制冷系统技术方案

本发明专利技术涉及一种制冷系统。该制冷系统包括外壳、制冷元件和导热件。外壳具有一真空密封的容置空间；制冷元件收容于容置空间内，制冷元件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个电极的极性相反，且每相邻两个电极之间层叠有制冷单元，制冷单元包括压电体层及层叠于压电体层上的铁电体层，其中，压电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃。上述制冷系统具有较好的冷却效果。

refrigeration system

The invention relates to a refrigeration system. The refrigeration system includes an outer shell, a refrigeration element, and a heat conducting member. The shell has a vacuum sealed holding space; the cooling element accommodated in the accommodating space, refrigeration components including at least two stacked electrode and a cooling unit, two adjacent electrodes of opposite polarity, and stacked between two adjacent electrode cooling unit, cooling unit includes a ferroelectric layer, a piezoelectric layer and a piezoelectric layer on the phase transition temperature of the piezoelectric layer material for 10 to 30 DEG C, phase transition temperature of ferroelectric layer material for 10 to 30 DEG C. The cooling system has better cooling effect.

【技术实现步骤摘要】
制冷系统
本专利技术涉及一种制冷系统。
技术介绍
区别于过去依赖于冷却剂的比热、相变的传统蒸发-压缩冷却机制，电卡冷却系统是依靠材料的极化特性，施加一定的电场，利用材料的熵的变化来达到制冷效果的一种冷却机制，因此，与传统的冷却机制相比，电卡冷却不仅高效，体积小，结构紧密，不含铅，且环保无污染，可应用在微电子领域，使得电卡冷却系统具有非常重要的应用前景。目前的电卡制冷系统通常采用铁电体实现制冷，然而铁电体的绝热温度较低，使得目前的电卡制冷系统存在着制冷效果较差的问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种冷却效果较好的制冷系统。一种制冷系统，包括：外壳，具有一真空密封的容置空间；制冷元件，收容于所述容置空间内，所述制冷元件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃；导热件，部分收容于所述外壳内，并与所述制冷元件固定连接，所述导热件用于将所述制冷元件的热量传导到外界。在其中一个实施例中，所述压电体层的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋及铌镁钛酸铅中的一种。在其中一个实施例中，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。在其中一个实施例中，所述电极为两个，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度不超过200纳米。在其中一个实施例中，所述电极为两个，所述制冷单元为一个，所述制冷单元的厚度为10纳米～200纳米。在其中一个实施例中，所述电极为两个，两个所述电极之间层叠有多个依次层叠的所述制冷单元，多个所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。在其中一个实施例中，所述电极至少为三个，所有所述制冷单元的厚度之和不超过200纳米。在其中一个实施例中，还包括设置于所述外壳外部的散热件，所述散热件与所述导热件固定连接。在其中一个实施例中，所述外壳的内表面上设置有反射膜。在其中一个实施例中，所述电极的材料选自铜、铝、铟、铂、银、金及非磁性合金中的一种。由于目前的电卡制冷系统单靠铁电体在外加电场下，在室温附近的铁电效应发生极化状态变化而引发熵变所贡献出的绝热温度较低，致使其降温温度较小，制冷效果较差，而上述制冷系统通过将相变温度为-10℃～30℃的材料的铁电体层，与相变温度为-10℃～30℃的材料的压电层层叠使用形成制冷单元，且制冷单元设置于正极和负极之间，其中的随着电场的变化能够发生显著形变的材料，d33(指压电材料中沿着33方向上的压电形变量)变化最大的时候，铁电体层会发生形变，会对层叠在压电体层上的铁电体层产生晶格尺度变化而对铁电体层引入机械应变，相当于对铁电体层引入第二个作用场，即应力场，通过应力场的调控增加铁电体层的熵变大小，以增加铁电体层的绝热温度，增加制冷系统的降温温度，从而使得上述制冷系统具有较好的冷却效果。