CN108370615A - 加热及冷却工具 - Google Patents

Abstract

一种加热及冷却工具，其包括用于隔离电能与热能的中央隔离器。该中央隔离器具有顶表面和相反的底表面。多个间隔开的热电元件由中央隔离器支承在顶表面与底表面之间。热电元件具有顶侧和相反的底侧。导电且导热的多个第一汇流条固定至中央隔离器的顶表面并且电连接至至少一对热电元件的顶侧。导电且导热的多个第二汇流条固定至中央隔离器的底表面并且电连接至至少一对热电元件的底侧，其中，通过热电元件向多个第一汇流条和多个第二汇流条产生热能。

Description

加热及冷却工具

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月18日提交的美国临时申请No.62/269,526的优先权。

背景技术

1.技术领域

本发明涉及加热及冷却工具。更具体地，本发明涉及用于快速地加热及冷却座椅组件的表面以使就坐乘员舒适的加热及冷却垫。

2.背景技术

机动车辆包括一个或更多个座椅组件，所述一个或更多个座椅组件具有用于在车辆底板上方支承乘客或乘员的座椅坐垫和座椅靠背。座椅组件通常通过提升器组件安装至车辆底板。座椅靠背通常通过倾斜组件操作性地联接至座椅坐垫，以提供座椅靠背相对于座椅坐垫的选择性枢转调节。座椅坐垫和座椅靠背中的每一者通常包括基部泡沫衬垫，基部泡沫衬垫由刚性框架结构支承并且被装在由织物、皮革和/或乙烯基制品(vinyl)制成的织物装饰罩中。基部泡沫衬垫为座椅坐垫和座椅靠背提供了牢固的支承和耐用性。装饰填料通常也布置在基部泡沫衬垫与装饰罩之间，从而提供更柔软的表面以使就坐乘员舒适。

通常已知的是，为座椅组件设置加热和/或冷却机构，以用于选择性地加热及冷却座椅的表面，从而使就坐乘员舒适。这些已知的加热及冷却机构通常是独立的机构。例如，通常在座椅坐垫或座椅靠背的泡沫衬垫与装饰罩之间提供电线加热衬垫，电线加热衬垫通过来自车辆电池的电力而电致动以便为电线加热衬垫充电，从而为座椅坐垫或座椅靠背的表面提供热。还已知的是，提供风扇和空气管道，以迫使冷空气通过泡沫衬垫和装饰罩，从而向座椅坐垫或座椅靠背的表面提供凉爽空气。还已知的是，提供风扇和管道以将温暖且潮湿的空气从座椅表面吸出，从而提供逐渐冷却的效果。

然而，目前的加热及冷却机构需要大量的时间和功率来产生足够的热或冷空气，以影响座椅组件的温度和就坐乘员的期望的舒适度。

因此，期望的是提供能够快速地或几乎立即向座椅组件的表面提供加热或冷却的加热及冷却工具。

发明内容

提供了一种加热及冷却工具，其包括：用于隔离电能与热能的中央隔离器。该中央隔离器具有顶表面和相反的底表面。多个间隔开的热电元件由中央隔离器支承在顶表面与底表面之间。热电元件具有顶侧和相反的底侧。导电且导热的多个第一汇流条固定至中央隔离器的顶表面并且电连接至至少一对热电元件的顶侧。导电且导热的多个第二汇流条固定至中央隔离器的底表面并且电连接至至少一对热电元件的底侧，其中，通过热电元件向多个第一汇流条和多个第二汇流条产生热能。

附图说明

本发明的优点通过考虑结合附图时的下述详细描述而容易领会并更好地理解，在附图中：

图1是多个汇流条的俯视图；

图2是多个替代的汇流条的俯视图；

图3是多个热电元件的立体图；

图4是硅树脂制中央隔离器的立体图；

图5是毛制品制中央隔离器的俯视图；

图6是底板的立体图；

图7是支承多个间隔开的汇流条的底板的立体图；

图8是支承汇流条和中央隔离器的底板的立体图；

图9是将焊料施加至图8的汇流条的立体图；

图10是坐置在中央隔离器中的多个间隔开的热电元件的立体图；

图11是将焊料施加至热电元件的立体图；

图12是抵坐于热电元件的多个汇流条的立体图；

图13是上板的仰视立体图；

图14是夹持至下板的上板的立体图；

图15是加热及冷却垫的立体图；

图16是替代的加热及冷却垫的立体图；

图17是图15的加热及冷却垫的横截面图；以及

图18使用加热及冷却垫的座椅组件的局部立体图。

具体实施方式

参照附图，其中，在所有若干附图中，相同的附图标记表示相同或相应的部件，根据本发明的优选实施方式的在向表面区域提供快速加热及冷却时使用的加热及冷却工具或垫包括用于产生加热及冷却能的多个热电元件、用于来自热电元件的加热及冷却能的多个汇流条、用于将由热电元件产生的加热及冷却能分开并用于提供电隔离和热隔离的中央隔离器、以及用于将热电元件和隔离器机械地结合在汇流条之间并且在汇流条之间建立电连接的焊接材料。

