冷卻系統和操作熱電冷卻系統的方法與流程

2024-03-05 21:00:15

冷卻系統和操作熱電冷卻系統的方法本申請是申請日為2009年3月3日、申請號為200980107943.1（國際申請號為PCT/US2009/001348）且發明名稱為「用於流體的開關熱電冷卻的方法和設備」的原案申請的分案申請。技術領域本發明通常涉及冷卻系統的領域。更具體地，本發明涉及高效的流體冷卻系統及其操作方法。

背景技術：
在商業上可獲得各種類型的冷卻系統。這些冷卻系統的實例包括，但不限於，蒸氣壓縮系統和熱電冷卻系統。傳統的蒸氣壓縮系統使用用於冷卻目的的氟氯烴（CFC）製冷劑（例如氟利昂）、氫氟氯烴（HCFC）製冷劑（例如R134）、或氫氟烴（HFC）製冷劑（例如R410）。然而，CFC製冷劑的使用已經逐漸停止，因為它們對環境有威脅。當暴露於大氣時，CFC製冷劑導致臭氧層的損耗。這是對環境的主要威脅，因為沒有臭氧層會增加地球上的紫外線輻射量，而這可能影響人類和動物的健康。此外，這些製冷劑（CFC、HCFC和HFC）通過吸收紅外線輻射而推進全球變暖。事實上，它們吸收紅外線輻射的量大約是二氧化碳所吸收的1000至2000倍。除了對環境造成潛在的威脅以外，使用這些製冷劑的蒸氣壓縮系統笨重、產生噪音，且在使用時會產生振動。熱電冷卻系統可靠、重量輕，且是傳統的蒸氣壓縮系統的環境友好的替代物。傳統的熱電冷卻系統使用與直流電源結合的一個或多個熱電偶。當斷開這些熱電冷卻系統時，熱量流過熱電偶，從而將冷卻室加熱至環境溫度。結果，為了將冷卻室保持在期望的溫度，需要將傳統的熱電冷卻系統接通較長的時間段，這增加了能耗。因此，傳統的熱電冷卻系統對於冷藏目的來說效率低。近十年來，人們努力提高熱電裝置的性能係數（COP），包括在熱電裝置中使用改進的材料，例如，納米結構的碲化鉍塊體（bulk）材料。然而，使用這種改進材料的熱電裝置的改進的COP限於在室溫下小於一。另一提高COP的嘗試包括以下方法：通過使用改進的熱交換器和適當優化的電流來減小熱電裝置上的溫差。這些方法也具有有限的COP提高，並且，當達到穩定狀態溫度時，所有的優點都喪失。因此，熱電冷卻系統的性能仍不像蒸氣壓縮製冷系統的性能那樣高效。需要能夠有效地調節流過熱電偶的熱量的改進裝置。因此，存在對於節能增效且環境友好的冷卻系統的需求。

技術實現要素：
在本發明的一個實施方式中，提供一種冷卻系統。該冷卻系統包括：包含第一流體的第一室、以及與第一室連接且包含第二流體的第二室。該冷卻系統進一步包括：用於冷卻第二室中的第二流體的熱電裝置、以及用作熱二極體的第一本體。第一本體的一端與熱電裝置的散熱器（heatsink）連接，而另一端與第一室連接。當接通熱電裝置時，熱電裝置的熱側的溫度比第一流體的溫度高，並且第一本體用作熱導體。因此，熱量從第二室傳遞至第一室中的第一流體。當斷開熱電裝置時，第一本體用作絕熱體，並防止熱量回流到第二室中的第二流體。因此，第一本體具有取決於熱量流動的方向依賴性。在熱電裝置的散熱器處消散的熱量通過第一本體傳遞至第一流體。第一流體的熱容量比第二流體的熱容量大。因此，當接通熱電裝置時，第一流體的溫度基本上保持恆定。根據本發明的一個實施方式，第一本體包括第一導體和第二導體。第一導體和第二導體使得第一本體能夠從熱電裝置的熱側吸收熱量，並將該熱量高效地傳遞至第一室中的第一流體。第一本體在各導體之間還包括一個或多個絕緣部分。第一本體包括在第一本體內儲存工作流體的流體儲存器。工作流體將熱量從第一導體傳遞至第二導體。在一個實施方式中，第一本體還包括絕緣體塊，其防止工作流體與第二導體接觸。因此，該絕緣體塊通過與流體儲存器直接接觸而防止熱量從第二導體到第一導體的任何逆流。根據本發明的另一實施方式，在冷卻系統的第一室和第二室中的任一個或此二者中設置有一個或多個熱電容器，例如多個相變材料裝置（替代地叫做一個相變材料裝置）。這些相變材料裝置在冷卻系統中的安裝有助於限制冷卻系統的第一室和第二室之間的溫差，這提高了冷卻系統的效率。此外，相變材料裝置將第二流體保持在期望的溫度範圍內。在本發明的另一實施方式中，冷卻系統包括：包含熱電冷卻器模塊的冷卻磚、蒸氣二極體、和開關電路（替代地叫做電路）。根據本發明的各種實施方式，冷卻磚用在冷卻系統（例如，電冰箱、便攜冷卻器、和飲水機）中。在本發明的一個實施方式中，提供有開關電路。該開關電路感測流體的溫度，並且當流體的溫度高於溫度上限時，接通冷卻磚。類似地，當流體的溫度低於溫度下限時，開關電路斷開冷卻磚。因此，該開關電路將流體的溫度保持在預定範圍內。在本發明的另一實施方式中，提供有對稱蒸氣二極體。該對稱蒸氣二極體包括在結構上相似的第一表面和第二表面。第一表面和第二表面與熱電裝置的熱側連接。與不對稱蒸氣二極體相比，對稱蒸氣二極體由於對稱性而能夠傳導更高的熱通量。在本發明的另一實施方式中，提供有混合流體蒸氣二極體，其包含兩個並聯的不對稱蒸氣二極體。第一不對稱蒸氣二極體包含具有低沸點的第一工作流體。第二不對稱蒸氣二極體包含具有高沸點的第二工作流體。混合流體蒸氣二極體在低溫和高溫下都是高效的。在本發明的又一實施方式中，提供有包含冷卻室的分隔式熱電冷卻裝置，主熱電裝置和輔熱電裝置與冷卻室連接。主熱電裝置與主熱二極體連接，該主熱二極體將主熱電裝置所提取的熱量分散至周圍環境中。根據冷卻室的溫度而接通和斷開主熱電裝置。輔熱電裝置保持在接通模式，以克服進入冷卻室的熱漏失。在一個實施方式中，分隔式熱電冷卻裝置進一步包括與輔熱電裝置連接的輔熱二極體。在另一實施方式中，提供有百葉窗式散熱器，其允許熱量通過散熱器的定向流動，並用作熱二極體。在本發明的另一實施方式中，一兩級熱電冷卻裝置設置有多級熱電冷卻器，例如，兩個主熱電裝置和兩個輔熱電裝置。在本發明的另一實施方式中，提供一種操作熱電冷卻系統的方法，該熱電冷卻系統包括第一流體、第二流體、熱電裝置和熱二極體的。該方法包括：檢查第二流體的溫度；以及在第二流體的溫度等於或大於溫度上限時，接通熱電裝置。此外，該方法包括：當第二流體的溫度等於或小於溫度下限時，熱電裝置斷開。附圖說明在下文中，將結合被提供為示出但並不限制本發明的附圖描述本發明的優選實施方式，其中，相似的標記表示相似的元件，並且附圖中：圖1至圖22示出了根據本發明的各種實施方式的冷卻系統的示意性橫截面圖；圖23a至圖25d是根據本發明的各種實施方式的兩級冷卻系統的示意圖；圖26示出了根據本發明的一個實施方式的冷卻磚的透視圖；圖27示出了根據本發明的一個實施方式的包含冷卻磚的冷卻系統的分解圖；圖28示出了根據本發明的一個實施方式的具有冷卻磚的熱電電冰箱的橫截面圖；圖29示出了根據本發明的一個實施方式的具有冷卻磚的熱電飲水機的橫截面圖；圖30示出了描述對於傳統的冷卻裝置和根據本發明的一個實施方式的冷卻系統的溫度隨時間的變化的示圖；圖31示出了描述對於根據本發明的一個實施方式的冷卻系統的溫度和電流隨時間的變化的示圖；圖32示出了描述對於根據本發明的另一實施方式的冷卻系統的溫度和電流隨時間的變化的示圖；圖33示出了描述對於根據本發明的又一實施方式的冷卻系統的正比電流反饋的溫度和電流隨時間的變化的示圖；圖34示出了描述對於根據本發明的又一實施方式的冷卻系統的脈衝寬度調製電流反饋的溫度和電流隨時間的變化的示圖；圖35示出了描述對於根據本發明的又一實施方式的具有主熱電冷卻器和輔熱電冷卻器的冷卻系統的溫度和電流隨時間的變化的示圖；圖36是根據本發明的一個實施方式的開關電路的電路圖；圖37是根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻系統的示意圖；圖38示出了根據本發明的一個實施方式的具有絕緣體塊的第一本體的橫截面圖；圖39示出了根據本發明的一個實施方式的具有斜壁的第一本體的橫截面圖；圖40示出了根據本發明的一個實施方式的對稱蒸氣二極體的橫截面圖；圖41示出了根據本發明的另一實施方式的混合流體蒸氣二極體的橫截面圖；圖42示出了根據本發明的一個實施方式的冷卻系統的橫截面圖；圖43示出了根據本發明的一個實施方式的百葉窗式散熱器的橫截面圖；圖44示出了根據本發明的一個實施方式的百葉窗式散熱器的框架的側視圖；圖45示出了描述對於根據本發明的一個實施方式的冷卻系統的風扇熱阻隨氣流的變化的示圖。具體實施方式在詳細描述實施方式之前，根據本發明，應該觀察到，這些實施方式主要在於用於流體冷卻的方法和設備中。因此，用方法步驟和系統部件代表來僅示出那些與理解本發明的實施方式相關的具體細節，而不示出對於本領域的普通技術人員來說將顯而易見的那些細節。圖1示出了根據本發明的一個實施方式的冷卻系統100的橫截面圖。冷卻系統100包括第一室102、第二室104、熱電裝置106、以及第一本體108。在冷卻系統100中，第一室102包含待冷卻的流體，在下文中叫做第一流體110。第一流體110包含在第一室102的壁112、114、116和118內。可以通過各種方法將流體供應至第一室102，例如，通過流體管道、流體容器等。根據本實施方式，第一室102示出為從流體容器120接收第一流體110。在本發明的一個示例性實施方式中，第一流體110是水。第一室102通過流體管道122將第一流體110提供給第二室104。流體在第二室104中冷卻。為了本描述的目的，第二室104中的流體叫做第二流體124。第二流體124包含在第二室104的絕緣壁126、128、130和132內。絕緣壁126、128、130和132將第二流體124與周圍環境隔離，並且防止斷開熱電裝置106時第二流體變熱。根據各種實施方式，絕緣壁126、128、130和132由具有低導熱係數的材料製成，例如，聚氨酯、泡沫塑料等等。存在於冷卻系統100中的熱電裝置106用來冷卻第二室104中的第二流體124。通常，當直流電流流過熱電裝置106時，熱電裝置106從第二室104提取熱量，從而使得第二流體124變冷，並將所提取的熱量和熱電裝置的焦耳熱分散至第一本體108的與熱電裝置106連接的一端，其叫做散熱器（替代地叫做熱側）。在一個示例性實施方式中，熱電裝置106是熱電冷卻器。根據本發明的各種實施方式，熱電裝置106冷卻存在於第二室104中的第二流體124，並將所提取的熱量和熱電裝置106的焦耳熱分散至存在於熱電裝置106端部的散熱器。結果，第二流體124獲得比第一流體110低的溫度。根據一個實施方式，第一流體110和第二流體124之間的一般溫差在20℃至25℃之間變化。冷卻系統100通過保持低溫差而提高冷卻效率。為了本描述的目的，僅示出了兩個室。然而，對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，冷卻系統100可以包括不止兩個室，並且，能夠級聯冷卻方案以將流體冷卻至低溫。另外，熱電裝置106可以是多級熱電冷卻器或多個熱電裝置的組合。根據各種實施方式，熱電裝置106的散熱器與包括第一端和第二端的第一本體108連接。該第一端與熱電裝置106的散熱器機械地連接，而第二端以使得第一本體108能夠將在熱電裝置106的散熱器處分散的熱量傳遞至第一室102中的第一流體110的方式與第一室102機械地連接。根據一個實施方式，第二端包括能夠將熱量傳遞至第一流體110的傳導部134。當熱電裝置106的散熱器的溫度高於第一流體110的溫度時，第一本體108用作熱導體，從而使得熱量能夠從熱電裝置106流至第一流體110。替代地，當第一流體110的溫度高於熱電裝置106的散熱器的溫度時，第一本體108用作絕熱體，由此防止熱量從第一流體110流至熱電裝置106的散熱器。因此，第一本體108具有取決於熱量流動的方向依賴性。在本發明的各種實施方式中，第一流體110和第二流體124是水。由於與其它液體相比，水具有高比熱，所以其最適於在第一室102中保持恆溫。另外，第一室102中的第一流體110的體積比第二室104中的第二流體124的體積大。因此，第一室102中的第一流體110比第二室104中的第二流體124具有更高的載熱能力。因此，當接通熱電裝置106時，第一流體110的溫度相對恆定。第一本體108包括一個或多個絕緣部分，例如絕緣體（結合圖38詳細描述），以防止熱量從熱電裝置106的散熱器傳遞至第二流體124。第一本體108的絕緣體可由絕熱材料製成，例如可機加工陶瓷和薄不鏽鋼管。當熱電裝置106斷開時，第一本體108用作絕熱體，並防止第二流體124的溫度升高。根據一個實施方式，第二室104由絕緣壁136包圍。絕緣壁136有助於防止熱量從周圍環境傳遞至第二流體124，從而將第二流體124保持在恆溫範圍內。在一個示例性實施方式中，恆溫範圍在5℃至8℃之間。根據各種實施方式，絕緣壁136由具有低導熱係數的材料製成。具有低導熱係數的材料的典型實例包括聚氨酯和泡沫塑料。圖2示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統200的橫截面圖。冷卻系統200包括第一室102、第二室104、以及熱電裝置106，如參考圖1所描述的。根據此實施方式，冷卻系統200包括熱電裝置106的變型布置。根據此布置，第一本體108的第一端與熱電裝置106的散熱器機械地連接，而第二端與第一室102機械地連接。此外，第二端在第一室102內並暴露於第一流體110，以將熱量傳遞至第一流體110。此外，第二端包括能夠將熱量傳遞至第一流體110的傳導部134。