JP6772878B2 - Thermal management method - Google Patents

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Description

本発明は、熱マネジメント方法、特に負の電気熱量効果を示す材料を用いた熱マネジメント方法に関する。 The present invention relates to a heat management method, particularly a heat management method using a material exhibiting a negative electric calorific value effect.

現在、熱マネジメントシステム、特に冷却システムには、気体冷媒を用いるシステムが主流である。このようなシステムに代わる熱マネジメントシステムとして、強誘電体または反強誘電体に電場を印加した際のエントロピー変化を利用した吸発熱現象である電気熱量効果(Electrocaloric effect:ECE)を用いる固体冷却システムが検討されている。 Currently, a system using a gaseous refrigerant is the mainstream for a heat management system, particularly a cooling system. As a thermal management system that replaces such a system, a solid-state cooling system that uses the Electrocaloric effect (ECE), which is a heat absorption phenomenon that utilizes the change in entropy when an electric field is applied to a ferroelectric or antiferroelectric. Is being considered.

通常の電気熱量効果(以下、「正の電気熱量効果」ともいう)では、電場印加時に材料の温度が上がり、電場除去時に温度が下がる。しかしながら、一部の反強誘電体では、正の電気熱量効果とは逆に、電場印加時に温度が低下し、電場除去時に温度が上昇する負の電気熱量効果が観測される。 In the normal electric calorific value effect (hereinafter, also referred to as "positive electric calorific value effect"), the temperature of the material rises when an electric field is applied, and decreases when the electric field is removed. However, in some antiferroelectrics, contrary to the positive electrocaloric effect, a negative electrocaloric effect is observed in which the temperature drops when an electric field is applied and the temperature rises when the electric field is removed.

例えば、非特許文献1は、負の電気熱量効果を示す材料として、(Pb0.97La0.02)(Zr0.66Sn0.23Ti0.11)Oの単結晶を開示している。非特許文献1では、P−Eヒステリシスの温度依存性の測定から間接的に電気熱量効果による温度変化ΔTを計算するIndirect EC測定法と呼ばれる手法を用いて、上記の単結晶が正の電気熱量効果と負の電気熱量効果が共存する材料であることを示している。 For example, Non-Patent Document 1, a material exhibiting a negative electric caloric effect, discloses a single crystal of (Pb 0.97 La 0.02) (Zr 0.66 Sn 0.23 Ti 0.11) O 3 ing. In Non-Patent Document 1, the above-mentioned single crystal has a positive electric calorific value by using a method called Direct EC measurement method for indirectly calculating the temperature change ΔT due to the electric calorific value effect from the measurement of the temperature dependence of PE hysteresis. It shows that the material has both an effect and a negative electrocaloric effect.

Fangping Zhuo et al., Applied Physics Letters 108, 082904 (2016)Fangping Zhuo et al., Applied Physics Letters 108, 082904 (2016)

本発明者は、上記のような正の電気熱量効果と負の電気熱量効果が共存する材料系について検討したところ、このような材料系では、正の電気熱量効果と負の電気熱量効果は打ち消しあい、材料系全体としての総合的な電気熱量効果は低下してしまうことに気付いた。 The present inventor examined a material system in which a positive electric heat effect and a negative electric heat effect coexist as described above. In such a material system, the positive electric heat effect and the negative electric heat effect cancel each other out. In addition, I noticed that the overall effect of the amount of electric heat of the material system as a whole is reduced.

本発明は、正の電気熱量効果と負の電気熱量効果が共存する材料系において、より大きな電気熱量効果を得る方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for obtaining a larger electric heat quantity effect in a material system in which a positive electric heat quantity effect and a negative electric heat quantity effect coexist.

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の電場印加方法を用いれば、負の電気熱量効果を示す材料系においても材料系全体としての電気熱量効果を最大限に得ることができることを見出し、本発明に至った。具体的には、電気熱量効果を示す材料に、まず負の電気熱量効果を示す電場を印加し、次いで、正の電気熱量効果を示す電場を印加し、次いで、最初の負の電気熱量効果を示す電場を印加した状態に戻す。このサイクルを繰り返すことにより、正の電気熱量効果と負の電気熱量効果が互いに効果を打ち消し合うことを抑制することができる。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor maximizes the electric heat quantity effect of the material system as a whole even in a material system showing a negative electric heat quantity effect by using a specific electric field application method. We have found that it can be obtained and have reached the present invention. Specifically, an electric field showing a negative electric heat effect is first applied to a material showing an electric heat effect, then an electric field showing a positive electric heat effect is applied, and then the first negative electric heat effect is applied. Return the indicated electric field to the applied state. By repeating this cycle, it is possible to prevent the positive electrocaloric effect and the negative electrocaloric effect from canceling each other out.

