CN108749665A - 为座椅提供传导性加热和冷却的温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为座椅提供传导性加热和冷却的温度控制系统。用于交通工具座椅的温度控制系统包括饰面装饰层、与饰面装饰层热接触的热传导板、产生温度梯度的热设备以及连接板和热设备的热传递结构。板和热传递结构适合于一起在饰面装饰层和热设备之间热传导热量的量。

Description

为座椅提供传导性加热和冷却的温度控制系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月23日提交的美国临时申请第62/475,691号的权益，其公开内容通过引用并入本文。

发明背景

本发明总体上涉及为座椅提供加热和冷却的温度控制系统。特别地，本发明涉及一种用于这种温度控制系统中的加热和冷却组件的改进的结构，其为交通工具座椅提供传导性加热和冷却。

座椅，诸如通常用于机动交通工具中的座椅，通常包括被包裹或以其他方式被覆盖在饰面装饰层中的缓冲泡沫垫(cushioning foam bun)。当坐在交通工具座椅上时，交通工具座椅的乘员接触饰面装饰层(finish trim layer)。交通工具座椅还可以具有温度控制系统，该温度控制系统为了座椅乘员的舒适性而提供饰面装饰层的加热或冷却。温度控制系统可以远离饰面装饰层加热或冷却流体(例如，诸如空气)。温度控制系统然后使加热或冷却的流体循环通过延伸穿过泡沫垫的通路以共同加热或冷却饰面装饰层。

通常，交通工具座椅的物理厚度或其他尺寸是固定的或以其他方式受限制的。结果，延伸穿过泡沫垫的通路可能减少在没有通路的情况下泡沫垫在交通工具座椅的固定尺寸内可以提供的缓冲量。缓冲量的这种减少可能不合需要地降低交通工具座椅为座椅乘员提供的舒适程度。因此，期望为温度控制系统提供改进的结构，该结构为交通工具座椅提供传导性加热和冷却，从而避免这种潜在的问题。

发明概述

本发明涉及为交通工具座椅提供传导性加热和冷却的改进的温度控制系统。交通工具座椅具有温度控制系统，该温度控制系统具有至少一个加热和冷却组件。进而，加热和冷却组件具有热设备、至少一个热传递结构、以及与交通工具座椅的饰面装饰层热接触的至少一个热传导板。热设备产生温度梯度并且可选择性地作为热源或散热器来操作。优选地，热设备是可选择性地用作热源或散热器操作的珀耳帖设备。热传递结构在热设备和板之间热传导热量的量，且板在热传递结构和饰面装饰层之间热传导热量的量。作为非限制性示例，热传递结构可以是热管，且板可以是铜箔或铝箔。可以提供单个板或多个板。在热设备与饰面装饰层之间热传导该热量的量提供了饰面装饰层的加热或冷却。

温度控制系统可以在加热模式下操作加热和冷却组件以加热交通工具座椅。首先，操作热设备以产生第一温度梯度，使得热设备作为供应热量的第一量的热源来操作。然后，热量的第一量通过热传递结构和板热传导到饰面装饰层。座椅乘员被饰面装饰层中的热量的第一量温暖。

温度控制系统还可以在冷却模式下操作加热和冷却组件以冷却交通工具座椅。座椅乘员占据交通工具座椅并且当热量的第二量从座椅乘员热传导到饰面装饰层时加热饰面装饰层。热量的第二量然后通过板和热传递结构热传导到热设备。操作热设备以产生第二温度梯度，使得热设备作为接收热量的第二量的散热器来操作。