此實施方式的優點在於，其易於將熱量從熱電裝置106的散熱器有效地傳遞至第一室102中的第一流體110。為了防止熱量的逆流，在第一室102和第二室104的分界處設置第一本體108的絕緣體（結合圖38詳細描述）。圖3示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統300的橫截面圖。除了參考圖1描述的元件以外，冷卻系統300包括相變材料裝置（PCM）302和蒸發冷卻裝置304。根據一個實施方式，PCM302存在於第二室104中。而且，PCM302靠近熱電裝置106的冷端，從而將第二室104中的第二流體124保持在恆溫範圍內。在一個示例性實施方式中，PCM302是純冰PCM的包裝。在另一示例性實施方式中，PCM302由石蠟製成。用來製造PCM302的石蠟的典型實例包括二十烷和二十二烷。在另一示例性實施方式中，PCM302由水合鹽製成。七水合硫酸鎂是用來製造PCM302的典型的水合鹽的實例。在又一示例性實施方式中，PCM302由液態金屬製成。用來製造PCM302的液態金屬的典型實例包括，但不限於，鎵銦和錫合金。根據本發明的另一實施方式，對第一室102提供蒸發冷卻裝置304。蒸發冷卻裝置304冷卻第一室102中的第一流體110。通常，蒸發冷卻裝置通過將來自流體本體的一部分流體蒸發至周圍環境來冷卻流體本體，從而從流體本體吸收潛熱。根據另一實施方式，第一流體110從第一室102穿過多孔板306滲出。在本發明的一個示例性實施方式中，多孔板由陶瓷製成。多孔板有助於將流體從第一室102傳遞至周圍環境。通過使用風扇308來蒸發滲出的流體，從而產生期望的冷卻效果。在另一示例性實施方式中，蒸發冷卻裝置304由一次性的可更換的多孔紙網製成。蒸發冷卻裝置304在乾燥環境中還用作加溼器。通過使用PCM302，此布置促進熱電裝置106的長時間工作循環，從而提高其效率。該效率由於蒸發冷卻裝置304的存在而進一步提高，蒸發冷卻裝置有助於降低第一流體110的溫度並在熱電裝置106上產生較低的溫差。由於較低的溫差提高效率，所以熱電裝置106的操作在此實施方式中更有效。根據一個示例性實施方式，由於蒸發冷卻裝置304的使用而在熱電裝置106上產生的溫差是大約15℃。圖4示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統400的橫截面圖。冷卻系統400包括參考圖2和圖3描述的元件，然而，其中熱電裝置106和PCM302變型布置。根據此布置，第一本體108的第一端與熱電裝置106的散熱器機械地連接，而第一本體108的第二端與第一室102機械地連接以將熱量傳遞至第一流體110。根據此實施方式，PCM302位於第二室104的上部，並與熱電裝置106接觸。根據本發明的一個實施方式，冷卻系統400包括蒸發冷卻裝置304以冷卻第一流體110。圖5示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統500的橫截面圖。冷卻系統500包括冷藏部502、冷凍部504、第一冷卻器506、第二冷卻器508、以及第二本體510。根據一個實施方式，冷藏部502包括待冷卻的第一輸出流體512。冷凍部504與冷藏部502熱隔離，並包括第二輸出流體514。在一個示例性實施方式中，第一輸出流體512和第二輸出流體514是空氣。存在於冷藏部502中的第一冷卻器506冷卻第一輸出流體512。此外，存在於冷凍部504中的第二冷卻器508冷卻第二輸出流體514。在另一示例性實施方式中，第一冷卻器506和第二冷卻器508中的任一個或這二者是兩級熱電冷卻系統。另外，根據一種布置，第一冷卻器506和第二冷卻器508均與第二本體510連接。第二本體510是具有定向熱流的熱導體的系統。第二本體510包括第一端和第二端。第二本體510的第一端與第一冷卻器506和第二冷卻器508的散熱器機械地連接。此外，第二本體510的第二端與儲水器516機械地連接。儲水器516的存在提高了冷卻系統的效率。然而，對於本領域的技術人員來說應該顯而易見的是，本發明可以用在蒸氣壓縮機系統中，在該系統中，冷凝蛇管浸沒在儲水器中或與這種儲水器接觸。當接通熱電冷卻器506和508時，第二本體510能夠將在第一冷卻器506和第二冷卻器508的散熱器處分散的熱量傳遞至儲水器516。此外，第二本體510包括絕緣體（參考圖38詳細描述）。第二本體510的定向特性防止熱量從儲水器516傳遞至第一冷卻器506和第二冷卻器508的散熱器。第二本體510的工作與第一本體108的工作類似，這結合圖38詳細描述。根據另一實施方式，冷凍部504包圍在絕緣壁518中。此外，絕緣壁518有助於防止熱量從周圍環境傳遞至第二輸出流體514，從而將第二輸出流體514保持在期望的溫度範圍內。根據本發明的又一實施方式，提供蒸發冷卻裝置304以冷卻儲水器516。由於來自第一冷卻器506和第二冷卻器508的熱量在儲水器516中分散，所以蒸發冷卻裝置304將儲水器516保持在期望的溫度範圍內。圖6示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統600的橫截面圖。根據本發明的一個實施方式，第一室102叫做熱儲水器，並且第二室104叫做冷儲水器。除了結合圖1提到的元件以外，冷卻系統600包含第一金屬塊602、冷卻散熱器（coldsink）606、第二金屬塊604、以及散熱器608。在一個實施方式中，第一室102和第二室104都放置在相同的高度。在此布置中，第一流體110在靜水壓力的幫助下流過流體管道122。在本發明的另一實施方式中流體容器120處於比第一室102和第二室104低的高度，外部泵和軟管將水供應給第一室102。在一個示例性實施方式中，第一流體110保持在25℃至30℃的溫度範圍內。此外，在本發明的一個實施方式中，熱電裝置106將第二流體124保持在期望的溫度範圍內，通常在5℃至8℃之間。根據本發明的各種實施方式，第一本體108是熱二極體，並且熱電裝置106是熱電冷卻器。第一本體108的第一端與熱電裝置106的熱側機械地連接，在它們之間具有高性能熱界面材料（未示出），熱電裝置通過第一金屬塊602和冷卻散熱器606進一步與第二室104連接。類似地，第一本體108的第二端以高導熱界面材料（未示出）通過第二金屬塊604和散熱器608與第一室102連接。這確保通過第一本體108的有效熱傳遞，從而冷卻第二室104中的第二流體124。高性能熱界面材料的典型實例包括，但不限於，熱環氧樹脂、高密度陶瓷基熱化合物、以及低溫焊料。根據本發明的各種實施方式，第一室102相對於第二室104的方向示出為是水平的。然而，對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，在本發明的其它實施方式中，第一室102相對於第二室104的方向可以是豎直的，或是任何其它可能的傾斜布置。圖7示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統700的橫截面圖。除了參考圖6描述的元件以外，冷卻系統700包括一個或多個相變材料裝置（PCM）702和704、壁706、絕緣壁708、風扇712和714、散熱器716、百葉窗720、以及金屬塊722。根據此實施方式，冷卻系統700包括設置在第一室102中的PCM702和PCM704。根據本發明的一個實施方式，第一室102是儲水器，並且第二室104是可攜式冷藏室。在本發明的一個實施方式中，具有高比熱的儲水器用作熱電容器。PCM702和PCM704具有高熔化潛熱，當材料在一定溫度下經歷相變時，吸收或釋放該潛熱。這種潛熱儲存系統能夠將第一室102的溫度保持在期望的溫度範圍內。通常，PCM702和PCM704的熔化潛熱大於250KJ/Kg。用作PCM702和PCM704的材料的實例包括無機水合鹽、石蠟、烴等。通過單獨地或組合地使用不同的相變材料，能夠將相變溫度設定在18℃至35℃範圍內的任何溫度。根據本發明的各種實施方式，通過使用PCM702和PCM704，第一室102中的第一流體110的溫度限制為接近室溫。為了更好地與流體熱接觸，可以將相變材料封裝在設置於第一室102中的鋁（或其它金屬）缸中。PCM702和704還可具有在包裝內分散熱量並提高有效的導熱性和畢奧數的導體結構。對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，雖然這裡僅描述了兩個PCM702和704，但是，在第一室102中也可使用單個PCM或不止兩個PCM，以將第一流體110的溫度保持在給定範圍內。對於本領域的技術人員來說還將顯而易見的是，雖然在第一室102中示出了PCM，但是，可在第二室104中設置一個或多個PCM，以將第二流體124的溫度保持在給定範圍內。根據本發明的一個實施方式，多個PCM（包括純冰）可用於將第二室104中的溫度保持為低於室溫。通常，PCM的使用能夠將第一室102中的第一流體110和第二室104中的第二流體124的溫度保持在給定範圍內。根據本發明的本實施方式，絕緣壁708覆蓋第二室104，並防止冷卻系統700和環境之間的任何熱交換。根據一個實施方式，散熱裝置710設置有第一室102。散熱裝置710通過金屬塊722和散熱器716冷卻第一室102中的第一流體110。散熱器716由風扇714冷卻。另外，風扇712存在於第二室104中。熱電裝置106冷卻冷卻散熱器606，而風扇712通過使空氣移動經過冷卻散熱器606來冷卻第二室104。沒有風扇712可能導致第二室104內的較高的溫度梯度，在冷卻散熱器606附近具有非常冷的空氣，而在第二室104的另一端具有熱空氣。當熱電裝置106斷開且少量熱量洩漏到第二室104中時，可斷開風扇712以隔離第二室104的其餘部分。當風扇712斷開時，可關閉風扇712前面的百葉窗720；從而將冷卻散熱器606與第二室104進一步隔離。百葉窗720增強冷卻系統700的熱二極體作用。通過使用PCM702和PCM704，當激活熱電裝置106時，熱電裝置106的熱側保持為接近室溫，並且，當熱電裝置106斷開時，第一本體108減少到第二室104中的熱量洩漏。此布置使得在熱電裝置106上能夠具有更小的溫差，並確保熱電裝置106的較短的工作循環，從而顯著地提高其能量效率。圖8示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統800的橫截面圖。除了參考圖6和圖7描述的元件以外，冷卻系統800包括設置在第二室104中的相變材料裝置（PCM）802。在一個實施方式中，PCM802設置於第二室104的與熱電裝置106連接的一側上。根據此實施方式，PCM802僅覆蓋熱電裝置106的冷卻散熱器606的一部分，而冷卻散熱器606的其餘部分與第二流體124接觸。這種部分重疊使得PCM802與冷卻散熱器606平行地熱接觸，從而避免增加第二流體124的冷卻時間。在一個示例性實施方式中，PCM802是純冰PCM的包裝或具有低於室溫的相變溫度的水合鹽基材。七水合硫酸鎂是用來製造PCM802的典型水合鹽的一個實例。在又一示例性實施方式中，PCM802由液態金屬製成。用來製造PCM802的液態金屬的典型實例包括，但不限於，鎵銦和錫合金。在本發明的本實施方式中，冷卻系統800可以是水冷卻器，其中，第二室104中的第二流體124的溫度保持在預定溫度。為了限制第二室104中的溫度，可使用一個或多個PCM，例如PCM802。例如，PCM802將熱電裝置106的冷卻散熱器606的溫度限制在大約5℃，從而限制兩個室之間的溫差。由於水是較差的散熱體，所以在全部體積的水冷卻的同時冷卻散熱器606達到更低的溫度。PCM802防止冷卻散熱器606的冷卻，並通過相變儲存多餘的能量。圖9示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統900的橫截面圖。除了參考圖6和圖7描述的元件以外，冷卻系統900包括熱管902和904（替代地叫做一個或多個熱管），安裝熱管902和904以保持第一室102中的恆溫。熱管902和904由諸如銅的材料製成，在端部具有翅片906。翅片906用作有效的散熱體。此外，通過使用熱管902和904，可在冷卻系統900中使用相對較大的第一室102，以保持第一室102中的恆溫。根據本發明的另一實施方式，在第二室104中設置有在低於室溫的溫度下操作的酒精或氨基的熱管。與熱管902和904相似，設置於第二室104中的熱管保持第二室104中的恆溫。根據本發明的各種實施方式，熱管902和904的使用在減小第一室102內的熱阻（等於增加傳熱的畢奧數）方面也是有利的。圖10示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統1000的橫截面圖。冷卻系統1000包括參考圖6和圖7描述的元件，其中熱電裝置106和第一本體108變型布置。本發明的本實施方式包括與冷卻系統1000的第二室104接觸的第一本體108，並且，熱電裝置106的冷端與冷卻系統1000的第一室102接觸。根據本實施方式，第一本體108將熱量從第二室104中的第二流體124傳遞至熱電裝置106的冷端。熱電裝置106從第一本體108提取熱量，並將熱量分散至第一室102中的第一流體110。