本発明の第1の要旨によれば、負の電気熱量効果を示す材料を用いた熱マネジメント方法であって、少なくとも2つの電極と、電極の間に位置する負の電気熱量効果を示す材料から構成される絶縁部とを有して成る熱マネジメント素子に、電気熱量効果を示す材料が負の電気熱量効果を示す電場E1と、電気熱量効果を示す材料が正の電気熱量効果を示す電場E2を、交互に印加することを含む、熱マネジメント方法が提供される。 According to the first gist of the present invention, it is a heat management method using a material exhibiting a negative electric calorific value effect, from at least two electrodes and a material exhibiting a negative electric calorific value effect located between the electrodes. An electric field E1 in which a material showing an electric heat effect shows a negative electric heat effect and an electric field E2 in which a material showing an electric heat effect shows a positive electric heat effect are provided in a heat management element having an insulating portion. , A thermal management method is provided, which comprises applying alternately.

本発明によれば、負の電気熱量効果を示す材料に、電気熱量効果を示す材料が負の電気熱量効果を示す電場E1と、電気熱量効果を示す材料が正の電気熱量効果を示す電場E2を交互に印加することにより、より大きな電気熱量効果を得ることができる。これにより、より効果的な熱マネジメントが可能となる。 According to the present invention, the material showing a negative electric heat effect is an electric field E1 in which the material showing an electric heat effect shows a negative electric heat effect, and the material showing an electric heat effect is an electric field E2 showing a positive electric heat effect. By alternately applying the above, a larger electric calorific value effect can be obtained. This enables more effective heat management.

図1は、本発明に用いられる熱マネジメント素子の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the heat management element used in the present invention. 図2は、本発明に用いられる別の熱マネジメント素子の概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another thermal management element used in the present invention. 図3は、実施例における熱マネジメント素子とモノポーラ電源を含む回路を説明するための回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a circuit including a thermal management element and a monopolar power supply in the embodiment. 図4は、実施例において熱マネジメント素子に印加する電場印加プロファイルである。FIG. 4 is an electric field application profile applied to the heat management element in the embodiment. 図5は、実施例の熱マネジメント素子のΔTの変化を示す。FIG. 5 shows the change in ΔT of the thermal management element of the embodiment. 図6は、比較例において熱マネジメント素子に印加する電場印加プロファイルである。FIG. 6 is an electric field application profile applied to the heat management element in the comparative example. 図7は、比較例の熱マネジメント素子のΔTの変化を示す。FIG. 7 shows the change in ΔT of the thermal management element of the comparative example. 図8は、正の電気熱量効果と負の電気熱量効果が共存する材料におけるΔT(材料の温度変化)の印加電場依存性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the dependence of ΔT (temperature change of the material) on the applied electric field in a material in which a positive electric heat effect and a negative electric heat effect coexist.

以下、本発明の熱マネジメント方法について説明する。 Hereinafter, the thermal management method of the present invention will be described.

「電気熱量効果」とは、特定の材料に電場を印加した場合に、その材料の温度が変化する効果を意味する。かかる温度変化は、電場により材料の双極子の配向が変化することにより生じる。電場を印加してない場合と比較して、電場の印加により材料のエントロピーが増大して、温度が下がる、即ち吸熱する効果を「負の電気熱量効果」という。また、電場の印加により材料のエントロピーが減少して、材料の温度が上がる、即ち放熱する効果を「正の電気熱量効果」という。 The "electric calorific value effect" means an effect in which the temperature of a specific material changes when an electric field is applied to the material. This temperature change is caused by the change in the orientation of the dipoles of the material due to the electric field. Compared with the case where no electric field is applied, the effect of increasing the entropy of the material by applying the electric field and lowering the temperature, that is, absorbing heat is called "negative electric heat quantity effect". Further, the effect of reducing the entropy of the material by applying an electric field and raising the temperature of the material, that is, dissipating heat is called "positive electric calorific value effect".

