CN203068865U

CN203068865U - 微型制冷器

Info

Publication number: CN203068865U
Application number: CN2013200285721U
Authority: CN
Inventors: 杨同青; 王瑾菲
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2023-01-18

Abstract

本实用新型提供一种微型制冷器，所述微型制冷器至少包括：在电场作用下吸收或释放热量的制冷介质层；所述制冷介质层具有热量吸收端和热量释放端；用于释放热量的散热器；与所述制冷介质层的热量吸收端连接，供由某一需制冷设备对所述制冷介质层进行单向热量传递的第一热开关；位于所述制冷介质层的热量释放端和所述散热器之间，供由所述制冷介质层对所述散热器进行单向热量传递的第二热开关；覆盖于所述制冷介质层、所述第一热开关、所述第二热开关的周侧外表面的热隔离层。本实用新型微型制冷器具有易控制，调节方便，响应时间快、尺寸小、无环境污染、成本低，易实现等优点。

Description

微型制冷器

技术领域

本实用新型涉及一种制冷器，特别是涉及一种微型制冷器。

背景技术

致冷技术包括气体压缩致冷，半导体致冷等。

压缩致冷是技术比较成熟、应用广泛的致冷技术。它是用压缩致冷机对致冷剂进行压缩的一种致冷***，将从蒸发器来的低压蒸汽进行压缩，变成高温、高压蒸汽后进入冷凝器，受到水或空气的冷却而凝结成高压液体，再经过节流机构后变成低压液体，液体蒸发使温度相应下降，于是在蒸发器中吸收热量，使被冷却介质温度降低。制冷剂由液态变为气态，重返压缩机，再进行下一个循环。但是压缩制冷都需要利用致冷剂，这类致冷剂统称为氟利昂。由于氟利昂被大量使用，使臭氧层受到破坏，导致近年来南极上空的臭氧空洞不断扩大，因此对氟利昂致冷剂进行替代、或寻找新型制冷技术势在必行。

半导体致冷利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电致冷的一种新型致冷方法。与压缩式致冷机相比，半导体致冷是一种固态致冷技术，具有诸多优点，但是受制于半导体材料致冷系数不高、材料制取工艺和相关技术的限制，半导体致冷效率较低，大功率热电致冷器难以推广，并且在大致冷量的情况下，半导体致冷器的致冷效率比机械压缩式冷冻机低。因此，半导体致冷器只能用作小功率致冷器；且其电源只能使用直流电源。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种微型制冷器，用于解决现有技术中难以环保、高效且不受电源种类限制地实现制冷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种微型制冷器，所述微型制冷器至少包括：在电场作用下对热量进行吸收或释放的制冷介质层；所述制冷介质层具有热量吸收端和与所述热量吸收端相对的热量释放端；用于释放热量的散热器；与所述制冷介质层的热量吸收端连接，供由某一需制冷设备对所述制冷介质层进行单向热量传递的第一热开关；位于所述制冷介质层的热量释放端和所述散热器之间，供由所述制冷介质层对所述散热器进行单向热量传递的第二热开关；覆盖于所述制冷介质层、所述第一热开关、所述第二热开关的周侧外表面的热隔离层。

优选地，所述制冷介质层包括在电场作用下发生极化态变化和熵变，从而对热量进行吸收或释放的制冷介质材料。

优选地，所述散热器采用液体冷却。

优选地，所述制冷介质层的结构为块体结构或多层膜结构。

优选地，所述块体结构为矩形柱体或圆柱体，高度不小于80μm。所述多层膜结构为多层形状相同的膜堆叠而成的矩形柱体或圆柱体，单层膜的厚度不小于10μm，堆叠而成的柱体的高度不小于20μm。

优选地，所述第一热开关和所述第二热开关的开启或关闭由电场控制。

优选地，所述制冷介质层和所述第一热开关之间涂有用于密封的导热硅脂。所述制冷介质层和所述第二热开关之间涂有用于密封的导热硅脂。所述热隔离层分别与所述制冷介质层、所述第一热开关、以及所述第二热开关之间涂有用于密封的导热硅脂。

优选地，所述第一热开关和所述需制冷设备之间涂有导热硅脂。

在电场的作用下，所述第一热开关关闭，所述第二热开关开启，所述制冷介质层温度升高，释放热量。所述第一热开关隔绝了所述制冷介质层向所述需制冷设备传递的热量。所述制冷介质层释放的热量通过所述第二热开关向所述散热器传递。

撤去施加的电场后，所述第一热开关开启，所述第二热开关关闭，所述制冷介质层温度降低，吸收热量。所述第二热开关隔绝了所述散热器向所述制冷介质层传递的热量。所述需制冷设备释放的热量通过所述第一热开关向所述制冷介质层传递。