附图说明图1为一实施方式的制冷系统的结构示意图；图2为图1所示的制冷系统的制冷元件的结构示意图；图3为另一实施方式的制冷系统的制冷元件的结构示意图；图4为另一实施方式的制冷系统的制冷单元的结构示意图；图5为一实施方式的制冷元件的制备方法的流程图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，一实施方式的制冷系统100，为一种全固态电卡制冷系统，制冷系统100包括外壳110、电源120、制冷元件130和导热件140。外壳110具有一真空密封的容置空间112。具体的，外壳110的内表面上设置有反射膜(图未示)，以以防止热辐射。具体的，反射膜为铝膜或锡膜。电源120为整个制冷系统100的供电装置。制冷元件130收容于容置空间112内。制冷元件130为整个制冷系统100的核心元件。请一并参阅图2，具体在图示的实施例中，制冷元件130包括两个层叠的电极132和制冷单元134。两个电极132的极性相反。即两个电极132中的一个为正极，另一个为负极。其中，制冷元件130的两个电极132分别与电源120的正极和负极电连接。其中，电极132的材料选自铜、铝、铟、铂、银、金及非磁性合金中的一种；非磁性合金为钢、镁铝合金、铂锡合金等等。其中，电极132的厚度为20纳米～120纳米。其中，两个电极132的厚度、材质可以相同，也可以不相同，只要导电接触欧姆电阻足够小就行。制冷单元134层叠于两个电极132之间。其中，制冷单元134包括压电体层1342及层叠于压电体层1342上的铁电体层1344。即两个电极132中的一个层叠于压电体层1342远离铁电体层1344的一面上，另一个层叠于铁电体层1344远离压电体层1342的一面上。根据如下公式可知：其中，上式中，ΔTm是绝热温度变化量，和为三个偏分方程多项式，分别代表制冷单元134在一种场内三个效应，分别是磁卡效应、弹卡效应和电卡效应。通过公式可以发现多场耦合是正面的叠加效应，对材料整体的绝热温度变化量有提升作用。其中，压电体层1342的材料的相变温度为-10℃～30℃。具体的，压电体层1342的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋及铌镁钛酸铅中的一种。其中，铌镁钛酸铅的结构式为(PbMg0.33Nb0.67O3)1-x:(PbTiO3)x，x＝0.1～0.5，简称PMNPT；锆钛酸铅的结构式为PbyZr1-yTiO3，其中，0＜y＜1。具体的，压电体层1342的材料优选为铌镁钛酸铅，因为这种材料在电场中形变会引发外延生长在其表面上的铁电材料除了受到电场的作用，还有应变的作用。其中，铁电体层1344的材料的相变为-10℃～30℃。铁电体层1344的材料和压电体层1342的材料的相变温度均为-10℃～30℃，首先，这个温区符合市场应用范围的，制冷制热均可以；其次，由于市场导向，在选取材料的时候，只有这个温区发生相变时，极化变化最为明显，这个时候每个偏分多项式贡献最大，结果是绝热温度变化量最大，那么制冷制热温度变化才会最明显。具体的，铁电体层1344的材料选自钛酸钡(BTO)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。为了获得较佳的绝热温度，压电体层1342和铁电体层1344的组合可以选择为如下组合：压电体层1342的材料为锆钛酸铅(PZT)，铁电体层1344的材料为钛酸钡；或者，压电体层1342的材料为锆钛酸铅(PZT)，铁电体层1344的材料为铁酸铋(BFO)；或者，压电体层1342的材料为铌镁钛酸铅，铁电体层1344的材料为锆钛酸铅(PZT)；或者，压电体层1342的材料为铌镁钛酸铅，铁电体层1344的材料为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制冷系统，其特征在于，包括：外壳，具有一真空密封的容置空间；制冷元件，收容于所述容置空间内，所述制冷元件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为‑10℃～30℃；导热件，部分收容于所述外壳内，并与所述制冷元件固定连接，所述导热件用于将所述制冷元件的热量传导到外界。

【技术特征摘要】
1.一种制冷系统，其特征在于，包括：外壳，具有一真空密封的容置空间；制冷元件，收容于所述容置空间内，所述制冷元件包括至少两个层叠的电极和制冷单元，相邻两个所述电极的极性相反，且每相邻两个所述电极之间层叠有所述制冷单元，所述制冷单元包括压电体层及层叠于所述压电体层上的铁电体层，其中，所述压电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃，所述铁电体层的材料的相变温度为-10℃～30℃；导热件，部分收容于所述外壳内，并与所述制冷元件固定连接，所述导热件用于将所述制冷元件的热量传导到外界。2.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述压电体层的材料选自钛酸铅、锆钛酸铅、钛酸钡、铁酸铋及铌镁钛酸铅中的一种。3.根据权利要求1所述的制冷系统，其特征在于，所述铁电体层的材料选自钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铅、铁酸铋、磷酸氢钾、磷酸氢铅及磷酸铅中的一种。4.根据权利要求1所述的制冷系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄斯昭，陈朗，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44