本発明の熱マネジメント方法では、少なくとも2つの電極と、電極の間に位置する、負の電気熱量効果を示す材料から構成される絶縁部とを有して成る熱マネジメント素子が用いられる。 In the heat management method of the present invention, a heat management element having at least two electrodes and an insulating portion located between the electrodes and made of a material exhibiting a negative electric heat effect is used.

上記負の電気熱量効果を示す材料とは、一定の向きの電場を印加した場合に、電場の大きさに応じて、ある大きさの電場では吸熱し、別の大きさの電場では発熱する材料、典型的には、低電場では吸熱し、高電場では発熱する材料を意味する。典型的な、負の電気熱量効果を示す材料の、ΔT(材料の温度変化)の印加電場依存性図を図8に示す。 The material exhibiting the negative electric heat effect is a material that absorbs heat in an electric field of a certain size and generates heat in an electric field of another size according to the magnitude of the electric field when an electric field in a certain direction is applied. Typically, it means a material that absorbs heat in a low electric field and generates heat in a high electric field. FIG. 8 shows an applied electric field dependence diagram of ΔT (temperature change of the material) of a material exhibiting a typical negative electric heat effect.

上記絶縁部は、負の電気熱量効果を示す材料から構成される。 The insulating portion is made of a material exhibiting a negative electric heat effect.

上記負の電気熱量効果を示す材料としては、例えば、PbZrO、Pb(Zr,Sn,Ti,Nb)O、(Pb,La)(Zr,Ti)O等の反強誘電体セラミックス、PVDF/TrFEコポリマー等の有機性反強誘電体、イミダゾール化合物等のプロトン移動型反強誘電体が挙げられる。 Examples of the material exhibiting the negative electrocaloric effect include antiferroelectric ceramics such as PbZrO 3 , Pb (Zr, Sn, Ti, Nb) O 3 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 . Examples thereof include organic antiferroelectrics such as PVDF / TrFE copolymers and proton transfer type antiferroelectrics such as imidazole compounds.

上記絶縁部の形状は、特に限定されず、例えばシート状、ブロック状、その他種々の形状に成形することができる。好ましくは、絶縁部はシート状またはブロック状である。 The shape of the insulating portion is not particularly limited, and can be formed into, for example, a sheet shape, a block shape, or various other shapes. Preferably, the insulating portion is in the form of a sheet or a block.

上記絶縁部は、上記負の電気熱量効果を示す材料を成形することにより得られる。成形方法は、特に限定されず、圧縮、焼結等を用いることができる。また、樹脂またはガラス等のバインダーと混合して成形してもよい。 The insulating portion is obtained by molding a material exhibiting the negative electrocaloric effect. The molding method is not particularly limited, and compression, sintering, or the like can be used. Further, it may be molded by mixing with a binder such as resin or glass.

上記絶縁部は、少なくとも2つの電極を有する。これらの電極に電圧を印加することにより、電場が形成される。 The insulating part has at least two electrodes. An electric field is formed by applying a voltage to these electrodes.

上記電極を構成する材料としては、特に限定されないが、Ag、Cu、Pt、Ni、Al、Pd、Au、またはこれらの合金(例えば、Ag−Pd等)が挙げられる。中でも、Pt、Ag、PdまたはAg−Pdが好ましい。 The material constituting the electrode is not particularly limited, and examples thereof include Ag, Cu, Pt, Ni, Al, Pd, Au, and alloys thereof (for example, Ag-Pd and the like). Of these, Pt, Ag, Pd or Ag-Pd are preferable.

上記電極の形成方法は、特に限定されず、めっき、蒸着、金属ペーストの焼き付け等を用いることができる。 The method for forming the electrode is not particularly limited, and plating, vapor deposition, baking of a metal paste, or the like can be used.

本発明に用いられる熱マネジメント素子は、少なくとも2つの電極と、これらの電極の間に位置する絶縁部を有していれば、その構成および形状は、特に限定されない。 The structure and shape of the heat management element used in the present invention are not particularly limited as long as it has at least two electrodes and an insulating portion located between these electrodes.

