相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求享有2014年11月14日提交的美國臨時申請no.62/080,072在35u.s.c119(e)下的優(yōu)先權(quán)。

聯(lián)合研究協(xié)議締約方的名稱

不適用

對在光盤上提交的或通過辦公電子提交系統(tǒng)(efs網(wǎng))作為文本文件提交的材料的援引合并

不適用

有關(guān)發(fā)明人或聯(lián)合發(fā)明人以前披露的聲明

不適用

本發(fā)明涉及用于oem和售后加熱器/冷卻器的加熱和冷卻組件、制造該加熱和冷卻組件的方法及使用該加熱和冷卻組件的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于加熱和冷卻汽車座椅、醫(yī)療容器、各種類型的辦公家具、食品加熱器以及服裝制品的傳導性熱傳遞系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

用于車輛座椅、家具座椅、醫(yī)療容器、食物加熱器和服裝制品的常規(guī)加熱和冷卻系統(tǒng)是本領(lǐng)域眾所周知的，包括最常見類型的強迫通風式加熱和冷卻系統(tǒng)之一，該強迫通風式加熱和冷卻系統(tǒng)之一包括汽車座椅、座椅組件或服裝制品中的強迫通風式加熱器和/或冷卻器。傳統(tǒng)的加熱制品已經(jīng)包括了低效電阻加熱機構(gòu)等。其它利用的升溫方法包括可能有效的化學反應(yīng)型系統(tǒng)，但在每次激活之后它們都需要新的支出。

那些強迫通風式加熱和冷卻系統(tǒng)發(fā)明的從業(yè)者已經(jīng)意識到那些現(xiàn)有技術(shù)發(fā)明所呈現(xiàn)的某些問題。一直困擾汽車制造商和消費者的一個特殊問題是，那些系統(tǒng)由于與使用空氣作為熱傳遞介質(zhì)進行熱傳遞相關(guān)聯(lián)的低效率而使用大量的能量。還有伴隨這些能源消耗問題導致內(nèi)部空間問題的其它復(fù)雜性。

加熱的服裝制品，主要用于摩托車愛好者和戶外活動的人，已經(jīng)使用放置在整個服裝上的電阻絲，很像老式電熱毯。通常，需要將使用電線的摩托車夾克插入摩托車以連續(xù)地向設(shè)備供電。

一旦有人知道誰最近購買了一輛車，那么加熱座椅就非常受歡迎。雖然加熱座椅可用于眾多應(yīng)用，但我將專注于汽車，因為它代表公眾購買的加熱/冷卻座椅的最大銷量。很顯然，用于加熱和冷卻座椅的機構(gòu)對于下面將更充分描述的許多其它應(yīng)用而言可能是有用的。

汽車座椅的加熱和冷卻是汽車買家廣泛采用的理想特征，盡管在現(xiàn)有系統(tǒng)上存在改進。更新這些技術(shù)以便利用更少的電力，新材料和技術(shù)有助于熱傳遞和冷卻，從而有希望最小化水分積聚，這對于座椅行業(yè)的任何應(yīng)用都是有利的。

座椅行業(yè)一直在尋找具有高加熱和/或冷卻速率的單向和雙向熱傳遞材料。此外，在消耗低功率量的同時在整個加熱表面上的持續(xù)加熱和冷卻將受到業(yè)界歡迎。

現(xiàn)有技術(shù)通常包括具有取決于氣流的空氣分布模型的強制對流加熱系統(tǒng)。隨著座椅上的乘員體重增加，空氣流的質(zhì)量下降。在這些情況下，存在不期望的熱沉電阻。在常規(guī)可用的加熱座椅技術(shù)中，包括微熱模塊，將珀爾帖(peltier)電路與熱交換器結(jié)合使用，以提供退回到座椅墊的加熱或冷卻的空氣。由于空氣分布方法可能會出現(xiàn)問題，該方法可以包括第一頂層穿孔皮革，然后是在傳統(tǒng)紗罩布材料頂上的分布層，接著是通過以泡沫材料模制的通道起到緩沖作用的底層。加熱和冷卻已顯示低效率，并且需要用于氣流通過的大量的“不動地”或空間。雖然這種可接受的常規(guī)標準具有相對低的成本，但是在考慮所用能量的量時卻是無效的。而且水分積聚是現(xiàn)有技術(shù)方法的擔憂。

當然，在操作中，可以預(yù)見，駕駛這些車輛的人可能會經(jīng)歷不可避免地發(fā)生來自快餐店的諸如蘇打和咖啡的液體的濺漏物被吸入車內(nèi)。這些溢出的液體可以穿透座椅織物并且進入座椅的內(nèi)部，從而導致霉菌生長、臭味和細菌生長。

該行業(yè)的另一個愿望是在沒有增加復(fù)雜性和費用的額外的傳感器的情況下監(jiān)控座椅乘員的熱狀態(tài)。

此外，座椅制造商的另一個普遍愿望是具有會儲存或釋放熱能以供在車輛不運行期間使用熱能的座椅，從而改善座椅乘員在進入車輛時的舒適度，并且該座椅能夠維持熱存儲器能力達更長的時間。

因此，如果提供了一種具有改進的傳導性熱傳遞的新的替代技術(shù)，其可以加熱和/或冷卻座椅或座椅組件，以及一種制造這種座椅的方法，或者一種使用這種技術(shù)進行加熱和冷卻座椅的方法，則這將是車輛座椅行業(yè)期望的。讓行業(yè)評估這種新技術(shù)將是有利的。通過利用使用熱電設(shè)備的傳導性熱傳遞系統(tǒng)可以實現(xiàn)某些技術(shù)上的益處。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)上述行業(yè)需求，本發(fā)明提供了各種方面，包括傳導性熱傳遞模型，制造該傳導性熱傳遞模型的方法，控制該傳導性熱傳遞模型方法以及使用它們加熱和冷卻座椅的各種方法。這包括加熱和冷卻設(shè)備，優(yōu)選地，新的、改進的熱電模塊粘附到至少一層熱傳導材料上并且與至少一層熱傳導材料結(jié)合，以將熱或冷卻物分布遍及更多的表面區(qū)域。這克服了現(xiàn)有技術(shù)中的許多上述問題，因為在最大化加熱和冷卻分布的同時能夠最小化能量消耗。

通過使用選擇性合并相變材料方案，減輕了在座椅組件本身中不能直接熱充電的問題，以及由于缺乏在更長時間內(nèi)延長其熱能力的方法而引起的問題。

現(xiàn)有系統(tǒng)的改進還可以包括可提供信息反饋回路的感測技術(shù)，以及新材料和新的熱電技術(shù)，以改善座椅冷卻和加熱，而不產(chǎn)生水分。

附圖說明

為了進一步理解本發(fā)明的預(yù)期范圍和各個方面的性質(zhì)和優(yōu)點，應(yīng)參考以下詳細描述，并結(jié)合附圖進行說明，其中相同的部件被給予相同的附圖標記，其中：

圖1示出了本發(fā)明的最簡單的方面，其中將熱電模塊結(jié)合到熱傳導熱傳遞墊中以將其結(jié)合到座椅、座椅組件或作為售后配置；

圖2示出了本發(fā)明的透視環(huán)境視圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的第二方面的側(cè)立視圖；

圖4是本發(fā)明的另一方面的側(cè)立視圖。

圖5是本發(fā)明的又一方面的側(cè)立視圖。

圖6是側(cè)立視圖的又一方面；

圖7是本發(fā)明的風扇方面的立體圖。

圖8是多層方面的俯視圖。

圖9是利用本發(fā)明的座椅組件的另一方面的剖視圖。

圖10是本發(fā)明的車輛方面的環(huán)境視圖，包括在具有充電器的座椅中的用途；

圖11a和圖11b是具有石墨烯條的座椅組件的俯視圖；

圖12是熱傳遞塊和熱沉組件的透視圖；

圖13是圖12的組件的側(cè)剖視圖；

圖14是加熱的服裝的后視圖；

圖15是加熱箱的立體圖。

圖16是用于加熱的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用流程圖；以及

圖17a-17e示出了片狀熱傳導材料的變型。

盡管將通過下文用于具有某些特征的具體方面的示例來描述本發(fā)明，但是還必須認識到，在本發(fā)明的范圍和寬度內(nèi)涵蓋了就實踐者而言不需要撤銷實驗的微小修改。本發(fā)明的另外的優(yōu)點和其它新穎特征將在下面的描述中被闡述，并且特別是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言在實驗之后將是明顯的，或在本發(fā)明的實踐中可以被學習。因此，本發(fā)明能夠具有許多其它不同的方面，并且在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，能夠?qū)ζ浼毠?jié)做出對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的各方面的修改。因此，說明書的其余部分將被認為是說明性的而不是限制性的。

