專利名稱：電熱冷卻的制作方法
電熱冷卻發(fā)明人文森索·卡薩桑塔三世代理人案卷號(hào)MTCW001402相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2009年12月17日遞交的題為“電熱冷卻(Electrocaloriccooling) ”的美國申請(qǐng)12/641，153的優(yōu)先權(quán)，其代理人案卷號(hào)為MTCW001401。
背景技術(shù)：
除非另有聲明，這一部分中描述的材料不是本申請(qǐng)權(quán)利要求的現(xiàn)有技術(shù)，并且也不是承認(rèn)這一部分所包括的是現(xiàn)有技術(shù)。電熱效應(yīng)(ECE)是這樣的現(xiàn)象材料在施加的電場下顯示出可逆的熵變化。這里 將能夠產(chǎn)生ECE的任意材料稱作電熱材料。電熱材料中的熵變化可以與電熱材料在絕熱環(huán)境中的溫度變化相對(duì)應(yīng)，或者可以引起電熱材料從絕熱環(huán)境中的周圍物體吸收或者釋放熱。當(dāng)將電場施加至電熱材料時(shí)，其感應(yīng)出電熱材料內(nèi)的凈電極化變化，其導(dǎo)致熵的變化。電熱效應(yīng)的特征在于隨著電熱材料中的熱傳遞而發(fā)生的熵變化。幾十年來，電熱材料已經(jīng)成為科學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)公開了鈣鈦礦鐵電陶瓷中的ECE，其展現(xiàn)出在大于200攝氏度(V )的轉(zhuǎn)變溫度下最顯著的ECE。2006年報(bào)道了鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜示出了 12°C的ECE冷卻，在約220°C的工作溫度下具有4. 8*107伏特/米(V/m)的電場變化(A. S. Mischenko 等人在 Science 311 (2006) 1270-1271 發(fā)表的 GiantElectrocaloric Effect in Thin-Film PbZrO. 95TiO. 0503”)。2008 年，示出了 PVDF 的鐵電共聚物在70°C工作溫度下實(shí)現(xiàn)了約12°C的ECE (Bret Neese等人在Science 321(2008)發(fā)表 的“Large Electrocaloric Effect in Ferroelectric Polymers near RoomTemperature” 和 S. G. Lu 和 Q. Zhang 在 Adv. Mater. 21 (2009) 1-5 發(fā)表的 “ElectrocaloricMaterials for Solid State Refrigeration，，)。本公開的技術(shù)可以用于使用電熱材料的冷卻系統(tǒng)和其他熱傳遞設(shè)備。本公開可以提供另外的相關(guān)優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本公開描述了一種用于電熱冷卻的方法和設(shè)備。一些不例冷卻系統(tǒng)可以包括致冷單元，包括熱沉和與其熱交換的熱沉電極；冷卻負(fù)載和與其熱交換的冷卻負(fù)載電極；以及分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)，懸置于熱沉電極和冷卻負(fù)載電極之間，并且適用于交替地極化為低熵狀態(tài)和去極化為高熵狀態(tài)。偏置源使得分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)交替地與熱沉電極和冷卻負(fù)載電極熱交換，從而在冷卻負(fù)載和熱沉之間熱傳遞。熱沉電極的表面和冷卻負(fù)載電極的表面可以包括鈍化層，所述鈍化層在與分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸期間提供電介質(zhì)隔離?？刂破骺梢赃m用于控制偏置源，從而控制分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)的移動(dòng)。例如，冷卻系統(tǒng)可以適用于冷卻半導(dǎo)體管芯或電子封裝，或者用于致冷或空調(diào)系統(tǒng)。
用于操作冷卻設(shè)備的一些示例方法可以包括將熱沉電極偏置，以使得分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與熱沉熱交換；在第一電極層和第二電極層上施加極化電壓，以將電熱隔膜極化到低熵狀態(tài)；在保持極化電壓的同時(shí)將熱沉電極接地；將冷卻負(fù)載電極偏置，以使得分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與冷卻負(fù)載熱交換；以及在保持冷卻負(fù)載和分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)之間熱交換的同時(shí)去除極化電壓，以允許將電熱隔膜去極化為高熵狀態(tài)，并且從冷卻負(fù)載汲取熱能。所述方法可以按照重復(fù)的周期執(zhí)行以產(chǎn)生所需的熱傳遞。所述方法可以依據(jù)來自控制器的電壓控制命令而執(zhí)行，所述電壓控制命令提供用于將熱沉電極偏置、施加極化電壓、將熱沉電極接地、將冷卻負(fù)載電極偏置和/或去除極化電壓的定時(shí)和/或電壓電平。以上概述只是說明性的，而并非是按照任何方式進(jìn)行限制。除了上述說明性的方面、實(shí)施例和特征之外，另外的方面、實(shí)施例和特征通過參考附圖和以下描述將變得清楚明白。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下描述和所述權(quán)利要求，本公開的前述和其他特征將變得更加清楚明白。應(yīng)該理解的是這些附圖只是描述了根據(jù)本公開的幾個(gè)實(shí)施例，因此不應(yīng)該看作是限制其范圍，將通過使用附圖利用附加的特性和細(xì)節(jié)來描述本發(fā)明的開，其中圖I是代表性冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖2是具有與熱沉熱接觸的電熱材料的代表性冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖3是配置用于控制冷卻系統(tǒng)的代表性計(jì)算設(shè)備的方框圖；圖4是示出了操作冷卻系統(tǒng)的示例過程的流程圖；圖5是示出了操作冷卻系統(tǒng)的示例過程的附加方面的流程圖；圖6是示出了冷卻系統(tǒng)的示例操作期間冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電熱材料熵轉(zhuǎn)變的流程圖；以及圖7示出了結(jié)合了冷卻系統(tǒng)的代表性設(shè)備；以上圖示均根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例來布置。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)描述參考附圖，所述附圖形成了描述的一部分。在附圖中，除非上下文另有規(guī)定，類似的符號(hào)一般表示類似的部件。在詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中描述的說明性實(shí)施例并非意味著限制。在不脫離這里所展現(xiàn)主題的精神或范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例或者可以進(jìn)行其他變化。應(yīng)該理解的是如這里一般性描述并且在附圖中說明的本公開的方面可以按照多種不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置、替代、組合和設(shè)計(jì)，這里明確地考慮了這些內(nèi)容并將其作為本公開的一部分。其中，本公開一般地描繪為與使用電熱材料作為致冷劑的冷卻設(shè)備和使用電熱材料進(jìn)行冷卻的方法等技術(shù)有關(guān)的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)。示例冷卻系統(tǒng)可以包括致冷單元，用于使用電熱材料進(jìn)行冷卻。示例冷卻系統(tǒng)可以包括致冷單元，所述致冷單元具有設(shè)置在熱沉和冷卻負(fù)載之間的電熱隔膜。所述電熱隔膜可以在與熱沉和冷卻負(fù)載熱接觸之間交替。所述電熱隔膜也可以經(jīng)受交變電場，用于按照促進(jìn)從冷卻負(fù)載到熱沉的熱傳遞的方式極化和去極化所述電熱隔膜。圖I是代表性冷卻系統(tǒng)的示意圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)這里公開的至少一些實(shí)施例布置。示例系統(tǒng)100可以包括致冷單元105、電壓源180和控制器300。致冷單元105可以包括熱沉電極140、隔離物145、冷卻負(fù)載電極160、腔體155、電熱材料110以及第一電極層120和第二電極層130。圖I也示出了熱沉150和冷卻負(fù)載170，其可以形成將系統(tǒng)100插入到其中的環(huán)境或設(shè)備的一部分，或者在一些實(shí)施例中可以包括其作為系統(tǒng)100的一部分。在一些實(shí)施例中，致冷單元105可以配置為懸置于熱沉150和冷卻負(fù)載170之間。 熱沉電極140和冷卻負(fù)載電極160可以配置為形成腔體155的側(cè)壁，并且隔離物145可以配置作為腔體155的上壁和下壁。冷卻系統(tǒng)100可以配置為將熱沉電極140設(shè)置為與熱沉150熱交換，以及將冷卻負(fù)載電極160設(shè)置為與冷卻負(fù)載170熱交換。在一些實(shí)施例中，電熱材料110可以配置在第一電極層120和第二電極層130之間。電熱材料110、第一電極層120和第二電極層130可以配置在腔體155內(nèi)。電熱材料110、第一電極層120和第二電極層130可以配置為在與熱沉150的熱交換(例如如圖2所示，經(jīng)由與熱沉電極140的接觸)和與冷卻負(fù)載170的熱交換(例如，經(jīng)由與冷卻負(fù)載電極160的接觸)之間交替。在一些實(shí)施例中，電壓源180可以配置為向第一電極層120、第二電極層130、熱沉電極140和/或冷卻負(fù)載電極160提供電壓。