一種電卡制冷器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電卡制冷器，包括第一電卡材料層以及貼合在第一電卡材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層組成的電卡制冷單元，還包括位于電卡制冷器一端的制冷片以及與制冷片緊密接觸的第三電極層，位于電卡制冷器另一端的散熱片以及與散熱片緊密接觸的第四電極層，第三電極層和第四電極層位置相對，指向電卡制冷單元但不與電卡制冷單元接觸，電卡制冷器還包括一軌道，電卡制冷器由電源供給脈沖電壓，電卡制冷單元通過馬達提供機械驅(qū)動在軌道上往復移動，使得電卡制冷單元的第一電極層和第二電極層分別交替與散熱片上的第四電極層和制冷片上的第三電極層接觸。
【專利說明】
一種電卡制冷器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于制冷設備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電卡制冷器。
【背景技術(shù)】
[0002]電卡效應是指在外加電場下材料表現(xiàn)出的可逆的等溫熵變或者絕熱溫度變化。能夠產(chǎn)生電卡效應的材料稱為電卡材料。對電卡材料施加外加電場，材料本身的極化有序方式發(fā)生變化，從而導致材料的熵變。在等溫條件下，材料體系會與周圍介質(zhì)發(fā)生熱交換;在絕熱條件下，材料本身溫度會發(fā)生變化。
[0003]民用空調(diào)、冰箱的制冷主要是通過機械蒸發(fā)-凝聚循環(huán)，其效率較低、增加了電力峰值負荷、使用的氟利昂也是引起溫室效應的氣體。因此需要尋求相對低廉、環(huán)境友好的新制冷技術(shù)。如果利用具有大電卡效應的材料實現(xiàn)制冷，相比較傳統(tǒng)的蒸發(fā)-壓縮制冷而言，具有更高的效率和環(huán)保的優(yōu)點。
[0004]2014年《無機材料學報》第29卷第I期《鐵電材料中的大電卡效應》綜述了電卡效應的熱力學理論、弛豫鐵電聚合物中的大電卡效應，簡述了電卡效應的在制冷方面的應用前景。
[0005]鐵電材料本身具有自發(fā)極化，在增大外加電場條件下，無規(guī)則隨機分布的極化在材料體系內(nèi)由于電場力的作用規(guī)則排列，引起材料極化熵的降低。在絕熱條件下，材料總熵不變，本身溫度會升高；在等溫條件下，材料會釋放熱量到環(huán)境當中。在降低外加電場條件下，材料體系發(fā)生去極化過程，引起材料極化熵增大，在絕熱條件下，材料總熵不變，本身溫度會降低;在等溫條件下，材料會從環(huán)境吸收熱量。
[0006]在493K條件下給?匕20.951^.()503薄膜施加4.8*10、/111電場，實現(xiàn)了121(的溫度變化。2008年，在343K在P(VDF-TrFE)中亦發(fā)現(xiàn)12K的溫度變化。目前在接近室溫的條件下，P(VDF-TrFE)可實現(xiàn)大約20K的溫度變(95J kg—1IT1的熵變)。
[0007]前述的《鐵電材料中的大電卡效應》雖然描述了相關(guān)原理，但是，文章沒有給出具體的實現(xiàn)制冷的辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種利用電卡效應實現(xiàn)制冷的制冷器。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種電卡制冷器，包括第一電卡材料層以及貼合在第一電卡材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層組成的電卡制冷單元，還包括位于電卡制冷器一端的制冷片以及與制冷片緊密接觸的第三電極層，位于電卡制冷器另一端的散熱片以及與散熱片緊密接觸的第四電極層，第三電極層和第四電極層位置相對，指向電卡制冷單元但不與電卡制冷單元接觸。
