CN103827601B - 异质电热效应热传递 - Google Patents

Abstract

本文总体上描述了用于电热效应热传递装置、方法和系统的技术，该技术可以利用向与热分布层联接的相邻热传递叠层协调施加异相电信号而有效地从热源传递和分布热能。一些电热效应热传递叠层可以包括电热效应材料和热整流材料的交替层。异相电信号产生电场，该电场将一个热传递叠层的电热效应材料偏压向热相从而发出热能，同时将相邻热传递叠层的电热效应材料偏压向冷相从而吸收热能。热分布层允许热能从处于热相的材料分布到处于冷相的相邻叠层的材料而不是回流到热源。

Description

异质电热效应热传递

相关申请的交叉参考

本申请与2010年6月18日提交的名称为“Electrocaloric Effect Materials andThermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的共同未决申请序列号PCT/US2010/039200、2010年12月17日提交的名称为“Electrocaloric Effect Materialsand Thermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的对应美国国家阶段申请的申请序列号12/999,684和2011年9月21日提交的名称为“Electrocaloric Effect Heat TransferDevice Dimensional Stress Control（电热效应热传递装置的尺寸应力控制）”的共同未决申请序列号PCT/US11/52569相关，这里通过参考将上述每个申请整体结合在本文中。

技术领域

本公开涉及异质电热效应热传递。

背景技术

除非这里另有说明，在该部分中描述的材料不是该申请中的权利要求的现有技术，并且也未被允许通过包含在该部分中而成为现有技术。

电热效应材料是当经受施加电压时能够经历温度变化的材料。在去除所施加的电压时这种温度变化能够被逆转。通过在物理上将电热效应材料联接至热源和从热源分离，能够在一个方向上比在另一个方向上更大数量地动态传递热能。所描述的原理可以应用于热传递装置，可以利用这种热传递装置将热能从热源传递走。

本公开认识到，利用电热效应材料的热传递装置可能经受各种性能低效率。具体地说，尽管在施加电信号或电压时电热效应材料可以吸收热能，但是当电压被去除时这种效应逆转。可以使用热整流材料来阻止热能从相邻的电热效应材料沿朝向被冷却的源的方向回流，然而，在其中不向接近热源的电热效应材料施加电压的周期过程中，热能可能被热源再次吸收，或者至少没有有效地从热源消散。结果，利用传统电热效应材料的热传递装置可能在从热源移除热能方面无法高效地操作。

发明内容

本公开总体了描述了用于电热效应热传递装置和方法的技术，该技术可以有效地增加电热效应材料热传递装置的操作效率。根据一些示例实施方式，热传递装置可以包括多个彼此相邻定位的热传递叠层。每个热传递叠层均可以包括电热效应材料和以与该电热效应材料热接触的方式布置的热整流材料。热分布层可以定位在所述热传递叠层和热源之间，从而使得该热分布层能够与每个热传递叠层的第一层和热源进行热接触。所述热分布层可以被构造成将热能从所述热源传递至所述热传递叠层以及在相邻热传递叠层之间传递热能。

本公开还总体上描述了可以用来从热源传递热能的方法。一些示例方法可以包括响应于第一时钟信号横跨第一子集热传递叠层施加电场。在该电场的施加过程中，可以通过位于所述热源和所述热传递叠层之间的热分布层将热能从所述热源传递到所述第一子集热传递叠层中。在施加了第一电场之后，可以响应于第二时钟横跨第二子集热传递叠层施加第二电场。在第二电场的施加过程中，可以通过所述热分布层将热能传递到所述第二子集热传递叠层中。

本公开总体上还描述了热传递系统。根据一些示例实施方式，热传递系统可以包括以具有两个或更多个子集热传递叠层的阵列布置的多个热传递叠层。所述第一子集可以被构造成在响应于第一时钟信号施加电场的情况下操作，而所述第二子集可以被构造成在响应于相对于所述第一时钟信号基本异相的第二时钟信号施加第二电场的情况下操作。每个热传递叠层可以包括电热效应材料、适合于施加合适电场的电极和布置成与电热效应材料热接触的热整流材料。热分布层可以被热联接至所述热传递叠层并且可以被构造成热联接至热源以有效地将热能从所述热源传递到所述热传递叠层。

上述概括仅仅是例示性的，并且绝不是为了进行限制。除了以上描述的图示方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和如下详细描述，另外的方面、实施方式和特征也将变得明显。

附图说明

从结合附图给出的如下说明和所附权利要求，该公开的上述和其他特征将变得更完全清楚。认识到这些附图仅仅描绘了根据所述公开的若干个实施方式并且因此不能认为这些附图是本公开的范围的限制，将通过使用附图以附加的特别性和细节来描述该公开，在附图中：

图1是示出了利用电热效应热传递装置的电热效应热传递系统的示例的功能框图，该电热效应热传递装置具有多个热传递叠层和热分布层；

图2是电热效应热传递系统的示例热传递叠层的立体图；

图3是示例电热效应热传递装置的侧视图，示出了向与热源直接接触的相邻热传递叠层施加同相电场的热相过程中的热能传递路径；

图4是示例电热效应热传递装置的侧视图，示出了向经由热分布层与热源接触的相邻热传递叠层施加反相电场的过程中的热能传递路径；

图5是在热分布层上具有矩形热传递叠层阵列的示例电热效应热传递装置的立体图，示出了反向电场施加模式；

图6是在热分布层上具有六边形热传递叠层阵列的示例电热效应热传递装置的俯视图，示出了反向电场施加模式；

图7是示出了用于实现利用反相施加电场的电热效应热传递装置的示例过程的流程图；以及

图8是示出了与示例控制器对应的计算机硬件架构的框图，

所有都是根据这里描述的至少一些实施方式布置的。

具体实施方式

在如下的详细描述中，对形成了该描述的一部分的附图进行了参考。在附图中，类似的符号通常表示类似部件，除非上下文另有说明。在详细描述、附图和权利要求中描述的例示性实施方式不意味着限制。在不脱离这里呈现的主题内容的精神或范围的情况下可以采用其他实施方式，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如这里概括描述且在附图中例示的本公开的各个方面可以以各种不同构造进行布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都可以在这里明确地预期到。

