本发明涉及固体制冷领域，具体的说，涉及一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置。
背景技术：
目前国内外利用电热效应进行制冷的研究主要集中在研发高电热效应的材料上，例如pbzrtio3薄膜和batio3，以及其它薄膜陶瓷和聚合物。随着经济的发展，器件朝着微型化发展，尤其是电子设备中的制冷技术显得尤为重要。电子芯片在工作过程会产生大量的热，热量的聚集会引起芯片的失效及损坏，据调查研究显示，目前电子器件的损坏中有一半以上是由热失效引起的，因此电子器件的及时散热是保证其稳定工作的必要保障。随着科技水平的发展，电子器件逐渐高度集成化和微型化，为了避免电子器件损坏，散热问题的解决成为了微型电子器件发展中的重要环节。传统的制冷方式不能够实现对微型器件的制冷，而固体制冷作为新型的制冷方式可以满足微型器件的制冷需求。固体制冷主要包括磁热制冷、半导体制冷和电热效应制冷。磁热制冷存在成本高、工作温度低的缺点；半导体制冷存在制冷效率低，能量损耗大的缺点；电热效应制冷具有制冷效率高，制冷成本低的优点，并且由具有电热效应的材料制备的制冷装置不需要过多的机械组成部件，结构简单，可灵活的应用于微小设备；启动方便，通过电场施加和去除便可快速制冷使局部降温；控制较为简单，符合电子器件和集成电路微型化发展的趋势。以上特点使得利用具有电热效应的材料的电热效应制冷在微小型电子器件的温度调节和制冷方面具有显著的优势。
基于具有电热效应的材料的制冷器件在电场的作用下具有材料中的偶极子会发生极化现象，由无序态向有序态转变，材料内部的熵减小，释放出多余热量；去掉电场后，偶极子去极化，从有序态恢复到无序态，并通过从外界环境吸收热量的方式使得材料内部的熵增大，从而使外部材料温度降低，实现制冷的效果。目前基于具有电热效应的材料的电热效应制冷存在的主要问题是目前存在的电热效应制冷装置由于电场的施加和去除时间限制，无法实现连续的热量传递，所以散热功率和温度跨度较低，无法满足实际应用的器件制冷的要求。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、结构简单、提高热量传递效果、实现热量连续单向传递的基于电热效应和重力的气液相变制冷装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置，它包括n个具有电热效应材料的制冷器件、n+1个重力热管、制冷液体和电源，n+1个所述重力热管与n个所述制冷器件交替铺设，相邻的制冷器件和重力热管的表面相贴合，位于最外侧的两个重力热管分别对应散热端和制冷端；所述重力热管的底部盛装有所述制冷液体，所述制冷器件为具有电热效应的制冷片，各制冷片连接所述电源，各制冷片与所述电源之间的电路上连接有电源开关，各电源开关间歇闭合和断开，各制冷片按照规定的加场和减场次序进行控制以实现制冷。
基上所述，所述重力热管包括一排垂直热管，相邻的垂直热管的侧壁紧贴设置，所述一排垂直热管的排列长度与所述制冷片的长度相同。
基上所述，在制冷装置工作的第一阶段，断开各制冷片的电源开关，各制冷片的电场强度降低，各制冷片的熵增大，则各制冷片通过其下侧垂直热管中的制冷液体从制冷端吸收热量；在制冷装置工作的第二阶段，闭合各制冷片的电源开关，各制冷片的电场强度增强，各制冷片的熵减小，则各制冷片通过其上侧垂直热管中的制冷液体向散热端释放热量。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明的各制冷片在电源开关的控制下进行加场和减场，断电时，各制冷片的电场强度逐渐减小，各制冷片的偶极子去极化，由有序态向无序态转变，各制冷片的熵增大，各制冷片通过下侧的垂直热管中的制冷液体从制冷端吸收热量；通电时，各制冷片的电场强度逐渐增大，各制冷片的偶极子极化，由无序态向有序态转变，各制冷片的熵减小，各制冷片通过上侧的垂直热管中的制冷液体向散热端释放热量；所述制冷液体吸收热量后蒸发成气体，气体沿所述垂直热管向上行进，遇到所述垂直热管的上侧壁冷凝成液体，在重力作用下回流至所述垂直热管的底部，则热量通过所述制冷液体从下向上依次单向传递至所述垂直热管上侧的制冷片和散热端，进而实现热量连续地从制冷端向散热端的单向传递。
