-i ? ri的比熱容C?？商孢x地，工作流體可W具有等于或 大于O.lkJ ? kg-i ? K-1、或化J ? kg-i ? K-1、或化J ? kg-i ? K-I的比熱容。液態(tài)工作流體因其較 大的熱容量而是優(yōu)選的。合適的工作流體取決于與如何制備ECM材料相關的溶液。如果ECM 材料是絕緣的，那么工作流體可W是導電的，例如水、液態(tài)金屬、具有防凍抑制劑的水溶液、 酒精、制冷劑等。如果ECM材料不是絕緣的，那么工作流體必須是介電的，例如娃酬油、礦物 油、去離子水、液氮、液氧等。
[0091] 電熱材料優(yōu)選地是夾在兩個熱二極管機構之間的膜或層或板的形式。在運種情況 下，內部熱再生和同時的電熱能量轉換通過工作流體的第一對流流朝向散熱器流動和工作 流體的第二流朝向熱源流動(從而所述第一流和所述第二流W反向流動方式流動)來實現(xiàn)。 ECM經由熱二極管熱禪合到工作流體的所述第一流和所述第二流。在本實施方式中，應用熱 二極管W允許從工作流體的第二流朝向ECM選擇性(或定向）傳熱，W及從ECM朝向工作流體 的第一流選擇性傳熱。具體地，當電熱材料不暴露于電場（即處于ECM的低溫度水平)時，應 用熱二極管W允許從工作流體的第二流向ECM傳熱(但不從工作流體的第一流向ECM傳熱， 或者在較小程度上從工作流體的第一流向ECM傳熱）。另一方面，當電場被施加到ECM(即處 于ECM的高溫度水平)時，熱二極管用于允許從ECM朝向工作流體的第一流傳熱（但不從ECM 朝向工作流體的第二流傳熱，或者在較小程度上從ECM朝向工作流體的第二流傳熱）。
[0092] 在一些實施方式中，電熱材料形成具有內部狹縫的結構，工作流體可W通過內部 狹縫流動。然后通過應用工作流體來實現(xiàn)內部熱再生和電熱效應的同時利用，其中當電熱 材料暴露于電場中時，所述工作流體從散熱器經過電熱材料的內部結構流動至熱源;而當 電熱材料不暴露于電場中時，工作流體通過電熱材料的內部結構從熱源流動至散熱器。因 此，工作流體W振蕩方式流過ECM。因此，可W將根據本發(fā)明的該第二實施方式的流動方式 視作應用"時間分離的反向流動"，其中朝向散熱器的工作流體的第一流和朝向熱源的工作 流體的第二流在空間上不分離，但在時域中分離。在第一組時間段期間出現(xiàn)工作流體的第 一對流流，而在第二(互補)組時間段期間出現(xiàn)沿相反方向的工作流體的第二流。
[0093] 因此可W通過兩種不同的傳熱機構提供內部發(fā)熱和同時進行的傳熱：
[0094] 1.通過工作流體的振蕩對流流動結合ECM的溫度的振蕩變化來實現(xiàn)熱傳輸。
[00M] 2.實現(xiàn)來自和去往工作流體的兩個空間上分離的流的熱傳輸，每個流通過熱二極 管或熱開關熱禪合到ECM。
[0096]圖1示出了根據本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)包括熱源22和散熱器23。該系統(tǒng)還 包括工作流體的第一對流流24和工作流體的第二對流流25。工作流體的第一對流流24朝向 熱源22流動，而工作流體的第二對流流25朝向散熱器23流動。因此，工作流體的第一對流流 和第二對流流處于彼此反向的流動方向上。在第一對流流24與第二對流流25之間設置有電 熱材料26巧CM) "ECM 26被設置為電熱裝置的一部分，電熱裝置包括設置在電容器的兩個相 反的電極內的ECM 26。由于電熱效應，當向電容器施加電壓時，ECM 26的溫度升高。