本公开总体上特别集中于电热效应热传递技术，这种热传递技术利用向与热分布层联接的相邻热传递叠层协调地施加定相电信号，以有效地将热能从源传递走并进行分布。出于该公开之目的，热传递装置（或热泵）可以对应于利用这里描述的各种热传递技术的任何装置。在一些例示性实施中，电热效应热传递装置可以被构造成利用多个相邻的（例如任何数量的行和列）热传递叠层。每个热传递叠层均可以包括电热效应材料和热整流材料的交替层。热分布层可以位于热源和热传递叠层之间。施加至热传递叠层的电信号相对于彼此基本上是异相的（例如，大约180度的异相），从而产生对应的电场，该电场将一个热传递叠层中的电热效应材料偏压到热相，从而发出热或热能，同时将相邻的热传递叠层中的电热效应材料偏压到冷相，从而吸收热或热能。热分布层允许来自热相中的电热效应材料层的热能的相当大的部分分布到冷相中的相邻热传递叠层的电热效应材料层而不是将热能传递回至热源。由于所描述的该技术，因此热传递效率可以显著地增加。

图1是示出了利用电热效应热传递装置102的示例电热效应热传递系统100的功能框图，该电热效应热传递装置102具有根据这里描述的至少一些实施方式布置的多个热传递叠层104A至104N以及热分布层122。热传递叠层104A至104N可以统称为104。如之前陈述的，每个热传递叠层104均可以包括被构造成将热能从热源106传递至热泵108的电热效应材料和热整流材料的交替层。每个热传递叠层104均可以包括至少一个电热效应材料层和一个热整流层，不过在该公开的范围内可以使用任意层数的这两种材料。

根据这里描述的各种实施方式，电热效应热传递装置102可以经由电热效应热传递装置102的热分布层122热联接至热源106。热分布层122的一个表面116可以热联接至待冷却的热源106，而热分布层122的相对表面118可以热联接至每个热传递叠层104的第一层。在电热效应热传递装置102的相对端上，每个热传递叠层104的表面119均可以热联接至热泵108，该热泵108可以通过电热效应热传递装置102传递来自热源106的热能。

电热效应热传递装置102的热分布层122可以包括具有比热源106高的导热率的任何材料。适合于热分布层122的示例材料包括但不限于金刚石、银、金、硅以及各种金属。热分布层122可以附加地结合到热源106中，以便如果热源106具有适当高的导热率的话则该热源本身在相邻热传递叠层104之间分布热能。热分布层122可以被构造成热油脂、凝胶、膏剂、或其他固体或半固体；导热粘合剂和粘合带；焊剂；铜或其他金属镀层；以及导热垫片。热分布层122可以被附加地构造成用于电子电路的基板支座或热接地面（thermal ground plane）。下面将参照图4更详细地讨论热分布层122。

电热效应热传递装置102可以经由两组或更多组电极114电联接至电源110。应该认识到，尽管电极114在图1中被描绘为单个方形或矩形，但是实现方案可以包括在整个电热效应热传递装置102上适当地定位的任意数量和类型的电极114，其中所述电极可操作而使得热传递叠层104的各种电热效应材料层经受由电源110提供的电场。例如，如下面将参照图2进一步详细地描述的，每个热传递叠层104均可以包括电热效应材料和热整流材料的交替层。

根据一些实现方案，可以将两个电极114定位在电热效应材料层的相对两侧上，可选地包围相邻的热整流材料层。在2010年6月18日提交的名称为“ElectrocaloricEffect Materials and Thermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的申请序列号PCT/US2010/039200和2010年12月17日提交的名称为“Electrocaloric Effect Materialsand Thermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的对应美国国家阶段申请的美国申请序列号12/999,684中进一步描述和图示了电极114，这里通过参考将这两个申请整体地结合在本文中。

在一些示例中，可以从电源110向电极114施加电极控制信号，以横跨相关的电热效应材料有效地产生电场。可以向热传递叠层104内的每隔一个电热效应材料层（例如交替层）的电极114基本同时地施加相同或类似的电极控制信号。由于热传递叠层104内的每隔一个电热效应材料层能够经受电场作用而产生冷相，因此居间的电热效应材料层基本上不经受电场的作用，这在那些层中产生了热相。由于电极控制信号能够被周期地施加至电热效应材料的交替层，因此热能在从热源106到热泵108的方向上从热相层被传递到冷相层。

