マイクロスケール熱または熱および質量移動システム
マイクロスケールの単体熱または熱および質量移動システム。組み合わされると、マイクロスケールの単体吸収冷却および／加熱システム、または他の熱または熱および質量移動システムを構成する、離散的であるが統合した熱および質量移動システム構成要素を形成する、２つの外板（１１０、１１１）の間に組み立てられた複数のシム（１０２、１０４）。シムは、概してシステムの全体を通した規定の構成要素の間で必要に応じて加熱および冷却源およびシンクを往復してシステムの内外へ流体を移動させるための複数のマイクロチャネル（７０２）、空隙、流体通路および他の特徴を含む。概して各シムの対の中のマイクロチャネル内を流れる流体間の熱的接触を可能にするように２つの異なるシムの種類が使用され、複数のシムの対としてともに組み合わせられ、各シムの対の中の各シムは、相互と比較してわずかに異なるマイクロチャネルおよび流体通路配設を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／０８５，１９２号（名称「Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００８年７月３１日出願）の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の優先権の利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書に提示されるが如く参考として援用される。
【０００２】
（技術分野）
本システムは、概して、マイクロスケールの熱移動システムまたは熱および質量移動システムに関し、より具体的には、複数のシムまたは層を備え、各シムは、熱および／または質量交換機能を果たす複数のマイクロチャネルを含む、単体（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）または統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）のマイクロスケールの熱または熱および質量移動システムまたは装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、蒸気圧縮システムが、住宅および商業用空調装置、冷凍機、および熱ポンプ等の種々の加熱および冷却用途で使用されてきた。これらのシステムは概して、蒸発器、圧縮器、凝縮器、および膨張デバイスといった、４つの基本構成要素を備える。蒸発器および凝縮器は、熱を吸収および排除しながら、冷媒を蒸発させ、凝縮する、熱交換器を備える。圧縮器は、蒸発器から冷媒蒸気を採取し、凝縮器の中で蒸気を凝縮するためにその圧力を十分に上昇させる。凝縮器から退出した後に、より高い圧力における凝縮冷媒の流動は、膨張デバイスによって蒸発器の中へ戻るように制御され、サイクルは、連続加熱または冷却効果を生じるように繰り返す。
【０００４】
しかしながら、従来の蒸気圧縮システムには、いくつかの不利点がある。例えば、ほとんどの蒸気圧縮システムは、環境に悪影響を与える合成冷媒に依存する。また、ほとんどの蒸気圧縮システムは、電力に高価な高級電気エネルギーを利用する。さらに、蒸気圧縮システムはしばしば、圧縮器の使用により、騒々しく信頼性が低く、しばしば、小規模または携帯用利用を妨げる、かさばる全体システム設計を採用する。
【０００５】
吸収熱ポンプ（本明細書では「吸収冷却および／または加熱システム」とも呼ばれる）は、従来の蒸気圧縮システムの環境的に優しい代替品と考えることができる。原則として、従来の蒸気圧縮システムの圧縮器は、吸収熱ポンプを形成するように、脱着器、吸収体、溶液ポンプ、および回復溶解熱交換器の組み合わせに代替される。吸収熱ポンプの便益は、主要な可動部、すなわち、圧縮器の欠如による、信頼性に関する低減した懸念である。吸収熱ポンプにおける圧縮器の欠如はまた、蒸気圧縮システムと比較して、はるかに静かな動作も示唆する。さらに、システムを駆動する入力として高級電気エネルギーを利用する蒸気圧縮システムと違って、吸収熱ポンプは、典型的に、生物燃料および化石燃料の燃焼から、大部分は未開発の廃熱源（例えば、自動車排出ガス、過剰製造熱等）から、太陽熱エネルギーから、および他の同様のエネルギー源から取得されてもよい、より容易に入手可能な低級熱エネルギーで作動する。冷却モード動作では、この熱エネルギー入力が、冷却および／または除湿を提供するために使用される一方で、加熱モードでは、周囲熱をより高い温度に引き上げるために熱入力が使用される。
【０００６】
蒸気圧縮システムの圧縮器が、脱着器、吸収体、溶液ポンプ、および回復溶解熱交換器の組み合わせによって、吸収熱ポンプに代替されるため、吸収熱ポンプは、概して、蒸気圧縮システムよりも熱および質量交換集中型であり、それにより、付加的な熱移動表面積を必要とする。この比較的大きい表面積の要求により、吸収熱ポンプは、典型的に、非常に大型の商業および工業用冷凍機用途に回されており、高い性能係数（ＣＯＰ）を実現しながら小型設計を達成することは、主要な課題となっている。加えて、ＣＯＰを改善するように開発された、二重効果、三重効果、および発生器−吸収体−熱交換サイクル等の、いくつかの先進的吸収サイクルは、性能を改善するのに付加的な内部回復に依存し、容量あたりの高い熱および質量移動速度の必要性をさらに強調する。実際、これらのサイクルは、主に、実用的に実行可能な小型熱および質量交換デバイスの欠如により、広く実装されていない。
【０００７】
したがって、より大型のシステムに匹敵する出力を送達する、小型吸収冷却および／または加熱システムを達成することが望ましい。しかしながら、２対の最も一般的な作業流体（すなわち、臭化リチウム−水、およびアンモニア−水）を使用する吸収システムでは、吸収および脱着等の過程は、二成分流体における連動した熱および質量移動を自然に伴い、システム設計の複雑性および課題につながる。特に、アンモニア−水システムでは、システムの全体を通した液相および蒸気相中の吸収剤（すなわち、水）および冷媒（すなわち、アンモニア）の両方の存在により、そのような２成分流体の過程が、システムの中の全ての構成要素（凝縮器、蒸発器、精留器、および回復熱交換を含む）において発生する。その他では、あまり一般的ではない作業流体（例えば、多構成要素流体）、多構成要素の熱および質量移動過程が必要とされる。工業規模よりも小さい容量で、廃熱、太陽熱エネルギー、または他のエネルギーの分散可用性を活用することができる、小型高流束構成での吸収システムの実装のために、熱および質量交換器設計は、同時に達成することが困難である、いくつかの特徴を提供するべきである。例えば、システムは、いくつかある同様のシステム特性の中でも、作業流体に対する低い熱および質量移動抵抗と、作業流体および少量で外部熱源およびヒートシンクにこれらの作業流体を結合する流体のための必要移動表面積と、結合流体に対する低い抵抗とを含むべきである。
【０００８】
利用可能な吸収構成要素の概念の大部分は、小型高流束設計を達成するために不可欠である、これらの特徴のうちの１つ以上を満たさない。例えば、商業用吸収冷凍機で現在採用されている主要構成（すなわち、冷却液を運ぶ管群に垂れかかる溶液フィルムへの蒸気の吸収）は、高い冷却剤側の抵抗および液体フィルムによる移動表面の不良な湿潤という問題を抱えている。加えて、いくつかの従来技術の設計は、吸収／脱着過程を強化するが、反対側（すなわち、結合流体側）の単相抵抗を低減することができず、それにより、大型のシステム構成要素を必要とし、高い作業流体および結合流体の圧力降下をもたらし、それは、高い寄生電力消費をもたらし、また、システム構成要素内の圧力降下によって引き起こされる飽和温度の減少による、駆動温度差の損失ももたらす。
【０００９】
吸収冷却および／または加熱システムに加えて、関連冷却または加熱機能、基礎熱移動、蒸留、および当業者に思い付くような他の同様の機能性等の、他の機能を果たすための種々の他の熱移動または熱および質量移動システムを提供することがさらに望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、現在使用されている構成の弱点を克服しながら、個々のシステム構成要素および全体的なシステムアセンブリの両方において、高流束の熱および質量移動に適用することができる、小型のモジュール式万能設計を提供する、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムまたは装置の長年にわたるが未解決の必要性が存在する。携帯用統合システムから有意な加熱および冷却出力を提供する、マイクロスケールの単体吸収熱ポンプのさらなる必要性がある。本システムおよびその変化例の主な実施形態は、種々の設計条件に、また、２成分、３成分、および他の多構成要素流体の熱および質量移動におけるいくつかのシステムにも極めて適応可能である、小型化技術を表す。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
簡潔に説明すると、一実施形態によれば、本開示の側面は、概して、吸収冷却および／または加熱のため、または他の熱および／または質量移動機能を果たすためのシステムおよび装置に関する。より具体的には、一側面によれば、カバー板の間で取り囲まれた、一体マイクロスケール通路および空隙、流体入口および出口通路、および蒸気−液体空間を必要に応じて伴う、平行な整合した交互シムの配列は、熱活性化吸収熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素を画定する。マイクロスケールの特徴を伴う平行シムのアセンブリは、単一効果吸収熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素をともに備える、規定の吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器（揮発性吸収剤とともに作業流体を使用する用途において）、凝縮器、回復冷媒熱交換器、および蒸発器を通して、流体流動を方向付ける。本明細書でさらに詳細に説明されるように、特定の実施形態では、熱および質量移動構成要素は、複数の交互シムの対を介して、マイクロスケールの単体装置またはアセンブリ内で画定される。二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクル、または他の先進的吸収サイクルが所望される実施形態では、付加的な規定の熱および質量移動システム構成要素の中に配設される、付加的なマイクロスケール特徴が、必要な回復熱および質量移動を達成するように装置に組み込まれる。
【００１２】
一側面によれば、吸収サイクル作業流体が、マイクロスケールの通路およびシムの片側に組み込まれた他の通路に流入する一方で、高温（熱源）、中温（熱遮断）、および低温（冷蔵流）結合流体は、初期側面上の各作業流体流と熱的接触しているシムの反対側で流れる。したがって、多少差別化したマイクロスケール特徴幾何学形状を伴う、２つのシムの複数組（「シムの対」）は、所望の全体的冷却または加熱負荷を達成するために必要とされる、多数に複製される吸収熱ポンプまたは他の熱または熱および質量移動システム全体の構造要素を備える。各シムに組み込まれる特徴は、グループで配列され、各グループは、熱ポンプの中の各熱または熱および質量移動システム構成要素（例えば、吸収体、脱着器等）の対応する通路を表す。各々の規定の熱および質量移動システム構成要素の間の流体接続は、システム外部の接続流体ラインを通して、または、シムまたはカバー板の異なる部分の間の特異的に設計された経路指定通路を通して、または、何らかの他の同様な接続機構を介して達成される。概して、作業流体は、大部分がシムのアセンブリの中に含有され、したがって、同様の容量を送達する従来の熱ポンプと比べて流体在庫量を数倍低減する。
【００１３】
付加的な側面によれば、冷却、熱遮断、および熱源流体流は、適切な入口および出口接続を通して、熱または熱および質量移動装置に進入および退出し、熱または熱および質量移動装置の物理的位置にかかわらず、加熱または冷却負荷の万能配備を可能にする。一側面では、熱および質量移動構成要素と、アセンブリの中の各シムにわたって配列されたマイクロチャネルとを通して、作業流体を送出するように、作業溶液ポンプがシステムアセンブリの外部に提供される。熱ポンプサイクル中に、さらなる側面によれば、低い側から高い側の圧力（および、先進的吸収サイクルについては必要に応じて中間圧力）からの冷媒流および冷媒吸収溶液の膨張は、シム内の一体調整収縮を通して、または外部接続された弁を通して達成される。
【００１４】
種々の側面によれば、シムの中のマイクロチャネルおよび他のマイクロスケール通路は、必要に応じて、単相または二相状態の流体流動を可能にするように、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の単独で接続された断面を備え、マイクロスケールの断面形状および寸法は、熱および質量移動要件、動作圧力、組み立てられた装置の構造強度、寸法交差ならびにシムおよびカバー板の接合に対する製造制約、および他の要因に基づいて決定される。概して、シムの中のマイクロスケールチャネルは、全体的なアセンブリの寸法ならびにマイクロスケールチャネルの寸法に基づいて、リソグラフィ、エッチング、機械加工、型打、または他の適切な過程等の過程を通して形成される。マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムの実施形態を形成するように、複数のシムの対およびカバー板の連結および組立は、最も一般的に利用されている金属アセンブリについては、拡散接合およびろう付け等の過程を通して、ならびに、作業流体、動作条件、および所望の負荷によって許容または指定される場合、プラスチック、セラミック、または他の非金属装置部品については接着によって達成される。熱負荷におけるモジュール性は、マイクロスケールチャネルの寸法、チャネルの数、シムの長さおよび幅、およびシムの対の数によって達成される。
【００１５】
別の側面によれば、本明細書で説明されるマイクロスケールの熱または熱および質量移動アセンブリの大規模実装について、複数の接続された熱または熱および質量移動アセンブリを形成するように、複数のアセンブリが、外部配管を通した直列および／または並列配設で接続される。種々の側面によれば、より大きい容量のために、シムは、接続の融通性、および送達された負荷の大部分は制約されていない増加を促進するように、単体熱または熱および質量移動アセンブリよりもむしろ、熱または熱および質量移動アセンブリの各熱および質量移動システム構成要素を表す、個々のアセンブリに細分される。
【００１６】
請求された発明のこれらおよび他の側面、特徴、および便益は、以下の図面と併せて解釈される好ましい実施形態および側面の以下の詳細な書面説明から明白となるものの、それらの変化例および修正が、本開示の新規概念の精神および範囲から逸脱することなく達成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
添付図面は、本開示の１つ以上の実施形態および／または側面を図示し、書面説明とともに、本開示の原則を説明する働きをする。可能な限り、実施形態の同一または類似要素を指すために、同じ参照番号が図面の全体を通して使用される。
【図１】図１は、請求された発明の種々の側面にしたがって構築および操作された、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の実施形態を図示する。
【図２】図２は、シムを介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置から除去されたカバー板の一部を図示する切断域を伴う、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置の実施形態を示す。
【図３】図３は、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置の例示的な完全に組み立てられた実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｄ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図５】図５は、熱または熱および質量移動装置の一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図を図示する。
【図６Ａ】図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する正面図である。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ示す。
【図９Ａ】図９Ａおよび９Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。
【図９Ｂ】図９Ａおよび９Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。
【図１０Ａ】図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、複数の積層シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、複数の積層シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置の実施形態による、脱着器および精留器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置の実施形態による、脱着器および精留器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置の実施形態による、凝縮器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置の実施形態による、凝縮器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置の実施形態による、回復冷媒熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置の実施形態による、回復冷媒熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１４Ａ】図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置の実施形態による、蒸発器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１４Ｂ】図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置の実施形態による、蒸発器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１５Ｂ】図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１６Ａ】図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分それぞれの拡大斜視図であり、シムＡおよびシムＢにおける蒸気入口穴および通路の位置を具体的に図示する。
【図１６Ｂ】図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分それぞれの拡大斜視図であり、シムＡおよびシムＢにおける蒸気入口穴および通路の位置を具体的に図示する。
【図１７】図１７は、吸収冷却および／または加熱システムと関連付けられた、離散熱および質量移動システム構成要素を備える、本システムのモジュール式実施形態を図示する。
【図１８】図１８は、本明細書で説明されるような例示的マイクロチャネルを製造するための光化学エッチング過程の一実施形態と関連するステップを図示する。
【図１９】図１９は、本システムの一実施形態による、種々のシム、カバー板、および他のシステム構成要素をともに拡散接合するための加熱圧搾真空炉の表現を図示する。
【図２０】図２０は、本システムの例示的実施形態による、シム内のマイクロチャネルの代表的な配設を示す、複数の積層シムＡおよびＢの一部分の断面を図示する。
【図２１】図２１は、本システムの例示的実施形態による、特定の例示的なシムおよびマイクロチャネル寸法の接写図を図示する、シムＡおよびＢの拡大断面を図示する。
【図２２】図２２は、本システムの実施形態による、熱および質量移動システム構成要素で使用されるヘッダの拡大平面図を示す。
【図２３】図２３は、本システムの一実施形態による、図２２のヘッダの断面ＸＸから得られた交互シムＡおよびＢの代表的な断面を示す。
【図２４】図２４は、本システムの実施形態を試験するための例示的な流体接続および外部配管配設の正面図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示の詳細な説明の前に、本システムおよび方法の側面の主題および用語は、例示的であり、必ずしも請求項で表現されるシステムおよび方法の側面を限定しないという理解の補助として、以下の定義を提供する。用語が大文字で書かれるか否かは、用語の意味を決定または限定すると見なされない。本書で使用されるように、大文字で書かれた用語は、大文字で書かれた用語のより制限的な意味が意図されることを用法の文脈が特に指示しない限り、小文字で書かれた用語と同じ意味を持つものとする。しかしながら、残りの本書内の大文字化またはその欠如は、そのような限定が意図されることを文脈が明確に指示しない限り、必ずしも限定的となることを目的としない。
【００１９】
（定義／用語集）
吸収剤：本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動システム（例えば、吸収熱ポンプ）の熱および質量移動機能を果たすための作業流体または作業流体の一部分を含む、単独であるか、あるいはアンモニアまたは別の冷媒と組み合わせられた多構成要素形態である、材料または流体。実施例は、（アンモニア−水混合物中の）水、（臭化リチウム−水混合物中の）臭化リチウム、および他の同様の材料を含むが、それらに限定されない。
【００２０】
性能係数（ＣＯＰ）：入力エネルギーと比較した、システム実施形態からの所望の出力（すなわち、冷却または加熱）の比。
【００２１】
結合流体：本システムの実施形態に、およびそこから、加熱および／または冷却を移動させるために使用される流体。概して、本システムの実施形態を、概して、温水結合部を介して、１つ以上の熱源、ヒートシンク、周囲空間、調節空間等に接続する。実施形態は、エチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、塩化カルシウム水溶液、高温熱移動流体（例えば、合成油）、および他の同様の流体を含むが、それらに限定されない。本明細書では冷却剤と呼ばれることもある。
【００２２】
カバー板：カバー板の間に含有されるシムに、構造、支持、およびいくつかの実施形態では流体移動チャネルを提供する、本システムの実施形態の外側にある剛体外層。カバー板は概して、システムの実施形態に進入および退出する結合流体および作業流体流を移動させるための、穴または入口および出口開口部を含む。
【００２３】
流体分配通路：積層シム（すなわち、ヘッダ）によって形成された空隙から、本システムの実施形態における熱および質量移動システム構成要素または熱交換構成要素内のマイクロチャネルに流体を輸送する、チャネルまたは通路。概して、分配通路、流体通路、通路、または通行路と同義である。
【００２４】
ヘッダ：流体を受容または消去する開口部またはポートを提供する、熱および質量移動システム構成要素内の要素。概して、組み合わせられると、流体流動のための通行路を形成する、個々のシムと関連付けられる複数の積層空隙によって形成される。種類は概して、入口ヘッダおよび出口ヘッダを含む。
【００２５】
熱または熱および質量移動システム：本明細書で説明されるような特性、特徴、寸法、構成要素等を備える、熱または熱および質量を移動させるためのシステム。理解および認識されるように、概して、本明細書で説明されるような１つ以上の熱および質量移動システム構成要素によって形成される、熱移動システムまたは熱および質量移動システムを表す。概して、熱または熱および質量移動装置、熱または熱および質量移動アセンブリ、あるいは熱および／または質量移動システムと同義である。
【００２６】
熱および質量移動システム構成要素：（必ずしもではないが）概して、より大型の熱または熱および質量移動システム内で、熱および／または質量移動を行うことが可能な任意の構成要素を表すために使用される、一般用語。実施例は、吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器、または他の同様の構成要素を含むが、それらに限定されない。（必ずしもではないが）概して、少なくとも１つの熱交換構成要素を含むか、または備える。概して、熱および質量移動構成要素と同義である。時には熱交換器と同義である。
【００２７】
熱交換構成要素：熱移動を行うことが可能な任意の構成要素を表すために使用される、一般用語。熱および質量移動システム構成要素、またはその従属構成要素を備えてもよい。概して、熱交換器と同義である。
【００２８】
マイクロチャネル：単相または多相状態の流体を移動させて、熱および／または質量移動機能性を達成するための、本明細書で説明されるようなシムに形成される、マイクロスケール寸法のチャネルまたは通路。概して、１ｍｍ未満の水力直径を伴う円形（または非円形）断面によって特徴付けられる（しかし、理解されるように、所与の流体特性および動作条件に応じて、１ｍｍより大きいチャネルが、多少大きい水力直径におけるマイクロチャネルと同様の流体流動ならびに熱および質量移動現象を示してもよい）。概して、マイクロスケール通路またはマイクロスケールチャネルと同義である。
【００２９】
マイクロスケール：同様の機能性および／または出力の他のシステムまたは構成要素と比較して、サイズが相対的に小さい。概して、当技術分野で理解されるように小型である。
【００３０】
単体：１つの差別化されていない全体または単位を構成する。概して、統合と同義である。
【００３１】
多構成要素流体：２つ以上の別個の物質（すなわち、２つ以上の種）を含む流体。実施例は、アンモニア−水混合物、および臭化リチウム−水混合物を含むが、それらに限定されない。概して、多成分流体、２成分流体、３成分流体、４成分流体、流体対等と同義である。
【００３２】
冷媒：本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動システム（例えば、吸収熱ポンプ）の熱および質量移動機能を果たすための作業流体または作業流体の一部分を含む、単独である、あるいは水または別の吸収剤と組み合わせられた多構成要素形態である、材料または流体。実施例は、（アンモニア−水混合物中の）アンモニア、（臭化リチウム−水混合物中の）水、および他の同様の材料を含むが、それらに限定されない。概して、本明細書で使用されるようなアンモニアと同義である。
【００３３】
シム：本明細書で説明されるような１つ以上の熱または熱および質量移動構成要素と関連付けられる特徴を画定する、薄い剛体層。概して、シムを横断して作業流体および／または結合流体を移動させるための複数のマイクロチャネル、流体分配通路、および空隙を含む。概して、層または積層板と同義である。
【００３４】
シム群：１つ以上の熱または熱および質量移動システム構成要素を画定するように、ともに接合された、または別様に組み合わされた、複数のシムの対の組み合わせ。
【００３５】
シムの対：シムの中のマイクロチャネル、空隙、および他の通路を流れる流体の間で熱および／または質量移動を可能にするように、ともに接合された、または別様に組み合わされた、２つの別個のシムの種類（例えば、本明細書で説明されるＡおよびＢ）の組み合わせ。
【００３６】
空隙：熱または熱および質量移動システム構成要素の中または外への流体流動を可能にする、複数の積層シムによって画定される穴または空間。概して、ヘッダ内にある、またはヘッダによって形成される空間に関する。概して、積層空隙または蒸気−液体空間と同義である。
【００３７】
作業流体：熱および／または質量移動機能を達成するように、本システムの実施形態の全体を通して移動させられる流体。吸収サイクル過程または他の同様の熱サイクルにおける種々の段階で、液体状態、蒸気状態、または液体−蒸気混合物となり得る。実施例は、アンモニア−水混合物および臭化リチウム混合物を含むが、それらに限定されない。概して、多構成要素流体を含むが、必要に応じて、単構成要素流体も含む。
【００３８】
（概説）
本開示の原理の理解を推進する目的で、図面に図示された実施形態を参照し、同実施形態を説明するために特定の用語を使用する。それでもなお、それにより、本開示の範囲の限定が意図されず、通常、本開示が関係する当業者に思い付くように、説明および例示された実施形態のあらゆる改変およびさらなる修正、ならびに本明細書で例示されるような本開示の原則のさらなる用途が検討されることが理解されるであろう。範囲の全ての限定は、請求項に従い、かつ請求項で表現されるように決定されるべきである。
【００３９】
本開示の側面は、概して、熱または熱および質量移動システムまたは装置に関する。特に、本装置の一実施形態は、組み合わせられると、マイクロスケールの単体吸収冷却および／加熱システムまたは吸収熱ポンプ、あるいは他の熱または熱および質量移動システムを構成する、離散的であるが統合した熱および質量移動システム構成要素を形成する、２つの外板の間に組み立てられた、または圧搾された複数のシムを備える。シムは、概して、装置の全体を通した規定の熱および質量移動システム構成要素の間で、かつ必要に応じて加熱および冷却源およびシンクを往復して装置の内外へ、流体を移動させるための複数のマイクロチャネル、空隙、および他の熱移動特徴を含む。一実施形態によれば、２つの異なるシムの種類が使用され（すなわち、以下でより詳細に説明されるシムＡおよびＢ）、シムは複数のシムの対として組み合わせられ（例えば、ともに接合される）、各対の中の２つの異なるシムは、各シムの対の中のマイクロチャネル内を流れる流体間の熱的接触を可能にするように、相互と比較して、わずかに異なるマイクロチャネルおよび流体通路配設を備える。
【００４０】
一側面によれば、各シムは、吸収冷却および／または加熱システムを備える、必要な熱および質量移動システム構成要素のうちの全て、すなわち、吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、および蒸発器の幾何学形状を含む。理解されるように、これらの熱および質量移動構成要素は、当業者によって理解されるような従来の機能を果たす。したがって、一実施形態では、複数のシムの対が組み合わせられると、マイクロスケールの吸収加熱および／または冷却システムが形成される。さらに、複数のシムの対が積層され、ともに組み合わせられるにつれて、各熱および質量移動構成要素のマイクロチャネルの数（したがって、全体的な熱交換表面積）が増加し、それにより、各構成要素および全体的なシステムの熱交換容量が増加する。このように、本装置の実施形態は、所望に応じて個々の用途要件を満たすように縮小拡大することができる、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動システムを備える。
【００４１】
本明細書でさらに詳細に説明されるように、本発明の実施形態は、同等の冷却および／加熱負荷に対する従来のシステムと比較してシステム体積が数倍低減した、吸収熱ポンプならびに他の熱または熱および質量移動装置に対するコンパクトな全体的幾何学形状を生じる。前述のように、従来の吸収熱ポンプは、蒸気圧縮システムと比較して、付加的な熱および質量移動構成要素を必要とし、より大型の全体的システムサイズにつながる。したがって、以前は、小さい幾何学形状で熱駆動吸収熱ポンプを実装することが可能ではなかった。しかしながら、本発明の実施形態は、相対的に小さいシステムパッケージで高い冷却および加熱容量のシステムを可能にするように、マイクロスケールで流体流動ならびに熱および質量移動現象の固有かつ新規の利点を利用する。したがって、本システムの実施形態は、ａ）小型水力直径マイクロスケール通路の中の高い熱および質量移動係数、ｂ）小型水力直径における大きい表面積対体積比、ｃ）低い圧力降下で高い熱および／または質量移動率を達成するための、複数の並列シムアセンブリの中の複数のマイクロチャネルの中の並行流の融通性、およびｄ）システムサイズを所望の負荷に正確に合わせるように、マイクロチャネルの寸法、各熱および質量移動構成要素で使用されるマイクロチャネルの数、システムで使用されるシムの数、および全体的なシステムエンベロープの幅および長さを修正する嚢力を利用することができる。さらに、以下でさらに詳細に説明されるように、温水結合、ならびに（システム実施形態の相対的に小さいサイズによる）熱および質量移動システム構成要素間の長い相互接続ラインの欠如は、作業流体在庫量、全体的なシステムサイズおよび質量、流体圧力降下、寄生所要電力、ならびに周囲を往復する望ましくない熱損失および利得を最小化する。
【００４２】
概して、本システムの実施形態は、廃熱、太陽エネルギー、一次燃料燃焼からのエネルギー等の入力エネルギー源として、熱エネルギーを利用する。広範囲の供給源エネルギー温度が、冷却および／または加熱を提供するために利用され、広範囲の加熱および冷却負荷が、本システムを使用して供給される。したがって、システムの実施形態は、本質的に、数ワットからメガワットに及ぶ加熱または冷却容量のモジュール式設計を可能にする。概して、マイクロスケールの流体流動および熱および質量移動の原則の利用は、従来または以前のシステムと比較して、同等のシステム体積において大幅に高い冷却および加熱容量を送達する、コンパクトなシステムアセンブリの実現を可能にする。システムの実施形態は、作業流体を送出するために、電気エネルギーの相対的に最小の使用を必要とする。好ましくは、システムがオゾン破壊および地球温暖化の可能性がある合成流体を使用する必要がないように、多構成要素流体混合物が作業流体として使用され、したがって、システムは、環境に最小の悪影響を及ぼす。
【００４３】
説明されるように、本システムの実施形態は、種々の商業的用途に有用である。概して、本システムの実施形態は、特に、小規模用途が必要とされる時に、ほとんどの用途において、従来の蒸気圧縮システムまたは吸収熱ポンプの代替品として実装することができる。しかしながら、理解されるように、本装置の実施形態は、廃熱回収および向上用途、熱駆動冷凍機ならびに暖房および空調システム、熱変換器、統合冷却、加熱、および電力システム、自動車用、船舶用、海軍用、および静止温度制御システム、食品、薬物、ワクチン、および他の腐敗しやすいアイテムの加工および冷蔵輸送、熱エネルギー入力、マイクロリアクタ、および燃焼器を使用した、携帯用水のための周囲湿度の獲得、および当業者に思い付くような種々の他の用途を含むがそれらに限定されない、種々の用途で利用することができる。
【００４４】
開示されたシステムおよび装置の基本的機能および構成要素の実施例および説明の目的で、請求された発明の種々の側面に従って構築および操作される、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置１０の実施形態を図示する、図１を参照する。図１に示された（および本開示の全体を通して参照された）特定の実施形態は、本明細書で説明されるような種々の熱および質量移動システム構成要素を含む、単体でマイクロスケールの吸収冷却および／または加熱システム（すなわち、吸収熱ポンプ）を備える。しかしながら、理解および認識されるように、図１に示された例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動システム１０は、本システムの１つのアプローチまたは実施形態を表すにすぎず、本明細書で説明されるように、かつ当業者によって理解されるように、他の側面が使用および検討される。
【００４５】
示されるように、熱または熱および質量移動装置１０は、２つのカバー板１１０、１１１と、カバー板の間で挟持されるシム群１０８（概して、以下でさらに詳細に説明される複数のシム１０２、１０４を備える）と、装置１０の中および外に結合流体を移動させるための複数の結合流体ライン１２０とを含む。示されるように、カバー板は、特定の実施形態に応じて、装置１０に、および装置１０から流体を輸送するための種々の穴１２２を含む、２つのカバー板の種類、すなわち、前カバー板１１０および後カバー板１１１を備える。理解されるように、穴１２２の配設、およびカバー板１１０、１１１の全体的構造は、特定のシステム実施形態に応じて、各カバー板１１０、１１１の間で変化してもしなくてもよい。
【００４６】
本明細書で説明されるように、シム群１０８は、概して、複数のシム１０２、１０４を含む。図１０Ａを簡潔に参照すると、本装置の実施形態による、例示的な熱および質量移動システム構成要素内のシム群１０８と関連付けられた、複数の積層シム１０２、１０４の一部分の拡大斜視図が示されている。図１０Ａの詳細および明細は、以下でさらに説明に論議するが、該図は、ここでは、本装置１０の一実施形態によるシム群１０８の中のシムの積層配設を図示するために論議されている。シム１０２、１０４は、シムの間ならびに熱および質量移動構成要素の間で流体移動を達成するための（したがって、アセンブリ１０の全体を通して熱および質量移動を達成するための）複数のマイクロチャネル、空隙、および他の熱移動特徴（以下でさらに詳細に説明される）を含む。
【００４７】
一実施形態によれば、複数のシムの対（各対は各シムの種類ＡおよびＢの１つを含む）を形成するよう、シムが熱移動装置１０内で交互に積層および整合されるように、シムは、２つのシムの種類（すなわち、以下でさらに詳細に説明される、シムＡ１０２およびＢ１０４）を備える。図１０Ａに示された実施形態では、シムは、２つの説明されたシムの種類、１０２ａ、１０４ａ、１０２ｂ、１０４ｂ、１０２ｃ、１０４ｃ、・・・１０２ｎ、１０４ｎの交互様式で配設され、「ｎ」は、所望の熱および／または質量移動機能性を果たすために使用される、シム群の中のシムの対の総数を表す。本明細書で詳細に説明されるように、２つの異種のシムの種類は、装置１０の全体を通して交互流体流動ならびに熱および質量移動機能性を可能にするように、異なるマイクロチャネル配設を含む。
【００４８】
図１を再び参照すると、切断域１１２は、シム群１０８（およびシム１０２、１０４）を介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置１０から除去されたカバー板１１０、１１１の一部を図示する。切断域１１２で示されるように、複数の組み合わされたシムによって画定されるような例示的な熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素のうちの１つ（具体的には凝縮器）が、その全体で示されている。各熱および質量移動システム構成要素の設計および側面、ならびに例示的な全体的吸収冷却および／または加熱アセンブリに関するその動作を、以下でさらに詳細に説明する。
【００４９】
種々の実施形態によれば、シム１０２、１０４は、鋼鉄または他の熱伝導性金属、セラミック、プラスチック（低温用途において）、および当業者に思い付くような他の同様な材料から製造される。カバー板１１０、１１１は、結果として生じるカバー板が、動作中にアセンブリ１０をともに担持するのに適切な強度および剛性特徴を有する限り、シムの材料と同様または異種の材料から製造される。シム１０２、１０４の中のマイクロチャネル（以下で論議される）は、概して、光化学エッチング過程または他のエッチング過程、リソグラフィ、シム製造中の型打または機械加工、または他の同様な微細切断技法を介して形成される。いったん製造されると、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１は、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動システム１０を形成するように、拡散接合、ろう付け、または接着（低温用途において）を介してともに接合され、あるいは、ボルト締めまたは締め付けアセンブリを介して組み合わされ、あるいは、同様の接合または組立技法を介して別様に組み立てられる。
【００５０】
図１に示されるように、熱または熱および質量移動システム１０（吸収熱ポンプとして図１で示される）は、結合流体ライン１２０を通る従来の流体結合を介して、熱源１３０から入力熱を受容する。結合流体ラインは、熱または熱および質量移動装置の中または外に結合流体を輸送するように、カバー板１１０、１１１の穴１２２を介して装置１０に取り付けられる。種々の実施形態によれば、穴１２２はまた、外部作業流体ライン（図示せず）を介して、１つの内部熱および質量移動構成要素から別の構成要素に作業流体を輸送するために使用することもできる。しかしながら、理解されるように、作業流体はまた、カバー板１１０、１１１またはシム１０２、１０４自体に組み込まれた接続部を介して、アセンブリ１０内の熱および質量移動構成要素の間で移動させられてもよい。理解されるように、外部加熱および冷却は、全ての実施形態において、必ずしも温水結合を介して供給されるわけではなく、特定の実施形態に応じて、高温ガス流、例えば、煙道ガス流、凝縮蒸気、または他の高温凝縮流体、または外部加熱された固体伝導性ヒータ、または何らかの他の同様の技法を介して供給されてもよい。加えて、図１に示された装置１０の実施形態は、熱源１３０から熱を受容し、加熱出力１４０および／または冷却出力１５０を消去し、本システムの実施形態は、当業者に思い付くような種々の加熱および／または冷却機能を果たすように設計することができる。
【００５１】
図１に記載されるように、熱源１３０の実施例は、燃料の燃焼、自動車排出ガス、エンジン冷却剤、船舶用機関熱、軍艦用ガスタービン熱、ディーゼル機関熱、または、化学過程、金属加工、食品加工、および種々の他の製造過程からの熱を含む。前述のように、熱源は、熱エネルギーに由来する。加熱出力１４０の実施例（すなわち、システムによって排出される熱の用途および利用）は、暖房（例えば、家庭またはオフィス暖房）、水の加熱、および乾燥を含む。冷却出力１５０の実施例（すなわち、システムによって排出される冷却の用途および利用）は、建物または自動車の空調、除湿、水の冷蔵、冷凍、電子機器の冷却、装着型冷却用途（例えば、消防士のユニフォームにおける冷却システム）、薬物保管、および食品保存を含む。理解および認識されるように、潜在的な加熱源、ならびに加熱および冷却出力（用途）の一覧は、例示的な目的のみで提供され、本開示または本明細書で説明される実施形態の範囲を限定することを目的としない。
【００５２】
図２は、シム群１０８の中のシム１０２、１０４を介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置１０から除去されたカバー板１１０、１１１の一部を図示する切断域２０２を伴う、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置１０の実施形態を示す。シム群１０８の複数部分も、本システムの例示的な実施形態の内部動作および幾何学形状をさらに図示するように除去されたものとして示されている。示されるように、図２の実施形態は、図示されたシステム実施形態のより容易な視認を促進するように、結合流体ライン１２０を含まない。
【００５３】
図２に示されるように、例示的な装置１０は、概して、長方形の角柱形状を備え、Ｌ×Ｈ×Ｗ（すなわち、長さ×高さ×幅）の寸法を有する。しかしながら、理解されるように、他の実施形態によれば、必要に応じて他のシステム形状が使用される。前述のように、本システムの実施形態は、概して、従来の熱および質量移動システム（例えば、従来の吸収熱ポンプおよび他の関連システム）と比較して、サイズがはるかに小さいマイクロスケールのシステムを備える。しかしながら、理解されるように、本装置１０の実施形態は、事実上あらゆる用途に適するように縮小拡大することができる。例えば、１つの具体的な例示的実施形態（以下でさらに詳細に説明される）は、それぞれ２００×２００×３４ｍｍ３のＬ×Ｈ×Ｗ寸法を含む。しかしながら、特定の用途の必要冷却および加熱負荷に応じて、さらに小さい実施形態（例えば、１２０×１２０×２５ｍｍ３以下）が使用される。加えて、個別シムの厚さ（すなわち、幅）も可変であるが、０．５ｍｍの例示的な厚さが、本明細書で説明される例示的実施形態と関連付けられる。
【００５４】
代替として、サイズが相対的に重要でない要因であり、より大きい加熱および冷却負荷および容量が必要とされる用途では、本システムの実施形態は、利用可能な保管空間および製造制約のみによって限定される、大規模装置に拡大することができる。さらに、種々の実施形態によれば、個々の熱および質量移動システム構成要素は、全体的なシステム設計におけるモジュール性（図１７と併せて以下でより詳細に説明される）を可能にするように、全体的なアセンブリ１０から除去される（すなわち、シムが、複数の構成要素の代わりに、単数の熱および質量移動構成要素を画定する）。
【００５５】
図３は、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置１０の例示的な完全に組み立てられた実施形態を示す。図３に示された装置は、シム群１０８の中の全ての含まれたシム１０２、１０４と、カバー板１１０、１１１とが、ともに接合されている（例えば、拡散接合、ろう付け等を介して）、または別様に組み合わせられている、システムを表す。示されるように、装置の中または外へ熱および冷却を移動させる結合流体のみが、結合流体ライン１２０を介して装置１０に進入または退出しているように、示された特定の実施形態に対する全ての随意的な穴１２２が、カバー板１１０、１１１から除去されている。図３に示された装置１０は、全ての作業流体を内部に移動させる（すなわち、カバー板１１０、１１１、またはシム１０２、１０４自体の中の接続部またはチャネルを介して）、前述のような本システムの実施形態を表す。したがって、外部作業流体ラインを接続して、内部熱および質量移動システム構成要素の間で作業流体を移動させるための穴は、示された実施形態では不必要である。
【００５６】
図３の結合流体ライン１２０は、装置１０の中および外への例示的な結合流体流動を図示する。結合流体ライン１２０は、装置１０に熱を供給するように熱源１３０を往復し、外部用途に熱を放出するように熱遮断（出力）１４０を往復し、および空調空間に冷却を移動させるように冷却出力１５０を往復して、結合流体を移動させる。しかしながら、前述のように、いくつかの実施形態では、熱入力は、結合流体ラインおよび結合流体介さずに、高温ガス流、伝導性ヒータ、または他の同様の技法を介して提供される。
【００５７】
図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置１０の分解斜視図を示す。図４Ａは、カバー板１１０が装置の残りの部分から（すなわち、シム群１０８の中の組み合わされた複数のシム１０２、１０４ならびに装置の交互側のカバー板１１１から）除去されている、装置１０の実施形態の斜視図を示す。示されるように、複数のシムの対（各シムの対はシムＢに接合されたシムＡを備え、各シムの詳細は以下でさらに詳細に説明される）が、シム群１０８を形成するように組み合わせられる。装置内に含まれるシムの対の数は、装置が使用される特定の用途に応じて（例えば、必要とされる加熱および冷却負荷、サイズ、および重量制約等に基づいて）変化する。
【００５８】
理解されるように、より多くのシム（およびシムの対）がシム群１０８の中で組み合わせられにつれて、マイクロチャネルの対応する数が増加し、装置１０内の各熱および質量移動システム構成要素の中のマイクロチャネルと関連付けられた熱的接触のための結果として生じる表面積も増加する（以下でより詳細に説明される）。したがって、より大きい冷却および／または加熱出力を必要とする用途には、より多数の（および／またはより大型の）シムの対が必要とされる。例えば、その最も基本的な実装では、１つのシムＡ１０２および１つのシムＢ１０４を備える、単一シムの対が、シム群１０８を形成して、所与の用途の必要な熱および質量移動機能を果たすのに適切であってもよい。他の実施形態では、数十、数百、またはより多くのシムの対が使用されてもよい。理解されるように、使用されるシムの数および全体的なシムおよび装置のサイズは、各特定システム実施形態の特定の使用および用途に依存する。
【００５９】
依然として図４Ａを参照すると、例示的なシム群１０８は、吸収冷却および／または加熱システムの熱および質量移動システム構成要素を画定する。示されるように、各熱および質量移動システム構成要素は、シム群１０８の中の各構成要素の特徴および幾何学形状を画定する、複数の積層された、または組み合わされたシムの対によって形成される。これらの熱および質量移動構成要素ならびに各構成要素の内側および間の流体移動の詳細は、以下でさらに詳細に説明する。
【００６０】
図４Ｂは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。示された実施形態では、穴１２２の配設は、２つのカバー板１１０、１１１のそれぞれについて異なる。この穴配設の違いは、装置１０の両側の種々の結合流体ラインおよび作業流体ラインに対する取付点の違いに起因する。前述のように、本装置の種々の実施形態は、作業流体が内部熱および質量移動構成要素の間で（例えば、カバー板の中の接続部またはチャネルを通して、または外部作業流体ライン等を介して）移動させられる方式に応じて、また、装置を往復して加熱および冷却を提供および受容するために、結合がどのように使用されるか、および結合が使用されるかどうかに等に応じて、穴１２２の様々な数および位置を含む。
【００６１】
