 62 in accordance with any one of the embodiments described herein. Supplied. In one embodiment, a carrier comprising the aforementioned computer program product is provided. The carrier is one of an electrical signal, an optical signal, a wireless signal, or a computer readable storage medium (eg, a non-transitory computer readable medium such as computer memory 66).

前述の実施形態は、これらに限定されない。例えば、システムは、本発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる構成要素を追加または省略してもよく、かつどんな順番でもあらゆる数の経路を形成するよう構成要素を配置してもよい。   The aforementioned embodiments are not limited to these. For example, the system may add or omit any component and arrange the components to form any number of paths in any order without departing from the scope of the present invention.

前述のように、本開示のいくつかの実施形態は、1つ以上の熱輸送経路を形成する複数の構成要素を利用する熱除去システムを含む。複数の構成要素は、能動的構成要素及び受動的構成要素を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ハイブリッド熱除去システムは、少なくとも1つの能動的熱輸送経路及び少なくとも1つの受動的熱輸送経路を含む複数の熱輸送経路を形成する複数の構成要素を含む。能動的熱輸送経路は、能動的熱交換構成要素を含み、能動的熱交換構成要素が起動している時に負荷からの能動的熱除去を供給するよう構成される。受動的熱輸送経路は、負荷からの受動的熱除去を供給するよう構成される。受動的熱輸送経路は、能動的熱輸送経路と並行している。   As mentioned above, some embodiments of the present disclosure include a heat removal system that utilizes a plurality of components that form one or more heat transport paths. The plurality of components may include active components and passive components. In some embodiments, the hybrid heat removal system includes a plurality of components that form a plurality of heat transport paths including at least one active heat transport path and at least one passive heat transport path. The active heat transfer path includes an active heat exchange component and is configured to provide active heat removal from the load when the active heat exchange component is activated. The passive heat transport path is configured to provide passive heat removal from the load. The passive heat transport path is parallel to the active heat transport path.

当業者は、本開示の好適な実施形態への改良及び修正を認めるであろう。全てのそういった改良及び修正は、本明細書に開示の概念及び以下の特許請求の範囲内にあると見なされる。   Those skilled in the art will recognize improvements and modifications to the preferred embodiments of the present disclosure. All such improvements and modifications are considered within the concept disclosed herein and the following claims.

Claims (30)