具體實施方式

為了對該行業(yè)提供上面提及的優(yōu)點，本發(fā)明提出了一種使用獨特的元件組合的新穎設(shè)計。在本發(fā)明的最簡單的方面，應(yīng)該將加熱和/或冷卻的座椅，服裝或加熱箱，整體式的加熱和冷卻設(shè)備，特別是熱電設(shè)備，結(jié)合到柔性熱傳導材料上，以便驅(qū)散該區(qū)域上的溫差?；旧?，熱電模塊將用作熱/冷源，而熱傳導材料將在更大的表面積上分布熱/冷。

因此，可以將熱電模塊用作整體式的加熱和/或冷卻源，并且當這些熱電模塊與熱傳導材料開始熱接觸時，加熱或冷卻的溫度效應(yīng)由于熱傳導而在更大的表面積上擴散。為了實現(xiàn)用以加熱或冷卻座椅的溫度梯度差，可優(yōu)選使用諸如石墨的碳基底料，以在遍及座椅表面的較寬分布區(qū)域上擴散溫度差。新型石墨材料的熱導率比銅的熱導率高出一至五倍，從而使得傳導性熱傳遞工業(yè)化成為可能。這可以用于小面積傳導加熱和冷卻，同時仍然是堅韌且柔性的以及具有高熱傳導性。當然，這種材料必須足夠耐用以承受多年的人們滑入座椅和離開座椅。

這種優(yōu)良的熱傳遞設(shè)計系統(tǒng)可以使用最近改進的熱電材料，特別是由碲化鉍制成的熱電材料。這些新材料具有約2℃的增量改進。這些2℃的溫度變化可以意味著“完全冷卻”與“冷”之間的差異。這將為行業(yè)提供一種在座椅上提供冷卻的新途徑。熱電設(shè)備中的材料改進也可用于改進的強迫通風式系統(tǒng)或本發(fā)明中的全新概念。熱電設(shè)備是固態(tài)設(shè)備，可以通過新的熱電合金和晶體生長工藝來實現(xiàn)這些固態(tài)冷卻設(shè)備。

下面將更詳細地討論本發(fā)明的各個方面的示例，詳細描述基本形式和可選組件的各種組合以增強加熱和冷卻方面。通過以下段落將這些各個方面分解為基于組件的選項：

i.熱電模塊和熱傳導材料的組合

a.首先，熱電模塊

在其最基本的形式中，本發(fā)明包括使用整體式加熱和冷卻設(shè)備，特別是熱電加熱和冷卻設(shè)備，其與柔性熱傳導材料熱連通并且附著到柔性熱傳導材料上，以便擴散熱量或冷量。這在任何座椅組件的座椅下方特別有用。所使用的熱電設(shè)備可以是任何常規(guī)的熱電設(shè)備，但優(yōu)選是基于碲化鉍的設(shè)備。這些設(shè)備將從10vdc至16vdc高效地運行，因為這個范圍與汽車電氣要求和其它低壓應(yīng)用兼容。優(yōu)選地，所使用的熱電設(shè)備是127對碲化鉍基設(shè)備(127couplebismuthtelluridebaseddevice)，其中一些可從密歇根州特拉弗斯城的tellurexcorporation商購獲得。

盡管可能使用具有更高的對計數(shù)的設(shè)備來提高效率，但是使用成本效益分析標準來決定用于每個應(yīng)用和各種座椅組件的熱電模塊的設(shè)計。應(yīng)該開發(fā)不同化學或機械組合的熱電或其它固態(tài)設(shè)備，這將提高性能或降低成本，顯然這些將能夠用于本發(fā)明。

在某些方面中，熱電模塊可以包括間隔更遠的p和n對，這將增加熱電模塊的尺寸，因此增加與下述熱傳導材料直接接觸的面積。在這方面，它可以減輕對熱傳遞塊的需要，熱傳遞塊也將熱流擴散到更寬的區(qū)域上，以便為熱傳導材料提供更大的接觸面積。熱電模塊的另一控制可以是使用脈沖寬度調(diào)制。

b.接下來，熱傳導材料

本發(fā)明的第一方面的另一部分將包括熱傳導材料，該熱傳導材料適于將熱電模塊產(chǎn)生的熱量和冷量散布在比熱電設(shè)備本身的表面更寬的區(qū)域上。盡管存在其耐用性足以承受乘坐以及數(shù)百萬次的進入和離開車輛座椅的許多不同的熱傳導熱傳遞材料，但最常見的材料將包括諸如銅片或編織材料的熱傳導材料，熱傳導聚合物，諸如碳纖維織物或石墨織物的碳基傳導材料，并且包括最近可用的石墨烯納米片。由于除了具有高熱傳導性之外，碳基底料是堅韌且柔性的，所以它們特別適用于本發(fā)明。

單層原子厚度的石墨烯是熱傳導性極好的，即，在x&y軸上具有從2,000瓦/米開爾文至4,000瓦/米開爾文的熱傳導性。實際上，由于在z方向上缺少截面積，所以能夠傳遞的實際熱量低。換句話說，每個橫截面積的熱導率非常高，但是如果橫截面積接近零，則實際的熱傳遞是最小的。

因此，用于實際應(yīng)用的可用的石墨烯優(yōu)選采用多層石墨烯，通常為片晶、納米片、納米管和/或納米顆粒的形式。雖然以這種形式使用石墨烯薄片減少了每個橫截面積的熱導率，但由于橫截面積因為z方向上的厚度而相對較大，所以整個熱傳遞可能極高。另外，可以容易地處理這些較厚的石墨烯材料，特別是如果粘合到薄聚合物膜上的話。隨著這種材料的發(fā)展進步，熱傳導性也將增加到2,000-4,000w/mk的上限，但是不知道它將多接近于“理論”極限。

下面公開的實施例使用熱傳導材料，一些具有400-600w/mk的熱傳導性，一些具有2000-4000w/mk。使用多層更薄的400-600w/mk材料可將熱導率提高到1,500w/mk。當然，盡管這當然是一種可能性，但更薄的多層方法增加了成本，可用性更小并且更難以使用。低成本形式的較高的熱傳導性石墨烯正變得可用于400-2,000w/mk或類似范圍的材料。

此外，以700-800w/mk的較高熱導率測試的熱解石墨片材料，包括1500w/mk的材料。熱解石墨片材是合適的熱傳導材料?？蓮娜毡救馑芰仙藤彨@得基于瀝青的碳纖維織物的熱解石墨纖維布，其熱導率為800w/mk。因為它是一種織物，它具有非常好的柔性。然而，初步測試表明織物編織在交叉編織材料中在攜帶熱量方面不起作用。例如，在該試驗中，將熱解石墨纖維布粘結(jié)到3”×3”傳導板上。與熱傳導路徑呈線性的線束攜帶熱量，并且交叉編織材料纖維一旦離開傳導板的區(qū)域就垂直于熱流，并且在線束相遇的圓點處僅與優(yōu)選的熱傳遞線束連通，滿足。因此，可以使用熱粘合劑來熱連接所有的纖維。

盡管可以以不同程度的有效性利用任何熱傳導材料，但是用于本發(fā)明的優(yōu)選熱傳導材料包括取決于厚度和構(gòu)造的熱導率為375w/mk至2000-4000w/mk的石墨烯納米片材料，而熱導率為6500w/mk至1550w/mk的可商購熱解石墨片和熱導率為800w/mk的熱解編織石墨纖維也是合適的。

優(yōu)選地，最好的碳基熱傳導材料是粘附到薄塑料片以增加強度的石墨烯納米片的片材。由于石墨烯的熱導率是銅的兩倍以上，因此它是適用于該申請的材料。這樣的石墨烯納米片片材優(yōu)選為5微米至500微米厚，并且可以任選地粘結(jié)到由聚乙烯或任何其它合適的基底制成的薄塑料片上，以便表現(xiàn)出更大的強度以及抵抗由于人們進出座椅而引起的持續(xù)的壓力和應(yīng)變。

通過使用碳基底料，可以傳遞熱量并且將熱量直接分布遍及傳導材料的整個表面區(qū)域，從而減輕對空氣管道和分布的需要，進一步簡化了座椅結(jié)構(gòu)并且使設(shè)計標準化，同時還提供個性化的氣候控制，從而增加了設(shè)計靈活性。簡而言之，本發(fā)明使用熱傳遞墊來分布熱量和冷量，而不是使用強迫通風。標準化成為可能，因為不管是低重量的乘客還是更大重量的某人坐在座椅上差別都將很小，諸如當大重量的人員可能會在具有加熱和冷卻能力的常規(guī)座椅中擠壓空氣管道時出現(xiàn)的差異。