図４Ｃは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８’から分離され、単一のシムＡ１０２がシム群１０８’から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。複数のシムＡのうちの１つがシム群から分離されていることを除いて、シム群１０８’は、図４Ａおよび４Ｂで以前に示されたシム群１０８と同様である。図４Ｄは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８”から分離され、単一のシムＡ１０２および単一のシムＢ１０４シム群１０８”から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。複数のシムＢのうちの１つがシム群から分離されていることを除いて、シム群１０８”は、図４Ｃで以前に示されたシム群１０８’と同様である。前述のように、シムＡおよびＢはともに、シムの対を形成する。したがって、シム群１０８”は、複数のシムの対を備えるが、シム群１０８（図４Ａおよび４Ｂに示される）と比較して、シムの対が１つ少ない。また、前述のように、装置１０が完全に組み立てられると、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１は、吸収冷却および／または加熱システム、または何らかの他の同様な熱および／または質量移動デバイスの必要な熱および質量移動構成要素を画定するように、ともに接合されるか、または別様に組み合わせられる。
【００６２】
図５は、本熱または熱および質量移動装置１０の一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図５００を図示する。例示的な装置１０の中の熱および質量移動構成要素の基本的機能および過程が、図５に関して示され、説明されている一方で、シム１０２、１０４によって画定されるような、これらの構成要素の例示的な構造および幾何学形状は、以下で後続の図に関してより詳細に示され、説明される。示された例示的な実施形態では、システムは、冷却モードで単一効果のアンモニア−水（すなわち、作業流体）吸収熱ポンプとして動作するために配設される。しかしながら、理解されるように、種々の実施形態によれば、以下でより詳細に説明されるように、種々の種類の作業流体および多構成要素流体（例えば、臭化リチウム−水）を利用した、二重効果、三重効果、および他の多重効果システム等の他の配設が使用される。加えて、図５に示されたシステムの軽微な修正が、加熱モード動作を可能にする（同様に以下でより詳細に説明される）。
【００６３】
図５の概略図５００を参照すると、熱源１３０、熱遮断のための外気１４０、および空調空間１５０を、作業流体対（例えば、アンモニア−水）を運ぶ装置１０内の内部熱および質量移動構成要素に接続するために、流体結合が使用される。示されるように、システムの高い側の圧力で溶液ポンプ５０２から退出する濃縮アンモニア水溶液（すなわち、作業流体）は、流体ライン５０４によって回復溶解熱交換器８００に運ばれる。回復溶解熱交換器８００の中の回復加熱時に、アンモニア水溶液はさらに、流体ライン５０６を介して脱着器構成要素１１００へ進み、そこで、アンモニア−水蒸気混合物がアンモニア水溶液から脱着させられる。アンモニア水溶液（すなわち、希釈溶液）は、流体ライン５０８によって脱着器から退出し、前述の回復溶解熱交換器８００へと流れる。希釈溶液は、回復溶解熱交換器８００の中で冷却され、後に、溶液膨張弁５１２に運ぶ流体ライン５１０を通って退出する。
【００６４】
システムの低い側の圧力へと膨張弁５１２の中で膨張すると、ライン５１４から退出する希釈溶液は、吸収体構成要素１５００に進入し、そこで構成要素は、ライン５１６を通って回復冷媒熱交換器１３００に到着する冷媒（すなわち、アンモニア）蒸気を吸収する（以下でさらに詳細に説明される）。示されるように、鎖線（例えば、線５１６）が作業流体の蒸気相を表す一方で、実線（例えば、線５１０）は液相を表す。本明細書で参照されるように、および当技術分野で理解されるように、アンモニア−水作業流体を説明する時、「アンモニア」は、「冷媒」と略同義であり、「水」は、「吸収剤」と略同義である（しかし、理解されるように、相対的に最小量または微量の水が存在する場合があるため、冷媒は純アンモニアを含まない場合があり、逆もまた同様である）。代替として、臭化リチウム−水作業流体を説明する時、「臭化リチウム」は、「吸収剤」と略同義であり、「水」は、「冷媒」と再び略同義である。これらの用語は、任意の冷媒−吸収剤作業流体対に適用可能であるものとして、当技術分野で理解される。
【００６５】
依然として図５を参照すると、吸収体１５００の中で希釈溶液によって排除された吸収熱は、最終的に外気（例えば、加熱出力１４０）へと熱を排除する、中温結合流体ライン５１８によって除去される。吸収体１５００の中での希釈溶液への冷媒蒸気の吸収時に、結果として生じる濃縮アンモニア水溶液は、吸収体から出て流体ライン５２０を通って前述の溶液ポンプ５０２に進み、そこで再び（前述の）回復溶解熱交換器８００に送出される。
【００６６】
脱着器１１００の論議に戻ると、脱着熱は、システムを駆動する熱源１３０に接続される高温熱移動流体ライン５２２（すなわち、熱源との流体結合）によって、脱着器に伝えられる。（前述の）脱着器構成要素１１００から出て行くアンモニア水蒸気は、精留器構成要素１１５０に進入し、冷却流体ライン５２４が、アンモニア水蒸気をより高濃度のアンモニアに精留するために採用される。示されるように、精留器１１５０および脱着器１１００は、単一の構成要素に組み合わせられるが、理解されるように、これらの構成要素は、種々の実施形態によれば、所望に応じて分離されてもよい。特定の実施形態に応じて、冷却流体ライン５２４で採用される冷却流体は、中温温水流体、または溶液ポンプ５０２から退出する濃縮溶液、または特定のシステムおよび条件に応じた何らかの他の流体である。
【００６７】
精留器１１５０からの還流アンモニア水溶液は、脱着器１１００に戻り、そこで（前述の）流体ライン５０８を通して消去される。精留器１１５０から退出する高濃度アンモニア（すなわち、冷媒）蒸気は、流体ライン５２６を介して凝縮器構成要素１２００に伝えられる。凝縮器１２００では、濃縮アンモニア蒸気が凝縮され、最終的に凝縮熱を外気（例えば、熱遮断１４０）に排除する中温温水流体ライン５２８によって液体冷媒（すなわち、アンモニア）に補助冷却される。例えば、流体ライン５３０を通って凝縮器１２００から出て行く液体冷媒が前述の回復冷媒熱交換器１３００に進入し、そこで、（以下で説明される）蒸発器構成要素１４００から退出する蒸気相冷媒によってさらに冷却される。冷却された液体冷媒は、冷媒膨張弁５３４に冷媒を運ぶ流体ライン５３２を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出する。システムの低い側の圧力への膨張時に、結果として生じる二相冷媒混合物は、流体ライン５３６によって蒸発器構成要素１４００に伝えられる。
【００６８】
蒸発器構成要素１４００では、二相冷媒混合物の蒸発が、ライン５３８を通る低温結合流体の冷却を達成する。流体ライン５３８は最終的に、所望の冷却（例えば、空間調整１５０）が達成される空調空間に（温水結合を介して）接続される。蒸気した冷媒は、ライン５４０を通って蒸発器１４００から退出し、前述の回復冷媒熱交換器１３００へと流れ、そこで、凝縮器１２００から退出し、ライン５３０を通って回復冷媒熱交換器１３００に進入する液体（高圧）冷媒用の冷却剤としての機能を果たす。加熱した冷媒蒸気は、ライン５１６を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出し、（前述のような）吸収体構成要素１５００へと流れてサイクルを完了する。
【００６９】
前述のように、図５に示されたシステムの軽微な修正が、（示されるような冷却モードとは対照的に）加熱モード動作を可能にする。例えば、蒸発器１４００の低温流体ライン５３８を空調空間とは対照的な屋外の外気に結合し、凝縮器１２００および吸収体１５００の中温流体ライン５２８、５１８を熱遮断のための屋外の外気とは対照的な空調空間に結合することにより、装置１０のアセンブリまたは構成要素を変更することなく、加熱モード動作を可能にする。理解および認識されるように、熱および質量移動システム構成要素と外部加熱および冷却源との間の接続部の種々の配設は、本システムの実施形態の種々の動作モードを可能にする。
【００７０】
また、前述のように、図５は、本発明の一実施形態による、単一効果システムを図示する。しかしながら、種々の他の実施形態によれば、他の種々の種類の作業流体および多構成要素流体（例えば、臭化リチウム−水）を利用した、二重効果、三重効果、および他の多重効果システム等の、（単一効果配設とは対照的な）他の配設が使用される。図５に示されたものと同様に構成される付加的な回復構成要素は、多重効果および他の先進的熱ポンプの熱力学サイクル動作を達成する。したがって、例えば、二重効果動作は、精留器１１５０および凝縮器１２００を通って流れる前に、本実施形態で示された脱着器１１００から退出する蒸気から熱を回復回収することによって付加的な冷媒を生成する、第２効果脱着器を含むことによって、高温熱源を伴う用途のために達成される。付加的な実施例は、図５の単一効果実施形態に示された、専ら温水で冷却された吸収体の代わりに、溶液で冷却された吸収体および温水で冷却された吸収体の組み合わせを含む。他の同様な回復熱交換構成要素を備える、さらなる実施形態は、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）熱ポンプ構成を生じる。理解されるように、相対的に高い熱源入力温度が使用される実施形態では、付加的な回復熱交換構成要素または熱および質量移動構成要素の包含を通して、（同じ入力温度を使用する単一効果システムと比較して）より優れた加熱または冷却効果が達成される。
【００７１】
図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡ１０２およびシムＢ１０４の例示的表現を図示する斜視図である。シム１０２、１０４は、本明細書で説明されるような例示的な吸収熱ポンプの特定の熱および質量移動機能を果たす、熱および質量移動システム構成要素の配設を図示する。前述のように、一実施形態によれば、シムＡおよびＢは、シムの対を形成するように組み合わされ、複数のシムの対は、シム群１０８を形成するようにさらに組み合わされる。シム群１０８を備えるために使用されるシムの対の数は、概して、各特定用途の所望の冷却または加熱負荷に依存している。さらに、以下でさらに詳細に説明されるように、シムＡ１０２およびＢ１０４のある特徴（例えば、マイクロチャネル、マイクロスケール通路、および他の流体接続ラインの数および配設）が同様または同一である一方で、他の特徴は異なる。この違いは、概して、一方の種類のシム（例えば、シムＡ）が装置１０の実施形態の全体を通して作業流体を伝える一方で、他方の種類のシム（例えば、シムＢ）は装置の全体を通して結合流体を伝えるという概念に対応する（しかし、これは、本システムの各実施形態、または特定の実施形態内の各熱および質量移動構成要素にとって必ずしもそうではない）。例示的なシムＡおよびＢを通る具体的な流体流動は、以下でさらに詳細に説明する。
【００７２】
依然として図６Ａおよび６Ｂを参照すると、図５で示され、以前に論議された例示的な熱および質量移動システム構成要素が、例示的なシム１０２、１０４の中で配設されて示されている（または具体的には、シムＡおよびＢによって画定される熱交換構成要素の個々の層が示されている）。示されるように、例示的な吸収冷却および／または加熱システムを構成する、各離散熱および質量移動システム構成要素は、各シム１０２、１０４によって形成され、かつ各シム１０２、１０４の一部である。具体的には、図５（および本明細書の他の部分）と併せて以前に説明された個々の機能を果たすための、回復溶解熱交換器８００、脱着器１１００、精留器１１５０、凝縮器１２００、回復冷媒熱交換器１３００、蒸発器１４００、および吸収体１５００の個々の層が、それぞれ、図６Ａおよび６Ｂで、シムＡ１０２およびＢ１０４の各々の中で表されている。
【００７３】
前述のように、いくつかの熱および質量移動構成要素について、シムＢ１０４と比較したシムＡ１０２の特徴（例えば、マイクロチャネル配設等）は、各個別熱および質量移動構成要素内で変化する。一実施形態によれば、これらの違いは、所望の流体流動と、その中で熱を交換する作業流体と結合流体との間の熱移動機能とを可能にする（例えば、一方のシムの種類が作業流体を運ぶ一方で、他方のシムの種類は結合流体を運ぶ）。これらの違いは、以下および後続の図でさらに詳細に示され、説明される。具体的には、必要な熱移動機能を達成するように内部シムの違いを含む、熱および質量移動構成要素は、回復溶解熱交換器８００ａ、８００ｂ、凝縮器１２００ａ、１２００ｂ、回復冷媒熱交換器１３００ａ、１３００ｂ、蒸発器１４００ａ、１４００ｂ、および吸収体１５００ａ、１５００ｂである。
【００７４】
代替として、脱着器１１００および精留器１１５０に対するシムＡおよびＢの各々の内側の特徴は、相互と比較して同じである（例えば、マイクロチャネルおよび他のマイクロスケールの通路の配設が同様である）。これらの熱交換構成要素の機能、内部シム特徴の配設、およびシム内の流体流動に基づいて、シム特徴の異種配設は、（一実施形態では）これらのシムの種類にとって必要ではない。したがって、シムＡ１０２およびＢ１０４は、シムの脱着器１１００ａ、１１００ｂ、および精留器１１５０ａ、１１５０ｂ部分について示された例示的な実施形態にとって同一である。
【００７５】
加えて、各シムＡ１０２およびＢ１０４の中の整合切り欠き６０２および６０４が、シムの穴を提供して、各熱移動装置内で所望に応じて、複数のシムの対およびカバー板１１０、１１１の正確な整合、組立、および連結を促進する。示されるように、例示的な切り欠き６０２および６０４は、全体的なアセンブリ内でシムの容易な連結および整合を可能にするように（例えば、シムがシステム組立中に偶発的に反転されないように）、相互と比較して様々な断面を有する（すなわち、切り欠き６０２が円形である一方で、切り欠き６０４は正方形である）。理解されるように、特定の実施形態に応じて、切り欠き６０２、６０４は、事実上あらゆる断面形状を画定し、いくつかの実施形態では、完全に不必要であり、したがって含まれない。
【００７６】
図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡ１０２およびシムＢ１０４の例示的表現を図示する正面図である。図７Ａおよび７Ｂは、本質的に、図６Ａおよび６Ｂと併せて以前に示され、説明されているような複数のシムＡおよびＢによって画定される、熱および質量移動システム構成要素の層の正面図を図示する。したがって、例示的なマイクロスケールの吸収熱ポンプの中の熱および質量移動システム構成要素のそれぞれ、具体的には、回復溶解熱交換器８００ａ、８００ｂ、脱着器１１００ａ、１１００ｂ、精留器１１５０ａ、１１５０ｂ、凝縮器１２００ａ、１２００ｂ、回復冷媒熱交換器１３００ａ、１３００ｂ、蒸発器１４００ａ、１４００ｂ、および吸収体１５００ａ、１５００ｂが示されている。
【００７７】
また、図７Ａおよび７Ｂでは、システム内の個々の熱および質量移動構成要素内で、流体流動および結果として生じる熱移動を可能にする、マイクロチャネル７０２も示されている。理解および認識されるように、これらのマイクロチャネル７０２は、本装置の種々の実施形態によれば、様々な寸法を備え、様々な数で含まれる。本明細書で説明される１つの例示的な実施形態によれば、これらのマイクロチャネルは、シムの厚さ（例えば、０．２５ｍｍ）の約半分のチャネルエッチ深度、約０．５ｍｍのチャネル幅、および約３０６μｍの公称チャネル水力直径を備える、寸法を有する。しかしながら、再度、これらのマイクロチャネル寸法は、例示目的のみで提供され、決して本発明の範囲を限定することを目的としない。代表的な寸法およびマイクロチャネル断面は、例示的なシステム実施形態と関連する図２０および２１と併せて以下でさらに詳細に示され、説明される。
【００７８】
用語集に記載のように、例えば、たとえ例示的な実施形態が３０６μｍの水力直径を備えるマイクロチャネルを利用しても、マイクロチャネル流体流動、ならびに熱および質量移動現象は、１μｍ乃至約１ｍｍ（以上）に及ぶ水力直径を伴うチャネルで利用されてもよい。実際に、異なる流体および流体混合物に対する異なる圧力および温度で、これらのチャネルの中での、流体特性および動作条件、対応する蒸気泡形成現象および臨界気泡直径、ならびに、表面張力、重力、および慣性力の様々な効果に応じて、チャネルは、最大約３ｍｍさえもある、多少大きい水力直径で、マイクロチャネルに特有の流体流動および熱移動現象を示してもよい。
【００７９】
さらに、一実施形態では、マイクロチャネルサイズは、システムの中の各熱および質量移動システム構成要素の全体を通して同じである（例えば、３０６μｍの水力直径）。他の実施形態では、マイクロチャネル寸法は、構成要素ごとに変化する（例えば、吸収体１５００の中のマイクロチャネルは、凝縮器１２００の中のマイクロチャネルとは異なる寸法を備えてもよい）。加えて、さらに他の実施形態では、マイクロチャネル寸法は、同じ熱および質量移動構成要素内でさえも、シムＢ１０４と比較してシムＡ１０２について変化してもよい。理解および認識されるように、種々のシステム実施形態によれば、種々のマイクロチャネル寸法が、必要に応じて使用される。
【００８０】
加えて、種々の実施形態によれば、マイクロチャネルは、光化学エッチング、型打、切断、または他の機械加工技法を介して形成される。さらに、シムの中のマイクロチャネルの断面形状は、必要に応じて、単相または二相状態の流体流動を可能にするように、実施形態に応じて、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の単独で接続された断面を備え、マイクロスケールの断面形状および寸法は、熱および質量移動要件、動作圧力、組み立てられた装置の構造強度、寸法交差ならびにシムおよびカバー板の接合に対する製造制約、および他の用途特有の要因に基づいて決定される。
【００８１】
（離散した例示的な熱および質量移動システム構成要素の考察）
説明されるように、本システムの実施形態は、概して、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムあるいは熱駆動サイクル装置を備える。より具体的には、例示的な実施形態は、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器、吸収体、および他の同様の構成要素等の、離散的であるが統合した熱および質量移動システム構成要素を含む、単体でマイクロスケールの吸収加熱および／または冷却装置を備える。これらの離散構成要素の特定の構造および機能、ならびに本システムの例示的な実施形態（例えば、吸収熱ポンプ）によって表されるような構成要素間の動作接続は、以下でさらに詳細に説明される。
【００８２】
（回復溶解熱交換器）
図８Ａおよび８Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ示す。示されるように、希釈アンモニア水溶液は、ともに組み合わせられた複数のシム（図１０Ａおよび１０Ｂと併せてより詳細に示され、説明される）によって形成される空隙８０２（本明細書では「積層空隙」とも呼ばれる）を通って、入口ヘッダにおいて装置（具体的には回復溶解熱交換器８００）に進入する。以下で説明されるように、空隙８０２（およびシステム空隙）は、システム内の個々の熱および質量移動構成要素またはマイクロチャネルの中または外への流体流動を可能にし、また、特定のシムの中または外への流動も許容または制限する。
【００８３】
希釈アンモニア水溶液は、溶液ポンプ５０２から外部管類（図示せず）を介して回復溶解熱交換器８００に進入する（概して吸収体１５００から開始される）。図８Ａに示された例示的な実施形態では、シムＡ１０２の平面内で、空隙８０２ａは、流体がシムを横断して流れることを可能にしない止まり穴を備える。しかしながら、図８Ｂに示されたシムＢ１０４の平面内で、空隙８０２ｂは、シムＡ１０２の中の同様のマイクロチャネル（希釈アンモニア水溶液とは逆流の配向で脱着器１１００から受容される濃縮アンモニア水溶液を運ぶ）と熱的接触している複数のマイクロチャネル７０２の中へ、希釈アンモニア水溶液が分配されることを可能にする、流体分配通路８０４への入口を含む。シムＢの中の複数のマイクロスケールチャネル７０２を通って流れると、希釈溶液は、入口における分配通路８０４と構造が同様である出口通路８０６を通って退出する。通路８０６は、積層シムＡ１０２およびＢ１０４のアセンブリによって形成される空隙８０８ａ、８０８ｂに希釈溶液を運び、この空隙は、希釈溶液のための出口ヘッダとしての機能を果たす（希釈溶液は、後に溶液膨張弁５１２に伝えられる）。
【００８４】
依然として図８Ａおよび８Ｂを参照すると、濃縮アンモニア水溶液は、それぞれ、シムＡ１０２およびＢ１０４の中の交互空隙８１０ａおよび８１０ｂの積層アセンブリを通して、回復溶解熱交換器８００に進入する。示された実施形態によれば、希釈溶液を受容する空隙８０２ａ、８０２ｂを補完する配設において、シムＢ上の空隙８１０ｂは、流体がシムを横断して流れることを可能にしない止まり穴を備える。しかしながら、シムＡ上の対応する空隙８１０ａは、分配された濃縮溶液が、空隙８１０ａからマイクロスケール通路７０２の中へ流れることを可能にする。マイクロスケール通路７０２から退出すると、濃縮溶液は、空隙８１２ａに進入し、交互積層空隙８１２ａ、８１２ｂによって形成される出口ヘッダを通って溶解熱交換器から退出し、そこで後に脱着器１１００へと伝えられる。
【００８５】
図９Ａおよび９Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、希釈溶液のためのシムＡおよびＢ上の入口空隙８０２ａおよび８０２ｂの配設、ならびに空隙８０２ｂからシムＢの中の複数のマイクロスケールチャネル７０２に希釈溶液を運ぶための流体通路８０４をさらに詳細に図示する。また、濃縮（アンモニア−水）溶液を運ぶためのシムＡの中の対応する複数のマイクロスケールチャネル７０２、および回復溶解熱交換器８００の外へ濃縮溶液を移動させるための出口空隙８１２ａおよび８１２ｂも示されている。
【００８６】
図９Ｂに示されるように、分配通路８０４は、長方形の均一な断面を含む。しかしながら、他の実施形態では、シムＢ１０４の中のマイクロチャネル７０２を通る均一な流動分配を確保することが必要な場合、この断面は、分配通路８０４の中ならびにマイクロチャネル７０２の中で流圧降下をより良好に管理するように、流体が流れる方向に対して先細りであり、これは改善した流体分配につながる。種々の実施形態によれば、シムＡ１０２およびＢ１０４の中のマイクロチャネル７０２の断面は、それぞれ、各特定用途に対する所望の流速および熱移動速度に基づいて、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の同様な単独で接続された形状を備える。さらに、シムＡおよびＢ上のマイクロチャネル７０２の断面は、必ずしも同じではなく、（それぞれシムＡおよびＢ上の）２組の通路が、その中を流れる希釈および濃縮溶液流の異なる流速および熱容量に適応するために、異なるマイクロスケール通路の幾何学形状を採用することができ、熱抵抗のより良好な合致をもたらす。
【００８７】
本システムの種々の実施形態によれば、回復溶解熱交換器８００、ならびに本明細書で説明される装置の他の熱および質量移動システム構成要素と関連付けられる、空隙８０２ａ、８０２ｂ、８１２ａ、８１２ｂ、および他の空隙は、特定の実施形態による所望または必要に応じて、様々な断面を備える。例えば、空隙８１２が、正方形の断面を備える一方で、空隙８０２は、図９Ａおよび９Ｂに示された実施形態については円形の断面を備える。しかしながら、他の実施形態によれば、長方形および他の同様な断面等の、他の形状が利用される。一実施形態では、圧力抵抗を低減する（しかし同時にマイクロチャネルが同一の流動長を有することを確実にする）よう、「Ｄ」の直線部分がマイクロチャネルの入口に沿って整合されるように、Ｄ字型空隙が使用される。
【００８８】
以前に簡潔に論議されているように、図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、複数の積層シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の拡大斜視図を図示する。示されるように、図１０Ａの最上シムが代表的なシムＡ１０２である一方で、図１０Ｂの最上シムは代表的なシムＢ１０４である。図１０Ａおよび１０Ｂに示された複数の積層シムは、空隙８０２と分配通路８０４との間、ならびに空隙８１２とマイクロチャネル７０２との間の動作接続を詳細に図示する。前述のように、シムＢ上の通路８０４の幾何学形状は、溶液が空隙８０２からシムＢの中へ入ることを可能にする。加えて、シムＡ上のマイクロチャネル７０２は、溶液がマイクロチャネルから空隙８１２に移ることを可能にする。また、示されるように、シムＡが分配通路８０４を含まないため、溶液は空隙８０２からシムＡに流入することを制限される。さらに、シムＢが空隙８１２へのマイクロチャネル接続を含まないため、溶液はシムＢからこの空隙８１２の中または外へ移ることを制限される。理解および認識されるように、他の同様な通路、空隙、およびマイクロチャネル配設が、以下でさらに詳細に説明されるように、本システムの実施形態内の他の熱および質量移動構成要素で利用される。
【００８９】
（脱着器／精留器）
図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置１０の実施形態による、脱着器１１００および精留器１１５０と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。前述のように、脱着器１１００に対する特徴、通路の配設等は、シムＢと比較して、シムＡについて同じである。同様に、精留器１１５０に対する特徴、通路の配設等は、シムＢと比較して、シムＡについて同じである。したがって、図１１Ａおよび１１Ｂに示された実施形態の表現は同一である。しかしながら、理解および認識されるように、本システムの代替実施形態は、シムＡおよびＢの中のマイクロスケール特徴の配設が同じである必要がないように、（本明細書で説明される他の熱および質量移動構成要素と同様に）交互または逆流マイクロスケール通路を利用する。
【００９０】
図１１Ａおよび１１Ｂに示された脱着器１１００の実施形態を参照すると、濃縮アンモニア水溶液は、複数のシムの対ＡおよびＢによって画定される積層空隙によって形成される入口ヘッダ１１０２を介して、回復溶解熱交換器８００から脱着器に進入する。次いで、濃縮溶液は、シムＡおよびＢ上の複数の通路１１０４に進入し、溶液がこれらの通路を通って流れるにつれて、（空隙１１０６を介して）外部熱源によって加熱され、したがって、アンモニア−水冷媒蒸気および希釈アンモニア水溶液を産生する。示されるように、外部熱源は、それぞれ、シムＡおよびＢの中の複数の空隙１１０６を通して、濃縮溶液に提供される。種々の実施形態によれば、熱源からの熱は、高温ガス流、例えば、煙道ガス流、凝縮蒸気、または他の高圧凝縮流体、または外部加熱された固体伝導性ヒータ、または外部熱源に結合された熱移動結合流体、または他の同様の技法によって、空隙１１０６を通して提供される。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態に示された、通路１１０４の中の濃縮アンモニア水溶液と空隙１１０６の中の外部熱源との間の交流配向は、この流れに対する１つの可能な構成にすぎない。例えば、代替実施形態では、図１１Ａおよび１１Ｂに示されるようなシムの垂直配向とは対照的に、対応する溶液通路１１０４と平行にシムＡおよびＢの中の空隙１１０６を配向させることによって、アンモニア水溶液と外部熱源との間の逆流配向が提供される。
【００９１】
入口ヘッダ１１０２付近のシムＡおよびＢの中のスロット空隙１１１０は、外部熱が濃縮溶液に最大限に適用されるように、回復溶解熱交換器構成要素８００と脱着器熱源空隙１１０６との間に熱的隔離を提供する。他の実施形態および側面によれば、高温および低温で維持されるべき熱交換構成要素の間で熱的分離を達成するために、本システムの全体を通した種々の位置で同様の空隙が使用される。脱着器通路１１０４から退出する希釈アンモニア水溶液およびアンモニア−水蒸気混合物は、複数のシムの対ＡおよびＢによって画定される積層空隙によって形成される脱着器出口ヘッダ１１０８の中に集合し、後に、精留器１１５０に流入する。
【００９２】
概して、脱着器出口ヘッダ１１０８からのアンモニア水蒸気は、シムＡおよびＢ上の精留器トレイ１１１２によって形成される精留器蒸気空間１１２２に流入する。蒸気が精留器１１５０に沿って進むにつれて、蒸気空間チャンバ１１２２の側壁に沿った通路１１１６を通ってアンモニア−水蒸気へと逆流配向で流れる結合流体による冷却は、蒸気の精留を達成する。特定の実施形態に応じて、この結合流体は、（前述の）溶液ポンプ５０２から退出する中温結合流体または濃縮アンモニア水溶液を含む。結合流体は、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１１８によって形成される入口ヘッダにおいてアセンブリ１０に進入し、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１２０によって形成される出口ヘッダから退出する。精留過程中、還流液体（すなわち、希釈アンモニア水溶液）は、トレイ１１１２の中に集合し、脱着器出口ヘッダ１１０８の中へ再び流入し、そこで、脱着器から退出する前に、その中で希釈アンモニア水溶液と混合する。一実施形態によれば、希釈アンモニア水溶液は、カバー板の穴（図示せず）を通って脱着器出口ヘッダ１１０８から退出する。精留された高濃度アンモニア水蒸気は、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１１４によって形成される蒸気出口ヘッダを通って、精留器蒸気空間１１２２から退出し、後に、凝縮器１２００に移動させられる。
【００９３】
一実施形態によれば、シムＡおよびＢの中の通路１１１６を介して積層空隙１１１８および１１２０の間を流れる結合流体は、強制対流である。一方で、アンモニア−水蒸気が精留器１１５０を通過して精留されるにつれて、還流液体は、精留器に戻り、出口ヘッダ１１０８において集合する。精留器１１５０内のこの蒸気および還流液体の逆流は、希釈アンモニア水溶液からの蒸気の精留をさらに向上させる、（結合流体側の強制対流とは違った）重力／浮力駆動流を含む。本システムの種々の実施形態に組み込まれるシム、通路、およびマイクロチャネルの幾何学形状により可能である、様々な幾何学形状は、熱または熱および質量移動システムの実施形態において、精留器１１５０および脱着器１１００等の種々の熱および質量移動システム構成要素の中で、所望に応じて、異なる流体流について共流および逆流の強制対流および重力／浮力駆動流の組み合わせを可能にする。理解および認識されるように、この流れが発生するために、全体的なシステム１０は、精留器１１５０が脱着器１１００より上側で垂直に整合されるように配向されるべきである。したがって、例えば、使用中に、本明細書で説明されるシステムの実施形態は、相対的に平坦な配設（図４Ａ−４Ｄ等に示されるような）ではなく、図１、２等に示されたものと同様に配向されるべきである。
【００９４】
（凝縮器）
図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置１０の実施形態による、凝縮器１２００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。凝縮器の構造および幾何学形状は、図８Ａおよび８Ｂと併せて以前に論議されている回復溶解熱交換器８００と相対的に同様である。示された実施形態では、中温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１２０２ａ、１２０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、凝縮器１２００に進入する。シムＢの中の空隙１２０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への結合流体の分配流動を可能にする、通路１２０４につながる。結合流体は、これらのマイクロチャネル７０２を通過するにつれて、シムＡの中のマイクロチャネルを通過する作業流体によって加熱される。次いで、加熱された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１２０８ａ、１２０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１２０６へと流れ、中温温水流体ライン（例えば、外気に結合される）に戻される。
【００９５】
示されるように、精留器１１５０からのアンモニア−水蒸気は、それぞれシムＡ１０２およびＢ１０４の中の積層空隙１２１０ａ、１２１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、凝縮器構成要素１２００に進入する。シムＡの中の空隙１２１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、凝縮蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。凝縮および補助冷却された冷媒液体は、シムＡの中のマイクロスケールチャネル７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１２１２ａ、１２１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１２０４、１２０６、および凝縮器１２００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【００９６】
（回復冷媒熱交換器）
図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復冷媒熱交換器１３００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。回復冷媒熱交換器の構造および幾何学形状は、図８Ａおよび８Ｂと併せて以前に論議されている回復溶解熱交換器８００と相対的に同様である。示された実施形態では、凝縮器１２００からの高圧液体冷媒（すなわち、アンモニア）は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１３０２ａ、１３０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、回復冷媒熱交換器に進入する。示されるように、シムＢの中の空隙１３０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への液体冷媒の分配流動を可能にする、通路１３０４につながる。液体冷媒がシムＢ上のマイクロチャネルを通って流れるにつれて、液体冷媒は、シムＡの中のマイクロチャネル７０２を通って同時に流れる低圧冷媒蒸気によって冷却される。後に、冷却された冷媒流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１３０８ａ、１３０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１３０６へと流れる。
【００９７】
蒸発器１４００からの低圧蒸気は、それぞれシムＡ１０２およびＢ１０４の中の積層空隙１３１０ａ、１３１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、回復冷媒熱交換器１３００に進入する。シムＡの中の空隙１３１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる高圧冷媒液に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、冷却剤としての低圧冷媒蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。冷媒蒸気は、マイクロスケール通路７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１３１２ａ、１３１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、高圧冷媒液入口および出口通路１３０４、１３０６、および回復冷媒熱交換器１３００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【００９８】
（蒸発器）
図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置１０の実施形態による、蒸発器１４００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。蒸発器の構造および幾何学形状は、図１２Ａおよび１２Ｂと併せて以前に論議されている凝縮器１２００と相対的に同様である。示された実施形態では、低温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１４０２ａ、１４０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、蒸発器に進入する。シムＢの中の空隙１４０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への液体冷媒の分配流動を可能にする、通路１４０４につながる。結合流体は、シムＢ上のマイクロチャネルを通って流れるにつれて、シムＡの中のマイクロチャネル７０２を通って流れる（膨張弁５３４を介して回復冷媒熱交換器１３００からの）アンモニア−水二相混合物によって冷却される。次いで、冷却された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１４０８ａ、１０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１４０６へと流れ、後に、空調空間を冷却するため、または他の同様の用途に使用される。
【００９９】
示されるように、膨張弁５３４から出て行く流体ライン５３６（図５および関連考察を参照）からのアンモニア−水二相混合物は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１４１０ａ、１４１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、蒸発器構成要素１４００に進入する。シムＡの中の空隙１４１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、蒸発蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。蒸発した冷媒蒸気は、シムＡの中のマイクロチャネルから退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１４１２ａ、１４１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１４０４、１４０６、および蒸発器１４００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【０１００】
（吸収体）
図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置１０の実施形態による、吸収体１５００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。示された実施形態では、中温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１５０２ａ、１５０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体１５００に進入する。シムＢの中の空隙１５０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への結合流体の分配流動を可能にする、通路１５０４につながる。結合流体は、シムＡ上のマイクロチャネル７０２を通過する希釈アンモニア水溶液および冷媒蒸気との熱的接触を介して加熱される。次いで、加熱された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の空隙１５０８ａ、１５０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１５０６へと流れる。
【０１０１】
示された実施形態では、溶液膨張弁５１２から出て行く流体ライン５１４（図５および関連考察を参照）からの希釈アンモニア水溶液は、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１０ａ、１５１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体構成要素１５００に進入する。シムＡの中の空隙１５１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、希釈溶液および冷媒蒸気（以下で説明される混合物）の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。中温結合流体は、希釈溶液および冷媒蒸気混合物から吸収熱を除去し、それにより、シムＡの中のマイクロチャネルの中で濃縮アンモニア水溶液を形成する。濃縮アンモニア水溶液は、マイクロチャネル７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１２ａ、１５１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。
【０１０２】
一実施形態によれば、回復冷媒熱交換器１３００から出て行く流体ライン５１６（図５および関連考察を参照）からのアンモニア−水蒸気は、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１４ａ、１５１４ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体１５００に進入する。シムＢの中の空隙１５１４ｂは、シムＡの蒸気入口穴１５１８を通して、シムＡの中のマイクロチャネル７０２にアンモニア−水蒸気を供給する、通路１５１６につながる。入口穴１５１８の位置は、図１５Ａに示されており、図１６Ａでさらに詳細に示されている。
【０１０３】
示された実施形態によれば、蒸気入口穴１５１８を通して、シムＡ上のマイクロチャネルの中への流入アンモニア−水蒸気の進入を可能にする目的で、シムＡ上のマイクロチャネル７０２は、シムＢ上のマイクロチャネル７０２よりも、さらに入口ヘッダ１５１０ａに向かって長く延在する。ヘッダ１５１０ａを通ってシムＡ上のマイクロチャネル７０２に進入する希釈アンモニア水溶液と、入口穴１５１８を通ってこれらの同じマイクロチャネルに進入するアンモニア−水蒸気との混合二相流は、吸収時に、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１２ａ、１５１２ｂによって形成される出口ヘッダの中へ、濃縮溶液としてマイクロチャネルから退出する。理解されるように、蒸気は、強制対流に基づいて、入口穴１５１８を介してマイクロチャネル７０２に進入し、これはまた、希釈溶液が入口穴１５１８に流入することも防止する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１５０４、１５０６、１５１６、および吸収体１５００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【０１０４】
図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置１０の実施形態による、吸収体１５００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分それぞれの拡大斜視図である。具体的には、図１６Ａおよび１６Ｂは、シムＡ１０２の中のマイクロチャネル７０２における蒸気入口穴１５１８の位置の一実施形態を図示する。示されるように、シムＡの入口穴１５１８は、シムＢ通路１５１６に位置して、通路１５１６から流れる蒸気が、シムＡの中のマイクロチャネル７０２に流入し、マイクロチャネルの中で希釈アンモニア水溶液と混合することを可能にする。理解および認識されるように、蒸気入口穴１５１８は、本システムの種々の実施形態によれば、種々の断面形状、面積、配設等を備える。
【０１０５】
（モジュール式構成要素を備える代替実施形態）
図１７は、例示的な吸収冷却および／または加熱システムと関連付けられた、離散熱および質量移動システム構成要素を備える、本システムのモジュール式実施形態を図示する。図１７に示された離散熱および質量移動構成要素は、以前に論議されている好ましい単体装置と典型的に関連するものよりも大きい冷却および／または加熱容量を伴う、吸収熱ポンプ（および／または他の熱または熱および質量移動システム）のモジュール式で万能な組立を促進する、離散構成要素ごとの組立において、例示的な吸収熱ポンプを画定する。回復溶解熱交換器８００、脱着器１１００、精留器１１５０、凝縮器１２００、回復冷媒熱交換器１３００、蒸発器１４００、および吸収体１５００を備える、熱および質量移動構成要素は、システム組立のための１つのレイアウトに従って配設された個々の熱および／または質量交換器として示されている。概して、これらの熱および質量移動構成要素のうちの各々のシステム構造、特徴、および機能は、前述のものと同様である。例えば、図１７に示された各構成要素は、複数のシムの対を含むが、各シムは、各々の構成要素の個々の熱および質量移動機能を果たすために必要なマイクロスケール特徴しか含まない。
【０１０６】
不必要な散乱を回避するために、結合流体への流体ラインおよび接続等は、図１７で示されていない。しかしながら、理解されるように、適宜に、構成要素内および／または間で作業流体および結合流体を移動させるように、流体接続ラインまたは他の通路がシステム実施形態に含まれるべきである。一実施形態によれば、個々の熱および質量移動構成要素が離散構成要素として形成されるが、全体的な加熱および／または冷却アセンブリは、必要であれば、一体パッケージに含有されてもよいように、図１７に示された離散構成要素は、大型の絶縁ユニット等の統合構造に組み込まれる。
【０１０７】
（特定の例示的な実施形態の説明）
以下の考察は、本明細書で説明される本システムの特定の例示的な実施形態の詳細に関する。具体的には、以下では、説明された例示的な実施形態および同実施形態を作製する方法と関連する、計算、製造過程、設計詳細、寸法、特徴配設、例示的な作業流体および結合流体、および他の同様な詳細が説明される。理解および認識されるように、以下で説明される具体的実施形態および用途は、本システムの一実施形態にすぎず、決して、本開示の範囲、または本明細書で説明される本発明およびシステムを限定することを目的としない。
【０１０８】
具体的には、以下の考察は、マイクロチャネル熱および質量移動システム構成要素を利用する、小型化（すなわち、マイクロスケールの）単体吸収熱ポンプシステムの設計および製造を説明する。本システムの例示的な実施形態は、以下で概説される、仕様、パラメータ等に従って構築され、特定パラメータ下での例示的な実施形態について達成された性能結果を、以下に提供する。
【０１０９】
（製造技法）
例示的な装置を構築するために使用される製造技法は、複数のマイクロチャネル熱および質量移動構成要素または熱交換構成要素（すなわち、熱交換器）が、単一の単体構造で同時に製造されることを可能にするこの例示的な実施形態について、マイクロチャネル７０２が、最初に、湿式化学エッチング過程によって、ステンレス鋼シム１０２、１０４上に形成される。次いで、シムは、全体的な装置１０を形成するように、ともに拡散接合される。交互パターンで、異なるマイクロチャネル構成を伴うシムを配置することによって、各熱および質量移動構成要素の流体流は、密接に熱的接触できるようになる。マイクロチャネル製造過程の一実施形態によるステップは、以下でさらに詳細に概説される。
【０１１０】
（光化学エッチング）
図１８は、本明細書で説明されるような例示的実施形態による、マイクロチャネル７０２を製造するための光化学エッチング過程の一実施形態と関連するステップを図示する。理解および認識されるように、他の過程および製造技法が、以前に説明されているようなマイクロチャネルを製造するために使用されてもよい。光化学エッチング過程は、表面上のあらゆる油、油脂、金属作業流体、または他の汚染物質を除去するように、ステンレス鋼シム１０２、１０４を清浄することから始まる。次いで、シムは、金属の表面上のあらゆる薄い酸化膜または酸化物を除去するように、塩酸で清浄される。
【０１１１】
次いで、感光性材料（フォトレジスト）が、所与のシム１０２、１０４の両側に塗布される。例示的な装置の生産で使用されるフォトレジスト材料は、ドライフィルムネガレジストである。紫外線光に曝露されるレジストの複数部分は、硬化し、エッチング過程中に下層の鋼鉄を保護する。
【０１１２】
必要な流路（すなわち、マイクロチャネル）の像を含有するマスクが、２つのシム設計（すなわち、シムＡ１０２およびＢ１０４）の各々の両側に対して作成される。マスクは、エッチングされる領域を表す不透明部、およびフォトレジストがエッチング化学物質から基部を依然として保護するべきである領域を表す透明部を伴う、フィルムである。マスクは、シムの両側に載置され、鋼鉄の両側で特徴の合致を確保するように整合される。
【０１１３】
次いで、鋼鉄、フォトレジスト、およびマスクの配設は、フォトレジストを硬化するように紫外線光に曝露される。次いで、未硬化フォトレジストが発生過程で除去される。次いで、硬化フォトレジストを伴う金属がエッチング過程を通過させられ、塩化鉄溶液(すなわち、酸性溶液)がエッチング液として使用される。この酸性溶液は、露出した金属を除去し、鋼鉄にマイクロチャネルおよび穴を形成する。
【０１１４】
