CN101749888A - 空气循环热泵技术及系统 - Google Patents

Abstract

在第一方面，提供一种热泵系统，其包括外壳和静电压缩机。所述外壳基本填充有第一流体，并包括多个压缩机叶片、热交换器及控制模块。所述多个压缩机叶片响应于电刺激，并且基本相互隔开，使得所述第一流体延伸至相邻对的所述压缩机叶片之间的空间并至少局部占据该空间。所述热交换器与所述压缩机叶片之间的所述空间中的所述第一流体热耦合，并与基本位于所述外壳外部的第二流体热耦合。所述控制模块响应于输入信息并包括向所述压缩机叶片提供所述电刺激的电路。所述压缩机叶片响应于所述电刺激而压缩并释放所述相邻对的所述压缩机叶片之间的所述第一流体。

Description

空气循环热泵技术及系统

相关申请的交叉引用

本申请要求Thomas R.Krenik于2008年12月6日提交的名称为“Air Cycle Cooling System(空气循环冷却系统)”的美国临时申请序列号为61/120,392的权益，还要求Thomas R.Krenik于2009年2月27日提交的名称为“Air Cycle Cooling Techniques and System(空气循环冷却技术及系统)”的美国临时申请序列号61/156,409的权益，这些申请与本申请共同转让并通过引用结合于此。

技术领域

本发明的实施方式涉及用于压缩最接近热交换器的空气及其它可行气体的技术，以及用于将这些技术应用于冷却系统、加热系统以及其它用途的技术。

背景技术

现今，大多数商用、汽车用、住宅用及其它制冷系统、热泵和空气调节系统基于将制冷剂作为工作流体在热交换器之间泵送热的应用。例如，在典型空气调节系统的情况下，在第一热交换器处在工作流体的作用下冷却建筑物内空气，然后在第二热交换器处将工作流体收集的热释放到建筑物外部。这类系统涉及压缩工作流体的压缩机、内外热交换器之间的管路、产生气流的风扇以及管理系统操作的控制器。由于涉及大量昂贵的耗能系统，这类系统昂贵、笨重且在操作期间消耗大量能量。此外，制冷工作流体通常危害或污染环境。并且由于为使系统工作而必需容纳工作流体，这类系统的安装和维护困难且昂贵。通常，需要专门训练的技术人员来正确维护这类系统，并且所用的工作流体由于其危害性而经常受到政府机构管制。

因此，非常期望不使用危害或有害工作流体的系统。事实上，已成功设计出基于使用外壳内部的空气作为工作流体的空气调节系统或热泵系统。这类系统由于将空气自身作为工作流体而通常被称为空气循环系统。在这样的系统中，建筑物空气被压缩以升高其温度，使用热交换器将其冷却回接近外部环境温度同时保持部分高压，然后使冷却并压缩的空气膨胀以产生冷却气流。尽管这类系统的操作、安装和维护简单，但是遗憾的是与使用制冷工作流体的系统相比它们不太有效，并因此仅用于特殊用途。值得注意的是，由于喷气发动机进口上已具有可用的高容量压缩机并由于仅使用空气作为工作流体的安全性优点，喷气飞机通常使用这里所述的空气循环冷却系统。

因此，本领域需要的是一种克服现有技术中存在的上述问题的系统。

发明内容

为了解决现有技术的上述缺陷，在一个实施方式中，提供一种静电压缩机。在该实施方式中，所述静电压缩机包括多个压缩机叶片、热交换器以及电路。所述压缩机叶片响应于电刺激，并且基本相互隔开，使得流体至少局部占据相邻对的所述压缩机叶片之间的空间。所述热交换器与所述压缩机叶片之间的所述空间中的所述流体热耦合。所述电路提供所述电刺激。所述压缩机叶片响应于所述电刺激而压缩并释放所述相邻对的所述压缩机叶片之间的所述流体。

在另一实施方式中，提供一种向流体中传递热和从流体中传递出热的方法。在该具体实施方式中，该方法包括使流体在静电压缩机附近流动以及致动所述静电压缩机的多个压缩机叶片。所述静电压缩机的所述多个压缩机叶片通过电刺激而被致动，使得至少一部分所述流体在相邻对的所述压缩机叶片之间被压缩和释放，从而通过与所述流体热耦合的热交换器从所述流体传递出热。