当根据附图阅读时，根据优选实施方案的以下详细描述，本发明的各个方面对于本领域技术人员将变得明显。

附图说明

图1是包括根据本发明的改进的温度控制系统的交通工具座椅的透视图。

图2是图1所示交通工具座椅的一部分的示意性俯视图，示出了温度控制系统的加热和冷却组件的第一实施方案。

图3是加热和冷却组件的第一实施方案的一部分的沿图2的线3-3截取的正视截面图。

图4是加热和冷却组件的第一实施方案的部分的替代性布置的类似于图3的正视截面图。

图5是用于在加热模式下操作温度控制系统的加热和冷却组件的方法的流程图。

图6是类似于图2的示意性俯视图，示出了在加热模式下操作的温度控制系统的加热和冷却组件。

图7是用于在冷却模式下操作温度控制系统的加热和冷却组件的方法的流程图。

图8是类似于图2的示意性俯视图，示出了在冷却模式下操作的温度控制系统的加热和冷却组件。

图9是图1中所示的交通工具座椅的一部分的示意性俯视图，示出了温度控制系统的加热和冷却组件的第二实施方案。

优选实施方案的详细描述

现在参考附图，在图1中示出了总体上以10表示的座椅，其可以例如布置在汽车或其他交通工具内。交通工具座椅10安装在交通工具的地板12或其他支撑表面上并且包括座椅底部14和座椅靠背16。座椅靠背16可以是相对于座椅底座14可移动的(例如，可枢转的)或固定的。座椅靠背16具有与座椅底部14相反地附接至座椅靠背的可选头枕18。头枕18可以是单独的部件或集成到座椅靠背16中。层20(诸如用于交通工具座椅10的饰面装饰层)覆盖座椅底部14、座椅靠背16和头枕18的表面的至少一部分，座椅乘员(未示出)坐在所述层上或以其他方式与所述层接触。作为非限制性示例，饰面装饰层20可以是乙烯基树脂、布或皮革材料。

交通工具座椅10还包括用于选择性地加热和/或冷却交通工具座椅10的温度控制系统，总体上以22表示。如所示，温度控制系统22包括容纳在座椅底部14内的总体上以24表示且用虚线示出的第一加热和冷却组件，以及容纳在座椅靠背16内的总体上以26表示并且也用虚线示出第二加热和冷却组件。对第一或第二加热和冷却组件24或26中的相应的一个的讨论适用于第一或第二加热和冷却组件24或26中的相应的另一个。温度控制系统22可以以相同的方式或彼此独立地分别操作第一和第二加热和冷却组件24和26。

如果需要，温度控制系统22可具有分别比图示的第一和第二加热和冷却组件24和26更多或更少数量的加热和冷却组件。作为非限制性示例，可以在座椅底部14或座椅靠背16中的任一个或两个内提供多个加热和冷却组件，以更好地提供座椅乘员所需的特定加热和/或冷却。作为另外的非限制性示例，可以省略所示的第一或第二加热和冷却组件24或26中的相应的一个，使得座椅底部14或座椅靠背16不具有加热和冷却组件。

图2和图3示意性地示出了第一加热和冷却组件24的第一实施方案。第一加热和冷却组件24的第一实施方案包括多个热传导板28，该多个热传导板28通过相应的热传递结构30连接到热设备32。此外，第一加热和冷却组件24由设置在座椅底部14内的泡沫垫34支撑。可以设置风扇36以从热设备32周围排出空气。现在将详细讨论第一加热和冷却组件24的这些部件。

如图3最佳所示，板28优选地定位在座椅底部14内，使得板28与覆盖座椅底部14的饰面装饰层20热接触。如将在下面进一步讨论的，板28被用于在饰面装饰层20和热传递结构30之间传导热量的量。换句话说，板28将热量的量分配到饰面装饰层20或从饰面装饰层20收集热量的量。优选地，板28由诸如金属材料或热传导膜的热传导材料的一个或更多个薄片形成。作为非限制性示例，板28可以由具有在约0.1mm至约10mm范围内的厚度的铜箔或铝箔制成。在热传递结构30处可以局部地增加板28的厚度以增加热传导。替代地，板28可以由任何热传导材料制成，包括由多种材料的复合材料或其他组合制成。

优选地，板28在坐在交通工具座椅10中的座椅乘员的重量下是柔性的。随着板28的厚度增加，可能期望板28的柔性也增加。板28可以是弯曲的或以其他方式成形以适应交通工具座椅10的泡沫垫34和座椅底部14的轮廓。第一加热和冷却组件24可具有少于或多于所示四个的板28。此外，板28不限于所示的尺寸和形状。优选地，板28被设定尺寸、形状且布置为最大化通过板28和饰面装饰层20之间的热传导来进行的座椅底部14的加热和冷却。作为非限制性示例，座椅底部14和座椅靠背16的至少50％可以被板28覆盖。

板28可以是平滑的或替代地具有三维的表面几何形状。作为非限制性示例，板28可以具有“波状(wavy)”或以其他方式起伏的表面几何形状。替代地，板28可以由具有空隙(voids)的多孔金属材料形成，例如海绵状铜或金属网。空气可以流过空隙以将该热量的量在板28内更均匀地分配和/或从饰面装饰层20去除潮湿(例如，汗水)。

如本文所用的，“热接触”及其变化形式意指两个本体之间的足以经由热传导在它们之间传递或以其他方式移动热量的量的接触。作为非限制性示例，当两个本体彼此直接物理接触时，它们热接触。作为另外的非限制性示例，当两个本体被诸如粘合剂的非隔热材料的薄层分开时，它们也热接触。