电极控制信号可以是有效地产生电热效应材料内的期望温度变化以及对应热传递作用的任何类型的信号，所述对应的热传递作用可以方便将热能从热源106传递走。根据一些实现方案，电极控制信号可以是诸如电压或电流之类的振荡信号。振荡信号可以作为各种信号波形中的任一种来提供。在一些示例中，振荡信号可以作为具有规定幅值的直流（DC）电压或DC电流的脉冲信号来提供，该脉冲信号以指定占空比和周期导通或关断（或简单地在上电压和下电压之间）。在一些附加示例中，该振荡信号可以作为具有指定幅值、频率、相位和DC偏移的交流（AC）电压或AC电流的正弦信号来提供。在另外附加示例中，该振荡信号可以作为具有指定幅值、速率、周期和DC偏移的斜坡或锯齿信号来提供。在另外其他示例中，该振荡信号可以作为具有指定幅值、第一斜率（例如，增加）、第二斜率（例如，减少）、周期和DC偏移的三角信号来提供。还可以想到附加的波形或波形的组合。

根据这里描述的一些实现方案，被提供给热传递叠层104的一个子集的电子控制信号作为与同时提供给热传递叠层104的相邻子集的电子控制信号异相180度的信号来提供。在这样做时，热传递叠层的第一子集中的电热效应材料层处于热相，从而发出热能，而第二子集的相邻热传递叠层中的对应层处于冷相，从而吸收热量。

如上所述，在任意给定时刻，热传递叠层104内的电热效应材料的交替层能够在冷相和热相之间交替以有效地通过该叠层传递热能。出于本公开之目的，“相邻热传递叠层中的对应层”可以指类似地位于叠层内的相邻热传递叠层内的层。因此，当最靠近热分布层的第一电热效应材料层处于冷相时，在相邻叠层中最靠近热分布层的第一电热效应材料层可以处于热相。这样，被提供给热传递叠层104的一个子集的电子控制信号可以作为与基本同时提供给热传递叠层104的相邻子集的电子控制信号异相180的信号来提供。热分布层允许来自处于热相的电热效应材料层的热能的相当大的部分分布到处于冷相的相邻热传递叠层的电热效应材料层，而不是将该热能传递回到热源，这可以增加电热效应热传递装置102的效率。

电热效应热传递系统100可以包括控制器112，该控制器112被构造成操作地控制从电源110施加至电极114的电极控制信号，以产生驱动热能通过该系统进行传递的电场。该控制器112可以被构造成操作地控制处于两个反相的电极控制信号向热传递叠层104的两个子集的施加。控制器112可以包括任何类型的控制器设备，该控制器设备包括但不限于特别根据热传递叠层104的合适子集以期望波形特征提供电极控制信号的计算机硬件和/或软件。控制器112可以被包括为电热效应热传递装置102的一部分，或者可以是如图1所示的电热效应热传递系统100的外部元件。下面将参照图8更详细地描述如根据至少一些实施方式布置的控制器112。

应该认识到，热源106可以是在操作过程中可产生或吸收热能的任何电子元件、计算机元件、器具或任何装置。类似地，热泵108可以包括任何导热材料，例如金属或金属合金散热材料。在一些示例中，热泵108可以包括计算机壳体或电子器件壳体构成，这些壳体作为能够在热源106的任何操作温度下从电热效应热传递装置102接收热能的导热材料。另选地，热泵108可以包含气体或液体，而不是包含金属或其他固态材料。在一些实现方案中，热泵108可以既可以包括传导材料又可以包括液体或气体，诸如热管设备，在该热管设备中，热管的内部可以包括液体/气体，而热管的外部可以是金属合金。还可以想到导热材料、液体和气体的附加组合。示例导热材料可以包括但不限于铝、铜、银、金、铂、钨和其他金属或金属合金。尽管相比于上述的金属和金属合金导热性较低，但是也可以想到适合于高温的其他材料，诸如陶瓷。适合于本申请的示例气体可以包括空气、氮气、氦气和其他气体。无腐蚀性气体可以适合于本申请，包括多组分气体混合物，诸如氦-氙混合物。适合于本申请气体的示例液体可以包括水、液氮、液氦、乙二醇、酒精和离子性液体。

图2是根据这里描述的至少一些实施方式布置的电热效应热传递系统100的示例热传递叠层104的立体图。热传递叠层104可以热联接至热源106。根据该示例，热传递叠层104可以包括电热效应材料202和热整流材料204的交替层。热整流材料204的层可以位于热分布层122和第一层电热效应材料202之间。如在图4中更清晰可见的，热整流材料204的第一表面邻接热分布层122的顶表面，热整流材料204的相对的第二表面邻接第一层电热效应材料202的表面。热分布层122的底表面邻接热源106的顶表面。这样，第一层电热效应材料202与热源106间接热接触，而与热整流材料204直接热接触。由于振荡电压或其他电极控制信号能够被供应至联接至电热效应材料202的层的电极114，所得到的电场偏压电热效应材料以方便热能通过热传递叠104的层而从热源106传递走。

电热效应材料202可以包括在施加电子控制信号（诸如外加电压）时经历温度变化以产生偏压电热效应材料以方便热能传递的电场的任何合适的电热效应材料。电热效应材料202可以在单个热传递叠层104的各层上都是基本均质的，这是因为每个层均可以包括相同特性，包括但不限于电热效应材料的类型以及层的尺寸和形状。另选地，电热效应材料202的层可以是异质的，因为它们在单个热传递叠层104内在任何特性方面都不同。根据一些实施方式，异质热传递叠层104包括膨胀和收缩电热效应材料202的组合，以便控制热传递叠层104的尺寸变化，这种尺寸变化在施加或去除电场时可能发生。在2011年9月21日提交的名称为“Electrocaloric Effect Heat TransferDevice Dimensional Stress Control（电热效应热传递装置尺寸应力控制）”的未决申请序列号PCT/US11/52569中进一步描述和例示这些及其他应力控制技术，这里通过参考将该申请整体结合在本文中。