在再一实施方式中，提供一种热泵系统。在该实施方式中，该热泵系统包括外壳和静电压缩机。所述外壳基本上填充有第一流体。所述静电压缩机包括多个压缩机叶片、热交换器和控制模块。所述多个压缩机叶片响应于电刺激，并且基本上相互隔开，使得所述第一流体延伸至相邻对的所述压缩机叶片之间的空间并至少局部占据该空间。所述热交换器与所述压缩机叶片之间的所述空间中的所述第一流体热耦合，还与基本位于所述外壳的外部的第二流体热耦合。所述控制模块响应于输入信息并包括向所述压缩机叶片提供所述电刺激的电路。所述压缩机叶片响应于所述电刺激而压缩并释放所述相邻对的所述压缩机叶片之间的所述第一流体。

附图说明

图1示出空气循环热泵系统的一个实施方式，移除了系统外壳的一侧，从而可观察到内部操作和部件。

图2示出静电压缩机和热交换器组件的一个实施方式。

图3示出可用于构造静电压缩机的叶片和间隔件的组件的一个实施方式。

图4示出静电压缩机的一部分组件的一个实施方式。

图5示出处于压缩相位的一对压缩机叶片的实施方式，并示出叶片可如何利用填块在其端部终止以最小化压缩空气或其它气体逃逸的细节。

图6示出具有二相位操作的静电压缩机的实施的示意图。

图7示出通过捕获、保存并重复使用储存的能量而降低能耗的电路的电气原理图。

图8示出具有增强叶片间隔件和增强压缩机叶片的静电压缩机的一个实施方式。

图9a示出处于打开位置的两个静电压缩机叶片的一个实施方式，示出的增强叶片间隔件具有凸出形状。

图9b示出处于局部压缩位置的两个静电压缩机叶片的一个实施方式，示出的增强叶片间隔件具有凸出形状。

图9c示出处于完全压缩位置的两个静电压缩机叶片的一个实施方式，其中示出具有负的温度膨胀系数的叶片材料与凸出形状的增强叶片间隔件相结合的优点。

图10示出具有增强构造的压缩机叶片的剖视图。

具体实施方式

图1示出空气循环热泵100，移除了该系统的外壳101的一侧从而可对内部结构进行说明。在外壳101的前侧就位的情况下(同样，在图1中移除了该侧)，外壳101将基本密封，从而流入进气口104的空气会穿过空气循环热泵100，然后流出排气口106。流过该系统的空气可被风扇推动或者可仅通过自然流动而运动，静电压缩机206的操作如稍后所述。空气循环热泵100的一个实施方式如所示构造，并将描述成实施为冷却系统，不过该系统可提供冷却或加热操作。对于加热操作，一个可行实施方式为其中静电压缩机和热交换器组件102安装成使得静电压缩机206可使用(access)外壳101外部的空气并通过热交换器200将来自空气的热泵送至外壳101中(从稍后所述将会清楚这将如何实现)。如图1中所示，对于冷却操作，通过进气口104输入暖空气，通过排放口106通过外部管道(未示出)排放冷却空气。在图1中还在该图的右侧以框箭头示出了空气进出空气循环热泵100的方向和流动。静电压缩机和热交换器组件102对流过空气循环热泵100的空气进行操作，以从其泵送热。将在对其它图进行说明时详细描述这些操作。静电压缩机206在某些实施方式中会对灰尘敏感，因而包括进气过滤器114和排气过滤器118的结合。当静电压缩机206操作时，其通过安装在外壳101上的热交换器200将热移出外壳101。热交换器200在图1中仅部分可见，并将在图2中进一步描述。为避免不期望的热传导，外壳101通常由绝缘材料构成或者衬有绝热材料。类似地，在图1中可见的热交换器200的露出部分通常也覆盖有绝热材料。为了使图1不太混乱，在该图中去掉了该绝热材料。

静电压缩机206以这样的方式压缩并释放空气，使得释放的空气可有助于驱动空气通过空气循环热泵100而循环。在图1中，静电压缩机206就此而言有利地定位，使得退出静电压缩机206的气流被引向排气口106，从而利于气流通过该系统。

图1中的冷凝器118可实施为金属丝网或金属网，或者实施为允许空气流动的其它材料。来自静电压缩机206的冷空气被引向冷凝器118，使得冷凝器118的表面是冷的，从而致使在其上流动的空气凝结成湿气。随着该湿气的积累，其流向冷凝器118的底部并进入冷凝排放管120。冷凝排放管120示出为端部敞开的槽，但是也可在一端闭合并在一端或两端装设管道至排水管。可通过管路将冷的冷凝水有利地引向热交换器200，并用于帮助冷却热交换器200。在某些情况下，有可能在冷凝器118和/或静电压缩机206上积累霜或冰。通常，霜或冰会在系统空转期间简单地融化，或者可通过升温气流而融化。在某些实施方式中，还可实施其中对冷凝器进行加热的除霜循环。

