[發明專利]一種基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置

在審

• 申請號: 201810507399.0
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108534390A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 孟祥睿;李潔;李水蓮;王慧;李迎雪;張天樺
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F25B21/00
• 分類號: F25B21/00;F28D15/02
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 蘇志洋

一種基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置，它包括N個具有電熱效應材料的制冷器件、N+1個重力熱管、制冷液體和電源，N+1個所述重力熱管與N個所述制冷器件交替鋪設，相鄰的制冷器件和重力熱管的表面相貼合，位于最外側的兩個重力熱管分別對應散熱端和制冷端；所述重力熱管的底部盛裝有所述制冷液體，所述制冷器件為具有電熱效應的制冷片，各制冷片連接所述電源，各制冷片與所述電源之間的電路上連接有電源開關，各電源開關間歇閉合和斷開，各制冷片按照規定的加場和減場次序進行控制以實現制冷。該基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置具有設計科學、結構簡單、提高熱量傳遞效果、實現熱量連續單向傳遞的優點。

技術領域

本發明涉及固體制冷領域，具體的說，涉及一種基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置。

背景技術

目前國內外利用電熱效應進行制冷的研究主要集中在研發高電熱效應的材料上，例如 PbZrTiO3薄膜和BaTiO3，以及其它薄膜陶瓷和聚合物。隨著經濟的發展，器件朝著微型化發展，尤其是電子設備中的制冷技術顯得尤為重要。電子芯片在工作過程會產生大量的熱，熱量的聚集會引起芯片的失效及損壞，據調查研究顯示，目前電子器件的損壞中有一半以上是由熱失效引起的，因此電子器件的及時散熱是保證其穩定工作的必要保障。隨著科技水平的發展，電子器件逐漸高度集成化和微型化，為了避免電子器件損壞，散熱問題的解決成為了微型電子器件發展中的重要環節。傳統的制冷方式不能夠實現對微型器件的制冷，而固體制冷作為新型的制冷方式可以滿足微型器件的制冷需求。固體制冷主要包括磁熱制冷、半導體制冷和電熱效應制冷。磁熱制冷存在成本高、工作溫度低的缺點；半導體制冷存在制冷效率低，能量損耗大的缺點；電熱效應制冷具有制冷效率高，制冷成本低的優點，并且由具有電熱效應的材料制備的制冷裝置不需要過多的機械組成部件，結構簡單，可靈活的應用于微小設備；啟動方便，通過電場施加和去除便可快速制冷使局部降溫；控制較為簡單，符合電子器件和集成電路微型化發展的趨勢。以上特點使得利用具有電熱效應的材料的電熱效應制冷在微小型電子器件的溫度調節和制冷方面具有顯著的優勢。

基于具有電熱效應的材料的制冷器件在電場的作用下具有材料中的偶極子會發生極化現象，由無序態向有序態轉變，材料內部的熵減小，釋放出多余熱量；去掉電場后，偶極子去極化，從有序態恢復到無序態，并通過從外界環境吸收熱量的方式使得材料內部的熵增大，從而使外部材料溫度降低，實現制冷的效果。目前基于具有電熱效應的材料的電熱效應制冷存在的主要問題是目前存在的電熱效應制冷裝置由于電場的施加和去除時間限制，無法實現連續的熱量傳遞，所以散熱功率和溫度跨度較低，無法滿足實際應用的器件制冷的要求。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種設計科學、結構簡單、提高熱量傳遞效果、實現熱量連續單向傳遞的基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于電熱效應和重力的氣液相變制冷裝置，它包括N個具有電熱效應材料的制冷器件、N+1個重力熱管、制冷液體和電源，N+1個所述重力熱管與N個所述制冷器件交替鋪設，相鄰的制冷器件和重力熱管的表面相貼合，位于最外側的兩個重力熱管分別對應散熱端和制冷端；所述重力熱管的底部盛裝有所述制冷液體，所述制冷器件為具有電熱效應的制冷片，各制冷片連接所述電源，各制冷片與所述電源之間的電路上連接有電源開關，各電源開關間歇閉合和斷開，各制冷片按照規定的加場和減場次序進行控制以實現制冷。

基上所述，所述重力熱管包括一排垂直熱管，相鄰的垂直熱管的側壁緊貼設置，所述一排垂直熱管的排列長度與所述制冷片的長度相同。

基上所述，在制冷裝置工作的第一階段，斷開各制冷片的電源開關，各制冷片的電場強度降低，各制冷片的熵增大，則各制冷片通過其下側垂直熱管中的制冷液體從制冷端吸收熱量；在制冷裝置工作的第二階段，閉合各制冷片的電源開關，各制冷片的電場強度增強，各制冷片的熵減小，則各制冷片通過其上側垂直熱管中的制冷液體向散熱端釋放熱量。