如上所述，本实用新型微型制冷器，具有以下有益效果：在电场作用下制冷介质材料的极化态和熵发生变化，从而实现对热量的快速吸收或释放，这是一种新物理效应，利用此效应配合热开关材料的设计，实现热量从需制冷设备到制冷介质层再到散热器的单向流通。本实用新型微型制冷器具有易控制，调节方便，响应时间快、尺寸小、无环境污染、易实现等优点。制冷介质层还具有成本低的优点。本实用新型微型制冷器可用于CPU等电子产品的制冷，在日常生活中有着很大的发展空间和需求。

附图说明

图1显示为本实用新型微型制冷器的结构示意图。

图2显示为本实用新型微型制冷器第二实施例的结构示意图。

元件标号说明

11 制冷介质层

12 第一热开关

13 第二热开关

14 热隔离层

15 散热器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容容易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型提供一种微型制冷器，所述微型制冷器包括：制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13、热隔离层14、散热器15。

制冷介质层11，用于在电场作用下吸收或释放热量。具体地，制冷介质层11包括在电场作用下发生极化态变化和熵变，从而对热量进行吸收或释放的制冷介质材料。对制冷介质层11施加电场时，制冷介质材料的温度升高，产生热量，释放所产生的热量；撤去对制冷介质层11施加的电场时，制冷介质材料温度降低，吸收热量。

第一热开关12，与所述制冷介质层的热量吸收端相连，供由某一需制冷设备对所述制冷介质层进行单向热量传递。具体地，在电场作用下，第一热开关12关闭，制冷介质层11温度升高，释放热量，第一热开关12隔绝了向所述需制冷设备传递的热量；撤去施加的电场后，第一热开关12开启，制冷介质层11温度降低，吸收热量，所述需制冷设备释放的热量通过第一热开关12向制冷介质层11传递。制冷介质层11与第一热开关12之间涂有用于密封的导热硅脂，保证了第一热开关关闭时的热隔绝，以及第一热开关开启时的良好导热。

第二热开关13，位于所述制冷介质层的热量释放端和所述散热器之间，供由所述制冷介质层对所述散热器进行单向热量传递。具体地，在电场作用下，第二热开关13开启，制冷介质层11温度升高，释放热量，制冷介质层11释放的热量通过第二热开关13向散热器15传递；撤去施加的电场，第二热开关13同时关闭，制冷介质层11温度降低，吸收热量，第二热开关13隔绝了散热器15向制冷介质层11传递的热量。制冷介质层11与第二热开关13之间涂有用于密封的导热硅脂，保证了第二热开关关闭时的热隔绝，以及第二热开关开启时的良好导热。

热隔离层14，覆盖于制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13的周侧外表面，用于实现制冷介质层11与外界的热隔离。具体地，热隔离层14由隔热的绝缘材料制成。制冷介质层11与热隔离层14之间、第一热开关12与热隔离层14之间、第二热开关13与热隔离层14之间均涂有用于密封的导热硅脂，保证了制冷介质层11与外界的热隔离。

散热器15，与第二热材料开关13相连，用于释放热量。具体地，散热器15吸收制冷介质层11释放的热量，并对外界释放热量。

以下通过实施例对本实用新型微型制冷器进行详细阐述。

第一实施例：

在本实施例中，微型制冷器包括：制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13、热隔离层14、散热器15。

在本实施例中，制冷介质层11采用底面为正方形的长方体结构的制冷介质材料，所述长方体的底面为边长为30mm的正方形，高为100μm。热隔离层14由隔热的绝缘材料制成。

需要说明的是，在本实施例中，制冷介质层11采用底面为正方形的长方体结构的制冷介质材料，所述长方体的底面为边长为30mm的正方形，高为100μm，但并不以此为限，材料底面可以为圆形、矩形或其它形状，只要块体的高度不小于80μm，那么块体结构的底面大小形状和高度可根据实际需求有其他变化，应具有相同的功效。

制冷介质层11与第一热开关12之间涂有用于密封的导热硅脂，保证了第一热开关关闭时的热隔绝，以及第一热开关开启时的良好导热。

制冷介质层11与第二热开关13之间涂有用于密封的导热硅脂，保证了第二热开关关闭时的热隔绝，以及第二热开关开启时的良好导热。

热隔离层14覆盖于制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13的周侧外表面，实现制冷介质层11与外界的热隔离。制冷介质层11与热隔离层14之间、第一热开关12与热隔离层14之间、第二热开关13与热隔离层14之间均涂有用于密封的导热硅脂，保证制冷介质层11与外界的热隔离。