控制模块108为接收控制输入、监测系统操作并驱动静电压缩机206的电子控制器。输入至控制模块108的控制输入可包括温度设定点、湿度设定点或其它控制参数。尽管图1中未示出，这些控制输入可由键盘或控制模块108自身上的其它控制器进行，或者可通过有线或无线连接从其它源发送。控制模块108可包括模拟电路、功率控制电路、逻辑电路、存储器、微处理器、继电器、印刷线路板、电机和其它电子元件、电元件、机械元件或机电元件。适于在本发明的实施方式中使用的控制模块108的构造和设计是公知的，因而这里不再进行说明。在图1所示的实施方式中，进气口温度传感器112和排放口温度传感器110通过所示布线连接，并允许控制模块108监测进气和排气温度。控制模块108还通过线束122连接至静电压缩机206，从而直接驱动和控制静电压缩机206。控制模块108可更改其驱动静电压缩机206的方式以优化系统操作并减少噪音。多种公知系统优化算法，例如最小均方(LMS)算法或其它公知算法是可行的。静电压缩机206可通过如稍后所述的增减电压和/或驱动其的波形的频率而以限度内的较高或较低水平操作。增设传感器以感测外壳101外部的气流、湿度、气压、空气温度、热交换器200的温度、系统噪音水平以及其它参数都是可行的，使得控制模块108可从这些参数的角度来优化系统性能。还可不利用传感器而操作空气循环热泵100并简单地按需要使系统开关循环以进行冷却，或者可响应于简单的温控器或温度设定点而操作系统。

图2示出图1中所示的静电压缩机和热交换器组件102的一个实施方式。其包括利用安装螺钉208安装至热交换器200的静电压缩机206。热交换器200包括去除区204，以避免热交换器200接触电气布线210。热交换器200还包括散热片202，以利于热从静电压缩机206流过热交换器200并流到外壳101的外部的空气上。尽管在该实施方式中热交换器200示出为空气冷却，但是热交换器200也可通过液体冷却、热传导至其它结构、电子冷却或通过其它机构散热。热交换器200可由导热材料构造，例如铝、铜、黄铜以及其它金属或非金属导热器。安装螺钉208的使用是任选的，可通过利用螺栓、夹、楔、粘合剂、焊料、焊接和/或其它技术将静电压缩机206安装至热交换器200。用于将静电压缩机206安装至热交换器200的技术应当提供密切且高质量的导热路径，并包括热化合物、垫圈、散热膏或金属接触--例如焊料或焊接--或其它技术。图2中所示的静电压缩机206由各叶片212、安装板214以及将要描述的其它部件构成。安装板214可由金属或塑料或其它材料构成。理想的是对安装板214使用绝热材料或使用绝缘罩。安装板214还包括电气布线210，所述电气布线可形成为安装板214的表面上的光刻图案导体，如延伸穿过安装板214或穿过其它构造的导体。

图3示出静电压缩机206的放大组件的一部分。静电压缩机206通常包括至少两个叶片，但是也可具有数量更多的叶片。图3中示出叶片212为具有嵌入的导电区域306的矩形材料平面。叶片212可以具有多种不同的形状和尺寸，图3的实施方式仅为一个可行实施方式。导电区域306电连接至过孔302中的一个或多个，所述过孔向叶片212提供电连接。图3中还示出了叶片间隔件300。该实施方式包括叶片间隔件300中的过孔304，但是不需要叶片间隔件300中的过孔304的实施方式也是可行的。叶片212可由电绝缘材料制成，或者可涂覆有电绝缘材料，使得导电区域306与离开过孔302的叶片的表面绝缘。存在多种公知的用于利用绝缘聚合物或其它材料模制或层压导体的方法，因而这里不再对其进行描述。叶片212可由绝缘材料制成，例如碳纤维、石墨纤维、聚酰亚胺、对位芳香聚酰胺、芳香聚酰胺、二氧化硅、氮化硅、塑料、尼龙、聚合物组份、玻璃、金刚石、金刚石类材料、纳米管纱或片材、或其它绝缘材料，导电区域306由铝、铜、金、镍、钛、金属合金、其它金属、聚合物导体、导电塑料、纳米管纱或片材、或其它导电材料制成。

