[发明专利]一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置

说明书

一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置，它包括N个具有电热效应材料的制冷器件、N+1个重力热管、制冷液体和电源，N+1个所述重力热管与N个所述制冷器件交替铺设，相邻的制冷器件和重力热管的表面相贴合，位于最外侧的两个重力热管分别对应散热端和制冷端；所述重力热管的底部盛装有所述制冷液体，所述制冷器件为具有电热效应的制冷片，各制冷片连接所述电源，各制冷片与所述电源之间的电路上连接有电源开关，各电源开关间歇闭合和断开，各制冷片按照规定的加场和减场次序进行控制以实现制冷。该基于电热效应和重力的气液相变制冷装置具有设计科学、结构简单、提高热量传递效果、实现热量连续单向传递的优点。

技术领域

本发明涉及固体制冷领域，具体的说，涉及一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置。

背景技术

目前国内外利用电热效应进行制冷的研究主要集中在研发高电热效应的材料上，例如 PbZrTiO3薄膜和BaTiO3，以及其它薄膜陶瓷和聚合物。随着经济的发展，器件朝着微型化发展，尤其是电子设备中的制冷技术显得尤为重要。电子芯片在工作过程会产生大量的热，热量的聚集会引起芯片的失效及损坏，据调查研究显示，目前电子器件的损坏中有一半以上是由热失效引起的，因此电子器件的及时散热是保证其稳定工作的必要保障。随着科技水平的发展，电子器件逐渐高度集成化和微型化，为了避免电子器件损坏，散热问题的解决成为了微型电子器件发展中的重要环节。传统的制冷方式不能够实现对微型器件的制冷，而固体制冷作为新型的制冷方式可以满足微型器件的制冷需求。固体制冷主要包括磁热制冷、半导体制冷和电热效应制冷。磁热制冷存在成本高、工作温度低的缺点；半导体制冷存在制冷效率低，能量损耗大的缺点；电热效应制冷具有制冷效率高，制冷成本低的优点，并且由具有电热效应的材料制备的制冷装置不需要过多的机械组成部件，结构简单，可灵活的应用于微小设备；启动方便，通过电场施加和去除便可快速制冷使局部降温；控制较为简单，符合电子器件和集成电路微型化发展的趋势。以上特点使得利用具有电热效应的材料的电热效应制冷在微小型电子器件的温度调节和制冷方面具有显著的优势。

基于具有电热效应的材料的制冷器件在电场的作用下具有材料中的偶极子会发生极化现象，由无序态向有序态转变，材料内部的熵减小，释放出多余热量；去掉电场后，偶极子去极化，从有序态恢复到无序态，并通过从外界环境吸收热量的方式使得材料内部的熵增大，从而使外部材料温度降低，实现制冷的效果。目前基于具有电热效应的材料的电热效应制冷存在的主要问题是目前存在的电热效应制冷装置由于电场的施加和去除时间限制，无法实现连续的热量传递，所以散热功率和温度跨度较低，无法满足实际应用的器件制冷的要求。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、结构简单、提高热量传递效果、实现热量连续单向传递的基于电热效应和重力的气液相变制冷装置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置，它包括N个具有电热效应材料的制冷器件、N+1个重力热管、制冷液体和电源，N+1个所述重力热管与N个所述制冷器件交替铺设，相邻的制冷器件和重力热管的表面相贴合，位于最外侧的两个重力热管分别对应散热端和制冷端；所述重力热管的底部盛装有所述制冷液体，所述制冷器件为具有电热效应的制冷片，各制冷片连接所述电源，各制冷片与所述电源之间的电路上连接有电源开关，各电源开关间歇闭合和断开，各制冷片按照规定的加场和减场次序进行控制以实现制冷。

基上所述，所述重力热管包括一排垂直热管，相邻的垂直热管的侧壁紧贴设置，所述一排垂直热管的排列长度与所述制冷片的长度相同。

基上所述，在制冷装置工作的第一阶段，断开各制冷片的电源开关，各制冷片的电场强度降低，各制冷片的熵增大，则各制冷片通过其下侧垂直热管中的制冷液体从制冷端吸收热量；在制冷装置工作的第二阶段，闭合各制冷片的电源开关，各制冷片的电场强度增强，各制冷片的熵减小，则各制冷片通过其上侧垂直热管中的制冷液体向散热端释放热量。