同樣，當 移除電壓時，ECM 26的溫度降低。裝置29被設置為用于交替地將ECM 26暴露于電場中W及 不將ECM 26暴露于電場中。當ECM 26暴露于電場中時，熱27從ECM26傳遞至工作流體的第一 對流流24。在此階段，ECM的溫度相對高。熱27在此階段選擇性地在從ECM 26朝向第一對流 流24的方向上傳遞，并且不在(或者在較小程度上)從ECM 26朝向第二對流流25的方向上傳 遞，從運個意義上講，傳熱是"選擇性"的。當ECM 26不暴露于電場中時，因此處于較低的溫 度水平，熱28選擇性地從工作流體的第二對流流25朝向ECM 26傳遞。在不(或在較小程度 上)發(fā)生從第一對流流24朝向ECM 26的傳熱的意義上講，熱28的運種傳遞是"選擇性"的。W 此方式，結合"選擇性"傳熱機構，經循環(huán)加熱和冷卻的ECM 26將熱從工作流體的第二對流 流25累送至第一對流流24。結合流24和25的對流流動而如此實現(xiàn)的傳熱導致建立沿對流流 24和25的溫度梯度。反向流動中工作流體的第一流24和第二流25通過ECM 26的熱禪合允許 在熱源23與散熱器22之間建立大的溫差。
[0097] 如在圖I中由30曰、306、30(：、30(1處的虛線所示，傳熱可^發(fā)生在沿6〔126的多個級 處。運增加了沿工作流體的第一對流流24和第二對流流25W及沿ECM 26的溫度梯度。圖1中 所示的級的數目（在運種情況下為四個)僅是為了說明的目的。如本領域技術人員將理解 的，可W采用任何數目的(理論的）級。
[0098] 將理解的是，工作流體的第一對流流24和第二對流流25彼此可W在空間上分離， 或者它們可W在時域中分離?？臻g分離可W通過經由分開的導管(如經過ECM 26內或與ECM 26相鄰的分開的狹縫)傳輸工作流體的第一對流流24和第二對流流25來實現(xiàn)。另一方面，時 域中的分離可W通過工作流體振蕩（或往復)移動經過同一導管或經過ECM 26內或與ECM 26相鄰的狹縫來實現(xiàn)。
[0099] 在工作流體的第一流24和第二流25在分開的導管中流動的實施方式中，從第二流 25朝向ECM 26W及從ECM 26朝向第一流24的選擇性熱傳輸通過應用熱二極管或熱開關來 實現(xiàn)。熱二極管或熱開關有效地將熱從第二流25傳遞至ECM 26W及從ECM 26傳遞至第一流 24,但是熱二極管或熱開關有效地避免(或減少)在ECM 26處于低溫度水平時從第一流24朝 向ECM 26的傳熱；W及在ECM 26處于高溫度水平時從ECM 26朝向第二流25的傳熱。
[0100] 在工作流體的第一流24和第二流25在同一導管中流動的實施方式中，從第二流25 朝向ECM 26W及從ECM 26朝向第一流24的選擇性熱傳輸通過對工作流體的振蕩流動進行 適當地定時來實現(xiàn)。例如，當ECM26暴露于電場中（從而處于高溫度水平)時，導管中的工作 流體可W沿散熱器的方向流動。另一方面，當ECM 26不暴露于電場中（從而處于低溫度水 平)時，導管中的工作流體可W沿熱源的方向流動。W運種方式，可W在不應用熱二極管或 熱開關的情況下實現(xiàn)至工作流體的第一流24或第二流25的選擇性傳熱。
[0101] 現(xiàn)參照其余附圖對本發(fā)明的另外方面進行描述。
