所述第二對(duì)流流中的溫度梯度。然后有利的是，應(yīng) 用具有不同的居里溫度的不同的ECM，使得ECM可W在其電熱效應(yīng)相對(duì)大的溫度水平處工 作。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，工作流體優(yōu)選地選自包括W下項(xiàng)的組:液態(tài)工作流體、水、水溶液、液 態(tài)金屬、酒精、鹽水、制冷劑和油。工作流體可W是導(dǎo)電流體，或可W是介電流體。
[0036] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，系統(tǒng)包括其間具有狹縫的多個(gè)電熱裝置。多個(gè)電熱裝置優(yōu)選 地是其間具有狹縫的彼此上下堆疊的多個(gè)平板的形式。
[0037] 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，第一對(duì)流流和第二對(duì)流流首尾相連，例如W允許工作流體在 熱源與散熱器之間循環(huán)流動(dòng)。
[0038] 優(yōu)選地，用于電熱能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)是用于再生型電熱能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，其中熱能 是由ECM從工作流體的第二對(duì)流流吸收的，然后由所述ECM間歇地(或臨時(shí)地)存儲(chǔ)，然后從 所述ECM傳遞到所述工作流體的第一對(duì)流流。為了有效的再生型電熱能量轉(zhuǎn)換，本發(fā)明的 ECM優(yōu)選地是具有大容積熱容量cp[J ? Cnf3 ? ITi]的ECM。優(yōu)選地，ECM的容積熱容量等于或大 于0.5J ? cm_3 ? K_i、0.6J ? cm_3 ? K_i、0.7J ? cm_3 ? K_i、0.8J ? cm_3 ? K_i、0.9J ? cm_3 ? K-1、 l.OJ ? cm_3 ? ? cm_3 ? K_i、1.2J ? cm_3 ? K_i、1.3J ? cm_3 ? K_i、1.4J ? cm_3 ? K_i、 cm-3.K-i、2.2J.cm-3.K-i、2.4J.cm-3.K-i、2.6J.cm-3.K-i、2.8J.cm-3?K-i、3J.cm-3. K_i、3.2J ? cm_3 ? K_i、3.4J ? cm_3 ? K_i、3.6J ? cm_3 ? K_i、3.8J ? cm_3 ? K_i或4J ? cm_3 ? K_i。
[0039] 優(yōu)選地，用于將所述ECM交替地暴露于增加的和減小的電場(chǎng)中的裝置適于將所述 ECM交替地暴露于W從IHz至IOOHz、或從5Hz至50化、或從10化至30化的頻率增加和減小的 電場(chǎng)中。因此，電場(chǎng)振蕩的頻率顯著大于例如熱管能夠工作的頻率。（在本發(fā)明的上下文中， IHz的頻率是指完成增加和減小各個(gè)電場(chǎng)的完整的周期需要1秒鐘）。
[0040] 優(yōu)選地，通過(guò)電壓來(lái)控制(或適于控制)本發(fā)明的熱開(kāi)關(guān)和/或熱二極管，其中電壓 與ECM暴露于其中的交替增加和減小的電場(chǎng)同步(例如，具有相同的頻率）。
[0041] 本發(fā)明也設(shè)及電熱能量轉(zhuǎn)換的其他方法，所述方法包括W下步驟：
[0042] 提供散熱器；
[0043] 提供熱源；
[0044] 提供工作流體的第一對(duì)流流，其朝向所述散熱器流動(dòng)；
[0045] 提供工作流體的第二對(duì)流流，其朝向所述熱源流動(dòng)；
[0046]提供ECM; W及
[0047] 使所述ECM交替地暴露于增加的和減小的電場(chǎng)中，其中，當(dāng)所述ECM暴露于所述增 加的電場(chǎng)中時(shí)，所述ECM的溫度升高，并且，當(dāng)所述ECM暴露于所述減小的電場(chǎng)中時(shí)，所述ECM 的溫度降低；W及
[0048] 當(dāng)所述ECM處于比所述第一對(duì)流流的溫度水平高的溫度水平時(shí)，允許從所述ECM至 所述第一對(duì)流流的熱傳輸(優(yōu)選地，選擇性熱傳輸），從而增加所述工作流體的第一對(duì)流流 (24)的溫度；W及