負荷温度(T)を有する負荷と周囲温度(T)を有する周囲環境の間で受動的に熱輸送するよう構成された第1熱伝導経路と、前記負荷と前記周囲環境の間で能動的に熱輸送するよう構成された第2熱伝導経路を含むハイブリッド熱輸送システムであり、前記第2経路はヒートポンプを備える、前記ハイブリッド熱輸送システム。 A first heat conduction path configured to passively transport heat between a load having a load temperature (T L ) and an ambient environment having an ambient temperature (T A ); and active between the load and the ambient environment A hybrid heat transport system including a second heat conduction path configured to thermally transport heat, wherein the second path comprises a heat pump. 前記ヒートポンプが、起動状態または停止状態のいずれかであり、前記ヒートポンプが前記起動状態にある時、熱が前記第2熱伝導経路を通じて能動的に輸送され、前記ヒートポンプが停止状態にある時、熱が第2熱伝導経路を通じて能動的に輸送されない、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   When the heat pump is either in the activated state or in the deactivated state, when the heat pump is in the activated state, heat is actively transported through the second heat conduction path, and when the heat pump is in the deactivated state, The hybrid heat transport system of claim 1, wherein is not actively transported through a second heat conduction path. 前記第1及び第2経路がそれぞれ、前記負荷へと、または前記負荷から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を備える、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein each of the first and second paths comprises its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the load. 前記第1及び第2経路がそれぞれ、前記周囲環境へと、または前記周囲環境から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を備える、請求項3に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   4. The hybrid heat transport system of claim 3, wherein each of the first and second paths comprises its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the surrounding environment. 前記第1及び第2経路が、前記負荷へと、または前記負荷から熱を輸送するための一般的な熱交換構成要素を共有する、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein the first and second paths share common heat exchange components for transporting heat to or from the load. 前記第1及び第2経路がそれぞれ、前記周囲環境へと、または前記周囲環境から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を備える、請求項5に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   6. The hybrid heat transport system of claim 5, wherein the first and second paths each comprise its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the surrounding environment. 前記第1熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱ダイオードを備える、請求項6に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 6, wherein the first heat transfer path comprises a series of thermal diodes between the load and the ambient environment. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記ヒートポンプの間に直列の熱ダイオードを含む、請求項6に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 6, wherein the second heat transfer path includes a thermal diode in series between the load and the heat pump. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記ヒートポンプの間に直列の熱キャパシタを含む、請求項6に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 6, wherein the second heat conduction path includes a thermal capacitor in series between the load and the heat pump. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記ヒートポンプの間に直列の熱ダイオード及び熱キャパシタを含む、請求項6に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 6, wherein the second heat conduction path includes a thermal diode and a thermal capacitor in series between the load and the heat pump. 前記第1熱伝導経路が、第2ヒートポンプを含む、請求項10に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 10, wherein the first heat conduction path includes a second heat pump. 前記第1及び第2経路が、前記周囲環境へと、または前記周囲環境から熱を輸送するための前記一般的な熱交換構成要素を共有する、請求項5に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   6. The hybrid heat transport system of claim 5, wherein the first and second paths share the general heat exchange component for transporting heat to or from the ambient environment. 前記第1熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱ダイオードを備える、請求項12に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   13. The hybrid heat transport system of claim 12, wherein the first heat transfer path comprises a thermal diode in series between the load and the ambient environment. 前記第1及び第2経路が、前記周囲環境へと、または前記周囲環境から熱を輸送するための一般的な熱交換構成要素を共有する、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein the first and second paths share common heat exchange components for transporting heat to or from the ambient environment. 前記第1及び第2経路がそれぞれ、前記周囲環境へと、または前記周囲環境から熱を輸送するための自己の独立した熱交換構成要素を備える、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein each of the first and second paths comprises its own independent heat exchange component for transporting heat to or from the ambient environment. 前記第1熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱ダイオードを備える、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein the first heat transfer path comprises a series of thermal diodes between the load and the ambient environment. 前記熱ダイオードが、熱サイフォンを備える、請求項16に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 16, wherein the thermal diode comprises a thermosyphon. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱ダイオードを含む、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transfer system of claim 1, wherein the second heat transfer path includes a thermal diode in series between the load and the ambient environment. 前記熱ダイオードが、前記負荷と前記ヒートポンプの間で直列である、請求項18に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 18, wherein the thermal diode is in series between the load and the heat pump. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱キャパシタを含む、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein the second heat transfer path includes a thermal capacitor in series between the load and the ambient environment. 