いったんシムがエッチング過程から除去されると、残りのフォトレジスト材料が同様に除去される。エッチング過程中、シムは、いくつかのタブによって過程シートに接続されたままである。シムをシートにタブで取り付けられたままにすることにより、一貫性のあるエッチングを確保する。フォトレジスト材料が除去された後、個々のシムが過程シートから除去される。フォトレジスト塗布およびエッチング過程は、概して、エッチング過程中に製造欠陥を引き起こし得る粉塵汚染の危険性を低減するように、清潔な部屋の中で行われる。
【０１１５】
（拡散接合）
本明細書で説明される例示的な実施形態では、拡散接合過程を使用してシムが連結される。理解されるように、シムは、前述のような種々の実施形態による他の接合または組み合わせ過程を介して、組み合わせられてもよい。拡散接合過程は、シム１０２、１０４の清浄および点検から始まり、シム材料上にバリまたは異物がないことを確実にする。シムは、無電解ニッケルめっき処理において、ニッケルめっきで被覆される。ニッケルめっきは、拡散接合過程中に気密シールを作成するのに役立つように塗布される。
【０１１６】
次いで、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１が、正しい順番で配設され（例えば、交互シムＡおよびＢ）、シムの適正な整合が、慎重に監視される（例えば、前述の整合切り欠き６０２、６０４を介して）。それぞれ、前板１１０、終板１１１、およびシム群１０８の整合切り欠きに、２つのピンが挿入される。この特定の実施形態では、全てのシムおよび終板カバー板１１１はそれぞれ、少なくとも１つの整合切り欠きを有する。この整合スキームは、たとえ整合切り欠きの位置に軽微な不整合性があっても、鋼鉄シムが平坦に位置することを可能にする。それはまた、±０．０５ｍｍの整合公差を達成しながら座屈または限界を引き起こすことなく、接合過程中に熱膨張により鋼鉄が膨張および接触することを可能にする。
【０１１７】
次いで、組み立てられたシステム１０は、図１９によって図示および表現された加熱圧搾真空炉１９００に入れられる。加熱圧搾炉１９００の中での排気は、シム（すなわち、積層板）の間から、ならびに組み立てられたシム内の空隙から、空気を除去する。次いで、システムを真空条件で高温（例えば、約１０００℃）に上昇させ、隣接する構成要素間の界面応力を必要値（例えば、約１０ＭＰａ）に上昇させるように、負荷がシステムに印加される。システムは、接合過程が発生するために十分な期間（例えば、約５時間）にわたって、これらの条件にとどまる。
【０１１８】
接合過程中、接触面上の表面凹凸が塑性的に変形し始める。変形は、表面間の細孔が排除されるまで継続する。次いで、隣接する表面からの原子が、界面を横断して拡散することができ、粒界が界面領域中で再編成することを可能にする。この過程は、バルク材料の降伏強度に近い強度で接合を形成する。
【０１１９】
（サイクル設計計算）
冷却モードで単一効果吸収サイクルを操作するための代表的な設計条件を選択することによって、例示的なシステムの熱力学的モデルを作成した。この項の全体を通して、参照を容易にするために、以前に提示された参照番号が、種々のシステム構成要素を識別するために使用される。具体的には、図５を参照すると、本システムの一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図が参照される。主に、サイクル設計を可能にするように、外部熱源入力、所望の冷却、および周囲条件が確立される。３７℃の代表的なヒートシンク（すなわち、熱遮断１４０）温度、８００Ｗの火力入力（すなわち、熱源１３０）、および３００Ｗの特定所望冷却１５０により、システム設計計算が開始される。既述のように、これらの選択されたパラメータは、純粋に例示的なシステム実施形態を説明する目的で選択され、決してシステムパラメータ、容量等を限定することを目的としない。
【０１２０】
熱源およびヒートシンクのこれらの特定の代表的な外部条件は、合理的な構成要素の表面積要件を生じる、外部条件と作業流体との間の温度差の許容差と組み合わせて、それぞれ、約１６００および４００ｋＰａの高い側および低い側の動作圧力をもたらす。したがって、高い側の圧力は、凝縮器１２００の中の凝縮冷媒（すなわち、アンモニア）と周囲シンクとの間の駆動温度差の選択によって確立される。脱着器構成要素１１００における駆動温度差、およびすでに確立された高い側の圧力の同様の考慮は、希釈溶液の流出温度および濃度、すなわち、アンモニア水溶液中のアンモニアの分画を生じる。脱着器１１００における対応する濃縮溶液の流入温度、高い側の圧力、およびアンモニア−水混合物の平衡特性を使用して、溶液の流入エンタルピーが取得される。脱着器１１００における希釈溶液の流出エンタルピーと併せて、熱流力が、熱源と作業流体との間のエネルギーバランスを通して、濃縮溶液流速と関係付けられる。代表的な設計点計算のために、結果とて生じる濃縮溶液の質量流速およびアンモニアの質量分画は、それぞれ、２．７×１０−３ｋｇ／ｓおよび０．３７である。エネルギーバランス計算および平衡関係はまた、脱着器１１００の出口における蒸気の質（アンモニア−水蒸気対総アンモニア−水二相流速の比）および濃度ももたらす。この代表的な例示的サイクルの主要動作条件の概要を、表１に提供する。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
脱着器１１００から退出する低蒸気濃度は、蒸発器１４００の中で重度の温度降下の不利益を引き起こし、必要以上に冷却を制限する冷媒の温度上昇をもたらす。適切に純粋なアンモニア冷媒流を確保するために、蒸気流は、過剰な水蒸気を取り除くように精留器１１５０の中で冷却されるべきである。したがって、精留器から出て行く飽和蒸気流の設計流出温度は、この例示的実施形態については、９８％の最小アンモニア濃度を提供するように設定される。
【０１２３】
概して、精留器１１５０の中の冷媒流から凝縮される還流液体は、分離チャンバの中へ逆流し、そこで、脱着器１１００から退出する前に希釈溶液と混合する。精留器の蒸気流入および流出ならびに液体流のエネルギーバランスは、精留器の冷却負荷を生じる。この実施形態では、必要な冷却を提供する設計計算のために、溶液ポンプ５０２（例えば、図５）から出て行く濃縮溶液流は、精留器１１５０のための冷却源であると仮定される（すなわち、冷却流体ライン５２４を介する）。前述のエネルギーバランスはまた、精留器の中で蒸気流を冷却すると、濃縮溶液の流出エンタルピーおよび温度を生じる。加えて、精留器における質量および種のバランスは、冷媒および還流の質量流速を生じる。還流は、精留器の底部の分離チャンバの中で残りの溶液と混合し、回復溶解熱交換器８００に向かって退出する。この混合過程における質量および種のバランスは、希釈溶液の流速および濃度を生じる。
【０１２４】
精留器１１５０から出て行く冷媒蒸気は、凝縮器１２００へと流れる。凝縮器からの補助冷却された液体冷媒の流出を仮定して、冷媒の濃度および高い側の圧力、ならびに凝縮器冷媒の流出温度が確立される。凝縮器の熱負荷も、エネルギーバランスを使用して計算される。加えて、この凝縮器の熱負荷は、凝縮器からの（すなわち、中温流体ライン５２８を介した）冷却液の流出温度を決定するために、指定の冷却液（すなわち、結合流体）の流速と組み合わせて使用される。凝縮器１２００から出た後、冷媒は回復冷媒熱交換器１３００を通って流れ、そこで、蒸発器から出て行く冷媒によってさらに冷却される。
【０１２５】
膨張弁５３４（図５参照）を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出する冷媒の膨張は、蒸発器１４００の流入温度を生じる、この例示的実施形態については、等エンタルピーであると仮定される。固定された蒸発器温度降下要求により、蒸発器の流出温度が決定され、それはまた、蒸発器の冷却負荷も生じる。計算された冷却負荷は、指定の冷蔵水（すなわち、結合流体）の流速および流入温度と併せて、エネルギーバランスから冷蔵水の流出温度（すなわち、所望の冷却１５０に対して）を生じる。同様のエネルギーバランスが、この熱交換器の出口における低圧蒸気状態を取得するように回復冷媒熱交換器１３００上で行われ、これはまた、この例示的実施形態の吸収体冷媒の流入条件でもある。
【０１２６】
溶液回路を再び参照して、所望の例示的実施形態によれば、回復溶解熱交換器８００への濃縮溶液入口は、精留器１１５０の出口によって決定される。回復溶解熱交換器におけるエネルギーバランスは、この熱交換器からの希釈溶液および濃縮溶液の流出常建、ならびにその熱負荷を生じる。溶液膨張弁５３４は、等エンタルピーであると仮定される。吸収体１５００に関して、（上記で説明されるように）吸収体への流入条件が固定されている状態で、吸収体出口における仮定された溶液補助冷却により、吸収体の熱負荷がエネルギーバランスから計算される。
【０１２７】
いったん状態点が、各例示的熱および質量移動システム構成要素に対する質量、種、およびエンタルピーのバランスを使用して、（上記で説明されるように）固定されると、所望の冷却負荷を生じるために必要な各構成要素の熱移動率も固定される。これらの所望の熱負荷ならびに関連熱および質量移動モデルおよび相関に基づいて、必要な熱および質量移動構成要素の表面積要求を取得するように、後続の計算が行われる。様々なレベルの詳細が、そのような構成要素設計計算に組み込まれてもよいが、この特定の例示的実施形態の製造のためには、各構成要素を単一の統合構成要素として取り扱うことによって、構成要素の熱および質量移動計算が行われ、流体特性は構成要素に対して平均化される。したがって、熱および質量移動構成要素のサイズは、構成要素の熱負荷、結合した熱および質量移動抵抗、および駆動対数平均温度差に基づいて取得される。この技法は、２つの流体流（例えば、作業流体および結合流体）の熱容量率が熱交換器の長さに沿って一定である、熱交換器に有効である。アンモニア−水システムについては、いくつかの構成要素では、熱容量は長さに沿って変化するが、駆動温度差の適正な計算とともに、構成要素のサイズの合理的な推定値を取得するように、この技法が適用されてもよい。熱および質量移動構成要素の幾何学的形状は、概して、必要な熱負荷を満たす、これらの熱および質量移動計算に基づいて、ならびに、本明細書で論議される製造技法に基づく寸法要求に基づいて、決定される。
【０１２８】
（構成要素設計計算）
上記で説明されるように、説明された例示的実施形態によれば、各熱移動構成要素の必要なサイズ（全体的な熱移動伝導性、ＵＡ）が、サイクルモデルから決定される。各熱および質量移動構成要素の特定の流体チャネル構成（すなわち、マイクロチャネル、空隙、および分配通路）は、各個別構成要素の全体的な熱移動抵抗を推定することによって決定される。
【０１２９】
図２０は、本システムの例示的実施形態による、シム内のマイクロチャネル７０２の代表的な配設を示す、複数の積層シムＡ１０２およびＢ１０４の一部分の断面２０００を図示する。断面２０００は、具体的には、本明細書で説明される所与の熱交換構成要素に対する、組み合わせられたシムＡおよびＢの中のマイクロチャネル７０２の相対的位置付け、サイズ決定、熱的接触等を図示する。理解および認識されるように、図２０で図示された断面配設２０００は、例示目的のみで示されており、本システムの他の実施形態は、当業者に思い付くような他のマイクロチャネル配設を利用する。
【０１３０】
図２０に示されるように、熱交換流体（例えば、結合流体および作業流体）は、逆流配設における交互シムＡ１０２およびＢ１０４上のマイクロチャネルを通って流れる（しかし、理解されるように、具体的実施形態に応じて、流動は必ずしも逆流である必要はない）。各熱交換構成要素の分析は、種々のマイクロチャネルおよびシム寸法（以下でさらに詳細に説明される）を図示する、抽出された拡大断面２００２を考慮することによって始まる。
【０１３１】
説明された実施形態によれば、かつ図２０に示されるように、マイクロチャネルを作成する湿式化学エッチング過程は、丸みを帯びた長方形のチャネル断面を作成する。エッチング過程中に、エッチング液は、横方向ならびに垂直に作用し、硬化フォトレジストの縁の下の材料を除去し、図２０に示されるような丸みを帯びた特徴を作成する。
【０１３２】
説明された例示的な実施形態によれば、システムの中の各熱および質量移動構成要素は、（ｔｗａｌｌとして図２０に図示されるような）シムの間の介在金属壁によって提示される伝導性熱抵抗に加えて、シムＡ１０２およびＢ１０４の中の各々のマイクロチャネルを通って流れる各流体によって提示される熱抵抗を計算することによってモデル化される。さらに、マイクロチャネルの総表面積は、壁の反対側の流体と直接および間接的に熱的接触している表面の組み合わせとして取り扱われる。マイクロチャネル側壁によって提示される間接熱的接触は、適切なフィン効率に基づいて有効熱移動面積を計算することによって説明される。（この設計過程で遭遇する熱移動係数の範囲（３８０〜３８，０００Ｗ／ｍ２−Ｋ）、および関心のチャネルおよびシムの幾何学形状の範囲について、フィン効率アプロ−チ統一、およびマイクロチャネル壁の全面積を、主要面積として取り扱うことができる。）流体流のそれぞれに対する熱移動係数は、適用可能な相関から決定される。
【０１３３】
上記で概説される熱交換構成要素の熱および質量移動設計アプローチに基づいて、各構成要素に対するマイクロチャネルの幅、マイクロチャネルの長さ、およびマイクロチャネルの数は、熱力学的サイクル分析から計算された適切な動作条件で設計熱負荷を満たすように決定される。しかしながら、理解されるように、上記で概説されるアプローチは、適切なマイクロチャネル寸法を決定する１つのアプローチにすぎず、当業者に思い付くように、他のアプローチが他の実施形態で使用される。
【０１３４】
図２１は、本システムの例示的実施形態による、特定の例示的なシムおよびマイクロチャネル寸法の接写図を図示する、シムＡ１０２およびＢ１０４の拡大断面２１００を図示する。この例示的実施形態に対する設計手順を単純化するために、図２１に示されるように、単一のマイクロチャネルサイズが、上述の全ての熱交換構成要素および／または熱および質量移動システム構成要素に使用される。示されるように、０．５ｍｍ（すなわち、約０．０２ｉｎ）のシムの厚さが、部分的には、シム上に製造することができるマイクロチャネルのサイズの範囲に基づいて選択される。シムの厚さの半分のマイクロチャネルエッチング深さおよび０．５ｍｍのマイクロチャネル幅では、この例示的実施形態に対する公称チャネル水力直径は３０６μｍであり、１ｍｍのチャネル水平横断ピッチおよび０．５ｍｍの垂直ピッチを伴う。これらの寸法は、図２１に図示されている。理解されるように、これらの寸法は、例示目的のみで提示されており、本システムの実施形態は、示され、説明された指示寸法によって、決して限定されない。
【０１３５】
説明された例示的な実施形態では、全ての結合流体の流動は、単相層流の液体流動である。同様に、回復溶解熱交換器８００および回復冷媒熱交換器１３００の中の作業流体流動は、単相層流である。説明された実施形態によれば、例示的なマイクロチャネル形状（図２１に示される）および他の同様の形状（精留器１１５０の中の冷却液用の長方形チャネル等）の中のそのような単相流動に対する熱移動係数および摩擦因数は、Ｋａｋａｃ ｅｔ ａｌ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｗｉｌｅｙ（１９８７）で報告されている相関を使用して推定される。
【０１３６】
一実施形態によれば、凝縮等の蒸気から液体への相変化について、Ｓｈａｈ，Ｍ．Ｍ．，Ａ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｆｉｌｍ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｉｎｓｉｄｅ Ｐｉｐｅｓ， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｖｏｌ．２２（４），ｐｐ．５４７−５５６ （１９７９）、およびＫａｎｄｌｉｋａｒ，Ｓ．，Ｇａｒｉｍｅｌｌａ，Ｓ．，Ｌｉ，Ｄ．，Ｃｏｌｉｎ，Ｓ．ａｎｄ Ｋｉｎｇ，Ｍ．Ｒ．， Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｍｉｎｉｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ（２００５）で説明されている相関が、各特定相変化過程に対して、規定通りに使用される。凝縮器、吸収体、蒸発器、脱着器、および精留器の中の単構成要素および多構成要素の相変化熱および質量移動に対処するための他のガイダンスは、Ｃａｒｅｙ，Ｖ．Ｐ．，Ｌｉｑｕｉｄ−Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ： Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，Ｔａｙｌｏｒ ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ Ｓｅｒｉｅｓ，Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｐｕｂ．Ｃｏｒｐ．（１９９２）、およびＨｅｗｉｔｔ，Ｇ．Ｆ．， Ｓｈｉｒｅｓ，Ｇ．Ｌ．ａｎｄ Ｂｏｔｔ，Ｔ．Ｒ．，Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｇｅｌｌ Ｈｏｕｓｅ （１９９４）で概説されているモデル、相関、および技法から得られる。二相圧力降下は、Ｍｉｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｓｏｍｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａｉｒ−Ｗａｔｅｒ Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔｕｂｅｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ，Ｖｏｌ．２２（４），ｐｐ．７０３−７１２（１９９６）の二相圧力降下乗数アプローチを使用して推定される。熱交換器の長さに伴う蒸気の質の非線形変化は、これらの統合分析でさえも、構成要素の長さに沿った統合平均特性において、これらの相関を評価することによって説明される。二相圧力降下の控えめな推定値は、蒸気の質または構成要素の長さの関数として、熱および質量移動構成要素の最大圧力勾配を計算し、それを熱および質量移動構成要素の全長に適用することによって取得される。
【０１３７】
概して、蒸発熱移動係数は、Ｋａｎｄｌｉｋａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｆｌｏｗ Ｂｏｉｌｉｎｇ ｉｎ Ｍｉｎｉｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｃｈｉｃａｇｏ， ＩＬ，Ｓｏｃ．Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｒｅｆ．Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇ．Ｉｎｃ．，ｐｐ．６６７−６７６ （２００３）、およびＫａｎｄｌｉｋａｒ ｅｔ ａｌ．， Ａｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，Ｌａｍｉｎａｒ，ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ．２５（３），ｐｐ．８６−９３ （２００４）からの相関を使用して計算される。蒸発流の平均熱移動係数は、蒸発器の長さに伴う蒸気の質の非線形変化を説明するように、蒸発器の長さに沿った、代表的な統合平均蒸気品質において計算される。
【０１３８】
説明された例示的実施形態によれば、脱着（濃縮溶液からの蒸気発生）は、１２００Ｗの最大熱入力のために８個の１５０Ｗ電気カートリッジヒータを使用して、脱着器１１００の中で達成される。８００Ｗの設計脱着器の熱入力率においてヒータによって供給される熱流束は、Ｑｕ ｅｔ ａｌ．，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｈｅａｔ Ｆｌｕｘ ｉｎ Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ Ｍｉｃｒｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｅａｔ Ｓｉｎｋｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｖｏｌ．４７（１０−１１），ｐｐ．２０４５−２０５９ ２００４）からの並列ミニ／マイクロチャネルの相関を使用して推定される、臨界熱流束限界をはるかに下回ることが分かった。
【０１３９】
例示的精留器１１５０の設計のために、液体還流および蒸気流は、精留器から出て行く還流の温度が、精留器に進入する蒸気の温度と等しくなるように、熱平衡状態にあると仮定される。この平衡へのアプローチを促進するために、液体還流を保持し、逆流蒸気との熱および質量移動相互作用を可能にするように、４つのトレイが例示的精留器に含まれる。冷媒側の熱移動係数は、Ｓａｄａｓｉｖａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｅｎｓｉｂｌｅ Ｈｅａｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｉｌｍ Ｂｏｉｌｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ＡＳＭＥ，Ｖｏｌ．１０９（２），ｐｐ．５４５−５４７（１９８７）からの層流フィルム凝縮相関を使用して推定される。濃縮溶液と熱的接触している単一の壁の面積のみが、本システムの特定の例示的実施形態に対する精留器における熱移動推定に使用される。トレイと関連する熱および質量移動面積は、より控えめな結果を生じるために、この計算に含まれない。トレイの追加面積は、この熱および質量移動構成要素の性能をさらに強化する。
【０１４０】
種々の論文および文章を参照して上記で記述される相関のさらなる詳細は、引用された文献で見出すことができる。上記で説明される計算に起因する例示的な熱および質量移動システム構成要素の代表的な寸法が、表２に提示されている。理解および認識されるように、表２に示された寸法および幾何学的詳細は、例示目的のみで提示され、単一効果吸収サイクルの具体的な説明された例示的実施形態に関し、本システムの他の実施形態で使用される、システムの幾何学形状、種々の熱交換構成要素または熱および質量移動構成要素の配設、チャネル水力直径、チャネルの数、シムの厚さ、シムの数等の他の組み合わせを限定または除外することを決して目的としてない。
【０１４１】
【表２】
【０１４２】
（包装および接合の考慮事項）
図２２は、本システムの実施形態による、熱および質量移動構成要素で使用されるヘッダ（例えば、回復溶解熱交換器８００の中の積層空隙８０８ａ、８０８ｂによって作成されるヘッダ）の拡大平面図を示す。示された実施形態では、頸部領域２２０２内の流体分配通路（例えば、回復溶解熱交換器８００の中の通路８０６）は、拡散接合過程中に接合圧力が積層シムを通して直接伝達されない領域を作成する。同様の領域が、ヘッダから熱交換器に進入する際にマイクロチャネル７０２より下側に存在する（例えば、回復溶解熱交換器の中の空隙８１０ａからのマイクロチャネル入口）が、流体分配通路（例えば、８０６）は、概して、個々のマイクロチャネルよりもはるかに幅が広く、したがって、流体分配通路は、臨界接合点を表す。
【０１４３】
図２３は、本システムの一実施形態による、図２２のヘッダの断面ＸＸから得られた交互シムＡ１０２およびＢ１０４の一部分の代表的な断面２３００を示す。例示的な説明された実施形態によれば、接合圧力は、臨界接合点２３０２において気密シールを確保するように、シムＢ１０４上の流体分配通路の下で横方向に伝達されるべきである。十分な接合を確保するために、この例示的実施形態では２ｍｍの通路幅が使用されるが、他のシステム実施形態によれば、より広いまたは狭い幅が使用される。
【０１４４】
前述のように、本システムの好ましい実施形態は、マイクロスケールの単体熱または熱および質量移動システムを備える。特定の実施形態に応じて、統合単体構造内に２つ以上の熱および質量移動システム構成要素を含むことがしばしば望ましいため、システム実施形態は、内部熱および質量移動システム構成要素間で移動させられる外部からの熱に対処するべきである。この外部からの熱移動に対処するために、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムの全体的サイズ、システム内の熱および質量移動構成要素間の間隔、種々のシステム構成要素間の流体接続の配設および種類、および当業者に思い付くような他の同様の要因等の、ある要因が、種々の実施形態において考慮される。
【０１４５】
理解されるように、かつ前述のように、本明細書で説明される例示的実施形態、およびその関連動作パラメータ、温度範囲等は、例示目的のみで提供され、決して本システムまたは装置の範囲を限定することを目的としない。概して、種々の動作温度および圧力範囲は、検討中の用途に応じて構想される。したがって、例えば、自動車の排出ガス等の高温燃焼過程からの廃熱回収のために適用されると、熱源温度は３００℃から９００℃に及ぶことができる一方で、低温廃熱回収については、熱源温度は４０℃ほども低くなり得る。同様に、冷凍機用途については、冷却された流体の温度は、典型的には約５〜１５℃である一方で、温度は、０℃をはるかに下回り得る。空調用途における熱遮断温度については、２０〜５５℃の周囲温度が検討される。しかしながら、理解されるように、これらの個々の外部温度の具体的な値は、熱源、ヒートシンク、および冷却温度の間の関係ほど重要ではない。熱活性化熱ポンプが、概して３温度（すなわち、低温冷却、中温熱遮断、および高温入力熱源）システムとして知られているため、本熱および質量移動システムが適用されてもよい温度は、所望の出力を達成するように低温と中温との間で、かつ所望の出力を達成するために必要な駆動力を提供するように中温と高温との間で、少なくとも最小の上昇、すなわち、温度差を提供するべきである。
【０１４６】
（例示的な実施形態の形状因子比較および代表的なパラメータ）
前述のように、本システムの１つの例示的な実施形態は、マイクロスケールの単体吸収冷却および／または加熱システムを備える。以下の項は、住宅冷房に使用される従来の蒸気圧縮システムに対する、そのような吸収冷却および／または加熱システムの形態である本システムの説明された例示的実施形態の比較を提供する。この項はまた、本明細書で説明される例示的実施形態と関連する代表的なパラメータも提供する。理解および認識されるように、以下の考察は、例示目的のみで提供され、本開示の範囲、または本明細書で説明される発明およびシステムを限定することを決して目的としない。
【０１４７】
上記で説明される本システムの例示的実施形態（すなわち、マイクロスケールの単体吸収熱ポンプ）を製造し、実験用回路板設備上の現実的な周囲冷蔵流体および熱源条件下で試験した。図２４は、本システムの実施形態を試験するための例示的な流体接続および外部配管配設の正面図を図示する。製造した例示的なシステム実施形態は、３０６μｍの水力直径の前述のマイクロチャネルとともに、２０対の厚さ０．５ｍｍのシムＡおよびＢ（すなわち、合計４０個のシム）を含む、２００×２００×３４ｍｍ３の全体的寸法を備えた。例示的な製造されたシステムは、上記で説明されるように、他の寸法、システム配設等を備えた。
【０１４８】
例示的実施形態の試験中に、代表的な周囲および冷蔵流体条件において８００Ｗの熱入力のために、公称３００Ｗの冷却を送達した。さらに、広範囲の周囲温度（すなわち、２０〜３５℃）にわたって、かつ異なる熱入力率（すなわち、５００〜８００Ｗ）において、冷却モードで動作するように、例示的なシステムを実演した。０．３７５の公称性能係数（ＣＯＰ）が、２００×２００×３４ｍｍ３のシステム体積において達成され、２２１ｋＷ／ｍ３の体積冷却容量を表した。７ｋｇのシステム質量では、対応する比冷却容量は、０．０４３ｋＷ／ｋｇである。例示的実施形態は、故意に装置の外部（すなわち、外側）に全ての熱および質量移動システム構成要素の流体入口および出口を伴って設計され、広い間隔が各要素の入口および／出口における温度および圧力器具類の設置を可能にした。内部流体通路を伴い、器具類のための余分の空間が排除された代替実施形態は、３ｋｇの質量とともに１２０×１２０×２５ｍｍ３の予測寸法を伴う。そのような実施形態の対応する体積冷却容量が８３３ｋＷ／ｍ３を備える一方で、比冷却容量は０．１０ｋＷ／ｋｇである。
【０１４９】
比較すると、従来の１０．５５ｋＷ冷却容量の住宅用電気蒸気圧縮システムは、約０．９１×０．９１×０．９１ｍ３で約２２５ｋｇの重さがあり、わずか約１３．８ｋＷ／ｍ３の体積冷却容量および０．０４７ｋＷ／ｋｇの比冷却容量を表す。したがって、体積および質量の両方に基づいて、本例示的システム実施形態は、はるかに大型の従来の蒸気圧縮システムに同様の冷却容量を提供する一方で、冷却システムのサイズの大幅な低減を表す。
【０１５０】
（蒸気圧縮システムとは対照的な）従来の吸収冷却システムと比較すると、上記で説明される例示的なシステム実施形態は、さらに明白となる。前述のように、吸収冷却システムは、概して、吸収システムにおいて必要とされる付加的な熱および質量移動構成要素により、蒸気圧縮システムよりもはるかに大型である。したがって、理解されるように、従来の１０．５５ｋＷ冷却容量の吸収冷却システムとの例示的な説明された実施形態の比較は、（上記で論議される蒸気圧縮システムと比較した、不変の冷却容量を示す従来の吸収冷却システムの大型サイズおよび重量による）例示的実施形態の先進的な体積または比冷却容量を示す。加えて、熱および質量移動システム構成要素間の多くの流体接続が、システム実施形態の単体マイクロスケール構造内に含まれるため、漏出低減が強化され、必要な流体在庫量は、従来のシステムよりも大幅に低い。
【０１５１】
例示的な実施形態の先述の説明は、例示および説明の目的のみで提示されており、包括的となること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを目的としない。上記の教示を踏まえて、多くの修正および変化例が可能である。
【０１５２】
当業者が、本発明および種々の実施形態を、検討される特定の使用に適するような種々の修正とともに利用することを可能にするよう、本発明の原則およびそれらの実用的用途を説明するために、実施形態を選択および説明した。代替実施形態は、それらの精神および範囲から逸脱することなく、本発明が関連する当業者に明白となるであろう。したがって、本発明の範囲は、先述の説明およびそこで説明される例示的実施形態よりもむしろ添付の請求項によって定義される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／０８５，１９２号（名称「Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ」、２００８年７月３１日出願）の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の優先権の利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書に提示されるが如く参考として援用される。
【０００２】
（技術分野）
本システムは、概して、マイクロスケールの熱移動システムまたは熱および質量移動システムに関し、より具体的には、複数のシムまたは層を備え、各シムは、熱および／または質量交換機能を果たす複数のマイクロチャネルを含む、単体（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）または統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）のマイクロスケールの熱または熱および質量移動システムまたは装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、蒸気圧縮システムが、住宅および商業用空調装置、冷凍機、および熱ポンプ等の種々の加熱および冷却用途で使用されてきた。これらのシステムは概して、蒸発器、圧縮器、凝縮器、および膨張デバイスといった、４つの基本構成要素を備える。蒸発器および凝縮器は、熱を吸収および排除しながら、冷媒を蒸発させ、凝縮する、熱交換器を備える。圧縮器は、蒸発器から冷媒蒸気を採取し、凝縮器の中で蒸気を凝縮するためにその圧力を十分に上昇させる。凝縮器から退出した後に、より高い圧力における凝縮冷媒の流動は、膨張デバイスによって蒸発器の中へ戻るように制御され、サイクルは、連続加熱または冷却効果を生じるように繰り返す。
【０００４】
しかしながら、従来の蒸気圧縮システムには、いくつかの不利点がある。例えば、ほとんどの蒸気圧縮システムは、環境に悪影響を与える合成冷媒に依存する。また、ほとんどの蒸気圧縮システムは、電力に高価な高級電気エネルギーを利用する。さらに、蒸気圧縮システムはしばしば、圧縮器の使用により、騒々しく信頼性が低く、しばしば、小規模または携帯用利用を妨げる、かさばる全体システム設計を採用する。
【０００５】
吸収熱ポンプ（本明細書では「吸収冷却および／または加熱システム」とも呼ばれる）は、従来の蒸気圧縮システムの環境的に優しい代替品と考えることができる。原則として、従来の蒸気圧縮システムの圧縮器は、吸収熱ポンプを形成するように、脱着器、吸収体、溶液ポンプ、および回復溶解熱交換器の組み合わせに代替される。吸収熱ポンプの便益は、主要な可動部、すなわち、圧縮器の欠如による、信頼性に関する低減した懸念である。吸収熱ポンプにおける圧縮器の欠如はまた、蒸気圧縮システムと比較して、はるかに静かな動作も示唆する。さらに、システムを駆動する入力として高級電気エネルギーを利用する蒸気圧縮システムと違って、吸収熱ポンプは、典型的に、生物燃料および化石燃料の燃焼から、大部分は未開発の廃熱源（例えば、自動車排出ガス、過剰製造熱等）から、太陽熱エネルギーから、および他の同様のエネルギー源から取得されてもよい、より容易に入手可能な低級熱エネルギーで作動する。冷却モード動作では、この熱エネルギー入力が、冷却および／または除湿を提供するために使用される一方で、加熱モードでは、周囲熱をより高い温度に引き上げるために熱入力が使用される。
【０００６】
蒸気圧縮システムの圧縮器が、脱着器、吸収体、溶液ポンプ、および回復溶解熱交換器の組み合わせによって、吸収熱ポンプに代替されるため、吸収熱ポンプは、概して、蒸気圧縮システムよりも熱および質量交換集中型であり、それにより、付加的な熱移動表面積を必要とする。この比較的大きい表面積の要求により、吸収熱ポンプは、典型的に、非常に大型の商業および工業用冷凍機用途に回されており、高い性能係数（ＣＯＰ）を実現しながら小型設計を達成することは、主要な課題となっている。加えて、ＣＯＰを改善するように開発された、二重効果、三重効果、および発生器−吸収体−熱交換サイクル等の、いくつかの先進的吸収サイクルは、性能を改善するのに付加的な内部回復に依存し、容量あたりの高い熱および質量移動速度の必要性をさらに強調する。実際、これらのサイクルは、主に、実用的に実行可能な小型熱および質量交換デバイスの欠如により、広く実装されていない。
【０００７】
したがって、より大型のシステムに匹敵する出力を送達する、小型吸収冷却および／または加熱システムを達成することが望ましい。しかしながら、２対の最も一般的な作業流体（すなわち、臭化リチウム−水、およびアンモニア−水）を使用する吸収システムでは、吸収および脱着等の過程は、二成分流体における連動した熱および質量移動を自然に伴い、システム設計の複雑性および課題につながる。特に、アンモニア−水システムでは、システムの全体を通した液相および蒸気相中の吸収剤（すなわち、水）および冷媒（すなわち、アンモニア）の両方の存在により、そのような２成分流体の過程が、システムの中の全ての構成要素（凝縮器、蒸発器、精留器、および回復熱交換を含む）において発生する。その他では、あまり一般的ではない作業流体（例えば、多構成要素流体）、多構成要素の熱および質量移動過程が必要とされる。工業規模よりも小さい容量で、廃熱、太陽熱エネルギー、または他のエネルギーの分散可用性を活用することができる、小型高流束構成での吸収システムの実装のために、熱および質量交換器設計は、同時に達成することが困難である、いくつかの特徴を提供するべきである。例えば、システムは、いくつかある同様のシステム特性の中でも、作業流体に対する低い熱および質量移動抵抗と、作業流体および少量で外部熱源およびヒートシンクにこれらの作業流体を結合する流体のための必要移動表面積と、結合流体に対する低い抵抗とを含むべきである。
【０００８】
利用可能な吸収構成要素の概念の大部分は、小型高流束設計を達成するために不可欠である、これらの特徴のうちの１つ以上を満たさない。例えば、商業用吸収冷凍機で現在採用されている主要構成（すなわち、冷却液を運ぶ管群に垂れかかる溶液フィルムへの蒸気の吸収）は、高い冷却剤側の抵抗および液体フィルムによる移動表面の不良な湿潤という問題を抱えている。加えて、いくつかの従来技術の設計は、吸収／脱着過程を強化するが、反対側（すなわち、結合流体側）の単相抵抗を低減することができず、それにより、大型のシステム構成要素を必要とし、高い作業流体および結合流体の圧力降下をもたらし、それは、高い寄生電力消費をもたらし、また、システム構成要素内の圧力降下によって引き起こされる飽和温度の減少による、駆動温度差の損失ももたらす。
【０００９】
吸収冷却および／または加熱システムに加えて、関連冷却または加熱機能、基礎熱移動、蒸留、および当業者に思い付くような他の同様の機能性等の、他の機能を果たすための種々の他の熱移動または熱および質量移動システムを提供することがさらに望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、現在使用されている構成の弱点を克服しながら、個々のシステム構成要素および全体的なシステムアセンブリの両方において、高流束の熱および質量移動に適用することができる、小型のモジュール式万能設計を提供する、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムまたは装置の長年にわたるが未解決の必要性が存在する。携帯用統合システムから有意な加熱および冷却出力を提供する、マイクロスケールの単体吸収熱ポンプのさらなる必要性がある。本システムおよびその変化例の主な実施形態は、種々の設計条件に、また、２成分、３成分、および他の多構成要素流体の熱および質量移動におけるいくつかのシステムにも極めて適応可能である、小型化技術を表す。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
簡潔に説明すると、一実施形態によれば、本開示の側面は、概して、吸収冷却および／または加熱のため、または他の熱および／または質量移動機能を果たすためのシステムおよび装置に関する。より具体的には、一側面によれば、カバー板の間で取り囲まれた、一体マイクロスケール通路および空隙、流体入口および出口通路、および蒸気−液体空間を必要に応じて伴う、平行な整合した交互シムの配列は、熱活性化吸収熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素を画定する。マイクロスケールの特徴を伴う平行シムのアセンブリは、単一効果吸収熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素をともに備える、規定の吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器（揮発性吸収剤とともに作業流体を使用する用途において）、凝縮器、回復冷媒熱交換器、および蒸発器を通して、流体流動を方向付ける。本明細書でさらに詳細に説明されるように、特定の実施形態では、熱および質量移動構成要素は、複数の交互シムの対を介して、マイクロスケールの単体装置またはアセンブリ内で画定される。二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクル、または他の先進的吸収サイクルが所望される実施形態では、付加的な規定の熱および質量移動システム構成要素の中に配設される、付加的なマイクロスケール特徴が、必要な回復熱および質量移動を達成するように装置に組み込まれる。
【００１２】
一側面によれば、吸収サイクル作業流体が、マイクロスケールの通路およびシムの片側に組み込まれた他の通路に流入する一方で、高温（熱源）、中温（熱遮断）、および低温（冷蔵流）結合流体は、初期側面上の各作業流体流と熱的接触しているシムの反対側で流れる。したがって、多少差別化したマイクロスケール特徴幾何学形状を伴う、２つのシムの複数組（「シムの対」）は、所望の全体的冷却または加熱負荷を達成するために必要とされる、多数に複製される吸収熱ポンプまたは他の熱または熱および質量移動システム全体の構造要素を備える。各シムに組み込まれる特徴は、グループで配列され、各グループは、熱ポンプの中の各熱または熱および質量移動システム構成要素（例えば、吸収体、脱着器等）の対応する通路を表す。各々の規定の熱および質量移動システム構成要素の間の流体接続は、システム外部の接続流体ラインを通して、または、シムまたはカバー板の異なる部分の間の特異的に設計された経路指定通路を通して、または、何らかの他の同様な接続機構を介して達成される。概して、作業流体は、大部分がシムのアセンブリの中に含有され、したがって、同様の容量を送達する従来の熱ポンプと比べて流体在庫量を数倍低減する。
【００１３】
付加的な側面によれば、冷却、熱遮断、および熱源流体流は、適切な入口および出口接続を通して、熱または熱および質量移動装置に進入および退出し、熱または熱および質量移動装置の物理的位置にかかわらず、加熱または冷却負荷の万能配備を可能にする。一側面では、熱および質量移動構成要素と、アセンブリの中の各シムにわたって配列されたマイクロチャネルとを通して、作業流体を送出するように、作業溶液ポンプがシステムアセンブリの外部に提供される。熱ポンプサイクル中に、さらなる側面によれば、低い側から高い側の圧力（および、先進的吸収サイクルについては必要に応じて中間圧力）からの冷媒流および冷媒吸収溶液の膨張は、シム内の一体調整収縮を通して、または外部接続された弁を通して達成される。
【００１４】
種々の側面によれば、シムの中のマイクロチャネルおよび他のマイクロスケール通路は、必要に応じて、単相または二相状態の流体流動を可能にするように、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の単独で接続された断面を備え、マイクロスケールの断面形状および寸法は、熱および質量移動要件、動作圧力、組み立てられた装置の構造強度、寸法交差ならびにシムおよびカバー板の接合に対する製造制約、および他の要因に基づいて決定される。概して、シムの中のマイクロスケールチャネルは、全体的なアセンブリの寸法ならびにマイクロスケールチャネルの寸法に基づいて、リソグラフィ、エッチング、機械加工、型打、または他の適切な過程等の過程を通して形成される。マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムの実施形態を形成するように、複数のシムの対およびカバー板の連結および組立は、最も一般的に利用されている金属アセンブリについては、拡散接合およびろう付け等の過程を通して、ならびに、作業流体、動作条件、および所望の負荷によって許容または指定される場合、プラスチック、セラミック、または他の非金属装置部品については接着によって達成される。熱負荷におけるモジュール性は、マイクロスケールチャネルの寸法、チャネルの数、シムの長さおよび幅、およびシムの対の数によって達成される。
【００１５】
別の側面によれば、本明細書で説明されるマイクロスケールの熱または熱および質量移動アセンブリの大規模実装について、複数の接続された熱または熱および質量移動アセンブリを形成するように、複数のアセンブリが、外部配管を通した直列および／または並列配設で接続される。種々の側面によれば、より大きい容量のために、シムは、接続の融通性、および送達された負荷の大部分は制約されていない増加を促進するように、単体熱または熱および質量移動アセンブリよりもむしろ、熱または熱および質量移動アセンブリの各熱および質量移動システム構成要素を表す、個々のアセンブリに細分される。
【００１６】
請求された発明のこれらおよび他の側面、特徴、および便益は、以下の図面と併せて解釈される好ましい実施形態および側面の以下の詳細な書面説明から明白となるものの、それらの変化例および修正が、本開示の新規概念の精神および範囲から逸脱することなく達成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
添付図面は、本開示の１つ以上の実施形態および／または側面を図示し、書面説明とともに、本開示の原則を説明する働きをする。可能な限り、実施形態の同一または類似要素を指すために、同じ参照番号が図面の全体を通して使用される。
【図１】図１は、請求された発明の種々の側面にしたがって構築および操作された、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の実施形態を図示する。
【図２】図２は、シムを介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置から除去されたカバー板の一部を図示する切断域を伴う、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置の実施形態を示す。
【図３】図３は、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置の例示的な完全に組み立てられた実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｂ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｃ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図４Ｄ】図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置の分解斜視図を示す。
【図５】図５は、熱または熱および質量移動装置の一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図を図示する。
【図６Ａ】図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する正面図である。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡおよびシムＢの例示的表現を図示する正面図である。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ示す。
【図９Ａ】図９Ａおよび９Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。
【図９Ｂ】図９Ａおよび９Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。
【図１０Ａ】図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、複数の積層シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図を図示する。
【図１０Ｂ】図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置の実施形態による、回復溶解熱交換器と関連付けられた、複数の積層シムＡおよびシムＢの複数部分の拡大斜視図を図示する。
【図１１Ａ】図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置の実施形態による、脱着器および精留器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１１Ｂ】図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置の実施形態による、脱着器および精留器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置の実施形態による、凝縮器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置の実施形態による、凝縮器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１３Ａ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置の実施形態による、回復冷媒熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１３Ｂ】図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置の実施形態による、回復冷媒熱交換器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１４Ａ】図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置の実施形態による、蒸発器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１４Ｂ】図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置の実施形態による、蒸発器と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１５Ｂ】図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。
【図１６Ａ】図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分それぞれの拡大斜視図であり、シムＡおよびシムＢにおける蒸気入口穴および通路の位置を具体的に図示する。
