[实用新型]一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置

说明书

本实用新型涉及一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置，包括压电驱动单元及电卡换热单元，压电驱动单元包括压电元件以及与压电元件固定连接的传动杆，电卡换热单元包括上导热片、下导热片及设置于上导热片与下导热片之间的电卡元件，压电元件通过传动杆与电卡元件传动连接。与现有技术相比，本实用新型采用电卡效应，制冷效率高；采用压电元件作为驱动机构，具有结构简单、体积小、功耗低等优点；本装置未采用氟利昂等制冷剂，更加绿色环保；本装置结构简单紧凑，尺寸较小，可适用于微型精密仪器的制冷。

技术领域

本实用新型属于微型电子设备制冷技术领域，涉及一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置。

背景技术

传统的压缩制冷技术所使用的机械压缩机因体积较大，不便于实现对微型电子设备的制冷工作；另一方面该技术需要制冷剂的使用，存在一定的泄漏风险，例如氟利昂等制冷剂的泄漏会破坏臭氧层，促进温室效应，对环境产生危害。

近年来，电子设备不断朝着小型化、便携化发展。相应的，微电子设备的散热问题也越发突出，迫切需要一种小尺寸、高效率的制冷器。

本技术所涉及的固态制冷是基于电卡效应的一种新型制冷技术，不必使用常用制冷器所需的压缩机与制冷剂。当施加或撤去在电卡材料上的电场时，材料将产生吸热或放热的现象，即电卡效应。其本质是当电场施加到材料上时，材料内部偶极子将由无序状态变为有序排列，材料的熵减小，并释放热量导致材料的温度升高；当电场从材料上撤去时，材料内部的偶极子将由有序排列重新回到无序状态，材料的熵增加，并吸收热量导致材料的温度降低。当通过变换电场，利用材料的吸、放热形成一种热力学循环，并同时利用逆压电效应将热量从一端转移到另一端，就可达到制冷效果。

采用电卡制冷技术制成的固态制冷器有以下优点：①不需要机械压缩机，可以方便地进行小型化设计；②无需使用制冷剂，因而无制冷剂泄漏风险，避免造成环境污染。

但是，目前基于电卡效应的制冷装置只停留在器件研发、电卡效应的测试阶段，同时因为工作电压较高，且未形成有效的热力学循环，导致并未有成熟的商业化产品出现，因此开发出一种有实际操作意义的微型电卡制冷装置非常有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而利用新的物理效应，提供一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，该装置包括压电驱动单元及电卡换热单元，所述的压电驱动单元包括压电元件以及与压电元件固定连接的传动杆，所述的电卡换热单元包括上导热片、下导热片及设置于上导热片与下导热片之间的电卡元件，所述的压电元件通过传动杆与电卡元件传动连接。

压电元件具有逆压电效应，即当对压电元件施加电场时，压电元件产生形变，撤去电场则恢复形变，这就使得与压电元件固定连接的传动杆产生移动，进而带动电卡元件在上导热片与下导热片之间运动，当运动到上导热片时，电卡元件被施加电压，由于电卡效应，电卡元件的温度将会升高，热量将通过温度梯度从电卡元件传递到上导热片上散去；当电卡元件运动到下导热片上时，电卡元件上的电压将被撤去，由于电卡效应，电卡元件的温度将会降低，热量将通过温度梯度从下导热片传递到电卡元件上吸收。如此循环往复，下导热片的热量将不断地被带到上导热片散去，使得下导热片的温度得到降低，若下导热片连有设备，则可实现对该设备的制冷工作。

作为优选的技术方案，所述的压电元件与传动杆及电卡元件同轴设置。

作为优选的技术方案，所述的上导热片与外部散热装置连接，以增强散热效果。

作为优选的技术方案，所述的上导热片与下导热片可采用铜制元件，以增强换热效果。