还可以被称为热二极管的热整流材料204可以具有非对称热传导特性，其中热能可以在一个总体方向上比在另一个方向上更容易输送，如图2中的空白箭头所示。阐述热整流材料204的热传递特性的另一种方式是，该热整流材料204可以被构造成在将电场从对应的热传递叠层104移除之后阻挡热能在从热泵108到热源106的方向上传递。尽管出于清楚原因，将热整流材料204的每个层都示出为均匀片材，但是应该认识到，根据各种实现方案，热整流材料204可以包括具有不同导热率的温度系数的适当材料的任何数量的匀均或不均匀片材。具有不同导热率的温度系数的材料可以被构造成彼此热接触，或者可以利用热管、致动器或能够适合于允许热能在一个方向上比在另一个方向上更容易流动的任何其他实施。而且，类似于以上讨论的单个热传递叠层104内的电热效应材料202，热整流材料204的特征在单个热传递叠层104的各层上可以都是基本均质的，这是因为每个热整流材料层都可以包括与其他热整流材料层相同的特征，包括但不限于热整流材料的类型以及层的尺寸和形状。另选地，热整流材料204的层可以在单个热传递叠层104内在任何特性方面都不同。

单个热传递叠层104的精确特性可以根据用于具体实现方案的期望热传递性能而变化。例如，电热效应材料202、热整流材料204内使用的材料、电极114的定位及对应电压施加、以及产生热传递叠层104和相关联层的方法可以根据任何数量和类型的与具体实现方案相关的热传递性能标准来变化。在2010年6月18日提交的名称为“Electrocaloric Effect Materials and Thermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的申请序列号PCT/US2010/039200和2010年12月17日提交的名称为“ElectrocaloricEffect Materials and Thermal Diodes（电热效应材料和热二极管）”的对应美国国家阶段申请的美国申请序列号12/999,684中描述了这些热传递叠层特性和其他特性，这里通过参考将这两个申请整体结合在本文中。

图3是示例电热效应热传递装置102的侧视图，示出了向与热源106直接接触的相邻热传递叠层104施加同相电场的热相过程中的热传递路径302。为了清楚起见，仅示出了两个热传递叠层104A和104B，并且针对每个热传递叠层104示出了具有热整流材料204的相邻层的电热效应材料202的仅一个层。应该认识到，尽管在这里公开的热传递装置102内采用了至少两个相邻热传递叠层，但是可以使用任何其他数量的热传递叠层104，其中每个热传递叠层104都具有任意层数的电热效应材料202和热整流材料204。

热传递叠层104内的每层电热效应材料202能够通过施加电子控制信号和对应地暴露于电场而适合于在其中电热效应材料202发出热能的热相与其中电热效应材料202吸收热能的冷相之间循环。通过在热叠层104的电热效应材料202的所有层中顺序地在冷相和热相之间循环，可以将热能大体上从热源106传递走。在所有附图中，热相可以表示为“+ECE温度”或相一（）。类似地，冷相可以表示为“－ECE温度”或相二（）”。根据所提供的电极控制信号的类型，可以以各种方式实现相一和相二之间的循环。

例如，如上所述，可以作为具有指定幅值的DC电压的脉冲信号来提供振荡电压，该脉冲信号以指定占空比、脉冲宽度和周期导通或关断（或者在一些示例中，仅在上电压和下电压之间导通或关断）。在另外一些示例中，可以作为具有指定幅值、频率、相位和DC偏移的AC电压的正弦信号来提供振荡电压。出于本公开之目的，当能够作为电极控制信号施加DC电压以产生电场时，术语“异相180度”或“反相”可以指对于第一电热效应材料202来说导通的信号（或第一指定电压水平）和对于第二电热效应材料202来说关断的对应信号（或第二指定电压水平）。当作为电极控制信号施加AC电压以产生电场时，施加至第一电热效应材料202的正弦信号可以相对于同时施加至第二电热效应材料202的正弦信号异相大约180度。当向第一电热效应材料202施加信号在该材料中发起热相而向第二电热效应材料202施加信号在该材料中发起冷相时，可以认为其他信号异相180度。如下面更详细地描述的，可以利用许多时钟信号来控制信号的施加，以确保信号被正确地定相。

应该认识到，尽管可以关于施加异相180度的信号来描述所述实施方式，但是确切相位偏移对该公开来说并非至关重要。相反，各种实施方式可以是“基本异相”，因为一个或多个热传递叠层104的电热效应材料202被偏压向吸收热能，而一个或多个相邻的热传递叠层104的电热效应材料202被偏压向发出热能。信号的精确时刻可能对热能传递过程的效率有影响，但是绝不限制于任何具体值或值的范围。

热传递叠层104上的空白箭头被示出为表示在热传递操作的具体周期或阶段期间热能传递的总体方向（称为热传递路径302）。在图3所示的示例中，每个热传递叠层104A和104B内的电热效应材料202的第一层均以热相操作。因而，热传递路径302表示热能由电热效应材料202的层发出，该热能的一部分返回到热源106。在该示例中，在第一层热整流材料204与热源106之间没有布置诸如热分布层之类的任何居间材料。热能向热源106的回流可能限制电热效应热传递装置102的效率。