其具有设计科学、结构简单、提高热量传递效果、实现热量连续单向传递的优点。
附图说明
图1是本发明的单元模块工作原理示意图。
图2是本发明的单元模块叠加示意图。
图3是本发明的单元模块中各个具有电热效应的制冷片的电源控制示意图。
图中：1.重力热管；2.制冷片；3.制冷液体；4.垂直热管；5.电源；6.电源开关。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-3所示，一种基于电热效应和重力的气液相变制冷装置，它包括n个具有电热效应材料的制冷器件、n+1个重力热管1、制冷液体3和电源5，n+1个所述重力热管1与n个所述制冷器件交替铺设，相邻的制冷器件和重力热管1的表面相贴合，位于最外侧的两个重力热管1分别对应散热端和制冷端；所述重力热管1的底部盛装有所述制冷液体3，所述制冷器件为具有电热效应的制冷片2，各制冷片2连接所述电源5，各制冷片2与所述电源5之间的电路上连接有电源开关6，各电源开关6间歇闭合和断开，各制冷片2按照规定的加场和减场次序进行控制以实现制冷。
所述重力热管1包括一排垂直热管4，相邻的垂直热管4的侧壁紧贴设置，所述一排垂直热管4的排列长度与所述制冷片2的长度相同。
在制冷装置工作的第一阶段，断开各制冷片2的电源开关6，各制冷片2的电场强度降低，各制冷片2的熵增大，则各制冷片2通过其下侧垂直热管4中的制冷液体3从制冷端吸收热量；在制冷装置工作的第二阶段，闭合各制冷片2的电源开关6，各制冷片2的电场强度增强，各制冷片2的熵减小，则各制冷片2通过其上侧垂直热管4中的制冷液体3向散热端释放热量。
所述制冷液体3为高导热流体，比如水、导热油、纳米流体等液体，所述制冷液体3吸收热量后蒸发成气体，加热的气体沿所述垂直热管4向上行进，遇到所述垂直热管4的上侧壁冷凝成液体，在重力作用下回流至所述垂直热管4的底部，则热量通过所述制冷液体3从下向上依次单向传递至所述垂直热管4上侧的制冷片2和散热端，进而实现热量连续地从制冷端向散热端的单向传递。
以上所述的只是本发明装置的一个单元模块，本装置可根据制冷需求来叠加多个单元模块，从而达到理想的制冷效果。
该基于电热效应和重力的气液相变制冷装置的工作原理和过程是，第一阶段，断开电源开关6，各制冷片2的电场强度逐渐减小，各制冷片2的偶极子去极化，由有序态向无序态转变，各制冷片2的熵增大，各制冷片2通过下侧的垂直热管4中的制冷液体3从制冷端吸收热量，所述制冷液体3吸收热量后蒸发成气体，加热的气体沿所述垂直热管4向上行进，遇到所述垂直热管4的上侧壁冷凝成液体，在重力作用下回流至所述垂直热管4的底部，则热量通过所述制冷液体3从下向上依次单向传递至所述垂直热管4上侧的制冷片2；第二阶段，闭合电源开关6，各制冷片2的电场强度逐渐增大，各制冷片2的偶极子极化，由无序态向有序态转变，各制冷片2的熵减小，各制冷片2通过上侧的垂直热管4中的制冷液体3向散热端释放热量，所述制冷液体3吸收热量后蒸发成气体，加热的气体沿所述垂直热管4向上行进，遇到所述垂直热管4的上侧壁冷凝成液体，在重力作用下回流至所述垂直热管4的底部，则热量通过所述制冷液体3从下向上依次单向传递至所述垂直热管4上侧的散热端；交替进行第一阶段和第二阶段，即可实现热量从制冷端向散热端连续传递。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。