CN103098249B - 分布式热电串线和绝缘板以及局部加热、局部冷却和由热产生电能的应用 - Google Patents

分布式热电串线和绝缘板以及局部加热、局部冷却和由热产生电能的应用 Download PDF

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Abstract

本申请提供了具有高度分布的热电元件的低廉、质轻、柔性的加热和冷却板。所描述的热电“串线”可以被编织或者组装在多个绝缘板中，例如坐垫、床垫、靠垫、毯子、吊顶板、办公屏风、桌下嵌板、电子外壳、建筑墙体、冰箱壁面和热转换嵌板。所述串线包含间隔的热电元件，其热连接并电连接于辫成麻花状的、有孔眼的、绳股的、发泡的或者其他可扩展的和可压紧的导体的整个长度。所述元件和压紧导体的一部分被装配在绝缘板中。在所述板的外部，所述导体被扩展以提供与空气或者其它介质相接触的非常大的表面区域，用于在冷面吸收热量和在热面消散热量。

Description

分布式热电串线和绝缘板以及局部加热、局部冷却和由热产 生电能的应用
发明背景----冷却和加热
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月4日提交的美国专利申请号为13/101,015的优先权，该美国专利依次要求2010年9月13日提交的美国临时专利申请61/403,217、2010年11月26日提交的美国临时专利申请61/417,380、2011年1月17日提交的美国临时专利申请61/433,489、2011年3月31日提交的美国临时专利申请61/470,039的优先权。该申请还要求2011年7月6日提交的美国临时专利申请61/504,784的优先权。上述申请通过引用整体纳入本文。
背景技术
热电模块典型地包含间隔1-3mm密集包装的元件。典型地，在2x2英寸（5.08x5.08cm）的区域的阵列中可以连接多达256个这样的元件。当使用这些模块的时候，需要使用大而重的散热器和强力风扇来消散或者吸收每一侧上的热量。现有技术之所以这样密集的布局是因为具有低电阻的小元件允许更大电流I在所产生的电阻热（I2R）破坏热电冷却（pI1，其中p=珀尔贴系数）之前流动。对于最大冷却能力，使用短的元件会导致热侧和冷侧电路板相互挨着。这种接近导致了高密度。
为了获得低密度封装的热电元件，可以在嵌板上横向地间隔开这些元件，但是之后由这些元件之间的空间传导和辐射的热量的逆流会限制总体性能。一些设计需要抽空模块内部以降低由空气传导的热量逆流，但是真空腔体需要高成本材料并且易于泄漏。当真空材料（像玻璃和KovarTM）足够薄以限制它们自身的热量逆流的时候，该真空材料也是硬的并且易碎。当这些模块应用于坐垫、机动车以及其它环境中的时候，破碎的玻璃会引发安全问题。
扩展热电元件的另一个问题为元件在过长距离上的刚性连接会导致它们的断裂，这是由于热侧相对于冷侧的热膨胀产生剪切应力。为了解决这一问题，提出了其它的设计，对于电路板来说其使用柔性塑料，例如聚酰亚胺，但是柔性材料具有太多的孔而不能保持真空。
现有设计的热电模块的另一个缺点在于移动至热侧的高密度热量会导致贯穿散热器的温度梯度，并且这一温度增量会削弱所述模块可以获得的整体冷却。特别地，传统的热电制品由于这一温度梯度并不能达到真正的制冷温度。
最后，因为现有热电模块在组装过程中被放置在焊接回流炉中，所以仅可以使用高温材料。不幸地，许多需要的冷却和加热的应用涉及与人体的紧密接触或者直接接触，对于此，柔软的材料，例如衬垫、衣料和柔性泡沫是优选的，但是这些材料不能承受焊接回流炉的高温。
当温度增量为10摄氏度或更低的时候，热电设备可以具有与蒸汽压缩冷却系统相当的效率或者较之具有更高的效率。为此，对于所占据空间的局部加热和冷却来说，存在对应用热电技术的强烈的需求，并且由此降低了个人舒适度所需要的整体能量消耗。中央A/C或加热系统加上局部热电系统的这样的组合的整体能量节约可以是30%或更大，但是现有热电模块不实用的实施方式妨碍了它们出于这一目的的使用。
当前绝大多数的热电和基于压缩机的冷却系统均被构建为加压气流系统。为了将空间冷却至舒适的75F，当加压气流从通风口排出时，其需要为55F。55F的冷侧温度和80F至110F的外部温度之间的差值意味着在加压气流构型中穿过热电模块的温度增量是如此之大，使得其热量逆流传导致使其整体效率非常低。然而，如果使用如在本文中所公开的分布式热电的实施方式，那么所述冷侧就可以与人体相接触，或者相距足够近以使得由热电元件所观察到的冷侧接近于86-91F的理想皮肤温度，由此将热电设备处的温度增量降低至这样的水平，其使得热电设备的效率可以与基于压缩机的系统的效率相当。
个体长时间的坐或卧会由于皮肤和接触表面之间滞留的热量而感到不舒适。这一滞留的人体热量导致无益的排汗，其累加并导致湿透的、粘热的感觉。在极端情况中，湿气损害了皮肤和组织，导致压迫性溃疡和褥疮。尽管这些皮肤病本质上是由于压力隔绝了至组织的血液流动所产生的，但是温度对于它们的形成和严重程度，也是一个因素（参见“Skin Cooling Surfaces:Estimating the Importance of Limiting SkinTemperature”，Charles Lachenbruch,Ostomy Wound Management，2005年2月）。分布式热电的实施方式可以非常有效地消除不适性，并且降低或者防止在坐和卧位置处所滞留热量导致的病变。
在一种实施例中，我们示出了根据本发明通过导体连接的一系列热电元件是如何可以用于制造加热的或者冷却的床垫表面。所获得的床垫使用扩展的导体和皮肤或者衣料之间的接触来移除滞留的热量，其不仅仅如前文所述的那样具有更高的效率，而且相对于现有技术中的使用像水或空气的工作流体的热电系统能够更快地响应。在这些现有系统中，整个体积的水或者空气在用户感觉到变化之前必须使其温度升高或降低。对于本发明来说，只要扩展的导体温度改变，用户就能够感觉到变化，其可以在几秒的时间内发生。