相比而言，图4示出了根据这里描述的至少一些实施方式布置的示例电热效应热传递装置102的侧视图，示出了在向经由热分布层122与热源106接触的相邻热传递叠层104施加反相电场的过程中的热传递路径302。在该示例中，热传递叠层104A以热相操作，而热传递叠层104B同时以冷相操作。热分布层122位于热传递叠层104A和104B的第一层与热源106之间。如由热传递路径302所示的，因为热分布层122具有比热源106高的导热率，因此从热相中的热传递叠层104A的电热效应材料202回流的热能的相当大部分分布在整个热分布层122上并被冷相中的热传递叠层104B的电热效应材料202吸收。通过将热传递叠层104一起紧密地在热分布层122上间隔开并向相邻热传递叠层104施加相对于彼此异相的电场，能够显著增加电热效应热传递系统100的效率。

图5是根据这里描述的至少一些实施方式布置的在热分布层122上具有矩形热传递叠层104阵列的示例电热效应热传递装置102的立体图，示出了反相的电场施加模式。根据该示例，热传递叠层104的矩形阵列500包括在行列阵列中以交替模式布置的热传递叠层104B的两个子集，具体为相一热传递叠层104A和相二热传递叠层104B。对于该实现方案，控制器112可以响应一个或多个时钟信号而选择性地控制从电源110向与相一热传递叠层104A相关联的电极114和向与相二热传递叠层104B相关联的电极114施加电场。具体地说，该时钟信号可以包括相对于彼此基本异相180度的两个时钟信号。

举例来说，热传递过程可以通过控制器112响应于第一时钟信号而发起向相一热传递叠层104A施加电场而开始。该电场可以发起利用相一热传递叠层104A的热传递，从而经由热分布层122从热源106和从相邻的相二热传递叠层104B有效地传递热能。随后，控制器112可以响应于第二时钟信号而发起向相二热传递叠层104B施加电场以发起利用相二热传递叠层104B的热能传递。可以利用所描述的时钟信号对热传递叠层的选择控制来便于热能经由热分布层122从热源106和从相邻的相一热传递叠层104A有效传递。该过程可以继续以有效地将热能从热源106传递走。

图6是根据这里描述的至少一些实施方式布置的在热分布层122上具有六边形热传递叠层104的阵列的示例电热效应热传递装置102的俯视图，示出了反相电场施加模式。如上所述，利用热分布层122以及向总量热传递叠层104的子集施加异相信号的电热效应热传递装置102可以从热传递叠层104之间的紧密间隔受益，这是因为效率随着来自热相中的热传递叠层104A的回流热能可以由冷相中的相邻热传递叠层104B更容易地吸收而增加。

根据图6中所示的构造，当从顶部看时，热传递叠层具有等边多边形形状。特别对于所示示例，热传递叠层104为六边形。六边形形状可以允许相邻热传递叠层104之间紧密间隔。利用六边形构造，热传递叠层104的每个子集都可以基本布置在交替行中，使得六面形状的两个相对侧面可以定位成邻接类似相的热传递叠层104，而其余四个侧面可以定位成邻接异相（例如180度相位）热传递叠层104。应该理解的是，这里提供的公开不限于关于图5和6所示和描述的矩形和六边形热传递叠层104。相反，在不脱离该公开的范围的情况下，可以根据任何期望形状和尺寸来产生和布置所述热传递叠层104。

图7是示出了根据这里描述的至少一些实施方式的用于实现利用反相施加电场的电热效应热传递装置102的示例过程700的流程图。过程700可以包括如由一个或多个框702至708所示的各种操作、功能或动作。应该认识到，可以执行比图7中所示和这里描述的操作更多或更少的操作。此外，这些操作也可以以与这里描述的顺序不同的顺序来执行。应该理解，过程700被示出为两个单独但协调的过程。第一过程在与热传递叠层104的第一子集对应的虚线的左侧示出。第二过程在与热传递叠层的第二子集对应的虚线的右侧示出。如在下面讨论中将变得清楚的，虚线每侧上的操作可以与虚线的相反侧的对应操作基本同时地发生。

过程700可以在框702处（向热传递叠层的第一子集施加信号）开始，其中控制器112可以被构造成向热传递叠层104的第一子集的电热效应材料202的第一层的合适电极114施加电极控制信号。在以上图4中给出的示例中，该子集可以包括相二热传递叠层104B，因为它们被示出为处于冷相。在框702处向相二热传递叠层104B施加信号的同时，热传递叠层104的第二子集的电热效应材料202的第一层可以以热相操作，以有效地使得这些层可以方便热量回流到热分布层122。经由热分布层122提供回流热能和来自热源106的热能的过程被示出为框704（将热能从热源和第二子集传递到第一子集）。框702之后可以是框708，并且框704之后可以基本上同时为框706。

在框706（向热传递叠层的第二子集施加信号）处，控制器112可以被构造成向热传递叠层104的第二子集的电热效应材料202的第一层的合适电极114施加电极控制信号。在这样做时，热传递叠层104的第二子集可以从热向转变为冷相。为了发起该转变而施加的信号可以与在框702处被提供给热传递叠层104的第一子集的信号异相大约180度。由于施加至热传递叠层104的信号的相移，而在热传递叠层104的第二子集从热相转变为冷相的同时，在框708处（将热能从热源和第一子集传递到第二子集），热传递叠层104的第一子集从冷相转变为热相。在热相期间，热能可以从热源106和从第一子集中的热传递叠层104传递到热分布层122，其中热能被热传递叠层的第二子集接收。由于控制器112再次将信号相位偏移180度，因此过程700能够返回到框702和704并且重复，直到不再需要来自热源106的热能和/或电热效应热传递装置102停用。

图8是示出了可以与根据这里提出的至少一些实施方式构造的示例控制器112对应的计算机硬件架构的框图。图8包括控制器112，该控制器112包括处理器810、存储器820和一个或多个驱动器830。控制器112可以被实施为常规的计算机系统、嵌入式控制计算机、膝上型电脑或服务器计算机、移动设备、置顶盒、信息站、车辆信息系统、移动电话、定制机器或其他硬件平台。