[0102] 圖2示出了在不應用熱二極管的情況下包括對流傳熱的IRE布雷頓制冷熱力循環(huán) 的四個操作步驟。在圖2中，僅示出了所選擇的粒子的熱力學路徑。在第一步驟中，發(fā)生絕熱 極化，在此階段ECM經受增加的電場。運由于電熱效應而導致ECM變熱。在第二步驟中，在ECM 暴露于高電場的同時，流體通過變熱的ECM結構朝向散熱器（即，熱側外部熱交換器，HHEx) 流動。在此過程中，ECM冷卻并且工作流體的溫度升高。HHEx中的該熱流體將熱傳遞到周圍。 在第S步驟中，發(fā)生絕熱去極化，在此期間ECM經受減小的電場。運由于電熱效應而導致ECM 的溫度降低。在第四步驟中，發(fā)生流體通過相對冷的ECM結構(處于低電場中）朝向熱源(例 如，冷側熱交換器CHEx)流動。CHEx中的該較冷的流體從環(huán)境中吸收熱。在該系統(tǒng)中，振蕩的 流體流動可W被視為"反向流動"，其中在第二步驟(熱側)和第四步驟(冷側）中的流體流動 是沿相反方向的。當W多個循環(huán)重復W上四個步驟時，并且如果在每個循環(huán)中僅工作流體 的一部分從熱源傳輸至散熱器，或從散熱器傳輸至熱源，則將沿著電熱材料（即在熱側外部 熱交換器與冷側外部熱交換器之間）建立溫度曲線。可W根據所選擇的工作條件（質量流 率，工作頻率等)來修改在熱交換器之間所建立的溫差，W及冷卻能力和過程的有效性。另 外，ECM的性質、其幾何形狀、外加電場、工作流體W及其他因素會產生影響。
[0103] 如本領域技術人員將理解的，可W實現(xiàn)不同的熱力循環(huán)。從熱力學角度看，發(fā)明過 程產生獨特的電熱熱力循環(huán)。運些熱力循環(huán)不W與常規(guī)電熱熱力循環(huán)相同的方式進行工 作。在目前情況下，在ECM的多個單元(或級）中執(zhí)行熱力循環(huán)，而ECM的各單元的熱力學路徑 在不同的時間序列交叉，但不像級聯(lián)系統(tǒng)中的情況那樣在同一時間交叉。ECM的各單元不直 接將熱累送到下一相鄰單元，而是所有單元在同一時間接受或拒絕來自或去往工作流體 (或熱二極管）的熱，并且通過流體(或熱二極管）間接禪合。單元及其局部熱力循環(huán)通過流 體的熱傳輸（W及熱二極管，如果應用了的話)與相鄰的單元及其局部熱力循環(huán)相互作用， 從而執(zhí)行內部再生過程。
[0104] 圖3、圖4和圖5示出了根據本發(fā)明的熱力循環(huán)的各種示例。運可W通過四個基本步 驟的組合來實現(xiàn)。例如，不同于IRE布雷頓循環(huán)，IRE埃里克森熱力循環(huán)基于電熱材料的等溫 (去)極化，它可W通過同時進行ECM的（去)極化和流體流動來執(zhí)行。在此過程期間電熱材料 由于極化而變熱，同時熱通過工作流體從ECM中移除，并且因而使電熱材料保持在恒定溫 度。此外，不同的混合循環(huán)也是可能的。如果(去)極化過程的第一部分是絕熱的并且第二部 分是等溫的，那么運些過程將會實現(xiàn)。運產生了一種IRE布雷頓-埃里克森熱力循環(huán)。在IRE 類卡諾熱力循環(huán)的情況下，電熱材料的每個單元執(zhí)行其自身的卡諾循環(huán)，但整個IRE循環(huán)類 似于混合IRE布雷頓-埃里克森熱力循環(huán)。它基于絕熱和等溫(去）極化過程。不同于其他在 上面呈現(xiàn)的IRE熱力循環(huán)，IRE類卡諾循環(huán)不是基于在均勻電場中的流體流動的過程的，而 只適用于電場的增加和減小。
[0105] 如上所示，通過W反向流動方式流動的工作流體的內部再生和對整個ECM的電場