因此，多种不同的绝缘板存在对于安全性和舒适性以及热电性能的改进的需求，所述绝缘板例如坐垫、床垫、枕头、毯子、吊顶板材、办公室/住宅墙体或隔板、桌下嵌板、电子外壳、建筑墙体、太阳能板、冰箱壁面、冷冻机的冷冻壁面或者冷冻机的保鲜壁面。
所有由再生能源产生电力的设备均具有限制。每天24小时供给电力的理想发电技术为低成本的，并且仅使用来自于再生能源的能源，例如风、潮汐和波浪、太阳光或者地热池。两种最常用形式的效用尺度的再生发电为风力涡轮机和光电系统。
光电（PV）技术具有如下的限制：（1）高成本，（2）仅当阳光充足的时候才发电，其小于33%的时间，（3）当云彩突然阻挡阳光的时候会将瞬变现象引入至电气节点中，以及（4）无法富集的低效率或者危险的富集温度和光水平。
风力涡轮机具有如下的限制：（1）相对高的成本，（2）仅当刮风的时候发电，其小于33%的平均时间，（3）当风力突然停止或者改变方向的时候会将瞬变现象引入至电气节点中，（4）需要非常高和视觉上令人无法接受的结构，（5）产生噪音，（6）具有随机峰容量时间，在一天中仅较少时间匹配高峰需求时间，和（7）具有非常低的土地利用率，约为4千瓦每英亩。
PV和风力涡轮机二者均可以提供有大的电池以在再生能源不可利用的时候存储电能，但是这样的存储是成本非常高的，约为$1000每千瓦时。当与电池储能相结合以获得100%的再生电力的时候，再生PV或者风力涡轮机装置的成本约为$20每瓦，相比于约$10每瓦的矿物燃料装置来说，其包括10年的燃料成本。
潮汐和波能装置需要高资金启动成本，并且像风力涡轮机一样会承受不同的输出，并且如果在海岸线附近竖立的话，可能具有令人视觉上无法接受的结构。
因此，存在对于低成本的电力发电能力，其可以每天24小时、每周7天并且每年365天供给电力，并且仅使用再生能源的需求。本发明的一种优选实施方式的热电串线和本文中描述的相关嵌板可以实现这些目标。
发明内容
广义来讲，本发明对于多种不同的嵌板材料均能够实现热电性能，并且能够局部/个体加热和冷却，其降低了整体能量消耗。本发明的一个方面提供了热电串线，其可以是编织的或者插进多种不同的这样的嵌板中，包括柔软的和低温嵌板。另一方面，本发明还消除了对于数量大的、体积大的、重的和昂贵的用于消散热量和冷却的散热器和风扇的需求。在本发明的一个方面中结合有部件，电流在所述部件上移动会消散热能，由此相对于例如US3,196,524的实施方式而节约成本。在本发明的另一个方面中提供了一组通用的部件，以在热电元件附近提供低的热量逆流，并且同时提供远离所述元件至环境空气的高热传导。在本发明的一种实施方式中提供了热电串线，其可以通过嵌板中的小孔规划路径以最小化热量泄漏。在另一种实施方式中，本发明消除了例如US3,225,549中的高度分布式的热电元件对于真空密闭的需求，并且还消除了对于例如US2010/0107657对于毛细作用流体的需求。在本发明一种特别优选的实施方式中提供了冷却性能和数便士每瓦制造成本的发电。
在本发明的某些实施方式中将穿过热电元件所需要的温度增量降低至这样的水平，其整体冷却效率可以与蒸汽压缩系统的冷却效率相比。在某些实施方式中，本发明降低或者消除了不适性以及源自于人体或者动物皮肤和表面之间的滞留热量的病变。
附图说明
本发明的特征和优点将通过下文结合附图进行详细说明，其中，相同的附图标记表示相同的部件，并且其中：
图1a示出一串热电元件，其通过具有平坦（片状）溢放口的编线长度连接；
图1b示出一串热电元件，其通过具有管状溢放口的编线长度连接；
图2a和2b示出了使用标准电路板制造方法在溢放口上组装热电元件的方法；
图3a示出了图1a中具有小片的编线是如何在绝缘板的交替侧上编织的；
图3b示出了图1b中具有热通道管的编线是如何在绝缘板的交替侧上编织的；
图3c示出了图1a中具有小片的编线是如何在绝缘板的一侧上编织的；
图3d示出了图1b中具有热通道管的编线是如何在绝缘板的一侧上编织的；
图4a示出了图3a中所示的多层嵌板是如何串联的，从而更有效率地实现高温差；
图4b示出了图3c中所示的多层嵌板是如何串联的，从而更有效率地实现高温差；
图5为嵌板的俯视图，描述了多个金属材料是如何作用为可扩展散热器或吸热器的不同的实施例；
图6a-6i示出了不同的可扩展金属，其有利地可以应用于本发明中，所述可扩展金属包括：未定向的铜网（图6a）、定向的铜网（图6b）、扁平的铜线辫带（图6c）、管状铜线辫带（图6d）、铜丝绳（图6e）、具有线路中心的铜金属箔（图6f）、定向的铜绞线（图6g）、发泡铜（图6h）和未定向的铜绞线（图6i）。
图7a-c示出了根据本发明的热电冷却器，并且图7d标绘了本发明的热电冷却器与现有商用冷却器相比照的时间与温度的关系曲线；
图8示出了但不限于用于加热和冷却功能的图3或图4的嵌板的多种应用；
图9示出了图3或图4的嵌板用于从由太阳加热的贮热介质发电的一种应用；
图10示出了图3或图4的嵌板用于为弹簧床垫的表面提供加热和冷却；
图11a和11b示出了相同的嵌板用于为充气垫的表面提供加热和冷却；
图12a和12b示出了相同的嵌板用于为厚的泡沫床垫提供加热和冷却；
图13a是从侧面示出了由图12a的热电嵌板构成的泡沫床垫的透视图；
图13b为图13a的床垫末端的透视图；
图13c示出了移除了热电嵌板的图13a的床垫；
图14示出了如图8所示的加热的和冷却的电热毯构造的图像；
图15a和15b示出了本发明的热电嵌板在网状办公椅中的整合，图15a示出了扩展的热电串线，并且图15b示出根据本发明的实心的热电串线。
图16a-16c描述了如在图8和图15a/15b中所示的热电嵌板在椅子中的整合；
图16a示出了在椅子网孔后侧安装的热电嵌板；
图16b示出了部分串线在网孔前侧的热电串线；