叶片间隔件300提供叶片212的机械分隔，还将来自压缩在叶片之间的空气或其它气体的热传导至热交换器200。叶片间隔件300可由导热材料构成，例如金属、导热聚合物以及其它材料。若过孔304包括在叶片间隔件300中，则导热且电绝缘的材料--例如铝、金刚石或其它类似材料--是优选的。另选的是，可在叶片间隔件300的主体和过孔304之间使用电绝缘插入件或绝缘层，从而可采用导电材料。

图3示出压缩机叶片212如何与叶片间隔件300交替叠置，从而制造一组隔开的叶片，这些叶片具有通过分别包括在叶片间隔件300和叶片212二者中的电气过孔304和302的电连接。在静电压缩机206组装之后，压缩机叶片212上的过孔302与叶片间隔件300的过孔304对准，从而形成用于各电信号的连续导体。在静电压缩机206中，可利用粘合剂、胶、其它结合技术将压缩机叶片212和叶片间隔件300结合在一起，或者另选地可利用机械紧固件--例如，卡扣、夹、螺钉、螺栓或其它可行紧固件--将其保持在一起。图2中所示的安装板214可通过类似手段--即，利用粘合剂、胶、机械紧固件、利用其它技术或这些技术的组合--固定至组装起来的压缩机叶片212和叶片间隔件300。

图4示出部分完成的静电压缩机子组件400的实施方式。压缩机叶片212示出从子组件400的叶片间隔件300所在的一侧延伸。压缩机叶片212和叶片间隔件300的叠置结构产生沿着后表面404由过孔(压缩机叶片212的过孔302和叶片间隔件300的过孔304)形成的连续导体。这些导体明确示出为也在图2中示出的电气布线210。顺便提及，应指出可向组成电气布线210的各过孔302和304增设附加导体、导电层或焊料层，以确保横过该结构的一致连接，并避免对各压缩机叶片212和叶片间隔件300上的各过孔302和304的两侧的完美接触的依赖。其中过孔302和304位于压缩机叶片212和叶片间隔件300的端部或嵌入其内部(即，过孔不位于这些结构的边缘处)的其它构造也是可行的。完全组装的静电压缩机206包括至少两个叶片212，但是也可包括数百个或甚至数千个叶片212。一旦完成了完整构造的压缩机子组件400，就可将其安装至图2中所示的安装板214。图4中示出了静电压缩机端视图402，以使人清楚在一些后继图中所称的术语“端视图”。此外，术语长度或纵向是指如图4中所示沿压缩机叶片212的最长矩形尺寸的长度(注意，指示端视图402的箭头指向纵向)。将压缩机叶片212的与横过其最大平坦表面的长度垂直的尺寸作为压缩机叶片212的宽度。压缩机叶片212的厚度为图4中所示的压缩机叶片212的最小直线尺寸。压缩机子组件400的后表面404固定至热交换器200以产生从叶片间隔件300至热交换器200的质量良好的导热路径。可应用散热膏、垫片、粘合剂、焊料、焊接、特殊涂层、夹、螺栓、螺钉及其它安装技术。其中叶片间隔件300延伸过后表面404以与热交换器200互锁并可局部或完全形成热交换器200的其它实施方式也是可行的。

静电压缩机206包括多个压缩机叶片212，可通过控制施加至这些叶片的电极性和电压而致动这些叶片。少量空气在叶片之间被截获，叶片被如此致动以对着叶片间隔件300压缩这些空气。由于叶片间隔件300是导热的并且压缩空气处于高温，因而热从压缩空气流过叶片间隔件300并流到热交换器200上。一旦完成传热，则释放叶片，使得空气膨胀从而温度下降。以这种型式，使空气变冷从而适于冷却目的。根据系统的构造方式以及具体应用，叶片间距、叶片厚度、叶片宽度和长度、叶片形状、电压使用以及操作频率可以有相当大的变化。叶片仅具有一厘米宽(或更小)，以几分之一毫米间隔并在几千赫兹下操作的应用是可行的。然而，尺寸显著更大以及甚至更小的系统也是可行的，因为操作电压和频率为非常宽的范围。

