[发明专利]用于介电和铁电流体的静电传输的电容装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于输送流体介质的装置和方法。

背景技术

为了冷却电气、电子或微机械的组件和集成电路，借助于涡轮泵或排量泵驱动的液体形式或气体形式的流体的对流是普遍的。循环的流体借助于热扩散吸收在待冷却的构件的热的、小的表面上的热量，并且将热量传输到具有以系统表面上的薄板或散热片为形式的较大的表面的热交换器，通常是良好的热传导的组件的外壳。外表面上的介质流产生有利效果，其反作用于边界效应，该边界效应将不利地影响热传递。

与通过热扩散的被动热传递相反，借助于泵或鼓风机驱动(强制)的冷却剂循环需要提高构造成本。此外，将消耗电气或机械驱动功率，并且由此提高总功率损耗。

通过借助于排量泵或涡轮泵(鼓风机)的空气或水的循环冷却如输出极晶体管和变压器的功率电子构件以及以高时钟频率运行的高集成微型计算机和其他数字电路(ASIC)是普遍的，尤其在较高的局部损耗功率密度和热不利的运行环境的情况下。除了水或空气，燃料或油也可作为热交换介质用于机械设备的电子控制装置或机动车的发动机-和传动控制装置中的冷却。

例如借助于燃料-循环的机动车构造中的电子发动机控制装置的冷却对管道、泵、阀以及热交换器的耐久性和永久密封性提出了高的、需要成本的要求。从冷却回路中的较少的燃料量的泄漏通常已经可导致电子设备的故障。

此外根据自维持对流原理(Prinzip der selbst aufrechterhaltendenKonvektion)，被动的流体循环是已知的，尤其是在计算机电子领域中普遍的“热导管”。其是用于借助于蒸发冷却和自维持冷却剂对流的热传递的、密封闭合的系统。所使用的流体的沸点处于待冷却的热源的热工作范围内。液相润湿细管道的内壁，气相能够受在管道内部的蒸汽压力驱动而流向散热器，并且在那通过热交换器上的冷凝来传递蒸发热。润湿内管壁的液体层的厚度受毛细管作用限制，该作用仅允许相对小的管道直径，并且由此限制热导管的热流横截面。

此外，以热电的珀耳帖效应为基础的、借助于珀尔帖元件的电气冷却是已知的。这样的元件由两个相互连接的半导体组成，其导带的下边缘处于不同的能级。如果在半导体之间的分界层上存在电压，以致于电流从具有较高能量的导带边缘的半导体(热源)向具有较低能量的导带边缘的半导体(散热器)流动，则伴随着电传导电流，还形成了从热源到散热器的热流。从热源到散热器转移的电子通过在较低的导带下边缘上的弛豫将其在热源中所吸收的热激发能的一部分传递到散热器的晶格。

热扩散反作用于热电感应热流，此外，不可避免的欧姆损耗使半导体的材料变热。因此珀尔帖元件的热效率相对于其他已知的冷却机制是小的。此外，其本身可能要求多于待冷却的电子构件本身的结构空间。此外，珀尔帖元件相对昂贵，并且因此通常就不考虑其广泛的应用。

发明内容

依据本发明设置了用于输送至少一种热交换介质的方法和装置，该热交换介质具有至少一种具有第一电容率的第一流体以及至少一种具有第二电容率的第二流体，该第二电容率与第一流体的电容率不同，其中，在液相中的第一流体与在液相中的第二流体不相混合，由此在第一与第二流体之间形成至少一个介电分界面。因此不同电容率的至少两种流体形成分层的电介质，并且能够由均匀材料或混合材料组成，或能够由不均匀的混合物，如乳剂与悬浮液组成。

依据本发明的装置包括电容装置，其具有至少两个相邻的电极，至少一个流道在所述电极的间隙中延伸，所述至少一种热交换介质在该流道中流动。依据本发明，每个电极与电压控制装置的刚好一个电压源连接，或与电荷控制装置的刚好一个电荷源连接，其中，每个电极能够独立于其余的电极而充电和放电。

此外，借助于依据本发明的电极装置在至少一个流道中设置至少一个电场的激励，其中，尤其在热交换介质中的不同电容率的至少两种流体的介电分界面的区域中激励场。

电场在介电分界面的周围引起推进力，该推进力朝着激励场的电极的增加电容的方向作用。较高的电容率的流体段进入到电极充满场的间隙，并且排挤出较低的电容率的流体段，由此，热交换介质由于流体中的内聚力总体朝推进力的方向前进。这个效应既出现在电压固定的情况下，又出现在激励场的电极的电荷固定的情况下，并且独立于电场向量的局部定向，因为除热振动之外，介电流体和铁电胶体的分子的偶极矩主要平行于局部电场取向(定向极化)。