在這方面，可以從許多來源商購合適的石墨烯納米片材料，包括美國密歇根州蘭辛市的xgsciences以及其它國際分銷商。石墨烯納米片適用于本申請，因為這種相對較新類型的碳納米顆粒顯示出多功能性質(zhì)。石墨烯納米片具有“小板”形態(tài)，因為它們具有非常細但寬的縱橫比。這種獨特的尺寸、形狀和形態(tài)傾向于使顆粒在提供阻隔性能方面特別有效，而它們的純石墨組合物賦予它們良好的導電性和熱傳導性能。它們也可以表現(xiàn)出剛度、高強度和表面硬度。這樣的材料可以用于單層或任何數(shù)量的多層，以實現(xiàn)期望的效果。對于汽車座椅，優(yōu)選使用單張片材，因為其熱導率為400-500+w/mk。許多級別的石墨烯材料由可商購的納米片、納米顆粒、納米管或其組合制成，能夠散熱的典型表面積可以包括從5m²/g至超過750m²/g，其中平均顆粒直徑范圍可以從5微米到超過100微米。當將這些片狀石墨烯納米片或石墨烯納米管材料放置成與上述熱電設(shè)備直接機械和熱接觸時，對于散熱尤其有用。

本發(fā)明的其它方面可以包括使用熱傳導塑料片狀材料，其中包含高度熱傳導組分的間歇位，例如碳或石墨烯納米顆粒、石墨烯納米管或石墨烯納米片，以便提高熱傳導塑料片材的熱傳導性。

ii.熱電模塊、熱傳導材料和穿孔頂部的組合

a.穿孔材料

除了上述基本熱電模塊和熱傳導組合之外，本發(fā)明的其它可選方面可以包括要添加到該組合中的其它元件。在本發(fā)明的該第二方面中，基本的熱電和熱傳導組合還包括使用與座椅中的人接觸的穿孔材料。穿孔材料可以包括穿孔皮革或任何其它合適的穿孔座椅材料，以允許空氣流動到座椅乘員并且防止由于冷凝而導致的水分積聚。合適的穿孔材料將允許空氣流動，因此將改善座椅加熱并且還提供改進的水分轉(zhuǎn)移。

iii.熱電模塊、熱傳導材料和相變材料的組合

可以與基底熱電和熱傳導組合一起使用的另一個元件可以包括能夠在相變期間儲存或釋放熱量的相變材料。這可以在本申請中提供額外的容量。優(yōu)選與本發(fā)明的該方面相關(guān)的材料包括水合碳酸氫鉀，或可以使用適用于應(yīng)用所需的相變溫度的其它相變材料。請記住，相變材料具有能夠儲存和釋放大量能量的高熔化熱。在這種情況下，當材料從固體變?yōu)橐后w時，熱量被吸收或釋放，反之亦然，這使得相變材料成為潛熱儲存材料。例如，當其結(jié)晶時，乙酸鈉加熱墊變熱。

諸如石蠟和脂肪酸的某些有機相變材料具有非常高的熔化熱，并且是安全且不起反應(yīng)的，除了可回收利用并且?guī)缀跖c每種常規(guī)的結(jié)構(gòu)材料相容。雖然它們傳統(tǒng)上是易燃的，但某些容納過程允許在各種應(yīng)用中使用。

本申請中優(yōu)選的興趣可以包括無機鹽水合物，因為它們是不可燃的，同時仍然表現(xiàn)出高的熔化熱。如上所述，優(yōu)選的相變材料是水合碳酸氫鉀。當然，其它的相變材料可以適用于本申請，并且可以包括共晶體或吸濕材料，因為它們可以在其水冷凝時吸收熱量，或者當水蒸發(fā)時它們可以釋放水。雖然不是包含性的列舉，但是適合的相變材料包括水合碳酸氫鉀、乙酸鈉、石蠟、脂肪酸、無機鹽水合物、共晶體、吸水性物質(zhì)、吸濕性物質(zhì)及其組合。當實現(xiàn)某些露點情況時，這在控制座椅中的水分含量方面可能是或可能不是有用的。

在本發(fā)明的各個方面中，座椅內(nèi)的熱電模塊、熱傳導材料、穿孔座椅和/或相變材料墊的這種組合或其任何組合可以使座椅能夠提供比常規(guī)空氣室類型加熱和冷卻座椅更有效的系統(tǒng)。

在本發(fā)明中特別令人感興趣的是，在某些方面，基本上不需要空氣運動，這與使用分體空氣室設(shè)計生產(chǎn)的并且利用在座椅下面的大量“空地(realestate)”的傳統(tǒng)系統(tǒng)不同。從包裝和制造的觀點來看，本發(fā)明的熱電模塊和熱傳導材料在制造期間更容易包裝、運輸和放置在座椅中。需要制造和安裝的空氣室部件很少。

此外，坐在座椅上的人的各種重量阻礙了現(xiàn)有技術(shù)的座椅加熱器和冷卻器的設(shè)計，因為相對于坐在座椅上的小孩而言當肥胖者坐在座椅上時，空氣室變得壓縮?？梢韵胂?，肥胖的人會將空氣室壓縮到空氣不能再分布的地步。本發(fā)明不依賴于空氣運動的事實給座椅設(shè)計者以及座椅加熱器和冷卻器的操作提供了更大的余地。

我的設(shè)計減輕了在加熱和冷卻期間在座椅中所涉及的許多水分，因此甚至不需要解決保濕或蒸發(fā)的問題。如果沒有氣流存在，諸如當沒有允許空氣流動的穿孔時，濕氣會在冷卻時冷凝。使用我的發(fā)明，即使是2℃的差異，特別是使用穿孔，減輕了水分問題。

iv.熱電模塊、熱傳導材料和具有穿孔材料的相變材料的組合

本發(fā)明還包括對所有這些方面的可選使用，以便在相變期間儲存或釋放熱量包括與本發(fā)明的第一方面組合使用的具有相變材料的多孔頂層材料，本發(fā)明的第一方面包括熱傳導材料。這種相變材料可以是具有高熔化熱的任何物質(zhì)，其在一定溫度下熔化和固化，能夠儲存和釋放大量的能量。可以回顧乙酸鈉加熱墊，當乙酸鈉溶液結(jié)晶時，就會發(fā)現(xiàn)它變熱了?？梢酝ㄟ^固體-固體、固體-液體、固體-氣體和液體-氣體相變來實現(xiàn)這種相變材料的潛熱儲存能力。在本申請中使用的優(yōu)選的相變是，這是因為由于存儲熱所需的體積小，因此對于用作熱存儲固體-液體變化是最實際的。雖然常規(guī)的相變材料可以是有機的——例如石蠟和/或脂肪酸，可以是無機相變材料——諸如鹽水合物、共晶材料，與由于其吸水和釋放性能而可能是有利的吸濕材料一起這可以是有機-有機，有機-無機或無機-無機化合物。

優(yōu)選地，如上所述，在這方面，可任選地用于本發(fā)明的相變材料是水合碳酸氫鉀，或適用于汽車或其它座椅組件中期望的相變溫度的任何其它相變材料。

此外，任選地，對于上述方面中的任何一個或全部，為優(yōu)化熱傳遞，另一個元件可能是有幫助的。該元件包括可以使用其以實現(xiàn)較大優(yōu)勢的熱傳導界面。這種熱傳導界面可以是熱油脂、填充銀的凝膠、填充的蠟或硅酮。這個界面將有助于使組件之間完全熱接觸，從而提高每個熱連通的效率。

制造上述各個方面的方法包括組裝如附圖所示的每個部件，以及在熱電模塊與熱傳導材料之間，或者與熱電、熱傳導和相變材料之間施加熱傳導界面的涂層。

這些優(yōu)點包括但不限于：風扇中使用的所有功率可用于通過熱沉進行環(huán)境熱傳遞，這將提高整體性能。可以出于其目來優(yōu)化環(huán)境熱沉，而不是適應(yīng)所需的形狀因子以及使用一部分空氣流，也可以為了對座椅乘員進行冷卻/加熱來優(yōu)化環(huán)境熱沉。這為熱電模塊設(shè)計提供了更多的自由度，其中也可以對座椅包裝進行改進。通過利用各種尺寸的熱傳遞材料和熱電設(shè)備，可以容易地實現(xiàn)加熱和冷卻區(qū)域的各種形狀和尺寸。這也意味著對于具有不同重量的乘員的設(shè)計減少，因為熱反饋回路可以提供更好的溫度控制，使乘員直接與加熱和冷卻的表面熱耦合。