图5示出一对压缩机叶片212，其端部具有填块(fillet)506，以阻挡从压缩机叶片212的端部逃逸的压缩空气或其它气体流动。填块506在各相邻压缩机叶片212之间安装至叶片间隔件300或形成在叶片间隔件300上。叶片间隔件300在图5中未明确示出，但是其如上所述容纳在压缩机叶片和安装板214之间，并且安装板214示出以避免任何混淆。图5中所示的两个压缩机叶片，即第一压缩机叶片502和第二压缩机叶片504示出压缩在一起。第二压缩机叶片504与填块506相遇的区域示出为轮廓区域508。有利的是在轮廓区域508中在叶片与填块506之间使用兼容材料，或者垫圈、泡沫、油脂、湿气或密封件中的某一形式，以利于压缩机叶片212与填块506之间的密封。还可在填块506的与压缩机叶片接触的区中嵌入导电层，使得在施加适当的电信号时，第一压缩机叶片502与第二压缩机叶片504被静电强制与填块506密切接触。若如图6中所示使用正负偏置电压使压缩机叶片212偏置，则仅使填块506接地，即，使其电连接至地电势，将致使压缩机叶片212被电吸引至该填块。还可使用沿压缩机叶片的长度间隔的多个填块506以限制空气或其它工作流体的纵向流动，而不是如图5所示仅在端部处。这在某些填块506发生泄漏时对保持至少部分操作会是有利的。用于密封静电压缩机206中的压缩机叶片212的端部的其它技术也是可行的。也可使用抵接叶片212的端部的机械特征件，用于使叶片212的端部延伸并彼此重叠地折叠的方法，用于使叶片212的端部相互固定以形成密封的方法，在需要密封时压在叶片端部上的致动机械元件以及其它可行技术。

图6示出示意图，该示意图表示为该实施方式可如何电驱动叶片212，在该实施方式中静电压缩机206形成有均具有一个导电区域306(如图3中所示)的叶片212。图6示出其中叶片212示出为处于未偏置静止状态的静止相位601以及其中相同叶片被示出为成对被压缩在一起的第一操作相位620和第二操作相位622。示出安装板214作为参照，并且由于安装板214阻挡观察叶片间隔件300，因而未明确示出叶片间隔件300。示出了八个叶片212，包括第一叶片602、第二叶片604、第三叶片606、第四叶片608、第五叶片610、第六叶片612、第七叶片614以及第八叶片616。尽管为避免混乱在图6的示出第一操作相位620和第二操作相位622的部分中未对叶片212进行编号，但是它们与静止相位601中的顺序相同。在该实施方式中，仅使用两个操作相位，即第一操作相位620和第二操作相位622，并且静电压缩机206通过在这两个相位之间往复循环而操作。虚线603表示在某些实施中，在静电压缩机206的完整构造中可包括更多叶片。注意在图6中在第一操作相位620和第二操作相位622的示意图中压缩机叶片212附近的正号(+)和负号(-)。这些正号(+)和负号(-)表示在各操作相位中驱动压缩机叶片212的电信号的极性。注意，第一叶片602和第五叶片610具有恒定的正偏置极性，而第三叶片606和第七叶片614具有恒定的负偏置极性。第二叶片604和第六叶片612在第一操作相位620中具有负偏置，在第二操作相位622中具有正偏置。而第四叶片608和第八叶片616在第一操作相位620中具有正偏置，在第二操作相位622中具有负偏置。如所示，各组四个后继叶片212随时间而基本相同地偏置，因而若向静电压缩机206增设附加叶片，图6中所示的偏置顺序也以从图中清楚的顺序适用于这些叶片。尽管图3中所示的叶片212的实施方式以及图6中所示的电驱动信号的实施方式基于均具有单个导电区域306的叶片212，但是可创建具有多个导电区域的实施方式。以各种形状在多种位置形成并嵌入在叶片212中并且由适当电信号驱动的多个导电区域允许更精密地控制开闭叶片的致动，从而针对具体实施方式以有利型式压缩空气或其它气体。图6的实施方式示出驱动信号的偏置和定相的一个可行顺序，控制模块108可合成该顺序以驱动叶片212。然而，多种其它可行偏置和定相方式也是可行的。例如，使用不止两个相位的偏置和定相方式是可行的，并且这些方式可设计成避免对叶片212中所用的电介质施加直流电应力。还可使用宽范围的波形驱动叶片212以减小声噪声，更改驱动波形的频率和电压以提高效率，并从宽范围的可行驱动波形获得其它好处。