提供热传递结构30以将每个板28热连接到热设备32。热传递结构30与板28和热设备32热接触，使得热传递结构30在板28和热设备32之间热传导该热量的量。作为非限制性示例，热传递结构30可以被实施为热管(heat pipe)。作为另外的非限制性示例，热传递结构30可以被实施为由诸如石墨烯的高热传导材料、多种高热传导材料的复合材料或组合形成的结构。热传递结构30优选具有比泡沫垫34更大的热传导性。结果是，该热量的量主要经由热传递结构30在板28和热设备32之间传导，而不是通过泡沫垫34。

热传递结构30优选地固定或以其他方式固着到板28。作为非限制性示例，热传递结构30可以点焊到板28或通过合适的粘合的方式或机械的方式固定到板28。替代地，热传递结构30可以不固定到板28。代替地，热传递结构30和板28可以保持彼此接触。作为非限制性示例，热传递结构30和板28可通过饰面装饰层20、泡沫垫34或任何其他支撑结构的组合保持接触。

板28和热传递结构30一起作用以提供在饰面装饰层20和热设备32之间的该热量的量的热传导。因此，板28和热传递结构30能够根据第一加热和冷却组件24的操作模式(例如，冷却模式或加热模式)将该热量的量从热设备32传导到饰面装饰层20以及将该热量的量从饰面装饰层20传导到热设备32。

尽管作为单独的部件进行图示和讨论，但是板28和热传递结构30可以替代地设置为单一的组合结构。每个单一的组合结构将具有作为板28的板部分和作为热传递结构30的热传递部分。单一的组合结构可由单一热传导材料制成。此外，单一的热传递结构30可以将板28中的多于一个板连接到热设备32。当单一的热传递结构30将板28中的多于一个板连接到热设备32时，该多于一个板28可以与热传递结构30形成单一的组合结构。单一的组合结构可具有单一热传导材料或不同热传导材料的组合。

热设备32可以被实施为能够产生温度梯度或温度差的任何合适的设备，使得热设备32能够选择性地充当热源或散热器。作为非限制性示例，热设备32可以是可选择地作为热源或散热器来操作的热泵。替代地，热源和散热器可以作为分开的设备来提供。当热设备32作为热源操作时，热设备32将通过热传递结构30和板28热传导的该热量的量供应到饰面装饰层20。当热设备32作为散热器操作时，热设备32接收通过板28和热传递结构30从饰面装饰层20热传导的热量的量。

优选地，热设备32是使用珀耳帖效应来产生温度梯度的珀耳帖设备。珀耳帖效应在电接头(electrical junction)经受电流时，在两种不同材料之间产生跨越电接头的温度梯度。温度梯度产生加热还是冷却(即，珀尔帖设备用作热源还是散热器)取决于施加到珀耳帖设备的电流的极性。因此，通过改变施加到珀尔帖单元的电流的极性，珀尔帖设备可以交替地作为热源和散热器来操作。

热传递结构30和板28在热设备32和饰面装饰层20之间热传导该热量的量，因为热从相对热的温度传导到相对冷的温度。因此，为了加热交通工具座椅10，热设备32产生第一温度梯度，使得热设备32作为热源来操作。结果，热传递结构30和板28用于将热量的第一量从相对热的热设备32热传导至相对冷的饰面装饰层20。为了冷却交通工具座椅10，热设备32产生第二温度梯度，使得热设备32作为散热器来操作。结果，板28和热传递结构30用于将热量的第二量从相对热的饰面装饰层20热传导至相对冷的热设备32。当热设备32是珀尔帖设备时，第一温度梯度和第二温度梯度可以通过反转施加到热设备32的电流的极性而产生。热量的第一量和热量的第二量分别与期望的加热量或冷却量成比例。热量的第一量和热量的第二量的绝对值可以根据需要相等或不同。

类似于热传递结构30和板28之间的固定，热传递结构30可以通过合适的粘合的方式或机械的方式固定到热设备32或以其他方式固着到热设备32。作为非限制性示例，热传递结构30可通过点焊、粘合的方式或机械的方式(例如互锁插头或螺钉和插槽)固定到热设备32。替代地，热传递结构30可以不固定到热设备32。而是，热传递结构30和热设备32可以通过泡沫垫34和任何其他支撑结构的组合保持热接触。

