一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置，包括压电驱动单元及电卡换热单元，压电驱动单元包括压电元件以及与压电元件固定连接的传动杆，电卡换热单元包括上导热片、下导热片及设置于上导热片与下导热片之间的电卡元件，压电元件通过传动杆与电卡元件传动连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术采用电卡效应，制冷效率高；采用压电元件作为驱动机构，具有结构简单、体积小、功耗低等优点；本装置未采用氟利昂等制冷剂，更加绿色环保；本装置结构简单紧凑，尺寸较小，可适用于微型精密仪器的制冷。

A solid state refrigeration device based on electric card effect and piezoelectric effect

【技术实现步骤摘要】
一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置
本技术属于微型电子设备制冷
，涉及一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置。
技术介绍
传统的压缩制冷技术所使用的机械压缩机因体积较大，不便于实现对微型电子设备的制冷工作；另一方面该技术需要制冷剂的使用，存在一定的泄漏风险，例如氟利昂等制冷剂的泄漏会破坏臭氧层，促进温室效应，对环境产生危害。近年来，电子设备不断朝着小型化、便携化发展。相应的，微电子设备的散热问题也越发突出，迫切需要一种小尺寸、高效率的制冷器。本技术所涉及的固态制冷是基于电卡效应的一种新型制冷技术，不必使用常用制冷器所需的压缩机与制冷剂。当施加或撤去在电卡材料上的电场时，材料将产生吸热或放热的现象，即电卡效应。其本质是当电场施加到材料上时，材料内部偶极子将由无序状态变为有序排列，材料的熵减小，并释放热量导致材料的温度升高；当电场从材料上撤去时，材料内部的偶极子将由有序排列重新回到无序状态，材料的熵增加，并吸收热量导致材料的温度降低。当通过变换电场，利用材料的吸、放热形成一种热力学循环，并同时利用逆压电效应将热量从一端转移到另一端，就可达到制冷效果。采用电卡制冷技术制成的固态制冷器有以下优点：①不需要机械压缩机，可以方便地进行小型化设计；②无需使用制冷剂，因而无制冷剂泄漏风险，避免造成环境污染。但是，目前基于电卡效应的制冷装置只停留在器件研发、电卡效应的测试阶段，同时因为工作电压较高，且未形成有效的热力学循环，导致并未有成熟的商业化产品出现，因此开发出一种有实际操作意义的微型电卡制冷装置非常有必要。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而利用新的物理效应，提供一种基于电卡效应和压电效应的微型固态制冷装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，该装置包括压电驱动单元及电卡换热单元，所述的压电驱动单元包括压电元件以及与压电元件固定连接的传动杆，所述的电卡换热单元包括上导热片、下导热片及设置于上导热片与下导热片之间的电卡元件，所述的压电元件通过传动杆与电卡元件传动连接。压电元件具有逆压电效应，即当对压电元件施加电场时，压电元件产生形变，撤去电场则恢复形变，这就使得与压电元件固定连接的传动杆产生移动，进而带动电卡元件在上导热片与下导热片之间运动，当运动到上导热片时，电卡元件被施加电压，由于电卡效应，电卡元件的温度将会升高，热量将通过温度梯度从电卡元件传递到上导热片上散去；当电卡元件运动到下导热片上时，电卡元件上的电压将被撤去，由于电卡效应，电卡元件的温度将会降低，热量将通过温度梯度从下导热片传递到电卡元件上吸收。如此循环往复，下导热片的热量将不断地被带到上导热片散去，使得下导热片的温度得到降低，若下导热片连有设备，则可实现对该设备的制冷工作。作为优选的技术方案，所述的压电元件与传动杆及电卡元件同轴设置。作为优选的技术方案，所述的上导热片与外部散热装置连接，以增强散热效果。作为优选的技术方案，所述的上导热片与下导热片可采用铜制元件，以增强换热效果。进一步地，所述的压电驱动单元还包括上环形圆片及下环形圆片，所述的压电元件夹持固定于上环形圆片及下环形圆片之间。所述的压电元件包括压电陶瓷片及作为基底的铜片，所述的压电陶瓷片与铜片固定连接，所述的压电陶瓷片的尺寸小于环形圆片的内径，所述的铜片尺寸介于环形圆片的内径及外径之间。通过铜片将压电单元夹持固定于上环形圆片与下环形圆片之间。作为优选的技术方案，所述的压电元件与上环形圆片及下环形圆片同轴设置。作为优选的技术方案，所述的上环形圆片的厚度不小于压电陶瓷片向上的最大变形量，所述的下环形圆片的厚度不小于压电陶瓷片向下的最大变形量。