专利名称：场致冷技术的制作方法
技术领域：
本发明属于一种致冷技术，特别涉及一种场致冷技术。
现有的各种可循环动作的致冷技术，外界都必须对系统做功，且致冷效率低。
本发明的目的是提供一种场致冷技术，其特征是在外界不消耗能量或能量消耗极小的情况下使热量自动由低温物体传向高温物体。
本发明是这样实现的，在一个充满极性分子气体的平板形容器的一面制成宽度为108米的叉指电极(也可制成其它形状)，从而产生厚度为10-7米(场强在107伏/米以上)且离电极越近电场越强的非匀强永久电场。另一面则无电场。当大量气体分子从弱电场区进入强电场区并以有电场的容器面碰撞，由于极性气体分子在运动过程中受到电场力的加速作用，动能逐渐增大，当气体分子与有电场的容器面碰撞时的平均动能大于进入电场区的平均动能。反之，当气体分子碰撞后由强电场区进入无电场区时平均动能逐渐减小。因此将产生有电场的容器面的温度始终高于无电场容器面的温度。
由于在本发明中外力场对气体做的总功为零从而实现单一热源自动变为高温热源和低温热源。
在介绍电场致冷技术前，我们先分析一个常见的例子就能知道场致冷技术的原理。我们知道一定质量的气体在一定容积的容器中，当气体达到热动平衡状态时，若不考虑重力场作用时，气体内各部分具有相同的温度和压强。若考虑重力场作用时，严格来说气体由上至下各层的温度、压强、密度是略有递增的，我们在这里仅分析温度变化，若一定质量的气体在一个水平放置的平板状容器中，容器的厚度小于气体分子的、平均自由程，且上下面绝热，当气体分子从上至下运动时由于重力场作用，分子动能逐渐增大。反之则减小因此分子碰撞上器壁面的平均动能小于下器壁面的平均动能从而出现容器的下器壁面温度始终高于上器壁面的温度。但是由于重力加度小，对气体分子做热运动的影响很小，所以产生的温差极小，我们可以忽略这种温差的存在，而在一般性的科学实验中外力场如电场、磁场等对分子热运动的影响也很小，所以产生的温度差也非常小，因此我们都可以忽略这种温差的存在，认为气体的温度为平衡状态，因此都符合热力学第二定律，通过前面的分析说明热力学第二定律是建立在外力场对分子做热运动影响很小的基础上，若外力场对分子做无规则热运动影响很大时，产生的这种温度差也很大，热力学第二定律就不适用。
现介绍一种能够极大提高外力场对气体分子作用力的方法从而产生的温度差不仅在实验中能观察到而且还具有实用价值，这就是电场致冷技术。
本发明的结构及原理由以下示意附图给出。
图1是电极板结构示意图。
图2是场致冷技术的致冷原理示意图。
图3是多个致冷单元组合的结构示意图。
参照附图3本发明是由多层电极板5叠加而成，每层电极板之间充入极性气体4，每层电极板5和密封的极性气体4为一个致冷单元，多层电极板叠加的目的是使温度差逐层提高。
参照附图1电极板的结构是很简单，在一块导热性好的金属基片1上制成一层绝缘薄膜2然后在绝缘薄膜2上制成一组叉指电极3。
参照附图2对场致冷技术的致冷原理进行详细说明，先以无极性单原子气体如氩、氦等为工作介质进行说明。当叉指电极3未通电前容器中的气体4和电极板5的温度是相同的即处于温度平衡状态，当叉指电极板3通上直流电时，电极板5表面产生一层厚度约为10-7米由上至下逐渐增强的非匀强电场(表面场强大于107伏/米以上的厚度)这一厚度小于气体分子4的平均自由程，叉指电极3间的电压低一般5伏左右为宜，因此气体4工作时处于绝缘状态，我们知道无极分子在电场中将产生位移极化，电场使分子的正负电荷中心发生相对位移，形成等效电偶极子。由于无极性气体分子4的正负电荷中心在非匀强电场中心场强不同因此将产生平动。由于电极板5表面电场的场强是由上至下逐渐增强的。因此气体分子4在电场中将受到一个指向电极板5的引力，效果类似重力作用。当气体分子4从无电场区进入电场区由上至下运动并以电极板5碰撞时，由于分子在电场区运动时受到电场力的加速作用动能逐渐增大，使气体分子4以电极板5碰撞时的平均动能大于气体分子4进入电场区时的平均动能；反之，气体分子4碰撞电极板5后离开电场区即从下至上运动时，由于电场力对分子做负功动能逐渐减小。因此动能小于碰撞电极板后的动能。从而使气体4的温度始终低于电极板5的温度，从而使处于温度平衡状态的气体自动产生高温区和低温区。从而使热量自动由气体4传给电极板5。