可以經(jīng)由耦合191、192、193和194提供電壓?？刂破?00可以配置為控制電壓源180，例如通過經(jīng)由有線或無線連接195將電壓控制命令196發(fā)送至電壓源180。圖2是具有與熱沉熱接觸的電熱材料的代表性冷卻系統(tǒng)的示意圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)這里所述的至少一些實(shí)施例布置。如圖I那樣，圖2示出了示例系統(tǒng)100，所述系統(tǒng)100包括熱沉電極140、隔離物145、冷卻負(fù)載電極160、腔體155、電壓源180和控制器300。圖2示出了用于代替圖I所示的電熱材料110、第一電極層120和第二電極層130的電熱材料和電極210。圖2也示出了熱沉150和冷卻負(fù)載170。圖2示出了與圖I類似的冷卻系統(tǒng)100，用相似的標(biāo)識(shí)符來表示類似的部件。電熱材料和電極210可以提供與圖I所示的電熱材料110以及第一電極層120和第二電極層130相對(duì)應(yīng)的分層電熱材料和電極結(jié)構(gòu)。換句話說，電熱材料和電極210可以包括如圖I的110,120和130所示的分層結(jié)構(gòu)。為了便于說明根據(jù)一些實(shí)施例的與熱沉電極140和/或160熱接觸的電熱材料和電極210的柔性，在圖2中以組合且輪廓更薄的視圖說明了電熱材料和電極210。圖I和圖2所示的冷卻系統(tǒng)100可以配置為在熱傳遞循環(huán)中對(duì)冷卻負(fù)載170進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)100可以通過將電熱材料110設(shè)置為與冷卻負(fù)載170熱交換(這里也稱作將電熱材料110偏置為與冷卻負(fù)載170熱交換)、去除施加到電熱材料110的極化電壓、以及等待用于將熱從冷卻負(fù)載170到電熱材料110的熱交換的延遲時(shí)間段，來實(shí)現(xiàn)熱傳遞循環(huán)的第一階段。通過去除極化電壓來去極化電熱材料110增加了電熱材料110的熵，引起電熱材料110從冷卻負(fù)載170吸收熱。冷卻系統(tǒng)100可以配置為從熱傳遞循環(huán)的第一階段前進(jìn)到第二階段。冷卻系統(tǒng)100可以配置為通過將電熱材料110移出與冷卻負(fù)載170的熱交換、將電熱材料110設(shè)置為與熱沉150熱交換(這里也稱作將電熱材料110偏置為與熱沉150熱交換)、向電熱材料110施加極化電壓并且等待用于將熱從電熱材料110到熱沉150的熱交換的延遲時(shí)間段，來實(shí)現(xiàn)熱傳遞循環(huán)的第二階段。通過施加極化電壓來使電熱材料110極化減小了電熱材料110的熵，引起了電熱材料110將熱釋放到熱沉150中。冷卻系統(tǒng)100可以配置為通過返回到第一階段來重復(fù)熱傳遞循環(huán)，即通過再次將電熱材料110設(shè)置為與冷卻負(fù)載170熱交換、去除極化電壓等等。這里參考圖4和圖5描述操作冷卻系統(tǒng)100的技術(shù)的附加方面和實(shí)施例。術(shù)語“偏置源”和“偏置裝置”這里用于表示配置用于將電熱材料設(shè)置為與熱沉和/或冷卻負(fù)載熱交換的設(shè)備。冷卻系統(tǒng)100可以配置有多種偏置源的任一個(gè)，以將電熱材料和電極210從與熱沉150熱交換偏置為與冷卻負(fù)載170熱交換，以及將電熱材料和電極210從與冷卻負(fù)載170熱交換偏置為與熱沉150熱交換。在一些實(shí)施例中，可以將電壓施加至諸如圖2之類結(jié)構(gòu)中的電極140、160。電熱材料110上的第二電極130和熱沉電極之間的電壓這里表不為Vs,并且電熱材料110上的第一電極120和冷卻負(fù)載電極160之間的電壓這里表示為\。可以按照這樣的方式施加電壓\和 '，使得以與熱沉電極130和冷卻負(fù)載電極140交替熱交換的方式移動(dòng)電熱材料210?？刂齐姛岵牧?10內(nèi)的電極化的電壓這里 表示為VE。冷卻系統(tǒng)100可以配置為將熱沉電極140偏置為使電熱材料和電極210與熱沉電極140熱交換，其中熱沉電極140與圖2所示的熱沉150熱交換。相反，冷卻系統(tǒng)100可以配置為將冷卻負(fù)載電極160偏置為使電熱材料和電極210與冷卻負(fù)載電極160熱交換,其中所述冷卻負(fù)載電極160與冷卻負(fù)載170熱交換。這里參考圖3描述用于針對(duì)140和160以及120和130來偏置電極電壓的技術(shù)的附加方面和實(shí)施例?？梢岳斫獗竟_具有這樣的益處，其中在各種替代實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)100可以配置為使用交替結(jié)構(gòu)和偏置源將電熱材料110從與熱沉150熱交換偏置為與冷卻負(fù)載170熱交換。例如，偏置源可以包括以下的一個(gè)或多個(gè)，并且可以通過以下的一個(gè)或多個(gè)來促進(jìn)運(yùn)動(dòng)鉸鏈裝置、彈簧裝置、滑動(dòng)裝置和/或旋轉(zhuǎn)裝置。在旋轉(zhuǎn)偏置裝置的實(shí)施例中，所述電熱材料110和電極層120、130可以配置為繞通過隔離物145的中心延伸的垂直軸旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)實(shí)施例中，腔體155可以是圓柱形的，并且電熱材料110和電極層120、130可以配置作為圓柱體的一部分，例如在腔體155內(nèi)旋轉(zhuǎn)的半圓柱體。電熱材料110和電極層120、130的機(jī)械旋轉(zhuǎn)可以消除對(duì)電極140、146的需要。在滑動(dòng)偏置裝置實(shí)施例中，電熱材料110和電極層120、130可以配置為可在電極140、160之間，例如沿在隔離物145上設(shè)置的軌道或其他結(jié)構(gòu)滑動(dòng)?？苫瑒?dòng)電熱材料110和電極層120、130可以采用如使用鐵電陶瓷形成的剛性結(jié)構(gòu)，或者如圖2所示的柔性電熱材料和電極210結(jié)構(gòu)。在一些滑動(dòng)偏置裝置實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)100可以配置為保持電熱材料110和電極層120、130處于適當(dāng)?shù)奈恢?，同時(shí)將交替地移動(dòng)熱沉150和冷卻負(fù)載170與電熱材料110熱交換。例如，冷卻系統(tǒng)100可以與圖I類似地配置，同時(shí)將隔離物145延長并且采用在所述隔離物145上的軌道或其他結(jié)構(gòu)，其允許熱沉150、電極140、冷卻負(fù)載170和電極160交替地滑入和滑出與靜止電熱材料110和電極層120、130的熱接觸。如應(yīng)該理解的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以配置使用例如彈簧、鉸鏈和多種其他結(jié)構(gòu)的多種附加偏置源結(jié)構(gòu)來獲得本公開的益處。熱沉電極140的表面和冷卻負(fù)載電極160的表面和/或第一電極層120和第二電極層130的表面可以配置為包括鈍化層。鈍化層可以配置為防止電極140、160和電極層120和130之間的電接觸，例如如圖2所示，當(dāng)使得電熱材料和電極210與熱沉電極140機(jī)械接觸時(shí)防止這樣的電接觸。鈍化層允許機(jī)械接觸的熱交換優(yōu)勢，同時(shí)提供了接觸期間的電介質(zhì)隔離。在一些實(shí)施例中，可以利用氧化鈹(BeO)或氮化鋁(AlN)的濺射沉積薄膜作為鈍化層。在一些實(shí)施例中，鈍化層的厚度范圍可以從約IOnm到約lOOnm。在一些實(shí)施例中，電熱材料110可以配置作為聚合物膜，其可以在施加電場的情況下表現(xiàn)出鐵電磁矩，并且在去除電場之后表現(xiàn)出固有的殘余極化。鐵電磁矩的調(diào)制可以產(chǎn)生對(duì)于制冷有用的熵性質(zhì)的增加或減小。在本公開中有用的電熱材料可以包括諸如聚偏氟乙烯(PVDF)之類的鐵電聚合物材料及其類似物和共聚物，例如具有其他鹵代物的共聚 物。對(duì)于諸如圖2之類的實(shí)施例，可以使用任意的電熱材料，所述電熱材料具有柔性性質(zhì)，并且因此允許熱沉150和冷卻負(fù)載170之間的電熱材料和電極210的位移。在這里所述的各種其他實(shí)施例中，可以使用剛性的非柔性電熱材料，例如包括鈣鈦礦陶瓷的鐵電陶瓷材料。在一些實(shí)施例中，可以通過在電熱聚合物隔膜的表面上沉積金屬薄膜來配置電熱材料和電極210。例如，可以使用蒸發(fā)或者濺射技術(shù)來沉積金屬薄膜?？梢酝ㄟ^所需粘附性、熱性能和/或抗磨損性質(zhì)來確定在金屬薄膜中使用的金屬。代表性金屬包括鋁、金、銀、鐵、銅、鎳、鉻、鋅、銅及及其組合。金屬薄膜可以配置為用作電極，所述電極能夠在電熱聚合物隔膜的兩端形成電容器，其中所述電容器配置為允許在電熱聚合物隔膜的兩端施加電場，用于電熱聚合物隔膜的極化。此外，金屬薄膜可以配置為支持金屬薄膜電極層與熱沉電極140或冷卻負(fù)載電極160之間的靜電相互作用，使得向電極140和160施加的電壓能夠?qū)㈦姛岵牧虾碗姌O210向熱沉電極140或冷卻負(fù)載電極160電容性地驅(qū)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，電熱材料和電極210可以配置為具有選定厚度，其中所述選定厚度基于一個(gè)或多個(gè)功能參數(shù)。例如，電熱材料和電極210的厚度可以影響極化所要求的電壓和在每一個(gè)熱傳遞循環(huán)時(shí)由電熱材料和電極210吸收和釋放的熱量。較厚的電熱材料和電極210可以在每次循環(huán)時(shí)傳遞更多的熱，并且可能涉及更高的極化電壓以獲得適當(dāng)?shù)碾妶龇?。電熱材料和電極210的厚度也可以影響電熱材料和電極210的形變性質(zhì)。在配置用于通過施加電場來使電熱材料和電極210形變的實(shí)施例中，例如圖2，電熱材料和電極210的厚度可以配置為在由在熱沉電極140和電極層130之間以及冷卻負(fù)載電極160和電極層120之間施加的電壓產(chǎn)生的電場下允許足夠的形變。在一些實(shí)施例中，電熱材料和電極210的厚度范圍可以從約0. 5微米至約100微米?？梢杂绊戨姛岵牧虾碗姌O210的形變、并且最終影響電熱材料和電極210厚度的其他代表性設(shè)計(jì)因素可以包括以下的一個(gè)或多個(gè)電熱材料110的彈性模量、電熱材料110的存儲(chǔ)和損耗模量、電熱材料110的彈性限制和/或塑性區(qū)、在腔體155中保持的真空、可用系統(tǒng)電壓和功率、熱沉電極140和冷卻負(fù)載電極160之間的距離、金屬薄膜電極120和130以及熱沉電極140和/或冷卻負(fù)載電極160之間的總電容、和/或熱沉電極140、冷卻負(fù)載電極160和/或金屬薄膜電極層120和130上的內(nèi)部鈍化介電常數(shù)和厚度。
