專利名稱：場致冷技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種致冷技術(shù)，特別涉及一種場致冷技術(shù)。
現(xiàn)有的各種可循環(huán)動作的致冷技術(shù)，外界都必須對系統(tǒng)做功，且致冷效率低。
本發(fā)明的目的是提供一種場致冷技術(shù)，其特征是在外界不消耗能量或能量消耗極小的情況下使熱量自動由低溫物體傳向高溫物體。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，在一個充滿極性分子氣體的平板形容器的一面制成寬度為108米的叉指電極(也可制成其它形狀)，從而產(chǎn)生厚度為10-7米(場強在107伏/米以上)且離電極越近電場越強的非勻強永久電場。另一面則無電場。當大量氣體分子從弱電場區(qū)進入強電場區(qū)并以有電場的容器面碰撞，由于極性氣體分子在運動過程中受到電場力的加速作用，動能逐漸增大，當氣體分子與有電場的容器面碰撞時的平均動能大于進入電場區(qū)的平均動能。反之，當氣體分子碰撞后由強電場區(qū)進入無電場區(qū)時平均動能逐漸減小。因此將產(chǎn)生有電場的容器面的溫度始終高于無電場容器面的溫度。
由于在本發(fā)明中外力場對氣體做的總功為零從而實現(xiàn)單一熱源自動變?yōu)楦邷責(zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩础?br> 在介紹電場致冷技術(shù)前，我們先分析一個常見的例子就能知道場致冷技術(shù)的原理。我們知道一定質(zhì)量的氣體在一定容積的容器中，當氣體達到熱動平衡狀態(tài)時，若不考慮重力場作用時，氣體內(nèi)各部分具有相同的溫度和壓強。若考慮重力場作用時，嚴格來說氣體由上至下各層的溫度、壓強、密度是略有遞增的，我們在這里僅分析溫度變化，若一定質(zhì)量的氣體在一個水平放置的平板狀容器中，容器的厚度小于氣體分子的、平均自由程，且上下面絕熱，當氣體分子從上至下運動時由于重力場作用，分子動能逐漸增大。反之則減小因此分子碰撞上器壁面的平均動能小于下器壁面的平均動能從而出現(xiàn)容器的下器壁面溫度始終高于上器壁面的溫度。但是由于重力加度小，對氣體分子做熱運動的影響很小，所以產(chǎn)生的溫差極小，我們可以忽略這種溫差的存在，而在一般性的科學(xué)實驗中外力場如電場、磁場等對分子熱運動的影響也很小，所以產(chǎn)生的溫度差也非常小，因此我們都可以忽略這種溫差的存在，認為氣體的溫度為平衡狀態(tài)，因此都符合熱力學(xué)第二定律，通過前面的分析說明熱力學(xué)第二定律是建立在外力場對分子做熱運動影響很小的基礎(chǔ)上，若外力場對分子做無規(guī)則熱運動影響很大時，產(chǎn)生的這種溫度差也很大，熱力學(xué)第二定律就不適用。
現(xiàn)介紹一種能夠極大提高外力場對氣體分子作用力的方法從而產(chǎn)生的溫度差不僅在實驗中能觀察到而且還具有實用價值，這就是電場致冷技術(shù)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及原理由以下示意附圖給出。


圖1是電極板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是場致冷技術(shù)的致冷原理示意圖。
圖3是多個致冷單元組合的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照附圖3本發(fā)明是由多層電極板5疊加而成，每層電極板之間充入極性氣體4，每層電極板5和密封的極性氣體4為一個致冷單元，多層電極板疊加的目的是使溫度差逐層提高。