由于无极性气体分子在电场中极化产生的电矩小，因此在电场中的作用力小，温度差小，若场强为2×108伏/米时，仅能产生大约10-3度的温差，为了进一步提高温度差，并具有应用价值，我们可利用极性气体分子如HF、HCL、NH3、H2S等作为工作介质，因极性气体分子本身就有固有电矩且远大于极性分子在电场中位移极化产生的电矩，虽然极性分子在电场中不仅产生平动，还产生转动运动规律非常复杂。但是我们知道极性分子在电场中存在取向作用，取向作用就是极性分子克服热运动的影响，在电场中将正电中心指向负极板和将负电中心指向正极板的一种运动，因此极性分子在电场中因取向作用将产生取向等效电矩，在场强为108伏/米时取向等效电矩远大于非极性分子位移极化产生的电矩，分子的电矩越大在电场中的作用力越大，所以极性分子在电场中运动受到电场力做的功远大于极性分子从而产生温度差远大于无极性分子。若电极板表面的平均场强为2×108伏/米，工作介质为NH3气时能产生3-4℃的温度差。
参照附图3由于每层电极板和气体分子为一个致冷单元仅能产生3-4℃的温度，实用价值不大，为了进一步提高温度差，我们可将若干层电极板5叠加在一起，并在两块电极板5周围密封中间充入极性气体。使温差逐层提高，由于电极板5面积的长度比电极板5的厚度和两电极板之间的距离大很多，所以两电极板之间必须放置隔离栅6提高可靠性和稳定性。
本发明的设计要点如下1、绝缘膜的击穿场强必须大于工作场强。
2、必须使气体工做时处于绝缘状态，工作电压一般在5伏左右为宜，工作电压过高影响使用寿命及耗电量增大。
3、叉指电极间的距离及宽度和厚度越小场强越强。电极板表面的平均场强一般应大于2×108伏/米产生的温差才具有实用性。
4、极性气体选择分子固有电矩大沸点低，稳定性好不易和容器发生化学反应的气体。
5、气体工作的气压不限。一般工作在常压下为宜，电极板上应有小孔联通各层气体使各层气体气压一致。
6、隔离栅必须选用高热阻材料，结构也可多样化。
7、结合公知的技术。
至此已阐述场致冷技术的基本原理，只要不离开本发明的精神范畴，还可有许多改变，下面将进一步阐述。
前面介绍的技术中电极板是依靠外界电源产生电场，其实我们可以制成多种不需要外界电源，电极板本身就能产生永久电场的技术下面分别介绍1、利用两种不同的金属相互接触产生接触电势差产生强电场，现结合附图进行说明，我们在导热板1上。蒸镀一层逸出电势低的金属膜如铝、镁、锌等。然后用逸出电势高的金属如金、铂、钯等制成叉指电极3。也可以是任意形状比如使逸出电势高的金属呈星状均匀分布在逸出电势低的金属膜上，然后在表面制成一层保护膜。这时逸出电势高的金属电极带负电，逸也电势低的金属膜带正电，同时由于电极本身尺度和电极之电极之间的尺度极小，应低于10-8米。因此将产生很强的永久电场。利用这种方法的优点是1、不还需要外界电源。2、加难度降低不要考虑正负电极短路和断路，电极可不制成叉指形可制成各种形状。3、电场稳定性好。4、不需要绝缘薄膜。
2、利用半导体制成PN结形成永久电场，因N型和P型半导体相接触后，N型半导体带正电，P型半导体带负电，具体方法可参考前介绍的方式。
3、将离子化合物的阴阳离子均匀星状分布在导热板1表面的绝缘薄膜上，要求电介质的介电常数尽量小。
4、不仅强电场控制气体分子可以致冷，强磁场控制顺磁性气体分子如氧等，施加的方式也很相似，只要使正负电极改为NS磁极即可。
利用场致冷技术结合现有的热机技术制成复合热机，可制成效率达100％的热机且可工作在常温常压下。
权利要求
1一种致冷技术其特征在于热量能够自动从低温物体传向高温物体。
2根据权利要求1的制冷技术其特征在于利用极强的电场、磁场作用于一定质量一定容积中处于温度平衡的气体，从微观上改变气体分子的热运动规律，使产生高温区和低温区。
3根据权利要求2的制冷技术其特征在于利用永久电场，永久磁场作用于气体分子。
全文摘要
本发明属于一种致冷技术，其特征是在热力学第二定律适用范围之外，实现热量自动由低温物体传向高温物体。气体的热动平衡状态是忽略外力场作用的，因为一般情况下外力场对分子做热运动影响极小，所以对气体温度平衡影响极小，因此都符合热力学第二定律。但是若外力场对气体分子做热运动影响很大时，气体将不能达到温度平衡状态，热力学第二定律就不适用。本发明的原理是利用场强在10
文档编号F25B21/00GK1392381SQ01121539
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月16日 优先权日2001年6月16日
发明者李红导 申请人:李红导