更具体地，参照图1和图2，汇流条总体上以10表示并且通常包括由任何导电且导热材料——包括但不限于铜或铝——构成的薄的方形或矩形的条。为了使从热电元件传递到表面区域的热能最大化，汇流条10的尺寸优选地占加热及冷却垫的总表面积达百分之七十(70)或更多。此外，还优选的是，汇流条10的导电且导热材料是挠性的并且允许成轮廓为符合所使用的表面区域的形状。具有铜或铝的这种合适的材料可以包括由材料形成的箔或薄片，从而形成如图1中的以10所示的汇流条。替代性地，可以利用由铜或铝制成的小直径的、长形编织的或编织线形成的汇流条，如图2中的以10’所示的。

参照图3，形成多个立方体形元件的热电元件以12示出。当元件12被电激活时，元件12使用珀尔帖效应在元件的一侧或顶侧14上产生冷并且在元件12的相反侧或底侧16上产生热。也就是说，阳极(P型)和阴极(N型)元件12在垫中以交替顺序布置，以实现在一侧冷却以及在另一侧加热的珀尔帖效应，如下文将进一步描述的那样。每个元件12的大小可以在尺寸和形状上变化，但是优化的大小由具有以下比例的长方体限定：0.004m<W²/L<0.005m。此外，许多材料适用于元件12，但优选的材料是掺杂成N和P两种类型的碲化铋合金(Bismuth Telluride alloy)。替代性地，元件12优选地镀镍和/或锡以有助于与汇流条10的导热性连接。

参照图4和5，中央隔离器可以包括在图4中以18所示的由铸造硅树脂制成的平面面板，或者替代性地在图5中以18’所示的由毛制品制成的平面面板。芳族聚酰胺(Aramids)或其他适合的高温隔离器材料也是可能的替代方案。图4的硅树脂制隔离器18包括间隔开的多个开口20，所述多个开口20在隔离器18的相反的顶表面22与底表面24之间延伸以用于在其中接纳并支承热电元件12。汇流条10布置在顶表面22和底表面24两者上。中央隔离器18、18’的目的是将多个汇流条10电隔离以避免短路并且使得热不从垫的顶部和底部热回流。硅树脂或毛制品制的中央隔离器18、18’是非常挠性的以允许成轮廓为符合表面区域并且具有耐高温性，以处理如将进一步描述的原位回流焊接(in-place re-flow soldering)方法。

参照图6至图14，示出了制造及组装加热及冷却工具或垫的设备和方法。首先，图6示出了具有限定底部腔34的周缘32的底板30。在底部腔34中形成有用于接纳、布置以及保持汇流条10的多个间隔开的凹入定位器36。图7示出了在底板30中坐置于凹入定位器36中的每个凹入定位器的汇流条10。参照图8，中央隔离器18在底部腔34中坐置于多个汇流条10的顶部上，其中，隔离器18中的每个开口20暴露隔离器18下方的每个相应的汇流条10的一部分。在图9中，一块或少量的焊接材料38、比如可以从Kester公司获得的焊接材料施加至由每个开口20暴露的每个汇流条10的表面。参照图10和图11，热电元件12的底侧16放置在位于汇流条10的顶部上的隔离器18的每个开口20中并与焊接材料38接触。如图10中的虚线所示，每个汇流条10支承并互连两个相邻的热电元件12。然后，向热电元件12的顶侧14施加第二块或少量焊接材料38。

参照图12，将另外的多个汇流条10放置成与第二量焊接材料接触，并且抵坐于热电元件12的顶侧14，并且另外的多个汇流条10呈相对于每个元件12的底侧16偏移了一个开口20的布置。在图13中，上板40被示出为具有等距间隔开的多个凸起焊盘42，所述多个凸起焊盘42在间隔上对应于隔离器18中的每个开口20。上板40压靠多个第二汇流条10，使得焊盘42与隔离器中的开口20对准，并因此与坐置于其中的每个热电元件12对准，如图14所示。焊接材料38被优化成用于回流焊接技术以及将整个组件机械地结合在一起以形成加热及冷却工具或垫，如图15中以50所示的。图15的垫50包括铜制汇流条10和硅树脂制隔离器。图16公开了与替代性编织线汇流条10’和毛制品隔离器18’类似的垫50’。