在之前的實施方式中，第一本體108附接至熱電裝置106的熱端，並傳遞從第二室104提取的熱量和由於熱電裝置的能耗而產生的熱量的總和。當第一本體108附接至熱電裝置106的冷端時，其僅傳遞從第二室104提取的熱量。因此，通過第一本體108的熱通量大約是之前實施方式的熱通量的一半。由於第一本體108具有有限的熱阻，所以，熱通量減半減小了溫度損失，從而導致第二室104的更有效的冷卻。根據本發明的此實施方式，具有較低蒸發熱的工作流體由於較低的熱通量而能夠用於第一本體108中的蒸發。具有較低蒸發熱的工作流體的實例包括乙醇、氨水等等。較低的熱通量還允許製造尺寸更小的第一本體108，並適合於無法改變熱電裝置106的熱側的應用場合。在存在管理一個或多個熱電裝置的熱側的有效流體迴路的情況中，在熱電裝置的冷側上設置第一本體108提供了有效的儲存方案。圖11示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統1100的橫截面圖。除了參考圖6、圖7和圖9描述的元件以外，冷卻系統1100包括泵1102、工作流體1104、流體迴路1106、以及熱交換器1108。流體迴路1106纏繞在第一室102的壁706周圍。在本實施方式中，流體迴路1106由軟銅製成。在本發明的本實施方式中，泵1102用作第一本體108的替代物，並有助於將熱量從熱交換器1108傳遞至第一室102。在本實施方式中，包括微通道的熱交換器1108與熱電裝置106的熱側連接，並將熱電裝置106所排出的熱量傳遞至工作流體1104。此實施方式使得第一室102能夠進一步遠離第二室104。通常，在本實施方式中，工作流體1104是水，水除了在商業上可獲得以外，在冷卻裝置工作的同時能夠輕鬆地進行補充。根據本發明的其它實施方式，工作流體1104是乙二醇和水的合成物，通常叫做防凍劑。防凍劑的使用防止在熱電裝置106斷開時工作流體結冰。圖12示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統1200的橫截面圖。除了參考圖6、圖7、圖9和圖11描述的元件以外，冷卻系統1200包括一個或多個具有翅片1204的燒結熱管1202。燒結熱管1202將第一流體110的溫度保持為接近室溫。泵1102使工作流體1104通過柔性的流體迴路1106在流體容器120和熱交換器1108之間循環。根據此實施方式，流體迴路1106將第一流體110分成兩部分。一部分第一流體110作為工作流體1104傳遞至熱交換器1108，而另一部分傳遞至第二室104。當第二室104中的第二流體124達到所需溫度時，關閉泵1102，從而防止工作流體1104的循環。圖13示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統1300的橫截面圖。冷卻系統1300包括圖11中所描述的元件的變型布置。根據本發明的本實施方式，流體迴路1106在第一室102和第二室104之間分配工作流體1104。在一個實施方式中，流體迴路1106由軟銅製成。根據本實施方式，工作流體1104是第一流體110的一部分。流體迴路1106將第一流體110分成兩部分：一部分作為工作流體1104被傳遞至熱交換器1108，而另一部分被傳遞至第二室104。在本實施方式中，熱交換器1108附接至熱電裝置106的冷側，因此，在每次經過熱交換器1108的過程中，流體迴路1106被冷卻。當第二室104中的第二流體124達到期望的冷卻溫度時，泵1102關閉，從而防止第一室102和第二室104之間的任何進一步的流體交換。在圖12和圖13所描述的實施方式中，泵1102和工作流體1104的存在當接通泵1102時允許不定向的熱傳遞，並且當斷開泵1102時確保熱隔離。因此，泵1102和工作流體1104由此用作熱二極體。圖14示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統1400的橫截面圖。除了參考圖6描述的元件以外，冷卻系統1400包括熱管1402、第一金屬塊1404、以及第二金屬塊1406。在本實施方式中，第一金屬塊1404與散熱裝置710連接，並且第二金屬塊1406與第一本體108連接。熱管1402的端部嵌在每個第一金屬塊1404和第二金屬塊1406中，從而將散熱裝置710與第一本體108連接。熱管1402使得熱量能夠從第一本體108直接傳遞至散熱裝置710。圖15示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統1500的橫截面圖。冷卻系統1500是分隔式熱電冷卻器，其包括主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504。主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504與冷卻室1506連接。在本發明的一個實施方式中，與主熱電裝置1502相比，輔熱電裝置1504的尺寸較小且具有較差的冷卻能力。主熱電裝置1502保持接通一定時間，以在冷卻室1506中產生冷卻效果。輔熱電裝置1504是小型熱電冷卻器，並始終接通。優選地，輔熱電裝置1504被偏壓以在冷卻室1506中產生冷卻所需的最小電流，以補償從冷卻室1506的熱量洩漏。冷卻室1506包含需要冷卻的流體1501。在本發明的一個實施方式中，冷卻室1506是電冰箱的冷卻室。蒸氣二極體1514與主熱電裝置1502的熱端連接，以防止斷開主熱電裝置1502時熱量流動至冷卻室1506。熱交換器1518將主熱電裝置1502所提取的熱量分散至周圍環境。在本發明的一個實施方式中，熱交換器1518具有散熱風扇1516。當接通主熱電裝置1502和散熱風扇1516時，蒸氣二極體1514和熱交換器1518的組合向周圍環境的淨導熱性是大約5W/℃。然而，當斷開主熱電裝置1502和散熱風扇1516時，該組合的淨導熱性低得多。這是因為，熱交換器1518的導熱性僅是由於自然對流，並且當斷開主熱電裝置1502時，蒸氣二極體1514的導熱性較差。因此，熱交換器1518對冷卻系統1500增加附加的熱阻。因此，斷開狀態中的蒸氣二極體1514和散熱風扇1516的組合的淨導熱性小於0.1W/℃。熱交換器1518用作二極體，因為其導熱性取決於散熱風扇1516的接通或斷開狀態，並且，其增強了熱二極體特性。因此，除了蒸氣二極體1514以外，熱交換器1518有助於防止熱量洩漏回到冷室中。第一冷風扇1510存在於冷卻室1506中，以幫助將熱量從流體1501傳遞至主熱電裝置1502。此外，第一冷風扇1510有助於在冷卻室1506內保持均勻的溫度。當主熱電裝置1502斷開時，第一冷風扇1510也斷開。第一冷風扇1510在接通時的導熱性比其斷開時的導熱性大。因此，第一冷風扇1510在斷開時也增加附加的熱阻，從而增強蒸氣二極體1514和熱交換器1518的組合的熱二極體特性。第二冷風扇1512存在於冷卻室1506中，以幫助將熱量從流體1501傳遞至輔熱電裝置1504。此外，第二冷風扇1512有助於在冷卻室1506內保持均勻的溫度。用作散熱器的熱風扇1508附接至輔熱電裝置1504，以將輔熱電裝置1504排出的少量熱量分散至周圍環境。在本發明的一個實施方式中，任何其它類型的散熱器可用來代替熱風扇1508。在本發明的一個實施方式中，主熱電裝置1502的冷卻能力是輔熱電裝置1504的冷卻能力的5至10倍。輔熱電裝置1504始終保持在接通狀態。恆定的電流經過輔熱電裝置1504以產生冷卻，從而補償通過冷卻室1506的熱量洩漏。熱風扇1508與輔熱電裝置1504一起也恆定地保持在接通狀態，以分散輔熱電裝置1504排出的熱量。在冷卻過程開始時主熱電裝置1502接通。在達到穩定狀態之後，主熱電裝置1502斷開。當主熱電裝置1502斷開時，散熱風扇1516和第一冷風扇1510也斷開。在本發明的一個實施方式中，當冷卻室1506的溫度上升到超過溫度上限時，主熱電裝置1502接通。此外，當主熱電裝置1502接通時，熱交換器1518和第一冷風扇1510接通。例如，當打開電冰箱時，主熱電裝置1502在冷卻室1506的溫度上升到超過溫度上限時接通。當冷卻室1506的溫度下降並達到溫度下限時，主熱電裝置1502斷開。當主熱電裝置1502斷開時，散熱風扇1516和第一冷風扇1510也斷開，並且，熱交換器1518和蒸氣二極體1514的組合防止熱量洩漏。通常，在電冰箱中，每天要打開門大約20至24次。因此，主熱電裝置1502平均每天僅接通大約20次，這意味著，每年大約7000至8000次，或者，在主熱電裝置1502的使用壽命中打開70000至80000次（假設10年的使用壽命）。因此，熱電冷卻系統的可靠性提高。熱電冷卻系統的能耗也較小，因為主熱電裝置1502在達到溫度下限之後斷開，並且，僅有的功率損耗是由於較小的輔熱電裝置1504的原因。在本發明的一個實施方式中，改變輔熱電裝置1504的偏壓電流，使得當接通主熱電裝置1502時輔熱電裝置被偏壓以較高的電流。然後，對輔熱電裝置1504的偏壓電流減小至主熱電裝置1502斷開時補償進入第三冷卻室406中的洩漏所必需的最小電流。圖16示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統1600的橫截面圖。除了結合圖15提到的元件以外，冷卻系統1600包含輔蒸氣二極體1602。輔蒸氣二極體1602與輔熱電裝置1504的熱側連接。在本發明的此實施方式中，輔熱電裝置1504以開關循環工作。僅當通過冷卻室1506的壁的洩漏使流體1501的溫度上升到超過溫度上限時，在長時間不工作之後將輔熱電裝置接通。例如，在夜晚中，當電冰箱長時間保持關閉時，輔熱電裝置1504斷開。當輔熱電裝置1504斷開時，輔蒸氣二極體1602防止熱量回流至輔熱電裝置1504。在本發明的一個實施方式中，當輔蒸氣二極體1602接通時，第二冷風扇1512和熱風扇1508接通。類似地，當輔蒸氣二極體1602斷開時，第二冷風扇1512和熱風扇1508斷開。此開關循環降低了輔熱電裝置1504的能耗，並提高了冷卻系統1600的效率。在另一實施方式中，輔熱電裝置1504由脈衝寬度調製電流源控制，並且該電流源取決於冷卻室1506的溫度。圖17a和圖17b分別示出了根據本發明的又一實施方式的第一冷卻系統1700和第二冷卻系統1704的橫截面圖。圖17a中的第一冷卻系統1700是分隔式熱電冷卻器的另一結構，並且包括與冷卻室1506連接的主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504。在本發明的一個實施方式中，冷卻室1506是包含空氣的電冰箱的冷卻室或水冷卻器的冷卻室。除了結合圖15提到的元件以外，第一冷卻系統1700包含附接至輔熱電裝置1504的銅塊1702。銅塊1702將輔熱電裝置1504排出的熱量傳導至熱交換器1518，熱交換器將該熱量分散至周圍環境。因此，熱交換器1518分散由主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504排出的熱量。散熱風扇1516始終保持接通，以分散輔熱電裝置1504排出的熱量。圖17b的第二冷卻系統1704是分隔式熱電冷卻器的另一結構，並且包括與冷卻室1506連接的主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504。第二冷卻系統1704和第一冷卻系統1700的不同之處在於，蒸氣二極體1514與輔熱電裝置1504平行。第二冷卻系統1704還包括將主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504以及蒸氣二極體1514連接的金屬板1706。圖18示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統1800的橫截面圖。冷卻系統1800描述分隔式熱電冷卻器的另一結構，其包括主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504，如結合圖15所提到的。在本發明的此實施方式中，流體1501是水，並且冷卻系統1800是水冷卻器。在冷卻室1506中，熱水位於冷水的上方。主熱電裝置1502位於冷卻室1506的頂部。當存在於冷卻室1506頂部的熱水由主熱電裝置1502冷卻時，水的密度增大，且冷水如箭頭1802所示向下滑動。輔熱電裝置1504存在於冷卻系統1800的底部，並保持存在於冷卻室1506底部的冷水的溫度。冷水出口1804存在於冷卻室1506的底部。圖19示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統1900的橫截面圖。除了結合圖18提到的元件以外，冷卻系統1900包含輔蒸氣二極體1602。冷卻系統1900描述分隔式熱電冷卻器的另一結構，其包括主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504。輔蒸氣二極體1602與輔熱電裝置1504的熱側連接。在本發明的此實施方式中，輔熱電裝置1504以開關循環工作。僅當通過冷卻室1506的壁的洩漏使流體1501的溫度上升到超過溫度上限時，在長時間不工作之後將輔熱電裝置接通。