參照附圖1電極板的結(jié)構(gòu)是很簡單，在一塊導(dǎo)熱性好的金屬基片1上制成一層絕緣薄膜2然后在絕緣薄膜2上制成一組叉指電極3。
參照附圖2對場致冷技術(shù)的致冷原理進行詳細說明，先以無極性單原子氣體如氬、氦等為工作介質(zhì)進行說明。當叉指電極3未通電前容器中的氣體4和電極板5的溫度是相同的即處于溫度平衡狀態(tài)，當叉指電極板3通上直流電時，電極板5表面產(chǎn)生一層厚度約為10-7米由上至下逐漸增強的非勻強電場(表面場強大于107伏/米以上的厚度)這一厚度小于氣體分子4的平均自由程，叉指電極3間的電壓低一般5伏左右為宜，因此氣體4工作時處于絕緣狀態(tài)，我們知道無極分子在電場中將產(chǎn)生位移極化，電場使分子的正負電荷中心發(fā)生相對位移，形成等效電偶極子。由于無極性氣體分子4的正負電荷中心在非勻強電場中心場強不同因此將產(chǎn)生平動。由于電極板5表面電場的場強是由上至下逐漸增強的。因此氣體分子4在電場中將受到一個指向電極板5的引力，效果類似重力作用。當氣體分子4從無電場區(qū)進入電場區(qū)由上至下運動并以電極板5碰撞時，由于分子在電場區(qū)運動時受到電場力的加速作用動能逐漸增大，使氣體分子4以電極板5碰撞時的平均動能大于氣體分子4進入電場區(qū)時的平均動能；反之，氣體分子4碰撞電極板5后離開電場區(qū)即從下至上運動時，由于電場力對分子做負功動能逐漸減小。因此動能小于碰撞電極板后的動能。從而使氣體4的溫度始終低于電極板5的溫度，從而使處于溫度平衡狀態(tài)的氣體自動產(chǎn)生高溫區(qū)和低溫區(qū)。從而使熱量自動由氣體4傳給電極板5。
由于無極性氣體分子在電場中極化產(chǎn)生的電矩小，因此在電場中的作用力小，溫度差小，若場強為2×108伏/米時，僅能產(chǎn)生大約10-3度的溫差，為了進一步提高溫度差，并具有應(yīng)用價值，我們可利用極性氣體分子如HF、HCL、NH3、H2S等作為工作介質(zhì)，因極性氣體分子本身就有固有電矩且遠大于極性分子在電場中位移極化產(chǎn)生的電矩，雖然極性分子在電場中不僅產(chǎn)生平動，還產(chǎn)生轉(zhuǎn)動運動規(guī)律非常復(fù)雜。但是我們知道極性分子在電場中存在取向作用，取向作用就是極性分子克服熱運動的影響，在電場中將正電中心指向負極板和將負電中心指向正極板的一種運動，因此極性分子在電場中因取向作用將產(chǎn)生取向等效電矩，在場強為108伏/米時取向等效電矩遠大于非極性分子位移極化產(chǎn)生的電矩，分子的電矩越大在電場中的作用力越大，所以極性分子在電場中運動受到電場力做的功遠大于極性分子從而產(chǎn)生溫度差遠大于無極性分子。若電極板表面的平均場強為2×108伏/米，工作介質(zhì)為NH3氣時能產(chǎn)生3-4℃的溫度差。
參照附圖3由于每層電極板和氣體分子為一個致冷單元僅能產(chǎn)生3-4℃的溫度，實用價值不大，為了進一步提高溫度差，我們可將若干層電極板5疊加在一起，并在兩塊電極板5周圍密封中間充入極性氣體。使溫差逐層提高，由于電極板5面積的長度比電極板5的厚度和兩電極板之間的距離大很多，所以兩電極板之間必須放置隔離柵6提高可靠性和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的設(shè)計要點如下1、絕緣膜的擊穿場強必須大于工作場強。
2、必須使氣體工做時處于絕緣狀態(tài)，工作電壓一般在5伏左右為宜，工作電壓過高影響使用壽命及耗電量增大。
3、叉指電極間的距離及寬度和厚度越小場強越強。電極板表面的平均場強一般應(yīng)大于2×108伏/米產(chǎn)生的溫差才具有實用性。