图7示出可适于驱动叶片212的电路的实施方式，该实施方式也可保存并重复使用储存在成对叶片212之间的能量。图7的电路可实施为包含于控制模块108中的电子电路的一部分。在图7中，安装板214以及包括第一叶片602、第二叶片604、第三叶片606、第四叶片608、第五叶片610、第六叶片612、第七叶片614、第八叶片616的压缩机叶片212与图6中所示的相同。正电源电压702和负电源电压706向电路提供电能。图7的电路示出处于第一操作相位620，开关位置如所示，并且虚线603表示在具体实施方式中可存在更多叶片。第一叶片602和第五叶片610连接至正电源电压702，第三叶片606和第七叶片614连接至负电源电压706。图7的电路通过以下方式保存并重复使用能量，即：将各操作相位结束时储存在叶片之间的电容中的能量转换成感应器754中的电流，然后重新施加该能量以将叶片充电成相反极性。这通过暂时关闭联动开关756，借助感应器754使要在下一相位转换中转换极性的相位上的正负电压短路而实现。第二叶片604和第六叶片612连接至联动开关756的一侧，而第四叶片608和第八叶片616连接至联动开关756的另一侧。当联动开关756接通时，联动开关756的两侧以及与其连接的叶片通过感应器754一起短路。为了更加清楚，联动开关控制波形758对于其中联动开关756接通从而将感应器754连接至叶片的状态表现为正脉冲。第一开关750和第二开关752一起操作以作为与其连接的叶片的十字开关。在第一操作相位620中，与第二开关752相连的第二叶片604和第六叶片612连接至负电源电压706，而与第一开关750相连的第四叶片608和第八叶片616连接至正电源电压702。在第二操作相位622中，与第二开关752相连的叶片连接至正电源电压702，与第一开关750相连的那些叶片连接至负电源电压706。第一开关750和第二开关752还可在高阻抗状态下操作，在高阻抗状态中连接至两个开关的叶片不与任何电源连接，开关仅向与其连接的叶片提供高阻抗。十字开关控制波形760示出第一开关750和第二开关752的受控方式，并示出用于第一操作相位620的低电平以及用于第二操作相位622的高电平。十字开关控制波形760还将第一开关750和第二开关752的高阻抗状态的正时示出为交叉影线区域(该高阻抗状态有时在电子电路中称为“三态”状态)。应注意，只要联动开关756接通且感应器连接至叶片，第一开关750和第二开关752将保持处于高阻抗或三态状态。还应注意，十字开关控制波形760的状态表明每当联动开关756接通时，第一开关750和第二开关752操作而在处于交替基础上的第一操作相位620和第二操作相位622交替连接叶片。实际上，当联动开关756接通时，叶片的电容与感应器754协同操作，使得储存的电荷通过感应器754放电并从静电能转化成储存在感应器754的磁场中的磁能。随着感应器754中的电流的增大，电流积累至峰值，然后在其持续流动时开始将叶片的电容充电至相反极性。忽略电路损失，若联动开关保持接通大致理想时长，感应器将按需要颠倒叶片的相位，从而使压缩机从第一操作相位620移动至第二操作相位622。然而，由于在实际电路中会发生电路损失，因而第一开关750和第二开关752操作以完成叶片的充电，使得在各操作相位中在各叶片上恢复满电压。应注意，在各相位转换时，从正偏置电压移动到负偏置电压的压缩机叶片212的数量与从负偏置电压移动到正偏置电压的数量基本相等。因此，显然，通过使用感应器754和如所述操作的开关，在各相位转换之前储存在压缩机叶片212的电容中的能量可基本恢复并按需要施加以驱动压缩机叶片212。

联动开关754、第一开关750以及第二开关752可通过继电器、机电开关、簧片开关、半导体开关或用于构造电气开关的其它可行技术实施。

感应器754的尺寸以及联动开关756接通的持续时间根据具体实施方式而改变，并且如何构造这样的电路的技术是本领域公知的。在某些实施方式中联动开关控制波形758的可变正时功能、多个感应器754或者可变感应器754会是有利的。其它构造也是可行的，例如公知的直流对直流转换器。在直流对直流转换器中，感应器被第一组叶片之间储存的电荷赋能，然后切换离开为其充电的叶片并向第二组叶片中放电。该循环可重复多次以消耗储存在第一组中的能量并将其传递给第二组，在该过程中将第二组充电至期望电压和极性。

图8示出具有增强叶片802、单个导电区域806以及凸出的增强叶片间隔件808的静电压缩机的实施例。凸出的增强叶片间隔件808包括退切形状部810并具有凸出轮廓812。凸出的增强叶片间隔件808的形状产生更大的用于导热的表面积，并且凸出轮廓812的形状将压缩在增强叶片802之间的空气推入薄片材中，使得更容易从其移除热。凸出的增强叶片间隔件808可包括有纹理的、粗糙的、专门涂覆的或者其它形式的增强表面，以进一步提高其导热性能。响应于通过其导电区域806的静电力并且还响应于压缩过程中产生的高温而使用增强叶片802。应注意，导电区域806可不在增强压缩机叶片802的整个宽度(记得参照图4定义的叶片的长度、宽度和厚度尺寸)上延伸，如图8中所示。而且，图8中未具体示出导电区域806的电连接，因为它们位于图8的视图中未示出的系统区域。其中一个增强压缩机叶片802具有为参照而画出的中心线804。图8中的其它特征件包括热交换器200、叶片间隔件粘合剂816以及热交换器粘合剂814。叶片间隔件粘合剂816和热交换器粘合剂814可不在所有实施方式中存在，并且当存在时，可包括垫圈、粘合剂、热化合物、散热膏、焊料或其它材料。