前記熱キャパシタが、相変化材料及び/または熱質量を備える、請求項20に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   21. The hybrid heat transport system of claim 20, wherein the thermal capacitor comprises phase change material and / or thermal mass. 前記第2熱伝導経路が、前記負荷と前記周囲環境の間に直列の熱ダイオード、熱キャパシタ、及び前記ヒートポンプを含む、請求項1に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The hybrid heat transport system of claim 1, wherein the second heat conduction path includes a thermal diode, a thermal capacitor, and the heat pump in series between the load and the ambient environment. 負荷温度(T)を有する負荷から周囲温度(T)を有する環境へと熱を輸送するための熱伝導経路を備えるハイブリッド熱輸送システムであり、前記熱伝導経路は、格納温度(TS)を有する熱キャパシタと、ヒートポンプと、前記ヒートポンプは前記ヒートポンプによって熱が能動的に輸送される間は起動状態であり、かつ前記ヒートポンプによって熱が能動的に輸送されない間は停止状態であり、前記負荷と前記周囲環境の間で直列に接続された熱ダイオードと、を備える、前記ハイブリッド熱輸送システム。 A hybrid heat transfer system comprising a heat transfer path for transferring heat from a load having a load temperature (T L ) to an environment having an ambient temperature (T A ), the heat transfer path being a stored temperature (TS) A heat capacitor, a heat pump, and the heat pump is in an activated state while heat is actively transported by the heat pump, and is in a stopped state while heat is not actively transported by the heat pump, and the load And a thermal diode connected in series between the ambient environment and the hybrid heat transport system. 前記熱キャパシタが、相変化材料及び/または熱質量を備える、請求項23に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   24. The hybrid heat transport system of claim 23, wherein the thermal capacitor comprises phase change material and / or thermal mass. 前記熱キャパシタの第1側が前記負荷に接しており、前記ヒートポンプの第1側が前記熱キャパシタの第2側に接しており、前記熱ダイオードの第1側が前記ヒートポンプの第2側に接しており、かつ前記熱ダイオードの第2側が熱を前記周囲環境へと輸送する、請求項23に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   A first side of the thermal capacitor is in contact with the load, a first side of the heat pump is in contact with a second side of the thermal capacitor, and a first side of the thermal diode is in contact with a second side of the heat pump; 24. The hybrid heat transport system of claim 23, wherein a second side of the thermal diode transports heat to the surrounding environment. 負荷の能動的加熱及び/または冷却のための第1構成要素と、前記第1構成要素の動作は少なくとも1つの制御入力によって制御され、アルゴリズムに従って少なくとも1つの制御入力を介して前記第1構成要素の前記動作を制御するために構成された制御システムと、を備えるハイブリッド熱輸送システム。   A first component for active heating and / or cooling of a load and operation of said first component is controlled by at least one control input, said first component via at least one control input according to an algorithm And a control system configured to control the operation of the hybrid heat transport system. 前記負荷の受動的加熱及び/または冷却のための第2構成要素をさらに備える、請求項26に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   27. The hybrid heat transfer system of claim 26, further comprising a second component for passive heating and / or cooling of the load. 前記制御システムが、少なくとも1つの温度センサと、ハードウェアを有する少なくとも1つの温度センサから温度情報を受信し、前記第1構成要素の所望動作を判断するためにアルゴリズムに従って情報を処理し、かつ前記第1構成要素の前記動作を制御するよう構成されたコントローラと、を備える、請求項26に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   The control system receives temperature information from at least one temperature sensor and at least one temperature sensor having hardware, processes the information according to an algorithm to determine a desired operation of the first component; and 27. The hybrid heat transfer system of claim 26, comprising a controller configured to control the operation of a first component. 前記コントローラが、前記コントローラと前記第1構成要素の間の電気回路を起動し、かつ切り替えることで前記第1構成要素の前記動作を制御する、請求項28に記載の前記ハイブリッド熱輸送システム。   29. The hybrid heat transfer system of claim 28, wherein the controller controls the operation of the first component by activating and switching an electrical circuit between the controller and the first component. 負荷温度(T)を有する負荷と周囲温度(T)を有する周囲環境の間で受動的に熱を輸送するための第1熱伝導経路及び前記負荷と前記周囲環境の間で能動的に熱を輸送するための第2熱伝導経路を有し、前記第2経路がヒートポンプを含むハイブリッド熱輸送システムを制御する方法は、T及びTの値を監視することと、Tが第1閾値TLHよりも大きいという判断、TがTよりも大きいかまたは等しいという判断により、熱が前記第2熱伝導経路を介して前記負荷から前記周囲環境へと能動的に輸送されるように前記ヒートポンプを起動することと、TがTよりも小さいという判断により、熱が前記第2熱伝導経路を介して前記負荷から前記周囲環境へと能動的に輸送されないように前記ヒートポンプを停止することと、Tが第2閾値TLLよりも小さいという判断、TがTよりも小さいかまたは等しいという判断により、熱が前記第2経路を介して前記周囲環境から前記負荷へと能動的に輸送されるように前記ヒートポンプを起動することと、TがTよりも大きいという判断により、熱が前記第2経路を介して前記周囲環境から前記負荷へと能動的に輸送されないように前記ヒートポンプを停止することと、TLL≦T≦TLHであるという判断により、前記ヒートポンプの前記現在の動作状態を変更しないことと、を備える前記方法。 A first heat conduction path for passively transporting heat between a load having a load temperature (T L ) and an ambient environment having an ambient temperature (T A ) and actively between the load and the ambient environment a second heat conduction path for transporting heat, the method of the second path to control the hybrid heat transport system comprising a heat pump, and monitoring the value of T L and T a, T L is the With a determination that greater than one threshold T LH and a determination that T A is greater than or equal to T L , heat is actively transported from the load to the surrounding environment via the second heat transfer path. the heat pump such that it activates the heat pump, T a is the determination that less than T L, no heat is actively transported into the ambient environment from the load via the second heat conduction path as Stop And Rukoto, determination that T L is smaller than the second threshold value T LL, the determination that T A is less than or equal to T L, the heat through the second path from the ambient environment to the load and to start the heat pump to be actively transported by determination that T a is greater than T L, heat is not actively transported to the load from the surrounding environment through the second path And stopping the heat pump and not changing the current operating state of the heat pump by determining that T LL ≦ T L ≦ T LH .
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