制冷介质层11的制冷效应通过交变电场的施加与撤去来实现，包括热量释放步骤和热量吸收步骤。

所述热量释放步骤包括：通过电场作用关闭第一热开关12并开启第二热开关13，对制冷介质层11施加电场，制冷介质层11的温度升高，释放热量，所释放的热量通过第二热开关13向散热器15传递，散热器15吸收制冷介质层11释放的热量，并对外界释放热量。

所述热量吸收步骤包括：通过电场作用开启第一热开关12并关闭第二热开关13，撤去对制冷介质层11施加的电场，制冷介质层11的温度降低。需制冷设备释放的热量通过第一热开关12向制冷介质层11传递，制冷介质层11吸收需制冷设备释放的热量，实现对所需制冷设备的制冷。

利用制冷介质材料的新物理效应和热开关材料的交替开启，通过反复执行所述热量吸收步骤和所述热量释放步骤完成卡诺循环，本实用新型微型制冷器实现了吸收需制冷设备释放的热量并将热量释放到外界的热量单向流通的制冷效应。

第二实施例：

图2为本实用新型微型制冷器第二实施例的结构示意图。

如图2所示，在本实施例中，微型制冷器包括：制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13、热隔离层14、散热器15。

在本实施例中，制冷介质层11采用底面为圆形的多层膜结构的制冷介质材料，所述多层膜结构由10层底面为圆形的膜圆心同轴堆叠而成。单层膜的底面为直径为18mm的圆形，厚度为10μm。热隔离层14由隔热的绝缘材料制成。散热器15采用液体冷却。制冷介质层采用多层膜结构制冷介质材料以及散热器采用液体冷却，均可进一步提升制冷效率。

需要说明的是，在本实施例中，制冷介质层11采用底面为圆形的多层膜结构制冷介质材料，所述多层膜结构由10层底面为圆形的膜圆心同轴堆叠而成，单层膜的底面为直径为18mm的圆形，厚度为10μm，但并不以此为限，材料底面可以为圆形、矩形或其它形状，只要单层膜的厚度不小于10μm，多层膜的总厚度不小于20μm，那么多层膜结构的底面大小形状、单层膜的厚度、膜的数量可根据实际需求有其他变化，应具有相同的功效。

热隔离层14覆盖于制冷介质层11、第一热开关12、第二热开关13的侧面，实现制冷介质层11与外界的热隔离。制冷介质层11与热隔离层14之间、第一热开关12与热隔离层14之间、第二热开关13与热隔离层14之间均涂有用于密封的导热硅脂，保证制冷介质层11与外界的热隔离。

本实用新型微型制冷器通过利用一种新物理制冷效应，配合热开关材料的设计，实现热量从需制冷设备到制冷介质层再到散热器的单向流通。本实用新型微型制冷器具有易控制，调节方便，响应时间快、尺寸小、无环境污染、成本低，易实现等优点，可用于CPU等电子产品的制冷，所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具产业使用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种微型制冷器，其特征在于，所述微型制冷器至少包括：

在电场作用下对热量进行吸收或释放的制冷介质层；所述制冷介质层具有热量吸收端和与所述热量吸收端相对的热量释放端；

用于释放热量的散热器；

与所述制冷介质层的热量吸收端连接，供由某一需制冷设备对所述制冷介质层进行单向热量传递的第一热开关；

位于所述制冷介质层的热量释放端和所述散热器之间，供由所述制冷介质层对所述散热器进行单向热量传递的第二热开关；

覆盖于所述制冷介质层、所述第一热开关、所述第二热开关的周侧外表面的热隔离层。

2.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于，所述制冷介质层包括：

在电场作用下发生极化态变化和熵变，从而对热量进行吸收或释放的制冷介质材料。

3.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于：

所述散热器采用液体冷却。

4.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于：

所述制冷介质层的结构为块体结构或多层膜结构。

5.根据权利要求4所述的微型制冷器，其特征在于：

所述块体结构为矩形柱体或圆柱体，高度不小于80μm；

所述多层膜结构为多层形状相同的膜堆叠而成的矩形柱体或圆柱体，单层膜的厚度不小于10μm，堆叠而成的柱体的高度不小于20μm。

6.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于：

所述第一热开关和所述第二热开关的开启或关闭由电场控制。

7.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于：

所述制冷介质层和所述第一热开关之间涂有用于密封的导热硅脂；所述制冷介质层和所述第二热开关之间涂有用于密封的导热硅脂；所述热隔离层分别与所述制冷介质层、所述第一热开关、以及所述第二热开关之间涂有用于密封的导热硅脂。

8.根据权利要求1所述的微型制冷器，其特征在于：

所述第一热开关和所述需制冷设备之间涂有导热硅脂。