因此，可以部分地基于由金屬薄膜電極120和130在電熱材料110中產(chǎn)生的外部施加電場的幅度、方向和分布來選擇電熱材料110的厚度。例如，可以選擇較厚的電熱材料110用于較強(qiáng)的電壓，或者反之亦然。電場的強(qiáng)度可以隨著可用系統(tǒng)電壓而變化，因此在一些實(shí)施例中，可以基于可用系統(tǒng)電壓來選擇電熱材料110的厚度。在電熱材料110中產(chǎn)生的電場將是標(biāo)Sve的電壓的函數(shù)，所述電壓Ve施加在金屬薄膜電極層120和130上。可以選擇Ve和/或電熱材料110的厚度，以在每一個(gè)熱傳遞循環(huán)中將電熱材料110充分極化為電介體飽和。例如，聚偏氟乙烯(PVDF)隔膜可以在范圍約為108V/m的施加電場下達(dá)到所需的極化級(jí)別。因此，10微米厚的PVDF電熱材料110可以通過在120和130上施加約1000V達(dá)到所需極化級(jí)別。在一些實(shí)施例中可以用于選擇電熱材料110厚度的其他因素可以包括以下的一個(gè)或多個(gè)電熱材料110的鐵電飽和極化場、電熱材料110的熱電系數(shù)和/或電熱材料110的壓電系數(shù)。在一些實(shí)施例中，電熱材料110的厚度可以從約0. 5微米到約100微米。在一些實(shí)施例中，電熱材料和電極210可以配置為通過兩個(gè)邊緣懸置以形成電熱 結(jié)構(gòu)，所述電熱結(jié)構(gòu)類似于在靠近隔離物145的邊緣處附著于隔離物145或者在靠近側(cè)壁的邊緣處附著于前部或后部側(cè)壁(未示出)的矩形帆形物(或者依賴于腔體155的形狀和電熱材料和電極210的所需形狀，可以是任意另一形狀的帆形物)。替代地，電熱材料和電極210可以通過一個(gè)邊緣懸置以形成電熱結(jié)構(gòu)，所述電熱結(jié)構(gòu)類似于矩形(或其他腔體155形狀)的片狀物。同樣在一些實(shí)施例中，電熱材料和電極210可以通過所有的邊緣懸置以形成電熱結(jié)構(gòu)，所述電熱結(jié)構(gòu)類似于鼓面?？梢詫抑霉?jié)點(diǎn)構(gòu)建于隔離物145和/或致冷單元105的前壁和后壁上，并且可以由絕熱絕緣材料構(gòu)成。代表性懸置節(jié)點(diǎn)材料包括諸如例如聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯之類的剛性聚合物和陶瓷。在一些實(shí)施例中也可以使用諸如鉸鏈和彈簧之類的懸置節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，熱沉電極140和冷卻負(fù)載電極160可以配置為包括各種金屬成分。電極140和160可以包括具有大于10W/m-K熱導(dǎo)率的導(dǎo)電體材料。代表性材料包括鋁、銅、鋼及其組合。在一些實(shí)施例中，電極140和160可以包括低膨脹合金，例如在電子封裝應(yīng)用中使用的具有約106ppm/K熱膨脹系數(shù)(CTE)的合金。在這一方面有用的代表性合金包括但是不局限于Ni-Fe合金42和科瓦鐵鎳鈷合金。電極140和160的厚度范圍可以從約100微米到約5mm。在一些實(shí)施例中，與腔體155相背的冷卻負(fù)載電極160的表面可以適用于與冷卻負(fù)載170熱交換。冷卻負(fù)載170可以是需要冷卻的任何設(shè)備或結(jié)構(gòu)。與腔體155相背的熱沉電極140的表面可以適用于與熱沉150熱交換。代表性熱沉150包括鰭狀招和/或銅塊。與腔體155相背的電極140的表面和電極160的表面可以保留其金屬性質(zhì)以有效地分別與熱沉150和冷卻負(fù)載170傳遞熱能。此外，與腔體155相背的表面可以與冷卻負(fù)載170和熱沉150結(jié)構(gòu)的形狀共形。面對(duì)腔體155的電極140的表面和電極160的表面按照需要可以是平面的或彎曲的。在代表性實(shí)施例100中，這些表面是平面的并且組成平板電容器。面對(duì)腔體155的電極140的表面和電極160的表面可以擁有如上所述的薄鈍化層，這可以允許電熱材料和電極210與電極140和160之間的機(jī)械接觸，并且與熱交換優(yōu)勢相對(duì)應(yīng)，同時(shí)支持電熱材料和電極210與電極140和160的電介質(zhì)隔離。
在一些實(shí)施例中，隔離物145可以支撐電極140和160，并且可以提供電熱材料和電極210的懸置點(diǎn)。隔離物145可以包括任意電絕緣和/或熱絕緣材料。代表性隔離物材料可以包括諸如聚氨酯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯之類的剛性聚合物和陶瓷。在一些實(shí)施例中，具有金屬化密封環(huán)的陶瓷環(huán)形框可以用于隔離熱沉電極140和冷卻負(fù)載電極160。隔離物145可以類似于在半導(dǎo)體或混合電子封裝中常用的薄陶瓷密封環(huán)形框，并且還能夠維持這里所述的密封。在一些實(shí)施例中，致冷單元105可以配置為支持腔體155中的真空?？梢詮那惑w155中抽出環(huán)境空氣，使得使用這里所述的靜電/電容性驅(qū)動(dòng)或其他結(jié)構(gòu)將電熱材料110和電極層120、130有效地吸引到電極140和160。腔體155中內(nèi)部氣體的電離和拖曳可以提供不利效果，限制了針對(duì)給定電容的電熱材料和電極210的運(yùn)動(dòng)，腔體155中的真空可以防止這些不利效果。腔體155中不存在內(nèi)部氣體也可以防止電極層120、130與電極140和 160之間的電弧放電，所述電弧放電也可以影響冷卻系統(tǒng)100的操作?？梢酝ㄟ^機(jī)械初步抽空泵產(chǎn)生量級(jí)在ImTorr的真空。例如,可以使用在致冷單元105側(cè)壁中的孔入口和通氣閥門從腔體155抽吸空氣。冷卻系統(tǒng)100可以包括真空泵以按照需要恢復(fù)腔體155中的真空。替代地，本公開的致冷單元105可以裝配到真空回流站或者接縫密封手套箱，與在電子封裝工業(yè)中建立真空所采用的技術(shù)類似。例如，可以使用激光或接縫密封技術(shù)將電極140和160密封到真空腔室或手套箱中的框架密封環(huán)。圖3是配置用于控制冷卻系統(tǒng)的代表性計(jì)算設(shè)備的方框圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例布置。計(jì)算設(shè)備300提供了如圖I和圖2所示的控制器300的示例。計(jì)算設(shè)備300提供了如圖I和圖2所示的控制器300的示例。在非?；镜慕Y(jié)構(gòu)301中，計(jì)算設(shè)備300可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器310和系統(tǒng)存儲(chǔ)器320。存儲(chǔ)器總線330可以用于在處理器310和系統(tǒng)存儲(chǔ)器320之間通信。依賴于所需結(jié)構(gòu)，處理器310可以是任意類型，包括但不局限于微處理器P)、微控制器C)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其任意組合。處理器310可以包括一級(jí)或多級(jí)高速緩存，例如級(jí)別一高速緩存311和級(jí)別二高速緩存312、處理器內(nèi)核313和寄存器314。處理器內(nèi)核313可以包括算法算術(shù)邏輯單元(ALU)、浮點(diǎn)單元(FPU)、數(shù)字信號(hào)處理內(nèi)核(DSP內(nèi)核)或者其任意組合。存儲(chǔ)器控制器315也可以與處理器310—起使用，或者在一些實(shí)現(xiàn)中存儲(chǔ)器控制器315可以是處理器310的內(nèi)部部分。依賴于所需結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)存儲(chǔ)器320可以是任意類型，包括但不局限于易失性存儲(chǔ)器(例如RAM)、非易失性存儲(chǔ)器(例如ROM、閃速存儲(chǔ)器等)或者其任意組合。系統(tǒng)存儲(chǔ)器320典型地包括操作系統(tǒng)321、一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用322和程序數(shù)據(jù)325。應(yīng)用322可以包括例如致冷單元控制模塊323。程序數(shù)據(jù)325可以包括可以由模塊323使用的致冷單元數(shù)據(jù)326。致冷單元控制模塊323可以配置為控制電壓源180實(shí)現(xiàn)如這里所述的熱傳遞循環(huán)。在一些實(shí)施例中，致冷單元控制模塊323可以配置為實(shí)現(xiàn)根據(jù)圖4和圖5的方法。例如，致冷單元控制模塊323可以經(jīng)由有線或無線連接195向電壓源180供應(yīng)電壓控制命令196。可以在電壓源180處接收電壓控制命令196，并在電壓源180處通過以根據(jù)電壓控制命令196的電壓電平和定時(shí)間隔向耦合191、192、193和194施加電壓，來實(shí)現(xiàn)電壓控制命令196。電壓控制命令196可以如上所述或者如參考圖4和/或圖5所述來實(shí)現(xiàn)熱傳遞循環(huán)。在一些實(shí)施例中，致冷單元控制模塊323可以自適應(yīng)地根據(jù)程序數(shù)據(jù)325配置電壓控制命令196。例如，程序數(shù)據(jù)325可以規(guī)定冷卻負(fù)載170的當(dāng)前溫度和冷卻負(fù)載170的所需目標(biāo)溫度，并且電壓控制命令196可以響應(yīng)于當(dāng)前溫度、所需目標(biāo)溫度或者這兩者來增加或者降低在致冷單元105處應(yīng)用的熱傳遞速率。