【図１６Ｂ】図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置の実施形態による、吸収体と関連付けられた、シムＡおよびシムＢの複数部分それぞれの拡大斜視図であり、シムＡおよびシムＢにおける蒸気入口穴および通路の位置を具体的に図示する。
【図１７】図１７は、吸収冷却および／または加熱システムと関連付けられた、離散熱および質量移動システム構成要素を備える、本システムのモジュール式実施形態を図示する。
【図１８】図１８は、本明細書で説明されるような例示的マイクロチャネルを製造するための光化学エッチング過程の一実施形態と関連するステップを図示する。
【図１９】図１９は、本システムの一実施形態による、種々のシム、カバー板、および他のシステム構成要素をともに拡散接合するための加熱圧搾真空炉の表現を図示する。
【図２０】図２０は、本システムの例示的実施形態による、シム内のマイクロチャネルの代表的な配設を示す、複数の積層シムＡおよびＢの一部分の断面を図示する。
【図２１】図２１は、本システムの例示的実施形態による、特定の例示的なシムおよびマイクロチャネル寸法の接写図を図示する、シムＡおよびＢの拡大断面を図示する。
【図２２】図２２は、本システムの実施形態による、熱および質量移動システム構成要素で使用されるヘッダの拡大平面図を示す。
【図２３】図２３は、本システムの一実施形態による、図２２のヘッダの断面ＸＸから得られた交互シムＡおよびＢの代表的な断面を示す。
【図２４】図２４は、本システムの実施形態を試験するための例示的な流体接続および外部配管配設の正面図を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示の詳細な説明の前に、本システムおよび方法の側面の主題および用語は、例示的であり、必ずしも請求項で表現されるシステムおよび方法の側面を限定しないという理解の補助として、以下の定義を提供する。用語が大文字で書かれるか否かは、用語の意味を決定または限定すると見なされない。本書で使用されるように、大文字で書かれた用語は、大文字で書かれた用語のより制限的な意味が意図されることを用法の文脈が特に指示しない限り、小文字で書かれた用語と同じ意味を持つものとする。しかしながら、残りの本書内の大文字化またはその欠如は、そのような限定が意図されることを文脈が明確に指示しない限り、必ずしも限定的となることを目的としない。
【００１９】
（定義／用語集）
吸収剤：本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動システム（例えば、吸収熱ポンプ）の熱および質量移動機能を果たすための作業流体または作業流体の一部分を含む、単独であるか、あるいはアンモニアまたは別の冷媒と組み合わせられた多構成要素形態である、材料または流体。実施例は、（アンモニア−水混合物中の）水、（臭化リチウム−水混合物中の）臭化リチウム、および他の同様の材料を含むが、それらに限定されない。
【００２０】
性能係数（ＣＯＰ）：入力エネルギーと比較した、システム実施形態からの所望の出力（すなわち、冷却または加熱）の比。
【００２１】
結合流体：本システムの実施形態に、およびそこから、加熱および／または冷却を移動させるために使用される流体。概して、本システムの実施形態を、概して、温水結合部を介して、１つ以上の熱源、ヒートシンク、周囲空間、調節空間等に接続する。実施形態は、エチレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、塩化カルシウム水溶液、高温熱移動流体（例えば、合成油）、および他の同様の流体を含むが、それらに限定されない。本明細書では冷却剤と呼ばれることもある。
【００２２】
カバー板：カバー板の間に含有されるシムに、構造、支持、およびいくつかの実施形態では流体移動チャネルを提供する、本システムの実施形態の外側にある剛体外層。カバー板は概して、システムの実施形態に進入および退出する結合流体および作業流体流を移動させるための、穴または入口および出口開口部を含む。
【００２３】
流体分配通路：積層シム（すなわち、ヘッダ）によって形成された空隙から、本システムの実施形態における熱および質量移動システム構成要素または熱交換構成要素内のマイクロチャネルに流体を輸送する、チャネルまたは通路。概して、分配通路、流体通路、通路、または通行路と同義である。
【００２４】
ヘッダ：流体を受容または消去する開口部またはポートを提供する、熱および質量移動システム構成要素内の要素。概して、組み合わせられると、流体流動のための通行路を形成する、個々のシムと関連付けられる複数の積層空隙によって形成される。種類は概して、入口ヘッダおよび出口ヘッダを含む。
【００２５】
熱または熱および質量移動システム：本明細書で説明されるような特性、特徴、寸法、構成要素等を備える、熱または熱および質量を移動させるためのシステム。理解および認識されるように、概して、本明細書で説明されるような１つ以上の熱および質量移動システム構成要素によって形成される、熱移動システムまたは熱および質量移動システムを表す。概して、熱または熱および質量移動装置、熱または熱および質量移動アセンブリ、あるいは熱および／または質量移動システムと同義である。
【００２６】
熱および質量移動システム構成要素：（必ずしもではないが）概して、より大型の熱または熱および質量移動システム内で、熱および／または質量移動を行うことが可能な任意の構成要素を表すために使用される、一般用語。実施例は、吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器、または他の同様の構成要素を含むが、それらに限定されない。（必ずしもではないが）概して、少なくとも１つの熱交換構成要素を含むか、または備える。概して、熱および質量移動構成要素と同義である。時には熱交換器と同義である。
【００２７】
熱交換構成要素：熱移動を行うことが可能な任意の構成要素を表すために使用される、一般用語。熱および質量移動システム構成要素、またはその従属構成要素を備えてもよい。概して、熱交換器と同義である。
【００２８】
マイクロチャネル：単相または多相状態の流体を移動させて、熱および／または質量移動機能性を達成するための、本明細書で説明されるようなシムに形成される、マイクロスケール寸法のチャネルまたは通路。概して、１ｍｍ未満の水力直径を伴う円形（または非円形）断面によって特徴付けられる（しかし、理解されるように、所与の流体特性および動作条件に応じて、１ｍｍより大きいチャネルが、多少大きい水力直径におけるマイクロチャネルと同様の流体流動ならびに熱および質量移動現象を示してもよい）。概して、マイクロスケール通路またはマイクロスケールチャネルと同義である。
【００２９】
マイクロスケール：同様の機能性および／または出力の他のシステムまたは構成要素と比較して、サイズが相対的に小さい。概して、当技術分野で理解されるように小型である。
【００３０】
単体：１つの差別化されていない全体または単位を構成する。概して、統合と同義である。
【００３１】
多構成要素流体：２つ以上の別個の物質（すなわち、２つ以上の種）を含む流体。実施例は、アンモニア−水混合物、および臭化リチウム−水混合物を含むが、それらに限定されない。概して、多成分流体、２成分流体、３成分流体、４成分流体、流体対等と同義である。
【００３２】
冷媒：本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動システム（例えば、吸収熱ポンプ）の熱および質量移動機能を果たすための作業流体または作業流体の一部分を含む、単独である、あるいは水または別の吸収剤と組み合わせられた多構成要素形態である、材料または流体。実施例は、（アンモニア−水混合物中の）アンモニア、（臭化リチウム−水混合物中の）水、および他の同様の材料を含むが、それらに限定されない。概して、本明細書で使用されるようなアンモニアと同義である。
【００３３】
シム：本明細書で説明されるような１つ以上の熱または熱および質量移動構成要素と関連付けられる特徴を画定する、薄い剛体層。概して、シムを横断して作業流体および／または結合流体を移動させるための複数のマイクロチャネル、流体分配通路、および空隙を含む。概して、層または積層板と同義である。
【００３４】
シム群：１つ以上の熱または熱および質量移動システム構成要素を画定するように、ともに接合された、または別様に組み合わされた、複数のシムの対の組み合わせ。
【００３５】
シムの対：シムの中のマイクロチャネル、空隙、および他の通路を流れる流体の間で熱および／または質量移動を可能にするように、ともに接合された、または別様に組み合わされた、２つの別個のシムの種類（例えば、本明細書で説明されるＡおよびＢ）の組み合わせ。
【００３６】
空隙：熱または熱および質量移動システム構成要素の中または外への流体流動を可能にする、複数の積層シムによって画定される穴または空間。概して、ヘッダ内にある、またはヘッダによって形成される空間に関する。概して、積層空隙または蒸気−液体空間と同義である。
【００３７】
作業流体：熱および／または質量移動機能を達成するように、本システムの実施形態の全体を通して移動させられる流体。吸収サイクル過程または他の同様の熱サイクルにおける種々の段階で、液体状態、蒸気状態、または液体−蒸気混合物となり得る。実施例は、アンモニア−水混合物および臭化リチウム混合物を含むが、それらに限定されない。概して、多構成要素流体を含むが、必要に応じて、単構成要素流体も含む。
【００３８】
（概説）
本開示の原理の理解を推進する目的で、図面に図示された実施形態を参照し、同実施形態を説明するために特定の用語を使用する。それでもなお、それにより、本開示の範囲の限定が意図されず、通常、本開示が関係する当業者に思い付くように、説明および例示された実施形態のあらゆる改変およびさらなる修正、ならびに本明細書で例示されるような本開示の原則のさらなる用途が検討されることが理解されるであろう。範囲の全ての限定は、請求項に従い、かつ請求項で表現されるように決定されるべきである。
【００３９】
本開示の側面は、概して、熱または熱および質量移動システムまたは装置に関する。特に、本装置の一実施形態は、組み合わせられると、マイクロスケールの単体吸収冷却および／加熱システムまたは吸収熱ポンプ、あるいは他の熱または熱および質量移動システムを構成する、離散的であるが統合した熱および質量移動システム構成要素を形成する、２つの外板の間に組み立てられた、または圧搾された複数のシムを備える。シムは、概して、装置の全体を通した規定の熱および質量移動システム構成要素の間で、かつ必要に応じて加熱および冷却源およびシンクを往復して装置の内外へ、流体を移動させるための複数のマイクロチャネル、空隙、および他の熱移動特徴を含む。一実施形態によれば、２つの異なるシムの種類が使用され（すなわち、以下でより詳細に説明されるシムＡおよびＢ）、シムは複数のシムの対として組み合わせられ（例えば、ともに接合される）、各対の中の２つの異なるシムは、各シムの対の中のマイクロチャネル内を流れる流体間の熱的接触を可能にするように、相互と比較して、わずかに異なるマイクロチャネルおよび流体通路配設を備える。
【００４０】
一側面によれば、各シムは、吸収冷却および／または加熱システムを備える、必要な熱および質量移動システム構成要素のうちの全て、すなわち、吸収体、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、および蒸発器の幾何学形状を含む。理解されるように、これらの熱および質量移動構成要素は、当業者によって理解されるような従来の機能を果たす。したがって、一実施形態では、複数のシムの対が組み合わせられると、マイクロスケールの吸収加熱および／または冷却システムが形成される。さらに、複数のシムの対が積層され、ともに組み合わせられるにつれて、各熱および質量移動構成要素のマイクロチャネルの数（したがって、全体的な熱交換表面積）が増加し、それにより、各構成要素および全体的なシステムの熱交換容量が増加する。このように、本装置の実施形態は、所望に応じて個々の用途要件を満たすように縮小拡大することができる、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動システムを備える。
【００４１】
本明細書でさらに詳細に説明されるように、本発明の実施形態は、同等の冷却および／加熱負荷に対する従来のシステムと比較してシステム体積が数倍低減した、吸収熱ポンプならびに他の熱または熱および質量移動装置に対するコンパクトな全体的幾何学形状を生じる。前述のように、従来の吸収熱ポンプは、蒸気圧縮システムと比較して、付加的な熱および質量移動構成要素を必要とし、より大型の全体的システムサイズにつながる。したがって、以前は、小さい幾何学形状で熱駆動吸収熱ポンプを実装することが可能ではなかった。しかしながら、本発明の実施形態は、相対的に小さいシステムパッケージで高い冷却および加熱容量のシステムを可能にするように、マイクロスケールで流体流動ならびに熱および質量移動現象の固有かつ新規の利点を利用する。したがって、本システムの実施形態は、ａ）小型水力直径マイクロスケール通路の中の高い熱および質量移動係数、ｂ）小型水力直径における大きい表面積対体積比、ｃ）低い圧力降下で高い熱および／または質量移動率を達成するための、複数の並列シムアセンブリの中の複数のマイクロチャネルの中の並行流の融通性、およびｄ）システムサイズを所望の負荷に正確に合わせるように、マイクロチャネルの寸法、各熱および質量移動構成要素で使用されるマイクロチャネルの数、システムで使用されるシムの数、および全体的なシステムエンベロープの幅および長さを修正する嚢力を利用することができる。さらに、以下でさらに詳細に説明されるように、温水結合、ならびに（システム実施形態の相対的に小さいサイズによる）熱および質量移動システム構成要素間の長い相互接続ラインの欠如は、作業流体在庫量、全体的なシステムサイズおよび質量、流体圧力降下、寄生所要電力、ならびに周囲を往復する望ましくない熱損失および利得を最小化する。
【００４２】
概して、本システムの実施形態は、廃熱、太陽エネルギー、一次燃料燃焼からのエネルギー等の入力エネルギー源として、熱エネルギーを利用する。広範囲の供給源エネルギー温度が、冷却および／または加熱を提供するために利用され、広範囲の加熱および冷却負荷が、本システムを使用して供給される。したがって、システムの実施形態は、本質的に、数ワットからメガワットに及ぶ加熱または冷却容量のモジュール式設計を可能にする。概して、マイクロスケールの流体流動および熱および質量移動の原則の利用は、従来または以前のシステムと比較して、同等のシステム体積において大幅に高い冷却および加熱容量を送達する、コンパクトなシステムアセンブリの実現を可能にする。システムの実施形態は、作業流体を送出するために、電気エネルギーの相対的に最小の使用を必要とする。好ましくは、システムがオゾン破壊および地球温暖化の可能性がある合成流体を使用する必要がないように、多構成要素流体混合物が作業流体として使用され、したがって、システムは、環境に最小の悪影響を及ぼす。
【００４３】
説明されるように、本システムの実施形態は、種々の商業的用途に有用である。概して、本システムの実施形態は、特に、小規模用途が必要とされる時に、ほとんどの用途において、従来の蒸気圧縮システムまたは吸収熱ポンプの代替品として実装することができる。しかしながら、理解されるように、本装置の実施形態は、廃熱回収および向上用途、熱駆動冷凍機ならびに暖房および空調システム、熱変換器、統合冷却、加熱、および電力システム、自動車用、船舶用、海軍用、および静止温度制御システム、食品、薬物、ワクチン、および他の腐敗しやすいアイテムの加工および冷蔵輸送、熱エネルギー入力、マイクロリアクタ、および燃焼器を使用した、携帯用水のための周囲湿度の獲得、および当業者に思い付くような種々の他の用途を含むがそれらに限定されない、種々の用途で利用することができる。
【００４４】
開示されたシステムおよび装置の基本的機能および構成要素の実施例および説明の目的で、請求された発明の種々の側面に従って構築および操作される、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置１０の実施形態を図示する、図１を参照する。図１に示された（および本開示の全体を通して参照された）特定の実施形態は、本明細書で説明されるような種々の熱および質量移動システム構成要素を含む、単体でマイクロスケールの吸収冷却および／または加熱システム（すなわち、吸収熱ポンプ）を備える。しかしながら、理解および認識されるように、図１に示された例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動システム１０は、本システムの１つのアプローチまたは実施形態を表すにすぎず、本明細書で説明されるように、かつ当業者によって理解されるように、他の側面が使用および検討される。
【００４５】
示されるように、熱または熱および質量移動装置１０は、２つのカバー板１１０、１１１と、カバー板の間で挟持されるシム群１０８（概して、以下でさらに詳細に説明される複数のシム１０２、１０４を備える）と、装置１０の中および外に結合流体を移動させるための複数の結合流体ライン１２０とを含む。示されるように、カバー板は、特定の実施形態に応じて、装置１０に、および装置１０から流体を輸送するための種々の穴１２２を含む、２つのカバー板の種類、すなわち、前カバー板１１０および後カバー板１１１を備える。理解されるように、穴１２２の配設、およびカバー板１１０、１１１の全体的構造は、特定のシステム実施形態に応じて、各カバー板１１０、１１１の間で変化してもしなくてもよい。
【００４６】
本明細書で説明されるように、シム群１０８は、概して、複数のシム１０２、１０４を含む。図１０Ａを簡潔に参照すると、本装置の実施形態による、例示的な熱および質量移動システム構成要素内のシム群１０８と関連付けられた、複数の積層シム１０２、１０４の一部分の拡大斜視図が示されている。図１０Ａの詳細および明細は、以下でさらに説明に論議するが、該図は、ここでは、本装置１０の一実施形態によるシム群１０８の中のシムの積層配設を図示するために論議されている。シム１０２、１０４は、シムの間ならびに熱および質量移動構成要素の間で流体移動を達成するための（したがって、アセンブリ１０の全体を通して熱および質量移動を達成するための）複数のマイクロチャネル、空隙、および他の熱移動特徴（以下でさらに詳細に説明される）を含む。
【００４７】
一実施形態によれば、複数のシムの対（各対は各シムの種類ＡおよびＢの１つを含む）を形成するよう、シムが熱移動装置１０内で交互に積層および整合されるように、シムは、２つのシムの種類（すなわち、以下でさらに詳細に説明される、シムＡ１０２およびＢ１０４）を備える。図１０Ａに示された実施形態では、シムは、２つの説明されたシムの種類、１０２ａ、１０４ａ、１０２ｂ、１０４ｂ、１０２ｃ、１０４ｃ、・・・１０２ｎ、１０４ｎの交互様式で配設され、「ｎ」は、所望の熱および／または質量移動機能性を果たすために使用される、シム群の中のシムの対の総数を表す。本明細書で詳細に説明されるように、２つの異種のシムの種類は、装置１０の全体を通して交互流体流動ならびに熱および質量移動機能性を可能にするように、異なるマイクロチャネル配設を含む。
【００４８】
図１を再び参照すると、切断域１１２は、シム群１０８（およびシム１０２、１０４）を介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置１０から除去されたカバー板１１０、１１１の一部を図示する。切断域１１２で示されるように、複数の組み合わされたシムによって画定されるような例示的な熱ポンプの熱および質量移動システム構成要素のうちの１つ（具体的には凝縮器）が、その全体で示されている。各熱および質量移動システム構成要素の設計および側面、ならびに例示的な全体的吸収冷却および／または加熱アセンブリに関するその動作を、以下でさらに詳細に説明する。
【００４９】
種々の実施形態によれば、シム１０２、１０４は、鋼鉄または他の熱伝導性金属、セラミック、プラスチック（低温用途において）、および当業者に思い付くような他の同様な材料から製造される。カバー板１１０、１１１は、結果として生じるカバー板が、動作中にアセンブリ１０をともに担持するのに適切な強度および剛性特徴を有する限り、シムの材料と同様または異種の材料から製造される。シム１０２、１０４の中のマイクロチャネル（以下で論議される）は、概して、光化学エッチング過程または他のエッチング過程、リソグラフィ、シム製造中の型打または機械加工、または他の同様な微細切断技法を介して形成される。いったん製造されると、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１は、単体でマイクロスケールの熱または熱および質量移動システム１０を形成するように、拡散接合、ろう付け、または接着（低温用途において）を介してともに接合され、あるいは、ボルト締めまたは締め付けアセンブリを介して組み合わされ、あるいは、同様の接合または組立技法を介して別様に組み立てられる。
【００５０】
図１に示されるように、熱または熱および質量移動システム１０（吸収熱ポンプとして図１で示される）は、結合流体ライン１２０を通る従来の流体結合を介して、熱源１３０から入力熱を受容する。結合流体ラインは、熱または熱および質量移動装置の中または外に結合流体を輸送するように、カバー板１１０、１１１の穴１２２を介して装置１０に取り付けられる。種々の実施形態によれば、穴１２２はまた、外部作業流体ライン（図示せず）を介して、１つの内部熱および質量移動構成要素から別の構成要素に作業流体を輸送するために使用することもできる。しかしながら、理解されるように、作業流体はまた、カバー板１１０、１１１またはシム１０２、１０４自体に組み込まれた接続部を介して、アセンブリ１０内の熱および質量移動構成要素の間で移動させられてもよい。理解されるように、外部加熱および冷却は、全ての実施形態において、必ずしも温水結合を介して供給されるわけではなく、特定の実施形態に応じて、高温ガス流、例えば、煙道ガス流、凝縮蒸気、または他の高温凝縮流体、または外部加熱された固体伝導性ヒータ、または何らかの他の同様の技法を介して供給されてもよい。加えて、図１に示された装置１０の実施形態は、熱源１３０から熱を受容し、加熱出力１４０および／または冷却出力１５０を消去し、本システムの実施形態は、当業者に思い付くような種々の加熱および／または冷却機能を果たすように設計することができる。
【００５１】
図１に記載されるように、熱源１３０の実施例は、燃料の燃焼、自動車排出ガス、エンジン冷却剤、船舶用機関熱、軍艦用ガスタービン熱、ディーゼル機関熱、または、化学過程、金属加工、食品加工、および種々の他の製造過程からの熱を含む。前述のように、熱源は、熱エネルギーに由来する。加熱出力１４０の実施例（すなわち、システムによって排出される熱の用途および利用）は、暖房（例えば、家庭またはオフィス暖房）、水の加熱、および乾燥を含む。冷却出力１５０の実施例（すなわち、システムによって排出される冷却の用途および利用）は、建物または自動車の空調、除湿、水の冷蔵、冷凍、電子機器の冷却、装着型冷却用途（例えば、消防士のユニフォームにおける冷却システム）、薬物保管、および食品保存を含む。理解および認識されるように、潜在的な加熱源、ならびに加熱および冷却出力（用途）の一覧は、例示的な目的のみで提供され、本開示または本明細書で説明される実施形態の範囲を限定することを目的としない。
【００５２】
図２は、シム群１０８の中のシム１０２、１０４を介して形成された熱および質量移動システム構成要素の一部分を表示するように装置１０から除去されたカバー板１１０、１１１の一部を図示する切断域２０２を伴う、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置１０の実施形態を示す。シム群１０８の複数部分も、本システムの例示的な実施形態の内部動作および幾何学形状をさらに図示するように除去されたものとして示されている。示されるように、図２の実施形態は、図示されたシステム実施形態のより容易な視認を促進するように、結合流体ライン１２０を含まない。
【００５３】
図２に示されるように、例示的な装置１０は、概して、長方形の角柱形状を備え、Ｌ×Ｈ×Ｗ（すなわち、長さ×高さ×幅）の寸法を有する。しかしながら、理解されるように、他の実施形態によれば、必要に応じて他のシステム形状が使用される。前述のように、本システムの実施形態は、概して、従来の熱および質量移動システム（例えば、従来の吸収熱ポンプおよび他の関連システム）と比較して、サイズがはるかに小さいマイクロスケールのシステムを備える。しかしながら、理解されるように、本装置１０の実施形態は、事実上あらゆる用途に適するように縮小拡大することができる。例えば、１つの具体的な例示的実施形態（以下でさらに詳細に説明される）は、それぞれ２００×２００×３４ｍｍ３のＬ×Ｈ×Ｗ寸法を含む。しかしながら、特定の用途の必要冷却および加熱負荷に応じて、さらに小さい実施形態（例えば、１２０×１２０×２５ｍｍ３以下）が使用される。加えて、個別シムの厚さ（すなわち、幅）も可変であるが、０．５ｍｍの例示的な厚さが、本明細書で説明される例示的実施形態と関連付けられる。
【００５４】
代替として、サイズが相対的に重要でない要因であり、より大きい加熱および冷却負荷および容量が必要とされる用途では、本システムの実施形態は、利用可能な保管空間および製造制約のみによって限定される、大規模装置に拡大することができる。さらに、種々の実施形態によれば、個々の熱および質量移動システム構成要素は、全体的なシステム設計におけるモジュール性（図１７と併せて以下でより詳細に説明される）を可能にするように、全体的なアセンブリ１０から除去される（すなわち、シムが、複数の構成要素の代わりに、単数の熱および質量移動構成要素を画定する）。
【００５５】
図３は、本明細書で説明されるような熱または熱および質量移動装置１０の例示的な完全に組み立てられた実施形態を示す。図３に示された装置は、シム群１０８の中の全ての含まれたシム１０２、１０４と、カバー板１１０、１１１とが、ともに接合されている（例えば、拡散接合、ろう付け等を介して）、または別様に組み合わせられている、システムを表す。示されるように、装置の中または外へ熱および冷却を移動させる結合流体のみが、結合流体ライン１２０を介して装置１０に進入または退出しているように、示された特定の実施形態に対する全ての随意的な穴１２２が、カバー板１１０、１１１から除去されている。図３に示された装置１０は、全ての作業流体を内部に移動させる（すなわち、カバー板１１０、１１１、またはシム１０２、１０４自体の中の接続部またはチャネルを介して）、前述のような本システムの実施形態を表す。したがって、外部作業流体ラインを接続して、内部熱および質量移動システム構成要素の間で作業流体を移動させるための穴は、示された実施形態では不必要である。
【００５６】
図３の結合流体ライン１２０は、装置１０の中および外への例示的な結合流体流動を図示する。結合流体ライン１２０は、装置１０に熱を供給するように熱源１３０を往復し、外部用途に熱を放出するように熱遮断（出力）１４０を往復し、および空調空間に冷却を移動させるように冷却出力１５０を往復して、結合流体を移動させる。しかしながら、前述のように、いくつかの実施形態では、熱入力は、結合流体ラインおよび結合流体介さずに、高温ガス流、伝導性ヒータ、または他の同様の技法を介して提供される。
【００５７】
図４Ａ−４Ｄは、本システムの実施形態による、例示的なマイクロスケールの熱または熱および質量移動装置１０の分解斜視図を示す。図４Ａは、カバー板１１０が装置の残りの部分から（すなわち、シム群１０８の中の組み合わされた複数のシム１０２、１０４ならびに装置の交互側のカバー板１１１から）除去されている、装置１０の実施形態の斜視図を示す。示されるように、複数のシムの対（各シムの対はシムＢに接合されたシムＡを備え、各シムの詳細は以下でさらに詳細に説明される）が、シム群１０８を形成するように組み合わせられる。装置内に含まれるシムの対の数は、装置が使用される特定の用途に応じて（例えば、必要とされる加熱および冷却負荷、サイズ、および重量制約等に基づいて）変化する。
【００５８】
理解されるように、より多くのシム（およびシムの対）がシム群１０８の中で組み合わせられにつれて、マイクロチャネルの対応する数が増加し、装置１０内の各熱および質量移動システム構成要素の中のマイクロチャネルと関連付けられた熱的接触のための結果として生じる表面積も増加する（以下でより詳細に説明される）。したがって、より大きい冷却および／または加熱出力を必要とする用途には、より多数の（および／またはより大型の）シムの対が必要とされる。例えば、その最も基本的な実装では、１つのシムＡ１０２および１つのシムＢ１０４を備える、単一シムの対が、シム群１０８を形成して、所与の用途の必要な熱および質量移動機能を果たすのに適切であってもよい。他の実施形態では、数十、数百、またはより多くのシムの対が使用されてもよい。理解されるように、使用されるシムの数および全体的なシムおよび装置のサイズは、各特定システム実施形態の特定の使用および用途に依存する。
【００５９】
依然として図４Ａを参照すると、例示的なシム群１０８は、吸収冷却および／または加熱システムの熱および質量移動システム構成要素を画定する。示されるように、各熱および質量移動システム構成要素は、シム群１０８の中の各構成要素の特徴および幾何学形状を画定する、複数の積層された、または組み合わされたシムの対によって形成される。これらの熱および質量移動構成要素ならびに各構成要素の内側および間の流体移動の詳細は、以下でさらに詳細に説明する。
【００６０】
図４Ｂは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。示された実施形態では、穴１２２の配設は、２つのカバー板１１０、１１１のそれぞれについて異なる。この穴配設の違いは、装置１０の両側の種々の結合流体ラインおよび作業流体ラインに対する取付点の違いに起因する。前述のように、本装置の種々の実施形態は、作業流体が内部熱および質量移動構成要素の間で（例えば、カバー板の中の接続部またはチャネルを通して、または外部作業流体ライン等を介して）移動させられる方式に応じて、また、装置を往復して加熱および冷却を提供および受容するために、結合がどのように使用されるか、および結合が使用されるかどうかに等に応じて、穴１２２の様々な数および位置を含む。
【００６１】
図４Ｃは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８’から分離され、単一のシムＡ１０２がシム群１０８’から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。複数のシムＡのうちの１つがシム群から分離されていることを除いて、シム群１０８’は、図４Ａおよび４Ｂで以前に示されたシム群１０８と同様である。図４Ｄは、カバー板１１０、１１１がシム群１０８”から分離され、単一のシムＡ１０２および単一のシムＢ１０４シム群１０８”から分離されている、装置１０の実施形態の斜視分解図を示す。複数のシムＢのうちの１つがシム群から分離されていることを除いて、シム群１０８”は、図４Ｃで以前に示されたシム群１０８’と同様である。前述のように、シムＡおよびＢはともに、シムの対を形成する。したがって、シム群１０８”は、複数のシムの対を備えるが、シム群１０８（図４Ａおよび４Ｂに示される）と比較して、シムの対が１つ少ない。また、前述のように、装置１０が完全に組み立てられると、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１は、吸収冷却および／または加熱システム、または何らかの他の同様な熱および／または質量移動デバイスの必要な熱および質量移動構成要素を画定するように、ともに接合されるか、または別様に組み合わせられる。
【００６２】
図５は、本熱または熱および質量移動装置１０の一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図５００を図示する。例示的な装置１０の中の熱および質量移動構成要素の基本的機能および過程が、図５に関して示され、説明されている一方で、シム１０２、１０４によって画定されるような、これらの構成要素の例示的な構造および幾何学形状は、以下で後続の図に関してより詳細に示され、説明される。示された例示的な実施形態では、システムは、冷却モードで単一効果のアンモニア−水（すなわち、作業流体）吸収熱ポンプとして動作するために配設される。しかしながら、理解されるように、種々の実施形態によれば、以下でより詳細に説明されるように、種々の種類の作業流体および多構成要素流体（例えば、臭化リチウム−水）を利用した、二重効果、三重効果、および他の多重効果システム等の他の配設が使用される。加えて、図５に示されたシステムの軽微な修正が、加熱モード動作を可能にする（同様に以下でより詳細に説明される）。
【００６３】
図５の概略図５００を参照すると、熱源１３０、熱遮断のための外気１４０、および空調空間１５０を、作業流体対（例えば、アンモニア−水）を運ぶ装置１０内の内部熱および質量移動構成要素に接続するために、流体結合が使用される。示されるように、システムの高い側の圧力で溶液ポンプ５０２から退出する濃縮アンモニア水溶液（すなわち、作業流体）は、流体ライン５０４によって回復溶解熱交換器８００に運ばれる。回復溶解熱交換器８００の中の回復加熱時に、アンモニア水溶液はさらに、流体ライン５０６を介して脱着器構成要素１１００へ進み、そこで、アンモニア−水蒸気混合物がアンモニア水溶液から脱着させられる。アンモニア水溶液（すなわち、希釈溶液）は、流体ライン５０８によって脱着器から退出し、前述の回復溶解熱交換器８００へと流れる。希釈溶液は、回復溶解熱交換器８００の中で冷却され、後に、溶液膨張弁５１２に運ぶ流体ライン５１０を通って退出する。
【００６４】
システムの低い側の圧力へと膨張弁５１２の中で膨張すると、ライン５１４から退出する希釈溶液は、吸収体構成要素１５００に進入し、そこで構成要素は、ライン５１６を通って回復冷媒熱交換器１３００に到着する冷媒（すなわち、アンモニア）蒸気を吸収する（以下でさらに詳細に説明される）。示されるように、鎖線（例えば、線５１６）が作業流体の蒸気相を表す一方で、実線（例えば、線５１０）は液相を表す。本明細書で参照されるように、および当技術分野で理解されるように、アンモニア−水作業流体を説明する時、「アンモニア」は、「冷媒」と略同義であり、「水」は、「吸収剤」と略同義である（しかし、理解されるように、相対的に最小量または微量の水が存在する場合があるため、冷媒は純アンモニアを含まない場合があり、逆もまた同様である）。代替として、臭化リチウム−水作業流体を説明する時、「臭化リチウム」は、「吸収剤」と略同義であり、「水」は、「冷媒」と再び略同義である。これらの用語は、任意の冷媒−吸収剤作業流体対に適用可能であるものとして、当技術分野で理解される。
【００６５】
依然として図５を参照すると、吸収体１５００の中で希釈溶液によって排除された吸収熱は、最終的に外気（例えば、加熱出力１４０）へと熱を排除する、中温結合流体ライン５１８によって除去される。吸収体１５００の中での希釈溶液への冷媒蒸気の吸収時に、結果として生じる濃縮アンモニア水溶液は、吸収体から出て流体ライン５２０を通って前述の溶液ポンプ５０２に進み、そこで再び（前述の）回復溶解熱交換器８００に送出される。
【００６６】
脱着器１１００の論議に戻ると、脱着熱は、システムを駆動する熱源１３０に接続される高温熱移動流体ライン５２２（すなわち、熱源との流体結合）によって、脱着器に伝えられる。（前述の）脱着器構成要素１１００から出て行くアンモニア水蒸気は、精留器構成要素１１５０に進入し、冷却流体ライン５２４が、アンモニア水蒸気をより高濃度のアンモニアに精留するために採用される。示されるように、精留器１１５０および脱着器１１００は、単一の構成要素に組み合わせられるが、理解されるように、これらの構成要素は、種々の実施形態によれば、所望に応じて分離されてもよい。特定の実施形態に応じて、冷却流体ライン５２４で採用される冷却流体は、中温温水流体、または溶液ポンプ５０２から退出する濃縮溶液、または特定のシステムおよび条件に応じた何らかの他の流体である。
【００６７】
精留器１１５０からの還流アンモニア水溶液は、脱着器１１００に戻り、そこで（前述の）流体ライン５０８を通して消去される。精留器１１５０から退出する高濃度アンモニア（すなわち、冷媒）蒸気は、流体ライン５２６を介して凝縮器構成要素１２００に伝えられる。凝縮器１２００では、濃縮アンモニア蒸気が凝縮され、最終的に凝縮熱を外気（例えば、熱遮断１４０）に排除する中温温水流体ライン５２８によって液体冷媒（すなわち、アンモニア）に補助冷却される。例えば、流体ライン５３０を通って凝縮器１２００から出て行く液体冷媒が前述の回復冷媒熱交換器１３００に進入し、そこで、（以下で説明される）蒸発器構成要素１４００から退出する蒸気相冷媒によってさらに冷却される。冷却された液体冷媒は、冷媒膨張弁５３４に冷媒を運ぶ流体ライン５３２を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出する。システムの低い側の圧力への膨張時に、結果として生じる二相冷媒混合物は、流体ライン５３６によって蒸発器構成要素１４００に伝えられる。
【００６８】
蒸発器構成要素１４００では、二相冷媒混合物の蒸発が、ライン５３８を通る低温結合流体の冷却を達成する。流体ライン５３８は最終的に、所望の冷却（例えば、空間調整１５０）が達成される空調空間に（温水結合を介して）接続される。蒸気した冷媒は、ライン５４０を通って蒸発器１４００から退出し、前述の回復冷媒熱交換器１３００へと流れ、そこで、凝縮器１２００から退出し、ライン５３０を通って回復冷媒熱交換器１３００に進入する液体（高圧）冷媒用の冷却剤としての機能を果たす。加熱した冷媒蒸気は、ライン５１６を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出し、（前述のような）吸収体構成要素１５００へと流れてサイクルを完了する。
【００６９】
前述のように、図５に示されたシステムの軽微な修正が、（示されるような冷却モードとは対照的に）加熱モード動作を可能にする。例えば、蒸発器１４００の低温流体ライン５３８を空調空間とは対照的な屋外の外気に結合し、凝縮器１２００および吸収体１５００の中温流体ライン５２８、５１８を熱遮断のための屋外の外気とは対照的な空調空間に結合することにより、装置１０のアセンブリまたは構成要素を変更することなく、加熱モード動作を可能にする。理解および認識されるように、熱および質量移動システム構成要素と外部加熱および冷却源との間の接続部の種々の配設は、本システムの実施形態の種々の動作モードを可能にする。
【００７０】
また、前述のように、図５は、本発明の一実施形態による、単一効果システムを図示する。しかしながら、種々の他の実施形態によれば、他の種々の種類の作業流体および多構成要素流体（例えば、臭化リチウム−水）を利用した、二重効果、三重効果、および他の多重効果システム等の、（単一効果配設とは対照的な）他の配設が使用される。図５に示されたものと同様に構成される付加的な回復構成要素は、多重効果および他の先進的熱ポンプの熱力学サイクル動作を達成する。したがって、例えば、二重効果動作は、精留器１１５０および凝縮器１２００を通って流れる前に、本実施形態で示された脱着器１１００から退出する蒸気から熱を回復回収することによって付加的な冷媒を生成する、第２効果脱着器を含むことによって、高温熱源を伴う用途のために達成される。付加的な実施例は、図５の単一効果実施形態に示された、専ら温水で冷却された吸収体の代わりに、溶液で冷却された吸収体および温水で冷却された吸収体の組み合わせを含む。他の同様な回復熱交換構成要素を備える、さらなる実施形態は、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）熱ポンプ構成を生じる。理解されるように、相対的に高い熱源入力温度が使用される実施形態では、付加的な回復熱交換構成要素または熱および質量移動構成要素の包含を通して、（同じ入力温度を使用する単一効果システムと比較して）より優れた加熱または冷却効果が達成される。
【００７１】
図６Ａおよび６Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡ１０２およびシムＢ１０４の例示的表現を図示する斜視図である。シム１０２、１０４は、本明細書で説明されるような例示的な吸収熱ポンプの特定の熱および質量移動機能を果たす、熱および質量移動システム構成要素の配設を図示する。前述のように、一実施形態によれば、シムＡおよびＢは、シムの対を形成するように組み合わされ、複数のシムの対は、シム群１０８を形成するようにさらに組み合わされる。シム群１０８を備えるために使用されるシムの対の数は、概して、各特定用途の所望の冷却または加熱負荷に依存している。さらに、以下でさらに詳細に説明されるように、シムＡ１０２およびＢ１０４のある特徴（例えば、マイクロチャネル、マイクロスケール通路、および他の流体接続ラインの数および配設）が同様または同一である一方で、他の特徴は異なる。この違いは、概して、一方の種類のシム（例えば、シムＡ）が装置１０の実施形態の全体を通して作業流体を伝える一方で、他方の種類のシム（例えば、シムＢ）は装置の全体を通して結合流体を伝えるという概念に対応する（しかし、これは、本システムの各実施形態、または特定の実施形態内の各熱および質量移動構成要素にとって必ずしもそうではない）。例示的なシムＡおよびＢを通る具体的な流体流動は、以下でさらに詳細に説明する。
【００７２】
依然として図６Ａおよび６Ｂを参照すると、図５で示され、以前に論議された例示的な熱および質量移動システム構成要素が、例示的なシム１０２、１０４の中で配設されて示されている（または具体的には、シムＡおよびＢによって画定される熱交換構成要素の個々の層が示されている）。示されるように、例示的な吸収冷却および／または加熱システムを構成する、各離散熱および質量移動システム構成要素は、各シム１０２、１０４によって形成され、かつ各シム１０２、１０４の一部である。具体的には、図５（および本明細書の他の部分）と併せて以前に説明された個々の機能を果たすための、回復溶解熱交換器８００、脱着器１１００、精留器１１５０、凝縮器１２００、回復冷媒熱交換器１３００、蒸発器１４００、および吸収体１５００の個々の層が、それぞれ、図６Ａおよび６Ｂで、シムＡ１０２およびＢ１０４の各々の中で表されている。
【００７３】
前述のように、いくつかの熱および質量移動構成要素について、シムＢ１０４と比較したシムＡ１０２の特徴（例えば、マイクロチャネル配設等）は、各個別熱および質量移動構成要素内で変化する。一実施形態によれば、これらの違いは、所望の流体流動と、その中で熱を交換する作業流体と結合流体との間の熱移動機能とを可能にする（例えば、一方のシムの種類が作業流体を運ぶ一方で、他方のシムの種類は結合流体を運ぶ）。これらの違いは、以下および後続の図でさらに詳細に示され、説明される。具体的には、必要な熱移動機能を達成するように内部シムの違いを含む、熱および質量移動構成要素は、回復溶解熱交換器８００ａ、８００ｂ、凝縮器１２００ａ、１２００ｂ、回復冷媒熱交換器１３００ａ、１３００ｂ、蒸発器１４００ａ、１４００ｂ、および吸収体１５００ａ、１５００ｂである。
【００７４】
代替として、脱着器１１００および精留器１１５０に対するシムＡおよびＢの各々の内側の特徴は、相互と比較して同じである（例えば、マイクロチャネルおよび他のマイクロスケールの通路の配設が同様である）。これらの熱交換構成要素の機能、内部シム特徴の配設、およびシム内の流体流動に基づいて、シム特徴の異種配設は、（一実施形態では）これらのシムの種類にとって必要ではない。したがって、シムＡ１０２およびＢ１０４は、シムの脱着器１１００ａ、１１００ｂ、および精留器１１５０ａ、１１５０ｂ部分について示された例示的な実施形態にとって同一である。
【００７５】
加えて、各シムＡ１０２およびＢ１０４の中の整合切り欠き６０２および６０４が、シムの穴を提供して、各熱移動装置内で所望に応じて、複数のシムの対およびカバー板１１０、１１１の正確な整合、組立、および連結を促進する。示されるように、例示的な切り欠き６０２および６０４は、全体的なアセンブリ内でシムの容易な連結および整合を可能にするように（例えば、シムがシステム組立中に偶発的に反転されないように）、相互と比較して様々な断面を有する（すなわち、切り欠き６０２が円形である一方で、切り欠き６０４は正方形である）。理解されるように、特定の実施形態に応じて、切り欠き６０２、６０４は、事実上あらゆる断面形状を画定し、いくつかの実施形態では、完全に不必要であり、したがって含まれない。
【００７６】
図７Ａおよび７Ｂは、本システムの一実施形態による、それぞれシムＡ１０２およびシムＢ１０４の例示的表現を図示する正面図である。図７Ａおよび７Ｂは、本質的に、図６Ａおよび６Ｂと併せて以前に示され、説明されているような複数のシムＡおよびＢによって画定される、熱および質量移動システム構成要素の層の正面図を図示する。したがって、例示的なマイクロスケールの吸収熱ポンプの中の熱および質量移動システム構成要素のそれぞれ、具体的には、回復溶解熱交換器８００ａ、８００ｂ、脱着器１１００ａ、１１００ｂ、精留器１１５０ａ、１１５０ｂ、凝縮器１２００ａ、１２００ｂ、回復冷媒熱交換器１３００ａ、１３００ｂ、蒸発器１４００ａ、１４００ｂ、および吸収体１５００ａ、１５００ｂが示されている。
【００７７】
また、図７Ａおよび７Ｂでは、システム内の個々の熱および質量移動構成要素内で、流体流動および結果として生じる熱移動を可能にする、マイクロチャネル７０２も示されている。理解および認識されるように、これらのマイクロチャネル７０２は、本装置の種々の実施形態によれば、様々な寸法を備え、様々な数で含まれる。本明細書で説明される１つの例示的な実施形態によれば、これらのマイクロチャネルは、シムの厚さ（例えば、０．２５ｍｍ）の約半分のチャネルエッチ深度、約０．５ｍｍのチャネル幅、および約３０６μｍの公称チャネル水力直径を備える、寸法を有する。しかしながら、再度、これらのマイクロチャネル寸法は、例示目的のみで提供され、決して本発明の範囲を限定することを目的としない。代表的な寸法およびマイクロチャネル断面は、例示的なシステム実施形態と関連する図２０および２１と併せて以下でさらに詳細に示され、説明される。
【００７８】
用語集に記載のように、例えば、たとえ例示的な実施形態が３０６μｍの水力直径を備えるマイクロチャネルを利用しても、マイクロチャネル流体流動、ならびに熱および質量移動現象は、１μｍ乃至約１ｍｍ（以上）に及ぶ水力直径を伴うチャネルで利用されてもよい。実際に、異なる流体および流体混合物に対する異なる圧力および温度で、これらのチャネルの中での、流体特性および動作条件、対応する蒸気泡形成現象および臨界気泡直径、ならびに、表面張力、重力、および慣性力の様々な効果に応じて、チャネルは、最大約３ｍｍさえもある、多少大きい水力直径で、マイクロチャネルに特有の流体流動および熱移動現象を示してもよい。
【００７９】
さらに、一実施形態では、マイクロチャネルサイズは、システムの中の各熱および質量移動システム構成要素の全体を通して同じである（例えば、３０６μｍの水力直径）。他の実施形態では、マイクロチャネル寸法は、構成要素ごとに変化する（例えば、吸収体１５００の中のマイクロチャネルは、凝縮器１２００の中のマイクロチャネルとは異なる寸法を備えてもよい）。加えて、さらに他の実施形態では、マイクロチャネル寸法は、同じ熱および質量移動構成要素内でさえも、シムＢ１０４と比較してシムＡ１０２について変化してもよい。理解および認識されるように、種々のシステム実施形態によれば、種々のマイクロチャネル寸法が、必要に応じて使用される。
【００８０】
加えて、種々の実施形態によれば、マイクロチャネルは、光化学エッチング、型打、切断、または他の機械加工技法を介して形成される。さらに、シムの中のマイクロチャネルの断面形状は、必要に応じて、単相または二相状態の流体流動を可能にするように、実施形態に応じて、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の単独で接続された断面を備え、マイクロスケールの断面形状および寸法は、熱および質量移動要件、動作圧力、組み立てられた装置の構造強度、寸法交差ならびにシムおよびカバー板の接合に対する製造制約、および他の用途特有の要因に基づいて決定される。
【００８１】
（離散した例示的な熱および質量移動システム構成要素の考察）
説明されるように、本システムの実施形態は、概して、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムあるいは熱駆動サイクル装置を備える。より具体的には、例示的な実施形態は、回復溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器、吸収体、および他の同様の構成要素等の、離散的であるが統合した熱および質量移動システム構成要素を含む、単体でマイクロスケールの吸収加熱および／または冷却装置を備える。これらの離散構成要素の特定の構造および機能、ならびに本システムの例示的な実施形態（例えば、吸収熱ポンプ）によって表されるような構成要素間の動作接続は、以下でさらに詳細に説明される。
【００８２】
（回復溶解熱交換器）
図８Ａおよび８Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ示す。示されるように、希釈アンモニア水溶液は、ともに組み合わせられた複数のシム（図１０Ａおよび１０Ｂと併せてより詳細に示され、説明される）によって形成される空隙８０２（本明細書では「積層空隙」とも呼ばれる）を通って、入口ヘッダにおいて装置（具体的には回復溶解熱交換器８００）に進入する。以下で説明されるように、空隙８０２（およびシステム空隙）は、システム内の個々の熱および質量移動構成要素またはマイクロチャネルの中または外への流体流動を可能にし、また、特定のシムの中または外への流動も許容または制限する。
【００８３】