4、極性氣體選擇分子固有電矩大沸點低，穩(wěn)定性好不易和容器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。
5、氣體工作的氣壓不限。一般工作在常壓下為宜，電極板上應(yīng)有小孔聯(lián)通各層氣體使各層氣體氣壓一致。
6、隔離柵必須選用高熱阻材料，結(jié)構(gòu)也可多樣化。
7、結(jié)合公知的技術(shù)。
至此已闡述場致冷技術(shù)的基本原理，只要不離開本發(fā)明的精神范疇，還可有許多改變，下面將進一步闡述。
前面介紹的技術(shù)中電極板是依靠外界電源產(chǎn)生電場，其實我們可以制成多種不需要外界電源，電極板本身就能產(chǎn)生永久電場的技術(shù)下面分別介紹1、利用兩種不同的金屬相互接觸產(chǎn)生接觸電勢差產(chǎn)生強電場，現(xiàn)結(jié)合附圖進行說明，我們在導(dǎo)熱板1上。蒸鍍一層逸出電勢低的金屬膜如鋁、鎂、鋅等。然后用逸出電勢高的金屬如金、鉑、鈀等制成叉指電極3。也可以是任意形狀比如使逸出電勢高的金屬呈星狀均勻分布在逸出電勢低的金屬膜上，然后在表面制成一層保護膜。這時逸出電勢高的金屬電極帶負電，逸也電勢低的金屬膜帶正電，同時由于電極本身尺度和電極之電極之間的尺度極小，應(yīng)低于10-8米。因此將產(chǎn)生很強的永久電場。利用這種方法的優(yōu)點是1、不還需要外界電源。2、加難度降低不要考慮正負電極短路和斷路，電極可不制成叉指形可制成各種形狀。3、電場穩(wěn)定性好。4、不需要絕緣薄膜。
2、利用半導(dǎo)體制成PN結(jié)形成永久電場，因N型和P型半導(dǎo)體相接觸后，N型半導(dǎo)體帶正電，P型半導(dǎo)體帶負電，具體方法可參考前介紹的方式。
3、將離子化合物的陰陽離子均勻星狀分布在導(dǎo)熱板1表面的絕緣薄膜上，要求電介質(zhì)的介電常數(shù)盡量小。
4、不僅強電場控制氣體分子可以致冷，強磁場控制順磁性氣體分子如氧等，施加的方式也很相似，只要使正負電極改為NS磁極即可。
利用場致冷技術(shù)結(jié)合現(xiàn)有的熱機技術(shù)制成復(fù)合熱機，可制成效率達100％的熱機且可工作在常溫常壓下。
權(quán)利要求
1一種致冷技術(shù)其特征在于熱量能夠自動從低溫物體傳向高溫物體。
2根據(jù)權(quán)利要求1的制冷技術(shù)其特征在于利用極強的電場、磁場作用于一定質(zhì)量一定容積中處于溫度平衡的氣體，從微觀上改變氣體分子的熱運動規(guī)律，使產(chǎn)生高溫區(qū)和低溫區(qū)。
3根據(jù)權(quán)利要求2的制冷技術(shù)其特征在于利用永久電場，永久磁場作用于氣體分子。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種致冷技術(shù)，其特征是在熱力學(xué)第二定律適用范圍之外，實現(xiàn)熱量自動由低溫物體傳向高溫物體。氣體的熱動平衡狀態(tài)是忽略外力場作用的，因為一般情況下外力場對分子做熱運動影響極小，所以對氣體溫度平衡影響極小，因此都符合熱力學(xué)第二定律。但是若外力場對氣體分子做熱運動影響很大時，氣體將不能達到溫度平衡狀態(tài)，熱力學(xué)第二定律就不適用。本發(fā)明的原理是利用場強在10
文檔編號F25B21/00GK1392381SQ01121539
公開日2003年1月22日 申請日期2001年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月16日
發(fā)明者李紅導(dǎo) 申請人:李紅導(dǎo)