例如，在夜晚中，當水冷卻器長時間保持關閉時，輔熱電裝置1504斷開。當輔熱電裝置1504斷開時，輔蒸氣二極體1602防止熱量回流至輔熱電裝置1504。在本發明的一個實施方式中，輔熱電裝置1504由脈衝寬度調製電流源控制，並且該電流源取決於冷卻室1506的溫度。與第一冷卻系統1700的效率相比，斷開輔熱電裝置1504進一步提高了冷卻系統1900的效率。圖20示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統2000的橫截面圖。冷卻系統2000描述分隔式熱電冷卻器的另一結構，其包括主熱電裝置1502和輔熱電裝置1504。除了結合圖18提到的元件以外，冷卻系統2000包含電容器2002，該電容器包括熱交換器1518。電容器2002具有輸入室2004，該輸入室包含第一流體2006和風扇2010。電容器2002以使得蒸氣二極體1514分散的熱量被傳遞至第一流體2006的方式與蒸氣二極體1514的表面機械地連接。在本發明的一個實施方式中，第一流體2006是水。由於水具有高比熱，所以其有助於在輸入室2004中保持恆溫。此外，第一流體2006的體積比流體1501的體積大。因此，第一流體2006具有比流體1501更高的熱容量。因此，即使當主熱電裝置1502接通時，第一流體2006的溫度也相對恆定。根據一個實施方式，第一流體2006的通常溫度在30℃，並且流體1501的溫度在5℃。在一個實施方式中，輸入室2004和冷卻室1506通過流體管道2008連接，使得流體能夠從輸入室2004傳遞至冷卻室1506。根據一個實施方式，輸入室2004和冷卻室1506保持間隔一定距離，並通過柔性流體迴路和泵連接。可以將柔性流體迴路彎成不同形狀，以將輸入室2004與冷卻室1506連接。泵有助於將流體從輸入室2004通過柔性流體迴路傳遞至冷卻室1506。在本發明的一個實施方式中，輸入室2004位於比冷卻室1506高的位置，並且第一流體2006由於重力而傳遞至冷卻室1506。為了本描述的目的，對於冷卻系統2000僅示出了兩個室。然而，對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，冷卻系統2000可以包括不止兩個室，並且，能夠級聯冷卻方案以將流體冷卻至低溫。圖21示出了根據本發明的又一實施方式的冷卻系統2100的橫截面圖。冷卻系統2100是兩級分隔式熱電冷卻器，並且包括一級主熱電裝置2102、一級輔熱電裝置2104、二級主熱電裝置2106、二級輔熱電裝置2108、蒸氣二極體1514、以及熱交換器1518。一級主熱電裝置2102和一級輔熱電裝置2104與冷卻室1506連接。冷卻室1506包含需要冷卻的流體1501。在本發明的一個實施方式中，冷卻室1506是需要冷卻至低溫（低於0℃）的電冰箱或冰箱的冷卻室。與一級主熱電裝置2102和二級主熱電裝置2106相比，一級輔熱電裝置2104和二級輔熱電裝置2108更小。使用輔熱電裝置2104和2108，因為當冷卻室1506保持在低溫時，進入冷卻室1506的熱量洩漏非常高。一級主熱電裝置2102與冷卻室1506和蒸氣二極體1514連接。二級主熱電裝置2106與蒸氣二極體1514和熱交換器1518連接。在一定周期內一級主熱電裝置2102和二級主熱電裝置2106保持接通，以在冷卻室1506中產生冷卻效果。一級輔熱電裝置2104和二級輔熱電裝置2108因連續對其供應的小電流而始終保持接通。蒸氣二極體1514與一級主熱電裝置2102的熱端連接，以防止熱量回流至冷卻室1506。熱交換器1518將一級主熱電裝置2102和二級主熱電裝置2106提取的熱量分散至周圍環境。在本發明的一個實施方式中，熱交換器1518包含散熱風扇1516。當一級主熱電裝置2102、二級主熱電裝置2106和散熱風扇1516接通時，蒸氣二極體1514的前嚮導熱性和熱交換器1518對周圍環境的導熱性非常高。然而，當一級主熱電裝置2102、二級主熱電裝置2106和散熱風扇1516斷開時，蒸氣二極體1514的導熱性和熱交換器1518的導熱性較低。這是因為，熱交換器1518的導熱性僅是由於自然對流而產生的，並且蒸氣二極體1514的導熱性在相反方向上較低。第一冷風扇1510存在於冷卻室1506中，以幫助將熱量從流體1501傳遞至一級主熱電裝置2102。此外，第一冷風扇1510有助於在冷卻室1506中保持均勻的溫度。當主熱電裝置2102和2106接通時，第一冷風扇1510接通，並且當主熱電裝置2102和2106斷開時，第一冷風扇1510斷開。第二冷風扇1512存在於冷卻室1506中，以幫助將熱量從流體1501傳遞至一級輔熱電裝置2104。此外，第二冷風扇1512有助於在冷卻室1506中保持均勻的溫度。熱風扇1508附接至二級輔熱電裝置2108，以將二級輔熱電裝置2108排出的熱量分散至周圍環境。在本發明的一個實施方式中，主熱電裝置2102和2106的冷卻能力是輔熱電裝置2104和2108的冷卻能力的5至10倍。輔熱電裝置2104和2108始終保持在接通狀態。恆定的電流經過輔熱電裝置2104和2108，以將它們保持接通並補償進入冷卻室1506的熱量洩漏。熱風扇1508與輔熱電裝置2104和2108一起也恆定地保持接通，以分散所排出的熱量。在冷卻過程開始時主熱電裝置2102和2106接通。在達到穩定狀態之後，主熱電裝置2102和2106斷開。當冷卻室1506的溫度上升到超過溫度上限時，主熱電裝置2102和2106接通。例如，當打開電冰箱時，主熱電裝置2102和2106在冷卻室1506的溫度上升到超過溫度上限之後接通。當冷卻室1506的溫度下降至溫度下限時，主熱電裝置2102和2106斷開。當主熱電裝置2102和2106斷開時，蒸氣二極體1514防止進入冷卻室1506的熱量洩漏。二級主熱電裝置2106將其焦耳熱和由蒸氣二極體1514排出的熱量分散至熱交換器1518。二級主熱電裝置2106能夠在開關頻率下操作，該開關頻率與一級主熱電裝置2102的頻率不同。通常，冷卻系統2100具有兩級，但是其可具有更多數量的級聯成實現低溫的級。對於給定的溫差，與一級熱電冷卻器相比，兩級熱電冷卻器提供更多冷卻並且更有效。在一個示例性實施方式中，冷卻室1506保持在-5℃的溫度。一級主熱電裝置2102在-5℃至20℃之間工作，而二級主熱電裝置2106在20℃和環境溫度（接近40℃）之間工作。由於蒸氣二極體1514不需要分散二級主熱電裝置2106排出的焦耳熱，所以可使用更小的蒸氣二極體。兩級熱電冷卻裝置在較寬的溫度範圍內有效地工作。圖22示出了根據本發明的另一實施方式的冷卻系統2200的橫截面圖。冷卻系統2200是兩級分隔式熱電冷卻器的另一結構，並且包括一級主熱電裝置2102、一級輔熱電裝置2104、二級主熱電裝置2106、蒸氣二極體1514、以及熱交換器1518。在冷卻系統2200中，不使用圖21中的二級輔熱電裝置2108。一級熱電裝置2102和2104與冷卻室1506連接。一級主熱電裝置2102與蒸氣二極體1514連接。二級主熱電裝置2106與蒸氣二極體1514和熱交換器1518連接。銅塊1702附接至一級輔熱電裝置2104，以將由一級輔熱電裝置2104排出的熱量傳導至二級主熱電裝置2106。散熱風扇1516始終保持接通，以分散由一級輔熱電裝置2104排出的熱量。當需要較大溫差來將流體1501的溫度保持在工作溫度範圍內時，一級主熱電裝置2102接通。二級主熱電裝置2106恆定地接通，以分散來自一級主熱電裝置2102和一級輔熱電裝置2104的熱量。此外，熱交換器1518保持接通，以將所提取的熱量分散至周圍環境。根據本發明的各種實施方式，在熱電冷卻系統中熱電裝置、蒸氣二極體和熱電容器可以具有不同的布置。圖23a、圖23b、圖24a、圖24b、圖25a、圖25b、圖25c和圖25d舉例說明了這些布置。圖23a和圖23b是通過標記描述熱電裝置和其它元件的示意圖。圖23a代表第一兩級冷卻磚2300的布置，而圖23b代表第二兩級冷卻磚2302的布置。第一兩級冷卻磚2300和第二兩級冷卻磚2302中的每一個均包括兩個熱電裝置，即第一熱電裝置2304和第二熱電裝置2306，接著是蒸氣二極體2308和散熱器2310。第一熱電裝置2304和第二熱電裝置2306通過第一兩級冷卻磚2300的冷端2314提取熱量，並使熱量通過蒸氣二極體2308到達散熱器2310。散熱器2310將熱量排出至周圍環境。圖23b中的第二兩級冷卻磚2302包括與第一兩級冷卻磚2300相同的熱電裝置、蒸氣二極體和散熱器的布置。另外，第二兩級冷卻磚2302包括第一熱電容器2316和第二熱電容器2318。第一熱電容器2316和第二熱電容器2318與第二兩級冷卻磚2302的散熱路徑並聯地設置，以壓制（clamp）系統中不同點的溫度，並防止與熱電容器2316和2318的增加相應的任何附加的溫度損失。高熱容量材料（例如，相變材料）通常具有低導熱性，並能夠增加路徑的熱阻。第一熱電容器2316壓製冷端2314的溫度，並且第二熱電容器2318壓制蒸氣二極體2308的端部的溫度。由於與散熱器2310相比，第一熱電容器2316和第二熱電容器2318具有非常低的導熱性，所以串聯地放置第一熱電容器2316和第二熱電容器2318將導致沿著散熱路徑的巨大的溫度損失。因此，並聯布置是優選的，這壓制溫度並確保沿著散熱路徑的最小的溫度損失。由於PCM具有低導熱率，所以擴散第一熱電容器2316和第二熱電容器2318內的熱量以增加淨導熱性是重要的。第一熱電容器2316和第二熱電容器2318設計成在PCM的體積中分配熱流，而不會導致各個電容器和周圍環境之間出現明顯的溫度下降。在本發明的一個實施方式中，第一熱電容器2316和第二熱電容器2318具有畢奧數高的導體結構。在瞬時階段的過程中，第一熱電容器2316和第二熱電容器2318的使用降低了第二兩級冷卻磚2302上的總溫差，從而導致高COP。圖24a和圖24b分別代表第三兩級冷卻磚2400和第四兩級冷卻磚2402的布置。雖然大多數部件與圖23a和圖23b中的那些部件相似，但是在此布置中，它們的相對位置不同。尤其是，蒸氣二極體2308附接至第一熱電裝置2304的冷側。根據本發明的此實施方式，圖24a的第三兩級冷卻磚2400包含蒸氣二極體2308，接著是兩個熱電裝置，即第一熱電裝置2304和第二熱電裝置2306。蒸氣二極體2308包含在低溫下更有效的流體，例如，異丙醇。由於蒸氣二極體2308存在於第三兩級冷卻磚2400中的冷側，所以與蒸氣二極體2308布置在第一兩級冷卻磚2300的熱側通過的熱通量相比，蒸氣二極體2308在冷側通過更少的熱通量。散熱器2310將從冷端2314提取的熱量以及第一熱電裝置2304和第二熱電裝置2306的焦耳熱排出至周圍環境。圖24b的第四兩級冷卻磚2402包括與第三兩級冷卻磚2400相同的熱電裝置、蒸氣二極體和散熱器的布置。除了第三兩級冷卻磚2400中的元件以外，第四兩級冷卻磚2402包括第一熱電容器2316和第二熱電容器2318。如結合圖23b所描述的，第一熱電容器2316和第二熱電容器2318與第四兩級冷卻磚2402的散熱路徑並聯地設置，使得沒有與熱電容器2316和2318的增加相應的溫度損失。在本發明的一個實施方式中，第一熱電容器2316壓製冷端2314的溫度，並且第二熱電容器2318壓制散熱器2310的溫度。圖25a、圖25b、圖25c和圖25d分別是描述第五兩級冷卻磚2500、第六兩級冷卻磚2502、第七兩級冷卻磚2504和第八兩級冷卻磚2506的示意圖。這些是熱電裝置、蒸氣二極體和散熱器的相對布置的其它變型。根據本發明的此實施方式，圖25a所示的第五兩級冷卻磚2500包含設置在第一熱電裝置2304和第二熱電裝置2306之間的蒸氣二極體2308。在此實施方式中，蒸氣二極體2308將第一熱電裝置2304和冷端2314隔離在第五兩級冷卻磚2500的斷開狀態中。蒸氣二極體2308處理從冷端2314提取的熱量和第一熱電裝置2304的焦耳熱。因此，通過第五兩級冷卻磚2500的蒸氣二極體2308的熱通量小於通過第一兩級冷卻磚2300的蒸氣二極體2308的熱通量。圖25a的布置能夠在蒸氣二極體上產生最佳溫差，從而改進其性能。圖25b所示的第六兩級冷卻磚2502包括與第五兩級冷卻磚2500相同的熱電裝置、蒸氣二極體和散熱器的布置。除了第五兩級冷卻磚2500中的元件以外，第六兩級冷卻磚2502包括與散熱路徑並聯設置的第一熱電容器2316和第二熱電容器2318。如結合圖23b和圖24b所說明的，此布置不僅壓制不同點處熱流的溫度，而且提高了冷卻磚的效率。在本發明的一個實施方式中，第一熱電容器2316壓製冷端2314的溫度，並且第二熱電容器2318壓制散熱器2310的溫度。圖25c所示的第七兩級冷卻磚2504包括與第五兩級冷卻磚2500相同的元件，但是具有不同的布置。在本發明的此實施方式中，蒸氣二極體2308與第二熱電裝置2306並聯。圖25d所示的第八兩級冷卻磚2506包括與第七兩級冷卻磚2504相同的熱電裝置、蒸氣二極體和散熱器的布置。除了第七兩級冷卻磚2504中的元件以外，第八兩級冷卻磚2506包括與散熱路徑並聯設置的第一熱電容器2316和第二熱電容器2318。如結合圖23b和圖24b所說明的，此布置不僅壓制不同點處熱流的溫度，而且提高了冷卻磚的效率。