計(jì)算設(shè)備300可以具有附加的特征和功能以及附加的接口，用于促進(jìn)在基本結(jié)構(gòu)301和任意需要的設(shè)備和接口之間的通信。例如，總線/接口控制器340可以用于促進(jìn)經(jīng)由存儲(chǔ)接口總線341在基本結(jié)構(gòu)301和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備350之間的通信。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備350可以是可去除的存儲(chǔ)設(shè)備351、不可去除的存儲(chǔ)設(shè)備352或其組合?？扇コ鎯?chǔ)設(shè)備和不可去除存儲(chǔ)設(shè)備的示例包括諸如軟盤驅(qū)動(dòng)器和硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)之類的磁盤設(shè)備、諸如光盤(⑶)驅(qū)動(dòng)器或數(shù)字通用盤(DVD)驅(qū)動(dòng)器之類的光盤驅(qū)動(dòng)器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)和磁帶驅(qū)動(dòng)器，僅舉幾個(gè)例子。示例計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括在用于存儲(chǔ)信息的任意方法或技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的易失性和非易失性、可去除和不可去除介質(zhì)，所述信息例如是計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器320、可去除存儲(chǔ)器351和不可去除存儲(chǔ)器352是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)的所有示例。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括但是不局限于RAM、ROM、EEPR0M、閃速存儲(chǔ)器或其他存儲(chǔ)技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字通用盤(DVD)或其他光學(xué)存儲(chǔ)器、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲(chǔ)器或其他磁存儲(chǔ)設(shè)備、或者可以用于存儲(chǔ)所需信息并且可以通過計(jì)算設(shè)備300訪問的任意其他介質(zhì)。任意這種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以是設(shè)備300的一部分。計(jì)算設(shè)備300也可以包括接口總線342，用于促進(jìn)經(jīng)由總線/接口控制器340從各種接口設(shè)備(例如輸出接口、外圍接口和通信接口)到基本結(jié)構(gòu)301的通信。示例輸出設(shè)備360包括圖形處理單元361和音頻處理單元362，其可以配置為經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)A/V端口363與諸如顯示器或揚(yáng)聲器之類的各種外部設(shè)備通信。示例外圍接口 370可以包括串行接口控制器371或并行接口控制器372，其可以配置為經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)I/O端口 373，通過有線或無線連接與例如電壓源180等外部設(shè)備通信。其他外部設(shè)備可以包括輸入設(shè)備(例如鍵盤、鼠標(biāo)、手寫筆、語音輸入設(shè)備、觸摸輸入設(shè)備等)或者其他外圍設(shè)備(例如打印機(jī)、掃描儀等)。示例通信設(shè)備380包括網(wǎng)絡(luò)控制器381，所述網(wǎng)絡(luò)控制器381可以配置為促進(jìn)經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)通信端口 382，通過網(wǎng)絡(luò)通信與一個(gè)或多個(gè)其他通信設(shè)備390進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)可以是通信介質(zhì)的一個(gè)示例。通信介質(zhì)可以典型地實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或諸如載波或其他傳輸機(jī)制之類的調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)中的其他數(shù)據(jù)，并且包括任意信息傳遞介質(zhì)?！罢{(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)”可以是這樣的信號(hào)，其一個(gè)或多個(gè)特性被設(shè)置或改變以在信號(hào)中對(duì)信息編碼。作為示例但是不局限于此，通信介質(zhì)可以包括諸如有線網(wǎng)絡(luò)或直接有線連接之類的有線介質(zhì)，以及諸如聲學(xué)、射頻(RF)、紅外(IR)或者其他無線介質(zhì)之類的無線介質(zhì)。計(jì)算設(shè)備300可以實(shí)現(xiàn)為小形狀因子便攜(或移動(dòng))電子設(shè)備的一部分，所述電子設(shè)備例如是蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助手(PDA)、個(gè)人媒體播放設(shè)備、無線網(wǎng)頁觀看設(shè)備、個(gè)人頭戴設(shè)備、專用設(shè)備或者混合設(shè)備，所述混合設(shè)備包括以上功能的任一個(gè)。計(jì)算設(shè)備300也可以實(shí)現(xiàn)為包括膝上型計(jì)算機(jī)和非膝上型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的個(gè)人計(jì)算機(jī)。另外在一些實(shí)施例中，控制器300可以實(shí)現(xiàn)為微控制器、專用集成電路(ASIC)或其他電子控制設(shè)備。在一些實(shí)施例中，控制器300可以實(shí)現(xiàn)在電壓源300內(nèi)部，并且反之亦然。圖4是示出了操作冷卻系統(tǒng)的示例過程的流程圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例布置。圖4示出了可以由冷卻系統(tǒng)100在諸如控制器300或組合的電壓源180和控制器300之類的設(shè)備的控制下執(zhí)行的過程。示例過程可以包括如塊410-430所示的一個(gè)或多個(gè)操作/模塊，其代表可以在方法中執(zhí)行的操作、設(shè)備300中的功能模塊和/或可以記錄到計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)450上的指令。所示的塊410-430可以配置為提供包括塊410處的“與熱沉熱交換”、塊420處的“與冷卻負(fù)載熱交換”和/或塊430處的“修改VE”中的一個(gè)或多個(gè)功能性操作。在圖4中，將塊410-430示出為順序地執(zhí)行，首先執(zhí)行塊410最后執(zhí)行塊430。然而應(yīng)該理解的是，可以根據(jù)需要重新排序這些塊以便于適應(yīng)具體的實(shí)施例，并且在一些實(shí)施例中可以同時(shí)執(zhí)行這些塊或者這些塊的一部分。還應(yīng)該理解的是在一些示例中，可以修改或去除多個(gè)塊、將其劃分為附加的塊和/或與其他塊進(jìn)行組合。 圖4示出了示例過程，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)熱傳遞循環(huán)以將熱從冷卻負(fù)載傳遞至熱沉。通常，所述過程可以包括電熱材料110在熱沉150和冷卻負(fù)載170之間的交替熱交換，以及將周期性極化電壓Ve施加至電熱材料110以產(chǎn)生所需的冷卻效果。圖4提供了示例過程的一般性描述，而圖5提供了一般過程的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)視圖。在“與熱沉熱交換”塊410中，可以將電熱材料110和熱沉150設(shè)置為進(jìn)行熱交換。熱交換可以是經(jīng)由在電熱材料110和熱沉150之間設(shè)置的任意個(gè)數(shù)的層，包括例如諸如120和140之類的電極層和相應(yīng)的鈍化層。在一些實(shí)施例中，可以經(jīng)由用于使氣體或液體在諸如140之類的層上流動(dòng)的風(fēng)扇或泵來實(shí)現(xiàn)熱交換，其中所述氣體或液體用作到電熱材料110的熱導(dǎo)體。在一些實(shí)施例中，將電熱材料110和熱沉150設(shè)置為進(jìn)行熱交換可以包括將電熱材料110移動(dòng)至熱沉150，如結(jié)合圖5所述。然而，電熱材料110和/或熱沉150也可以使用如這里所述的交替結(jié)構(gòu)來移動(dòng)，并且在一些實(shí)施例中(例如其中將風(fēng)扇或泵用于使氣體或液體在諸如電熱材料110之類的層上流動(dòng))可能不需要移動(dòng)。塊410之后可以是塊420。在“與冷卻負(fù)載熱交換”塊420中，可以將電熱材料110和冷卻負(fù)載170設(shè)置為進(jìn)行熱交換。如參考?jí)K410所述，熱交換可以經(jīng)由任意個(gè)數(shù)的層，并且可以如參考?jí)K410所述的那樣，通過移動(dòng)電熱材料110、或者使用交替結(jié)構(gòu)將電熱材料110和冷卻負(fù)載170設(shè)置為進(jìn)行熱交換。塊420之后可以是塊430。在“修改VE”塊430中可以修改在電熱材料110兩端施加的極化電壓VE。在一些實(shí)施例中，可以通過使用如圖I和圖2所示的電壓源180和控制器300結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)電極層120和130上的電壓來修改Ve。 在一些實(shí)施例中，每一次熱傳遞循環(huán)可以修改Ve兩次。