图16c示出了安装在椅子背部的热电串线；
图16d示出热电嵌板；和
图17示出了根据本发明制备的热电嵌板的电路示意图，其包括可变的加热量和冷却量。
具体实施方式
本发明的一种优选的实施方式包括包含交替的P型102和N型103热电元件的串线，这些热电元件通过如图1a和图1b中所示的整个长度的编线或绞线101来连接。所述热电元件优选地包括金属，尽管可以使用非金属导体，例如石墨和碳。在一种实施方式中，所述交替的元件可以是例如为N型碲化铋和P型锑碲化铋的小晶体102，其可能在末端镀有例如镍和/或锡以促进焊接连接104或105，或者可以是小的热通道真空管。因为热电元件或者管可能是易碎的，所以由坚硬材料106，如与铜107和焊料104或105结合的FR4构成的“溢放口”会防止线材上的牵引力破坏元件或者真空管。编线或者绞线的聚集直径被设计为承载所需的电流，并且具有最小的电阻。在图1a中，所述溢放口是扁平的，使用标准电路板制造方法帮助其制造。在图1b中，所述溢放口是管状衬套，其布置在元件102或103上并且布置在足够长度的线材101上。如果热电元件必须被密封并且为了降低成本和各电路板制造步骤的复杂程度，那么图1b的设计是有利的。不限于此，图1b中的管状溢放口106可以是编织的纤维玻璃衬套，其穿过热电元件，利用环氧树脂或胶水与之结合。一旦硬化，环氧树脂和编织的纤维玻璃的结合就是非常坚硬的，这些相同的材料被用于制造图1a的FR-4电路板。
图2a和2b示出了所述热电串线的组件是如何使用标准电路板组装技术和装置来制造的。大的FR4电路板202由图1a的溢放口106的铜垫107形成图案。包装设置被用于在所述板上组装小片102和103或者管203和204。组装机器人可以在恰当的接合点放置热电元件或管并放置焊膏104。该整个的组装在烘箱中进行以使焊料流动，并且之后被冷却以固化焊接点。一旦组装完成，就沿着切割线201将溢放口组件切除从而留下安装在溢放口106上的热电元件。
图2a的下部分示出了本发明是如何还可以应用于最新研发的热隧道设备的。这样的设备更有效率，但是需要在真空管中包装。这些小的真空管可以取代图1a和1b的热电元件102和103，而且还极大地受益于图1a、1b、2a和2b的溢放口106。由于有用的真空包装必须具有薄的玻璃壁以最小化热传导，所以其还将有可能是极易碎的。
图1a和1b的热电元件在N型103和P型102之间交替变化，从而在相同方向上移除热，同时电流如图3所示沿着编织成嵌板301的串线来回流动。压紧图1a和1b的串线中的绞线的一个目的在于能够通过嵌板中的小直径孔302规划串线的路径。孔径应当是小的从而最小化热泄漏，所述热泄漏会损害嵌板材料的绝缘性能。在元件附近压紧线材的另一个目的在于使用于热量从元件的热侧逆流至元件的冷侧的区域最小化。所述串线可以以如在图3a和图3b中所示的交替的方式编织成嵌板301。或者，如在图3c和图3d中所示，N型和P型元件可以配对在一起以允许串线从一侧穿过孔302。图3c和3d中的单侧方法有利于从一侧制造嵌板，而不需要如图3a和3b所示从两侧来制造。
另一种实施方式为图3a和3b的嵌板孔内的串线的压紧部分303替代为实心的圆筒，其由铜或者类似的金属构成，并且这些圆筒在一个末端连接至热电元件并且在另一个末端连接至扩展线材101。这一方法将有利于在电子组装操作中在所述孔中圆筒和元件的机械放置。
另一种实施方式是，其将串线编织或者组装至模具中，而不是图3a至3d的嵌板，之后将嵌板材料注射模制至模具中。移除模具之后，获得类似于图3a-3d的构型。
在图3a-3d的实施方式中，热电元件或者管相对于现有技术模块在更大面积上相互间隔开，但是热侧和冷侧也在比所述元件更长的长度上间隔。由于热量逆流传导与面积/长度成比例，所以缩放比例同时维持与现有热电模块类似的整体热量逆流。因为许多所期望的绝缘板，像StyrofoamTM、衣料等，具有可与空气相比的热传导率，所以本发明嵌板的传导能力可与现有技术模块的空气腔的传导能力相比。此外，不透明嵌板的存在近乎完全地阻碍了来自于辐射的热量逆流。
必要时，一旦被编织或者布置，图3a-3d中的外侧金属101就会在嵌板的热侧和冷侧上扩展，从而使暴露于空气的金属最大化，相应地会使其散热或者吸收能力最大化，无论是在自然的还是在加压空气对流的环境中。
本发明相对于现有技术的关键因素在于自然对流相对于加压空气对流的重新优化散热器。对于通常基于风扇的现有技术加压气流对流系统，所述的加压气流仅在一个方向上移动。因此，最优化的散热器为用于扩散热量的金属板以及沿着加压空气方向分配热量的线性金属“翅片”。所以，在现有技术加压空气系统中，所述最优化的散热器最大化沿着空气流的空气接触面积，正如所指出的通常使用的平行的翅片。
对于自然对流环境，空气流速率比利用风扇的空气流速小得多，但是所述空气具有在所有方向上移动的能力。据此，对于自然对流环境来说最优化的散热器为在任意方向上最大化空气接触面积的散热器。
在这种优选的实施方式中，对于自然对流的重新优化散热器产生了以下的优点：（1）在冷侧上热量更加均匀的吸收以及在热侧上热量更加均匀的消散，（2）通过消除对于风扇的需要而实现静音操作，（3）总金属需求更少，（4）因为风扇趋于失效而更加可靠，（5）因为贯穿散热器的温度变化可以被复原以提供更好的额外冷却而更有效率。
典型的现有技术热电模块配置具有翅片的散热器，其典型地厚2mm。因为所述翅片的两个表面均暴露于空气，所以每个热电元件的暴露的总体横截面周长为4mm。在本发明优选的实施方式中，压紧线材的聚集直径d为1mm。然而，当如在图3a-3d中所示的绞线在热侧或冷侧上间隔开的时候，暴露于空气的总体横截面周长现在为Nπ(d/N1/2)，其中N为绞线的数量并且d为累加直径。当绞线为容易地可利用有100-400线的时候，本发明的暴露于空气的总体横截面为31.4-62.8mm，大于现有技术设备的暴露横截面7倍多。由于这一更大的暴露横截面，基于几何参数，本发明的热量散发和吸收能力能够充分消除对于风扇以及刚性散热器的需求，并且取而代之仅依赖于自然对流。此外，通过使用绞线，大量的空气接触面积降低了需要用于热量散发的金属总量，促进了轻质、柔软和耐磨的嵌板。