希釈アンモニア水溶液は、溶液ポンプ５０２から外部管類（図示せず）を介して回復溶解熱交換器８００に進入する（概して吸収体１５００から開始される）。図８Ａに示された例示的な実施形態では、シムＡ１０２の平面内で、空隙８０２ａは、流体がシムを横断して流れることを可能にしない止まり穴を備える。しかしながら、図８Ｂに示されたシムＢ１０４の平面内で、空隙８０２ｂは、シムＡ１０２の中の同様のマイクロチャネル（希釈アンモニア水溶液とは逆流の配向で脱着器１１００から受容される濃縮アンモニア水溶液を運ぶ）と熱的接触している複数のマイクロチャネル７０２の中へ、希釈アンモニア水溶液が分配されることを可能にする、流体分配通路８０４への入口を含む。シムＢの中の複数のマイクロスケールチャネル７０２を通って流れると、希釈溶液は、入口における分配通路８０４と構造が同様である出口通路８０６を通って退出する。通路８０６は、積層シムＡ１０２およびＢ１０４のアセンブリによって形成される空隙８０８ａ、８０８ｂに希釈溶液を運び、この空隙は、希釈溶液のための出口ヘッダとしての機能を果たす（希釈溶液は、後に溶液膨張弁５１２に伝えられる）。
【００８４】
依然として図８Ａおよび８Ｂを参照すると、濃縮アンモニア水溶液は、それぞれ、シムＡ１０２およびＢ１０４の中の交互空隙８１０ａおよび８１０ｂの積層アセンブリを通して、回復溶解熱交換器８００に進入する。示された実施形態によれば、希釈溶液を受容する空隙８０２ａ、８０２ｂを補完する配設において、シムＢ上の空隙８１０ｂは、流体がシムを横断して流れることを可能にしない止まり穴を備える。しかしながら、シムＡ上の対応する空隙８１０ａは、分配された濃縮溶液が、空隙８１０ａからマイクロスケール通路７０２の中へ流れることを可能にする。マイクロスケール通路７０２から退出すると、濃縮溶液は、空隙８１２ａに進入し、交互積層空隙８１２ａ、８１２ｂによって形成される出口ヘッダを通って溶解熱交換器から退出し、そこで後に脱着器１１００へと伝えられる。
【００８５】
図９Ａおよび９Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の拡大斜視図をそれぞれ示す（すなわち、これらの図は図８Ａおよび８Ｂの拡大図である）。図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、希釈溶液のためのシムＡおよびＢ上の入口空隙８０２ａおよび８０２ｂの配設、ならびに空隙８０２ｂからシムＢの中の複数のマイクロスケールチャネル７０２に希釈溶液を運ぶための流体通路８０４をさらに詳細に図示する。また、濃縮（アンモニア−水）溶液を運ぶためのシムＡの中の対応する複数のマイクロスケールチャネル７０２、および回復溶解熱交換器８００の外へ濃縮溶液を移動させるための出口空隙８１２ａおよび８１２ｂも示されている。
【００８６】
図９Ｂに示されるように、分配通路８０４は、長方形の均一な断面を含む。しかしながら、他の実施形態では、シムＢ１０４の中のマイクロチャネル７０２を通る均一な流動分配を確保することが必要な場合、この断面は、分配通路８０４の中ならびにマイクロチャネル７０２の中で流圧降下をより良好に管理するように、流体が流れる方向に対して先細りであり、これは改善した流体分配につながる。種々の実施形態によれば、シムＡ１０２およびＢ１０４の中のマイクロチャネル７０２の断面は、それぞれ、各特定用途に対する所望の流速および熱移動速度に基づいて、正方形、長方形、半円形、半楕円形、三角形、または他の同様な単独で接続された形状を備える。さらに、シムＡおよびＢ上のマイクロチャネル７０２の断面は、必ずしも同じではなく、（それぞれシムＡおよびＢ上の）２組の通路が、その中を流れる希釈および濃縮溶液流の異なる流速および熱容量に適応するために、異なるマイクロスケール通路の幾何学形状を採用することができ、熱抵抗のより良好な合致をもたらす。
【００８７】
本システムの種々の実施形態によれば、回復溶解熱交換器８００、ならびに本明細書で説明される装置の他の熱および質量移動システム構成要素と関連付けられる、空隙８０２ａ、８０２ｂ、８１２ａ、８１２ｂ、および他の空隙は、特定の実施形態による所望または必要に応じて、様々な断面を備える。例えば、空隙８１２が、正方形の断面を備える一方で、空隙８０２は、図９Ａおよび９Ｂに示された実施形態については円形の断面を備える。しかしながら、他の実施形態によれば、長方形および他の同様な断面等の、他の形状が利用される。一実施形態では、圧力抵抗を低減する（しかし同時にマイクロチャネルが同一の流動長を有することを確実にする）よう、「Ｄ」の直線部分がマイクロチャネルの入口に沿って整合されるように、Ｄ字型空隙が使用される。
【００８８】
以前に簡潔に論議されているように、図１０Ａおよび１０Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復溶解熱交換器８００と関連付けられた、複数の積層シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の拡大斜視図を図示する。示されるように、図１０Ａの最上シムが代表的なシムＡ１０２である一方で、図１０Ｂの最上シムは代表的なシムＢ１０４である。図１０Ａおよび１０Ｂに示された複数の積層シムは、空隙８０２と分配通路８０４との間、ならびに空隙８１２とマイクロチャネル７０２との間の動作接続を詳細に図示する。前述のように、シムＢ上の通路８０４の幾何学形状は、溶液が空隙８０２からシムＢの中へ入ることを可能にする。加えて、シムＡ上のマイクロチャネル７０２は、溶液がマイクロチャネルから空隙８１２に移ることを可能にする。また、示されるように、シムＡが分配通路８０４を含まないため、溶液は空隙８０２からシムＡに流入することを制限される。さらに、シムＢが空隙８１２へのマイクロチャネル接続を含まないため、溶液はシムＢからこの空隙８１２の中または外へ移ることを制限される。理解および認識されるように、他の同様な通路、空隙、およびマイクロチャネル配設が、以下でさらに詳細に説明されるように、本システムの実施形態内の他の熱および質量移動構成要素で利用される。
【００８９】
（脱着器／精留器）
図１１Ａおよび１１Ｂは、本装置１０の実施形態による、脱着器１１００および精留器１１５０と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。前述のように、脱着器１１００に対する特徴、通路の配設等は、シムＢと比較して、シムＡについて同じである。同様に、精留器１１５０に対する特徴、通路の配設等は、シムＢと比較して、シムＡについて同じである。したがって、図１１Ａおよび１１Ｂに示された実施形態の表現は同一である。しかしながら、理解および認識されるように、本システムの代替実施形態は、シムＡおよびＢの中のマイクロスケール特徴の配設が同じである必要がないように、（本明細書で説明される他の熱および質量移動構成要素と同様に）交互または逆流マイクロスケール通路を利用する。
【００９０】
図１１Ａおよび１１Ｂに示された脱着器１１００の実施形態を参照すると、濃縮アンモニア水溶液は、複数のシムの対ＡおよびＢによって画定される積層空隙によって形成される入口ヘッダ１１０２を介して、回復溶解熱交換器８００から脱着器に進入する。次いで、濃縮溶液は、シムＡおよびＢ上の複数の通路１１０４に進入し、溶液がこれらの通路を通って流れるにつれて、（空隙１１０６を介して）外部熱源によって加熱され、したがって、アンモニア−水冷媒蒸気および希釈アンモニア水溶液を産生する。示されるように、外部熱源は、それぞれ、シムＡおよびＢの中の複数の空隙１１０６を通して、濃縮溶液に提供される。種々の実施形態によれば、熱源からの熱は、高温ガス流、例えば、煙道ガス流、凝縮蒸気、または他の高圧凝縮流体、または外部加熱された固体伝導性ヒータ、または外部熱源に結合された熱移動結合流体、または他の同様の技法によって、空隙１１０６を通して提供される。図１１Ａおよび１１Ｂの実施形態に示された、通路１１０４の中の濃縮アンモニア水溶液と空隙１１０６の中の外部熱源との間の交流配向は、この流れに対する１つの可能な構成にすぎない。例えば、代替実施形態では、図１１Ａおよび１１Ｂに示されるようなシムの垂直配向とは対照的に、対応する溶液通路１１０４と平行にシムＡおよびＢの中の空隙１１０６を配向させることによって、アンモニア水溶液と外部熱源との間の逆流配向が提供される。
【００９１】
入口ヘッダ１１０２付近のシムＡおよびＢの中のスロット空隙１１１０は、外部熱が濃縮溶液に最大限に適用されるように、回復溶解熱交換器構成要素８００と脱着器熱源空隙１１０６との間に熱的隔離を提供する。他の実施形態および側面によれば、高温および低温で維持されるべき熱交換構成要素の間で熱的分離を達成するために、本システムの全体を通した種々の位置で同様の空隙が使用される。脱着器通路１１０４から退出する希釈アンモニア水溶液およびアンモニア−水蒸気混合物は、複数のシムの対ＡおよびＢによって画定される積層空隙によって形成される脱着器出口ヘッダ１１０８の中に集合し、後に、精留器１１５０に流入する。
【００９２】
概して、脱着器出口ヘッダ１１０８からのアンモニア水蒸気は、シムＡおよびＢ上の精留器トレイ１１１２によって形成される精留器蒸気空間１１２２に流入する。蒸気が精留器１１５０に沿って進むにつれて、蒸気空間チャンバ１１２２の側壁に沿った通路１１１６を通ってアンモニア−水蒸気へと逆流配向で流れる結合流体による冷却は、蒸気の精留を達成する。特定の実施形態に応じて、この結合流体は、（前述の）溶液ポンプ５０２から退出する中温結合流体または濃縮アンモニア水溶液を含む。結合流体は、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１１８によって形成される入口ヘッダにおいてアセンブリ１０に進入し、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１２０によって形成される出口ヘッダから退出する。精留過程中、還流液体（すなわち、希釈アンモニア水溶液）は、トレイ１１１２の中に集合し、脱着器出口ヘッダ１１０８の中へ再び流入し、そこで、脱着器から退出する前に、その中で希釈アンモニア水溶液と混合する。一実施形態によれば、希釈アンモニア水溶液は、カバー板の穴（図示せず）を通って脱着器出口ヘッダ１１０８から退出する。精留された高濃度アンモニア水蒸気は、シムＡおよびＢの中の積層空隙１１１４によって形成される蒸気出口ヘッダを通って、精留器蒸気空間１１２２から退出し、後に、凝縮器１２００に移動させられる。
【００９３】
一実施形態によれば、シムＡおよびＢの中の通路１１１６を介して積層空隙１１１８および１１２０の間を流れる結合流体は、強制対流である。一方で、アンモニア−水蒸気が精留器１１５０を通過して精留されるにつれて、還流液体は、精留器に戻り、出口ヘッダ１１０８において集合する。精留器１１５０内のこの蒸気および還流液体の逆流は、希釈アンモニア水溶液からの蒸気の精留をさらに向上させる、（結合流体側の強制対流とは違った）重力／浮力駆動流を含む。本システムの種々の実施形態に組み込まれるシム、通路、およびマイクロチャネルの幾何学形状により可能である、様々な幾何学形状は、熱または熱および質量移動システムの実施形態において、精留器１１５０および脱着器１１００等の種々の熱および質量移動システム構成要素の中で、所望に応じて、異なる流体流について共流および逆流の強制対流および重力／浮力駆動流の組み合わせを可能にする。理解および認識されるように、この流れが発生するために、全体的なシステム１０は、精留器１１５０が脱着器１１００より上側で垂直に整合されるように配向されるべきである。したがって、例えば、使用中に、本明細書で説明されるシステムの実施形態は、相対的に平坦な配設（図４Ａ−４Ｄ等に示されるような）ではなく、図１、２等に示されたものと同様に配向されるべきである。
【００９４】
（凝縮器）
図１２Ａおよび１２Ｂは、本装置１０の実施形態による、凝縮器１２００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。凝縮器の構造および幾何学形状は、図８Ａおよび８Ｂと併せて以前に論議されている回復溶解熱交換器８００と相対的に同様である。示された実施形態では、中温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１２０２ａ、１２０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、凝縮器１２００に進入する。シムＢの中の空隙１２０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への結合流体の分配流動を可能にする、通路１２０４につながる。結合流体は、これらのマイクロチャネル７０２を通過するにつれて、シムＡの中のマイクロチャネルを通過する作業流体によって加熱される。次いで、加熱された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１２０８ａ、１２０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１２０６へと流れ、中温温水流体ライン（例えば、外気に結合される）に戻される。
【００９５】
示されるように、精留器１１５０からのアンモニア−水蒸気は、それぞれシムＡ１０２およびＢ１０４の中の積層空隙１２１０ａ、１２１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、凝縮器構成要素１２００に進入する。シムＡの中の空隙１２１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、凝縮蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。凝縮および補助冷却された冷媒液体は、シムＡの中のマイクロスケールチャネル７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１２１２ａ、１２１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１２０４、１２０６、および凝縮器１２００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【００９６】
（回復冷媒熱交換器）
図１３Ａおよび１３Ｂは、本装置１０の実施形態による、回復冷媒熱交換器１３００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。回復冷媒熱交換器の構造および幾何学形状は、図８Ａおよび８Ｂと併せて以前に論議されている回復溶解熱交換器８００と相対的に同様である。示された実施形態では、凝縮器１２００からの高圧液体冷媒（すなわち、アンモニア）は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１３０２ａ、１３０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、回復冷媒熱交換器に進入する。示されるように、シムＢの中の空隙１３０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への液体冷媒の分配流動を可能にする、通路１３０４につながる。液体冷媒がシムＢ上のマイクロチャネルを通って流れるにつれて、液体冷媒は、シムＡの中のマイクロチャネル７０２を通って同時に流れる低圧冷媒蒸気によって冷却される。後に、冷却された冷媒流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１３０８ａ、１３０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１３０６へと流れる。
【００９７】
蒸発器１４００からの低圧蒸気は、それぞれシムＡ１０２およびＢ１０４の中の積層空隙１３１０ａ、１３１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、回復冷媒熱交換器１３００に進入する。シムＡの中の空隙１３１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる高圧冷媒液に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、冷却剤としての低圧冷媒蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。冷媒蒸気は、マイクロスケール通路７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１３１２ａ、１３１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、高圧冷媒液入口および出口通路１３０４、１３０６、および回復冷媒熱交換器１３００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【００９８】
（蒸発器）
図１４Ａおよび１４Ｂは、本装置１０の実施形態による、蒸発器１４００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。蒸発器の構造および幾何学形状は、図１２Ａおよび１２Ｂと併せて以前に論議されている凝縮器１２００と相対的に同様である。示された実施形態では、低温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１４０２ａ、１４０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、蒸発器に進入する。シムＢの中の空隙１４０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への液体冷媒の分配流動を可能にする、通路１４０４につながる。結合流体は、シムＢ上のマイクロチャネルを通って流れるにつれて、シムＡの中のマイクロチャネル７０２を通って流れる（膨張弁５３４を介して回復冷媒熱交換器１３００からの）アンモニア−水二相混合物によって冷却される。次いで、冷却された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の積層空隙１４０８ａ、１０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１４０６へと流れ、後に、空調空間を冷却するため、または他の同様の用途に使用される。
【００９９】
示されるように、膨張弁５３４から出て行く流体ライン５３６（図５および関連考察を参照）からのアンモニア−水二相混合物は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１４１０ａ、１４１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、蒸発器構成要素１４００に進入する。シムＡの中の空隙１４１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、蒸発蒸気の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。蒸発した冷媒蒸気は、シムＡの中のマイクロチャネルから退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１４１２ａ、１４１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１４０４、１４０６、および蒸発器１４００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【０１００】
（吸収体）
図１５Ａおよび１５Ｂは、本装置１０の実施形態による、吸収体１５００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分の斜視図をそれぞれ図示する。示された実施形態では、中温結合流体は、それぞれシムＡおよびＢの中の積層空隙１５０２ａ、１５０２ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体１５００に進入する。シムＢの中の空隙１５０２ｂは、シムＢ上の複数のマイクロチャネル７０２の中への結合流体の分配流動を可能にする、通路１５０４につながる。結合流体は、シムＡ上のマイクロチャネル７０２を通過する希釈アンモニア水溶液および冷媒蒸気との熱的接触を介して加熱される。次いで、加熱された結合流体は、それぞれシムＡおよびＢ上の空隙１５０８ａ、１５０８ｂによって形成される出口ヘッダにつながる、シムＢ上の出口通路１５０６へと流れる。
【０１０１】
示された実施形態では、溶液膨張弁５１２から出て行く流体ライン５１４（図５および関連考察を参照）からの希釈アンモニア水溶液は、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１０ａ、１５１０ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体構成要素１５００に進入する。シムＡの中の空隙１５１０ａは、シムＢ上の同様のマイクロチャネル７０２を通って流れる結合流体に対して逆流配向であり、かつ熱的接触している、希釈溶液および冷媒蒸気（以下で説明される混合物）の流動を可能にする、複数のマイクロチャネル７０２につながる。中温結合流体は、希釈溶液および冷媒蒸気混合物から吸収熱を除去し、それにより、シムＡの中のマイクロチャネルの中で濃縮アンモニア水溶液を形成する。濃縮アンモニア水溶液は、マイクロチャネル７０２から退出し、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１２ａ、１５１２ｂによって形成される出口ヘッダに流入する。
【０１０２】
一実施形態によれば、回復冷媒熱交換器１３００から出て行く流体ライン５１６（図５および関連考察を参照）からのアンモニア−水蒸気は、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１４ａ、１５１４ｂによって形成される入口ヘッダを通って、吸収体１５００に進入する。シムＢの中の空隙１５１４ｂは、シムＡの蒸気入口穴１５１８を通して、シムＡの中のマイクロチャネル７０２にアンモニア−水蒸気を供給する、通路１５１６につながる。入口穴１５１８の位置は、図１５Ａに示されており、図１６Ａでさらに詳細に示されている。
【０１０３】
示された実施形態によれば、蒸気入口穴１５１８を通して、シムＡ上のマイクロチャネルの中への流入アンモニア−水蒸気の進入を可能にする目的で、シムＡ上のマイクロチャネル７０２は、シムＢ上のマイクロチャネル７０２よりも、さらに入口ヘッダ１５１０ａに向かって長く延在する。ヘッダ１５１０ａを通ってシムＡ上のマイクロチャネル７０２に進入する希釈アンモニア水溶液と、入口穴１５１８を通ってこれらの同じマイクロチャネルに進入するアンモニア−水蒸気との混合二相流は、吸収時に、それぞれシムＡおよびＢの中の空隙１５１２ａ、１５１２ｂによって形成される出口ヘッダの中へ、濃縮溶液としてマイクロチャネルから退出する。理解されるように、蒸気は、強制対流に基づいて、入口穴１５１８を介してマイクロチャネル７０２に進入し、これはまた、希釈溶液が入口穴１５１８に流入することも防止する。形状、断面、および寸法を含む、マイクロチャネルの幾何学形状、結合流体入口および出口通路１５０４、１５０６、１５１６、および吸収体１５００に対する空隙と関連する、変化例、オプション、および他の詳細は、平等に適用され、回復溶解熱交換器８００と併せて以前に説明されているものと同様である。
【０１０４】
図１６Ａおよび１６Ｂは、本装置１０の実施形態による、吸収体１５００と関連付けられた、シムＡ１０２およびシムＢ１０４の複数部分それぞれの拡大斜視図である。具体的には、図１６Ａおよび１６Ｂは、シムＡ１０２の中のマイクロチャネル７０２における蒸気入口穴１５１８の位置の一実施形態を図示する。示されるように、シムＡの入口穴１５１８は、シムＢ通路１５１６に位置して、通路１５１６から流れる蒸気が、シムＡの中のマイクロチャネル７０２に流入し、マイクロチャネルの中で希釈アンモニア水溶液と混合することを可能にする。理解および認識されるように、蒸気入口穴１５１８は、本システムの種々の実施形態によれば、種々の断面形状、面積、配設等を備える。
【０１０５】
（モジュール式構成要素を備える代替実施形態）
図１７は、例示的な吸収冷却および／または加熱システムと関連付けられた、離散熱および質量移動システム構成要素を備える、本システムのモジュール式実施形態を図示する。図１７に示された離散熱および質量移動構成要素は、以前に論議されている好ましい単体装置と典型的に関連するものよりも大きい冷却および／または加熱容量を伴う、吸収熱ポンプ（および／または他の熱または熱および質量移動システム）のモジュール式で万能な組立を促進する、離散構成要素ごとの組立において、例示的な吸収熱ポンプを画定する。回復溶解熱交換器８００、脱着器１１００、精留器１１５０、凝縮器１２００、回復冷媒熱交換器１３００、蒸発器１４００、および吸収体１５００を備える、熱および質量移動構成要素は、システム組立のための１つのレイアウトに従って配設された個々の熱および／または質量交換器として示されている。概して、これらの熱および質量移動構成要素のうちの各々のシステム構造、特徴、および機能は、前述のものと同様である。例えば、図１７に示された各構成要素は、複数のシムの対を含むが、各シムは、各々の構成要素の個々の熱および質量移動機能を果たすために必要なマイクロスケール特徴しか含まない。
【０１０６】
不必要な散乱を回避するために、結合流体への流体ラインおよび接続等は、図１７で示されていない。しかしながら、理解されるように、適宜に、構成要素内および／または間で作業流体および結合流体を移動させるように、流体接続ラインまたは他の通路がシステム実施形態に含まれるべきである。一実施形態によれば、個々の熱および質量移動構成要素が離散構成要素として形成されるが、全体的な加熱および／または冷却アセンブリは、必要であれば、一体パッケージに含有されてもよいように、図１７に示された離散構成要素は、大型の絶縁ユニット等の統合構造に組み込まれる。
【０１０７】
（特定の例示的な実施形態の説明）
以下の考察は、本明細書で説明される本システムの特定の例示的な実施形態の詳細に関する。具体的には、以下では、説明された例示的な実施形態および同実施形態を作製する方法と関連する、計算、製造過程、設計詳細、寸法、特徴配設、例示的な作業流体および結合流体、および他の同様な詳細が説明される。理解および認識されるように、以下で説明される具体的実施形態および用途は、本システムの一実施形態にすぎず、決して、本開示の範囲、または本明細書で説明される本発明およびシステムを限定することを目的としない。
【０１０８】
具体的には、以下の考察は、マイクロチャネル熱および質量移動システム構成要素を利用する、小型化（すなわち、マイクロスケールの）単体吸収熱ポンプシステムの設計および製造を説明する。本システムの例示的な実施形態は、以下で概説される、仕様、パラメータ等に従って構築され、特定パラメータ下での例示的な実施形態について達成された性能結果を、以下に提供する。
【０１０９】
（製造技法）
例示的な装置を構築するために使用される製造技法は、複数のマイクロチャネル熱および質量移動構成要素または熱交換構成要素（すなわち、熱交換器）が、単一の単体構造で同時に製造されることを可能にするこの例示的な実施形態について、マイクロチャネル７０２が、最初に、湿式化学エッチング過程によって、ステンレス鋼シム１０２、１０４上に形成される。次いで、シムは、全体的な装置１０を形成するように、ともに拡散接合される。交互パターンで、異なるマイクロチャネル構成を伴うシムを配置することによって、各熱および質量移動構成要素の流体流は、密接に熱的接触できるようになる。マイクロチャネル製造過程の一実施形態によるステップは、以下でさらに詳細に概説される。
【０１１０】
（光化学エッチング）
図１８は、本明細書で説明されるような例示的実施形態による、マイクロチャネル７０２を製造するための光化学エッチング過程の一実施形態と関連するステップを図示する。理解および認識されるように、他の過程および製造技法が、以前に説明されているようなマイクロチャネルを製造するために使用されてもよい。光化学エッチング過程は、表面上のあらゆる油、油脂、金属作業流体、または他の汚染物質を除去するように、ステンレス鋼シム１０２、１０４を清浄することから始まる。次いで、シムは、金属の表面上のあらゆる薄い酸化膜または酸化物を除去するように、塩酸で清浄される。
【０１１１】
次いで、感光性材料（フォトレジスト）が、所与のシム１０２、１０４の両側に塗布される。例示的な装置の生産で使用されるフォトレジスト材料は、ドライフィルムネガレジストである。紫外線光に曝露されるレジストの複数部分は、硬化し、エッチング過程中に下層の鋼鉄を保護する。
【０１１２】
必要な流路（すなわち、マイクロチャネル）の像を含有するマスクが、２つのシム設計（すなわち、シムＡ１０２およびＢ１０４）の各々の両側に対して作成される。マスクは、エッチングされる領域を表す不透明部、およびフォトレジストがエッチング化学物質から基部を依然として保護するべきである領域を表す透明部を伴う、フィルムである。マスクは、シムの両側に載置され、鋼鉄の両側で特徴の合致を確保するように整合される。
【０１１３】
次いで、鋼鉄、フォトレジスト、およびマスクの配設は、フォトレジストを硬化するように紫外線光に曝露される。次いで、未硬化フォトレジストが発生過程で除去される。次いで、硬化フォトレジストを伴う金属がエッチング過程を通過させられ、塩化鉄溶液(すなわち、酸性溶液)がエッチング液として使用される。この酸性溶液は、露出した金属を除去し、鋼鉄にマイクロチャネルおよび穴を形成する。
【０１１４】
いったんシムがエッチング過程から除去されると、残りのフォトレジスト材料が同様に除去される。エッチング過程中、シムは、いくつかのタブによって過程シートに接続されたままである。シムをシートにタブで取り付けられたままにすることにより、一貫性のあるエッチングを確保する。フォトレジスト材料が除去された後、個々のシムが過程シートから除去される。フォトレジスト塗布およびエッチング過程は、概して、エッチング過程中に製造欠陥を引き起こし得る粉塵汚染の危険性を低減するように、清潔な部屋の中で行われる。
【０１１５】
（拡散接合）
本明細書で説明される例示的な実施形態では、拡散接合過程を使用してシムが連結される。理解されるように、シムは、前述のような種々の実施形態による他の接合または組み合わせ過程を介して、組み合わせられてもよい。拡散接合過程は、シム１０２、１０４の清浄および点検から始まり、シム材料上にバリまたは異物がないことを確実にする。シムは、無電解ニッケルめっき処理において、ニッケルめっきで被覆される。ニッケルめっきは、拡散接合過程中に気密シールを作成するのに役立つように塗布される。
【０１１６】
次いで、シム１０２、１０４およびカバー板１１０、１１１が、正しい順番で配設され（例えば、交互シムＡおよびＢ）、シムの適正な整合が、慎重に監視される（例えば、前述の整合切り欠き６０２、６０４を介して）。それぞれ、前板１１０、終板１１１、およびシム群１０８の整合切り欠きに、２つのピンが挿入される。この特定の実施形態では、全てのシムおよび終板カバー板１１１はそれぞれ、少なくとも１つの整合切り欠きを有する。この整合スキームは、たとえ整合切り欠きの位置に軽微な不整合性があっても、鋼鉄シムが平坦に位置することを可能にする。それはまた、±０．０５ｍｍの整合公差を達成しながら座屈または限界を引き起こすことなく、接合過程中に熱膨張により鋼鉄が膨張および接触することを可能にする。
【０１１７】
次いで、組み立てられたシステム１０は、図１９によって図示および表現された加熱圧搾真空炉１９００に入れられる。加熱圧搾炉１９００の中での排気は、シム（すなわち、積層板）の間から、ならびに組み立てられたシム内の空隙から、空気を除去する。次いで、システムを真空条件で高温（例えば、約１０００℃）に上昇させ、隣接する構成要素間の界面応力を必要値（例えば、約１０ＭＰａ）に上昇させるように、負荷がシステムに印加される。システムは、接合過程が発生するために十分な期間（例えば、約５時間）にわたって、これらの条件にとどまる。
【０１１８】
接合過程中、接触面上の表面凹凸が塑性的に変形し始める。変形は、表面間の細孔が排除されるまで継続する。次いで、隣接する表面からの原子が、界面を横断して拡散することができ、粒界が界面領域中で再編成することを可能にする。この過程は、バルク材料の降伏強度に近い強度で接合を形成する。
【０１１９】
（サイクル設計計算）
冷却モードで単一効果吸収サイクルを操作するための代表的な設計条件を選択することによって、例示的なシステムの熱力学的モデルを作成した。この項の全体を通して、参照を容易にするために、以前に提示された参照番号が、種々のシステム構成要素を識別するために使用される。具体的には、図５を参照すると、本システムの一実施形態による、内部熱および質量移動システム構成要素ならびに構成要素間の流体流動の概略機能図が参照される。主に、サイクル設計を可能にするように、外部熱源入力、所望の冷却、および周囲条件が確立される。３７℃の代表的なヒートシンク（すなわち、熱遮断１４０）温度、８００Ｗの火力入力（すなわち、熱源１３０）、および３００Ｗの特定所望冷却１５０により、システム設計計算が開始される。既述のように、これらの選択されたパラメータは、純粋に例示的なシステム実施形態を説明する目的で選択され、決してシステムパラメータ、容量等を限定することを目的としない。
【０１２０】
熱源およびヒートシンクのこれらの特定の代表的な外部条件は、合理的な構成要素の表面積要件を生じる、外部条件と作業流体との間の温度差の許容差と組み合わせて、それぞれ、約１６００および４００ｋＰａの高い側および低い側の動作圧力をもたらす。したがって、高い側の圧力は、凝縮器１２００の中の凝縮冷媒（すなわち、アンモニア）と周囲シンクとの間の駆動温度差の選択によって確立される。脱着器構成要素１１００における駆動温度差、およびすでに確立された高い側の圧力の同様の考慮は、希釈溶液の流出温度および濃度、すなわち、アンモニア水溶液中のアンモニアの分画を生じる。脱着器１１００における対応する濃縮溶液の流入温度、高い側の圧力、およびアンモニア−水混合物の平衡特性を使用して、溶液の流入エンタルピーが取得される。脱着器１１００における希釈溶液の流出エンタルピーと併せて、熱流力が、熱源と作業流体との間のエネルギーバランスを通して、濃縮溶液流速と関係付けられる。代表的な設計点計算のために、結果とて生じる濃縮溶液の質量流速およびアンモニアの質量分画は、それぞれ、２．７×１０−３ｋｇ／ｓおよび０．３７である。エネルギーバランス計算および平衡関係はまた、脱着器１１００の出口における蒸気の質（アンモニア−水蒸気対総アンモニア−水二相流速の比）および濃度ももたらす。この代表的な例示的サイクルの主要動作条件の概要を、表１に提供する。
【０１２１】
【表１】
【０１２２】
脱着器１１００から退出する低蒸気濃度は、蒸発器１４００の中で重度の温度降下の不利益を引き起こし、必要以上に冷却を制限する冷媒の温度上昇をもたらす。適切に純粋なアンモニア冷媒流を確保するために、蒸気流は、過剰な水蒸気を取り除くように精留器１１５０の中で冷却されるべきである。したがって、精留器から出て行く飽和蒸気流の設計流出温度は、この例示的実施形態については、９８％の最小アンモニア濃度を提供するように設定される。
【０１２３】
概して、精留器１１５０の中の冷媒流から凝縮される還流液体は、分離チャンバの中へ逆流し、そこで、脱着器１１００から退出する前に希釈溶液と混合する。精留器の蒸気流入および流出ならびに液体流のエネルギーバランスは、精留器の冷却負荷を生じる。この実施形態では、必要な冷却を提供する設計計算のために、溶液ポンプ５０２（例えば、図５）から出て行く濃縮溶液流は、精留器１１５０のための冷却源であると仮定される（すなわち、冷却流体ライン５２４を介する）。前述のエネルギーバランスはまた、精留器の中で蒸気流を冷却すると、濃縮溶液の流出エンタルピーおよび温度を生じる。加えて、精留器における質量および種のバランスは、冷媒および還流の質量流速を生じる。還流は、精留器の底部の分離チャンバの中で残りの溶液と混合し、回復溶解熱交換器８００に向かって退出する。この混合過程における質量および種のバランスは、希釈溶液の流速および濃度を生じる。
【０１２４】
精留器１１５０から出て行く冷媒蒸気は、凝縮器１２００へと流れる。凝縮器からの補助冷却された液体冷媒の流出を仮定して、冷媒の濃度および高い側の圧力、ならびに凝縮器冷媒の流出温度が確立される。凝縮器の熱負荷も、エネルギーバランスを使用して計算される。加えて、この凝縮器の熱負荷は、凝縮器からの（すなわち、中温流体ライン５２８を介した）冷却液の流出温度を決定するために、指定の冷却液（すなわち、結合流体）の流速と組み合わせて使用される。凝縮器１２００から出た後、冷媒は回復冷媒熱交換器１３００を通って流れ、そこで、蒸発器から出て行く冷媒によってさらに冷却される。
【０１２５】
膨張弁５３４（図５参照）を通って回復冷媒熱交換器１３００から退出する冷媒の膨張は、蒸発器１４００の流入温度を生じる、この例示的実施形態については、等エンタルピーであると仮定される。固定された蒸発器温度降下要求により、蒸発器の流出温度が決定され、それはまた、蒸発器の冷却負荷も生じる。計算された冷却負荷は、指定の冷蔵水（すなわち、結合流体）の流速および流入温度と併せて、エネルギーバランスから冷蔵水の流出温度（すなわち、所望の冷却１５０に対して）を生じる。同様のエネルギーバランスが、この熱交換器の出口における低圧蒸気状態を取得するように回復冷媒熱交換器１３００上で行われ、これはまた、この例示的実施形態の吸収体冷媒の流入条件でもある。
【０１２６】
溶液回路を再び参照して、所望の例示的実施形態によれば、回復溶解熱交換器８００への濃縮溶液入口は、精留器１１５０の出口によって決定される。回復溶解熱交換器におけるエネルギーバランスは、この熱交換器からの希釈溶液および濃縮溶液の流出常建、ならびにその熱負荷を生じる。溶液膨張弁５３４は、等エンタルピーであると仮定される。吸収体１５００に関して、（上記で説明されるように）吸収体への流入条件が固定されている状態で、吸収体出口における仮定された溶液補助冷却により、吸収体の熱負荷がエネルギーバランスから計算される。
【０１２７】
いったん状態点が、各例示的熱および質量移動システム構成要素に対する質量、種、およびエンタルピーのバランスを使用して、（上記で説明されるように）固定されると、所望の冷却負荷を生じるために必要な各構成要素の熱移動率も固定される。これらの所望の熱負荷ならびに関連熱および質量移動モデルおよび相関に基づいて、必要な熱および質量移動構成要素の表面積要求を取得するように、後続の計算が行われる。様々なレベルの詳細が、そのような構成要素設計計算に組み込まれてもよいが、この特定の例示的実施形態の製造のためには、各構成要素を単一の統合構成要素として取り扱うことによって、構成要素の熱および質量移動計算が行われ、流体特性は構成要素に対して平均化される。したがって、熱および質量移動構成要素のサイズは、構成要素の熱負荷、結合した熱および質量移動抵抗、および駆動対数平均温度差に基づいて取得される。この技法は、２つの流体流（例えば、作業流体および結合流体）の熱容量率が熱交換器の長さに沿って一定である、熱交換器に有効である。アンモニア−水システムについては、いくつかの構成要素では、熱容量は長さに沿って変化するが、駆動温度差の適正な計算とともに、構成要素のサイズの合理的な推定値を取得するように、この技法が適用されてもよい。熱および質量移動構成要素の幾何学的形状は、概して、必要な熱負荷を満たす、これらの熱および質量移動計算に基づいて、ならびに、本明細書で論議される製造技法に基づく寸法要求に基づいて、決定される。
【０１２８】
（構成要素設計計算）
上記で説明されるように、説明された例示的実施形態によれば、各熱移動構成要素の必要なサイズ（全体的な熱移動伝導性、ＵＡ）が、サイクルモデルから決定される。各熱および質量移動構成要素の特定の流体チャネル構成（すなわち、マイクロチャネル、空隙、および分配通路）は、各個別構成要素の全体的な熱移動抵抗を推定することによって決定される。
【０１２９】
図２０は、本システムの例示的実施形態による、シム内のマイクロチャネル７０２の代表的な配設を示す、複数の積層シムＡ１０２およびＢ１０４の一部分の断面２０００を図示する。断面２０００は、具体的には、本明細書で説明される所与の熱交換構成要素に対する、組み合わせられたシムＡおよびＢの中のマイクロチャネル７０２の相対的位置付け、サイズ決定、熱的接触等を図示する。理解および認識されるように、図２０で図示された断面配設２０００は、例示目的のみで示されており、本システムの他の実施形態は、当業者に思い付くような他のマイクロチャネル配設を利用する。
【０１３０】
図２０に示されるように、熱交換流体（例えば、結合流体および作業流体）は、逆流配設における交互シムＡ１０２およびＢ１０４上のマイクロチャネルを通って流れる（しかし、理解されるように、具体的実施形態に応じて、流動は必ずしも逆流である必要はない）。各熱交換構成要素の分析は、種々のマイクロチャネルおよびシム寸法（以下でさらに詳細に説明される）を図示する、抽出された拡大断面２００２を考慮することによって始まる。
【０１３１】
説明された実施形態によれば、かつ図２０に示されるように、マイクロチャネルを作成する湿式化学エッチング過程は、丸みを帯びた長方形のチャネル断面を作成する。エッチング過程中に、エッチング液は、横方向ならびに垂直に作用し、硬化フォトレジストの縁の下の材料を除去し、図２０に示されるような丸みを帯びた特徴を作成する。
【０１３２】
説明された例示的な実施形態によれば、システムの中の各熱および質量移動構成要素は、（ｔｗａｌｌとして図２０に図示されるような）シムの間の介在金属壁によって提示される伝導性熱抵抗に加えて、シムＡ１０２およびＢ１０４の中の各々のマイクロチャネルを通って流れる各流体によって提示される熱抵抗を計算することによってモデル化される。さらに、マイクロチャネルの総表面積は、壁の反対側の流体と直接および間接的に熱的接触している表面の組み合わせとして取り扱われる。マイクロチャネル側壁によって提示される間接熱的接触は、適切なフィン効率に基づいて有効熱移動面積を計算することによって説明される。（この設計過程で遭遇する熱移動係数の範囲（３８０〜３８，０００Ｗ／ｍ２−Ｋ）、および関心のチャネルおよびシムの幾何学形状の範囲について、フィン効率アプロ−チ統一、およびマイクロチャネル壁の全面積を、主要面積として取り扱うことができる。）流体流のそれぞれに対する熱移動係数は、適用可能な相関から決定される。
【０１３３】
上記で概説される熱交換構成要素の熱および質量移動設計アプローチに基づいて、各構成要素に対するマイクロチャネルの幅、マイクロチャネルの長さ、およびマイクロチャネルの数は、熱力学的サイクル分析から計算された適切な動作条件で設計熱負荷を満たすように決定される。しかしながら、理解されるように、上記で概説されるアプローチは、適切なマイクロチャネル寸法を決定する１つのアプローチにすぎず、当業者に思い付くように、他のアプローチが他の実施形態で使用される。
【０１３４】
図２１は、本システムの例示的実施形態による、特定の例示的なシムおよびマイクロチャネル寸法の接写図を図示する、シムＡ１０２およびＢ１０４の拡大断面２１００を図示する。この例示的実施形態に対する設計手順を単純化するために、図２１に示されるように、単一のマイクロチャネルサイズが、上述の全ての熱交換構成要素および／または熱および質量移動システム構成要素に使用される。示されるように、０．５ｍｍ（すなわち、約０．０２ｉｎ）のシムの厚さが、部分的には、シム上に製造することができるマイクロチャネルのサイズの範囲に基づいて選択される。シムの厚さの半分のマイクロチャネルエッチング深さおよび０．５ｍｍのマイクロチャネル幅では、この例示的実施形態に対する公称チャネル水力直径は３０６μｍであり、１ｍｍのチャネル水平横断ピッチおよび０．５ｍｍの垂直ピッチを伴う。これらの寸法は、図２１に図示されている。理解されるように、これらの寸法は、例示目的のみで提示されており、本システムの実施形態は、示され、説明された指示寸法によって、決して限定されない。
【０１３５】
説明された例示的な実施形態では、全ての結合流体の流動は、単相層流の液体流動である。同様に、回復溶解熱交換器８００および回復冷媒熱交換器１３００の中の作業流体流動は、単相層流である。説明された実施形態によれば、例示的なマイクロチャネル形状（図２１に示される）および他の同様の形状（精留器１１５０の中の冷却液用の長方形チャネル等）の中のそのような単相流動に対する熱移動係数および摩擦因数は、Ｋａｋａｃ ｅｔ ａｌ．，Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，Ｗｉｌｅｙ（１９８７）で報告されている相関を使用して推定される。
【０１３６】
一実施形態によれば、凝縮等の蒸気から液体への相変化について、Ｓｈａｈ，Ｍ．Ｍ．，Ａ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｆｉｌｍ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｉｎｓｉｄｅ Ｐｉｐｅｓ， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｖｏｌ．２２（４），ｐｐ．５４７−５５６ （１９７９）、およびＫａｎｄｌｉｋａｒ，Ｓ．，Ｇａｒｉｍｅｌｌａ，Ｓ．，Ｌｉ，Ｄ．，Ｃｏｌｉｎ，Ｓ．ａｎｄ Ｋｉｎｇ，Ｍ．Ｒ．， Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｍｉｎｉｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ（２００５）で説明されている相関が、各特定相変化過程に対して、規定通りに使用される。凝縮器、吸収体、蒸発器、脱着器、および精留器の中の単構成要素および多構成要素の相変化熱および質量移動に対処するための他のガイダンスは、Ｃａｒｅｙ，Ｖ．Ｐ．，Ｌｉｑｕｉｄ−Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ−Ｃｈａｎｇｅ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ： Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．，Ｔａｙｌｏｒ ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ Ｓｅｒｉｅｓ，Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ Ｐｕｂ．Ｃｏｒｐ．（１９９２）、およびＨｅｗｉｔｔ，Ｇ．Ｆ．， Ｓｈｉｒｅｓ，Ｇ．Ｌ．ａｎｄ Ｂｏｔｔ，Ｔ．Ｒ．，Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｇｅｌｌ Ｈｏｕｓｅ （１９９４）で概説されているモデル、相関、および技法から得られる。二相圧力降下は、Ｍｉｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｓｏｍｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ａｉｒ−Ｗａｔｅｒ Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔｕｂｅｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｆｌｏｗ，Ｖｏｌ．２２（４），ｐｐ．７０３−７１２（１９９６）の二相圧力降下乗数アプローチを使用して推定される。熱交換器の長さに伴う蒸気の質の非線形変化は、これらの統合分析でさえも、構成要素の長さに沿った統合平均特性において、これらの相関を評価することによって説明される。二相圧力降下の控えめな推定値は、蒸気の質または構成要素の長さの関数として、熱および質量移動構成要素の最大圧力勾配を計算し、それを熱および質量移動構成要素の全長に適用することによって取得される。
【０１３７】
概して、蒸発熱移動係数は、Ｋａｎｄｌｉｋａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｕｒｉｎｇ Ｆｌｏｗ Ｂｏｉｌｉｎｇ ｉｎ Ｍｉｎｉｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｃｈｉｃａｇｏ， ＩＬ，Ｓｏｃ．Ｈｅａｔｉｎｇ，Ｒｅｆ．Ａｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｅｎｇ．Ｉｎｃ．，ｐｐ．６６７−６７６ （２００３）、およびＫａｎｄｌｉｋａｒ ｅｔ ａｌ．， Ａｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｌｏｗ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ，Ｌａｍｉｎａｒ，ａｎｄ Ｄｅｅｐ Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓ，Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ．２５（３），ｐｐ．８６−９３ （２００４）からの相関を使用して計算される。蒸発流の平均熱移動係数は、蒸発器の長さに伴う蒸気の質の非線形変化を説明するように、蒸発器の長さに沿った、代表的な統合平均蒸気品質において計算される。
【０１３８】
説明された例示的実施形態によれば、脱着（濃縮溶液からの蒸気発生）は、１２００Ｗの最大熱入力のために８個の１５０Ｗ電気カートリッジヒータを使用して、脱着器１１００の中で達成される。８００Ｗの設計脱着器の熱入力率においてヒータによって供給される熱流束は、Ｑｕ ｅｔ ａｌ．，Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｈｅａｔ Ｆｌｕｘ ｉｎ Ｔｗｏ−Ｐｈａｓｅ Ｍｉｃｒｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｈｅａｔ Ｓｉｎｋｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｖｏｌ．４７（１０−１１），ｐｐ．２０４５−２０５９ ２００４）からの並列ミニ／マイクロチャネルの相関を使用して推定される、臨界熱流束限界をはるかに下回ることが分かった。