如所讨论的，泡沫垫34支撑第一加热和冷却组件24。泡沫垫34还为座椅底部14提供缓冲并且支撑饰面装饰层20(在饰面装饰层20覆盖板28之处，饰面装饰层20也由板28支撑)。因此，如图3所示，板28布置在泡沫垫34和饰面装饰层20之间。作为非限制性示例，泡沫垫34可以是聚氨酯泡沫。如所示，板28凹进泡沫垫34的顶部表面38中，使得为座椅乘员提供平滑表面。替代地，板28可以不凹进到泡沫垫34中。

而且，热传递结构30被支撑在泡沫垫34内，即热传递结构30延伸穿过泡沫垫34。泡沫垫34在板28和热设备32之间延伸，使得泡沫垫34使板28和热设备32分开。如所示，热传递结构30是线性的并且在板28和热设备32之间倾斜穿过泡沫垫34。替代地，热传递结构30可以在板28与热设备32之间具有任何布置或取向。作为非限制性示例，热传递结构30的至少一部分可以是非线性的。

此外，热设备32在图3中示出为设置在泡沫垫34内。热设备32可以在泡沫垫34的模制过程中定位在泡沫垫34内或者经由可随后用泡沫塞(未示出)填充的进入通路定位在泡沫垫34内。替代地，热设备32可以不同于图3所示地定位。作为非限制性示例，热设备32可位于泡沫垫34'的外部(如图4所示)或以其他方式定位。

风扇36将热设备32周围的空气(热空气或冷空气)排出到座椅底部14的外部。空气经由进气通道(未示出)供应到热设备32周围。如所示，风扇36将空气通过泡沫垫34中的通气通道40排出。如所示，通气通道40延伸到座椅底部14的侧表面，使得热设备32周围的空气在交通工具座椅10后方排放。替代地，通气通道40可以与如所示不同地延伸。作为非限制性示例，通气通道40可以延伸到座椅底部14的底表面并且将热设备32周围的空气排放到交通工具座椅10下方。另外，通气通道40可以从如图2所示的位置延伸，使得通气通道40进一步在热设备32周围延伸，以提供热设备32周围的空气的额外的排出。而且，风扇36可相对于热设备32以除了如图2所示之外的方式定位。

图5和图6示出了用于在加热模式下操作第一加热和冷却组件24的方法42。在方法42的初始步骤44中，热设备32作为热源操作，以产生第一温度梯度，该第一温度梯度将热量的第一量从热设备32供应给饰面装饰层20。热设备32作为热源的操作导致热量的第一量从相对热的热设备32到相对冷的饰面装饰层20的移动(即热传导)，因为饰面装饰层20最初具有比热设备32低的温度。因此，当第一加热和冷却组件24在加热模式下操作时，热设备32至少在初始时具有比饰面装饰层20更高的温度。在座椅乘员占据交通工具座椅10之前，热设备32可以开始作为热源操作。

在方法42的第二步骤46中，热量的第一量通过热传递结构30从热设备32热传导到板28。第二步骤46中的热量的第一量的热传导由图6中的第一加热箭头48表示。在方法42的第三步骤50中，热量的第一量由板28从热传递结构30热传导至饰面装饰层20。步骤50中的热量的第一量的热传导由图6中的第二加热箭头52表示。在方法42的第四步骤54中，饰面装饰层20从板28接收热量的第一量。在方法42的最后步骤56中，座椅乘员被第一饰面装饰层20中的热量的第一量温暖。因此，根据加热方法42，热量的第一量传导性地流动，如图5中的箭头58所表示的，从热设备32通过热传递结构30和板28流动到饰面装饰层20，以温暖座椅乘员。

图7和8示出了用于在冷却模式下操作第一加热和冷却组件24的方法60。在方法60的初始步骤62中，热设备32被操作以产生第二温度梯度，使得热设备32作为散热器操作，该散热器将从饰面装饰层20移除热量的第二量。热设备32作为散热器的操作导致从相对热的饰面装饰层20到相对冷的热设备32的热量的第二量的移动(即，热传导)，因为饰面装饰层20最初具有比热设备30高的温度。因此，当第一加热和冷却组件24在冷却模式下操作时，热设备32至少在初始时具有比饰面装饰层20更低的温度。在座椅乘员占据交通工具座椅10之前，热设备32可以开始作为散热器操作。