現(xiàn)在參考附圖，我們來看圖1，其中由數(shù)字10總體表示座椅加熱器和冷卻器，并且座椅加熱器和冷卻器包括橡膠墊12，在橡膠墊12正下方并且圍繞橡膠墊12的是熱傳導材料熱傳遞墊14，該熱傳導材料熱傳遞墊14又與在其下方的熱傳遞塊熱連通，并且包括熱電設(shè)備，該熱電設(shè)備在熱傳遞塊下方并且與熱傳遞塊熱連通，該熱傳遞塊又與在其下方具有風扇的熱沉熱連通。熱傳遞墊14可以由如上所述的任何熱傳導材料制成，例如石墨烯納米片、石墨烯納米管等。

圖2示出了在汽車座椅組件中處于其環(huán)境中的圖1的座椅加熱器和冷卻器，并且進一步示出了由數(shù)字20總體表示的座椅組件，其中座椅加熱器和冷卻器24在座椅中以及在座椅組件20的靠背中就位。在座椅的剖視部分中示出了熱電設(shè)備22，而熱電設(shè)備24被示出為在座椅20的靠背上的熱傳遞墊26內(nèi)。

圖3詳細地示出了熱電設(shè)備與包括整個熱傳遞墊以及座椅加熱器和冷卻器的各種部件的組合。上面的熱傳遞塊30位于熱傳遞墊基底33的頂部，該熱傳遞墊基底33然后與下面的熱傳遞塊40熱連通。座墊泡沫32充當對乘員的支撐部，并且使得上面的熱傳遞塊30保持就位。熱電模塊36與熱沉38熱連通，以用于通過由熱沉38加熱或冷卻的空氣流34接收來自風扇35的空氣流。在操作中，風扇35從下方產(chǎn)生空氣流34，以使空氣向上而與熱沉38接觸，該熱沉38然后接觸熱電設(shè)備36，然后使空氣到達下面的熱傳遞塊40。由熱傳導材料制成的基板33有助于驅(qū)散其表面上的熱量或冷量，并且還受到熱界面30的幫助。有利地，可選的熱界面，列出幾種合適的界面材料，諸如熱油脂、填充銀的凝膠、填充的蠟、硅酮或墊。在原型中成功使用的是來自新澤西州普林斯頓樞紐站的aitechnologyinc.的arcticsilver(北極銀)，其可以用在熱傳遞塊與熱傳導材料之間，以提供無空隙的接觸，從而實現(xiàn)最佳的熱傳遞。

接下來看圖4，示出了圖3所示的方面的另一視圖，該視圖具有座墊泡沫32的進一步的緩沖方面，座墊泡沫32的頂部為熱傳導材料層60并且由熱傳導材料層60限定，該熱傳導材料層60與位于熱電模塊52頂部的熱傳遞塊62熱連通。座椅泡沫32圍繞空氣室出口管道58。熱沉54被示出在熱電模塊52的正下方并且與熱電模塊52熱連通。風扇56以其箱體結(jié)構(gòu)被示出，使得空氣向上進入熱沉區(qū)域54以進行熱交換，并且還通過空氣室出口管道58排出任何空氣。座椅泡沫32位于空氣室58與熱傳導材料60之間。所有這些意味著加熱或冷卻傳導性熱傳遞材料60，傳導性熱傳遞材料60優(yōu)選由高度耗散的碳基材料制成，例如上文詳細描述的石墨烯納米片材料。

圖5示出了利用風扇、空氣室以及如上所述的熱電模塊、熱傳導材料、多孔座蓋和相變材料的組合的本發(fā)明的另一方面。由數(shù)字70總體表示座椅加熱器和冷卻器，并且包括其中具有穿孔74的柔性熱傳導材料72。穿孔允許空氣流動以幫助最小化水分的捕獲，這減輕了露點太低時的濕粘感。在柔性熱傳導材料72的下面，使用相變材料76來提供熱量和冷量的儲存。相變材料76與熱傳導材料72接觸，該熱傳導材料72與熱界面78熱連通，該熱界面78與熱傳導塊80直接熱連通，該熱傳遞塊80又與其下面的熱電模塊82熱連通。與其它方面一樣，熱電模塊82被定位成與熱沉84熱連通，該熱沉84由通過風扇86進來的空氣加熱和冷卻。風扇86使空氣移動經(jīng)過空氣通道88，以便使移動的空氣與座椅乘員接觸，這主要是為了減少座椅表面上的水分形成的機會，并且當空氣移動經(jīng)過穿孔時，它將與相變材料和熱傳導材料墊交換一些熱量，雖然到乘員的主要熱傳遞機制是經(jīng)由熱傳導材料然后經(jīng)由與乘員直接接觸的座椅套材料(皮革或其它)。風扇86通過熱沉84分布空氣，從而根據(jù)熱電設(shè)備中的dc(直流)電流流動方向的方向以及座椅乘員是被加熱還是被冷卻，將熱量傳遞到熱沉84或從熱沉84傳遞熱量，然后通過作為出口管道的空氣流動室90熱量被排出到周圍環(huán)境中。

相變材料在相轉(zhuǎn)變期間儲存或釋放熱量。目前與本發(fā)明相關(guān)的材料包括水合碳酸氫鉀。其它合適的相變材料可以適用于期望的相變溫度。相變材料僅用于本發(fā)明的某些方面。例如當停車購物持續(xù)一個小時并且他們想要出來進入具有預(yù)冷座椅的熱車時，相變材料為座椅乘員提供短期冷卻或加熱。其性能可以被設(shè)計成使得可以在熱傳導材料之間放置薄的絕緣材料層，以允許由熱電設(shè)備提供的大部分加熱或冷卻作用于皮革或布座椅套以及座椅乘員上，同時允許加熱或冷卻相變材料的熱泄漏水平。當汽車處于靜止位置時，例如在某人購物或醫(yī)生預(yù)約的情況下，相變材料可以緩慢地釋放或吸收熱量，因為薄的絕緣層阻礙高水平的熱傳遞。如何設(shè)計這個層，或者是否僅設(shè)計一層，則取決于所需的熱要求。

圖6是本發(fā)明的另一方面，其將多孔座椅與熱電模塊和熱傳導材料墊相結(jié)合來使用，以將熱量或冷量分布給座椅的乘員。由數(shù)字100總體表示該方面，并且該方面包括進入風扇104的空氣流102。風扇104通過熱沉106對空氣進行分配，從而根據(jù)熱電模塊中dc電流流向以及座椅乘員是被加熱還是被冷卻來將熱量傳遞至熱沉106或從熱沉106傳遞熱量，然后熱量通過空氣通道120被排放到周圍環(huán)境中。熱界面112與熱傳遞塊114和熱電模塊116連通。風扇104還使空氣移動通過空氣通道124并且向上通過穿孔材料110以在座椅組件100的頂部向乘員提供空氣流動。座椅泡沫108圍繞空氣室120以循環(huán)空氣。

圖7示出了本發(fā)明的另一方面，并且由數(shù)字130總體對其進行表示，其中空氣流132進入風扇134，該風扇134通過空氣分離室136分布空氣。這種低縱橫比空氣移動設(shè)計130還包括熱電模塊142，該熱電模塊142與熱傳遞塊144熱連通。當空氣流通通過空氣分離室136時，它通過經(jīng)過座椅138的空氣流通而被引導通過座椅138，同時來自熱沉的廢氣通過通道140被排出。

接下來參照圖8，示出了兩層碳基熱傳導材料墊，由數(shù)字150總體對其進行表示，并且該兩層碳基熱傳導材料墊包括與熱傳導基底材料154的下側(cè)熱連通的熱傳導板152。熱傳導材料154底層中的狹縫158通過頂部熱傳導環(huán)156保持與由狹縫產(chǎn)生的各種面板中的每一個面板熱連通，使得由熱傳導基底中的裂縫引起的斷裂保持彼此熱連通。用于制造熱傳導墊的熱傳導材料的這種構(gòu)造允許在如下應(yīng)用中具有額外的柔性和魯棒性：其中座椅中的大的向下?lián)锨瞧毡榈?，同時維持總的高熱性能。例如，如果膝蓋骨彎曲(bonykneed)的乘員跪在座椅上，施加了大量的向下力，則他們的膝蓋不會對材料造成任何問題。