此外，图3a-3d中绞线的数量可以几乎任意地增加，同时每个绞线的直径成比例地降低。如上所述，更多的绞线导致增加的热量吸收和消散，其为N1/2的因子，对于自然对流来说。相比于刚性、坚硬和重的现有技术的散热器，更细的绞线还使得本发明的散热器可以是柔软的、轻质的并且具有弹性。具有72-400线的锡铜绞线典型地用于电子工业中，并且这样的绞线被设计为是可扩展的从而用于防护不同直径的电缆。这些绞线的每个线均为AWG36或者约为100微米的直径。另一种类型的绞线，铜芯编线，被用于移除焊料并且其线更细，使得用于消散热量并在热电嵌板中承载电流的非常柔软的设备成为可能，当所述绞线扩散开的时候。铜网也能够容易地提供更薄的44AWG绞线，并且完全扩展的时候扩展为每英寸140线。
不限于此，图3a-3d中的嵌板301可以是StyrofoamTM、天然布料、合成布料、天然海绵、合成海绵、聚氨酯、纤维玻璃、泡沫玻璃、建筑绝缘材料、木材、纸、棉、棉絮、管包装绝缘、天花板材料、记忆泡沫、衬垫材料或者其它的绝缘材料。
在某些情况中，需要多层的热电冷却和加热。更高的温度增量是可以实现的。现有技术模块经常在层叠构型中堆叠在一起成为2至4层，典型地获得用于敏感成像相机所需的非常低的温度。如图4a-4b中所示，相同的多层在本发明中是可能的并且具有类似的优点。在这里，两个嵌板301通过位于其中的具有高热传导和电气隔离的热连接器400而热连接。所述热连接器可以包含铜焊料垫401和像聚酰亚胺402的电绝缘层。在这种构型中，聚酰亚胺层402是如此之薄以致于其热传导性相当高。不限于此，电绝缘体可以是FR-4、卡普顿、特氟龙、绝缘金属基体电路板、氧化铝或任意其它容易获得的材料。所述的多层构型可以应用于如图4a中所示的交替编织或者用于如图4b中所示的单侧编织。所述热电元件以小片102和103示出，但是还可以是在图2a-2b和3a-3d中所示的热隧道管203和204。
图5示出了几种不同类型的可膨胀金属导体，其可以取代图1a和3a和3d，以及4a和4d中的绞线101。铜网可提供为定向的形式501或者未定向的形式502，并且其中的任一个形式均给线提供了与空气的高接触面积。金属箔503具有厚的中央线，其便于将电从一个热电元件移动至其它附加的多个细铜线分支，其便于将热消散至空气中或者从空气吸收热。扁平编线504还可在每个末端利用或者不利用焊接点。由一个或者这些扩展的金属505的组合构成的嵌板变为全功能热电嵌板。
图6a-6i示出了扩展的或者可扩展金属的更多的可能性，包括其它类型的未定向的铜网601，铜线编织状绳603，共轴的分组线604，铜泡沫605，或者松散铜线606。对于金属滤网或者金属网来说，所述金属可以在热电元件附近以可折叠的形状通过紧固地滚动或者紧密地折叠，并且远离所述热电元件松弛辊或者折叠而压紧。
所描述的热电嵌板还可以用于由热发电。当热量应用于一侧的时候，塞贝克电压就会产生，其可以用作电源。热源可以是接受阳光的选择性表面，道路或者公路表面，地热，引擎热，烟囱热，体热，废热，以及多种其它的可能。
实施例1：根据本发明的热电冷却器
图7a-7c描述了根据本发明的热电冷却器701。使用如图1a所示的串线构建四个热电嵌板505，其具有的绞线101长度在冷侧和热侧分别为7和11cm。所述嵌板为1英寸（2.54cm）厚的StyrofoamTM301，具有3mm直径的孔，并且小片间隔为3cm。总共256个小片被插入至四个组装的嵌板中。所述四个热电嵌板结合有两个简单的StyrofoamTM嵌板以构造小的冷却器。图7a-7c中的冷却器701并不包含散热器或者风扇，并且利用20瓦的电力驱动。
将图7a-7c的冷却器与现有技术商用冷却器702相比对，所述冷却器702包含同样具有256个小片的现有技术的热电模块704，现有技术的散热器706，以及现有技术的风扇705。这种商用冷却器设计利用40瓦电力来驱动。
图7d示出了用于将本发明的冷却器与现有技术的商用冷却器相比对的试验过程中所取得的数据。用于这样的冷却器的两个关键的测试性能为（1）室温杯装水703的冷却速率和（2）通过每个冷却器内部的空气所达到的最低温度。图7d的图表707中，Y轴为温度，并且X轴为以分钟表示的经过时间。
该实验揭示了以线709和711的斜率表示的本发明的杯装水的冷却速率，与通过710的斜率表示的现有技术的商用冷却器的冷却速率进行比较。此外，箱体内部空气的最低温度对于由线713表示的本发明冷却器以及现有技术冷却器712均达到5.5℃。
图7d中的数据显示了本发明在冷却效果上与现有技术的商用冷却器表现得同样好。然而，本发明仅需要20瓦的电力，与之相比，现有技术的商用冷却器需要40瓦。由此，本发明获得了显著地具有更高的效率的可比较的性能。所述更高的效率取决于如下：（1）不需要用于风扇的电力，（2）恢复穿过散射器时降低的大部分温度，和（3）在容器壁上的冷却的更好分布。
在图3a-3d和4a和4b中所描述的本发明的热电嵌板被概括为具有相对于一侧能够冷却或加热另一侧的能力的绝缘嵌板。这些所概括的嵌板可以使用相似的方法和相似的装置来制造，并且之后应用于多种应用中。没有例外的，这些应用中的一部分在图8中所描述。
在冷却或者加热人体的时候为了节约总体能耗或者获得更大的个体舒适性，用一种有利的技术针对环境进行局部加热或冷却。举例来说，本发明的热电嵌板可以如图8中所描述的在桌子805的下面围绕空腔布置，从而提供给办公人员局部舒适性，并且显著地节约了能耗。或者，所述嵌板可以在座位底部或者座位背部或者两者中放置于办公椅804中。在车辆中，所述嵌板可以被放置在汽车座位803的座位底部或者座位背部。对于睡眠来说，这些嵌板可以被放置在电热毯813中，其与恒温控制器相结合以维持所期望的毯下睡眠温度。当需要冷却或者需要加热以获得设定温度的时候，用于电热毯的控制器可以在恰当的方向上自动地转换电流。不限于此，这样的恒温控制器可以应用于本发明的，包括图8中所描述的所有应用的任何应用中。