在方法60的第二步骤64中，热量的第二量通过热传递结构30从板28热传导至热设备32。第二步骤64中的热量的第二量的热传导由图8中的第一冷却箭头66表示。在方法60的第三步骤68中，第二量的热由板28从饰面装饰层20热传导至热传递结构30。步骤68中的热量的第二量的热传导由图8中的第二冷却箭头70表示。在方法60的第四步骤72中，板28从饰面装饰层20接收该热量的第二量。在方法42的最后步骤74中，座椅乘员由于将热量的第二量从饰面装饰层20传递到板28而得到降温。因此，根据冷却方法60，热量的第二量传导性地流动，如图7中的箭头76所表示的，从饰面装饰层20通过板28和热传递结构30流动到热设备32以为座椅乘员降温。

图9是图1中所示的交通工具座椅的座椅底部14的示意性俯视图，示出了温度控制系统22的加热和冷却组件24'的第二实施方案。在该第二实施方案中，多个热传递结构30将单一的热传导板28的不同部分连接到热设备32。优选地，多个热传递结构30被定位成最大化座椅底部14的通过其散发或吸收热量的区域，这也使热量被供应或接收的速率最大化。加热和冷却组件24'的第二实施方案可以在大体上如上文所描述的加热和冷却模式下操作。

已经在本发明的优选实施方案中解释和说明了本发明的原理和操作模式。然而，必须理解的是，本发明可以以不同于具体解释和说明的方式实践而不背离其精神或范围。

Claims (20)

1.一种加热和冷却组件，用于座椅，所述加热和冷却组件包括：

层，其适于形成座椅的一部分；

热传导板，其与所述层热接触；

热设备，其产生温度梯度；和

热传递结构，其连接所述板和所述热设备，其中所述板和所述热传递结构适于一起在所述层和所述热设备之间热传导热量的量。

2.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述热设备是从所述层接收所述热量的量的散热器。

3.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述热设备是向所述层供应所述热量的量的热源。

4.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述热设备是珀耳帖设备，所述珀耳帖设备选择性地作为散热器或热源来操作。

5.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述热传递结构是热管。

6.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述板是金属箔的片。

7.根据权利要求6所述的加热和冷却组件，其中所述板具有在约0.1mm至约10mm范围内的厚度。

8.根据权利要求6所述的加热和冷却组件，其中所述板是多孔的。

9.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，其中所述板适于通过热传导在所述层与所述热传递结构之间移动所述热量的量，并且其中所述热传递结构适于通过热传导在所述板和所述热设备之间移动所述热量的量。

10.根据权利要求1所述的加热和冷却组件，还包括支撑所述层的泡沫垫，其中所述板布置在所述层和所述泡沫垫之间。

11.根据权利要求10所述的加热和冷却组件，其中所述泡沫垫布置在所述板和所述热设备之间。

12.根据权利要求10所述的加热和冷却组件，其中所述热传递结构的至少一部分布置在所述泡沫垫内。

13.一种温度控制系统，用于交通工具座椅，所述温度控制系统包括：

饰面装饰层；

至少一个热传导板，其与所述饰面装饰层热接触；

热泵，其产生温度梯度；和

至少一个热传递结构，所述至少一个热传递结构连接所述至少一个板和所述热泵，其中所述至少一个热传递结构和所述至少一个板适于一起在所述饰面装饰层和所述热泵之间热传导热量的量。

14.根据权利要求13所述的温度控制系统，其中所述热泵选择性地作为散热器或热源来操作。

15.根据权利要求13所述的温度控制系统，其中所述热泵是珀尔帖设备。

16.根据权利要求13所述的温度控制系统，其中所述至少一个热传递结构是热管。

17.根据权利要求13所述的温度控制系统，其中所述至少一个板是金属箔的片。

18.根据权利要求13所述的温度控制系统，还包括支撑所述饰面装饰层的泡沫垫，其中所述至少一个板位于所述饰面装饰层和所述泡沫垫之间，并且所述至少一个热传递结构延伸穿过所述泡沫垫。

19.一种温度控制系统，用于交通工具座椅，所述温度控制系统包括：

饰面装饰层；

泡沫垫，其支撑所述饰面装饰层；

热传导板，其与所述饰面装饰层热接触并定位在所述饰面装饰层和所述泡沫垫之间，其中所述板是金属箔的片；

热设备，其产生温度梯度，其中所述热设备是能够选择性地作为热源和散热器来操作的珀尔帖设备；和

热管，其连接所述板和所述热设备，其中所述板和所述热管适于一起在所述饰面装饰层和所述热设备之间热传导热量的量。

20.根据权利要求19所述的温度控制系统，还包括风扇，其中所述风扇从所述热设备周围排出空气。