驱动器830及其相关的计算机储存介质提供了用于控制器112的计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。驱动器830可以包括操作系统840、应用程序850、程序模块860和数据库880。程序模块860可以包括电场施加模块805。电场施加模块805可以适合于执行用于实现电热效应热传递装置102的过程700，以协调相邻热传递叠层104的冷相和热相，从而从热源106有效地移除热能，如以上更详细地描述的那样（例如，参见之前参照图1至7中的一个或多个图的描述）。控制器112还可以包括用户输入装置890，通过该用户输入装置890，用户可以输入命令和数据。输入装置可以包括电子数字转换器、麦克风、键盘和指向装置（通称为鼠标）、跟踪球或触摸板。其他输入装置可以包括操纵杆、游戏垫、圆盘式卫星天线、扫描仪等。

这些和其他输入装置可以通过联接至系统总线的用户输入接口联接至处理器810，但是也可以通过其他接口和总线结构联接，例如并行端口、游戏端口或通用串行总线（“USB”）。诸如控制器112之类的计算机还可以包括诸如扬声器之类的其他外围输出设备，这些外围输出设备可以通过输出外围接口894等联接。

控制器112可以利用与一个或多个计算机（诸如联接至网络接口896的远程计算机）的逻辑联接而在联网环境中操作。远程计算机可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、同等设备或其他公共网络节点，并且能够包括以上针对控制器112描述的元件中的多个或全部元件。联网环境在办公室、企业广域网（“WAN”）、局域网（“LAN”）、内联网和因特网中很常见。

当在LAN或WLAN联网环境中使用时，控制器112可以通过网络接口896或转接器联接至LAN。当在WAN联网环境中使用时，控制器112通常包括用于通过WAN（诸如因特网或网络808）建立通信的调制解调器或其他装置。WAN可以包括因特网、所示的网络808、各种其他网络或它们的任意组合。将认识到，可以使用在计算机之间建立通信链路、通信环、通信网络、通信总线、通信云或网络的其他原理。

根据一些实施方式，控制器112可以联接至联网环境。控制器112可以包括与驱动器830或其他储存装置相关联的物理计算机可读储存介质或介质中的一个或更多实例。系统总线可以使得处理器810能够从计算机可读储存介质读取代码和/或数据，和/或将代码和/或数据读取到计算机可读储存介质。介质可以代表采取呈使用任何适当技术实现的储存元件的形式的设备，包括但不限于半导体、磁性材料、光学介质、电储存器、电化储存器或任何其他这种储存技术。介质可以代表与特征为RAM、ROM、闪存或其他类型的易失或非易失存储器技术的存储器820相关联的元件。介质还可以代表被实现为储存装置830或其他装置的二次储存器。硬盘实施可以以固态为特征，或者可以包括存储磁性编码信息的旋转介质。

储存介质可以包括一个或多个程序模块860。程序模块860可以包括软件指令，该软件指令在被装载到处理器810内并执行时将通用计算系统转变成专用计算系统。如在整个该说明中详细所述的，程序模块860可以提供各种工具或技术，所述控制器112通过这些工具或技术可以利用这里讨论的元件、逻辑流程和/或数据结构参与到总体系统或操作环境中。

处理器810可以由任何数量的晶体管或其他电路元件构成，它们可以单独或共同地采取任意数量的状态。更具体地说，处理器810可以作为状态机或有限状态机来操作。这种机器可以通过加载包含在程序模块860内的可执行指令而转变成第二机器或专用机器。这些计算机可执行的指令可以通过规定处理器810如何在状态之间进行转变来转变处理器810，由此将构成处理器810的晶体管或其他电路元件从第一机器转变到第二机器。任一机器的状态还可以通过从一个或多个用户输入装置890、网络接口896、其他外设、其他接口或一个或多个用户或其他代理器接收输入来转变。任一机器还可以转变状态或各种输出装置（诸如打印机、扬声器、视频显示器或其他装置）的各种物理特性。

对程序模块860进行编码也可以转变储存介质的物理结构。物理结构的具体转变在该描述的不同实现方案中可以取决于各种因素。这种因素的示例可以包括但不限于用于实现储存介质（不管该储存介质的特性在于主储存器还是次要储存器）的技术等。例如，如果储存介质被实现为基于半导体的存储器，则程序模块860可以在其中对软件进行编码时转变半导体存储器820的物理状态。例如，软件可以转变构成半导体存储器820的晶体管、电容器或其他分离电路元件的状态。

作为另一示例，储存介质可以使用诸如驱动器830之类的磁性或光学技术来实现。在这种实现中，程序模块860可以在其中对软件进行编码时转变磁性或光学介质的物理状态。这些转变可以包括改变给定磁性介质内的具体位置的磁性特性。这些转变还可以包括改变给定光学介质内的具体位置的物理特征或特性，以改变这些位置的光学特性。应该认识到，在不脱离本描述的范围和精神的情况下可以对物理介质进行其他各种转变。

本公开不限于在该申请中描述的具体实施方式方面，这些实施方式旨在对各个方面进行举例说明。如对本领域技术人员将清楚的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化。根据上述描述，除了这里列举的之外，在该公开的范围内的功能上等价的方法和设备对本领域技术人员来说也是明显的。这些修改和变化也要落入所附权利要求的范围内。本公开仅由所附权利要求的术语与这些权利要求被赋予的全部等价范围来限定。应该理解，该公开不限于具体方法、试剂、化合物组分或生物系统，它们当然是能够变化的。还应该理解，这里使用的术语仅用于描述具体实施方式之目的，并不是用来进行限制。