圖9示出了具有延長的熱壽命的座椅加熱器和冷卻器的本發(fā)明的另一方面的剖視圖，由數(shù)字160總體對其進行表示，該座椅加熱器和冷卻器包括熱電模塊168的基礎(chǔ)元件，所述基礎(chǔ)元件與熱傳導材料162熱連通，熱傳導材料162與相變材料163相結(jié)合以延長相變材料163的加熱和/或冷卻方面的壽命。優(yōu)選地，熱界面164的任選層，諸如如上文所描述的熱油脂或任何其它合適的界面材料，可以用于創(chuàng)建用于熱連通的更好連接。也可以以與上述方面類似的方式使用熱傳遞塊166，以便將熱量或冷量分布在更廣泛的區(qū)域上。熱電模塊168優(yōu)選是與上述熱電模塊相似的熱電模塊，其將是通過熱傳遞塊166消散的熱源或冷源。如圖9所示，當熱量或冷量從風扇176經(jīng)過時，熱沉170收集適當?shù)臒崃炕蚶淞?。未示出的是熱?70中的熱量或冷量收集翅片，因為該角度示出了最后一個翅片的側(cè)面。出口管道174用于排出移動通過座椅加熱器和冷卻組件160的空氣。座椅泡沫172圍繞出口管道174、風扇176和熱沉170。以側(cè)視圖示出風扇176，因此它作為熱沉170下方的風扇出現(xiàn)，熱沉170促使空氣流經(jīng)出口管道174。

回頭參照圖9，應(yīng)當注意，圖9示出了包含相變材料的座椅加熱器和冷卻器組件，而沒有任何空氣直接流向乘員，諸如包括穿孔氣流座椅設(shè)計的上述方面。相變材料可以延長加熱和冷卻設(shè)備的壽命，而不需要電力，這是因為相變材料利用如下化學反應(yīng)：所述化學反應(yīng)要么是放出熱量的放熱反應(yīng)，要么是吸收能量從而進行冷卻的吸熱反應(yīng)。一旦活化，在此方面優(yōu)選為碳酸氫鉀的相變材料，將會加熱或冷卻——無論期望哪一種，并且將使該溫度持續(xù)延長的時間段。由于相變材料是完全可逆的，沒有任何滯后，可以使用和多次重復(fù)使用相變材料，以提供所需的效果。此外，其可以與熱電設(shè)備結(jié)合使用，并且可以通過使用熱傳導材料將相變材料的效果分布在更大的面積上。

圖10示出了本發(fā)明的另一方面，例如用于辦公座椅或任何其它非汽車應(yīng)用或其中不期望走電線的汽車應(yīng)用中，公開了一種可充電系統(tǒng)，并且由數(shù)字260總體表示該可充電系統(tǒng)，該可充電系統(tǒng)包括具有加熱和冷卻座椅266的辦公座椅262。在辦公座椅的底部是磁共振接收器264，可以將磁共振接收器264移動至靠近地板墊270內(nèi)的嵌入式磁共振發(fā)射器268。操作時，將磁共振接收器264放置在嵌入式磁共振發(fā)射器268上，使得可以實現(xiàn)加熱和冷卻的座椅266的無線充電或供電。當磁共振接收器264處于正確的位置時，通過嵌入式磁共振發(fā)射器268將來自地板墊的電力無線地傳輸至磁共振接收器264，從而為辦公座椅中的加熱和冷卻座椅266提供電力。

在另一方面中，本發(fā)明可以包括用于解決水分問題的超疏水方面。超疏水材料被設(shè)想為在座椅頂部材料的頂表面上，該頂表面在任何上述方面中可選地是最上層。在這方面，對于上述的一些方面，水可能凝結(jié)在加熱和冷卻的座椅表面的冷卻表面上。通過穿孔座椅和/或空氣室或管道的氣流將使空氣移動，從而通過蒸發(fā)冷凝的水分來實現(xiàn)彌補。在空氣移動通過熱傳導材料中的穿孔的方面，上面也提到這種循環(huán)空氣方面。在這方面，使用超級疏水表面并入座椅套，無論該座椅套是皮革還是布料。超疏水表面通過冷凝水相聚結(jié)后由表面能量供能的自推進跳躍冷凝物從座椅表面推動水滴。當水冷凝物開始在座椅表面上形成時，這個方面可以保持座椅表面的干燥。這種超疏水材料可以是如從伊利諾斯州弗農(nóng)希爾斯的rust-oleum可商購的“neverwet”，或者可以是可從新墨西哥州阿爾伯克基的lotusleafcoatings,inc.獲得的超疏水材料。

此外，在某些方面中，熱傳導層可以用作用于將熱傳遞到相變材料層和從相變材料層傳遞熱的活性熱門(activethermalgate)。例如，如果在先前的車輛操作期間，相變材料層被冷卻，并且現(xiàn)在車輛在炎熱的陽光燦爛的日子被停放，并且在正常情況下，相變材料將由于來自汽車座椅外部的覆蓋物的熱傳遞而開始升溫，無論該覆蓋物是皮革還是布料。在該示例中，熱量將從皮革或布的外部汽車座椅套移動到熱傳導材料層，以直接到相變材料，或者在另一方面中，通過中間可變絕緣層到相變材料層。該可變絕緣層可以是將相變材料與熱傳導材料分離的絕緣或部分絕緣材料層。確定這種可變絕緣材料的絕緣值將取決于預(yù)期的使用條件。如果將熱泵產(chǎn)品緩慢地施加到相變材料上，則將選擇更絕緣的層。在這種情況下，這將意味著取決于座椅是處于加熱模式還是處于冷卻模式，相變材料也可以以較慢的速率接收或發(fā)出熱。這意味著座椅表面溫度對熱電系統(tǒng)的熱泵送的熱響應(yīng)將受到很小的影響。如果希望通過系統(tǒng)的熱泵部分實現(xiàn)對座椅表面表面溫度的更快的熱響應(yīng)，則較高的絕緣層將是更適合且適當?shù)?。因此，如果?yīng)用需要更快的對相變材料的充電或放電，則將使用較不絕緣的層。

另一方面，如果要在冷卻模式下通過熱電設(shè)備激活熱傳導材料層，則在停放車輛的時間段期間，來自座椅套的熱能將被轉(zhuǎn)移到熱傳導材料層并且從鄰近區(qū)域被泵出，阻止向相變材料層進行熱傳遞進一步延長了相變材料在車輛處于不操作時間期間的熱存儲時間。如在上文所述的冷卻模式下，通過使用熱電設(shè)備將熱泵送到熱傳導材料中，從而阻止熱量從相變材料逸出，在寒冷的天氣期間，相同類型的操作在加熱模式下可能受到影響?？梢哉{(diào)節(jié)充當熱塊以減少向相變材料層的熱傳遞的熱泵水平，以滿足車輛乘員根據(jù)車輛制造商的規(guī)格所期望的要求。

可以想象，更高的熱泵水平將需要來自車輛的更多的電能。因此，在長距離運送中需要較高的電能，從而對車輛電池中的備用電力產(chǎn)生負面影響。通過本發(fā)明預(yù)先考慮適當?shù)貙㈩A(yù)期用途與電能消耗進行匹配的時間溫度算法。例如，通過以預(yù)先選擇的時間或者獲悉的乘員使用模式以及車輛電池條件輸入常用的車廂溫度，可以容易地優(yōu)化熱泵量和熱阻量。此外，可以想象，該控制系統(tǒng)在其最簡單的形式下也可以簡單地用作定時器。

此外，在僅使用不具有相變材料層的熱傳導材料選項的座椅冷卻和加熱方法的某些方面的操作中，或者在使用具有空氣流動的熱傳導材料的方法的某些方面的操作中，對于停放或上述停放場景下車輛，可以使用這些相同的熱控制方法、材料和概念。

接下來看圖11a和圖11b，可以看到本發(fā)明的另一方面是利用熱傳導材料的條，而不是如圖1所示的整個材料片。看來，使用的熱傳導材料的質(zhì)量越少，散熱/冷卻就越快。這轉(zhuǎn)化為對座椅乘員的響應(yīng)時間更快。對這種布置的感覺響應(yīng)可以隨個人座椅乘員而變化，但是觀察到的是因為較小的區(qū)域被加熱和冷卻，所以它們的溫度可以以在某種程度上比使用完整的片材全座椅覆蓋時的速度更快的速度被改變。這允許對座椅乘員的更顯著的響應(yīng)和似乎更快的感覺響應(yīng)。然而，可以注意到，座椅的較小面積被加熱或冷卻。凈覆蓋面積與遍及整個表面的加熱或冷卻的優(yōu)化已被確定為約20％的凈覆蓋面積，帶覆蓋高達約50％的凈覆蓋面積。熱傳導材料與熱電設(shè)備熱連通，并且用于將熱量和冷量分布在座椅上。