例えば、図1に示すような熱マネジメント素子1aとすることができる。熱マネジメント素子1aは、一対の電極2,4と、該一対の電極の間に位置する絶縁部6とを有して成る。電極2,4間に電圧が印加されると、絶縁部6に電場が印加される。その結果、絶縁部6は、電気熱量効果を示す。 For example, the thermal management element 1a as shown in FIG. 1 can be used. The thermal management element 1a includes a pair of electrodes 2 and 4 and an insulating portion 6 located between the pair of electrodes. When a voltage is applied between the electrodes 2 and 4, an electric field is applied to the insulating portion 6. As a result, the insulating portion 6 exhibits an electric heat quantity effect.

また、図2に示すような熱マネジメント素子1bとすることができる。熱マネジメント素子1bにおいて、複数の内部電極12a,12bと、複数の絶縁部14が交互に積層されている。内部電極12aおよび12bは、それぞれ、熱マネジメント素子1bの端面に配置される外部電極16aおよび16bに、電気的に接続されている。外部電極16aおよび16bから電圧を印加すると、内部電極12aおよび12b間に電場が印加される。その結果、絶縁部14は、電気熱量効果を示す。 Further, the heat management element 1b as shown in FIG. 2 can be used. In the thermal management element 1b, a plurality of internal electrodes 12a and 12b and a plurality of insulating portions 14 are alternately laminated. The internal electrodes 12a and 12b are electrically connected to the external electrodes 16a and 16b arranged on the end faces of the heat management element 1b, respectively. When a voltage is applied from the external electrodes 16a and 16b, an electric field is applied between the internal electrodes 12a and 12b. As a result, the insulating portion 14 exhibits an electric heat quantity effect.

上記の熱マネジメント素子は、典型的には、モノポーラ電源を含む回路に接続される。 The thermal management element described above is typically connected to a circuit that includes a monopolar power supply.

本発明の方法は、熱マネジメント素子の絶縁部への電場の印加方法を特徴とする。以下、電場の印加方法は、下記(1)〜(4)の工程を含む。 The method of the present invention is characterized by a method of applying an electric field to an insulating portion of a heat management element. Hereinafter, the method of applying an electric field includes the following steps (1) to (4).

(1) 絶縁部に、電気熱量効果を示す材料が負の電気熱量効果を示す電場E1を印加する。
(2) 絶縁部に電場E1が印加された状態から、電気熱量効果を示す材料が正の電気熱量効果を示す電場E2が印加された状態とする。
(3) 絶縁部に電場E2が印加された状態から、電気熱量効果を示す材料が負の電気熱量効果を示す電場E1が印加された状態とする。
(4) 上記の工程(2)および工程(3)を繰り返す。
(1) An electric field E1 in which the material exhibiting the electric calorific value effect exhibits a negative electric calorific value effect is applied to the insulating portion.
(2) From the state in which the electric field E1 is applied to the insulating portion, the state in which the electric field E2 showing the positive electric heat effect is applied to the material showing the electric heat effect.
(3) From the state in which the electric field E2 is applied to the insulating portion, the state in which the material showing the electric heat quantity effect is applied to the electric field E1 showing the negative electric heat quantity effect.
(4) The above steps (2) and (3) are repeated.

電場E1は、負の電気熱量効果を示す材料(以下、単に「電気熱量効果材料」ともいう)が負の電気熱量効果を示す電場であれば特に限定されない。例えば、図8において、E1は、ΔTが0未満となる電場である。 The electric field E1 is not particularly limited as long as the material exhibiting a negative electric calorific value effect (hereinafter, also simply referred to as “electric calorific value effect material”) is an electric field exhibiting a negative electric calorific value effect. For example, in FIG. 8, E1 is an electric field in which ΔT is less than 0.