[0010]電卡制冷器還包括一軌道，電卡制冷器由電源供給脈沖電壓，電卡制冷單元通過馬達提供機械驅(qū)動在軌道上往復移動，使得電卡制冷單元的第一電極層和第二電極層分別交替與散熱片上的第四電極層和制冷片上的第三電極層接觸。
[0011]軌道可以是一個光滑的平面，具有卡槽，電卡制冷單元沿著軌道定向往復移動，馬達是讓它定向往復移動的驅(qū)動力。
[0012]制冷片與第三電極層，散熱片與第四電極層的接觸表面均濺射良導熱不導電BeO或者AlN薄膜。
[0013]電卡材料層由鐵電、弛豫鐵電的陶瓷或聚合物組成。
[0014]所述電卡材料層的材料是PbZmT1.q503、0.63PMN-0.37PT或P(VDF-TrFE)等具有電卡效應的材料。
[0015]所述電極層的材料由金屬Au、Ag或Cu或其它良導體材料組成。
[0016]本發(fā)明包括電卡制冷單元、散熱片、制冷片、馬達系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。其中電卡制冷單元由具有電卡效應的鐵電材料和電極構(gòu)成，通過馬達，電卡制冷單元在散熱片和制冷片之間往復運動，同時電源通過控制器給電卡制冷單元施加電場。在電卡制冷系統(tǒng)向散熱器運動過程中，電壓逐漸增大，電卡單元絕熱升溫;在電卡制冷單元與散熱器接觸后可繼續(xù)提高電壓或者保持電壓，電卡制冷單元向散熱片傳遞熱量;隨后電卡制冷單元與散熱器分離，同時逐漸降低電壓，電卡制冷單元絕熱降溫;在電卡制冷單元與制冷片接觸后繼續(xù)降低電壓或者保持電壓最小值，電卡制冷單元從制冷片吸收熱量。一個往復周期，脈沖電源與馬達使用相同的時間，即具有相同頻率。
[0017]電卡制冷單元，由電卡材料和電極構(gòu)成，可以是單層或者多層或者其它形式，通過作用于電卡制冷單元的外加電場改變材料體系的極化熵來實現(xiàn)制冷。
[0018]本發(fā)明電卡制冷單元中電卡材料由具有明顯電卡效應的鐵電、弛豫鐵電的陶瓷或聚合物等組成，比如PbZrQ.95TiQ.()503，0.63ΡΜΝ-0.37ΡΤ，和P(VDF-TrFE)等具有電卡效應的材料。電極層由金屬Au、Ag、Cu等具有良好導熱、導電性能的材料組成，且在其接觸表面通過濺射形成BeO或者AlN或者其它具有良導熱、不導電的薄膜，促進電卡制冷單元與散熱器(或制冷片)的之間的熱傳導，避免電卡制冷單元與散熱器(或制冷片)之間電導通。制冷片可與晶元、封裝電路、空調(diào)、冰箱等的制冷部位相連接實現(xiàn)給相應設備制冷。
[0019]本發(fā)明可用于空調(diào)、冰箱等日用電器，也可應用于晶元、封裝電路等微電子器件的制冷。
【附圖說明】
[0020]圖1為電卡制冷效應的原理圖；
[0021]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖3本發(fā)明施加于電卡制冷單元的位移矢量(3-a)、脈沖電場(3-b)與時間的關(guān)系示意圖。
[0023]其中，I一一第一電卡材料層，2——第一電極層，3一一第二電極層，4一一制冷片，5——散熱片，6——第三電極層，7——第四電極層，8——電源，9——馬達，10——軌道。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述。所描述實例僅為本發(fā)明的一個例子，而不是所有可行的實施方案?；谙嗤闹评湓?，設計的其它實施例子，均屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0025]圖1為電卡制冷效應的原理圖。