仍然參見圖11a和圖11b，以數(shù)字300和316總體表示的座椅組件分別被示出為附接到座椅支撐件310和318，并且包括與熱電設(shè)備314和322熱連通的熱傳導材料條312和320。設(shè)備314被示出為用泡沫塊覆蓋，而設(shè)備322被示出沒有泡沫塊。圖11a示出了允許幾乎相同水平的泡沫厚度遍及座椅以獲得舒適的泡沫片。非常像其它方面，石墨烯條與熱傳遞板熱連通。石墨烯條通過泡沫出現(xiàn)，就像如圖3中所示的那樣。在圖11b中，這示出了熱傳遞板，其在泡沫被放置到位之前與石墨烯條熱連通，這將使其成為更整體的泡沫表面以獲得舒適。

圖11b示出了用于電連通至電源的電線324。汽車座椅組件通常使用泡沫以獲得舒適和支撐。通常，聚氨酯泡沫是優(yōu)選的，并且在本領(lǐng)域中是公知的。在所有的汽車冷卻/加熱座椅應(yīng)用中，盡管泡沫仍然用于乘員的舒適度，但它也用作熱絕緣體，以阻止來自熱傳導材料的熱量的移動，熱傳導材料將冷卻和加熱提供給座椅乘員，防止熱量被驅(qū)散，不發(fā)揮其預(yù)期的功能。無論泡沫是常見的聚氨酯，特別是配方聚氨酯或其它聚合物材料，還是由諸如棉花、合成纖維材料、玻璃纖維、多異氰酸酯泡沫或天然棉絮材料的其它材料制成，功能是相同的。可以通過許多汽車供應(yīng)公司——諸如密歇根州的johnsoncontrolsinc.，歐洲的faurecia，或化學供應(yīng)商——諸如密歇根州米德蘭市的dowchemicalcorporation商購座椅泡沫。

圖12示出了由數(shù)字326總體表示的鋁塊熱傳遞構(gòu)件的立體正視圖。鋁塊328與優(yōu)選為石墨烯材料的熱傳導材料330的片或條熱連通。鋁塊328位于熱電設(shè)備332的頂部以便進行有效的熱傳遞。熱沉組件334位于熱電設(shè)備332的下方，示出了垂直定向的散熱片。風扇336將空氣吹過散熱翅片并且通過電線338接收電力?；蛘?，可以用彼此粘附的熱傳導條的多層組件替換鋁塊328，如參照圖13更完整地描述的。

在這個和所有其它方面中，優(yōu)選的合適的熱傳導柔性材料可以包括石墨烯納米片或納米管片或條，但是可以使用任何其它合適的熱傳導柔性材料。迄今為止在此概念的開發(fā)中使用的特別合適的熱傳導性材料包括使用由石墨烯納米片材料片材制成的180mm厚的片狀材料的石墨烯納米片，該石墨烯納米片粘合到合適的諸如為薄塑料片的基底材料上以用于增加的強度。在這方面，薄塑料片基底可以是任何合適的片狀塑料，但優(yōu)選是聚酯或聚乙烯，因為這些材料表現(xiàn)出一點熱阻。還測試了220mm厚的片材，并且發(fā)現(xiàn)它們是合適的。材料的厚度應(yīng)基于需要冷卻和加熱的面積。該確定的厚度可以在120mm至220mm的范圍內(nèi)，但是其它厚度也可用于某些應(yīng)用。該材料優(yōu)選具有400w/mk至500+w/mk的熱導率。這種合適的石墨烯納米片材料可從密歇根州蘭辛市的xgsciences,inc.商購獲得。還使用了其它材料，包括碳纖維織物和石墨織物，諸如從日本的三菱塑料等幾家公司購買的一些工業(yè)材料。

可以使用許多可能的薄片基底材料，多個石墨烯條被膠合到該薄片基底材料上以充當?shù)唾|(zhì)量和較低重量的支撐件。特別薄的強韌材料，諸如碳纖維材料、塑料網(wǎng)或金屬網(wǎng)、或甚至薄層玻璃纖維可以用作多個條粘合在其上的基底，從而形成強韌而柔性的結(jié)構(gòu)。粘附到石墨烯條或片材上的這種薄片狀基底材料可以具有許多構(gòu)造，包括固體片或局部片，諸如具有穿孔、擴大的多孔狹縫的結(jié)構(gòu)，或在沒有覆蓋層的熱阻抗的情況下將暴露在4％和約50％之間的凈的自由接觸區(qū)域以提供與熱傳遞材料的更直接的接觸的任何其它構(gòu)型。因為在熱量或冷量將被傳遞到座椅的表面之前，系統(tǒng)不必將所有的熱量或冷量首先從鋁塊推出，所以這種多層條“紙型(papermache)”構(gòu)造它將比諸如上述圖12中所公開的實心鋁塊加熱得更快，從而使用這種多層條“紙型”構(gòu)造可能是最有利的。該構(gòu)造具有比固體金屬塊更小的質(zhì)量和更好的熱導率。

在本發(fā)明的這個和其它方面中，可能期望使用熱傳遞塊。熱傳遞塊允許增加熱電設(shè)備的熱傳遞面積，從而增加用于將熱傳播至座椅乘員或者從座椅乘員處捕獲熱量的熱傳導材料的熱接觸面積。這種增加的面積減小了熱泵系統(tǒng)的熱阻。熱傳遞塊可以是任何熱傳導材料，并且通常是鋁，并且可以源自任何商業(yè)金屬供應(yīng)商。或者，上述多條形結(jié)構(gòu)可能是有利的。在一些情況下，在將熱電設(shè)備直接接合到熱傳遞材料上的情況下，可能不需要熱傳遞塊。

此外，在這些各個方面中，可能期望包含熱沉。熱沉可以是共同的翅片式熱沉的形式，其允許通過空氣流通在冷卻模式期間從熱沉帶走熱或者在加熱模式期間將熱帶入熱沉。也可以由諸如銅的其它金屬或諸如碳、石墨或熱傳導塑料的其它熱傳導材料構(gòu)成這種類型的熱交換器。其它合適的空氣型熱交換器可以包括折疊翅片、微通道結(jié)構(gòu)、液體和熱管。另一種方法是使用在座椅中用于冷卻和加熱的熱傳遞的相同或相似類型的熱傳導材料，并且將其用于熱沉。這使用導電方法將熱傳遞到源或從源傳遞熱，以加熱泵設(shè)備。作為示例，可以將熱傳導構(gòu)件附接到車輛的金屬地板。可以從世界各地的許多供應(yīng)商處購買熱沉，例如遍布全球的aavidthermalloyllc分銷商。

此外，為了提高該加熱和冷卻系統(tǒng)的效率，可能需要風扇。優(yōu)選的風扇包括軸向風扇和徑向風扇。這些風扇用于使空氣通過熱沉，并且在本發(fā)明的一些應(yīng)用中，也將空氣通過座椅套傳遞給乘員。取決于座椅的尺寸以及冷卻和加熱要求，這些風扇的容量范圍為5cfm至35cfm的氣流，并且這些風扇優(yōu)選為無刷設(shè)計和通過電子轉(zhuǎn)向的。對于的露天環(huán)境中的大型臺式座椅應(yīng)用——諸如高爾夫球車，風扇流量可能更高。還可以使用其它空氣移動設(shè)備，例如壓電風扇、隔膜空氣泵、氣流倍增器或靜電空氣移動器。在附圖中所示的一些方面中期望的軸向風扇是特別適合的，因為它提供了通過使用熱沉中的通孔將空氣流通通過熱沉，并且還將流動空氣供應(yīng)給座椅乘員。旋轉(zhuǎn)風扇將對空氣流進行分流，使一些空氣經(jīng)過熱沉，一些則流向座椅乘員。

圖13示出了對圖12的鋁塊熱傳遞塊的替代方面340，并且表示對熱傳遞塊使用熱傳導柔性材料的多個附著層342。這個方面非常類似于為構(gòu)建熱傳遞塊構(gòu)件而逐步構(gòu)成材料的“紙型”，其將熱電設(shè)備348熱連接到石墨烯條342，從而通過座椅組件分布熱量和冷量，如上面的圖11a和圖11b所示。優(yōu)選地，在本發(fā)明的這個方面中，納米片狀石墨烯片或條的多個附著層342粘合在一起，以形成用于前述實心鋁熱傳遞塊的稍微柔軟的多層熱傳遞塊。通過代替這種“紙型”版本的石墨烯條，實現(xiàn)了較低質(zhì)量的熱傳遞構(gòu)件，同時保持了強度和柔韌性。這一方面被設(shè)計為在更多的重量壓在座椅上的情況下提供更多的材料魯棒性和柔性，諸如當一個肥胖的人坐下來時，或尤其是如果他把所有重量都放在他的膝蓋上從而在一個針點組成向下的力時。由這種結(jié)構(gòu)提供的柔性是有幫助的。測試了該多層概念，并且多層概念在維持良好的熱傳遞性能的同時顯示出對本發(fā)明的傳導構(gòu)件的整體魯棒性的改善。