在本發明的一個實施方式中，第一熱電容器2316壓製冷端2314的溫度，並且第二熱電容器2318壓制散熱器2310的溫度。圖26示出了根據本發明的一個實施方式的冷卻磚2600的透視圖。根據本發明的各種實施方式，冷卻磚2600在熱電冷卻系統（例如，冷凍器、電冰箱和飲水機）中用作冷卻發動機。根據本發明的一個實施方式，冷卻磚2600是3英寸長、3英寸寬、1英寸高的矩形塊體。然而，根據應用和通過冷卻磚的熱通量的量，冷卻磚2600可以採用不同的尺寸。根據本發明的各種實施方式，冷卻磚2600包括熱電冷卻器模塊2602、蒸氣二極體2604、以及開關電路（在圖27中標為2704）。冷卻磚2600具有兩側—第一側2608和第二側2610。根據本發明的一個實施方式，第一側2608與需要冷卻的室連接（結合圖28和圖29說明），而第二側2610與散熱器連接（結合圖27說明）。第一側2608從所述室吸收熱量，而第二側2610排出熱量。蒸氣二極體2604用作使通過冷卻磚2600的熱流保持方向依賴性的熱二極體。蒸氣二極體2604允許熱量從所述室流至散熱器，並防止熱量從散熱器流至所述室。對於本發明來說，熱二極體的選擇取決於熱二極體的被稱為雙極性（diodicity）γ的參數。熱二極體的雙極性定義為前向傳導方向上的導熱性與反向方向上的導熱性之比。為了本發明的目的，熱二極體具有儘可能高的雙極性，理想地大於或等於100。因此，蒸氣二極體比其它熱二極體更優選，因為蒸氣二極體的雙極性大於150。根據本發明的其它實施方式，使用其它利用機械運動零件（例如，泵水迴路和空氣隔膜）的熱二極體。冷卻磚2600具有埠2606，其包括電導線，以對熱電冷卻器模塊2602和開關電路提供直流電流。根據本發明的一個實施方式，冷卻磚2600被能夠提供6A至15A電流的12V直流電流源供電。如果用變壓器和整流器將電壓轉變成12V直流至15V直流，那麼冷卻磚2600可被110V交流或220V交流供電。結合圖36詳細描述存在於冷卻磚2600中的開關電路。根據本發明的各種實施方式，冷卻磚2600的熱電冷卻器模塊2602包含能夠將熱量從冷卻磚2600的第一側2608泵至第二側2610的多個熱電偶。在本發明的各種實施方式中，冷卻磚2600還包含熱元件，例如熱電容器。熱電容器是具有高比熱液體（例如，水）的系統，其能夠用來將溫度保持在期望的溫度範圍內。在本發明的各種實施方式中，熱電容器是PCM或具有高比熱懸浮物的儲水器。除了從用於操作本發明中提到的冷卻磚2600的方法產生的改進的COP以外，冷卻磚2600在具有作為不同元件的熱電冷卻器模塊、蒸氣二極體和開關電路的系統上的優點是，冷卻磚2600使得冷卻系統模塊化，與蒸氣壓縮機相似。因此，使用冷卻磚2600的製冷系統易於裝配併集成在電冰箱中，從而降低製造成本。因此，不用任何電的或冷卻的專門技術，便能夠裝配電冰箱。此外，不用任何大的設計修改就可使用冷卻磚2600。此外，冷卻磚2600具有更少的用於溫度傳感器和控制電路的外部配線，並且，磚的四個絕熱側可與絕熱體（例如，聚苯乙烯泡沫）絕緣，以防止熱損失。圖27示出了根據本發明的一個實施方式的包含冷卻磚2600的冷卻系統2700的分解圖。冷卻系統2700是包含用於冷卻冷卻系統2700的冷卻部分2702的電冰箱。冷卻部分2702包含冷卻磚2600。如結合圖26所說明的，冷卻磚2600包含熱電冷卻器模塊2602、蒸氣二極體2604、以及開關電路2704。提供熱風扇2706和散熱器2708，以便於將熱量從冷卻磚2600傳遞至周圍環境。提供冷卻散熱器2710和冷風扇2712，以便於將熱量從待冷卻的流體傳遞至冷卻磚2600。圖28示出了根據本發明的一個實施方式的具有冷卻磚2600的冷卻系統2800的橫截面圖。除了冷卻磚2600以外，冷卻系統2800包括冷室2812、第三熱電容器2806、包含熱管的金屬板2808、以及散熱器2810。根據本發明的另一實施方式，金屬板2808可包含一組的一個或多個熱管。在冷卻系統2800中，冷室2812包含需要冷卻的流體2802。根據本發明的一個實施方式，流體2802是冷藏庫或電冰箱的空氣。冷室2812由第一絕緣壁2804包圍，第一絕緣壁有助於防止熱量從周圍環境傳遞至流體2802，從而有助於將流體2802保持在期望的溫度範圍內。在一個示例性實施方式中，期望的溫度範圍在0℃至8℃之間。根據本發明的各種實施方式，第一絕緣壁2804由具有低導熱性的材料製成。具有低導熱性的材料的典型實例包括聚亞安酯和泡沫塑料。通過存在於冷卻系統2800中的冷卻磚2600來實現冷室2812中的流體2802的冷卻。當直流電流通過冷卻磚2600時，冷卻磚2600通過散熱器2810和風扇2814從流體2802提取熱量，從而冷卻流體2802。提供風扇2814，以幫助將熱量從散熱器2810分散至周圍環境。所提取的熱量和冷卻磚2600的焦耳熱被分散至嵌在金屬板2808中的熱管，該金屬板與冷卻磚2600連接。熱管將金屬板2808頂部的溫度保持為與金屬板底部的溫度相同。金屬板2808的另一側在頂部與第三熱電容器2806連接，而在底部與散熱器2810連接。在開關瞬時的過程中，第三熱電容器2806將金屬板2808的溫度保持為接近環境溫度的恆定值。另外，散熱器2810和風扇2814將熱量分散至周圍環境，並且也將金屬板2808的溫度保持為接近環境溫度。散熱器2810和第三熱電容器2806的相對位置能夠互換，只要它們與金屬板2808熱連接即可。在一個示例性實施方式中，第三熱電容器2806是相變溫度稍高於（5℃）環境溫度的PCM的包裝。在另一示例性實施方式中，第三熱電容器2806中的PCM由石蠟製成。用來製造第三熱電容器2806中的PCM的石蠟的典型實例包括二十烷和二十二烷。在又一示例性實施方式中，第三熱電容器2806中的PCM由水合鹽製成。七水合硫酸鎂是用來製造第三熱電容器2806中的PCM的典型水合鹽的一個實例。在又一示例性實施方式中，第三熱電容2806器中的PCM由液態金屬製成。用來製造第三熱電容2806器中的PCM的液態金屬的典型實例包括，但不限於，鎵、銦和錫合金。根據本發明的一個實施方式，在冷室2812中設置有冷側散熱器2816和冷風扇2818。冷側散熱器2816和冷風扇2818有助於將熱量從流體2802傳遞至冷卻磚2600，並有助於在冷室2812中保持均勻的溫度。圖29示出了根據本發明的一個實施方式的具有冷卻磚2600的冷卻系統2900的橫截面圖。冷卻系統2900包括包含第一流體2902的第一室2910、以及包含第二流體2904的第二室2912。在冷卻系統2900中，第二室2912包含需要冷卻的第二流體2904。在本發明的一個示例性實施方式中，第二流體2904是水。通過冷卻磚2600來實現第二流體2904在第二室2912中的冷卻。當直流電流通過冷卻磚2600時，其從第二流體2904提取熱量，從而冷卻第二流體2904，並將所提取的熱量和冷卻磚2600的焦耳熱分散至包含於金屬板2808中的熱管，該金屬板與冷卻磚2600連接。第二室2912由阻止熱量從周圍環境和第一室2910流至第二流體2904的第二絕緣壁2906包圍，從而有助於將第二流體2904保持在恆溫範圍內。金屬板2808包括第一端和第二端。第一端具有與冷卻磚2600的熱端機械地連接的第一表面以及與散熱器2810連接的相對表面。第二端夾在具有PCM的第三熱電容器2806和第一室2910的導熱壁之間。根據本發明的一個實施方式，金屬板2808的第二端以如下方式與第三熱電容器2806連接：即金屬板2808能夠將在冷卻磚2600的熱端分散的熱量傳遞至第三熱電容器2806，第三熱電容器保持在接近環境溫度的恆溫。第一室2910中的第一流體2902也用作熱電容器，並將金屬板2808的溫度保持為接近環境溫度。第一室2910以使得由冷卻磚2600分散的熱量傳遞至第一流體2902的方式與金屬板2808的第二端機械地連接。根據一個實施方式，第一室2910包括能夠將熱量從金屬板2808傳遞至第一流體2902的熱傳導部分2908。由於水具有高比熱，所以其有助於在第一室2910中保持恆溫。因此，在本發明的一個實施方式中，第一流體2902是水。此外，第一流體2902的體積比第二流體2904的體積大。因此，第一流體2902具有比第二流體2904高的熱容量。因此，即使當接通冷卻磚2600時，第一流體2902的溫度也相對恆定。根據一個實施方式，第一流體2902和第二流體2904之間的通常溫差在20℃至25℃之間變化。在一個實施方式中，第一室2910和第二室2912通過流體管道2914連接，以能夠將流體從第一室2910傳遞至第二室2912。為了本描述的目的，對於冷卻系統2900僅示出了兩個室。然而，對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，冷卻系統2900可以包括不止兩個室，並且，能夠級聯冷卻方案，以將流體冷卻至低溫。圖30示出了描述對於（1）傳統的冷卻裝置和（2）根據本發明的各種實施方式的冷卻系統的溫度隨時間的變化的兩個示圖。示圖1畫出傳統的冷卻裝置在流體的冷卻過程中溫度和時間的關係。在示圖1中，水平軸線3002代表時間，並且豎直軸線3004代表溫度。第一虛線3006代表恆定的環境溫度，並且在示圖1中用T環境表示。此外，第二虛線3008對應於流體需要冷卻至的目標溫度，並且在示圖1中用T設定表示。另外，對應於傳統的冷卻裝置的熱端的最大溫度的第三虛線3010在示圖1中用TEC(TH1)的熱端表示。當接通傳統的冷卻裝置時，冷卻器的熱端快速地達到平衡溫度TH1，這取決於散熱器的效率和相關的氣流。在使用普通散熱器的傳統的冷卻裝置中，TH1比環境溫度高大約20度。TH1和T環境之間的差由第一雙箭頭3012表示，並在示圖1中標記為ΔT熱。此外，TH1和T設定之間的差由第二雙箭頭3014表示，並在示圖1中標記為ΔT傳統。在使用傳統冷卻裝置的冷卻過程中，待冷卻的流體初始處於T環境。在持續時間τ傳統之後，流體的溫度降至T設定。第一曲線3016代表流體溫度的時間變化，並且在示圖1中由T水表示。由於傳統的冷卻裝置將所提取的熱量和裝置的相關焦耳熱分散至熱端，所以傳統的冷卻裝置的熱端的溫度升高。通常，傳統的冷卻裝置的熱端的溫度升高在35℃至45℃的範圍內。第二曲線3018畫出在冷卻過程中熱端的溫度隨時間的變化。雖然傳統的冷卻裝置的熱端快速地達到平衡，但是，流體僅在時間段τ傳統之後達到期望的冷溫度。當斷開傳統的冷卻裝置時，熱量從傳統的冷卻裝置的熱端回流至冷流體中。在示圖1中，第三曲線3020代表這種熱量通過熱電裝置的回流，並且標記為T回流。第三曲線3020是已經斷開傳統的冷卻裝置之後冷卻流體的溫度隨時間的變化。當斷開傳統的冷卻裝置時，熱量從熱端(TH1)流至流體(T水)。如示圖1所示，TH1示出了下降（在一些情況中，甚至低於環境溫度）。在傳統的冷卻裝置中，冷卻模塊和散熱器之間的導熱性最大，以優化其傳遞熱量的效率。這通常通過塗敷導熱界麵糊劑或環氧樹脂來實現。雖然，當斷開傳統的冷卻裝置時，與散熱器的緊密熱接觸在正常操作過程中是有利的，但是，這種高導熱性推動熱量回流至冷卻流體中。因此，必須將傳統的冷卻裝置保持操作，這會增加能耗。當接通傳統的熱電冷卻裝置以冷卻流體時，熱電冷卻器的熱端根據散熱器的效率和相關的氣流而快速地達到平衡溫度。在使用普通的鋁散熱器和普通的熱側風扇（大約40-50c.f.m氣流）的傳統的熱電冷卻裝置中，此平衡溫度在40℃至45℃的範圍內，這比環境溫度高大約20℃。當斷開傳統的熱電冷卻裝置時，熱量從其熱端回流至流體中。此外，在傳統的熱電冷卻裝置中，散熱器的導熱性最大，以降低熱電冷卻器的熱側的溫度，從而使其冷卻效率最大。通過在熱電冷卻器和散熱器之間塗敷導熱界麵糊劑或環氧樹脂來增加導熱性。而且，為了降低傳統的熱電冷卻系統的熱側溫度，較大的散熱器和具有較大氣流的風扇是優選的。雖然，更好的熱接觸和更大的散熱器便於在接通狀態更好地散熱，但是，這些在斷開狀態增強了熱量的回流。因此，通常必須將傳統的冷卻裝置保持操作，這會導致增加能耗。示圖2示出了根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻裝置的性能，並畫出了冷卻過程中流體的溫度隨時間的變化。根據一個實施方式，第一本體具有兩種不同的導熱性。根據此實施方式，當接通熱電冷卻裝置時，熱電裝置的熱端和第一流體之間的導熱性高，當斷開熱電冷卻裝置時，導熱性低。在示圖2中，水平軸線3022代表時間，並且豎直軸線3024代表溫度。在示圖2中，第四虛線3026代表用T環境表示的恆定的環境溫度。此外，第五虛線3028代表流體已經冷卻之後的溫度下限，在示圖2中用TSL表示。第六虛線3030代表流體的溫度上限。此溫度級別在示圖2中用TSU表示，並對應於需要再次接通冷卻系統時的溫度閾值。在簡單的成比例的控制系統中，這兩個溫度定義了比例範圍。第七虛線3032代表對應於瞬時階段結束的時間，即，當將熱電裝置斷開第一時間時的時間。對應於在瞬時之後接通熱電裝置時的開關循環階段的時間在第八虛線3034和第九虛線3036之間示出。在示圖2中，熱電裝置的熱端的最大溫度和T環境之間的差用第三雙箭頭3038代表，並且用ΔT熱表示。在示圖2中，環境溫度T環境和TSL之間的差用第四雙箭頭3040代表，並且用ΔTSTEC表示。在比較這兩張示圖時，顯而易見的，示圖1中的ΔT熱比示圖2中的ΔT熱高。