[0049] 當(dāng)所述ECM處于比所述工作流體的第二對(duì)流流的溫度水平低的溫度水平時(shí)，允許 從所述工作流體的第二對(duì)流流至所述ECM的熱傳輸(優(yōu)選地，選擇性熱傳輸），從而降低所述 工作流體的第二對(duì)流流的溫度；
[0050] 優(yōu)選地，從而通過(guò)所述工作流體的第一對(duì)流流和第二對(duì)流流產(chǎn)生熱從所述熱源到 所述散熱器的凈流動(dòng)。
[0051] 在本發(fā)明的方法中，工作流體的第一對(duì)流流(24)優(yōu)選地從熱源流向散熱器（即，從 熱源一直到散熱器）。同樣，優(yōu)選地，工作流體的第二對(duì)流流(25)從散熱器流向熱源（即，從 散熱器一直到熱源）。
[0052] 工作流體的第一對(duì)流流和第二對(duì)流流優(yōu)選地是工作流體的單相流，例如，工作流 體的液態(tài)流或氣態(tài)流。換句話(huà)說(shuō)，工作流體的第一流和第二流優(yōu)選地不經(jīng)歷蒸發(fā)或冷凝。
[0053] 在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式中，在分開(kāi)的導(dǎo)管中提供所述工作流體的第一對(duì)流 流和第二對(duì)流流，并且從所述ECM至所述第一對(duì)流流的熱傳輸(優(yōu)選地，選擇性熱傳輸）W及 從所述工作流體的第二流至所述ECM的所述熱傳輸(優(yōu)選地，選擇性熱傳輸)分別通過(guò)熱二 極管或通過(guò)熱開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0054] 在本發(fā)明方法的另一實(shí)施方式中，在同一導(dǎo)管中交替地提供工作流體的第一對(duì)流 流和第二對(duì)流流，并且從所述ECM至所述第一對(duì)流流W及從所述第二對(duì)流流至所述ECM的所 述熱傳輸通過(guò)W下述方式控制交替的對(duì)流流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn):在所述ECM處于比所述第一對(duì)流流 的溫度高的溫度時(shí)的時(shí)間段出現(xiàn)所述第一對(duì)流流，并且在所述ECM處于比所述第二對(duì)流流 的溫度低的溫度時(shí)的時(shí)間段出現(xiàn)所述第二對(duì)流流。
[0055] 因此，當(dāng)工作流體具有相對(duì)高的溫度時(shí)優(yōu)選地出現(xiàn)第一對(duì)流流，而當(dāng)工作流體具 有相對(duì)低的溫度時(shí)優(yōu)選地出現(xiàn)第二對(duì)流流。
[0056] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，交替的第一對(duì)流流和第二對(duì)流流通過(guò)所述工作流體 經(jīng)過(guò)所述導(dǎo)管的往復(fù)流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0057] 優(yōu)選地，熱源處于比所述散熱器的溫度水平低的溫度水平。
[0058] 在本發(fā)明的其他優(yōu)選方法中，從所述第二對(duì)流流至所述ECMW及從所述ECM朝向所 述第一對(duì)流流的所述熱傳輸發(fā)生在沿所述ECM的多個(gè)級(jí)處。優(yōu)選地，于是建立所述第一對(duì)流 流和所述第二對(duì)流流中的溫度梯度。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，工作流體選自包括W下項(xiàng)的組:液態(tài)工作流體、水、水溶 液、液態(tài)金屬、酒精、鹽水、油或制冷劑。
【附圖說(shuō)明】
[0060] 圖1提供了本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。
[0061] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的IRE布雷頓熱力循環(huán)的各個(gè)階段。
[0062] 圖3 W溫度-賭圖示出了 S個(gè)IRE布雷頓熱力循環(huán)。
[0063] 圖4W溫度-賭圖示出了根據(jù)本發(fā)明的S個(gè)IRE卡諾循環(huán)。
[0064] 圖5W溫度-賭圖示出了根據(jù)本發(fā)明的S個(gè)IRE埃里克森循環(huán)。
[0065] 圖6形象化了根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)外部熱交換器的熱力循環(huán)。
