电热热传递系统技术方案

本发明专利技术涉及一种冷却系统，所述冷却系统包括电热元件(12)，所述电热元件具有液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶。电极对(14，16)设置在所述电热元件的相对表面上。第一热流路径(18)设置在所述电热元件和散热器(17)之间。第二热流路径(22)设置在所述电热元件和热源(20)之间。所述系统还包括控制器(24)，所述控制器被配置为控制到所述电极的电流并且选择性地引导热能沿着所述第一热流路径从所述电热元件到所述散热器或沿着所述第二热流路径从所述热源到所述电热元件的传递。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电热热传递系统专利技术背景存在多样技术用于冷却应用，包括但不限于蒸发冷却、对流冷却或诸如电热冷却的固态冷却。用于住宅和商业制冷和空调的最普遍的技术之一是蒸气压缩制冷剂热传递回路。这些回路通常使具有合适的热力学性质的制冷剂循环通过包括压缩机、排热热交换器(即热交换器冷凝器)、膨胀装置和吸热热交换器(即热交换器蒸发器)的回路。蒸气压缩制冷剂回路在各种设置中有效地提供冷却和制冷，并且在一些情况下可以作为热泵反向运行。然而，许多制冷剂可能存在诸如臭氧消耗潜能(ODP)或全球变暖潜能(GWP)的环境危害，或者可能是有毒或易燃的。此外，在缺乏足以驱动制冷剂回路中的机械压缩机的现成动力源的环境中，蒸气压缩制冷剂回路可能是不切实际的或不利的。例如，在电动车辆中，空调压缩机的动力需求会导致车辆电池寿命或行驶范围显著缩短。类似地，压缩机的重量和功率要求在各种便携式冷却应用中可能是有问题的。因此，开发冷却技术作为蒸气压缩制冷剂回路的替代物已经受到关注。
技术实现思路
在本专利技术的一些方面，热传递系统包括：电热元件，该电热元件包含液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶。电极对设置在电热元件的相对表面上。第一热流路径设置在电热元件和散热器之间。第二热流路径设置在电热元件和热源之间。该系统还包括控制器，该控制器被配置为控制到电极的电流并且选择性地引导热能沿着第一热流路径从电热元件到散热器或沿着第二热流路径从热源到电热元件的传递。根据本专利技术的一些方面，一种冷却热源的方法包括：在电热元件上施加电场作为电压差，该电热元件包含液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液晶。所施加的电场导致熵减少且电热元件释放热能。向散热器传递所释放的热能的至少一部分。然后去除电场，这导致熵增加，且热能减少，且电热元件吸收热能。热能从热源传递，以被电热元件吸收，这导致热源冷却。附图简述在本说明书的结论处的权利要求书中具体指出并明确要求保护被认为是本专利技术的主题。通过以下结合附图进行的详细描述可明白本专利技术的上述和其他特征及优点，在附图中：图1是如本文所述的示例性冷却系统的示意描绘；以及图2是如本文所述的另一个示例性冷却系统的示意描绘。具体实施方式参考附图，图1描绘示例性冷却系统10。如图1所示，冷却系统10包括电热元件12，该电热元件在电热元件12的相对侧上具有电极14和16。如下面进一步描述的，电热元件12包含液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶。可通过向固体或者液晶弹性体或弹性体聚合物基体施加形成电极的浆料(诸如金属纳米颗粒浆液、金属微颗粒浆液、金属/碳纳米线分散体、石墨烯分散体)或其他组合物来制备电热元件12以及电极14和16的组件。如本文所用，术语“液晶弹性体”是指包含介晶基团的聚合物分子的基体，响应于外场的施加，可通过介晶基团的向列或近晶排序使所述基体弹性地变形。液晶弹性体是本领域中已知的，并且在“LiquidCrystalElastomers”,M.Warner和E.M.Terentjev,OxfordUniversityPress2007(rev.ed.)中进一步描述，其公开内容在法律许可的范围内全文通过引入并入本文。在一些示例性实施方案中，液晶弹性体包含聚合物液晶，该聚合物液晶已经以一定交联度改性，从而与聚合物液晶的不可恢复的流体变形相比，施加弹性体响应(即，聚合物基体的弹性变形和形状恢复)。如本文所用，术语“聚合物液晶”是指包含介晶基团的聚合物分子的基体，响应于外场的施加，可通过介晶基团的向列或近晶排序使所述基体流体地变形。聚合物液晶或液晶聚合物包括包含介晶基团的聚合物分子。介晶分子结构是众所周知的，且通常被描述为杆状或盘状分子结构，其具有响应于诸如外电场的外场而产生偶极矩的电子密度取向。液晶聚合物通常包含通过非介晶分子结构连接的众多介晶基团。非介晶连接结构及其在聚合物分子中的连接、布置和间隔以及介晶结构对于提供对外场的流体可变形响应是重要的。通常，连接结构提供了足够低的刚度，使得通过施加外场引起变形响应，以及足够高的刚度以在未施加外场时提供聚合物的特性。在一些示例性实施方案中，液晶聚合物在通过非介晶间隔基团隔开的聚合物主链中可以具有杆状介晶结构，所述杆状介晶结构具有柔性以允许响应于外场而对介晶基团重新排序。此类聚合物也称为主链液晶聚合物。在一些示例性实施方案中，液晶聚合物可以具有杆状介晶结构，所述杆状介晶结构作为侧基团附接到聚合物主链。此类聚合物也称为侧链液晶聚合物。主链液晶聚合物的实例包括具有分别用C10和C8聚乙烯间隔基团示出的重复结构的那些聚合物。侧主链液晶聚合物的实例包括具有分别用C4和C10聚乙烯间隔基团示出的重复结构的那些聚合物。当然，上述结构是示例性的。许多其他液晶聚合物是已知的，并且可以被本领域技术人员容易地使用。如上所述，在一些实施方案中，液晶弹性体可以基于已经交联改性的液晶聚合物。可以将交联密度调整到足够低，使得局部分子柔性得到保持以允许响应于外场的介晶基团的向列或近晶排序。然而，将交联密度设定得足够高以产生聚合物对外场的宏观弹性变形响应，而不是产生引起对外场的流体非弹性宏观响应的布朗分子运动。