再次參考圖13，可以看出，多層條可以對接到熱電設(shè)備348的頂部，或可以使用圖13所示的c形構(gòu)造來增加與熱電設(shè)備接觸的表面面積，或者在另一方面中，可以使用熱電設(shè)備頂部的熱傳遞板346。熱沉350從風扇352接收空氣并且使空氣移動通過熱電設(shè)備348的表面。石墨烯片344固定在熱傳遞平臺346的頂部，該熱傳遞平臺346將溫度傳遞到石墨烯條344以分配熱和/或冷。雖然沒有明確地示出，但是以兩種不同的結(jié)構(gòu)測試了c型熱傳導材料的底部的基底層，即，根據(jù)設(shè)計與熱傳遞塊直接接合接觸或直接粘合到熱電模塊本身。c形結(jié)構(gòu)的底部是與柔性粘合劑熱傳遞材料結(jié)合的多層結(jié)構(gòu)。用于本發(fā)明任何方面的合適的粘合劑可以包括任何熱傳導界面，包括熱油脂、填充銀的凝膠、填充的蠟、硅酮、墊或任何組合。

優(yōu)選地，熱傳導粘合劑是可再加工的，氮化鋁填充的，電絕緣且熱傳導的糊狀粘合劑，但是可以使用任何合適的粘合劑。在該實施例中，這種合適的柔性環(huán)氧粘合劑可以包括均可從新澤西州普林斯頓的aitechnology，inc.商購的或者粘合劑。

在優(yōu)選的方面中，基底層被分割以允許在使用期間更多的變形。諸如當肥胖者將其膝蓋放在汽車座椅上并且將其體重的很大一部分放置在座椅的相對小的區(qū)域的頂部上時，需要更大的變形，而不會使該多層褶皺。第二層彈性且物理地將狹縫部分保持在適當位置，并且在狹縫部分之間提供熱傳遞，以便最大化這些部分之間的熱傳遞，并且防止出現(xiàn)相對于其它部分的任何熱部分或冷部分(溫度均勻性)。

對于本發(fā)明的所有方面，合適的熱電冷卻/加熱設(shè)備可以包括任何市售的熱電設(shè)備。優(yōu)選的熱電設(shè)備是127對碲化鉍基設(shè)備，因為它們在10-16vdc下有效地工作，這與汽車電氣要求和其它低電壓應(yīng)用相兼容。也可能使用具有更高的對計數(shù)的設(shè)備來提高效率。這種合適的熱電設(shè)備可以從幾個制造商處購買，諸如得克薩斯州達拉斯的marlowindustries。

本發(fā)明的另一方面包括使車輛操作者具有與車輛通信的能力的設(shè)備和方法，使得他們希望在他們進入車輛之前汽車座椅被預(yù)冷卻或預(yù)熱。本發(fā)明的熱座椅部分可以經(jīng)由移動通信設(shè)備或密鑰卡被來自操作者的無線通信激活。

此外，在本發(fā)明的另一方面中，作為本發(fā)明的一部分的熱電模塊可以用作傳感器。在現(xiàn)有技術(shù)的基于空氣的座椅加熱和冷卻系統(tǒng)中，熱電模塊與座椅表面和座椅乘員熱分離。然而，在我的發(fā)明中，乘員與座椅套熱接觸，座椅套與熱傳導材料接觸，熱傳導材料與熱電設(shè)備接觸。當熱電設(shè)備能夠雙向提供熱泵時，該熱電設(shè)備也可以在設(shè)備的兩個平面?zhèn)戎g存在溫差時通過塞貝克(seebeck)效應(yīng)產(chǎn)生電能。因此，利用本發(fā)明的這種發(fā)電方式，可以使用來自乘員的熱來產(chǎn)生與乘員的溫度直接相關(guān)的電能，并且成為溫度傳感器。可以使用溫度信息來幫助控制座椅乘員的溫度，并且可以使用溫度信息來自動地幫助打開或關(guān)閉或調(diào)節(jié)供應(yīng)給座椅乘員的熱或從座椅乘員移除的熱，從而提供最佳舒適度。

圖14示出了本發(fā)明的另一方面，其中由數(shù)字360總體表示熱控制服裝。夾克362包括根據(jù)本發(fā)明保持乘員溫暖和/或冷卻的在其背部上的熱控制器。熱量分布片材364圍繞夾克362的內(nèi)層的至少一部分，并且這些熱量分布片材通過熱傳遞板368與熱電設(shè)備370和熱沉366熱連通。與本發(fā)明的其它方面一樣，熱電設(shè)備和熱量分布片材符合上述說明。熱電設(shè)備370可以用于加熱或冷卻服裝，為服裝的穿著者提供舒適控制和溫度控制。熱電設(shè)備370可以由電池供電，或者可以插入任何插座中，例如摩托車、雪地車或船上的插座。

再看圖14，必須注意的是，這種夾克362或者包含本發(fā)明的加熱和冷卻技術(shù)的任何其它服裝可以用于消防員、海岸警衛(wèi)隊船員、軍事應(yīng)用等。在這些情況下，由于它們將是戶外應(yīng)用，并且服裝不會在電源插座附近的任何地方，所以電池電源組也將是有利的。

服裝360可以通過熱量分布的路徑的絕緣部分來展現(xiàn)梯度加熱和冷卻區(qū)域，從而加強遠離熱電設(shè)備的特定位置處的熱/冷。這是用電氣接線系統(tǒng)無法實現(xiàn)的屬性。

接下來看圖15，由數(shù)字380總體表示的冰箱或加熱箱包括箱容器382，箱容器382具有圍繞箱382內(nèi)的空腔的熱量分布片材384。熱電設(shè)備386與熱量分布片材384熱連通，從而為箱的內(nèi)含物提供熱和/或冷。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，這是一個很大的優(yōu)點，因為以前，諸如熔化的冰液體之類的未被容納的液體因為它們可能損害風扇而不能被包含在冷卻箱中。在該發(fā)明的該方面中，箱中的水不礙事。再次，可以通過經(jīng)由電線的電輸出或通過電池組來電激活這個箱。此外，箱的外部可以被構(gòu)造成使得外表皮是石墨烯材料并且提供通常由熱沉和風扇提供的熱沉。

在所有方面中，如果僅在冷卻模式下使用該設(shè)備，則熱沉可以由熱管組成以排除來自熱電設(shè)備的熱側(cè)的熱量，從而提供更大的冷卻效率。類似地，諸如石墨烯的熱傳導材料可以用在熱電設(shè)備的兩側(cè)上。熱側(cè)上的熱傳導材料可以導電地附接到諸如汽車的汽車車身駕駛艙地板之類的散熱構(gòu)件，以在不使用風扇或其它機械散熱設(shè)備的情況下散熱。

接下來參考圖16，使用本發(fā)明，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)(iot)的新的熱控技術(shù)成為可能。辦公座椅390與磁共振或感應(yīng)充電墊392電連通。特別是在辦公座椅應(yīng)用中，如先前在圖10的描述中所公開的那樣，通過將座椅冷卻和加熱系統(tǒng)與控制技術(shù)相結(jié)合來實現(xiàn)對冷卻和加熱功能的控制操作，這些冷卻和加熱功能與建筑物中的溫度相關(guān)，并提供關(guān)于座椅乘員和座椅使用的信息。如上文已經(jīng)提到的，冷卻和加熱的座椅系統(tǒng)可以用作傳感器，向智能恒溫器394提供無線信號，該智能恒溫器394與控制hvac系統(tǒng)396的溫度設(shè)置的計算機通信。

當人坐在座椅390中時，來自人的熱能通過熱分布石墨烯被傳遞到熱電設(shè)備。傳輸?shù)臒崮茉跓犭娫O(shè)備的兩側(cè)之間產(chǎn)生溫差，然后產(chǎn)生電能。這種電能可以為能夠指示有人坐在座椅390中的發(fā)射器供電。當無線地連接到智能房間恒溫器394時，恒溫器394和建筑物hvac系統(tǒng)396可以知道一個人正坐在他們的座椅上，并且感測建筑空間的溫度和座椅乘員的正常所需的座椅溫度，這個人向座椅傳遞乘員期望的適當設(shè)定的溫度，從而經(jīng)由座椅冷卻/加熱系統(tǒng)啟動座椅的冷卻或加熱。