電卡制冷循環(huán)一次經(jīng)過四個步驟:(I)給電卡材料施加電壓且不與外界熱交換，材料體系實現(xiàn)絕熱升溫過程1-2。由于電卡效應，材料從狀態(tài)I他，1'。^)變化到狀態(tài)2浪，1'11，311)。(2)電壓繼續(xù)增大材料與恒溫環(huán)境(1'11)進行熱交換，材料體系實現(xiàn)等溫放熱過程2-3。材料從狀態(tài)2(E2，Th，Sh)變化到狀態(tài)3(E3，Th，S。)。(3)電壓降低且材料不與外界熱交換，材料體系實現(xiàn)絕熱降溫過程3-4。材料從狀態(tài)3(E3，Th，S。)變化到狀態(tài)4$4，1'。，&)。(4)電壓繼續(xù)降低且材料與恒溫環(huán)境(1'。)進行熱交換，材料等溫吸熱過程4-1。材料中狀態(tài)4(E4，T。，S。)變化到狀態(tài)I (E1 ,Tc^Sh)。經(jīng)過一次循環(huán)，材料體系恢復到初始狀態(tài)。經(jīng)過一次循環(huán)，實現(xiàn)熱量TcA S的散出。
[0026]圖2為本發(fā)明的具體實施圖。其中電卡制冷單元由電卡材料I，電極材料2和電極材料3組成。電卡制冷單元一邊設置制冷片4，另一邊設置散熱片5。與制冷片4、散熱片5相接觸的電極6、電極7的表面均濺射形成BeO或者AlN等材料的薄膜，促進熱傳導、增大電絕緣。
[0027]電卡制冷單元通過電源8供給脈沖電壓，通過馬達9提供機械驅(qū)動在軌道10上左右移動。
[0028]圖3中3-a為本發(fā)明中通過電源8給電卡制冷單元供給脈沖電壓后的電卡制冷單元中電場與時間關(guān)系示意圖；圖3中3-b為通過馬達9給電卡制冷單元提供機械運動后電卡制冷單元中的位移矢量與時間關(guān)系示意圖。如圖3中3-a所示，在階段I，電卡制冷單元向散熱片移動，場從O變?yōu)镋o;在階段2，電卡制冷單元與散熱片接觸放熱;在階段3，電卡制冷單元與散熱片分離向左反向移動，電場從Eo變?yōu)镺;在階段4，電卡制冷單元與制冷片接觸吸熱，恢復到初始狀態(tài)，完成一次循環(huán)。經(jīng)過往復循環(huán)，最終實現(xiàn)制冷。
【主權(quán)項】
1.一種電卡制冷器，其特征在于，包括第一電卡材料層以及貼合在第一電卡材料層兩側(cè)的第一電極層和第二電極層組成的電卡制冷單元， 還包括位于電卡制冷器一端的制冷片以及與制冷片緊密接觸的第三電極層，位于電卡制冷器另一端的散熱片以及與散熱片緊密接觸的第四電極層， 第三電極層和第四電極層位置相對，指向電卡制冷單元但不與電卡制冷單元接觸， 電卡制冷器還包括一軌道，電卡制冷器由電源供給脈沖電壓，電卡制冷單元通過馬達提供機械驅(qū)動在軌道上往復移動，使得電卡制冷單元的第一電極層和第二電極層分別交替與散熱片上的第四電極層和制冷片上的第三電極層接觸。2.如權(quán)利要求1所述的電卡制冷器，其特征在于，制冷片與第三電極層，散熱片與第四電極層的接觸表面均濺射良導熱不導電薄層，可以是1-1OOnm的BeO或者AlN薄膜。3.如權(quán)利要求1所述的電卡制冷器，其特征在于，電卡材料層由鐵電、弛豫鐵電的陶瓷或聚合物組成。4.如權(quán)利要求3所述的電卡制冷器，其特征在于，所述電卡材料層的材料是PbZr0.95T1.0503、0.63PMN-0.37PT或P(VDF-TrFE) 05.如權(quán)利要求1所述的電卡制冷器，其特征在于，所述電極層的材料是金屬Au、Ag或Cu。
【文檔編號】F25B21/00GK106091471SQ201610450061
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】劉宏波, 何建萍
【申請人】上海工程技術(shù)大學