的操作的組合，可W實(shí)現(xiàn)各種不同的熱力循環(huán)。
[0106] 圖6WT-S圖的方式示出了整個(gè)IRE布雷頓循環(huán)的示例（沒(méi)有示出每個(gè)電熱單元處 的小的熱力循環(huán)）。此外，虛線表示工作流體的近似溫度水平，W及其與外部熱交換器(熱源 和散熱器)的連接。
[0107] US 4,757,688、US 2011/0113791 Al和US 2010/0175392 Al公開(kāi)了使用熱二極管 的電熱裝置。然而，運(yùn)些裝置被設(shè)計(jì)成級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，而本發(fā)明應(yīng)用內(nèi)部再生和同時(shí)進(jìn)行的電熱 材料的電熱效應(yīng)。因此，熱二極管機(jī)構(gòu)的應(yīng)用W不同的方式與電熱材料組合起作用。通過(guò)使 用本發(fā)明原理，電熱裝置的效率可W提高至少20%，密實(shí)度可W提高至少50%。本發(fā)明構(gòu)思 利用熱二極管作為從電熱材料或到電熱材料的快速熱傳輸裝置。
[0108] 圖7呈現(xiàn)了結(jié)合電熱效應(yīng)的熱二極管的操作的基本構(gòu)思。在電熱材料的兩側(cè)上是 固定層，表示為A和B。運(yùn)兩層代表熱二極管。當(dāng)極化時(shí)，層A(即熱二極管A)快速地將熱從電 熱材料傳輸至熱側(cè)熱交換器，而層B(熱二極管B)不傳輸熱并充當(dāng)熱絕緣體。當(dāng)去極化時(shí)，層 B(即熱二極管B)快速地將熱從冷側(cè)熱交換器傳輸至電熱材料，而層A不傳輸熱并充當(dāng)熱絕 緣體。
[0109] 根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行圖2中所示的四個(gè)操作步驟的多個(gè)循環(huán)。在一定數(shù)目的循環(huán)之 后，在具有熱二極管的IRE結(jié)構(gòu)中建立溫度曲線。然而，不僅沿具有熱二極管的IRE結(jié)構(gòu)，而 且橫向于具有熱二極管的IRE結(jié)構(gòu)建立溫度曲線。
[0110] 圖8示出了熱二極管實(shí)施方式的一個(gè)示例，在該示例中，建立了工作流體的兩個(gè)分 開(kāi)的循環(huán)。工作流體的熱循環(huán)和工作流體的冷循環(huán)獨(dú)立存在。根據(jù)本發(fā)明，工作流體W反向 流動(dòng)方式流動(dòng)。
[0111] 圖9示出了熱二極管實(shí)施方式的另一示例。在該示例中，工作流體的第一流和第二 流首尾相連，使得建立工作流體的單個(gè)循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明，工作流體W反向流動(dòng)方式流動(dòng)。
[0112] 本發(fā)明描繪了關(guān)于電熱裝置的其他現(xiàn)有理論設(shè)計(jì)構(gòu)思的潛在工作特性的顯著改 進(jìn)。熱二極管作為電熱制冷裝置的一部分的應(yīng)用增加了制冷裝置的工作頻率和特定冷卻功 率。由于工作頻率的增加 W及因此的功率密度的增加，運(yùn)將產(chǎn)生更好的致密性。與其他現(xiàn)有 構(gòu)思相反，在該專(zhuān)利中，熱二極管W非常規(guī)方式被應(yīng)用，在運(yùn)種情況下，它們提供熱傳輸，并 且不提供熱二極管的熱部與冷部之間大的溫度梯度。由此，當(dāng)與提議在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中應(yīng)用熱 二極管的現(xiàn)有理論設(shè)計(jì)構(gòu)思的示例相比時(shí)，不可逆損失大大降低。
[0113] 現(xiàn)將參照?qǐng)D10至圖12對(duì)本發(fā)明的第一組實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，其中第一組實(shí)施方式 結(jié)合具有內(nèi)部狹縫的ECM結(jié)構(gòu)使用振蕩對(duì)流反向流動(dòng)。
[0114] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的包括多組具有附接電極和電觸點(diǎn)的塊體陶瓷ECM的組 件。（l.a、2.a-連接到電壓源的導(dǎo)電觸點(diǎn)，3-具有上覆電極的ECM(板），4-不導(dǎo)電隔板，18-流 體流動(dòng)的當(dāng)前方向）。
[0115] 圖11提供了在圖10中所示的組件的側(cè)視圖。左側(cè)的電觸點(diǎn)連接到負(fù)電位并且右側(cè) 的電觸點(diǎn)連接到電壓源的正電位(反之亦然）。