【０１３９】
例示的精留器１１５０の設計のために、液体還流および蒸気流は、精留器から出て行く還流の温度が、精留器に進入する蒸気の温度と等しくなるように、熱平衡状態にあると仮定される。この平衡へのアプローチを促進するために、液体還流を保持し、逆流蒸気との熱および質量移動相互作用を可能にするように、４つのトレイが例示的精留器に含まれる。冷媒側の熱移動係数は、Ｓａｄａｓｉｖａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｅｎｓｉｂｌｅ Ｈｅａｔ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｉｌｍ Ｂｏｉｌｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ＡＳＭＥ，Ｖｏｌ．１０９（２），ｐｐ．５４５−５４７（１９８７）からの層流フィルム凝縮相関を使用して推定される。濃縮溶液と熱的接触している単一の壁の面積のみが、本システムの特定の例示的実施形態に対する精留器における熱移動推定に使用される。トレイと関連する熱および質量移動面積は、より控えめな結果を生じるために、この計算に含まれない。トレイの追加面積は、この熱および質量移動構成要素の性能をさらに強化する。
【０１４０】
種々の論文および文章を参照して上記で記述される相関のさらなる詳細は、引用された文献で見出すことができる。上記で説明される計算に起因する例示的な熱および質量移動システム構成要素の代表的な寸法が、表２に提示されている。理解および認識されるように、表２に示された寸法および幾何学的詳細は、例示目的のみで提示され、単一効果吸収サイクルの具体的な説明された例示的実施形態に関し、本システムの他の実施形態で使用される、システムの幾何学形状、種々の熱交換構成要素または熱および質量移動構成要素の配設、チャネル水力直径、チャネルの数、シムの厚さ、シムの数等の他の組み合わせを限定または除外することを決して目的としてない。
【０１４１】
【表２】
【０１４２】
（包装および接合の考慮事項）
図２２は、本システムの実施形態による、熱および質量移動構成要素で使用されるヘッダ（例えば、回復溶解熱交換器８００の中の積層空隙８０８ａ、８０８ｂによって作成されるヘッダ）の拡大平面図を示す。示された実施形態では、頸部領域２２０２内の流体分配通路（例えば、回復溶解熱交換器８００の中の通路８０６）は、拡散接合過程中に接合圧力が積層シムを通して直接伝達されない領域を作成する。同様の領域が、ヘッダから熱交換器に進入する際にマイクロチャネル７０２より下側に存在する（例えば、回復溶解熱交換器の中の空隙８１０ａからのマイクロチャネル入口）が、流体分配通路（例えば、８０６）は、概して、個々のマイクロチャネルよりもはるかに幅が広く、したがって、流体分配通路は、臨界接合点を表す。
【０１４３】
図２３は、本システムの一実施形態による、図２２のヘッダの断面ＸＸから得られた交互シムＡ１０２およびＢ１０４の一部分の代表的な断面２３００を示す。例示的な説明された実施形態によれば、接合圧力は、臨界接合点２３０２において気密シールを確保するように、シムＢ１０４上の流体分配通路の下で横方向に伝達されるべきである。十分な接合を確保するために、この例示的実施形態では２ｍｍの通路幅が使用されるが、他のシステム実施形態によれば、より広いまたは狭い幅が使用される。
【０１４４】
前述のように、本システムの好ましい実施形態は、マイクロスケールの単体熱または熱および質量移動システムを備える。特定の実施形態に応じて、統合単体構造内に２つ以上の熱および質量移動システム構成要素を含むことがしばしば望ましいため、システム実施形態は、内部熱および質量移動システム構成要素間で移動させられる外部からの熱に対処するべきである。この外部からの熱移動に対処するために、マイクロスケールの熱または熱および質量移動システムの全体的サイズ、システム内の熱および質量移動構成要素間の間隔、種々のシステム構成要素間の流体接続の配設および種類、および当業者に思い付くような他の同様の要因等の、ある要因が、種々の実施形態において考慮される。
【０１４５】
理解されるように、かつ前述のように、本明細書で説明される例示的実施形態、およびその関連動作パラメータ、温度範囲等は、例示目的のみで提供され、決して本システムまたは装置の範囲を限定することを目的としない。概して、種々の動作温度および圧力範囲は、検討中の用途に応じて構想される。したがって、例えば、自動車の排出ガス等の高温燃焼過程からの廃熱回収のために適用されると、熱源温度は３００℃から９００℃に及ぶことができる一方で、低温廃熱回収については、熱源温度は４０℃ほども低くなり得る。同様に、冷凍機用途については、冷却された流体の温度は、典型的には約５〜１５℃である一方で、温度は、０℃をはるかに下回り得る。空調用途における熱遮断温度については、２０〜５５℃の周囲温度が検討される。しかしながら、理解されるように、これらの個々の外部温度の具体的な値は、熱源、ヒートシンク、および冷却温度の間の関係ほど重要ではない。熱活性化熱ポンプが、概して３温度（すなわち、低温冷却、中温熱遮断、および高温入力熱源）システムとして知られているため、本熱および質量移動システムが適用されてもよい温度は、所望の出力を達成するように低温と中温との間で、かつ所望の出力を達成するために必要な駆動力を提供するように中温と高温との間で、少なくとも最小の上昇、すなわち、温度差を提供するべきである。
【０１４６】
（例示的な実施形態の形状因子比較および代表的なパラメータ）
前述のように、本システムの１つの例示的な実施形態は、マイクロスケールの単体吸収冷却および／または加熱システムを備える。以下の項は、住宅冷房に使用される従来の蒸気圧縮システムに対する、そのような吸収冷却および／または加熱システムの形態である本システムの説明された例示的実施形態の比較を提供する。この項はまた、本明細書で説明される例示的実施形態と関連する代表的なパラメータも提供する。理解および認識されるように、以下の考察は、例示目的のみで提供され、本開示の範囲、または本明細書で説明される発明およびシステムを限定することを決して目的としない。
【０１４７】
上記で説明される本システムの例示的実施形態（すなわち、マイクロスケールの単体吸収熱ポンプ）を製造し、実験用回路板設備上の現実的な周囲冷蔵流体および熱源条件下で試験した。図２４は、本システムの実施形態を試験するための例示的な流体接続および外部配管配設の正面図を図示する。製造した例示的なシステム実施形態は、３０６μｍの水力直径の前述のマイクロチャネルとともに、２０対の厚さ０．５ｍｍのシムＡおよびＢ（すなわち、合計４０個のシム）を含む、２００×２００×３４ｍｍ３の全体的寸法を備えた。例示的な製造されたシステムは、上記で説明されるように、他の寸法、システム配設等を備えた。
【０１４８】
例示的実施形態の試験中に、代表的な周囲および冷蔵流体条件において８００Ｗの熱入力のために、公称３００Ｗの冷却を送達した。さらに、広範囲の周囲温度（すなわち、２０〜３５℃）にわたって、かつ異なる熱入力率（すなわち、５００〜８００Ｗ）において、冷却モードで動作するように、例示的なシステムを実演した。０．３７５の公称性能係数（ＣＯＰ）が、２００×２００×３４ｍｍ３のシステム体積において達成され、２２１ｋＷ／ｍ３の体積冷却容量を表した。７ｋｇのシステム質量では、対応する比冷却容量は、０．０４３ｋＷ／ｋｇである。例示的実施形態は、故意に装置の外部（すなわち、外側）に全ての熱および質量移動システム構成要素の流体入口および出口を伴って設計され、広い間隔が各要素の入口および／出口における温度および圧力器具類の設置を可能にした。内部流体通路を伴い、器具類のための余分の空間が排除された代替実施形態は、３ｋｇの質量とともに１２０×１２０×２５ｍｍ３の予測寸法を伴う。そのような実施形態の対応する体積冷却容量が８３３ｋＷ／ｍ３を備える一方で、比冷却容量は０．１０ｋＷ／ｋｇである。
【０１４９】
比較すると、従来の１０．５５ｋＷ冷却容量の住宅用電気蒸気圧縮システムは、約０．９１×０．９１×０．９１ｍ３で約２２５ｋｇの重さがあり、わずか約１３．８ｋＷ／ｍ３の体積冷却容量および０．０４７ｋＷ／ｋｇの比冷却容量を表す。したがって、体積および質量の両方に基づいて、本例示的システム実施形態は、はるかに大型の従来の蒸気圧縮システムに同様の冷却容量を提供する一方で、冷却システムのサイズの大幅な低減を表す。
【０１５０】
（蒸気圧縮システムとは対照的な）従来の吸収冷却システムと比較すると、上記で説明される例示的なシステム実施形態は、さらに明白となる。前述のように、吸収冷却システムは、概して、吸収システムにおいて必要とされる付加的な熱および質量移動構成要素により、蒸気圧縮システムよりもはるかに大型である。したがって、理解されるように、従来の１０．５５ｋＷ冷却容量の吸収冷却システムとの例示的な説明された実施形態の比較は、（上記で論議される蒸気圧縮システムと比較した、不変の冷却容量を示す従来の吸収冷却システムの大型サイズおよび重量による）例示的実施形態の先進的な体積または比冷却容量を示す。加えて、熱および質量移動システム構成要素間の多くの流体接続が、システム実施形態の単体マイクロスケール構造内に含まれるため、漏出低減が強化され、必要な流体在庫量は、従来のシステムよりも大幅に低い。
【０１５１】
例示的な実施形態の先述の説明は、例示および説明の目的のみで提示されており、包括的となること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを目的としない。上記の教示を踏まえて、多くの修正および変化例が可能である。
【０１５２】
当業者が、本発明および種々の実施形態を、検討される特定の使用に適するような種々の修正とともに利用することを可能にするよう、本発明の原則およびそれらの実用的用途を説明するために、実施形態を選択および説明した。代替実施形態は、それらの精神および範囲から逸脱することなく、本発明が関連する当業者に明白となるであろう。したがって、本発明の範囲は、先述の説明およびそこで説明される例示的実施形態よりもむしろ添付の請求項によって定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
統合熱および質量移動システムであって、
所定域の中において熱伝導材料から少なくとも部分的に製造される単体支持構造であって、該所定域は熱および質量移動システムの特定の実装の熱交換領域を画定する、単体支持構造と、
該支持構造の中に画定される複数の流体空隙であって、該複数の流体空隙は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素において採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として該支持構造の中または外へ熱エネルギーを伝えるために採用される、少なくとも１つの結合流体を含有する、複数の流体空隙と、
該支持構造の中に画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、該熱交換領域は、該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成し、各熱交換領域は、（ａ）該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列であって、該マイクロチャネルの第１列は、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達する、マイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列であって、該マイクロチャネルの第２列は、該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達する、マイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に対して適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動、または（ｂ）該結合流体の流動のいずれかとの間で熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
流体結合手段であって、該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された流動を結合する、流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該特定の熱および質量移動システムに対して適切であるように、該結合流体の熱的に変質された流動を介して、加熱または冷却機能を提供する、統合熱および質量移動システム。
【請求項２】
前記システムは、熱ポンプであり、前記流体結合手段は、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記特定の熱および質量移動システムの初期段階を画定する熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの後続段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるような、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した加熱または冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断機能を提供する、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項４】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、
該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項５】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項６】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱および質量移動システム構成要素を備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項７】
シムの多要素配列の複数の要素は、次に熱および質量移動システムの一部を形成する、熱および質量移動システム構成要素の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴を備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項９】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１０】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１１】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、略直角に位置付けられる、請求項１０に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１２】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するよう前記くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１３】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１４】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１５】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１６】
前記熱および質量移動システムは、該熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、該特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、該特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１７】
前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と該特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１９】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２０】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２１】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２２】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、該特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して熱遮断結合流体の流動を結合するための熱遮断流体結合手段をさらに備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２３】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２４】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２５】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２６】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２７】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２８】
前記廃熱は、自動車排出ガス、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガスから取得される、請求項２７に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２９】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３０】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、前記システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３１】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプをさらに備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３２】
前記単体支持構造は、前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、前記カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３５】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、該流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３６】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備え、それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３７】
統合熱および質量移動システムを作製するための方法であって、
熱伝導材料から少なくとも部分的に製造される単体支持構造を提供するステップと、
（ａ）特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の中において採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として、該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるために採用される少なくとも１つの結合流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙を形成するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内に含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域を提供するステップであって、各熱交換領域は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、ステップと、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された流動を結合するための流体結合手段を提供するステップと
を含み、
それにより、そのように作製されたシステムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるように、該結合流体の熱的に変質された流動を介して、加熱または冷却機能を提供する、方法。
【請求項３８】
前記システムは、熱ポンプであり、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記特定の熱および質量移動システムの初期段階を画定する熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段を提供するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの後続段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段を提供するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段を提供するステップと
をさらに含み、
それにより、そのように作製されたシステムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるような、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した、加熱または冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断機能を提供する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムから、前記単体支持構造を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として、前記シムを配設するステップをさらに含み、
該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱および質量移動システム構成要素を備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
シムの多要素配列の複数の要素は、順に熱および質量移動システムの一部を形成する、熱および質量移動システム構成要素の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、前記第１のシムの前記マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、前記第１のシム上の前記マイクロチャネルの列の中の複数の蒸気入口穴を提供するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、前記流体ヘッダ内の前記積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に、前記流体ヘッダを位置付けるステップをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記マイクロチャネルを形成するよう前記くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面上の形状で、前記マイクロスケールのくぼみを形成するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
前記マイクロスケールのくぼみは、スロットまたは溝の機械加工、切断、フォトエッチング、化学的エッチング、レーザエッチング、成形、型打ち、粒子ブラスト、または他の同様の過程によって形成される、請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
単一構造を形成するように、前記複数の積層シムを物理的に接合するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項５１】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記熱および質量移動システムは、前記熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙を、前記特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５３】
前記単体支持構造内で、前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と前記特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続を画定し、含有するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５４】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して複数の前記単体支持構造を接続するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５５】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項５６】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、前記特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、前記特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して、熱遮断結合流体の流動を結合するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５９】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、前記特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６０】
前記熱交換領域の中で実質的に平行となるように、前記マイクロチャネルの列を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６１】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項３７に記載の方法。
【請求項６２】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項３７に記載の方法。
【請求項６３】
廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上から、入力熱エネルギーを提供するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６４】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他のそのような供給源から取得される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６６】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、前記システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６７】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプを提供するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６８】
前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および前記支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む１対のカバー板内で、前記単体支持構造を載置するステップをさらに含み、前記カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項３７に記載の方法。
【請求項６９】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動が、前記マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流であることを配設するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項７０】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内の複数の流体保持リブを形成するステップをさらに含み、前記流体および蒸気は、前記トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項３７に記載の方法。
【請求項７１】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を可能にする、前記単体構造内の通路を提供するステップをさらに含み、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項３７に記載の方法。
【請求項７２】
熱または熱および質量移動システムにおいて使用するための統合単体熱交換デバイスであって、
熱および／または熱および質量移動システムの構成要素の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素において採用される第１の作業流体、および（ｂ）該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素において採用される第２の作業流体であって、該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるための作業流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該熱または熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内に画定および含有される、熱交換領域であって、
（ａ）該熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該熱または熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、第１の作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、
（ｂ）該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該熱または熱および質量移動システムの該第２の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、第２の作業流体の第２の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とであって、該作業流体の第１の流動と該作業流体の第２の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内において相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列を備える、熱交換領域と、
該特定の熱または熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた該流体空隙の中へおよび外へ、該第１の作業流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
第２の作業流体の熱的に変質された流動を提供するように、該特定の熱または熱および質量移動システムの該第２の構成要素と関連付けられた該流体空隙の中へおよび外へ、該第２の作業流体の第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と
を備える、統合単体熱交換デバイス。
【請求項７３】
前記第１の作業流体は、前記デバイスの中へ熱エネルギーを結合するための結合流体であり、前記第２の作業流体は、該デバイスの外へ第２の作業流体の熱的に変質された流動を結合するための結合流体である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７４】
前記第１の作業流体または前記第２の作業流体のうちの１つは、冷媒である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７５】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、かつ前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７６】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、熱または熱および質量移動システムの前記第１の構成要素の流体空隙間で第１の作業流体の第１の流動を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該熱または熱および質量移動システムの前記第２の構成要素の流体空隙間で第１の作業流体の第２の流動を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該熱または熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７７】
前記熱または熱および質量移動システムの前記構成要素は、冷媒吸収体を備え、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７８】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、作業流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７９】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項７８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８０】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項７８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８１】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８２】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８３】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８４】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項８３に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８５】
前記熱または熱および質量移動システムは、複数の相互接続された機能的構成要素を備え、該熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、前記単体構造内で該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８６】
前記熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素と前記熱または熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８７】
前記熱または熱および質量移動システムの前記第１の構成要素は、多構成要素の熱または熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記熱交換デバイスは、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８８】
前記熱または熱および質量移動システムは、吸収熱ポンプである、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８９】
前記吸収熱ポンプの前記第１の作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項８８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９０】
前記吸収熱ポンプの前記第１の作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項８８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９１】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９２】
前記デバイスは、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、前記熱または熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において利用される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９３】
前記熱または熱および質量移動システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９４】
前記作業流体のうちの１つは、構成要素として前記デバイスを含むシステムの熱出力として、前記デバイスの中へ熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９５】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項９４に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９６】
前記作業流体のうちの１つは、構成要素として前記デバイスを含むシステムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９７】
前記単体支持構造は、該支持構造に作業流体を導入するため、および該支持構造の外へ作業流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、およびマイクロチャネルを画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９８】
前記支持構造内に画定され、該支持構造と一体である、前記熱または熱および質量移動システムの所定の構成要素の流体空隙の間の流体流動接続を備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９９】
前記支持構造の外部の流体ラインによる、前記特定の熱または熱および質量移動システムの所定の構成要素の流体空隙の間の流体流動接続をさらに備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１００】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０１】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０２】
前記デバイスは、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０３】
前記デバイスは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムの構成要素を備え、さらに、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路を備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０４】
２成分、３成分、４成分、または同様の多成分流体等の、多構成要素流体を処理するためのシステムであって、
流体処理システムの熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）該システム内で処理するための多構成要素作業流体、および（ｂ）該多構成要素作業流体を処理するために該支持構造の中および外へ熱エネルギーを伝えるために採用される、結合流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該流体処理システムの熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該流体処理システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該流体処理システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、結合流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該多構成要素流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該結合流体の第１の流動と該多構成要素流体の流動との間で熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための該流体処理システムの所定の段階を画定する熱交換領域を通して、該結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該流体処理システムの該所定の段階を画定する該熱交換領域を通して、該多構成要素流体の熱的に変質された流動を結合するための第２の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該流体処理システムに適切であるように、該多構成要素流体の流動の処理を提供する、システム。
【請求項１０５】
前記システムは、ボイラ、凝縮器、蒸留器、吸収体、脱着器、蒸発器、回復熱交換器、精留器を含む群のうちの１つにおいて、過程を達成するために利用される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０６】
前記システムは、分画用デバイス、流体分離、精留、または剥離デバイスで利用される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０７】
前記流体処理システムは、複数の段階を有する、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０８】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０９】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記流体処理システムの構成要素の入口流体空隙と出口流体空隙との間で結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該流体処理システムの該構成要素の流体空隙間で前記多構成要素流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、前記多構成要素流体処理システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１０】
前記流体処理システムは、吸収体を備え、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の多構成要素流体と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１１】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、適宜に、結合流体または多構成要素流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１２】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、流体分配通路を伴う、請求項１１１に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１３】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１１２に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１４】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１５】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または別の同様の過程によって作製される、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１６】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１７】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１１６に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１８】
前記システムは、熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的構成要素のうちの１つを備え、該熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、該熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１９】
前記熱および質量移動システムの第１の構成要素と該熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１１８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２０】
前記熱および質量移動システムの前記構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１１８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２１】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２２】
前記単体支持構造は、該支持構造内の種々の機能的構成要素に結合流体および多構成要素流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ結合流体および多構成要素流体を輸送するためのポートを含む１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２４】
冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への前記多構成要素の蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ前記結合流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように集合し、略下向きに該精留器から退出する、該多構成要素流体の液体の逆流を伴う、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２５】
前記システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、前記システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、および前記システムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプの構成要素であり、さらに、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路を備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２６】
熱および質量移動システムであって、
熱および質量移動システムの特定の実装の特定の構成要素の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に各々製造される、複数の離散単体支持構造と、
（ａ）該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素で採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として、該支持構造の中および外へ熱エネルギーを伝えるために採用される結合流体を含有するための、該離散支持構造の各々の内側に画定される複数の流体空隙と、