[0066] 圖7形象化了使用ECM和兩個(gè)熱二極管的選擇性熱傳輸。
[0067] 圖8形象化了根據(jù)第一配置的應(yīng)用熱二極管和外部熱交換器的本發(fā)明的熱力循 環(huán)。
[0068] 圖9形象化了根據(jù)第二配置的應(yīng)用熱二極管和外部熱交換器的本發(fā)明的熱力循 環(huán)。
[0069] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的包括多組具有電極和電觸點(diǎn)的陶瓷電熱板的系統(tǒng)。
[0070] 圖11提供了圖10中所示的系統(tǒng)的側(cè)視圖。
[0071] 圖12示出了 ECM板組件的另一變型。
[0072] 圖13示出了基于結(jié)合熱二極管W反向流動(dòng)方式流動(dòng)的工作流體的本發(fā)明的實(shí)施 方式。
[0073] 圖14示出了基于反向流動(dòng)的工作流體和熱二極管的實(shí)施方式的放大視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074] 在本發(fā)明的上下文中，"電熱材料"或ECM應(yīng)當(dāng)理解為：當(dāng)暴露于增加的電場(chǎng)中時(shí)溫 度升高并且當(dāng)暴露于減小的電場(chǎng)中時(shí)溫度降低的任何材料。
[0075] 根據(jù)本發(fā)明，"電熱裝置"應(yīng)當(dāng)理解為是包括電容器的裝置，其中電容器包括間隔 開(kāi)的電極，其中，ECM被設(shè)置在電容器的電極之間充當(dāng)電介質(zhì)。當(dāng)向電容器施加電壓時(shí)電熱 裝置中的ECM的溫度升高，并且當(dāng)移除所述外加電壓時(shí)ECM的溫度降低。
[0076] 根據(jù)本發(fā)明，"熱二極管"應(yīng)當(dāng)理解為是其熱傳輸能力取決于熱傳輸?shù)姆较虻难b置 或材料。本發(fā)明的優(yōu)選熱二極管在一個(gè)方向上具有大的熱傳輸能力，但在相反方向上具有 小的熱傳輸能力。因此它們可W被視為是單向熱傳導(dǎo)元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解并且容易 得到基于固態(tài)物理學(xué)或微流體的熱二極管。例如在US 4,757,688中對(duì)熱二極管進(jìn)行了描 述。
[0077] 熱二極管可W基于W下原理中的一個(gè)或數(shù)個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[007引熱電學(xué)
[0079] 熱離子學(xué)
[0080] 自旋電子學(xué)
[0081] 自旋熱電子學(xué)
[0082] 熱整流
[0083] 電流體力學(xué)
[0084] 磁流體力學(xué)
[0085] 聲流體力學(xué) [00化]微流體學(xué)
[0087] 電潤(rùn)濕
[0088] 運(yùn)樣的熱二極管是公知的。
[0089] 根據(jù)本發(fā)明，"熱開(kāi)關(guān)"應(yīng)當(dāng)理解為是具有可控?zé)醾鬏斈芰Φ难b置或材料。與熱二 極管機(jī)構(gòu)相比，"熱開(kāi)關(guān)"可W允許或阻止熱流動(dòng)(類(lèi)似于水系統(tǒng)中閥的作用），但不提供對(duì) 熱通量方向的控制，并且在大多數(shù)情況下不提供對(duì)熱通量強(qiáng)度的控制。"熱開(kāi)關(guān)"（其當(dāng)然可 W被看作是"熱二極管"的子域)的一個(gè)示例是例如基于ECM材料的可控?zé)醾鲗?dǎo)的應(yīng)用的熱 整流器。在本發(fā)明的上下文中使用的熱交換器例如是由畑iou等人（2012 ,Solid-State Electronics, 77:56-63)、Cho等人（2007, Sensors and Aerators ,A133:55-63)、W及在US 2009/0040007中所描述的熱交換器。
[0090] 根據(jù)本發(fā)明，"工作流體"應(yīng)當(dāng)理解為有益于對(duì)流熱傳輸?shù)木哂凶銐虼蟮谋葻崛莸?任何流體(J ? kg^ ? ITi)。工作流體可W是氣體或液體、納米流體或懸浮液。本發(fā)明的優(yōu)選 工作流體具有等于或大于4kJ ? kg