熱控制技術(shù)還可以以如下方式起作用：座椅將座椅正被占用并且正在被冷卻或加熱到一定溫度的信號傳遞到智能房間恒溫器394，并且智能房間恒溫器394與建筑物的hvac系統(tǒng)396通信并且為空間提供較少的冷卻或較少的加熱，因為座椅中的個人在其個人空間中是舒適的，并且不需要建筑物來充分地為乘員提供熱舒適性。

通過由于由座椅提供的冷卻或加熱過程的操作來為座椅上的座椅乘員提供個性化的舒適度，可以允許空調(diào)空間的溫度比通常提供的溫度更暖或更冷，從而減少維持空調(diào)空間的溫度所需的能量。例如，在夏季熱量需要對建筑物進行冷卻的建筑物中，即使建筑物被允許升高幾度溫度，熱控座椅中的人也可以保持個人舒適度。不必提供盡可能多的空調(diào)節(jié)能。

通過物聯(lián)網(wǎng)(iot)與其它設(shè)備進行通信的加熱和冷卻座椅技術(shù)的另一方面是，建筑操作員可以知道哪些座椅正被占用以及其被占用的位置，并且相應(yīng)地調(diào)整對空間的熱控制。還可以優(yōu)化建筑物系統(tǒng)的其它方面，諸如照明和安全系統(tǒng)。此外，通過云，系統(tǒng)可以將座椅使用參數(shù)通信給座椅制造商或建筑物所有者，以收集關(guān)于座椅系統(tǒng)如何被使用的信息，并且使用此信息來改善座椅使用者的體驗。

移動電話可以將辦公室工作人員將很快到達并坐在座椅上的信息傳通信座椅，因而可以在座椅使用者到達時對座椅進行熱預(yù)處理，或為設(shè)置座椅的首選溫度對座椅進行熱預(yù)處理。經(jīng)由移動設(shè)備，座椅乘員可以在建筑物的不同部分控制座椅，如果他們正移向另一個會議座椅的話。

以類似的方式，以上述熱控制服裝可以利用技術(shù)的擴展。通過使用與在座椅應(yīng)用中使用的熱發(fā)動機相同的熱發(fā)動機，加熱和冷卻系統(tǒng)可用于控制體溫。在該應(yīng)用中，石墨烯材料定位成包繞服裝穿戴者，并且在加熱和冷卻模式下提供熱控制。雖然附圖示出了作為服裝的夾克，但是也可以以類似的方式對其它服裝進行熱控制。如上所述，用于座椅應(yīng)用的相變材料也可用于本申請中。

根據(jù)以上本發(fā)明可以用于對熱箱體進行熱控制。使用相同的熱發(fā)動機，該系統(tǒng)可用于加熱和冷卻絕熱空間，諸如“冷卻器箱”?，F(xiàn)在的以熱電合金加熱和冷卻的冷卻器箱，如由堪薩斯州的iglooproductscorporation或colemaninternational制造的那些，使用通過使箱內(nèi)部空氣經(jīng)過熱沉來加熱或冷卻的空氣。因此，箱中的液位必須保持在一定程度以下，否則會造成系統(tǒng)損壞。例如，在這些冷卻器中不應(yīng)該使用冰。當冰融化時，水可以很容易地滲透風扇/熱沉/熱電模塊/布線并且導致故障。本系統(tǒng)將熱量分布于包繞冷卻箱體內(nèi)壁的石墨烯中，或者被模制到內(nèi)部箱襯里的石墨烯中，并且本系統(tǒng)以與座椅冷卻器/加熱器相同的方式與熱電系統(tǒng)熱連接。

對于我的加熱和冷卻技術(shù)可以設(shè)想本發(fā)明適用于下列應(yīng)用。首先，對于例如汽車的所有類型的車輛、農(nóng)場設(shè)備以及辦公家具等的其它座椅應(yīng)用，都有加熱和冷卻的座椅應(yīng)用。雖然本發(fā)明不限于以下，但一些應(yīng)用將包括汽車座椅、卡車座椅、摩托車座椅、越野車座椅、高爾夫球車座椅、重型設(shè)備座椅、農(nóng)場設(shè)備座椅、辦公椅子座椅、軍用車輛座椅、飛機座椅、輪椅座椅、治療毯、治療床上用品、治療包裹物、溫熱癌癥和其它治療床、汽車中的冷卻和加熱表面、冷卻和加熱表面(一般地，冷鏈醫(yī)療、食品、化學儲熱箱、加熱和冷卻的服裝)、工業(yè)過程溫度控制表面、生物培養(yǎng)設(shè)備、數(shù)字顯示溫度控制、熱鉻標牌和顯示器、電池的熱控制、加熱和冷卻的汽車方向盤、發(fā)光二極管冷卻平板、電子電路板熱維護、冷卻/加熱大幅畫面食品展示和服務(wù)表面。

圖17a至圖17e示出了用于改善特定區(qū)域中的z軸上的熱傳導性的設(shè)備和方法的變形，特別是在熱量通過熱傳導構(gòu)件或熱塊從熱電設(shè)備傳遞出的區(qū)域中。它也可以直接附接到熱電設(shè)備。在描述關(guān)于如何實現(xiàn)這一點的這些變形中，諸如，在圖17a-17e中所描述的那些的穿孔塑料或其它薄膜層示出了膜層片的頂視圖或底視圖，膜層優(yōu)選是塑料或聚氨酯層，其中穿孔可以根據(jù)應(yīng)用存在于一側(cè)或兩側(cè)上。如圖17所示，如果孔在兩側(cè)上，則孔優(yōu)選地偏移以使基底膜層的強度最大化。然而，除了塑料膜之外，可以使用任何合適的基底。

圖17a大體用數(shù)字400表示膜層，并且包括片狀膜402，該片狀膜402具有穿孔404，這些穿孔404在頂部上并且以虛線示出為在穿孔406下方。圖17b是圖17a的膜的側(cè)視圖，示出了熱傳遞塊412與通過穿孔416擠出的熱界面化合物414接觸的相對位置。一旦熱界面化合物擠壓成穿孔，它就與石墨烯408直接親密熱接觸，導致更高的熱導率接觸。

圖17c示出了在頂部和底部都具有穿孔的穿孔膜。塑料膜420具有形成在其中的穿孔422，石墨烯片材424位于穿孔422之間以加強強度。熱界面化合物426在平坦表面之間滲出并且在元件與熱傳遞塊428之間提供完整的熱連通接觸。在高壓下，石墨烯薄片將擠出到由用于支撐的膜層中的穿孔留下的空隙區(qū)域中。這導致石墨烯材料填充空隙的平坦表面，并且熱界面化合物僅在平面表面與熱傳遞塊之間提供界面。

在另一方面，圖17d通過膜中空隙示出了熱接觸區(qū)域。在這方面，熱傳遞化合物436擠壓到膜層中的空隙區(qū)域中，顯示了石墨烯層432在熱傳遞塊434頂部的膜層430之間的中間。

在膜層的又一變型中，圖17e示出了本發(fā)明的另一方面，其中公開了實現(xiàn)更好的熱接觸的針板。在圖17e中，膜440圍繞石墨烯片448。熱電設(shè)備444的頂部是熱傳遞塊442，該熱傳遞塊442包括通過熱傳遞化合物446向上延伸以與石墨烯層448接觸的熱傳導針狀構(gòu)件。通過在熱傳遞板442上包括針，包含更大的表面積，并且因此可以獲得更好的熱傳遞。熱傳遞針可以穿透薄膜層到熱傳導材料中。具有針的熱傳遞塊優(yōu)選地由諸如銅、鋁、鎂、熱解石墨或其組合的高熱傳導性材料制成。

在這方面，穿透石墨烯的針可以利用石墨烯的非常導電的x和y軸的熱導率，并且將熱量傳遞到z軸中的石墨烯或從z軸中的石墨烯傳出。

總之，已經(jīng)描述了由于采用本發(fā)明的各種特定方面的任何或所有概念和特征而產(chǎn)生的許多益處，或者屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的那些益處。已經(jīng)出于說明和描述的目的呈現(xiàn)了本發(fā)明的幾個優(yōu)選方面的前述描述。意圖不是窮舉的或不是將本發(fā)明限制為所公開的精確形式。鑒于上述關(guān)于具體方面的教導，可以進行明顯的修改或變化。選擇和描述方面以便最佳地說明本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠在如適用于預(yù)期的特定用途的各種方面和各種修改中最佳地利用本發(fā)明。意圖是本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。

工業(yè)實用性

本發(fā)明在座椅工業(yè)以及可以有效地實現(xiàn)加熱和冷卻分布的其它應(yīng)用中發(fā)揮效用。