這是因為，在根據本發明的實施方式的熱電裝置的散熱器處分散的熱量分散在第一流體中。第一流體的高熱容量壓制熱電裝置的散熱器的溫度上升。在示圖2中，熱電裝置的熱端的溫度變化用第四曲線3042代表，並且用TH2表示。此外，第二流體的溫度變化用第五曲線3044代表，並用T水表示。在一個示例性實施方式中，冷卻系統的熱端的溫度上升在1℃至3℃的範圍內。這種熱端溫度的上升明顯小於傳統的冷卻裝置情況下的溫度的上升。對於本領域的技術人員來說，應該顯而易見的是，當熱電裝置的端部上的溫差最小時，熱電裝置最有效。由於TH2保持為接近環境溫度，如示圖2中所示，所以熱電裝置比傳統設計更快且更有效地達到TSL。這使得能夠更早地斷開冷卻裝置。另外，由於防止了熱量的回流，所以能夠將冷卻裝置保持斷開更長的時間段。如示圖2中所示，當斷開熱電裝置時，第二流體花費更多的時間來達到TSU。第一本體中的熱流的定向性質防止熱量從熱電裝置的熱端的回流，如第六曲線3046所代表的，並且在示圖2中用T回流表示。這在第一本體不以和熱二極體相似的方式工作的傳統設計中通常是不可能的。通常，斷開狀態的時間可以是接通狀態的時間的5倍。這導致進一步提高了冷卻裝置的效率。當不排出第二流體且熱電裝置長時間運行時，這尤其有利，從而節約了電力。圖31示出了描述輸入電流隨時間的變化的示圖3、以及描述對於根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻系統的溫度隨時間的變化的示圖2（結合圖30說明）。示圖3畫出了在利用根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻裝置冷卻流體的過程中電流和時間的關係。在示圖3中，水平軸線3102代表時間，並且豎直軸線3104代表電流。第十虛線3106代表最佳電流IOPT。當最佳電流IOPT通過熱電冷卻系統時，熱電冷卻系統的效率最大。在本發明的實施方式中，熱電冷卻裝置具有帶有強雙極性的蒸氣二極體，這在接通狀態中導致高導熱性，並在斷開狀態中導致極低的導熱性。因此，熱電冷卻裝置將熱開關與電開關組合在一起，以提供有效的製冷系統。在一個實施方式中，在時間t時斷開熱電裝置，其中，時間t小於或等於恆定時間的兩倍（用2τ表示），導致熱電冷卻裝置的COP翻倍。在圖31中，用3108代表電流隨時間的變化。利用熱電冷卻裝置將流體從環境溫度T環境冷卻並將其溫度保持在溫度範圍（TSL至TSU）內的過程包括兩個階段—瞬時階段和開關循環階段。在瞬時階段中，熱電冷卻裝置接通，直到流體從環境溫度冷卻至溫度下限TSL為止。由於在瞬時階段完成冷卻，所以熱電冷卻裝置的熱端的溫度在此階段中升高至其最高極限。當達到溫度下限時，熱電冷卻裝置斷開，並且，溫度由於進入流體的熱量洩漏而升高。通過以規則的間隔接通和斷開熱電冷卻裝置，即，開關循環階段，將流體的溫度保持在溫度範圍TSL至TSU內。在開關循環階段中，熱電冷卻裝置泵出在斷開狀態洩漏的少量熱量。因此，在開關循環階段中，熱電冷卻裝置的熱端的溫度示出了可忽略的或不明顯的上升。對於本領域的技術人員來說，應該顯而易見的是，當熱電冷卻裝置端部上的溫差最小時，熱電冷卻裝置最有效。在本發明的一個實施方式中，熱電容器將熱電冷卻裝置的熱側溫度壓制為接近環境溫度。因此，與傳統的熱電冷卻裝置相比，利用本熱電冷卻裝置流體可更快且更有效地達到TSL。因此，與傳統的熱電冷卻裝置所需的時間相比，本熱電冷卻裝置保持接通所需的時間少。這改進了根據本發明的熱電冷卻裝置的工作循環和效率。另外，由於防止了熱量的回流，所以本熱電冷卻裝置能夠長時間保持斷開，從而節約了大量的能量。當本熱電冷卻裝置斷開時，與在傳統的熱電冷卻裝置中花費的時間相比，流體花費更多的時間來達到TSU。蒸氣二極體中的熱流的定向性質防止了熱量從熱電冷卻裝置的熱端的回流。在示圖2中，熱電冷卻裝置接通的時間段用「ON」表示，熱電冷卻裝置斷開的時間段用「OFF」表示。為了使瞬時階段的COP最大，應該在最佳時間時斷開熱電冷卻裝置。在一個實施方式中，當最佳電流IOPT流過熱電冷卻裝置時，熱電冷卻裝置的效率最大。根據本發明，基於由熱電裝置冷卻並由電流階躍波形供電的冷卻系統的分析，代表最佳電流IOPT的等式是：其中，Z是熱電材料的性能因數；T0是環境溫度，在該溫度下熱電裝置的熱側被壓制；TS是設定點溫度；並且R是熱電材料的阻值。此外，當最佳電流IOPT通過熱電裝置時，在瞬時階段之後沒有開關循環時所述室達到的穩定狀態溫度由以下等式給出：其中，TC∞(IOPT)是穩定狀態溫度，如果沒有開關，那麼所述室將在瞬時階段結束時達到此溫度；T0是環境溫度，在該溫度下熱電裝置的熱側被壓制；K是熱電裝置的導熱率；KI是冷室的漏電導（leakageconductance）；並且S是熱電裝置的有效澤貝克係數（seebeckcoefficient）。用時間的指數衰減函數來估計熱電冷卻過程，從而用以下等式來代表冷端溫度：TC(t)=TC∞-(TC∞-T0)e-t/τ(3)TC(t)是冷卻材料在時間t時的溫度；TC∞是冷卻材料的穩定狀態溫度；T0是冷卻材料的初始溫度；並且τ是時間常數，其與總熱容量成正比，並與(K+SI)成反比。此外，最佳操作模式下的冷卻的時間常數由以下等式給出：其中，m是所述室中的材料的質量；並且C是所述室中的材料的有效熱容量。此外，工作循環（D）代表當冷卻器處於接通狀態時開關循環周期所佔的分數。較小的工作循環成比例地表示較低的功率耗散，因為熱電裝置僅在少量時間時處於ON。對於最佳電流的工作循環由以下等式給出：圖32示出了描述對於根據本發明的一個實施方式的冷卻系統的溫度和電流隨時間的變化的示圖。示圖4畫出了利用根據本發明的熱電冷卻裝置冷卻流體的過程中電流和時間的關係。除了結合示圖3描述的元件以外，示圖4包括隨後的開關循環過程中電流的變化。在第十一虛線3202和第十二虛線3204之間描述了附加的開關循環。示圖5示出了熱電冷卻裝置的性能，並畫出了流體溫度在根據本發明的一個實施方式的冷卻過程中的時間變化。除了結合示圖3描述的要素以外，示圖4包括隨後的開關循環過程中熱電冷卻裝置的性能。圖33示出了兩張示圖，示圖6描述了輸入電流隨時間的變化，並且示圖7描述了對於根據本發明的另一實施方式的具有正比電流反饋的熱電系統的溫度隨時間的變化。示圖6畫出了利用根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻裝置冷卻流體的過程中電流和時間的關係。在示圖6中，水平軸線3302代表時間，並且豎直軸線3304代表電流。第十虛線3106代表最佳電流IOPT。當最佳電流IOPT通過熱電冷卻系統時，熱電冷卻系統的效率最大。在本發明的一個實施方式中，電流的波形形狀由以下等式給出：I(t)=βΔT(6)其中，ΔT是熱電冷卻器模塊上的瞬時溫差；並且β是比例常數。因此，通過熱電冷卻裝置的電流與熱電冷卻器模塊上的溫差成正比。在圖33中，輸入電流隨時間的變化用3306代表。示圖7示出了根據本發明的一個實施方式的具有正比反饋的熱電冷卻裝置的性能，並且畫出了在冷卻過程中流體溫度相對於時間的變化。在示圖7中，水平軸線3308代表時間，並且豎直軸線3310代表溫度。與熱電冷卻器模塊上的溫差成正比的通過電流提高了冷卻效率。在示圖7中，具有正比電流反饋的熱電裝置的熱端的溫度變化用第七曲線3312代表。此外，在示圖7中，流體溫度從T環境到TSL的變化用第八曲線3314代表。在示圖7中，當斷開熱電裝置時，流體溫度從TSL到TSU的變化用第九曲線3316代表，並用T回流表示。在示圖7中，環境溫度T環境和TSL之間的差用第四雙箭頭3040代表，並用ΔTSTEC表示。圖34示出了描述對於根據本發明的又一實施方式的脈衝寬度調製（PWM）方案的溫度和電壓隨時間的變化的示圖。在此實施方式中，開關（3602，結合圖36說明）在冷卻循環的ON周期過程中用不同的脈衝寬度數字地轉換整流器（3710，結合圖37說明）的輸出，從而產生隨時間變化的平均電流。與熱時間常數（＞1000秒）相比，PWM開關增加和減少時間短得多（＜1毫秒）。PWM技術與利用蒸氣二極體的熱開關技術相結合的使用能夠明顯地降低功率耗散。在示圖8中，水平軸線3402代表時間，並且豎直軸線3404代表熱電冷卻器上的電壓。如示圖8所示，脈衝寬度調製電壓波形允許以數字方式改變熱電冷卻裝置的有效偏壓電流，而示圖6示出了改變其的模擬方式。如示圖8所示，第一瞬時（描述為3408）過程中熱電冷卻裝置上的電壓的脈衝寬度以短脈衝寬度/工作循環開始，並增加至大脈衝寬度。這導致通過熱電冷卻裝置的成比例的更高的電流。在流體溫度達到設定溫度之後，PWM開關的脈衝寬度和工作循環在ON周期（在第八虛線3034和第九虛線3036之間描述）過程中減小。這些減小的脈衝寬度對應於通過熱電冷卻裝置的較小的電流，並進一步減小平均時間的能耗。此外，PWM開關過程中的最大電壓電平（描述為3406）處於整流的直流電平。示圖9示出了根據本發明的一個實施方式的具有脈衝寬度調製電壓的熱電冷卻裝置的性能，並且畫出了在冷卻過程中流體溫度隨時間的變化。在示圖9中，水平軸線3410代表時間，並且豎直軸線3412代表溫度。除了使用蒸氣二極體的熱開關循環以外，用脈衝寬度調製電壓波形對熱電冷卻裝置供電提高了冷卻效率。在示圖9中，使用脈衝寬度調製供應的冷卻磚的熱端的溫度變化用第十曲線3414代表。此外，在示圖9中，流體溫度從T環境到TSL的變化用第十一曲線3416代表。在示圖9中，當斷開熱電冷卻裝置時，流體溫度從TSL到TSU的變化用第十二曲線3418代表，並用T回流表示。在示圖9中，環境溫度T環境和TSL之間的差用第四雙箭頭3040代表，並用ΔTSTEC表示。圖35示出了描述對於根據本發明的一個實施方式的具有主熱電冷卻器和輔熱電冷卻器的冷卻系統的溫度和電流隨時間的變化的示圖。在一個實施方式中，主熱電冷卻器是冷卻磚2600，其在一定周期內保持接通，以在室中產生冷卻效果，並且輔熱電冷卻器是小型熱電冷卻器。輔熱電冷卻器始終接通並連續地供應小電流，以補償熱量從所述室的洩漏。在示圖10中，水平軸線3502代表時間，並且豎直軸線3504代表電流。主熱電冷卻器接通，並且一定時間內提供輸入電流I0，在該時間之後主熱電冷卻器斷開。在圖35中，用3506代表供應至主熱電冷卻器的電流隨時間的變化。在示圖10中，用3508代表經過輔熱電冷卻器的洩漏電流。示圖11代表具有主熱電冷卻器和輔熱電冷卻器的冷卻系統的性能。根據本發明的一個實施方式，示圖11畫出了冷卻過程中所述室中的溫度和時間變化。在示圖11中，水平軸線3510代表時間，並且豎直軸線3512代表溫度。如結合示圖2所說明的，第四虛線3026代表環境溫度，如示圖11中T環境所表示的。此外，第七虛線3032代表對應於瞬時階段結束的時間，即，熱電裝置斷開第一時間時的時間。在示圖11中，本發明的此實施方式中的冷卻磚的熱端的溫度變化用第十三曲線3514代表。此外，在示圖11中，流體溫度從T環境的下降用第十四曲線3516代表。在示圖11中，冷卻磚2600斷開時的瞬時之後的流體溫度的變化用3518代表。在示圖11中，環境溫度T環境和溫度下限TSL之間的差用第四雙箭頭3040代表，並用ΔTSTEC表示。圖36是根據本發明的一個實施方式的開關電路2704的電路圖。開關電路2704包括熱電冷卻器模塊2602、開關3602、以及傳感器3606。開關電路2704的目的是實現一種開關方案，該開關方案基於冷卻磚2600的第一側2608的溫度來實現接通和斷開熱電冷卻器模塊2602。開關電路2704由直流電源操作。在一個實施方式中，直流電源是12V電源、24V電源、或任何其它電源。根據本發明的一個實施方式，傳感器3606實現與溫度傳感器電路相似的電路。根據本發明的一個實施方式，傳感器3606利用Maxim公司的MAX6505來實現與溫度傳感器電路相似的電路。此外，傳感器3606通常在5.5V下工作。此外，在對應於溫度上限和溫度下限的設定溫度下對傳感器3606進行預編程。在本發明的一個實施方式中，對應於溫度下限的設定溫度是0℃。傳感器3606具有用於固定傳感器3606的設定溫度的內部二極體。傳感器3606具有可編程的工作範圍。在一個實施方式中，傳感器3606的工作範圍的下限是0℃，且上限是10℃。開關電路2704包括用R1表示的第一電阻器3604和用R2表示的第二電阻器3608。R1和R2劃分12V，以提供能夠與傳感器3606的輸入耦合的5.5V電源。在本發明的一個實施方式中，傳感器3606獲得18毫安級的小電流作為輸入。傳感器3606的輸出是開放漏極型輸出，其中用R3表示第三電阻器3610。第三電阻器3610用作開放漏極的負載。在本發明的一個實施方式中，開關3602是具有低的漏極到源極阻抗的功率MOSFET，通常小於10毫歐。熱電冷卻器模塊2602用作開關3602的負載。在一個典型的冷卻磚2600中，傳感器3606與冷卻磚2600的第一側2608接觸，並檢測冷卻磚2600的第一側2608處的溫度。在一個實施方式中，除了傳感器3606以外，開關電路2704的元件位於存在於冷卻磚2600熱側上的印刷電路板上。起初，當接通電路時，冷卻磚2600的第一側2608處的溫度高，並斷開存在於傳感器3606的輸出處的電晶體。因此，沒有電流流過第三電阻器R3，並且，開關3602的柵極被上拉至12V，從而將其接通。結果，電流流過熱電冷卻器模塊2602。