[0116] 圖12示出了具有多層電熱材料的布局(6、7-連接器，其用于將具有電熱材料的區(qū) 段的電極連接至電壓源，8-多層電熱材料的區(qū)段）。
[0117] 現(xiàn)將參照?qǐng)D13和圖14對(duì)結(jié)合熱二極管使用ECM的本發(fā)明的第二組實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō) 明。
[0118] 圖13示出了包括熱二極管和延伸的熱交換器表面的布局（13a、14a-熱交換器的延 伸表面）。
[0119] 圖14是具有熱二極管的I RE結(jié)構(gòu)的橫截面圖（9-電熱材料；11、12-熱二極管；13、 14-熱傳輸?shù)难由毂砻妫?br>[0120] 現(xiàn)通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)的條款來(lái)限制本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電熱能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)(21)，所述系統(tǒng)(21)包括 散熱器(22); 熱源(23); 工作流體的第一對(duì)流流(24 )，其朝向所述散熱器(22)流動(dòng)； 所述流體的第二對(duì)流流(25 )，其朝向所述熱源(23)流動(dòng)；以及 電熱材料(ECM，26);其中， 提供用于使所述ECM(26)交替地暴露于增加的電場(chǎng)和減小的電場(chǎng)中的裝置(29)，其中， 當(dāng)所述ECM暴露于增加的電場(chǎng)中時(shí)，所述ECM的溫度升高，并且其中，當(dāng)所述ECM暴露于減小 的電場(chǎng)中時(shí)，所述ECM的溫度降低;所述系統(tǒng)還包括 用于當(dāng)所述ECM處于比所述第一對(duì)流流（24)的溫度高的溫度時(shí)允許從所述ECM(26)至 所述第一對(duì)流流(24)的選擇性熱傳輸(27)從而增加所述第一對(duì)流流(24)的溫度的裝置；以 及 用于當(dāng)所述ECM(26)處于比所述第二對(duì)流流(25)的溫度低的溫度時(shí)允許從所述第二對(duì) 流流(25)至所述ECM (26)的選擇性熱傳輸(28)從而減小所述第二對(duì)流流(25)的溫度的裝 置； 使得在工作時(shí)，所述工作流體的所述第一對(duì)流流(24)和所述第二對(duì)流流(25)產(chǎn)生熱能 從所述熱源(23)到所述散熱器(22)的凈流動(dòng)，其中 工作流體的所述第一對(duì)流流(24)和所述第二對(duì)流流(25)在分開(kāi)的導(dǎo)管中，并且 用于允許從所述ECM(26)至所述第一對(duì)流流(24)的熱傳輸?shù)乃鲅b置和用于允許從所 述第二對(duì)流流(25)至所述ECM( 26)的熱傳輸(28)的所述裝置二者包括熱二極管或熱開(kāi)關(guān)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一對(duì)流流(24)和所述第二對(duì)流流(25)均經(jīng) 由所述熱二極管或熱開(kāi)關(guān)熱耦合至所述ECM(26)。3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述ECM(26)選自包括以下項(xiàng)的列 表:電熱聚合物、電熱單晶體和電熱陶瓷。4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述工作流體選自包括以下項(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。5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述熱源（23)處于比所述散熱器 (22)的溫度水平低的溫度水平。6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，用于允許從所述第二對(duì)流流(25)至 所述ECM( 26)以及從所述ECM( 26)至所述第一對(duì)流流(24)的熱傳輸(27，28)的所述裝置允許 使得熱在沿所述ECM( 26)的多個(gè)級(jí)(30a、30b、30 c、30d)處傳輸，使得建立在所述第一對(duì)流流 (24)和所述第二對(duì)流流(25)中的溫度梯度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述級(jí)（30&、3013、30(：、30(1)的數(shù)目根據(jù)所需要的 溫度梯度來(lái)定義。