好ましくは、E1は、電気熱量効果材料が最大の負の電気熱量効果を示す電場以上の高電場(以下、「E1’」ともいう)であり得る。より好ましくは、E1は、電気熱量効果材料が最大の負の電気熱量効果を示す電場(以下、「E1max」ともいう)であり得る。ここに、「電気熱量効果を示す材料が最大の負の電気熱量効果を示す電場」とは、ΔTが負側に最大となる電場である。また、「電気熱量効果を示す材料が最大の負の電気熱量効果を示す電場以上の高電場」とは、上記E1max以上の高電場であって、負の電気熱量効果を示す電場である。例えば、図8において、E1maxは、ΔTが極小値となる電場である。E1’は、ΔTが0未満となる電場であって、ΔTが極小値となる電場以上の電場である。 Preferably, E1 can be a high electric field (hereinafter, also referred to as "E1'") equal to or higher than the electric field in which the electric calorific value effect material exhibits the maximum negative electric calorific value effect. More preferably, E1 may be an electric field (hereinafter, also referred to as "E1 max ") in which the electrocaloric effect material exhibits the greatest negative electrocaloric effect. Here, the "electric field in which the material showing the electric heat quantity effect shows the maximum negative electric heat quantity effect" is the electric field in which ΔT is the maximum on the negative side. Further, the "high electric field equal to or higher than the electric field in which the material showing the electric heat quantity effect shows the maximum negative electric heat quantity effect" is the high electric field having E1 max or more and showing the negative electric heat quantity effect. For example, in FIG. 8, E1 max is an electric field in which ΔT is the minimum value. E1'is an electric field in which ΔT is less than 0, and is an electric field greater than or equal to the electric field in which ΔT is the minimum value.

絶縁部に電場E1が印加された状態において、絶縁部を構成する電気熱量効果材料は、電場を印加していない状態と比較して、エントロピーが増大している。特に、印加する電場がE1maxである場合に、電気熱量効果材料のエントロピーは最大となる。 In the state where the electric field E1 is applied to the insulating portion, the entropy of the electrocaloric effect material constituting the insulating portion is increased as compared with the state in which the electric field is not applied. In particular, when the applied electric field is E1 max , the entropy of the electrocaloric effect material is maximized.

電場E2は、電気熱量効果材料が正の電気熱量効果を示す電場であれば特に限定されない。例えば、図8において、E2は、ΔTが0より大きい値となる電場である。 The electric field E2 is not particularly limited as long as the electric heat quantity effect material exhibits a positive electric heat quantity effect. For example, in FIG. 8, E2 is an electric field in which ΔT has a value larger than 0.

好ましくは、E2は、絶縁部が絶縁破壊を生じない最大の電圧により与えられる電場(以下、「E2max」ともいう)であり得る。 Preferably, E2 can be an electric field (hereinafter, also referred to as "E2 max ") applied by the maximum voltage at which the insulating portion does not cause dielectric breakdown.

絶縁部に電場E2が印加された状態において、絶縁部を構成する電気熱量効果材料は、電場を印加していない状態と比較して、エントロピーが減少している。特に、印加する電場がE2maxである場合に、電気熱量効果材料のエントロピーはより小さくなる。 When the electric field E2 is applied to the insulating portion, the entropy of the electrocaloric effect material constituting the insulating portion is reduced as compared with the state where the electric field is not applied. In particular, when the applied electric field is E2 max , the entropy of the electrocaloric effect material becomes smaller.

上記工程(1)において、絶縁部に電場E1を印加することにより、絶縁部に電場E1が印加された状態が得られる。上記したように、この状態においては、絶縁部を構成する電気熱量効果材料は、電場が印加されていない状態と比較して、エントロピーが増大している。 By applying the electric field E1 to the insulating portion in the above step (1), a state in which the electric field E1 is applied to the insulating portion can be obtained. As described above, in this state, the entropy of the electrocaloric effect material constituting the insulating portion is increased as compared with the state in which no electric field is applied.

次いで、工程(2)において、この状態から、絶縁部に印加する電場をE1からE2に変更することにより、絶縁部に電場E2が印加された状態が得られる。 Then, in the step (2), by changing the electric field applied to the insulating portion from E1 to E2 from this state, a state in which the electric field E2 is applied to the insulating portion can be obtained.