关于这里使用的基本任意复数和/或单数术语，本领域技术人员可以如适合于背景和/或申请一样将复数转变成单数和/或将单数转变成复数。为了清楚起见，这里可能明确地阐述各种单数/复数互换。

本领域技术人员将理解，一般说来，这里使用的术语，特别是所附权利要求（例如，所附权利要求的主体）中使用的术语通常旨在作为“开放性”术语（例如，术语“包括”应该被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“至少具有”，术语“包括有”应该被解释为“包括有但不限于”，等等）。本领域技术人员还将进一步理解，如果期望具体数量的引入权利要求陈述，则这种期望将在权利要求中被明确陈述，并且在没有这种陈述的情况下则不存在这种期望。例如，作为对理解的帮助，如下所附权利要求可能包含引入性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求陈述。然而，不应该将这种短语的使用解释为暗示由词“一”或“一个”引入的权利要求陈述将含有这种引入的权利要求陈述的任何具体权利要求限制为仅含有一个这种陈述的实施方式，即使当同一个权利要求包含引入性短语“一个或多个”或“至少一个”和诸如“一”或“一个”之类的不定冠词（例如，“一”和/或“一个”应该被解释为是指“至少一个”或“一个或多个”）时也是如此；对于使用用来引入权利要求陈述的其它词来说同样如此。另外，即使明确陈述了引入的权利要求陈述的具体数量，本领域技术人员也应该认识到这种陈述应该被解释为是指至少所陈述的数量（例如，没有限定的陈述的“两个陈述”，且没有其他修饰，是指至少两个陈述或两个或更多个陈述）。此外，在使用类似于“A、B和C中的至少一个”等惯用语的这些情况下，一般说来，这种构词旨在表达这样的含义，即本领域技术人员将理解这种惯用语（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C和/或同时具有A、B和C等的系统）。在使用类似于“A、B或C中的至少一个”等惯用语的这些情况下，一般说来，这种构词旨在表达这样的含义，即本领域技术人员将理解这种惯用语（例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”将包括但不限于只具有A、只具有B、只具有C、同时具有A和B、同时具有A和C、同时具有B和C和/或同时具有A、B和C等的系统）。本领域技术人员将进一步理解，无论在说明书中、权利要求中还是在附图中，实际上代表两个或更多个选择术语的任何转折性词语和/或短语都应该理解为预期可能包含其中一个术语、其中任一个术语或两个术语二者。例如，短语“A或B”应被理解为可能包括“A”或“B”或“A和B”。

另外，在该公开的特征或方面按照马库什群组来描述的情况下，本领域技术人员应该认识到，该公开也由此按照马库什群组的任意单个构件或构件的子群组来描述。

本领域技术人员将理解的，对于任何以及所有目的来说，诸如在提供书面说明书方面，这里公开的所有范围也含有该范围的任何和所有可能子范围以及该范围的子范围的组合。可以容易将任何列出的范围认识为充分地描述来该范围并使得该范围能够被分成至少二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等。作为非限制性示例，这里讨论的每个范围可以被容易分成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。如本领域技术人员还将理解的，诸如“直到”、“至少”、“大于”、“小于”等所有语言包括所陈述的数量，并且指代能够随后被分成如上所述的子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，一范围包括每个单个构件。因而，例如，具有1至3个元件的组是指具有1个元件、2个元件或3个元件的组。类似地，具有1至5个元件的组是指具有1、2、3、4或5个元件的组，等等。

尽管这里已经公开了各种方面和实施方式，但对本领域技术人员来说其他方面和实施方式也将是明显的。这里公开的各种方面和实施方式用于例示之目的而非为了进行限制，真实范围和精神由所附权利要求表示。

Claims (22)

1.一种热传递装置，该热传递装置适合于从热源传递热能，该热传递装置包括：

多个相邻的热传递叠层，这多个相邻的热传递叠层被构造成便于热能在这多个相邻的热传递叠层之间传递，每个热传递叠层都具有以彼此热接触的方式布置的电热效应材料和热整流材料的多个交替层；

与所述多个相邻的热传递叠层中的每个热传递叠层的第一层以热接触的方式布置的热分布层，其中所述热分布层被构造成当该热分布层与所述热源接触时将热能从所述热源传递到所述多个相邻的热传递叠层，并且所述热分布层还被构造成在所述多个相邻的热传递叠层之间传递热能；

第一电极，所述第一电极被定位成横跨所述多个相邻的热传递叠层的第一子集的电热效应材料施加电场；

第二电极，所述第二电极被定位成横跨所述多个相邻的热传递叠层的第二子集的电热效应材料施加电场；以及

控制器，该控制器操作成响应于多个时钟信号中的一个或多个时钟信号选择性地控制电场从电源向所述第一电极和所述第二电极的施加，

其中，所述多个时钟信号包括相对于彼此基本上异相的两个时钟信号，其中所述控制器被构造成响应于第一时钟信号而开始向所述第一电极施加所述电场，以开始利用所述多个相邻的热传递叠层的所述第一子集的热能传递，从而经由所述热分布层从所述热源以及从所述多个相邻的热传递叠层的所述第二子集有效地传递热能，并且其中所述控制器被构造成响应于第二时钟信号而开始向所述第二电极施加所述电场，以开始利用所述多个相邻的热传递叠层的所述第二子集的热能传递，从而经由所述热分布层从所述热源以及从所述第一子集传递热能。