交联反应可以依赖于任何类型的交联机制，诸如在聚合作用期间在单体反应物中包含三官能或更高官能的单体，或者包含官能侧基团诸如附接到聚合物链的羟基，该聚合物链可以与交联剂诸如二异氰酸酯发生反应。可以选择官能侧基团以产生整合在交联链中的介晶基团，或者介晶基团可以作为侧基团附接在与非介晶交联链分开的聚合链上。许多液晶弹性体是已知的，并且可以被本领域技术人员容易地使用。如上所述，电热元件12还可以包含保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶。具有保持在聚合物基体中的液晶的材料在本领域中已知为聚合物分散液晶(PDLC)，并且可以使用各种技术来制备，这些技术包括但不限于聚合引致相分离、热引致相分离、溶剂引致相分离，以引发产生了具有聚合物相和液晶相的多相基体的相分离。液晶相可以包括分子液晶、聚合物液晶或低聚物液晶。可以使用已知的用于制备PDLC的分离技术结合通常已知的用于制备弹性体聚合物作为PDLC聚合物基体的单体选择、交联和加工的技术来制备具有弹性体聚合物基体的聚合物分散液晶。再次转向图1，电热元件12可以经由第一热流路径18与散热器17热连通。电热元件12也可以经由第二热流路径22与热源20热连通。控制器24被配置为控制到连接的电极14和16的电流。控制器24还被配置为控制热流控制装置26和28以选择性地引导热量沿着第一热流路径18和第二热流路径22的传递。热流路径和热流控制装置的类型不受限制，并且可以包括例如与电热元件和热源或散热器导热接触的固态热量热电开关，或者可移动以在电热元件12与热源20或散热器17之间建立导热接触的热机械开关。在下面更详细描述的一些示例性实施方案中，电热元件12与热源20或散热器17之间的热传递可以包括到与电热元件12接触的流动流体的对流热传递。在此类情况下，流体(其应当是电介质的以避免与电热元件12的电化学相互作用)本身可以为热源(例如，调节后的空气空间)或散热器(例如，外部空气)，或者流体可以为在电热元件12与远程热源20或散热器17之间流动的电介质热传递流体(例如，有机化合物)。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热传递系统，其包括电热元件，所述电热元件包括液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶；电极对，所述电极对设置在所述电热元件的相对表面上；第一热流路径，所述第一热流路径在所述电热元件和散热器之间；第二热流路径，所述第二热流路径在所述电热元件和热源之间；以及控制器，所述控制器被配置为控制到所述电极的电流并且选择性地引导热能沿着所述第一热流路径从所述电热元件到所述散热器或沿着所述第二热流路径从所述热源到所述电热元件的传递。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热传递系统，其包括电热元件，所述电热元件包括液晶弹性体或保持在弹性体聚合物基体中的液体形式的液晶；电极对，所述电极对设置在所述电热元件的相对表面上；第一热流路径，所述第一热流路径在所述电热元件和散热器之间；第二热流路径，所述第二热流路径在所述电热元件和热源之间；以及控制器，所述控制器被配置为控制到所述电极的电流并且选择性地引导热能沿着所述第一热流路径从所述电热元件到所述散热器或沿着所述第二热流路径从所述热源到所述电热元件的传递。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述热源为调节后的电介质流体。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述调节后的流体为空气。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其中所述散热器为电介质流体。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述散热器流体为空气。6.根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其中所述电热元件包括供所述电介质流体与所述电热元件热连通的流体流路径。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述流体流路径为所述电热元件中的通道。8.根据权利要求6或7所述的系统，其还包括对所述控制器做出响应以沿着所述流体流路径选择性地引导所述热源调节后的电介质流体或所述散热器电介质流体的装置。9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，其中所述电热元件包括层以及设置在所述层的相对侧上的电极，所述层包含所述液晶弹性体或其中保持有液晶的聚合物。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述电极已沉积到所述层的表面上。11.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述层具有1-100μm的厚度。12.根据权利要求1-11中任一项所述的系统，其中电热元件包含固定化后的离子杂质。13.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中所述电热元件包含所述液晶弹性体，所述液晶弹性体具有包含介晶基团的聚合物主链。14.根据权利要求1-12中任一项所述的系统，其中所述电热元件包含所述液晶弹性体，所述液晶弹性体具有包含介晶基团的侧链。15.根据权利要求1-14中任一项所述的系统，其中所述电热元件包含所述液晶弹性体，所述液晶弹性体在所述系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：JV曼特斯，丁仲芬，
申请(专利权)人：联合工艺公司，
类型：发明
国别省市：美国,US