第一次Ve修改可以減小凈極化，而第二次Vjf改可以增加凈極化。Ve修改的定時(shí)可以適當(dāng)?shù)嘏c塊410和420的操作同步。在一些實(shí)施例中，可以按照如圖4所示的順序在第三塊中執(zhí)行兩個(gè)Ve修改，結(jié)合圖5進(jìn)一步描述該實(shí)施例。在一些實(shí)施例中，可以在熱傳遞循環(huán)中的其他點(diǎn)執(zhí)行Ve修改,例如參考圖I和圖2介紹的熱傳遞循環(huán)中所述，其提供了兩個(gè)階段的循環(huán)，其中第一階段包括將電熱材料110設(shè)置為與冷卻負(fù)載170熱交換并且去除向電熱材料110施加的極化電壓，而第二階段包括將電熱材料110設(shè)置為與熱沉150熱交換并且向電熱材料110施加極化電壓。圖5是示出了操作冷卻系統(tǒng)的示例過程的附加方面的流程圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例來布置。圖5示出了根據(jù)圖4的以上描述的一些實(shí)施例的詳細(xì)視圖，相似的元件用相似的標(biāo)識(shí)符表示。示例過程可以包括如塊410-430所示的一個(gè)或多個(gè)操作/模塊，其中塊410可以包括塊511-515，塊420可以包括塊521-523，以及塊430可以包括塊531-533。如圖4那樣，圖5中所示的塊表示可以在方法中執(zhí)行的操作、設(shè)備300中的功能模塊和/或可以在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)450上記錄的指令?！芭c熱沉熱交換”塊410可以配置為提供包括以下的一個(gè)或多個(gè)的功能操作在塊511處“去除\”，在塊512處“施加V，，在塊513處“與熱沉熱交換”，在塊514處“延遲T,，和/或在塊515處“去除V，。塊420，“與冷卻負(fù)載熱交換”可以配置為提供包括以下的一個(gè)或多個(gè)的功能操作在塊521處 “施加V，，在塊522處“與冷卻負(fù)載熱交換”，和/或在塊523處“延遲V，。塊430，“修改VE”可以配置為提供包括以下的一個(gè)或多個(gè)的功能操作在塊531處“修改VE”，在塊532處“延遲V，，和/或在塊533處“修改V/。如同圖4那樣，將圖5的塊示出為順序執(zhí)行，包括410-430和511-515、521_523和531-533，首先執(zhí)行塊410最后執(zhí)行塊430。然而應(yīng)該理解的是，可以重新排序這些塊以便于適應(yīng)具體的實(shí)施例，并且在一些實(shí)施例中可以同時(shí)執(zhí)行這些塊或者這些塊的一部分。還應(yīng)該理解的是在一些示例中，可以修改或去除多個(gè)塊、將其劃分為附加的塊和/或與其他塊進(jìn)行組合。結(jié)合圖6可以更好的理解圖5，圖6示出了代表性冷卻系統(tǒng)100的操作期間電熱材料110的熵變化。如圖5和圖6所示，可以通過具有各種偏置的三個(gè)分離電勢來控制電熱材料110的運(yùn)動(dòng)和極化。如上所述，將電熱材料110朝著熱沉電極140拖曳的電壓標(biāo)記為Vs，并且將電熱材料110朝著冷卻負(fù)載電極160拖曳的電壓標(biāo)記為\。將控制電熱材料110的極化的電壓標(biāo)記為VE。在圖5中示出了產(chǎn)生致冷效應(yīng)的示例順序和偏置結(jié)構(gòu)。“與熱沉熱交換”塊410可以包括在塊511處“去除八”，在塊512處“施加Vs”，在塊513處“與熱沉熱交換”，在塊514處“延遲T1 ”，和/或在塊515處“去除Vs ”。在“去除'”塊511中，可以去除向冷卻負(fù)載電極160施加的電壓去除八允許將電熱材料和電極210從冷卻負(fù)載電極160移開。塊511之后可以是塊512。在“施加Vs”塊512中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令，以利用電壓Vs正向偏置熱沉電極140。Vs可以在腔體155中施加電場,所述電場足以拖曳電熱材料和電極210從而與熱沉電極140熱交換。可以將Vs施加用于將電熱材料和電極210位移至所需位置所需的時(shí)間。一旦電熱材料和電極210已經(jīng)到達(dá)所需位置，可以去除Vs，或者在如下所述去除之前可以繼續(xù)施加Vs。塊512之后可以是塊513。在“與熱沉熱交換”塊513中，電熱材料和電極210開始將熱釋放到熱沉150中。所述熱釋放可以部分地由電熱材料和電極210與熱沉150之間的溫度差產(chǎn)生，并且可以部分地由如下所述的由極化電壓Ve的施加感應(yīng)的極化產(chǎn)生。在“延遲T/’±夾514中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令以將Vs保持延遲時(shí)間段T1可以是與熱沉150熱交換的任意所需時(shí)間。在一些實(shí)施例中，T1包括足以使電熱材料110實(shí)質(zhì)上到達(dá)飽和極化并且與熱沉150達(dá)到熱平衡的時(shí)間長度。塊514之后可以是塊515。在“去除Vs”塊515中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令以反向偏置Vs，以便將電熱材料和電極210移動(dòng)為與冷卻負(fù)載170熱交換。在一些實(shí)施例中，電壓源180可以通過將耦合191接地來將熱沉電極140接地。塊515之后可以是塊420?！芭c冷卻負(fù)載熱交換”±夾420可以包括在塊521處“施加\”，在塊522處“與冷卻負(fù)載熱交換”，和/或在塊523處“延遲T3”。在“施加'”塊521中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令，以利用電壓'正向偏置冷卻負(fù)載電極160。Vlj可以在腔體155中施加電場,所述電場足以將電熱材料和電極210拖曳為與冷卻負(fù)載電極160熱交換?？梢詫?施加足以使電熱材料和電極210位移到所需位置所需要的時(shí)間長度。一旦電熱材料和電極210已經(jīng)到達(dá)所需位置，可以去除'，或者在如下所述去除之前可以繼續(xù)施加\。塊521之后可以是塊522。

在“與冷卻負(fù)載熱交換”塊522中，電熱材料和電極210開始從冷卻負(fù)載170吸收熱。所述吸收可以部分地由電熱材料和電極210與冷卻負(fù)載170之間的溫度差產(chǎn)生，并且部分地由在如下所述去除極化電壓之后發(fā)生的去極化產(chǎn)生。塊522之后可以是塊523。在“延遲T3”塊523中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令以將'保持延遲時(shí)間段T3。1~3可以是用于與冷卻負(fù)載170熱交換的第一階段的任意所需時(shí)間。在一些實(shí)施例中，T3可以包括足以使電熱材料110處于極化狀態(tài)的時(shí)間長度，在所述極化狀態(tài)中可以恒定地維持Ve以實(shí)質(zhì)上通過冷卻負(fù)載電極160達(dá)到與冷卻負(fù)載170的熱平衡。塊523之后可以是塊430?！靶薷腣，塊430可以包括在塊531處“修改V/，在塊532處“延遲T/，，和/或在塊533處“修改V/。在“修改VE”塊531中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令，以減小或去除偏置Ve以便允許通過從冷卻負(fù)載170的熱吸收將電熱材料110去極化，從而增加電熱材料110的熵。塊531之后可以是塊532。在“延遲T3”塊532中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令，以將'和/或浮置或者減小的Ve狀態(tài)維持延遲時(shí)間段T3。T3可以是與冷卻負(fù)載170熱交換的第二階段的任意所需時(shí)間。在一些實(shí)施例中，T3可以包括足以使電熱材料110通過去極化從冷卻負(fù)載吸收熱的時(shí)間長度，從而可以去除Ve，并且允許電熱材料110實(shí)質(zhì)上到達(dá)去極化，通過冷卻負(fù)載電極160實(shí)現(xiàn)與冷卻負(fù)載170的熱平衡。因?yàn)殡姛岵牧?10通過冷卻負(fù)載電極160從冷卻負(fù)載170吸收熱能，發(fā)生電熱材料110的去極化。這導(dǎo)致了冷卻負(fù)載170的冷卻以及電熱材料110的熵增加。塊532之后可以是塊533。在“修改VE”塊533中，設(shè)備300可以配置為產(chǎn)生電壓控制命令以偏置Ve，以便極化并且從而降低電熱材料110的熵。塊533可以緊接著是塊511和512和/或與塊511和512實(shí)質(zhì)上同時(shí)地執(zhí)行，從而將熱沉電極140正向偏置，并且將電熱材料和電極210再次拖曳至熱沉電極，以重復(fù)熱傳遞循環(huán)。圖6是示出了在冷卻系統(tǒng)的示例操作期間冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電熱材料熵轉(zhuǎn)變的流程圖，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例布置。圖6示出了可以通過冷卻系統(tǒng)100在諸如控制器300或組合的電壓源180和控制器300之類的設(shè)備控制下執(zhí)行的過程。示例過程可以實(shí)現(xiàn)由塊610-615所示的各種設(shè)備和電熱材料轉(zhuǎn)變。所示塊610-650可以配置為提供包括以下一個(gè)或多個(gè)的功能操作在塊610處“中性狀態(tài)”，在塊620處“VE修改和與熱沉熱交換”，在塊630處“轉(zhuǎn)變”，在塊640處“與冷卻負(fù)載熱交換”，和/或在塊650處“^修改”。在圖6中，示出了順序執(zhí)行塊610-650，首先執(zhí)行塊610并且最后執(zhí)行塊650。然而應(yīng)該理解的是，可以重新排序這些塊以便于適應(yīng)具體的實(shí)施例，并且在一些實(shí)施例中可以同時(shí)執(zhí)行這些塊或者這些塊的一部分。還應(yīng)該理解的是在一些示例中，可以修改或去除多個(gè)塊、將其劃分為附加的塊和/或與其他塊進(jìn)行組合。圖6示出了在如參考圖5可以理解的冷卻系統(tǒng)的示例操作期間的示例設(shè)備和電熱材料熵轉(zhuǎn)變。在“中性狀態(tài)”塊610中，可以將電熱材料110保持在中性的未偏置狀態(tài)，其中凈極化是無序或高熵的高狀態(tài)。