熱電冷卻器模塊2602的電阻比開關3602的電阻高得多。在本發明的一個實施方式中，熱電冷卻器模塊2602的電阻在0.5歐至10歐的範圍內，而開關3602的電阻小於10毫歐。因此，幾乎所有12V電源供應落在熱電冷卻器模塊2602上。這偏壓熱電冷卻器模塊2602，並且最佳電流開始流過熱電冷卻器模塊。因此，熱電冷卻器模塊2602開始冷卻，並且冷卻磚2600的第一側2608處的溫度開始下降。當冷卻磚2600的第一側2608的溫度達到溫度下限TSL時，存在於傳感器3606的輸出處的電晶體接通，使得開關3602的柵極處的電壓小於閾值電壓（0.5V），並且開關3602斷開。有限的電流流過第三電阻器R3，因而功率耗散是可忽略的。當開關3602斷開時，熱電冷卻器模塊2602也斷開。因此，熱電冷卻器模塊2602斷開，並且冷卻停止。圖37代表根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻系統3700的示意圖。熱電冷卻系統3700包括冷室3702、冷卻磚2600、傳感器3606、第三熱電容器2806、變壓器3708、以及整流器3710。提供交流線路電壓源3712，以對熱電冷卻系統3700供應110V或220V的電源。變壓器3708是將輸入電壓減小至適合於冷卻系統2700的功能的電壓的降壓變壓器。整流器3710將交流電壓轉換成直流電壓，然後將該直流電壓供應至冷卻磚2600。直流電流沿箭頭3714指示的方向流過冷卻磚2600。傳感器3606感測冷室3702中的溫度，並且冷卻磚2600的開關電路基於傳感器3606的輸出而工作。當冷室3702中的溫度高於溫度上限TSU時，開關3602接通，並且當溫度低於溫度下限TSL時，開關斷開。圖38示出了根據本發明的一個實施方式的第一本體108的橫截面圖。第一本體108包括室3800、第一導體3802和第二導體3804、一個或多個絕緣體（例如，絕緣體3806和絕緣體3808）、由工作流體3811填充的流體儲存器3810、填充管3812（替代地叫做脆性管（crimpedtube）3812）、聯結至第一導體3802的一個或多個熱管3814、以及設置在室3800和第二導體3804之間且在室的底部處以將工作流體3811與第二導體3804隔開的絕緣體塊3816。第一本體108具有取決於熱量流動的方向依賴性，並用作熱二極體。從熱電裝置106排出的熱量使第一導體3802的溫度上升。聯結至第一導體3802的熱管3814具有燒結內表面（結合圖39提到）。這種燒結表面不僅增加了有效的蒸發表面，而且提供強大的毛細力，以沿著豎直方向牽拉工作流體3811。當工作流體3811在從熱電裝置106的熱側吸收熱量之後而從燒結表面蒸發時，工作流體通過設置在熱管的壁中的微孔3822逸入室3800中。蒸氣在室3800的冷凝表面3824上冷凝，並補充流體儲存器3810。第一導體3802和第二導體3804由能夠沿著蒸發和冷凝表面均勻地分布熱量的導熱材料製成。這種導熱材料的實例包括，但不限於：銅；鋁；導熱陶瓷，例如，塗有鎳的鋁（AlN3）；氧化鋁（Al2O3）；等等。絕緣體3806和絕緣體3808將第一導體3802和第二導體3804熱隔離，從而保持它們之間的溫差。此外，絕緣體3806和絕緣體3808也將室3800與周圍環境隔開，並對室3800提供結構。在絕緣體3806和絕緣體3808中使用的材料的實例包括，但不限於，阻燃劑4（FR4）、具有超薄金屬的FR4的合成物、玻璃、玻璃/樹脂基體、可機加工陶瓷（例如玻璃陶瓷）、丙烯酸、雲母-陶瓷合成物，等等。通常，絕緣體3806和3808應具有與導體3802和3804相同的熱膨脹係數。這使得絕緣體3806和3808與導體3802和3804的熱膨脹相似，從而提高了它們之間的環氧樹脂或焊接接頭的可靠性。例如，當導體3802和3804由銅製成時，FR4是優選的絕緣體材料，因為其具有與銅相同的熱膨脹係數。在一個實施方式中，通過設置在第一導體3802或第二導體3804中的填充管3812來填充流體儲存器3810中的工作流體3811。根據本發明的各種實施方式，所使用的工作流體3811是水。在本發明的另一實施方式中，使用具有較低的蒸發潛熱的工作流體3811。這種流體的實例包括，但不限於，氨水、乙醇、丙酮、以及碳氟化合物（例如，氟利昂）。通常，工作流體的選擇以工作溫度範圍為基礎。在本發明的一個示例性實施方式中，第一本體108連接在熱電裝置106的熱端和第一室102之間。當流體儲存器3810中的工作流體3811與連接至熱電裝置106熱端的第一導體3802以及相應的燒結表面接觸時，流體獲得熱量並開始蒸發以形成蒸氣3818。熱管3814中的微孔允許蒸氣3818逸入室3800中。根據一個實施方式，熱管3814聯結至設置於第一本體108中的第一導體3802。通過毛細管作用，熱管3814的燒結表面從流體儲存器3810聚集工作流體3811，並向上攜帶工作流體。熱管3814的燒結表面在第一導體3802上提供較大的表面面積。為了使熱管3814和第一導體3802上的熱損失最低，利用薄焊料或導熱環氧樹脂將熱管3814附結至第一導體3802。蒸氣3818將由其攜帶的熱量傳遞至第二導體3804，在第二導體處，蒸氣3818損失熱量以凝結成液滴3820。在本實施方式中，液滴3820形成在第二導體3804的內側上，並且在重力的幫助下，液滴3820向下滾動以補充流體儲存器3810。在本發明的一個實施方式中，用疏水塗層塗覆第二導體3804的內表面，以能夠更好地聚集在流體儲存器3810。設置於第二導體3804中的填充管3812在第一本體108的室3800內產生低壓。低壓允許工作流體3811在接近室溫的溫度下蒸發。通常，對於作為工作流體3811的水，在填充管3812的外端處測量的壓力小於20託。在一個示例性實施方式中，填充管3812由無氧銅製成，在室3800中產生低壓之後無氧銅可變脆（crimped）。在本實施方式中，絕緣體塊3816附接至絕緣體3806的表面，以將流體儲存器3810與第二導體3804隔開。根據本發明的一個實施方式，絕緣體塊3816可以是絕緣體3806的組成部分。通常，絕緣體塊3816防止與第二導體3804接觸的水的蒸發，並防止之後的反向熱量流動。根據本發明的一個實施方式，當斷開熱電裝置106時，流體儲存器3810中的工作流體3811由於進入絕緣體塊3816而不與第二導體3804接觸。因此，熱量通過工作流體3811的傳導而從第二導體3804到第一導體3802的回流是可忽略的或不存在的。這使得第一本體108能夠用作絕熱體，並防止熱量在後向方向上從第一室102中的第一流體110傳遞至第二室104中的第二流體124。根據一個示例性實施方式，第一本體108後向方向上的導熱性通常前向方向上的導熱性小100倍。圖39示出了根據本發明的一個實施方式的第一本體108的橫截面圖。圖39包括參考圖38描述的元件，熱管3814除外。代替熱管3814，提供有表面3902（其是微槽表面或燒結銅表面）作為蒸發表面。在本實施方式中，第一導體3802的內表面具有表面3902，以產生沿著表面牽拉工作流體3811所必需的毛細力。可通過化學方式蝕刻通道或金屬切割來形成表面3902。在一個示例性實施方式中，通道是幾十微米深。這些通道應該基於第一導體3802上的熱負載來設計，因為更高的熱負載會導致通道中的流體的過早變幹。這些微通道也可由矽晶片構造並附接至第一導體3802。微通道的另一便宜且有效的替代方式是燒結的金屬表面。在熱管行業中，蒸發器表面上的燒結銅粉是已確定的實踐，並且，燒結提供可沿著豎直方向牽拉工作流體3811的最大毛細力。在一個實施方式中，第一導體3802和第二導體3804之間的絕緣部分是45度的絕緣表面3904。絕緣管的典型實例包括，但不限於，丙烯酸、玻璃、以及FR4管。提供絕緣管3904，將第二導體3804放置在比第一導體3802更高的高度，從而形成與第二導體3804隔離的流體儲存器3810。在此實施方式中，由於工作流體3811的隔離本質上是內置的，所以絕緣體塊3816不是必需的。圖40示出了根據本發明的一個實施方式的對稱蒸氣二極體4000的橫截面圖。對稱蒸氣二極體4000包括室3800、第一表面4002、第二表面4004、一個或多個熱絕緣體（例如，絕緣體3808）、流體儲存器3810、填充管3812、以及熱交換器4014。第一表面4002和第二表面4004由三部分組成—蒸發部分4006、絕緣部分4008、以及冷凝器部分4010。在本發明的一個實施方式中，蒸發部分4006是增強蒸發的燒結表面。對稱蒸氣二極體4000具有取決於熱量流動的方向依賴性，並用作熱二極體。第一表面4002和第二表面4004通過蒸發部分4006與兩個熱電裝置的熱側連接（結合圖42說明）。流體儲存器3810包含工作流體4012，並由第一表面4002、第二表面4004和絕緣體3808包圍。從熱電裝置排出的熱量被引導至第一表面4002和第二表面4004的蒸發部分4006，並提高這些表面的溫度。來自第一表面4002和第二表面4004的蒸發部分4006的熱量通過蒸發部分4006的燒結表面的毛細管作用傳遞至工作流體4012。當工作流體4012在吸收熱電裝置的熱側排出的熱量之後通過蒸發部分4006蒸發時，其逸入室3800而形成蒸氣3818。蒸氣3818損失熱量至附接於熱交換器4014的冷凝器部分4010，並形成液滴3820。液滴3820返回至蒸發部分4006，並補充流體儲存器3810。在本發明的一個實施方式中，第一表面4002和第二表面4004的絕緣部分4008是絕熱的，並由這樣的材料製成：當斷開熱電裝置時，該材料防止熱量從周圍環境傳導至附接於對稱蒸氣二極體4000的第一表面4002和第二表面4004的熱電裝置。這種材料的實例包括，但不限於，玻璃、不鏽鋼等。絕緣體3808是絕熱的，並在一側上包圍室3800。絕緣體3808中使用的材料的實例包括，但不限於，具有超薄金屬的阻燃劑4（FR4）的合成物、玻璃、玻璃/樹脂基體、不鏽鋼、可機加工陶瓷（例如玻璃陶瓷）、丙烯酸、雲母-陶瓷合成物，等等。理想地，絕緣體3808的熱膨脹係數與第一表面4002和第二表面4004的熱膨脹係數相同。這使得絕緣體3808的熱膨脹與表面4002和4004的熱膨脹相似，從而提高這些部分之間的環氧樹脂或焊接接頭的可靠性。例如，當表面4002和4004由銅製成時，FR4是優選的絕緣體材料，因為其具有與銅相同的熱膨脹係數。在一個實施方式中，通過填充管3812填充流體儲存器3810中的工作流體4012。填充管3812優選地由銅製成，並存在於室3800的頂面。根據本發明的各種實施方式，工作流體4012是水。在本發明的另一實施方式中，工作流體4012是任何其它具有比水低的蒸發潛熱的流體。這種流體的實例包括，但不限於，氨水、乙醇、丙酮、碳氟化合物（例如，氟利昂）、水和乙醇的混合物、以及水和氨水的混合物。通常，根據期望的工作溫度範圍來選擇工作流體4012。在本發明的一個示例性實施方式中，對稱蒸氣二極體4000連接在兩個熱電裝置的熱端之間。當流體儲存器3810中的工作流體4012與連接至熱電裝置的熱端的第一表面4002的蒸發部分4006接觸時，工作流體4012獲得熱量，並開始蒸發以形成逸入室3800中的蒸氣3818。類似地，當流體儲存器3810中的工作流體4012與連接至另一熱電裝置的熱端的第二表面4004的蒸發部分4006接觸時，工作流體4012獲得熱量，並開始蒸發以形成逸入室3800中的蒸氣3818。因此，熱量從兩側對稱地引導至工作流體4012。即使在熱電裝置具有高熱通量時，第一表面4002和第二表面4004的蒸發部分4006也始終保持溼潤，因為液滴3820在重力的作用下從冷凝器部分4010落至蒸發部分4006，並補充流體儲存器3810。蒸氣3818傳遞它們所攜帶的熱量，並在凝結成液滴3820之前將熱量釋放至冷凝器部分4010。冷凝器部分4010附接至將熱量傳遞至周圍環境的熱交換器4014。在本實施方式中，液滴3820形成在第一表面4002和第二表面4004的內側上。如果使用具有附接至第一表面4002而不附接至第二表面4004的熱電裝置的不對稱蒸氣二極體，則水從第一表面4002蒸發。如果熱通量增加，那麼在第一表面4002的蒸發部分4006中沒有足夠的水來傳導熱量。因此，經歷變幹，並且，蒸發部分4006處的溫度升高。因此，不對稱蒸氣二極體的導熱性在高熱通量時變低。因此，與不對稱蒸氣二極體相比，對稱蒸氣二極體4000能夠傳導更高的熱通量。填充管3812在對稱蒸氣二極體4000的室3800內形成低壓。低壓允許工作流體4012在接近室溫的溫度下蒸發。通常，對於用作工作流體4012的水，在填充管3812的外端處測量的壓力小於20託。在一個示例性實施方式中，填充管3812由無氧銅製成，在室3800中形成低壓之後無氧銅可變脆。當連接至對稱蒸氣二極體4000的熱電裝置接通時，蒸發部分4006的溫度高於處於環境溫度下的熱交換器4014的溫度。在此情況中，通過工作流體4012將熱量傳導至熱交換器4014。當連接至對稱蒸氣二極體4000的熱電裝置斷開時，蒸發部分4006的溫度低於接近環境溫度的熱交換器4014的溫度。絕緣部分4008具有較薄的壁厚，並由低導熱率的材料製成，例如，不鏽鋼、玻璃、或FR4與具有在室3800中保持高真空的足夠強度的金屬的合成物。熱阻與橫截面面積成反比。對於較薄的壁厚，壁的橫截面面積更小，因此，熱阻更高。