JP6448763B2 - 電界アクティブ型の直接接触再生器 - Google Patents
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Description
なお、好ましいヒートポンプ要素について、以下に記載する。
好ましいヒートポンプ要素は、
0.1ミクロン〜100ミクロンの厚さの範囲内の薄膜ポリマーまたはセラミック材料と、
電極付き活性薄膜材料を形成するように薄膜材料の両側に連結される電極と、
を備え、
前記電極付き活性薄膜材料は、10ミクロン〜10ミリメートルの厚さの範囲内のチャネル中の熱伝達流体によって分離され、また熱伝達流体に密接に接触し、前記流体は課される圧力場によって前記要素を通して前後に移動されることが可能である。
好ましくは、前記熱伝達流体は、前記電極付き活性薄膜材料と直接熱的に接触する周囲空気である。
好ましくは、前記周囲空気は、前記活性膜上での凝縮を防止するように過剰冷却または乾燥技術を使用して除湿される。
好ましくは、前記薄膜材料はその一部が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、液晶ポリマー(LCP)、およびチタン酸バリウムストロンチウム(BST)のうちの少なくとも1つから作成される。
好ましくは、前記薄膜材料および電極は、薄膜材料および電極の多層材料の一部として含まれる。
好ましくは、前記多層材料は、ほぼ1〜10層を含む。
好ましくは、前記多層材料は、疲労を防止するよう薄膜材料を支持するように構成された少なくとも1つの基板をさらに含み、前記少なくとも1つの基板は、最小の可能なビオ数で最小の必要な支持を提供するように最適化される。
好ましくは、前記少なくとも1つの基板は、複数の基板を備え、前記複数の基板は、熱伝達流体流れ用のチャネルを作成するように前記薄膜材料を分離するための拡張部分を備える。
好ましくは、前記薄膜材料は、基板−セパレータに面する電極が、前記基板または流体にわたるアーキングを防止するように、同じ極性で通電されるように配置される。
好ましくは、少なくとも1つの基板が、前記電極によって通電されるように構成された場活性物質を備え、前記電極は、前記少なくとも1つの基板の寄生影響を相殺する容量を生成するために活性膜に通電するように構成される。
好ましくは、前記薄膜材料は、単一層と、一緒に積層される、単一層に関連する基板とを備える。
好ましくは、前記流体内に温度勾配を作るとともに温度上昇を増大させるように前記薄膜材料が通電および遮断される間、前記ヒートポンプ要素は、前記熱伝達流体を前後に移動させるよう構成される。
好ましくは、前記ヒートポンプ要素は、ヒートポンプの容量対入力電力の最大比率を提供するために前記ヒートポンプ要素に必要とされる相対的な容量および温度上昇の関数である位相関係で前記流体流れの振動に前記薄膜材料の作動を同期させるように構成される。
好ましくは、前記薄膜材料および電極は、流体層および基板層に連結される層であり、前記薄膜材料、電極および基板層は、流れの方向において熱伝導を減少させるように、流体流れの方向にセグメント化され、流体が充填された隙間によって分離される。
好ましくは、前記薄膜材料のキュリー温度は、各セグメントにおける前記材料のキュリー温度が前記要素の設計条件での前記セグメントの期待される作動温度により近くなるように、連続的に、またはセグメントからセグメントへと勾配が付けられる。
好ましくは、前記薄膜材料は、前記流体と前記薄膜材料との密接な接触を提供するために熱伝達流体用のチャネルを作成するように機械加工された縦方向の溝またはクロスドリル孔を備える。
好ましくは、前記ヒートポンプ要素は、熱伝達流体用のチャネルを備える基板上への電気熱量セラミックまたはポリマーおよび電極の溶液堆積または真空蒸着によって作成される。
好ましくは、前記熱伝達流体用のチャネルは、セラミックのハニカム構造を備える。
好ましくは、前記熱伝達流体は、少なくとも部分的に気体または蒸気であり、流体運動の作動は、電気熱量効果(ECE)と圧縮の両方の温度上昇を加える組み合わされたサイクルを生成するように、薄膜材料の通電および遮断との制御された位相関係で同期される、圧縮、移動、膨張および移動の順序を含む。
好ましくは、不活性物質が、ECEと圧縮との間にバランスを提供するように前記薄膜材料または基板に連結される。
Claims (15)
- 0.1ミクロン〜100ミクロンの厚さの範囲内の薄膜ポリマーまたはセラミック材料と、
電極付き活性薄膜材料を形成するように薄膜材料の両側に連結される電極と、
を備えるヒートポンプ要素であって、
前記電極付き活性薄膜材料は、10ミクロン〜10ミリメートルの厚さの範囲内のチャネル中の熱伝達流体によって分離され、また熱伝達流体に密接に接触し、前記流体は課される圧力場によって前記要素を通して前後に移動されることが可能であり、
前記熱伝達流体は、前記電極付き活性薄膜材料と直接熱的に接触する周囲空気であり、
前記周囲空気は、前記活性膜上での凝縮を防止するように過剰冷却または乾燥技術を使用して除湿されることを特徴とするヒートポンプ要素。 - 0.1ミクロン〜100ミクロンの厚さの範囲内の薄膜ポリマーまたはセラミック材料と、
電極付き活性薄膜材料を形成するように薄膜材料の両側に連結される電極と、
を備えるヒートポンプ要素であって、
前記電極付き活性薄膜材料は、10ミクロン〜10ミリメートルの厚さの範囲内のチャネル中の熱伝達流体によって分離され、また熱伝達流体に密接に接触し、前記流体は課される圧力場によって前記要素を通して前後に移動されることが可能であり、