参照图17，示出了加热及冷却垫50的横截面图，其中热电元件12被间隔开并坐置在中央隔离器18的开口20中。焊接材料38将多个第一汇流条10中的每个汇流条电结合至一对间隔开的相邻的热电元件12的顶侧14并将多个第二汇流条10中的每个汇流条结合至一对间隔开的相邻的热电元件12的底侧16，然而，在替代模式中，使一个开口20与顶侧14间隔开或者使该开口20相对于顶侧偏移。

在使用中，作为一个示例，在汽车座椅工业中，座椅组件通常包括用于支撑车辆内的就坐乘员的水平座椅坐垫，如本领域中公知的并且在图18中以60所示的。座椅坐垫通常包括装在通常由布、乙烯基制品或皮革制成的装饰罩64中的模制弹性多孔泡沫衬垫62。泡沫衬垫62为就坐乘员提供弹性支承。然而，泡沫衬垫62目前具有约0.043W/mK的非常低的热导率，并且因此，就坐乘员与泡沫衬垫62之间可能积聚热。通常已知的是，在座椅组件中提供加热或冷却机构、比如电加热衬垫，以用于提供乘员舒适性。然而，泡沫衬垫62起绝缘体的作用，并且因此，期望的加热及冷却效果需要相当长的时间才能被用户感受到。此外，加热及冷却机构的功率水平必须足以克服泡沫衬垫的绝缘效果。本发明的加热及冷却垫50可以坐置在座椅组件的泡沫衬垫62与装饰罩64之间，以增大加热及冷却效果并减少由用户感受到的时间，同时所使用的功率最小化。垫50也是薄且挠性的，并且可以以各种尺寸或构型使用，以获得最佳效率并使加热及冷却效果最大化，同时使乘员保持舒适。

应当领会的是，可以在座椅坐垫、座椅靠背、家具、床上用品或其他需要有效加热、冷却或发电的应用中使用加热及冷却工具或垫。

本发明已经以说明性方式进行了描述，并且应当理解的是，已经使用的术语旨在是描述性词语的性质而不是限制性的。鉴于上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，应该理解的是，在所附权利要求的范围内，本发明可以以不同于具体描述的方式来实施。

Claims (10)

1.一种加热及冷却工具，包括：

中央隔离器，所述中央隔离器用于隔离电能与热能，所述中央隔离器具有顶表面和相反的底表面；

多个间隔开的热电元件，所述热电元件由所述中央隔离器支承在所述顶表面与所述底表面之间，所述热电元件具有顶侧和相反的底侧；

导电且导热的多个第一汇流条，所述多个第一汇流条固定至所述中央隔离器的所述顶表面并且电连接至至少一对所述热电元件的所述顶侧；以及

导电且导热的多个第二汇流条，所述多个第二汇流条固定至所述中央隔离器的所述底表面并且电连接至至少一对所述热电元件的所述底侧，其中，通过所述热电元件向所述多个第一汇流条和所述多个第二汇流条产生热能。

2.根据权利要求1所述的加热及冷却工具，其中，所述热电元件焊接在所述多个第一汇流条与所述多个第二汇流条之间。

3.根据权利要求2所述的加热及冷却工具，其中，所述多个第一汇流条设置成相对于所述多个第二汇流条偏移了至少一个热电元件。

4.根据权利要求3所述的加热及冷却工具，其中，所述中央隔离器包括在所述顶表面与所述底表面之间延伸的多个间隔开的开口。

5.根据权利要求4所述的加热及冷却工具，其中，所述热电元件中的一个热电元件在所述中央隔离器的所述开口中的每一个开口中是凹入的。

6.根据权利要求3所述的加热及冷却工具，其中，所述热电元件是珀尔帖装置。

7.根据权利要求6所述的加热及冷却工具，其中，所述中央隔离器是一层硅树脂。

8.根据权利要求6所述的加热及冷却工具，其中，所述中央隔离器是一层毛制品。

9.根据权利要求6所述的加热及冷却工具，其中，所述汇流条是由铜或铝制成的片。

10.根据权利要求6所述的加热及冷却工具，其中，所述汇流条包括编织线。