因此，當斷開熱電冷卻器時，絕緣部分4008防止將熱量從熱交換器4014傳導至蒸發部分4006。在本發明的一個實施方式中，不鏽鋼（具有大約15W/mK的導熱率）用作絕緣部分4008的材料，並且，絕緣部分4008的壁是大約300至500微米厚。在本發明的另一實施方式中，玻璃（具有大約1.4W/mK的導熱率）用作絕緣部分4008的材料，並且，絕緣部分4008的壁是大約1毫米厚。圖41示出了根據本發明的另一實施方式的混合流體蒸氣二極體4100的橫截面圖。混合流體蒸氣二極體4100是不對稱蒸氣二極體，並且包括兩個並聯的小型不對稱蒸氣二極體（第一小型蒸氣二極體4101和第二小型蒸氣二極體4102）。第一小型蒸氣二極體4101具有第一室4103，且第二小型蒸氣二極體4102具有第二室4104。第一室4103包含第三表面4106、第四表面4108、熱交換器4014、以及第一流體儲存器4110。第一工作流體4112存在於第一流體儲存器4110中。第一工作流體4112是具有低沸點的流體。第一工作流體4112的實例包括，但不限於，乙醇、氨水和丁烷。由絕緣材料製成的第一閉合壁4114設置在第一室4103上，以對第一室4103提供一種結構。第一填充管4116設置在第四表面4108的頂部上。提供第一填充管4116，以在第一室4103內形成低壓。該低壓允許第一工作流體4112在接近室溫的溫度下蒸發。第二室4104包含第五表面4118、第六表面4120、熱交換器4014、以及第二流體儲存器4122。第二工作流體4124存在於第二流體儲存器4122中。第二工作流體4124是具有的沸點比第一工作流體4112的沸點高的流體，例如水。由絕緣材料製成的第二閉合壁4126設置在第二室4104中，以對第二室4104提供一種結構。第二填充管4128設置在第六表面4120上。提供第二填充管4128，以在第二室4104內形成低壓。該低壓允許第二工作流體4124在低於室溫的溫度下蒸發。正常的蒸氣二極體僅具有一種工作流體，例如，在大氣壓下在100℃沸騰的水。優選地降低工作流體的沸點，以改進低溫下的導熱性。因此，將第一工作流體4112和第二工作流體4124保持在低壓下，以降低它們的沸點。在20毫託的降低的壓力下，水在20℃時沸騰。然而，當以水作為工作流體的單級蒸氣二極體的工作溫度降低至20℃至30℃時，單級蒸氣二極體的前嚮導熱性變低。如果進一步降低單級蒸氣二極體的室中的壓力，那麼水的溫度接近其三相點，並且，在燒結表面中沒有用於毛細管作用的液態水。因此，單級蒸氣二極體的前嚮導熱性變得非常低，並且，其在實際應用中通常沒有用。在本發明的一個實施方式中，混合流體蒸氣二極體4100是不對稱二極體。第一端表面4130附接至熱電裝置，並且第二端表面4132附接至熱交換器4014。混合流體蒸氣二極體4100允許前向方向上（即，從第一端表面4130到第二端表面4132）的熱傳導。第一端表面4130傳導由熱電裝置排出的熱量，並將該熱量分配至第三表面4106和第五表面4118。第二端表面4132將熱量從第四表面4108和第六表面4120傳導至熱交換器4014。混合流體蒸氣二極體4100在較寬的溫度範圍上（例如，0℃至100℃）具有非常高的前嚮導熱性。在低溫下，具有第二工作流體4124的第二室4104提供較高的前嚮導熱性，同時，在高溫下，具有第一工作流體4112的第一室4103提供較高的前嚮導熱性。因此，在所有溫度下實現更高的前嚮導熱性。在單個蒸氣二極體中具有混合流體通常非常困難，因為兩種流體在填充之前通常需要處於冷凍狀態，否則，它們在低壓下開始蒸發。因此，並聯地使用兩個蒸氣二極體是有利的，一個以水作為工作流體，而另一個以乙醇作為工作流體。在本發明的一個實施方式中，使用混合流體，例如，在第一小型蒸氣二極體4101中使用水和乙醇，而在第二小型蒸氣二極體4102中使用氨水和水。在本發明的一個實施方式中，第一小型蒸氣二極體4101和第二小型蒸氣二極體4102能夠並聯地連接，以形成對稱的混合流體蒸氣二極體。圖42示出了根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻裝置4200的橫截面圖。熱電冷卻裝置4200包含具有第一表面4002、第二表面4004和熱交換器4014的對稱蒸氣二極體4000。第一表面4002與第一熱電裝置4202的熱側連接，並且第二表面4004與第二熱電裝置4204的熱側連接。第一熱電裝置4202與第一冷卻室4210連接，並且第二熱電裝置4204與第二冷卻室4212連接。第一熱電裝置4202冷卻第一冷卻室4210，而第二熱電裝置4204冷卻第二冷卻室4212。第一冷卻室4210和第二冷卻室4212包含需要冷卻的流體4214。在本發明的一個實施方式中，第一冷卻室4210和第二冷卻室4212是電冰箱的冷卻室。第一冷卻室4210具有第一冷風扇4206，且第二冷卻室4212具有第二冷風扇4208。冷風扇4206和4208有助於將熱量從流體4214分別傳遞至第一熱電裝置4202和第二熱電裝置4204。此外，冷風扇4206和4208有助於分別在冷卻室4210和4212內保持均勻的溫度。當第一熱電裝置4202接通時，第一熱電裝置4202的熱側的溫度比存在於熱交換器4014的環境溫度高。在此情況中，由第一熱電裝置4202從第一冷卻室4210傳遞的熱量通過第一表面4002傳導至對稱蒸氣二極體4000。對稱蒸氣二極體4000將該熱量通過熱交換器4014傳遞至周圍環境。類似地，當第二熱電裝置4204接通時，第二熱電裝置4204的熱側的溫度比存在於熱交換器4014的環境溫度高。在此情況中，由第二熱電裝置4204從第二冷卻室4212傳遞的熱量通過第二表面4004傳導至對稱蒸氣二極體4000。對稱蒸氣二極體4000將該熱量通過熱交換器4014傳遞至周圍環境。當第一熱電裝置4202斷開時，第一表面4002的溫度變得大約等於第一冷卻室4210的溫度，該溫度小於存在於熱交換器4014的環境溫度。然而，由於對稱蒸氣二極體4000的工作流體4012與熱交換器4014不接觸，所以不能將熱量從熱交換器4014傳遞至冷卻室4210和4212。此外，對稱蒸氣二極體4000的絕緣部分4008具有將熱交換器4014與蒸發部分4006熱隔離的薄橫截面。這防止熱量從周圍環境回流到冷卻室4210和4212。圖43示出了根據本發明的一個實施方式的百葉窗式散熱器4300的橫截面圖。百葉窗式散熱器4300包含風扇4302、框架4304和百葉窗4306。標為(a)的左圖描述了百葉窗4306打開以允許傳導熱量的百葉窗式散熱器4300。標為(b)的右圖描述了百葉窗4306關閉以防止傳導熱量的百葉窗式散熱器4300。百葉窗式散熱器4300主要與熱電冷卻系統的主熱電裝置1502一起使用。當主熱電裝置1502接通時，風扇4302也接通。當主熱電裝置1502斷開時，風扇4302也斷開。當風扇4302接通和斷開時，百葉窗式散熱器4300的熱阻變化。當風扇4302接通時，百葉窗4306打開，並且百葉窗式散熱器4300的熱阻低。當風扇4302斷開時，百葉窗4306關閉，並且百葉窗式散熱器4300的熱阻非常高。當百葉窗4306關閉時，它們擋住百葉窗式散熱器4300的表面附近的空氣，並且不允許自由的（自然的）空氣對流氣流。因此，百葉窗式散熱器4300的熱阻進一步增加地比沒有百葉窗的傳統散熱器/風扇組件的熱阻高得多。在一個實施方式中，用諸如電磁致動器的機構、氣流中的壓降、以及重力來打開和關閉百葉窗4306。在本發明的一個實施方式中，百葉窗4306是存在於框架4304上的光簾的形式。這些百葉窗4306由絕熱膜製成，例如，聚醯亞胺膜或杜邦（kapton）膜。當風扇4302接通時，百葉窗4306由於氣流作用在百葉窗4306上的壓力而升高。在此狀態中，空氣能夠穿過百葉窗式散熱器4300。當風扇4302斷開時，百葉窗4306回到將空氣與百葉窗式散熱器4300隔離的正常狀態。在此狀態中，防止通過百葉窗式散熱器4300的對流氣流，從而增加了百葉窗式散熱器4300的熱阻。圖44示出了根據本發明的一個實施方式的百葉窗式散熱器4300的框架4304的透視圖。在本發明的一個實施方式中，框架4304是具有與在其中切割的百葉窗4306對應的窗口的塑料框架。百葉窗4306由薄聚醯亞胺膜製成，並附接至框架4304中的每個這種窗口。在本發明的一個實施方式中，與百葉窗4306對應的窗口是每側一釐米長的正方形。圖45示出了描述對於根據本發明的一個實施方式的熱電冷卻系統的風扇的熱阻隨氣流的變化的示圖。該示圖畫出了在利用根據本發明的一個實施方式的主熱電裝置1502冷卻流體的過程中，百葉窗式散熱器4300的熱阻和氣流的關係。在示圖中，水平軸線4502代表氣流（單位是米每秒），並且豎直軸線4504代表熱阻（單位是℃/W）。在示圖中，第一曲線4506示出了沒有百葉窗4306的散熱器的熱阻的變化。第二曲線4508示出了百葉窗式散熱器4300的熱阻的變化。第一虛線4510標記了風扇4302接通時的氣流。第一點4512標記了風扇4302接通時的熱阻。第二點4514標記了風扇4302斷開時沒有百葉窗的散熱器的熱阻。第三點4516代表風扇4302斷開時百葉窗式散熱器4300的熱阻。如示圖所示，當風扇4302斷開時，散熱器的熱阻高。對於沒有百葉窗4306的散熱器，用第二點4514代表熱阻（Roff）。對於百葉窗式散熱器4300，用第三點4516代表此熱阻（Roff-百葉窗）。Roff-百葉窗大於Roff，這是因為存在於百葉窗式散熱器4300中的百葉窗4306通過擋住百葉窗式散熱器4300內的空氣來防止空氣的自由（自然）對流。在此情況中，熱量傳遞僅通過空氣的靜態熱傳導而發生。當氣流增加時，散熱器的熱阻減小。在風扇4302接通之後，百葉窗式散熱器4300和沒有百葉窗的散熱器的熱阻（Ron）用第一點4512代表。因此，對於百葉窗式散熱器4300和沒有百葉窗的散熱器來說，Ron幾乎相同，因為在兩種情況中都發生氣流。如下所示地定義散熱器的雙極性（γ）：其中，Kon是風扇4302接通時散熱器的導熱率；Koff是風扇4302斷開時散熱器的導熱率；Roff是風扇4302斷開時散熱器的熱阻；並且Ron是風扇4302接通時散熱器的熱阻。在本發明的一個實施方式中，沒有百葉窗的散熱器的雙極性在7至10的範圍內，而百葉窗式散熱器4300的雙極性在20至25的範圍內。通過改變通過風扇4302的氣流，能夠進一步改變雙極性。大氣流實現高雙極性，而小氣流實現低雙極性。為了增加雙極性，需要Koff的值小（因此需要Roff的值大）。在百葉窗式散熱器4300中，空氣在非常靠近散熱器處被擋住，並且，當關閉百葉窗4306時，自由（自然）對流最小。在此情況中，熱傳遞僅通過靜態傳導而發生，並且，外部空氣不進入百葉窗式散熱器4300。因此，在此情況中，Roff高（在第三點4516示出）。百葉窗式散熱器4300用作熱二極體，因此增強了蒸氣二極體的性能。通常，百葉窗式散熱器4300與蒸氣二極體一起使用。然而，在本發明的一個實施方式中，不用蒸氣二極體，只使用百葉窗式散熱器4300。在本發明的一個實施方式中，百葉窗式散熱器4300和熱電冷卻裝置的熱風扇一起使用，並擋住熱風扇的一側上的熱空氣。在本發明的另一實施方式中，百葉窗式散熱器4300與熱電冷卻裝置的冷風扇一起使用，並擋住冷風扇的一側上的冷空氣。本發明的冷卻系統具有多個優點。在本發明的各種實施方式中，已經用水作為流體。由於與其它液體相比，水具有高比熱，所以水有助於在第一室102中保持恆溫。第一流體110的高比熱壓制熱電裝置106的散熱器的溫度上升，並減小熱電裝置106上的總溫差。熱電裝置的冷卻效率與其端部上的總溫差成反比。因此，總溫差的減下提高了熱電裝置的冷卻效率。此溫度壓制特性在傳統的設計中通常是不可能的。用水作為流體還使得冷卻系統具有環境友好性。在本發明的各種實施方式中，第一本體108具有定向熱流的特性，並且其用作熱二極體。當熱電裝置106的散熱器的溫度高於第一流體110的溫度時，第一本體108是熱的良導體。替代地，第一本體108用作絕熱體，並且，當熱電裝置106斷開時，防止熱量傳遞至第二流體124中。此獨特特性防止熱量回流至第二流體124中，並且第二流體124的溫度不會突然地上升。這能夠將第二流體124的溫度控制在期望的溫度範圍內，並長時間保持裝置斷開。這種熱量回流的減小在傳統的設計中通常是不可能的。另外，由於冷卻系統是固態裝置，所以其可靠、自由振動，且重量輕。根據本發明的各種其它實施方式，冷卻系統在第一和第二室中使用相變材料裝置，以減小第一和第二室上的溫差，從而提高冷卻系統的效率。為了有效地分布熱量，冷卻系統可以在第一室和第二室中使用熱管，從而在整個儲存器中保持恆溫。也可將第一本體放置在熱電裝置的冷側，從而增加設計靈活性。在已經存在流體泵的系統中，本發明的示例性實施方式在特別的布置中使用泵和流體迴路，以用作熱二極體，從而提高冷卻效率。這種布置在流體室的布置方面提供設計靈活性。對於本領域的技術人員來說將顯而易見的是，為了本描述的面對，雖然結合熱電冷卻裝置說明了本發明，但是，上述發明的方法和設備也可應用於蒸氣壓縮機系統和其它製冷技術。雖然已經示出並描述了本發明的各種實施方式，但是，將顯而易見的是，本發明不僅僅限於這些實施方式。對於本領域的技術人員來說，在不背離本發明的實質和範圍的前提下，許多修改、改變、變化、替代和等同物都將是顯而易見的。