在塊610的左側(cè)示出了熱沉電極140，而在右側(cè)示出了冷卻負(fù)載電極160，并且在電極140和160之間示出了電極120和130。在冷卻負(fù)載電極160 的右側(cè)示出了具有電熱材料110的較高和較低熵狀態(tài)的鐵電極化的表示。塊610之后可以轉(zhuǎn)變到塊620。在“Ve修改和與熱沉熱交換”±夾620中，可以將電壓Vs正向偏置以將電熱材料和電極210拖曳到熱沉電極140。同時(shí)，可以將第二電壓Ve反向偏置以將電熱材料110極化，直到電熱材料110到達(dá)具有低熵的飽和極化，即有序的極化狀態(tài)。塊620之后可以是轉(zhuǎn)變到塊 630。在“轉(zhuǎn)變”塊630中，可以熱沉電極140反向偏置，并且利用電壓'將冷卻負(fù)載電極160正向偏置，這開始將處于低熵的有序狀態(tài)的電熱材料110拖曳到冷卻負(fù)載電極160。塊630之后可以轉(zhuǎn)變到塊640。在“與冷卻負(fù)載熱交換”塊640中，處于低熵的有序狀態(tài)的電熱材料110可以接觸冷卻負(fù)載電極160，直到達(dá)到熱平衡。塊604之后可以轉(zhuǎn)變到塊650。在“VE修改”塊650中，可以減小或去除電壓VE，導(dǎo)致將電熱材料110去極化為高熵的無序狀態(tài)，同時(shí)從冷卻負(fù)載170汲取熱能。在達(dá)到熱平衡之后，可以再次施加電壓Vs進(jìn)行正向偏置，其將處于高熵的無序狀態(tài)的電熱材料110拖曳至熱沉電極160。塊650可以轉(zhuǎn)變到塊620，并且可以再次開始熱傳遞循環(huán)。根據(jù)圖2、圖5和圖6的實(shí)施例可以使用電熱聚合物隔膜的柔性性質(zhì)來產(chǎn)生基于ECE的致冷。通過如圖6所示的順序電偏置熱沉電極140、冷卻負(fù)載電極160和金屬薄膜電極層120和130，可以將柔性ECE聚合物隔膜110電容性地驅(qū)動(dòng)為分別經(jīng)由電極160和140與冷卻負(fù)載170和熱沉150實(shí)現(xiàn)周期性的機(jī)械和熱接觸。在上述各種實(shí)施例中，當(dāng)在熱沉電極或冷卻負(fù)載電極與薄膜電極層之間循環(huán)電壓時(shí)，包括聚合物隔膜的電熱材料在熱沉電極和冷卻負(fù)載電極之間前后移動(dòng)。當(dāng)在兩個(gè)薄膜電極層120和130之間循環(huán)電壓時(shí)，聚合物隔膜的鐵電次序可以循環(huán)為高熵狀態(tài)和低熵狀態(tài)，能夠從熱沉電極140或冷卻負(fù)載電極160釋放和吸收能量。可以按照促進(jìn)從冷卻負(fù)載170到熱沉150的熱能傳遞的方式來施加這些偏置的順序和方向?；诮o定冷卻負(fù)載的溫度變化，極化偏置停留時(shí)間段、隔膜移動(dòng)時(shí)間和熱接觸停留時(shí)間段范圍可以從I秒到約10分鐘。圖7示出了結(jié)合了冷卻系統(tǒng)的代表性設(shè)備，所述冷卻系統(tǒng)根據(jù)本公開的至少一些實(shí)施例來布置。設(shè)備770可以包括致冷單元700、熱沉150、冷卻負(fù)載170、傳感器710和720以及設(shè)備溫度控制器750。
在圖I中，可以將致冷單元700設(shè)置在熱沉150和冷卻負(fù)載170之間。致冷單元700可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)耦合730與設(shè)備溫度控制器750相連。可以將傳感器710和720分別設(shè)置在熱沉150和冷卻負(fù)載170上。設(shè)備溫度控制器750可以分別經(jīng)由有線或無線連接715和725與傳感器710和720相連，并且可以將傳感器數(shù)據(jù)745從傳感器710和720傳送至設(shè)備溫度控制器750。在一些實(shí)施例中，設(shè)備溫度控制器750可以配置為接收傳感器數(shù)據(jù)745，并且將所述傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為致冷單元數(shù)據(jù)326的一個(gè)方面，如上所述。設(shè)備溫度控制器750可以通過增加或降低致冷單元700采取的冷卻速率來表示對(duì)冷卻負(fù)載170和/或熱沉150溫度的傳感器數(shù)據(jù)745進(jìn)行響應(yīng)。例如，可以通過結(jié)合圖5描述的增加和/或降低諸如I\、T2和T3之類的延遲時(shí)間段來修改冷卻速率。也可以通過修改針對(duì)和Ve所采用的電壓電平來修改冷卻速率。根據(jù)本公開的冷卻系統(tǒng)可以用于多種設(shè)備770，包括例如要求微處理器冷卻的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、用于冷卻食品或其他易腐物的致冷系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備的冷卻系統(tǒng)和環(huán)境冷卻的空 調(diào)系統(tǒng)。在配置用于冷卻計(jì)算設(shè)備的實(shí)施例中，冷卻負(fù)載170可以包括半導(dǎo)體管芯，可以將致冷單元700與半導(dǎo)體管芯鍵合或者熱交換。例如，半導(dǎo)體管芯可以包括圖3所示的處理器310和其他部件。熱沉150可以包括散熱器或陶瓷芯片載體，可以將致冷單元700與其鍵合或者熱交換。致冷單元700可以包括這里所述的各種制冷單元結(jié)構(gòu)的任一個(gè)，并且可以通過經(jīng)由耦合730施加的電壓來控制，耦合730將致冷單元700與設(shè)備溫度控制器750相連。設(shè)備溫度控制器750例如可以包括組合的電壓源180和控制器300部件。在一些實(shí)施例中，電熱致冷單元700可以具有約300微米的厚度，以提供薄輪廓熱管理系統(tǒng)。在其他實(shí)施例中，可以將多個(gè)諸如700之類的致冷單元形成為陣列，以對(duì)各種機(jī)械或電子外殼和印刷電路板(PCB)卡組件進(jìn)行冷卻。在正確配置的系統(tǒng)中，本公開的致冷單元700可以定位于嚴(yán)格的“熱點(diǎn)”，以使能更有效的操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述致冷單元700可以排列以形成食品冷卻器、飲料冷卻器、冰箱用具、平面居住空間空調(diào)(例如平面壁掛式冷卻器)以及家庭或工業(yè)冷卻臺(tái)。在系統(tǒng)的多個(gè)方面的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方式之間存在一些小差別；硬件或軟件的使用一般(但并非總是，因?yàn)樵谔囟ㄇ闆r下硬件和軟件之間的選擇可能變得很重要)是一種體現(xiàn)成本與效率之間權(quán)衡的設(shè)計(jì)選擇?？梢愿鞣N手段(例如，硬件、軟件和/或固件)來實(shí)施這里所描述的工藝和/或系統(tǒng)和/或其他技術(shù)，并且優(yōu)選的手段將隨著所述工藝和/或系統(tǒng)和/或其他技術(shù)所應(yīng)用的環(huán)境而改變。例如，如果實(shí)現(xiàn)者確定速度和準(zhǔn)確性是最重要的，則實(shí)現(xiàn)者可以選擇主要為硬件和/或固件的手段；如果靈活性是最重要的，則實(shí)現(xiàn)者可以選擇主要是軟件的實(shí)施方式；或者，同樣也是可選地，實(shí)現(xiàn)者可以選擇硬件、軟件和/或固件的某種組合。以上的詳細(xì)描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例，已經(jīng)闡述了設(shè)備和/或工藝的眾多實(shí)施例。在這種方框圖、流程圖和/或示例包含一個(gè)或多個(gè)功能和/或操作的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，這種方框圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或?qū)嵸|(zhì)上它們的任意組合來單獨(dú)和/或共同實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開所述主題的若干部分可以通過專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、或其他集成格式來實(shí)現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這里所公開的實(shí)施例的一些方面在整體上或部分地可以等同地實(shí)現(xiàn)在集成電路中，實(shí)現(xiàn)為在一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序(例如，實(shí)現(xiàn)為在一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序)，實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序(例如，實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)微處理器上運(yùn)行的一個(gè)或多個(gè)程序)，實(shí)現(xiàn)為固件，或者實(shí)質(zhì)上實(shí)現(xiàn)為上述方式的任意組合，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開，將具備設(shè)計(jì)電路和/或編寫軟件和/或固件代碼的能力。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本公開所述主題的機(jī)制能夠作為多種形式的程序產(chǎn)品進(jìn)行分發(fā)，并且無論實(shí)際用來執(zhí)行分發(fā)的信號(hào)承載介質(zhì)的具體類型如何，本公開所述主題的示例性實(shí)施例均適用。