前記薄膜材料および電極は、薄膜材料および電極の多層材料の一部として含まれ、
前記多層材料は、疲労を防止するよう薄膜材料を支持するように構成された少なくとも1つの基板をさらに含み、前記少なくとも1つの基板は、最小の可能なビオ数で最小の必要な支持を提供するように最適化され、
前記少なくとも1つの基板は、複数の基板を備え、前記複数の基板は、熱伝達流体流れ用のチャネルを作成するように前記薄膜材料を分離するための拡張部分を備え、
前記薄膜材料は、基板−セパレータに面する電極が、前記基板または流体にわたるアーキングを防止するように、同じ極性で通電されるように配置されることを特徴とするヒートポンプ要素。 - 0.1ミクロン〜100ミクロンの厚さの範囲内の薄膜ポリマーまたはセラミック材料と、
電極付き活性薄膜材料を形成するように薄膜材料の両側に連結される電極と、
を備えるヒートポンプ要素であって、
前記電極付き活性薄膜材料は、10ミクロン〜10ミリメートルの厚さの範囲内のチャネル中の熱伝達流体によって分離され、また熱伝達流体に密接に接触し、前記流体は課される圧力場によって前記要素を通して前後に移動されることが可能であり、
前記薄膜材料および電極は、薄膜材料および電極の多層材料の一部として含まれ、
前記多層材料は、疲労を防止するよう薄膜材料を支持するように構成された少なくとも1つの基板をさらに含み、前記少なくとも1つの基板は、最小の可能なビオ数で最小の必要な支持を提供するように最適化され、
少なくとも1つの基板が、前記電極によって通電されるように構成された場活性物質を備え、前記電極は、前記少なくとも1つの基板の寄生影響を相殺する容量を生成するために活性膜に通電するように構成されることを特徴とするヒートポンプ要素。 - 0.1ミクロン〜100ミクロンの厚さの範囲内の薄膜ポリマーまたはセラミック材料と、
電極付き活性薄膜材料を形成するように薄膜材料の両側に連結される電極と、
を備えるヒートポンプ要素であって、
前記電極付き活性薄膜材料は、10ミクロン〜10ミリメートルの厚さの範囲内のチャネル中の熱伝達流体によって分離され、また熱伝達流体に密接に接触し、前記流体は課される圧力場によって前記要素を通して前後に移動されることが可能であり、
前記薄膜材料は、前記流体と前記薄膜材料との密接な接触を提供するために熱伝達流体用のチャネルを作成するように機械加工された縦方向の溝またはクロスドリル孔を備えることを特徴とするヒートポンプ要素。 - 前記薄膜材料はその一部が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、液晶ポリマー(LCP)、およびチタン酸バリウムストロンチウム(BST)のうちの少なくとも1つから作成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記多層材料は、ほぼ1〜10層を含むことを特徴とする請求項2または3に記載のヒートポンプ要素。
- 前記薄膜材料は、単一層と、一緒に積層される、単一層に関連する基板とを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記流体内に温度勾配を作るとともに温度上昇を増大させるように前記薄膜材料が通電および遮断される間、前記ヒートポンプ要素は、前記熱伝達流体を前後に移動させるよう構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記ヒートポンプ要素は、ヒートポンプの容量対入力電力の最大比率を提供するために前記ヒートポンプ要素に必要とされる相対的な容量および温度上昇の関数である位相関係で前記流体流れの振動に前記薄膜材料の作動を同期させるように構成されることを特徴とする請求項8に記載のヒートポンプ要素。
- 前記薄膜材料および電極は、流体層および基板層に連結される層であり、前記薄膜材料、電極および基板層は、流れの方向において熱伝導を減少させるように、流体流れの方向にセグメント化され、流体が充填された隙間によって分離されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記薄膜材料のキュリー温度は、各セグメントにおける前記材料のキュリー温度が前記要素の設計条件での前記セグメントの期待される作動温度により近くなるように、連続的に、またはセグメントからセグメントへと勾配が付けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記ヒートポンプ要素は、熱伝達流体用のチャネルを備える基板上への電気熱量セラミックまたはポリマーおよび電極の溶液堆積または真空蒸着によって作成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- 前記熱伝達流体用のチャネルは、セラミックのハニカム構造を備えることを特徴とする請求項12に記載のヒートポンプ要素。
- 前記熱伝達流体は、少なくとも部分的に気体または蒸気であり、流体運動の作動は、電気熱量効果(ECE)と圧縮の両方の温度上昇を加える組み合わされたサイクルを生成するように、薄膜材料の通電および遮断との制御された位相関係で同期される、圧縮、移動、膨張および移動の順序を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヒートポンプ要素。
- ECEに対して不活性である不活性物質が、ECEと圧縮との間に温度上昇のバランスを提供するように前記薄膜材料または基板に連結されることを特徴とする請求項14に記載のヒートポンプ要素。
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