上記したように、電場E2が印加された状態においては、絶縁部を構成する電気熱量効果材料は、電場が印加されていない状態と比較して、エントロピーが減少している。即ち、絶縁部に電場E1が印加された状態から、絶縁部に電場E2が印加された状態とすることにより、電場が印加されていない状態よりもエントロピーが大きい状態から、電場が印加されていない状態のエントロピーを越えて、電場が印加されていない状態よりもエントロピーが小さい状態となっている。従って、電場E1が印加された状態のエントロピーをEn1、電場E2が印加された状態のエントロピーをEn2、電場が印加されていない状態のエントロピーをEn0とすると、En1>En0>En2となる。即ち、工程(2)におけるエントロピーの減少量は、En1−En2となる。これは、電場が印加されていない状態からE2を印加する従来の方法によるエントロピーの減少量、En0−En2よりも大きくなる。即ち、本発明のマネジメント方法を用いることにより、従来の熱マネジメント方法よりも、より大きな熱を放出することが可能になる。 As described above, in the state where the electric field E2 is applied, the entropy of the electrocaloric effect material constituting the insulating portion is reduced as compared with the state where the electric field is not applied. That is, by changing the state in which the electric field E1 is applied to the insulating portion to the state in which the electric field E2 is applied to the insulating portion, the entropy is larger than that in the state in which the electric field is not applied, and the electric field is not applied. Beyond the entropy of the state, the entropy is smaller than that in the state where no electric field is applied. Therefore, if the entropy in the state where the electric field E1 is applied is En1, the entropy in the state where the electric field E2 is applied is En2, and the entropy in the state where the electric field is not applied is En0, then En1> En0> En2. That is, the amount of reduction in entropy in step (2) is En1-En2. This is larger than the amount of reduction in entropy by the conventional method of applying E2 from the state where no electric field is applied, En0-En2. That is, by using the management method of the present invention, it is possible to release a larger amount of heat than the conventional heat management method.

次いで、工程(3)において、絶縁部に電場E2が印加された状態から、絶縁部に印加する電場をE2からE1に変更することにより、絶縁部に電場E1が印加された状態が得られる。 Next, in the step (3), the electric field E1 is applied to the insulating portion by changing the electric field applied to the insulating portion from E2 to E1 from the state where the electric field E2 is applied to the insulating portion.

この工程において、絶縁部を構成する電気熱量効果材料のエントロピーは、En2からEn0を越えて増大し、En1となる。即ち、工程(3)におけるエントロピーの増加量は、En1−En2となる。これは、E2を印加した状態から電場を除去する従来の方法によるエントロピーの増加量、En0−En2よりも大きくなる。即ち、本発明のマネジメント方法を用いることにより、従来の熱マネジメント方法よりも、より大きな熱を吸収することが可能になる。 In this step, the entropy of the electrocaloric effect material constituting the insulating portion increases from En2 beyond En0 to become En1. That is, the amount of increase in entropy in step (3) is En1-En2. This is larger than the amount of increase in entropy by the conventional method of removing the electric field from the state where E2 is applied, En0-En2. That is, by using the management method of the present invention, it is possible to absorb a larger amount of heat than the conventional heat management method.

次いで、工程(3)と工程(2)を繰り返すことにより(工程(4))、従来の方法よりも大きな熱を放出および吸収することができる。 Then, by repeating step (3) and step (2) (step (4)), it is possible to release and absorb a larger amount of heat than the conventional method.

好ましい態様において、E1はE1’である。E1をE1’とすることにより、E2との電場の大きさの差が小さくなり、電場の制御が容易になる。また、E1’からE2、またはE2からE1’への電場の変化において、電気熱量効果材料が、ΔTが負側に極大となる状態(極大のエントロピーとなる状態)、即ち、電気熱量効果材料の双極子が最も乱れた状態を経由しないことから、安定した電気熱量効果を示すことができる。 In a preferred embodiment, E1 is E1'. By setting E1 to E1', the difference in the magnitude of the electric field from E2 becomes small, and the control of the electric field becomes easy. Further, in the change of the electric field from E1'to E2 or from E2 to E1', the electrocaloric effect material has a state in which ΔT becomes maximum on the negative side (a state in which ΔT becomes maximum entropy), that is, the electrocaloric effect material. Since the dipole does not go through the most disturbed state, a stable entropy effect can be exhibited.

より好ましい態様において、E1はE1maxである。E1をE1maxとすることにより、工程(2)の状態のエントロピーがより大きくなり、工程(2)と工程(3)の間のエントロピーの差がより大きくなる。これにより、より効率的な熱マネジメントが可能になる。 In a more preferred embodiment, E1 is E1 max . By setting E1 to E1 max , the entropy of the state of the step (2) becomes larger, and the difference in entropy between the steps (2) and the step (3) becomes larger. This enables more efficient heat management.