信號(hào)承載介質(zhì)的示例包括但不限于可記錄型介質(zhì)，如軟盤、硬盤驅(qū)動(dòng)器、緊致盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)、數(shù)字磁帶、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器等；以及傳輸型介質(zhì)，如數(shù)字和/或模擬通信介質(zhì)(例如，光纖光纜、波導(dǎo)、有線通信鏈路和/或信道、無線通信鏈路等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，以本文的形式描述設(shè)備和/或工藝以及此后使用工程實(shí)踐來將所描述的設(shè)備和/或工藝集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中是本領(lǐng)域的常用手段。也即，這 里所述的設(shè)備和/或工藝的至少一部分可以通過合理數(shù)量的試驗(yàn)而被集成到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一般包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)系統(tǒng)單元外殼；視頻顯示設(shè)備；存儲(chǔ)器，如易失性和非易失性存儲(chǔ)器；處理器，如微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器；計(jì)算實(shí)體，如操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、圖形用戶接口、以及應(yīng)用程序；一個(gè)或多個(gè)交互設(shè)備，如觸摸板或屏幕；和/或控制系統(tǒng)，包括反饋環(huán)和控制電動(dòng)機(jī)(例如，用于感測位置和/或速度的反饋；用于移動(dòng)和/或調(diào)整分量和/或數(shù)量的控制電動(dòng)機(jī))。典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可以利用任意合適的商用部件(如數(shù)據(jù)計(jì)算/通信和/或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算/通信系統(tǒng)中常用的部件)予以實(shí)現(xiàn)。本公開所述的主題有時(shí)說明不同部件包含在不同的其他部件內(nèi)或者不同部件與不同的其他部件相連。應(yīng)當(dāng)理解，這樣描述的架構(gòu)只是示例，事實(shí)上可以實(shí)現(xiàn)許多能夠?qū)崿F(xiàn)相同功能的其他架構(gòu)。在概念上，有效地“關(guān)聯(lián)”用以實(shí)現(xiàn)相同功能的部件的任意設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)所需功能。因此，這里組合實(shí)現(xiàn)具體功能的任意兩個(gè)部件可以被視為彼此“關(guān)聯(lián)”從而實(shí)現(xiàn)所需功能，而無論架構(gòu)或中間部件如何。同樣，任意兩個(gè)如此關(guān)聯(lián)的部件也可以看作是彼此“可操作地連接”或“可操作地耦合”以實(shí)現(xiàn)所需功能，且能夠如此關(guān)聯(lián)的任意兩個(gè)部件也可以被視為彼此“能可操作地耦合”以實(shí)現(xiàn)所需功能。能可操作地耦合的具體示例包括但不限于物理上可連接和/或物理上交互的部件，和/或無線交互和/或可無線交互的部件，和/或邏輯交互和/或可邏輯交互的部件。至于本文中任何關(guān)于多數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語的使用，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以從多數(shù)形式轉(zhuǎn)換為單數(shù)形式，和/或從單數(shù)形式轉(zhuǎn)換為多數(shù)形式，以適合具體環(huán)境和應(yīng)用。為清楚起見，在此明確聲明單數(shù)形式/多數(shù)形式可互換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，一般而言，所使用的術(shù)語，特別是所附權(quán)利要求中(例如，在所附權(quán)利要求的主體部分中)使用的術(shù)語，一般地應(yīng)理解為“開放”術(shù)語(例如，術(shù)語“包括”應(yīng)解釋為“包括但不限于”，術(shù)語“具有”應(yīng)解釋為“至少具有”等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，如果意在所引入的權(quán)利要求中標(biāo)明具體數(shù)目，則這種意圖將在該權(quán)利要求中明確指出，而在沒有這種明確標(biāo)明的情況下，則不存在這種意圖。例如，為幫助理解，所附權(quán)利要求可能使用了引導(dǎo)短語“至少一個(gè)”和“一個(gè)或多個(gè)”來引入權(quán)利要求中的特征。然而，這種短語的使用不應(yīng)被解釋為暗示著由不定冠詞引入的權(quán)利要求特征將包含該特征的任意特定權(quán)利要求限制為僅包含一個(gè)該特征的發(fā)明，即便是該權(quán)利要求既包括引導(dǎo)短語“一個(gè)或多個(gè)”或“至少一個(gè)”又包括不定冠詞如(例如，不定冠詞應(yīng)當(dāng)?shù)湫偷乇唤忉尀橐庵浮爸辽僖粋€(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”)；在使用定冠詞來引入權(quán)利要求中的特征時(shí)，同樣如此。另夕卜，即使明確指出了所引入權(quán)利要求特征的具體數(shù)目，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這種列舉應(yīng)典型地解釋為意指至少是所列數(shù)目(例如，不存在其他修飾語的短語“兩個(gè)特征”典型地意指至少兩個(gè)該特征，或者兩個(gè)或更多該特征)。另外，在使用類似于“A、B和C等中至少一個(gè)”這樣的表述的情況下，一般來說應(yīng)該按照本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解該表述的含義來予以解釋(例如，“具有A、B和C中至少一個(gè)的系統(tǒng)”應(yīng)包括但不限于單獨(dú)具有A、單獨(dú)具有B、單獨(dú)具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系統(tǒng)等)。在使用類似于“A、B或C等中至少一個(gè)”這樣的表述的情況下，一般來說應(yīng)該按照本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解該表述的含義來予以解釋(例如，“具有A、B或C中至少一個(gè)的系統(tǒng)”應(yīng)包括但不限于單獨(dú)具有A、單獨(dú)具有B、單獨(dú)具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系統(tǒng)等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)理解，實(shí)質(zhì)上任意表示兩個(gè)或更多可選項(xiàng)目的轉(zhuǎn)折連詞和/或短語，無論是在說明書、權(quán)利要求書還是附圖中，都應(yīng)被理解為給出了包括這些 項(xiàng)目之一、這些項(xiàng)目任一方、或兩個(gè)項(xiàng)目的可能性。例如，短語“A或B”應(yīng)當(dāng)被理解為包括“A”或“B”、或“A和B”的可能性。盡管已經(jīng)在此使用各種方法、裝置和系統(tǒng)描述和示出了確定的示例技術(shù)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白在不脫離所要求主題的情況下可以進(jìn)行各種其他改進(jìn)、并且替代其等同物。此外在不脫離這里所述中心概念的情況下，可以進(jìn)行許多修改以適應(yīng)所要求主題教導(dǎo)的具體情況。因此，意欲將所要求的主題不是局限于公開的具體示例，而是所要求保護(hù)的主題也可以包括落在所附權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的所有實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種冷卻系統(tǒng)，包括 致冷單元，包括 分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)，包括位于第一電極層和第二電極層之間的電熱隔膜，其中所述電熱隔膜適用于當(dāng)在所述第一電極層和所述第二電極層上施加極化電壓時(shí)極化為低熵狀態(tài)，以及其中所述電熱隔膜適用于當(dāng)去除極化電壓時(shí)去極化為高熵狀態(tài)； 熱沉； 熱沉電極，配置為與所述熱沉熱交換； 冷卻負(fù)載；以及 冷卻負(fù)載電極，配置為與所述冷卻負(fù)載熱交換，其中所述分層電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)懸置于所述熱沉電極和所述冷卻負(fù)載電極之間；以及 偏置源，配置為當(dāng)所述電熱隔膜極化為低熵狀態(tài)時(shí)，對(duì)所述熱沉電極進(jìn)行偏置，使所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述熱沉電極熱交換，從而促進(jìn)從致冷單元到熱沉的熱傳遞，并且配置為當(dāng)所述電熱隔膜去極化為高熵狀態(tài)時(shí)，對(duì)冷卻負(fù)載電極進(jìn)行偏置，使所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述冷卻負(fù)載電極熱交換，從而促進(jìn)從冷卻負(fù)載電極到熱沉電極的熱傳遞。