凸出的增强叶片间隔件808的退切形状部810和凸出轮廓812设计成在增强压缩机叶片802被完全压缩时在凸出的增强叶片间隔件808表面的上方形成薄空气层。增强压缩机叶片802全部或局部由随温度改变其形状和/或尺寸的材料构成。在本专利申请中，将这样的材料称为热响应材料。在图8的具体实施方式中，增强压缩机叶片802由具有负的热膨胀系数的热响应材料构成。也就是说，图8的增强压缩机叶片802由温度升高时收缩至更小的物理尺寸的材料制成。通过压缩机叶片的操作，增强压缩机叶片802的从中心线804至增强压缩机叶片802与凸出的增强叶片间隔件808之间的压缩区的区域显著热于至中心线804另一侧的叶片区域。由于该效果，增强压缩机叶片802的材料的热收缩特性用于使增强压缩机叶片802基本形成凸出轮廓812的形状。如此，增强压缩机叶片802用于从增强压缩机叶片802与凸出的增强叶片间隔件808之间的压缩区收获热能，并将该热能用于进一步的压缩过程。

应注意，图8的实施方式以及使用热响应材料的其它实施方式可获益于对增强压缩机叶片802的正时及驱动电平的调节，使得增强压缩机叶片802经受的温度基本上使从所用的热响应材料获得的益处最大化。驱动电平及信号正时的优化可通过系统的设计调节，或者可通过控制模块108在操作期间优化。

图9a、图9b和图9c中进一步示出了利用具有负的热膨胀系数的材料实施的增强压缩机叶片802的操作。在图9a中，示出处于静止位置的两个增强压缩机叶片802。在图9b中，示出局部压缩的两个增强压缩机叶片802。注意，在图9b中，导电区域806附近的叶片区被显著压缩，但是凸出的增强叶片间隔件808附近的区域未被显著压缩。在图9c中，示出完全压缩的两个增强压缩机叶片802，并且由具有负的热膨胀系数的材料构成的增强压缩机叶片802的效应表明增强压缩机叶片802与凸出的增强叶片间隔件808之间的空气中产生的热如何已引起进一步的收缩和空气压缩。若凸出的增强叶片间隔件808具有与增强压缩机叶片802在完全压缩时将采取的形状基本匹配的形状，则该技术的实施方式会是有利的。

通过由具有正的热膨胀系数的材料构造的增强压缩机叶片802也可增强性能。在这样的实施方式中，应用具有凹入轮廓的增强叶片间隔件会是有利的。预计使用多种形式的热响应材料，该材料可随向其施加的温度的变化以多种可行方式改变其形状或尺寸。具有凸出、凹入、线性以及多种其它形状的增强叶片间隔件是可行的。增强叶片间隔件还获益于热响应材料在其构造中的结合。热响应材料所用的材料可以是形状记忆聚合物、形状记忆金属、形状记忆合金、镍钛合金、金属、聚合物以及其它可行材料。

图10示出具有在某些实施方式中有利的特征的增强压缩机叶片802的端部的剖视图。增强压缩机叶片802包括嵌入该叶片两侧的热响应材料1004。这样的构造提供主要由其它材料构成的叶片中的热响应材料的优点。该材料可嵌入、层压或以其它方式固定在沿增强压缩机叶片802的长度的连续片材中，或者可以以较小的条或段施加。施加具有带纹理的、粗糙的、有凹痕的、特殊涂层的或者其它形式的专门构造表面可提高导热性并有益于操作。