进一步地，所述的压电元件中部开设有第一通孔，所述的压电驱动单元还包括传动杆，所述的传动杆轴向设有开孔，所述的传动杆固定于第一通孔中。进一步地，所述的上导热片的轴向设有第二通孔，所述的传动杆下部穿过第二通孔与电卡元件固定连接。第二通孔与传动杆的外径相适配，使得传动杆仅能沿轴向上下运动，并通过传动杆带动电卡元件上下运动。进一步地，所述的电卡元件中部设有第三通孔，用于穿过与电卡元件下表面电连接的导线。作为优选的技术方案，所述的第三通孔的尺寸小于传动杆开孔尺寸，使得导线能够穿过传动杆开孔与第三通孔周边的电卡元件上表面电连接。进一步地，所述的电卡换热单元还包括导线，所述的导线一端与外部电源连接，另一端穿过传动杆分别与电卡元件的上下表面电连接。外部电源通过导线向电卡元件施加或撤去电压，通过电卡效应，实现放热或吸热的目的。进一步地，所述的电卡换热单元还包括环形圆盘，所述的环形圆盘固定于上导热片及下导热片之间。环形圆盘用于防止上导热片与下导热片之间产生漏热，并形成空腔，为电卡元件提供上下运动空间。作为优选的技术方案，所述的环形圆盘与上导热片及下导热片同轴设置。进一步地，该装置还包括固定单元，所述的固定单元包括螺丝与螺母，所述的压电驱动单元及电卡换热单元周边开设有螺丝通孔，所述的螺丝通过螺丝通孔与设置于电卡换热单元底部的螺母连接。通过设置在装置周边的配套使用的螺丝与螺母提高装置整体的机械稳定性。作为优选的技术方案，所述的上环形圆片、下环形圆片、传动杆及环形圆盘采用电绝缘材料，避免压电驱动单元与电卡换热单元相干扰。作为优选的技术方案，所述的传动杆及环形圆盘采用隔热材料，避免漏热。作为优选的技术方案，所述的上环形圆片、下环形圆片、传动杆及环形圆盘采用聚四氟乙烯材质。与现有技术相比，本技术具有以下特点：1)本装置采用电卡元件，利用电卡效应制冷，制冷效率高；2)本装置采用压电元件驱动电卡元件运动，具有结构简单、体积小、功耗低等优点；3)相较于传统制冷装置，本装置未采用氟利昂等制冷剂，更加绿色环保；3)相较于传统制冷装置，本装置结构简单紧凑，尺寸较小，可适用于微型精密仪器的制冷。附图说明图1为电卡效应和压电效应的固态制冷装置的三维分解结构示意图；图2为电卡效应和压电效应的固态制冷装置的俯视图；图3为图2中箭头所示方向的剖视图；图中标记说明：1—螺丝、2—传动杆、3—上环形圆片、4—压电元件、5—下环形圆片、6—上导热片、7—电卡元件、8—环形圆盘、9—下导热片、10—螺母。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：如图1、图2及图3所示，选取一个压电元件4，包括外径为40mm，厚度为0.1mm的基底铜片及外径为20mm，厚度为0.2mm的压电陶瓷片，均在中心开有直径为3mm的第一通孔。采用上环形圆片3及下环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，其特征在于，该装置包括压电驱动单元及电卡换热单元，所述的压电驱动单元包括压电元件(4)以及与压电元件(4)固定连接的传动杆(2)，所述的电卡换热单元包括上导热片(6)、下导热片(9)及设置于上导热片(6)与下导热片(9)之间的电卡元件(7)，所述的压电元件(4)通过传动杆(2)与电卡元件(7)传动连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，其特征在于，该装置包括压电驱动单元及电卡换热单元，所述的压电驱动单元包括压电元件(4)以及与压电元件(4)固定连接的传动杆(2)，所述的电卡换热单元包括上导热片(6)、下导热片(9)及设置于上导热片(6)与下导热片(9)之间的电卡元件(7)，所述的压电元件(4)通过传动杆(2)与电卡元件(7)传动连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，其特征在于，所述的压电驱动单元还包括上环形圆片(3)及下环形圆片(5)，所述的压电元件(4)夹持固定于上环形圆片(3)及下环形圆片(5)之间。


3.根据权利要求2所述的一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，其特征在于，所述的压电元件(4)中部开设有第一通孔，所述的传动杆(2)轴向设有开孔，所述的传动杆(2)固定于第一通孔中。


4.根据权利要求3所述的一种基于电卡效应和压电效应的固态制冷装置，其特征在于，所述的上导热片(6)的轴向设有第二通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨同青，李元博，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：新型
国别省市：上海;31