对于必须穿戴头盔的个体来说，限制在头盔内部的体热可能是不舒适的。或者，当穿戴于需要头部保护的寒冷环境中的时候，所述头盔不能够提供足够的温暖。本发明的热电嵌板可以模制成恰当的形状，从而将冷却和加热性能加入至所有类型的头盔中，包括摩托车或自行车808，军用810或者建筑工地的安全帽809。
类似的，本发明的嵌板可以被成型并用于制造像背心816的衣物，或者不限于此，其它类型的衣物，例如外套、裤子、裤腿和衬衫。
本发明的热电嵌板还可以用于冷却食物和饮料或者其它物品。这些嵌板可以应用于酒水冷却器806或者露营冷却器801和802的壁、口、后部或者顶部。因为所述嵌板和串线可以是图8中柔性部件812，所以其可以缠绕在具有一定形状的物品上，像水壶、啤酒或其它杯子或瓶、咖啡饮品、牛奶或乳酪瓶或纸盒等。
本发明的热电嵌板还可以应用于加热或冷却图8中所示的用于自助餐馆、自助餐厅或餐饮服务的自助餐托盘807。现有技术使用冰来冷却托盘并使用沸水加热托盘。冰和热水的供给必须是持续的并且托盘下面的蓄水器必须进行周期性地补充。本发明提供了相对于现有技术的优点，其电加热或冷却所述托盘并且不需要冷供给源和热供给源。
本发明的热电嵌板还可以用于住宅和建筑物，墙壁或窗户或地板815的一部分可以由本发明的嵌板来替代，并且提供对于房间的加热或冷却。建筑物内的天花板815也可以由本发明的嵌板所替代，从而提供对于天花板下部空间的加热和冷却。本发明的嵌板还可以与基于压缩机的中央空气调节系统相结合使用从而消除对于加压空气的需求，而所述加压空气可能会将细菌和气味从一个房间携带至另一个房间。在这种情况中，本发明的嵌板将沿着强制通风系统安装，并且热侧面向所述强制通风系统内。来自于基于压缩机的HVAC系统的冷空气将会携带热量远离所述热侧，同时所述嵌板的冷侧将热量从房间移除。在这种情况中，冷却所述房间而不需要加压空气。
另一方面，本发明提供了在适宜气候下来自于太阳辐射的可再生电能。第二个目的在于当太阳不发光的时候或者在整晚连续地提供能源。第三个目的在于改善以千瓦/英亩表示的土地使用率，相比风力涡轮机农场高出数倍。第四个目的在于在一天的某个时间提供峰值功率容量，以更好的匹配典型的电力需求高峰时间。本发明的第五个目的在于使用惰性和非毒性材料来以热的形式存储太阳的能量。第六个目的在于以传统发电装置成本（包括燃料成本）的一小部分，即每瓦的成本来提供这些性能，甚至是PV或者风力涡轮机发电装置（包括电池存储成本）每瓦的成本的更小的一部分。如在下文中所讨论的，本发明说明了相对于现有技术方案，例如US3,088,989的不具有能量存储具有更好的性能，通过额外分布热电元件来配比未集中的阳光的热量分布并消除对于金属散热器的需求。
在图9中示出了本发明的实施方式。能够很大程度上透过太阳辐射的绝缘材料903围绕贮热介质905。当太阳907不发光的时候，绝缘材料903还阻止热量的扩散。不限于此，所述绝缘材料可以是气泡布、玻璃或者密封空气或气穴的树脂玻璃，或者任意用于游泳池太阳能覆盖的材料。贮热介质的选择性表面层或涂层904被设计为用于吸收来自于太阳的辐射并防止所吸收热量的辐射性再发射。不限于此，这种选择性表面层或涂层904可以例如由铜、铝或铁的氧化物，碳、钢或这些的组合或合金，黑涂料，或者在太阳能灶、太阳能露营淋浴、或者太阳能屋顶水加热器中使用的类似材料构成。贮热介质905包含大量具有高热容量的材料。该材料可以是水，其具有4.2焦耳/cm3/℃的体积热容量，或者可以是铁屑，其具有稍微小于水的热容量。选择性表面904和贮热介质905处于良好的热接触。这种接触可以在其间应用导热材料906，其具有高热传导率，与所述表面配合的能力，以及扩散热量的能力。贮热介质905热连接于分布的热电嵌板902的热侧，其可以再次使用导热材料906。所分布的热电嵌板902为绝缘板，其内部具有热电元件，如在图2a和2b以及图3a-3d中所述。热电嵌板902的冷侧热连接于地面901或者漂浮于水体上，例如海洋、湖泊或者池塘之上。
不限于此，在图9中示出的发电机可以仅当太阳907发光的时候发电，消除了对于存储介质905的需求。在这种情况中，选择性表面904将邻接于热电嵌板902，在其间可以具有导热材料906。
仍然不限于此，图9的发电机可以使用除了阳光之外的热源。存储介质905中的水可以流自于有效的地热，或者由发电装置或者工厂的废热水加热。如果热电嵌板902被构建为先前描述的柔性构型，那么其可以围绕承载热水或热气的管道而缠绕并产生电力，如在图8中示出的制品814。
实施例2：太阳能存储和发电
根据图9的电力发电机实施例现在将被描述为，其与其它的发电机、例如风力涡轮机和光伏嵌板是不相上下的。贮热介质905为2m x2m x0.3m并且被假定为获得100℃的峰值温度。这一温度未超出水的沸点，并且为用于烹调食物的绝缘太阳能灶容易达到的温度。假定冷侧901温度为室温或者20℃。穿过热电嵌板902的温度增量ΔΤ为80℃并且平均温度为60℃。如果假定水的热容量为4.2焦耳/cm3℃，贮热介质在相对于环境升高80℃的温度下会存储4.0E+8焦耳或者112千瓦时。
绝缘材料903的尺寸为2m x2m x0.05m，如果气穴绝缘体的典型热传导率被假定为0.023瓦/m℃，那么在80℃的ΔΤ下穿过绝缘体厚度的热损失为147瓦。
热电元件为容易获得的，其具有0.005欧姆的电阻r，0.009瓦/℃的热导率K，以及300μν/℃的塞贝克系数S。这些数值指示了热电性能ZT=S2T/rK在60℃（333K）的平均温度时为0.60，其恰好位于绝大多数制造商所要求的性能范围内。