該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該離散支持構造の各々の内側で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱交換領域の前記特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、該作業流体の第１の流動と、（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内に相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための該特定の熱および質量移動システムの所定の段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの該所定の段階を画定する該熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための、少なくとも１つの第２の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該離散支持構造の各々は、該特定の熱および質量移動システムの段階を達成するのに適切であるように、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介して加熱または冷却機能を提供する、熱および質量移動システム。
【請求項１２７】
前記離散単体支持構造の各々は、前記複数の離散単体支持構造を含有する上部構造内に収納され、前記特定の熱および質量移動システムの特定の段階に適切であるように、結合流体または作業流体の流動を結合するために、該単体支持構造のうちの種々の構造の間に流体結合部をさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１２８】
前記上部構造配設は、前記離散単体支持構造のうちの種々の構造の間に熱的隔離を提供する、請求項１２７に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１２９】
前記単体支持構造の各々は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３０】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３１】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴を備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３２】
前記単体支持構造のうちの１つの中の流体空隙は、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、該支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３３】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１３２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３４】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１３３に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３５】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３６】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３７】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３８】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１３７に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３９】
前記熱および質量移動システムは、該熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、
前記離散機能的構成要素のうちの１つは、前記単体支持構造のうちの１つを備え、
該単体支持構造の出口流体空隙は、該特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４０】
前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と該特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造のうちの１つの内側で画定および含有される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４１】
前記単体支持構造のうちの１つは、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４２】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４３】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１４２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４４】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１４２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４５】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、該特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して、熱遮断結合流体の流動を結合するための熱遮断流体結合手段をさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４６】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４７】
前記マイクロチャネルの列は、前記単体支持構造の前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４９】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５０】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５１】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他の供給源から取得される、請求項１５０に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５２】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５３】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、該システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５４】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプをさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５５】
前記単体支持構造は、前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５６】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５７】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに該精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５９】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１６０】
多構成要素流体を伴う熱移動過程において使用するための吸収体であって、
吸収体の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）該多構成要素流体の液体単相または二相冷媒吸収性構成要素の希釈量、（ｂ）該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるために採用される結合流体、および（c）該多構成要素流体の蒸気相構成要素を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該吸収体の熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該吸収体の入口流体空隙から、該吸収体の出口流体空隙の中へ、多構成要素流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該結合流体用の入口流体空隙から出口流体空隙へ前記結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該マイクロチャネルの第１列の中の該多構成要素流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の前記結合流体の流動との間において熱を伝導するために、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該多構成要素流体の蒸気相構成要素を含有する流体空隙に結合された通路から、該マイクロチャネルの第１列の中へ流れる蒸気を提供して、該マイクロチャネルの第１列の中を流れる該多構成要素流体の液体と混合するように、該マイクロチャネルの該第１列に形成された複数の蒸気入口穴と、
該吸収体の熱交換領域を通して、該結合流体の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該吸収体の熱交換領域を通して、該多構成要素流体の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
該多構成要素流体の液体の流動と流体連通している該通路の中へ、該多構成要素流体の蒸気の流動を結合するための第３の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該吸収体は、該多構成要素流体への該蒸気の吸収を促進する、吸収体。
【請求項１６１】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１６２】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記吸収体の流体空隙間で多構成要素流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該吸収体の流体空隙間で結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該吸収体の入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６３】
シムの多要素配列の複数の要素は、前記吸収体の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項１６２に記載の吸収体。
【請求項１６４】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する吸収体構成要素を備える、請求項１６２に記載の吸収体。
【請求項１６５】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、適宜に、多構成要素流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６６】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１６５に記載の吸収体。
【請求項１６７】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１６６に記載の吸収体。
【請求項１６８】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６９】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１７０】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１７１】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１７０に記載の吸収体。
【請求項１７２】
前記吸収体は、熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素のうちの１つであり、前記吸収体の出口流体空隙は、該熱および質量移動システムの後続構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７３】
前記吸収体と熱および質量移動システムの別の構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７４】
前記吸収体は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、該熱および質量移動システムアセンブリの他の構成要素を備える、複数の前記単体支持構造は、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７５】
前記吸収体は、吸収熱ポンプで利用される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７６】
前記吸収熱ポンプの前記多構成要素流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１７５に記載の吸収体。
【請求項１７７】
前記吸収熱ポンプの前記多構成要素流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１７５に記載の吸収体。
【請求項１７８】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７９】
前記単体支持構造は、該支持構造内の領域に多構成要素流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的領域の外へ多構成要素流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１８０】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記多構成要素流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の結合流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１８１】
冷却モードで動作する統合単体単一効果吸収サイクル熱ポンプであって、
該熱ポンプの熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
該熱ポンプ用の熱源から高温結合流体を受容し、冷媒作業流体を蒸気に脱着させるための、該単体支持構造内に形成される脱着器／精留器構成要素と、
該脱着器／精留器から蒸気を受容するための凝縮器構成要素であって、該蒸気から熱を除去するための熱遮断媒体中温温水流体ラインに結合される、凝縮器であって、該冷媒蒸気を液体冷媒の流動に変換する、凝縮器と、
該凝縮器から該液体冷媒を受容し、該液体冷媒の流動を蒸発器に結合するための膨張弁と、
該液体冷媒の流動を蒸気に蒸発させ、それにより、蒸発器内に冷却機能を提供するための、該単体支持構造内に形成される蒸発器構成要素と、
該蒸発器から冷蔵結合流体の流動を提供するための、該蒸発器に結合される低温温水結合流体ラインと、
該蒸発器から該蒸気冷媒を受容し、液体冷媒の流動への該冷媒蒸気の吸収を達成するための、該単体支持構造内に形成される吸収体構成要素であって、後続の再加熱および再利用のために、該脱着器への吸収後に該液体冷媒を提供する、吸収体と
を備えており、
該脱着器／精留器、凝縮器、蒸発器、および吸収体構成要素の各々は、それぞれの構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域を備え、各熱交換領域は、（ａ）それぞれの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、それぞれの該構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）それぞれの構成要素の特定の熱移動機能のために、それぞれの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、それぞれの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、適宜に、（ａ）作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備え、
該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列は、それぞれの構成要素の該熱移動機能に適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間で、熱を伝導するように、該支持構造内において相互に熱的接触して配設され、
それにより、外部利用のために、該低温温水結合流体によって冷却機能が提供される、吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８２】
前記凝縮器から退出する冷媒液体から熱を回復し、抽出した熱を別の構成要素に提供するための、前記単体支持構造内に形成される回復冷媒熱交換器をさらに備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８３】
前記脱着器／精留器構成要素から退出する作業流体から熱を回復し、抽出した熱を別の構成要素に提供するための、前記単体支持構造内に形成される回復溶解熱交換器をさらに備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８４】
前記システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記脱着器／精留器の熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
前記蒸発器の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
前記凝縮器および／または吸収体の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段と
をさらに備えており、
それにより、該システムは、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断または加熱機能を提供する、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８５】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８６】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記熱ポンプの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該熱ポンプの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該熱ポンプの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８７】
シムの多要素配列の複数の要素は、前記熱ポンプの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項１８６に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８８】
前記吸収体構成要素は、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８９】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９０】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１８９に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９１】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１８９に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９２】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９３】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９４】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９５】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１９４に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９６】
前記熱ポンプの１つの構成要素の出口流体空隙は、該熱ポンプの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９７】
前記熱ポンプの第１の構成要素と該熱ポンプの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９８】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９９】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２００】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０１】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０２】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他のそのような供給源から取得される、請求項２０１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０３】
前記単体支持構造は、該支持構造内の種々の構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０５】
前記冷媒脱着器／精留器はさらに、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブを備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０６】
前記熱ポンプは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、該熱ポンプ内のいくつかの領域中の流体の強制対流、および該熱ポンプの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含み、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備えており、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０７】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２０８】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動が、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流であることを配設するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項２０９】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項２１０】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項２１１】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項２１２】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、前記マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項２１３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１８１に記載の吸収熱ポンプ。
【請求項２１４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１８１に記載の吸収熱ポンプ。
【請求項１】
統合熱および質量移動システムであって、
所定域の中において熱伝導材料から少なくとも部分的に製造される単体支持構造であって、該所定域は熱および質量移動システムの特定の実装の熱交換領域を画定する、単体支持構造と、
該支持構造の中に画定される複数の流体空隙であって、該複数の流体空隙は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素において採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として該支持構造の中または外へ熱エネルギーを伝えるために採用される、少なくとも１つの結合流体を含有する、複数の流体空隙と、
該支持構造の中に画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、該熱交換領域は、該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成し、各熱交換領域は、（ａ）該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列であって、該マイクロチャネルの第１列は、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達する、マイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列であって、該マイクロチャネルの第２列は、該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達する、マイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に対して適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動、または（ｂ）該結合流体の流動のいずれかとの間で熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
流体結合手段であって、該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された流動を結合する、流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該特定の熱および質量移動システムに対して適切であるように、該結合流体の熱的に変質された流動を介して、加熱または冷却機能を提供する、統合熱および質量移動システム。
【請求項２】
前記システムは、熱ポンプであり、前記流体結合手段は、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記特定の熱および質量移動システムの初期段階を画定する熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの後続段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるような、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した加熱または冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断機能を提供する、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項４】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、
該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項５】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項６】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱および質量移動システム構成要素を備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項７】
シムの多要素配列の複数の要素は、次に熱および質量移動システムの一部を形成する、熱および質量移動システム構成要素の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴を備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項９】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１０】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１１】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、略直角に位置付けられる、請求項１０に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１２】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するよう前記くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１３】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１４】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項３に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１５】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１４に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１６】
前記熱および質量移動システムは、該熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、該特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、該特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１７】
前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と該特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項１９】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２０】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２１】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１９に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２２】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、該特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して熱遮断結合流体の流動を結合するための熱遮断流体結合手段をさらに備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２３】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２４】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２５】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２６】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２７】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２８】
前記廃熱は、自動車排出ガス、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガスから取得される、請求項２７に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２９】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３０】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、前記システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３１】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプをさらに備える、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３２】
前記単体支持構造は、前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、前記カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３５】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、該流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３６】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備え、それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項３７】
統合熱および質量移動システムを作製するための方法であって、
熱伝導材料から少なくとも部分的に製造される単体支持構造を提供するステップと、
（ａ）特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の中において採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として、該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるために採用される少なくとも１つの結合流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙を形成するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内に含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域を提供するステップであって、各熱交換領域は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの構成要素と関連付けられた作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、ステップと、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された流動を結合するための流体結合手段を提供するステップと
を含み、
それにより、そのように作製されたシステムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるように、該結合流体の熱的に変質された流動を介して、加熱または冷却機能を提供する、方法。
【請求項３８】
前記システムは、熱ポンプであり、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記特定の熱および質量移動システムの初期段階を画定する熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段を提供するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの後続段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段を提供するステップと、
該特定の熱および質量移動システムの段階の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段を提供するステップと
をさらに含み、
それにより、そのように作製されたシステムは、該特定の熱および質量移動システムに適切であるような、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した、加熱または冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断機能を提供する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムから、前記単体支持構造を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として、前記シムを配設するステップをさらに含み、
該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、
該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する熱および質量移動システム構成要素を備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
シムの多要素配列の複数の要素は、順に熱および質量移動システムの一部を形成する、熱および質量移動システム構成要素の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４４】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、前記第１のシムの前記マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、前記第１のシム上の前記マイクロチャネルの列の中の複数の蒸気入口穴を提供するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４６】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、前記流体ヘッダ内の前記積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に、前記流体ヘッダを位置付けるステップをさらに含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記マイクロチャネルを形成するよう前記くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面上の形状で、前記マイクロスケールのくぼみを形成するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４９】
前記マイクロスケールのくぼみは、スロットまたは溝の機械加工、切断、フォトエッチング、化学的エッチング、レーザエッチング、成形、型打ち、粒子ブラスト、または他の同様の過程によって形成される、請求項３９に記載の方法。
【請求項５０】
単一構造を形成するように、前記複数の積層シムを物理的に接合するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項５１】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記熱および質量移動システムは、前記熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙を、前記特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５３】
前記単体支持構造内で、前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と前記特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続を画定し、含有するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５４】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して複数の前記単体支持構造を接続するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５５】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項５６】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、前記特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、前記特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して、熱遮断結合流体の流動を結合するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項５９】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、前記特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６０】
前記熱交換領域の中で実質的に平行となるように、前記マイクロチャネルの列を形成するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６１】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項３７に記載の方法。
【請求項６２】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項３７に記載の方法。
【請求項６３】
廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上から、入力熱エネルギーを提供するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６４】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他のそのような供給源から取得される、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６６】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、前記システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６７】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプを提供するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項６８】
前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および前記支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む１対のカバー板内で、前記単体支持構造を載置するステップをさらに含み、前記カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項３７に記載の方法。
【請求項６９】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動が、前記マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流であることを配設するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項７０】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内の複数の流体保持リブを形成するステップをさらに含み、前記流体および蒸気は、前記トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項３７に記載の方法。
【請求項７１】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を可能にする、前記単体構造内の通路を提供するステップをさらに含み、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項３７に記載の方法。
【請求項７２】
熱または熱および質量移動システムにおいて使用するための統合単体熱交換デバイスであって、
熱および／または熱および質量移動システムの構成要素の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素において採用される第１の作業流体、および（ｂ）該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素において採用される第２の作業流体であって、該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるための作業流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該熱または熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内に画定および含有される、熱交換領域であって、
（ａ）該熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該熱または熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、第１の作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、
（ｂ）該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該熱または熱および質量移動システムの該第２の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、第２の作業流体の第２の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とであって、該作業流体の第１の流動と該作業流体の第２の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内において相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列を備える、熱交換領域と、
該特定の熱または熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた該流体空隙の中へおよび外へ、該第１の作業流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
第２の作業流体の熱的に変質された流動を提供するように、該特定の熱または熱および質量移動システムの該第２の構成要素と関連付けられた該流体空隙の中へおよび外へ、該第２の作業流体の第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と
を備える、統合単体熱交換デバイス。
【請求項７３】
前記第１の作業流体は、前記デバイスの中へ熱エネルギーを結合するための結合流体であり、前記第２の作業流体は、該デバイスの外へ第２の作業流体の熱的に変質された流動を結合するための結合流体である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７４】