好ましい態様において、E2はE2maxである。E2をE2maxとすることにより、工程(3)の状態のエントロピーがより小さくなり、工程(2)と工程(3)の間のエントロピーの差がより大きくなる。これにより、より効率的な熱マネジメントが可能になる。 In a preferred embodiment, E2 is E2 max . By setting E2 to E2 max , the entropy of the state of the step (3) becomes smaller, and the difference in entropy between the steps (2) and the step (3) becomes larger. This enables more efficient heat management.

さらに好ましい態様において、E1がE1maxであり、かつ、E2がE2maxである。E1をE1maxとすることによって、工程(2)の状態のエントロピーがより大きくなり、E2をE2maxとすることによって、工程(3)の状態のエントロピーがより小さくなり、工程(2)と工程(3)の間のエントロピーの差がより大きくなる。これにより、より効率的な熱マネジメントが可能になる。 In a more preferred embodiment, E1 is E1 max and E2 is E2 max . By setting E1 to E1 max , the entropy of the state of step (2) becomes larger, and by setting E2 to E2 max , the entropy of the state of step (3) becomes smaller, and the entropy of the state of step (2) and step (2) becomes smaller. The difference in entropy between (3) becomes larger. This enables more efficient heat management.

本発明の熱マネジメント方法を用いることにより、効率的な熱搬送デバイス、特に冷却デバイスを得ることができる。 By using the heat management method of the present invention, an efficient heat transfer device, particularly a cooling device, can be obtained.

従って、本発明は、本発明の熱マネジメント方法を利用した熱搬送デバイスをも提供する。 Therefore, the present invention also provides a heat transfer device using the heat management method of the present invention.

さらに、本発明は、本発明の熱搬送デバイスを有して成る電子部品、ならびに本発明の熱搬送デバイスまたは電子部品を有して成る電子機器をも提供する。 Furthermore, the present invention also provides an electronic component comprising the heat transfer device of the present invention, and an electronic device comprising the heat transfer device or the electronic component of the present invention.

電子部品としては、特に限定するものではないが、例えば、中央処理装置(CPU)、ハードディスク(HDD)、パワーマネージメントIC(PMIC)、パワーアンプ(PA)、トランシーバーIC、ボルテージレギュレータ(VR)などの集積回路(IC)、発光ダイオード(LED)、白熱電球、半導体レーザーなどの発光素子、電界効果トランジスタ(FET)などの熱源となり得る部品、および、その他の部品、例えば、リチウムイオンバッテリー、基板、ヒートシンク、筐体等の電子機器に一般的に用いられる部品が挙げられる。 The electronic components are not particularly limited, but for example, a central processing unit (CPU), a hard disk (HDD), a power management IC (PMIC), a power amplifier (PA), a transceiver IC, a voltage regulator (VR), and the like. Integrated circuits (ICs), light emitting diodes (LEDs), incandescent light bulbs, light emitting elements such as semiconductor lasers, components that can be heat sources such as field effect transistors (FETs), and other components such as lithium ion batteries, substrates, and heat sinks. , Parts generally used for electronic devices such as housings.

電子機器としては、特に限定するものではないが、例えば、携帯電話、スマートフォン、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレット型端末、ハードディスクドライブ、データサーバー等が挙げられる。 The electronic device is not particularly limited, and examples thereof include a mobile phone, a smartphone, a personal computer (PC), a tablet terminal, a hard disk drive, and a data server.

実施例
電気熱量効果材料素子としてPb0.99[(Zr0.5Sn0.50.97Ti0.030.98Nb0.02セラミックを用い、電極材料としてPtを用いた、積層型熱マネジメント素子を準備した。
Pb 0.99 [(Zr 0.5 Sn 0.5 ) 0.97 Ti 0.03] 0.98 Nb 0.02 O 3 with ceramic as in Example electrical heat effect material element, use Pt as the electrode material We prepared a laminated thermal management element.