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中熱沉電極的表面和冷卻負(fù)載電極的表面包括鈍化層，其中所述鈍化層適用于促進(jìn)與分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸和熱交換，同時(shí)在所述機(jī)械接觸期間提供電介質(zhì)隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)的表面包括鈍化層，所述鈍化層適用于促進(jìn)與所述熱沉電極和冷卻負(fù)載電極的機(jī)械接觸和熱交換，同時(shí)在所述機(jī)械接觸期間提供電介質(zhì)隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，還包括在所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)、熱沉電極和/或冷卻負(fù)載電極中的一個(gè)或多個(gè)之上的鈍化層，所述鈍化層包括氧化鈹和/或氮化鋁中的一個(gè)或多個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述電熱隔膜包括鐵電聚合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述鐵電聚合物包括聚偏氟乙烯共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述偏置源包括電壓源，并且還包括控制器，所述控制器適用于控制所述電壓源。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述偏置源包括鉸鏈裝置、彈簧裝置、滑動(dòng)裝置和旋轉(zhuǎn)裝置中的一個(gè)或多個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)適用于對(duì)半導(dǎo)體管芯進(jìn)行冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)適用于對(duì)電子封裝進(jìn)行冷卻。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)適用于在致冷系統(tǒng)中使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述冷卻系統(tǒng)適用于在空調(diào)系統(tǒng)中使用。
13.一種封閉腔體冷卻設(shè)備，包括 熱沉； 冷卻負(fù)載； 第一腔體側(cè)壁，具有熱沉電極，其中所述熱沉電極適用于與所述熱沉熱交換；第二腔體側(cè)壁，實(shí)質(zhì)上與所述第一腔體側(cè)壁平行，所述第二腔體側(cè)壁具有冷卻負(fù)載電極，其中所述冷卻負(fù)載電極適用于與所述冷卻負(fù)載熱交換； 第一隔離物，具有第一懸置節(jié)點(diǎn)； 第二隔離物，與所述第一隔離物平行并且具有第二懸置節(jié)點(diǎn)，其中所述第一隔離物和所述第二隔離物熱絕緣且電絕緣，并且適用于隔離所述第一腔體側(cè)壁和所述第二腔體側(cè)壁；以及 分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)，包括位于第一電極層和第二電極層之間的電熱隔膜， 其中所述電熱隔膜適用于當(dāng)在所述第一電極層和所述第二電極層上施加極化電壓時(shí)極化為低熵狀態(tài)，以及當(dāng)去除極化電壓時(shí)去極化為高熵狀態(tài)； 其中所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述第一懸置節(jié)點(diǎn)和所述第二懸置節(jié)點(diǎn)耦合，以提供懸置于所述第一腔體側(cè)壁和所述第二腔體側(cè)壁之間的結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，還包括電壓源，所述電壓源配置為當(dāng)所述電熱隔膜極化為低熵狀態(tài)時(shí)，對(duì)所述熱沉電極進(jìn)行偏置，使所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述第一腔體側(cè)壁熱交換，從而促進(jìn)從所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)到熱沉的熱傳遞，并且其中所述電壓源配置為當(dāng)所述電熱隔膜去極化為高熵狀態(tài)時(shí)，對(duì)冷卻負(fù)載電極進(jìn)行偏置，使所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述第二腔體側(cè)壁熱交換，從而促進(jìn)從冷卻負(fù)載到所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)的熱傳遞。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，還包括控制器，所述控制器適用于控制所述電壓源。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述封閉腔體排空了氣體介質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述電熱隔膜包括所述鐵電聚合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述封閉腔體冷卻設(shè)備適用于對(duì)半導(dǎo)體管芯進(jìn)行冷卻。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述封閉腔體冷卻設(shè)備適用于對(duì)電子封裝進(jìn)行冷卻。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述封閉腔體冷卻設(shè)備適用于在致冷系統(tǒng)中使用。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封閉腔體冷卻設(shè)備，其中所述封閉腔體冷卻設(shè)備適用于在空調(diào)系統(tǒng)中使用。
22.—種操作冷卻設(shè)備的方法，包括 將熱沉電極偏置，以使得分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與熱沉熱交換，其中所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)包括在第一電極層和第二電極層中間的電熱隔膜； 在第一電極層和第二電極層上施加極化電壓，以將電熱隔膜極化到低熵狀態(tài)，同時(shí)保持所述分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與所述熱沉之間的熱交換，使得將在極化過程期間產(chǎn)生的熱從所述電熱隔膜到所述熱沉耗散掉； 在保持極化電壓的同時(shí)將熱沉電極接地； 將冷卻負(fù)載電極偏置，以使得分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)與冷卻負(fù)載熱交換；以及 在保持冷卻負(fù)載和分層的電熱隔膜和電極結(jié)構(gòu)之間的熱交換的同時(shí)去除極化電壓，以允許電熱隔膜去極化為高熵狀態(tài)并且從冷卻負(fù)載汲取熱能。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的操作冷卻設(shè)備的方法，還包括從控制器接收一個(gè)或多個(gè)電壓控制命令，所述電壓控制命令提供以下中的一個(gè)或多個(gè)用于將熱沉電極偏置、施加極化電壓、將熱沉電極接地、將冷卻負(fù)載電極偏置和/或去除極化電壓的定時(shí)和/或電壓電平。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的操作冷卻設(shè)備的方法，還包括響應(yīng)于接收的電壓控制命令來修改定時(shí)和/或電壓電平，以實(shí)現(xiàn)所述冷卻負(fù)載的冷卻速率。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的操作冷卻設(shè)備的方法，還包括將冷卻負(fù)載電極接地并且在熱傳遞循環(huán)中重復(fù)執(zhí)行以下操作將熱沉電極偏置、施加極化電壓、將熱沉電極接地、將冷卻負(fù)載電極偏置和/或去除極化電壓。
26.—種冷卻系統(tǒng)，包括 熱沉； 冷卻負(fù)載； 第一電極，配置為與所述熱沉熱交換； 第二電極，配置為與所述冷卻負(fù)載熱交換； 電熱結(jié)構(gòu)，懸置于所述第一電極和所述第二電極之間，其中所述電熱結(jié)構(gòu)適用于當(dāng)在所述第一電極和所述第二電極上施加極化電壓時(shí)極化為低熵狀態(tài)，以及其中所述電熱結(jié)構(gòu)適用于當(dāng)去除極化電壓時(shí)去極化為高熵狀態(tài)；以及 偏置源，將所述電熱結(jié)構(gòu)偏置為與所述第一電極和所述第二電極交替進(jìn)行熱交換，其中當(dāng)所述電熱結(jié)構(gòu)極化為低熵狀態(tài)時(shí)使所述電熱結(jié)構(gòu)與所述熱沉熱交換，從而促進(jìn)從電熱結(jié)構(gòu)到熱沉的熱傳遞，并且當(dāng)所述電熱結(jié)構(gòu)去極化為高熵狀態(tài)時(shí)使所述電熱結(jié)構(gòu)與所述冷卻負(fù)載電極熱交換，使得促進(jìn)從所述冷卻負(fù)載到所述電熱結(jié)構(gòu)的熱傳遞。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述偏置源包括電壓源。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的冷卻系統(tǒng)，其中所述偏置源包括鉸鏈裝置、彈簧裝置、滑動(dòng)裝置或旋轉(zhuǎn)裝置中的一個(gè)或多個(gè)。
全文摘要
一般性地描述了針對(duì)使用電熱材料作為致冷劑進(jìn)行冷卻的設(shè)備和使用電熱材料進(jìn)行冷卻的方法的技術(shù)。示例冷卻系統(tǒng)可以包括制冷單元，所述制冷單元具有設(shè)置在熱沉和冷卻負(fù)載之間的電熱隔膜。電熱隔膜可以在與熱沉的熱接觸和與冷卻負(fù)載的熱接觸之間交替。電熱隔膜也可以經(jīng)受交變電場，用于按照促進(jìn)熱從冷卻負(fù)載到熱沉的熱傳遞的方式使得電熱隔膜極化和去極化。
文檔編號(hào)F25B21/00GK102792106SQ201080060880
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
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