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述第一對(duì)流流和所述第二對(duì)流流 首尾相連，以允許所述工作流體在熱源(23)與散熱器(22)之間循環(huán)流動(dòng)。9. 一種電熱能量轉(zhuǎn)換的方法，所述方法包括以下步驟： 提供散熱器(22); 提供熱源(23); 提供工作流體的第一對(duì)流流(24)，其朝向所述散熱器(22)流動(dòng)； 提供所述工作流體的第二對(duì)流流(25 )，其朝向所述熱源(23)流動(dòng)； 提供ECM(26);以及 使所述ECM(26)交替地暴露于增加的電場(chǎng)和減小的電場(chǎng)中，其中，當(dāng)所述ECM(26)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；以及 當(dāng)所述ECM(26)處于比所述第一對(duì)流流(24)的溫度水平高的溫度水平時(shí)，允許從所述 ECM( 26)至所述第一對(duì)流流(24)的選擇性熱傳輸(27 )，從而增加工作流體的所述第一對(duì)流 流(24)的溫度；以及 當(dāng)所述ECM處于比工作流體的所述第二對(duì)流流(25)的溫度水平低的溫度水平時(shí)，允許 從工作流體的所述第二對(duì)流流(25)至所述ECM( 26)的選擇性熱傳輸(28 )，從而降低工作流 體的所述第二對(duì)流流(25)的溫度； 從而通過(guò)工作流體的所述第一對(duì)流流(24)和所述第二對(duì)流流(25)產(chǎn)生熱從所述熱源 (23)到所述散熱器(22)的凈流動(dòng)，其中 在分開(kāi)的導(dǎo)管中提供工作流體的所述第一對(duì)流流(24)和所述第二對(duì)流流(25)，并且 分別通過(guò)熱二極管或通過(guò)熱開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)從所述ECM(26)至所述第一對(duì)流流(24)的所述 熱傳輸(27)以及從工作流體的所述第二對(duì)流流(25)至所述ECM的所述熱傳輸(28)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，在沿所述ECM的多個(gè)級(jí)處發(fā)生從所述第二對(duì)流流 到所述ECM以及從所述ECM朝向所述第一對(duì)流流的所述熱傳輸。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，建立在所述第一對(duì)流流中和在所述第二對(duì)流流 中的溫度梯度。12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述工作流體選自包括以下項(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。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于電熱能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及對(duì)采用電熱材料作為電熱制冷過(guò)程中溫度變化的源的系統(tǒng)和方法的改進(jìn)。甚至更具體地，本發(fā)明涉及電熱材料與以反向流動(dòng)方式與熱源和散熱器連通的工作流體相結(jié)合的應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】F25B21/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105593616
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201480054407
【發(fā)明人】芭芭拉·馬利克, 哈娜·烏爾希奇, 馬麗亞·科塞茨, 西爾沃·德?tīng)栔Z夫舍克, 耶拿·齊倫舍克, 茲德拉夫科·庫(kù)特尼亞克, 布麗吉塔·羅日奇, 烏羅什·弗利薩爾, 安德烈·基塔諾夫斯基, 馬爾科·厄茲博爾特, 烏羅什·普拉尼克, 阿洛伊茲·波雷多斯, 烏爾班·托姆茨, 亞卡·圖謝克
【申請(qǐng)人】約塞夫史蒂芬學(xué)院, 盧布爾雅那大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2014年7月29日
【公告號(hào)】EP3027980A1, US20160187034, WO2015014853A1