前記第１の作業流体または前記第２の作業流体のうちの１つは、冷媒である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７５】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、かつ前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７６】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、熱または熱および質量移動システムの前記第１の構成要素の流体空隙間で第１の作業流体の第１の流動を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該熱または熱および質量移動システムの前記第２の構成要素の流体空隙間で第１の作業流体の第２の流動を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該熱または熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７７】
前記熱または熱および質量移動システムの前記構成要素は、冷媒吸収体を備え、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７８】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、作業流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項７９】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項７８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８０】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項７８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８１】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８２】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８３】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項７５に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８４】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項８３に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８５】
前記熱または熱および質量移動システムは、複数の相互接続された機能的構成要素を備え、該熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、前記単体構造内で該熱または熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８６】
前記熱または熱および質量移動システムの第１の構成要素と前記熱または熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８７】
前記熱または熱および質量移動システムの前記第１の構成要素は、多構成要素の熱または熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記熱交換デバイスは、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８８】
前記熱または熱および質量移動システムは、吸収熱ポンプである、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項８９】
前記吸収熱ポンプの前記第１の作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項８８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９０】
前記吸収熱ポンプの前記第１の作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項８８に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９１】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９２】
前記デバイスは、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、前記熱または熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において利用される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９３】
前記熱または熱および質量移動システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９４】
前記作業流体のうちの１つは、構成要素として前記デバイスを含むシステムの熱出力として、前記デバイスの中へ熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９５】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項９４に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９６】
前記作業流体のうちの１つは、構成要素として前記デバイスを含むシステムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９７】
前記単体支持構造は、該支持構造に作業流体を導入するため、および該支持構造の外へ作業流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、およびマイクロチャネルを画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９８】
前記支持構造内に画定され、該支持構造と一体である、前記熱または熱および質量移動システムの所定の構成要素の流体空隙の間の流体流動接続を備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項９９】
前記支持構造の外部の流体ラインによる、前記特定の熱または熱および質量移動システムの所定の構成要素の流体空隙の間の流体流動接続をさらに備える、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１００】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０１】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０２】
前記デバイスは、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０３】
前記デバイスは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムの構成要素を備え、さらに、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路を備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項１０４】
２成分、３成分、４成分、または同様の多成分流体等の、多構成要素流体を処理するためのシステムであって、
流体処理システムの熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）該システム内で処理するための多構成要素作業流体、および（ｂ）該多構成要素作業流体を処理するために該支持構造の中および外へ熱エネルギーを伝えるために採用される、結合流体を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該流体処理システムの熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該流体処理システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該流体処理システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、結合流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該多構成要素流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該結合流体の第１の流動と該多構成要素流体の流動との間で熱を伝導するように、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための該流体処理システムの所定の段階を画定する熱交換領域を通して、該結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該流体処理システムの該所定の段階を画定する該熱交換領域を通して、該多構成要素流体の熱的に変質された流動を結合するための第２の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該システムは、該流体処理システムに適切であるように、該多構成要素流体の流動の処理を提供する、システム。
【請求項１０５】
前記システムは、ボイラ、凝縮器、蒸留器、吸収体、脱着器、蒸発器、回復熱交換器、精留器を含む群のうちの１つにおいて、過程を達成するために利用される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０６】
前記システムは、分画用デバイス、流体分離、精留、または剥離デバイスで利用される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０７】
前記流体処理システムは、複数の段階を有する、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０８】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１０９】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記流体処理システムの構成要素の入口流体空隙と出口流体空隙との間で結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該流体処理システムの該構成要素の流体空隙間で前記多構成要素流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、前記多構成要素流体処理システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１０】
前記流体処理システムは、吸収体を備え、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の多構成要素流体と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１１】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、適宜に、結合流体または多構成要素流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１２】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、流体分配通路を伴う、請求項１１１に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１３】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１１２に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１４】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１５】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または別の同様の過程によって作製される、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１６】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１０８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１７】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１１６に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１８】
前記システムは、熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的構成要素のうちの１つを備え、該熱および質量移動システムの第１の構成要素の出口流体空隙は、該熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１１９】
前記熱および質量移動システムの第１の構成要素と該熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１１８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２０】
前記熱および質量移動システムの前記構成要素は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、該アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１１８に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２１】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２２】
前記単体支持構造は、該支持構造内の種々の機能的構成要素に結合流体および多構成要素流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ結合流体および多構成要素流体を輸送するためのポートを含む１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２４】
冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、反対方向への前記多構成要素の蒸気および液体の流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ前記結合流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように集合し、略下向きに該精留器から退出する、該多構成要素流体の液体の逆流を伴う、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２５】
前記システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、前記システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、および前記システムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプの構成要素であり、さらに、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路を備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項１２６】
熱および質量移動システムであって、
熱および質量移動システムの特定の実装の特定の構成要素の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に各々製造される、複数の離散単体支持構造と、
（ａ）該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素で採用される作業流体、および（ｂ）該特定の熱および質量移動システムの動作の結果として、該支持構造の中および外へ熱エネルギーを伝えるために採用される結合流体を含有するための、該離散支持構造の各々の内側に画定される複数の流体空隙と、
該特定の熱および質量移動システムの特定の構成要素の熱移動機能を達成するための、該離散支持構造の各々の内側で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、該特定の熱および質量移動システムの該第１の構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該熱交換領域の前記特定の熱移動機能に適切であるように、（ａ）作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該熱交換領域の該特定の熱移動機能に適切であるように、該作業流体の第１の流動と、（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間において熱を伝導するように、該支持構造内に相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該システムの中へ熱エネルギーを受容するための該特定の熱および質量移動システムの所定の段階を画定する熱交換領域を通して、結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該特定の熱および質量移動システムの該所定の段階を画定する該熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための、少なくとも１つの第２の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該離散支持構造の各々は、該特定の熱および質量移動システムの段階を達成するのに適切であるように、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介して加熱または冷却機能を提供する、熱および質量移動システム。
【請求項１２７】
前記離散単体支持構造の各々は、前記複数の離散単体支持構造を含有する上部構造内に収納され、前記特定の熱および質量移動システムの特定の段階に適切であるように、結合流体または作業流体の流動を結合するために、該単体支持構造のうちの種々の構造の間に流体結合部をさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１２８】
前記上部構造配設は、前記離散単体支持構造のうちの種々の構造の間に熱的隔離を提供する、請求項１２７に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１２９】
前記単体支持構造の各々は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する前記シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３０】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該特定の熱および質量移動システムの構成要素の流体空隙間で作業流体または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該特定の熱および質量移動システムの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３１】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、冷媒吸収体を備え、さらに、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴を備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３２】
前記単体支持構造のうちの１つの中の流体空隙は、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、該支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３３】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１３２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３４】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１３３に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３５】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３６】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３７】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１２９に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３８】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１３７に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１３９】
前記熱および質量移動システムは、該熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素を備え、
前記離散機能的構成要素のうちの１つは、前記単体支持構造のうちの１つを備え、
該単体支持構造の出口流体空隙は、該特定の熱および質量移動システムの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４０】
前記特定の熱および質量移動システムの第１の構成要素と該特定の熱および質量移動システムの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造のうちの１つの内側で画定および含有される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４１】
前記単体支持構造のうちの１つは、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、複数の前記単体支持構造は、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４２】
熱および質量移動システムの前記特定の実装は、吸収熱ポンプを備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４３】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１４２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４４】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１４２に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４５】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの最終段階を通る結合流体の流動を含み、該特定の熱および質量移動システムの熱遮断構成要素を画定する熱交換領域を通して、熱遮断結合流体の流動を結合するための熱遮断流体結合手段をさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４６】
前記特定の熱および質量移動システムの段階を通る前記結合流体の熱的に変質された流動は、該特定の熱および質量移動システムの中間熱遮断構成要素を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４７】
前記マイクロチャネルの列は、前記単体支持構造の前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記熱移動機能は、吸収体、溶解熱交換器、脱着器、精留器、凝縮器、回復冷媒熱交換器、蒸発器といった、熱および質量移動システムの構成要素のうちの１つ以上において提供される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１４９】
前記システムは、単一効果、二重効果、三重効果、発生器−吸収体−熱交換（ＧＡＸ）サイクルを含む群の熱ポンプである、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５０】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５１】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他の供給源から取得される、請求項１５０に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５２】
前記結合流体は、前記システムの冷却された熱出力として、冷蔵流体媒体を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５３】
前記結合流体は、前記システムからの加熱された熱出力として、該システムから熱エネルギーを伝えるための加熱流体媒体を含む、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５４】
構成要素間で作業流体または結合流体を移動させるための１つ以上の流体ポンプをさらに備える、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５５】
前記単体支持構造は、前記支持構造内の種々の機能的構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５６】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５７】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５８】
前記特定の熱および質量移動システムの前記特定の構成要素は、吸収熱ポンプの冷媒精留器を備え、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブをさらに備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに該精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１５９】
前記特定の熱および質量移動システムは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、システム内のいくつかの領域中の流体の強制対流、およびシステムの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含む、吸収熱ポンプまたは多構成要素流体処理システムであり、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備え、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項１６０】
多構成要素流体を伴う熱移動過程において使用するための吸収体であって、
吸収体の熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
（ａ）該多構成要素流体の液体単相または二相冷媒吸収性構成要素の希釈量、（ｂ）該支持構造の中へまたは外へ熱エネルギーを伝えるために採用される結合流体、および（c）該多構成要素流体の蒸気相構成要素を含有するための、該支持構造内に画定される複数の流体空隙と、
該吸収体の熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域であって、各熱交換領域は、（ａ）該吸収体の入口流体空隙から、該吸収体の出口流体空隙の中へ、多構成要素流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）該結合流体用の入口流体空隙から出口流体空隙へ前記結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備える、熱交換領域と、
該マイクロチャネルの第１列の中の該多構成要素流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の前記結合流体の流動との間において熱を伝導するために、該支持構造内で相互に熱的接触して配設される、該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列と、
該多構成要素流体の蒸気相構成要素を含有する流体空隙に結合された通路から、該マイクロチャネルの第１列の中へ流れる蒸気を提供して、該マイクロチャネルの第１列の中を流れる該多構成要素流体の液体と混合するように、該マイクロチャネルの該第１列に形成された複数の蒸気入口穴と、
該吸収体の熱交換領域を通して、該結合流体の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
該吸収体の熱交換領域を通して、該多構成要素流体の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
該多構成要素流体の液体の流動と流体連通している該通路の中へ、該多構成要素流体の蒸気の流動を結合するための第３の流体結合手段と
を備えており、
それにより、該吸収体は、該多構成要素流体への該蒸気の吸収を促進する、吸収体。
【請求項１６１】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１６２】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記吸収体の流体空隙間で多構成要素流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該吸収体の流体空隙間で結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該吸収体の入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６３】
シムの多要素配列の複数の要素は、前記吸収体の一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項１６２に記載の吸収体。
【請求項１６４】
シムの多要素配列の複数の要素は、熱および質量移動システムの一部を形成する吸収体構成要素を備える、請求項１６２に記載の吸収体。
【請求項１６５】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、適宜に、多構成要素流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６６】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１６５に記載の吸収体。
【請求項１６７】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１６６に記載の吸収体。
【請求項１６８】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１６９】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１７０】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１６１に記載の吸収体。
【請求項１７１】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１７０に記載の吸収体。
【請求項１７２】
前記吸収体は、熱および質量移動システムを達成する、複数の相互接続された機能的な熱および質量移動システム構成要素のうちの１つであり、前記吸収体の出口流体空隙は、該熱および質量移動システムの後続構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７３】
前記吸収体と熱および質量移動システムの別の構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７４】
前記吸収体は、多構成要素の熱および質量移動システムアセンブリの単一構成要素を備え、該熱および質量移動システムアセンブリの他の構成要素を備える、複数の前記単体支持構造は、前記アセンブリを形成するように、外部流体結合部を介して接続される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７５】
前記吸収体は、吸収熱ポンプで利用される、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７６】
前記吸収熱ポンプの前記多構成要素流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１７５に記載の吸収体。
【請求項１７７】
前記吸収熱ポンプの前記多構成要素流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１７５に記載の吸収体。
【請求項１７８】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１７９】
前記単体支持構造は、該支持構造内の領域に多構成要素流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の機能的領域の外へ多構成要素流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１８０】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記多構成要素流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の結合流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１６０に記載の吸収体。
【請求項１８１】
冷却モードで動作する統合単体単一効果吸収サイクル熱ポンプであって、
該熱ポンプの熱交換領域を画定する所定域の中の熱伝導材料から、少なくとも部分的に製造される、単体支持構造と、
該熱ポンプ用の熱源から高温結合流体を受容し、冷媒作業流体を蒸気に脱着させるための、該単体支持構造内に形成される脱着器／精留器構成要素と、
該脱着器／精留器から蒸気を受容するための凝縮器構成要素であって、該蒸気から熱を除去するための熱遮断媒体中温温水流体ラインに結合される、凝縮器であって、該冷媒蒸気を液体冷媒の流動に変換する、凝縮器と、
該凝縮器から該液体冷媒を受容し、該液体冷媒の流動を蒸発器に結合するための膨張弁と、
該液体冷媒の流動を蒸気に蒸発させ、それにより、蒸発器内に冷却機能を提供するための、該単体支持構造内に形成される蒸発器構成要素と、
該蒸発器から冷蔵結合流体の流動を提供するための、該蒸発器に結合される低温温水結合流体ラインと、
該蒸発器から該蒸気冷媒を受容し、液体冷媒の流動への該冷媒蒸気の吸収を達成するための、該単体支持構造内に形成される吸収体構成要素であって、後続の再加熱および再利用のために、該脱着器への吸収後に該液体冷媒を提供する、吸収体と
を備えており、
該脱着器／精留器、凝縮器、蒸発器、および吸収体構成要素の各々は、それぞれの構成要素の熱移動機能を達成するための、該支持構造内で画定および含有される、１つ以上の一体化形成の熱交換領域を備え、各熱交換領域は、（ａ）それぞれの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、それぞれの該構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、作業流体の第１の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第１列と、（ｂ）それぞれの構成要素の特定の熱移動機能のために、それぞれの構成要素と関連付けられた入口流体空隙から、それぞれの構成要素と関連付けられた出口流体空隙の中へ、適宜に、（ａ）作業流体の第２の流動、または（ｂ）結合流体の流動を伝達するための、該熱伝導材料の中に画定されたマイクロチャネルの第２列とを備え、
該マイクロチャネルの第１列および該マイクロチャネルの第２列は、それぞれの構成要素の該熱移動機能に適切であるように、該マイクロチャネルの第１列の中の該作業流体の第１の流動と、該マイクロチャネルの第２列の中の（ａ）該作業流体の第２の流動または（ｂ）該結合流体の流動との間で、熱を伝導するように、該支持構造内において相互に熱的接触して配設され、
それにより、外部利用のために、該低温温水結合流体によって冷却機能が提供される、吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８２】
前記凝縮器から退出する冷媒液体から熱を回復し、抽出した熱を別の構成要素に提供するための、前記単体支持構造内に形成される回復冷媒熱交換器をさらに備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８３】
前記脱着器／精留器構成要素から退出する作業流体から熱を回復し、抽出した熱を別の構成要素に提供するための、前記単体支持構造内に形成される回復溶解熱交換器をさらに備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８４】
前記システムの中へ熱エネルギーを受容するための前記脱着器／精留器の熱交換領域を通して、加熱した結合流体の第１の流動を結合するための第１の流体結合手段と、
前記蒸発器の熱交換領域を通して、結合流体の熱的に変質された第２の流動を結合するための第２の流体結合手段と、
前記凝縮器および／または吸収体の熱交換領域を通して、結合流体の熱遮断流動を結合するための第３の流体結合手段と
をさらに備えており、
それにより、該システムは、該結合流体の熱的に変質された第２の流動を介した冷却機能、および該結合流体の熱遮断流動を介した熱遮断または加熱機能を提供する、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８５】
前記単体支持構造は、複数の積層平面熱伝導シムであって、前記流体空隙を画定する該シムの開口部を有し、前記マイクロチャネルの列を画定する該シムの表面に形成されたマイクロスケールのくぼみを有する、シムを備える、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８６】
前記シムは、第１の種類および第２の種類の複数のシムの対として配設され、該第１の種類のシムは、前記熱ポンプの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該第２の種類のシムは、該熱ポンプの構成要素の流体空隙間で作業流体および／または結合流体を伝達するためのマイクロチャネルを画定し、該シムの対の各々は、該シムの多要素配列の所定の単一要素を備え、該多要素配列は、該熱ポンプの入力／出力熱的特性および流体流動特徴によって決定される寸法を有する、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８７】
シムの多要素配列の複数の要素は、前記熱ポンプの一部を形成する熱交換デバイスを備える、請求項１８６に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８８】
前記吸収体構成要素は、隣接する第２のシムの中の通路から、第１のシムの前記マイクロチャネルの中へ流れる蒸気を提供して、該第１のシムの該マイクロチャネルの中の吸収剤と混合するように、該第１のシム上の該マイクロチャネルの列に形成された複数の蒸気入口穴をさらに備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１８９】
前記流体空隙のうちの１つは、マイクロチャネルの列の中へ流体を方向付ける流体分配通路の中へ、前記特定の構成要素に適切であるように、作業流体または結合流体の流動を方向付けるための、前記支持構造内に形成される流体ヘッダを備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９０】
前記流体ヘッダは、流体を受容するための開口部を画定する、前記積層シム内の領域と、該流体ヘッダ内の該積層シムによって画定される、流体空隙とを備え、前記流体分配通路は、複数のシムの対の中の１対のシムのうちの交互のシムの中で画定される、請求項１８９に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９１】
前記流体ヘッダは、前記流体分配通路に結合された前記マイクロチャネルの列に近接し、かつ略直角に位置付けられる、請求項１８９に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９２】
前記マイクロスケールのくぼみは、前記マイクロチャネルを形成するように該くぼみを取り囲む、前記シムの対のうちの隣接する第２のシムの対応する隣接底面の中へ、熱エネルギーと同時に流体を伝導するための、１対の相補的シムのうちの第１のシムの頂面に形成される、形状を備える、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９３】
前記マイクロスケールのくぼみは、機械加工されたスロットまたは溝である、切断される、フォトエッチングされる、化学的にエッチングされる、レーザエッチングされる、成形される、型打ちされる、粒子ブラストされる、または他の同様の過程によって作製される、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９４】
前記複数の積層シムは、単一構造を形成するように物理的に接合される、請求項１８５に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９５】
前記物理的接合は、拡散接合、接着、ろう付け、溶接、圧締を含む群から選択される、請求項１９４に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９６】
前記熱ポンプの１つの構成要素の出口流体空隙は、該熱ポンプの第２の構成要素の入口流体空隙と直接結合される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９７】
前記熱ポンプの第１の構成要素と該熱ポンプの第２の後続構成要素との間の機能的流体相互接続は、前記単体支持構造内で画定および含有される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９８】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、アンモニア−水混合物である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項１９９】
前記吸収熱ポンプの前記作業流体は、臭化リチウム−水混合物である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２００】
前記マイクロチャネルの列は、前記熱交換領域の中で実質的に平行である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０１】
前記入力熱エネルギーは、廃熱、太陽エネルギー、または一次燃料源のうちの１つ以上によって提供される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０２】
前記廃熱は、自動車排出ガス、化学処理、食品加工、金属製作、洗濯乾燥機、船舶用機関排出ガス、軍艦排出ガス、および他のそのような供給源から取得される、請求項２０１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０３】
前記単体支持構造は、該支持構造内の種々の構成要素に作業流体および結合流体を導入するため、および該支持構造内の種々の構成要素の外へ作業流体および結合流体を輸送するためのポートを含む、１対のカバー板を備え、該カバー板は、前記流体空隙、熱交換領域、マイクロチャネル、および他の構成要素構造を画定する、平面接合シムのアセンブリを支持および収納する、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が逆流である、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０５】
前記冷媒脱着器／精留器はさらに、液体量を含有するためのトレイを形成し、蒸気および液体の反対方向への流動を可能にする、前記単体支持構造内に形成された複数の流体保持リブを備え、前記流体および蒸気は、該トレイによって含有される液体の表面にわたって直接質量接触し、かつ結合流体または作業流体と熱的接触し、脱着器溶液流に加わるように、集合し、略下向きに前記精留器から退出する、液体の逆流を伴う、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０６】
前記熱ポンプは、相変化中の所望の液体または蒸気温度、種の濃度、および種の濃度勾配が達成されるように、該熱ポンプ内のいくつかの領域中の流体の強制対流、および該熱ポンプの他の領域中の流体の重力／浮力駆動流を含み、通路内の逆流配設の中の上向きの蒸気流と併せて、下向きの液体流を提供する、前記単体構造内に形成された通路をさらに備えており、
それにより、蒸気の沸騰または脱着および／またはより高い冷媒蒸気純度を推進する条件が達成される、請求項１８１に記載の吸収サイクル熱ポンプ。
【請求項２０７】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１に記載の統合熱および質量移動システム。
【請求項２０８】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動が、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流であることを配設するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項２０９】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項７２に記載の統合単体熱交換デバイス。
【請求項２１０】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項２１１】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記結合流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の多構成要素流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１０４に記載の多構成要素流体処理システム。
【請求項２１２】
単体支持構造内の前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、前記マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１２６に記載の熱および質量移動システム。
【請求項２１３】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が交差流である、請求項１８１に記載の吸収熱ポンプ。
【請求項２１４】
前記マイクロチャネルの第１列の中の前記作業流体の流動は、該マイクロチャネルの第２列の中の流体の流動の方向に対して方向が並行流または共流である、請求項１８１に記載の吸収熱ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公表番号】特表２０１１−５３００５９（Ｐ２０１１−５３００５９Ａ）
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２１３４８（Ｐ２０１１−５２１３４８）
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２３６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４８７８
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５０５４７７２３５）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３１日（２００９．７．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５２３６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１４８７８
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５０５４７７２３５）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (12)
【Ｆターム（参考）】
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