图10和图19b中还示出了叶片芯材1006。该材料可非常坚固，从而允许增强压缩机叶片操作多个循环而不会疲劳或失效。叶片芯材1006若为此目的而适当绝缘并偏置，则可如所示与导电区域1008电接触。另选的是，可在叶片芯材1006与导电区域1008之间放置电绝缘层，或者可使用绝缘叶片芯材1006。在某些实施方式中对叶片芯材1006使用热膨胀系数与叶片间隔件和热交换器的热膨胀系数相似的导热材料会是有利的。借此，增强压缩机叶片802将以与热交换器和叶片间隔件基本相同的方式纵向(沿其与热交换器接触叶片之处的表面平行的长度方向)膨胀和收缩，从而减少应力。图10中示出了热过孔104，以利于叶片芯材1006与叶片间隔件300之间的恒定温度。示出了去除部1002，其在允许增强压缩机叶片802在期望部位更容易地弯曲和挠曲方面是有益的。叶片边缘1012示出为沿增强压缩机叶片802的外边缘的厚区域，其在设置镇重以改善平滑操作以及在叶片材料被腐蚀时提供更厚的磨损表面方面对某些实施方式中的操作方面是有利的。叶片主体材料1018用于形成增强压缩机叶片802并可以是为导电区域1008提供绝缘的电介质。另选的是，可使用单独的电介质在导电区域1008上提供电绝缘。

这里所示的实施方式中的叶片212通过静电力和热响应材料致动。然而，也可使用其它致动技术致动叶片并产生这里所示的优点，这些技术包括使用压电材料、磁性材料、磁性致动、气动、液压、人造肌肉、机械元件及其它技术。可使用所示实施方式及其它可行实施方式加热和/或冷却建筑物、封闭物、汽车、卡车、公共汽车或其它可行实体。

尽管以上描述包括多种具体说明，但是这些不应解释为限制本发明的范围，而应解释为仅提供本发明的一些当前优选实施方式的说明。因而，本发明的范围应当由所附权利要求及其法律等同物限定，而不是由给出的实施例限定。

Claims (10)

1.一种装置，该装置包括：

多个压缩机叶片，所述压缩机叶片响应于电刺激，并且所述压缩机叶片基本相互隔开，使得流体至少局部占据相邻对的所述压缩机叶片之间的空间；

热交换器，所述热交换器与所述压缩机叶片之间的所述空间中的所述流体热耦合；以及

提供所述电刺激的电路，其中所述压缩机叶片响应于所述电刺激而压缩并释放所述相邻对的所述压缩机叶片之间的所述流体。

2.按照权利要求1所述的装置，其中所述流体为空气。

3.按照权利要求1所述的装置，其中各所述多个压缩机叶片均具有至少一个嵌入其内的电分离的导电区域，其中各所述至少一个电分离的导电区域均电连接至至少一个过孔，并且其中所述至少一个过孔提供电连接，使得外部供应至所述压缩机叶片的电信号基本传导至所述至少一个电分离的导电区域。

4.按照权利要求1所述的装置，其中至少一个所述压缩机叶片至少局部由从以下组中选择的材料构成，该组由碳纤维、石墨纤维、聚酰胺、对位芳香聚酰胺、芳香聚酰胺、二氧化硅、氮化硅、金刚石、镍、钛、铝、铜、金、以及纳米管纱或片材构成。

5.按照权利要求1所述的装置，其中所述压缩机叶片包括随温度改变形状或尺寸的热响应材料，从而从所述流体恢复能量。

6.按照权利要求1所述的装置，其中所述电路至少部分恢复在所述相邻对的所述压缩机叶片之间形成的电容中储存的电能。

7.按照权利要求1所述的装置，其中所述压缩机叶片被叶片间隔件隔开，各所述叶片间隔件均具有弯曲表面，以减小各所述压缩机叶片之间的容积。

8.一种方法，该方法包括：

使流体在静电压缩机附近流动；以及

通过电刺激致动所述静电压缩机的多个压缩机叶片，使得至少一部分所述流体在相邻对的所述压缩机叶片之间被压缩和释放，从而通过与所述流体热耦合的热交换器从所述流体传递出热。

9.按照权利要求8所述的方法，其中来自压缩在所述相邻对的所述压缩机叶片中的第一对之间的所述流体的能量在所述相邻对的所述压缩机叶片的所述第一对被释放时，辅助压缩所述相邻对的所述压缩机叶片中的第二对中的所述流体。

10.一种系统，所述系统包括：

基本上填充有第一流体的外壳；以及

静电压缩机，所述静电压缩机包括：

多个压缩机叶片，所述压缩机叶片响应于电刺激，并且所述压缩机叶片基本相互隔开，使得所述第一流体延伸至相邻对的所述压缩机叶片之间的空间并至少局部占据所述空间；

热交换器，所述热交换器与所述压缩机叶片之间的所述空间中的所述第一流体热耦合，还与基本位于所述外壳的外部的第二流体热耦合；以及

控制模块，所述控制模块响应于输入信息并包括向所述压缩机叶片提供所述电刺激的电路，其中所述压缩机叶片响应于所述电刺激而压缩并释放所述相邻对的所述压缩机叶片之间的所述第一流体。

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