上記で得られた積層型熱マネジメント素子と、モノポーラ電源を直列に接続し、図3に示すような回路を得た。この回路を用いて、積層型熱マネジメント素子の電極に電圧を印加することにより、電場E1とE2とが交互に印加される矩形波状の電場印加プロファイル(図4)により、積層型熱マネジメント素子に電場を印加した。尚、電場はE1=10MV/m(電圧300V)、E2=20MV/m(電圧600V)である。 The laminated thermal management element obtained above and a monopolar power supply were connected in series to obtain a circuit as shown in FIG. By applying a voltage to the electrodes of the stacked heat management element using this circuit, a rectangular wave-shaped electric field application profile (FIG. 4) in which electric fields E1 and E2 are alternately applied to the stacked heat management element. An electric field was applied. The electric field is E1 = 10 MV / m (voltage 300 V) and E2 = 20 MV / m (voltage 600 V).

電場を変化させた時の積層型熱マネジメント素子の温度を、φ=0.5mmの極細熱電対とデジタルマルチメータを用いて連続的に読み取ることにより、電気熱量効果による温度変化ΔTを測定した。結果を図5に示す。 The temperature change ΔT due to the electric heat quantity effect was measured by continuously reading the temperature of the laminated heat management element when the electric field was changed using an ultrafine thermocouple having φ = 0.5 mm and a digital multimeter. The results are shown in FIG.

比較例
E1に対応する電場を0MV/m(電圧0V)としたこと以外は、上記実施例と同様の操作により、電気熱量効果による温度変化ΔTを測定した。電場印加プロファイルを図6に、結果を図7に示す。
The temperature change ΔT due to the electric heat quantity effect was measured by the same operation as in the above embodiment except that the electric field corresponding to Comparative Example E1 was set to 0 MV / m (voltage 0 V). The electric field application profile is shown in FIG. 6 and the results are shown in FIG.

図5および図7から、10MV/m−20MV/mサイクルで電場を印加する実施例は、0MV/m−20MV/mサイクルで電場を印加する比較例よりも、ΔTが大きくなることが確認された。 From FIGS. 5 and 7, it was confirmed that the example in which the electric field was applied at a cycle of 10 MV / m-20 MV / m had a larger ΔT than the comparative example in which the electric field was applied at a cycle of 0 MV / mV / mV / m. It was.

本発明の熱マネジメント方法は、種々の電子機器、例えば、熱対策問題が顕著化している携帯電話などの小型電子機器の熱マネジメントデバイス、特に冷却デバイスにおいて好適に利用することができる。 The heat management method of the present invention can be suitably used in various electronic devices, for example, heat management devices of small electronic devices such as mobile phones in which heat countermeasure problems are becoming prominent, particularly cooling devices.

1a,1b…熱搬送デバイス
2,4…電極
6…誘電体部
12a,12b…内部電極
14…誘電体層
16a,16b…外部電極
1a, 1b ... Heat transfer device 2,4 ... Electrode 6 ... Dielectric part 12a, 12b ... Internal electrode 14 ... Dielectric layer 16a, 16b ... External electrode

Claims (3)

負の電気熱量効果を示す材料を用いた熱マネジメント方法であって、
少なくとも2つの電極と、電極の間に位置する負の電気熱量効果を示す材料から構成される絶縁部とを有して成る熱マネジメント素子に、電気熱量効果を示す材料が負の電気熱量効果を示す電場E1と、電気熱量効果を示す材料が正の電気熱量効果を示す電場E2を、交互に印加することを含む、熱マネジメント方法。
It is a heat management method using a material that shows a negative electric calorific value effect.
A material exhibiting an electric calorific effect exerts a negative electrocaloric effect on a heat management element having at least two electrodes and an insulating portion composed of a material exhibiting a negative electrocaloric effect located between the electrodes. A thermal management method comprising alternately applying an electric field E1 shown and an electric field E2 in which a material showing a positive electric heat effect shows a positive electric heat effect.
E1が、電気熱量効果を示す材料が最大の負の電気熱量効果を示す電場E1maxである、請求項1に記載の熱マネジメント方法。 The heat management method according to claim 1, wherein E1 is an electric field E1 max in which the material exhibiting the electric calorific value effect has the maximum negative electric calorific value effect. E2が、絶縁部が絶縁破壊を生じない最大の電場E2maxである、請求項1または2に記載の熱マネジメント方法。 The thermal management method according to claim 1 or 2, wherein E2 is the maximum electric field E2 max at which the insulating portion does not cause dielectric breakdown.
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