该分布式热电嵌板902为2m x2m x0.05m，并且其包含1333个热电元件。所述元件在每个横向方向上间隔5.5cm。穿过所述元件的总热损失为960瓦（1333ΔΤK）。由串联连接的元件所产生的总电压V为1333SΔΤ或32伏。所有串联连接的元件的总电阻为R=1333r=6.7欧姆。假定6.7欧姆的匹配荷载，那么电流I为V/2R或2.4安培。据此，通过这一实施例的实施方式能够负载38.4瓦（0.5VI）的总电能。
已知太阳907的辐射约为1000瓦/m2，其意味着4000瓦会到达选择性表面904。在通过热电元件以及绝缘材料减去损失之后，2893瓦（4000-960-147）作为热量被吸收在贮热介质905中。因为在每天8小时的时间4000瓦进入所述介质并且每天24小时的时间1145.4瓦（960+147+38.4）从所述介质散失，与散失的能量相比每天会由更多的能量（每天4.52千瓦时净值）进入，所以这种实施方式能够达到并维持最大温度。热量在贮热介质中累积直至达到其112千瓦时的热容量。达到最大温度所需要的时间为约25天（112千瓦时/4.52千瓦时每天）。
虽然这种实施方式低于基于瞬时基础（每次由太阳提供4000瓦产生38.4瓦）的1%的效率，但是其为在这些温度下对于热电发电机的保守预期，热存储的使用使得热电设备基于日平均基础具有约3%的效率。
这种实施方式的特征和优点为其随着热量在贮热介质905中的累积，会在下午午后达到最大温度。据此，这种实施方式的最大能量输出时间会更好地匹配电力的峰值需要时间。光伏嵌板的最大输出在正午，其相比峰值需求提前两个小时。风力涡轮发电机的日最大输出是不可预期的。
在这种实施方式中，在2m x2m的面积上所产生的38.4瓦的电能相应于38千瓦每英亩，其相对于约为4千瓦每英亩平均值的风力涡轮机是非常有利的。
本发明的另一个特征和优点在于这种实施方式的存储介质——水，其基本上是免费的，因为所述的水甚至并不需要是清水。作为存储能量的热量比作为存储能量的电能成本低得多，并且其不需要存储在发现有毒性化合物的电池中。
实施例3：分布式热电床垫
图10示出了图3c的热电嵌板是如何用于加热或冷却具有弹簧的床垫表面的。热电串线101的编线或绞线延伸进入床垫外壳151的空腔。风扇153用于将热量从这些材料移除或者朝向这些线材输送热量，其取决于床垫表面待加热还是待冷却。因为所述热量通过本发明被高度分布，所以风扇153可以具有每秒更低的转速以降低噪音和能耗。在某些情况中，如果所述床垫的空腔通过其它的方式很好地通风的话，可能根本不需要风扇。由风扇153所产生的空气流152看似由于弹簧154的存在而稍微产生了阻力。通风孔155允许所述空气从风扇153扩散至环境中。
图11a和11b示出了空气床垫的类似概念。床垫中的气压可以是可控的以提供不同程度的坚固程度或者可以是被固定的。泵251连续地运行以移除或者引入热量，其还取决于所述床垫表面是待冷却还是待加热。在图11a中，热连接通过空气床垫的壁254由热传导界面255建立。在图11b中，编线或者绞线延伸穿过空气床垫的壁254中的孔，从而与来自于泵251的对流空气流152相接触。
图12a和12b示出了用于厚泡沫床垫352的类似的概念。在图12a中，热传导柱351用于向下穿过所述床垫的厚度热连接至床的下面，其中存在有对流的空气流。必要时，风扇153可以补给自然对流。图12b使用在泡沫床垫352中的中空通道353以提供用于空气流的对流路径。这些中空通道可以排列有柔软的或者坚硬的管道以通过中空区域恢复刚性损失。必要时，未示出的风扇被用于移除穿过编线或者绞线的对流空气。再一次，所述风扇可以是非常低的转速，因为所述热量已经通过本发明而高度分布。不限于此，图12b中的床垫装置的顶部可以是任意床垫的上部部分，由此而给所述床垫加热或冷却，而不需要改进所述床垫。类似地，图12b中的装置的较小部分可以应用为坐垫或者座位靠垫从而产生对于任意椅子的加热或者冷却，而不需要改进所述椅子。
图13a-13c示出了厚泡沫床垫352的类似的概念，其中空气通道353从泡沫切割出。图13c示出了厚泡沫床垫的图像，空气通道353从泡沫352中切割出。沿着床垫长度延伸的所有通道353均连接至横向通道，其提供给所有通道以空气。所述通道的厚度和深度可以被设计以恰当地平衡每个通道中的空气流。图13a和13b示出了两个图像，其取自根据图13c构建的原型床垫的两个不同的角度。热电嵌板301被放置在具有中空通道的床垫的顶部，编线或者绞线暴露于从风扇153至通道353末端的对流空气流中。
实施例4：分布式热电毯
图14示出了本发明热电嵌板应用为加热和冷却电热毯的图像。嵌板绝缘材料301为柔软的轻质记忆泡沫，但是不限于此，其可以是棉絮或者其它类型的泡沫。热电串线101的编线示出于每一侧。覆盖布料551用于遮盖表面以及编线的触觉。这种覆盖布料需要有效地传递热量并由此可以由具有低热传导率但是多孔透气的材料构成，例如棉布、亚麻或者聚酯，或者由具有高热传导率但是并不不是很多孔透气的材料构成，例如碳浸渍薄膜，或者由相变材料构成，其通过固相至液相或者从液相至气相的相变移除热量。出于这种目的的相变纤维，例如调温纤维是容易获得的。注意到与相变材料的一侧相接触的热电效应是如何允许其连续地作用于随着时间发生的连续相变周期，相对于没有热电效应的材料的单个周期。不限于此，这种相变材料可以与分布式热电嵌板的任意应用相结合，包括所有在图8中所描述的那些应用。
实施例5：分布式热电椅
图15a和15b示出了本发明的热电嵌板是如何整合在网孔型办公椅中的。在这些类型的椅子中，网孔651支撑了座位上人的负荷和压力分布。图15a和15b的目的在于描述热电嵌板的一种实施方式，其中椅子多了加热或冷却的功能，但是并不改变原椅子的结构或者舒适性特性。另一个目的在于使扩展的热电串线101的编线或绞线尽可能地接近于皮肤或者衣料从而获得良好的热连接。出于这种原因，线材以它们原始压紧的形式引导穿过网孔651，并且之后所述线材被扩展在所述网孔651接触皮肤或者衣料的一侧。不限于此，所述线材可以提供加热或冷却而不需要引导穿过所述网孔，或者所述网孔可以由高热导率材料构成，或者所述网孔可以是相变材料。如果图15a和15b的线材与皮肤处于良好接触，那么热量可以通过如在图15b中所示的实心线652传导，而不是如在图15a中所示的编线或绞线。而且，如果所需要的为绝缘所述线材以防止短路，那么电磁线或者利兹线就会被用来替代非绝缘线。