2.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述多个相邻的热传递叠层包括在多个行和多个列内构造的相邻热传递叠层的阵列。

3.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述多个相邻的热传递叠层的每个热传递叠层均具有等边多边形形状。

4.根据权利要求3所述的热传递装置，其中，所述等边多边形形状是六边形形状。

5.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述热分布层包括导热率比所述热源的导热率高的导热材料。

6.根据权利要求5所述的热传递装置，其中，所述导热材料包固态材料或半固态材料。

7.根据权利要求1所述的热传递装置，其中，所述电场包括如下中的一个或多个：振荡信号、脉冲信号、脉冲直流信号、交流信号、斜坡信号、锯齿信号、三角形信号或上述信号的组合。

8.一种用于从热源传递热能的方法，该方法包括：

响应于第一时钟信号横跨多个相邻的热传递叠层的第一子集热传递叠层施加第一电场，所述多个相邻的热传递叠层的每个热传递叠层均包括电热效应材料和热整流材料的多个交替层；

在施加所述第一电场的过程中，通过布置在所述热源和所述多个相邻的热传递叠层之间并与所述热源和所述多个相邻的热传递叠层热接触的热分布层将热能传递到所述第一子集热传递叠层内；

在施加所述第一电场之后，响应于第二时钟信号横跨所述多个相邻的热传递叠层的第二子集热传递叠层施加第二电场；以及

在施加所述第二电场的过程中，通过所述热分布层将热能从所述热源以及从所述第一子集热传递叠层传递到所述第二子集热传递叠层内，

其中，所述热整流材料具有非对称热传导特性，其中热能在一个总体方向上比在另一个方向上更容易输送。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号相对于彼此基本上异相。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号相对于彼此基本上异相180度。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，在施加所述第一电场的过程中传递到所述第一子集热传递叠层内的热能源自于所述热源和所述第二子集热传递叠层，并且其中在施加所述第二电场的过程中传递到所述第二子集热传递叠层内的热能源自于所述热源和所述第一子集热传递叠层。

12.根据权利要求8所述的方法，该方法还包括：

以交替模式将所述多个相邻的热传递叠层布置在所述热分布层上，使得所述热分布层与所述多个相邻的热传递叠层中的每个热传递叠层进行热接触；

将所述热分布层热联接至所述热源；

将电源选择性地联接至与所述第一子集热传递叠层相关联的第一多个电极，以横跨所述第一子集热传递叠层中的每个热传递叠层的第一层电热效应材料选择性地施加所述第一电场；以及

将所述电源选择性地联接至与所述第二子集热传递叠层相关联的第二多个电极，以横跨所述第二子集热传递叠层中的每个热传递叠层的第一层电热效应材料选择性地施加所述第二电场。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个相邻的热传递叠层中的每个热传递叠层都具有多边形形状，并且其中该方法还包括将所述第一子集热传递叠层中的多行热传递叠层与所述第二子集热传递叠层中的多行热传递叠层交替地布置。

14.根据权利要求8所述的方法，其中，施加所述第一电场包括施加如下中的一个或多个：第一振荡信号、第一脉冲信号、第一脉冲直流信号、第一交流信号、第一斜坡信号、第一锯齿信号或第一三角形信号；并且

其中施加所述第二电场包括施加如下中的一个或多个：第二振荡信号、第二脉冲信号、第二脉冲直流信号、第二交流信号、第二斜坡信号、第二锯齿信号或第二三角形信号。

15.根据权利要求8所述的方法，其中，所述热分布层包括导热率比所述热源的导热率高的导热材料。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述导热材料包固态材料或半固态材料。

17.一种热能传递系统，该热能传递系统包括：

多个热传递叠层，这多个热传递叠层布置成具有所述多个热传递叠层的两个子集形成的阵列，第一子集联接至用于响应于第一时钟信号施加第一电场的第一组电极，而第二子集联接至用于响应于与所述第一时钟信号异相的第二时钟信号施加第二电场的第二组电极，

其中，所述多个热传递叠层中的每个热传递叠层都包括电热效应材料和以与所述电热效应材料热接触的方式布置的热整流材料，

该热传递系统还包括：

控制器，该控制器操作成响应于所述第一时钟信号而开始向所述多个热传递叠层的所述第一子集施加所述第一电场并响应于所述第二时钟信号而开始向所述多个热传递叠层的所述第二子集施加所述第二电场，其中所述第一时钟信号和所述第二时钟信号相对于彼此基本上异相；以及

热联接至所述多个热传递叠层的热分布层，并且该热分布层被构造成热联接至热源，以将热能从所述热源传递至所述多个热传递叠层并且将热能从所述多个热传递叠层中的在热相中操作的热传递叠层传递到所述多个热传递叠层中的在冷相中操作的相邻的热传递叠层。

18.根据权利要求17所述的热传递系统，其中，相邻热传递叠层的阵列包括所述第一子集和所述第二子集的多行交替热传递叠层。

19.根据权利要求17所述的热传递系统，其中，所述多个热传递叠层中的每个热传递叠层都包括六边形形状。

20.根据权利要求17所述的热传递系统，其中，所述热分布层包括导热率比所述热源的导热率高的导热材料。

21.根据权利要求20所述的热传递系统，其中，所述导热材料包固态材料或半固态材料。

22.根据权利要求17所述的热传递系统，其中，所述第一电场和所述第二电场均包括如下之一：振荡信号、脉冲信号、斜坡信号、锯齿信号或三角形信号。