图16a-16c示出了网孔型办公椅的图像，其根据图15a和15b来构建。图16a示出了一种椅子，其中热电串线101的编线嵌板绝缘材料301（图16d）位于所述椅子背部网孔的后方。不限于此，相同的技术可以应用于加热和冷却所述座椅。图16b示出了另一种椅子，其中热电串线101的编线被引导穿过网孔651以更好地与皮肤相接触。图16c示出所述椅子的背部侧的热线串线101的编线完全地扩展，编线暴露于开放的空气以使自然对流的效应最大化。
实施例6：具有电子控制的热电嵌板
图17示出了控制电路的示意图，该电路可以用于驱动并控制本发明所有前述应用的嵌板。具有不同电压输出的电源851在计算机工业中是容易获得的，以使得一个电源可以经构建以驱动多个手提电脑。这些通用电源可以从IGO以及其它制造商获得，并且它们具有三线输出：两根导线供给电能并且第三根导线852感应决定电压输出的电压水平。当应用于手提电脑的时候，所需要的控制电压由“末端”来决定，其设定所述控制电压。在图17的方案中，这样的通用电源被用于允许热电嵌板301的用户来设定所期望量的加热或冷却。
图17中的DPDT开关853设定嵌板中电流的极性，由此允许用户选择加热或冷却。DPDT开关853的中间位置提供非连接并且由此应用为关闭位置。共轴电位器857决定送回至通用电源851的控制电压，并且由此允许用户来设定所述嵌板提供何种程度的加热或冷却。热敏电阻855的存在提高了控制电压并且由此当环境温度升高的时候增强冷却，并且等效地当环境温度降低的时候降低这一电压以减弱冷却。热敏电阻856的存在升高了控制电压并由此当环境温度降低的时候增强加热，并且等效地当所述环境温度升高的时候降低控制电压并减弱加热。微调电位器856设定所述嵌板301被允许产生的最小冷却，最大冷却，最小加热和最大加热。对于这些微调电位器，其目的在于被设定为在工厂是安全的或者被设定为所期望的水平。二极管858确保了共轴电位器857仅有一个输出能够设定控制电压852。
可以根据上文做出不同的变形，其均不会背离本发明的精神和范围。

Claims (56)

1.通过基板支持的绞线导体连接的离散的热电元件的串线，其中，多个离散的半导体热电元件被容纳在基板内的孔中，并通过绞线导体彼此连接，其中每个绞线导体在绞线导体与半导体热电元件连接的附近的横截面上被压紧，并在远离绞线导体与半导体热电元件连接的横截面上扩展。
2.如权利要求1所述的串线，
其中，所述绞线导体形成为金属绞线、编线、网丝、或筛。
3.如权利要求1所述的串线，其中，所述绞线导体由金属绞线形成，所述金属绞线为松散的、捆扎的或者共轴地分组的。
4.如权利要求1所述的串线，其中，所述绞线导体由金属绞线形成，在所述半导体热电元件附近将所述绞线挤压在一起以压紧，并且所述绞线导体远离所述半导体热电元件展开以扩展。
5.如权利要求1所述的串线，其中，所述绞线导体由金属编线形成，所述金属编线被编织成圆形的、椭圆形的或者扁平管状的形状。
6.如权利要求5所述的串线，其中，所述扁平管状形状的编线具有邻接于所述热电元件的相对小的直径或者宽度，以及远离所述热电元件的相对大的直径或宽度。
7.如权利要求1所述的串线，其中，所述绞线导体由金属网丝或者金属筛形成，其邻近所述半导体热电元件被折叠成紧密折叠的形状，并且远离所述半导体热电元件被折叠为松散折叠的形状。
8.如权利要求1所述的串线，其中，所述绞线导体由金属网丝或筛形成，其邻近所述半导体热电元件被紧密地滚压，并且远离所述半导体热电元件被松散地滚压。
9.如权利要求1所述的串线，其中，所述半导体热电元件包括交替的N和P型元件。
10.如权利要求1所述的串线，其中所述绞线导体被编进和编出所述基板中的孔，其中绞线导体在所述基板中的孔内的部分被大部分压紧，并且在所述基板中的孔外的部分被大部分扩展。
11.如权利要求1所述的串线，其中绞线导体从所述基板的一侧穿过孔使得扩展的金属环暴露于另一侧，并将所述半导体热电元件保持在所述基板内。
12.如权利要求1所述的串线，其中，所述基板由选自由Styrofoam™、天然布料、合成布料、天然海绵、合成海绵、聚氨酯、纤维玻璃、泡沫玻璃、建筑绝缘材料、木材、纸、棉和记忆泡沫构成的组的材料构成。
13.如权利要求12所述的串线，其中所述棉为棉絮。
14.包括如权利要求9-13任一项所述的热电元件的串线的热电设备，所述热电元件结合到坐垫、座位背部、毯子、枕头、桌下嵌板、天花板、建筑壁面或建筑地板或建筑窗户、冷冻器壁或冷冻器门、酒水冷却器壁或酒水冷却器门、饮料或水罐绝缘体、电子壳体、耐久衣料或制服碎片、头盔或帽子或安全帽衬里或包含流体的管道中。
15.包括如权利要求1所述的串线的热电设备，用于当热量被施加于所述基板一侧的时候进行发电，其中所述热量包括选自由阳光、地热、废热、体热、余热、引擎热量、涡轮机热量和管道热构成的组的热源。
16.包括多个如权利要求1-13任一项所述的热电元件的串线的热电设备，所述热电元件结合到所述基板中，所述基板以温度升高或降低的顺序被堆叠在一起从而获得更大的温度差。
17.如权利要求16所述的热电设备，其中，多个为等于2，3，或4的整数。
18.如权利要求16所述的热电设备，其中，所述基板包括电路板。
19.如权利要求16所述的热电设备，其中，所述基板由电气隔离材料形成，所述电气隔离材料选自由FR4、卡普顿和聚酰亚胺构成的组。
20.如权利要求18所述的热电设备，其中所述电路板包含铜或其它金属垫以促进在所述电路板或多个电路板的每一侧上绞线导体的焊接。
21.如权利要求1所述的串线，进一步包括用于安装和保护热电元件的溢放口，其中（i）所述溢放口从电路板基底材料切割或者由电路板基底材料组装，并且其中所述电路板基底材料选自由邻近于或围绕所述热电元件以及被压紧导体的一部分的聚酰亚胺、卡普顿、聚酯、尼龙、FR-4、环氧树脂、胶水、纤维玻璃或玻璃纤维衣料构成的组；或者（ii）其中，所述溢放口包括铜或其它金属垫，用于焊接连接压紧的金属至所述溢放口和至所述热电元件。
22.用于形成如权利要求1所述的热电元件的串线的方法，包括在利用溢放口的衬垫形成有一定图案的基板上组装多个热电元件，并将热电元件与溢放口组件一起从所述基板上切下。
23.用于形成如权利要求1所述的热电元件的串线的方法，其中所述绞线导体被编进和编出所述基板中的孔，其中，绞线导体在所述基板中的孔内的部分被大部分压紧，并且在所述基板的孔外的部分被大部分扩展，其包括在模具中编织绞线导体的串线，将可固化材料注射进模具中，允许所述材料固化，并移除所述模具。
24.如权利要求15所述的热电设备，与通过太阳发电的装置相结合，所述装置包括透明绝缘体，选择性表面，贮热介质和冷储存介质。
25.如权利要求24所述的热电设备，
其中，透明的绝缘体由扩展的固体和空气构成。
26.如权利要求24所述的热电设备，其中，透明的绝缘体由选自由聚乙烯和玻璃构成的组的材料形成。
27.如权利要求26所述的热电设备，其中所述玻璃是树脂玻璃。
28.如权利要求24所述的热电设备，其中，透明的绝缘体包括扩展的固体，其形成空穴并围绕孔穴，所述孔穴是抽空的孔穴或者包含空气或其它透明气体的孔穴。
29.如权利要求24所述的热电设备，其中，选择性表面由金属氧化物、阳极氧化的金属、黑漆及其组合形成，所述金属选自铜、铝、铁、钢、碳及其组合。
30.如权利要求24所述的热电设备，其中，贮热介质包括具有高热容量的材料，并且其中高热容量材料选自水、铁、柏油、玻璃、沙子、盐、铜及其组合。
31.如权利要求24所述的热电设备，其中，贮热介质被包封在由乙烯树脂形成的容器中。
32.如权利要求24所述的热电设备，其中，所述设备在一侧热连接于贮热介质并且在另一侧热连接于冷储存介质。
33.如权利要求32所述的热电设备，其中，所述冷储存介质选自地面、土壤、沙子、天然水体以及人造水体。
34.如权利要求24所述的热电设备，在所述基板的一侧或两侧具有热界面材料。
35.床垫，包括在其上部安装的如权利要求1-13任一项所述的热电元件的串线，其中
所述床垫为弹簧床垫，并且导体的一部分暴露于包含弹簧的空腔中，并且在所述空腔中提供有或未提供有强制对流或自然对流的空气。
36.床垫，包括在其上部安装的如权利要求1-13任一项所述的热电元件的串线，其中所述床垫为空气床垫，并且所述热电设备被安装于所述空气床垫的上部，而且包括在所述设备的一侧上的导体至包含空气的空腔的热连接，并且在所述空腔中提供有或未提供有空气的运动。
37.床垫，包括在其上部安装的如权利要求1-13任一项所述的热电元件的串线，其中所述床垫为泡沫床垫，并且所述热电设备被安装于厚泡沫床垫的上部，其中导体的一部分延伸进入提供自然或强制对流空气的中空通道。
38.如权利要求35-37任一项所述的床垫，作为附件适用于另一个床垫或沙发或睡椅或座位底部或座位背部的上部。
39.如权利要求37所述的床垫，其中所述中空通道还包含管道或管筒以用于额外的支撑。
40.如权利要求35-37任一项所述的床垫，包括风扇或者泵来提供强制对流空气。
41.如权利要求38所述的床垫，包括风扇或者泵来提供强制对流空气。
42.如权利要求39所述的床垫，包括风扇或者泵来提供强制对流空气。
43.包含如权利要求1-13任一项所述串线的热电设备，安装于椅子的座位底部或座位背部或上述两者、沙发、长软椅、轮椅、枕头或睡椅。
44.如权利要求43所述的热电设备，其中所述热电设备在所述座位底部或者座位背部安装于存在的支撑网丝的后侧或下方，并且其中所述热电设备导体的一部分凸出穿过所述网丝。
45.包括如权利要求1-13任一项所述的串线的床垫，还包括在绞线导体上的覆盖布料。
46.如权利要求45所述的床垫，其中，所述覆盖布料包含薄且多孔的并且允许空气流过的天然或合成纤维，或者包含被设计为具有高热传导率的纤维、薄膜或网丝，或者包含当接触热量的时候会改变其相态的材料。
47.包括如权利要求1-13任一项所述的串线的毯子，还包括在绞线导体上的覆盖布料。
48.如权利要求47所述的毯子，其中，所述覆盖布料包含薄且多孔的并且允许空气流过的天然或合成纤维，或者包含被设计为具有高热传导率的纤维、薄膜或网丝，或者包含当接触热量的时候会改变其相态的材料。
49.包括如权利要求1-13任一项所述的串线的枕头，还包括在绞线导体上的覆盖布料。
50.如权利要求49所述的枕头，其中，所述覆盖布料包含薄且多孔的并且允许空气流过的天然或合成纤维，或者包含被设计为具有高热传导率的纤维、薄膜或网丝，或者包含当接触热量的时候会改变其相态的材料。
51.包含如权利要求1-13任一项所述的热电元件的串线的衣料，还包括在绞线导体上的覆盖布料。
52.如权利要求51所述的衣料，其中所述覆盖布料包含薄且多孔的并且允许空气流过的天然或合成纤维，或者包含被设计为具有高热传导率的纤维、薄膜或网丝，或者包含当接触热量的时候会改变其相态的材料。
53.如权利要求51所述的衣料，其为帽子或头盔的形式。
54.如权利要求1-13任一项所述的串线，其连接到由用户控制的可变电源。
55.如权利要求54所述的串线，其中所述可变电源具有由电位计设定的控制电压的通用电源，所述电位计可由用户进行调节。
56.如权利要求54所述的串线，还包括用于选择加热或冷却的极性开关，和/或电热调节器，其根据环境温度的变化调节控制电压。
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