CN110574177A - 包括温度调节垫包裹物的加热和冷却技术以及具有液体系统的技术 - Google Patents

Abstract

公开了一种加热和冷却设备，该加热和冷却设备包括：至少一个一体式低电压加热和冷却源；以及高效的柔性的热量分布装置，该柔性的热量分布装置具有375W/mk至4000W/mk的热导率，用于将热量和冷量分布在表面上。其它方面包括用于提供完全热接触的热界面化合物以及使用相变材料以在不使用外部电输入的情况下提供持久的加热和/或冷却效果。优选的应用包括汽车和家具座椅的加热和冷却以及具有分布式加热和冷却效果的户外外套。其它方面包括热垫包裹物以及用于热量/冷量分布的导热液体系统。

Description

包括温度调节垫包裹物的加热和冷却技术以及具有液体系统 的技术

相关申请的交叉引用

本申请是2015年11月16日提交的国际PCT申请PCT/US2015/060955号的部分连续案(CIP)，并且依据35U.S.C.119(e)要求2014年11月14日提交的美国临时申请62/080,072号、2015年11月16日提交的国际PCT申请PCT/US2015/060955号、2014年11月14日提交的美国临时专利申请序列号62/080,072、2016年6月23日提交的美国临时专利申请序列号62/353,987和2017年3月20日提交的美国临时专利申请序列号62/473,966、2017年9月27日提交的临时专利申请序列号62/563,702的优先权。

联合研究协议缔约方的名称

不适用

对在光盘上提交的或通过办公电子提交系统(EFS网)作为文本文件提交的材料的援引合并

不适用

有关发明人或联合发明人以前公开的声明

不适用

技术领域

本发明涉及OEM和售后加热器/冷却器中使用的经加热和经冷却的组件、其制造方法以及其使用方法。更特别地，本发明涉及用于加热和冷却汽车座椅、医学容器、各种类型的办公家具、食品保温器以及服装制品的传导性热传递系统。

共同待决的美国专利申请15/526,954的主题通过引用被整体并入本文中。

背景技术

用于车辆座椅、家具座椅、医学容器、食物保温器和服装制品的常规加热和冷却系统是本领域众所周知的，包括最常见类型的强制通风式加热和冷却系统中的一种，该强制通风式加热和冷却系统包括在汽车座椅、座椅组件或服装制品中的强制通风式加热器和/或冷却器。常规的经加热的制品已经包括了低效电阻加热机构等。其它所利用的保温方法包括可能高效的化学反应式系统，但其在每一次激活之后都需要新的花销。

所述强制通风式加热和冷却系统发明的实践者已经意识到现有技术发明所存在的某些问题。一直困扰汽车制造商和消费者的一个特别的问题是：由于与使用空气作为热传递介质进行热传递相关的低效率，所以所述系统使用了大量的能量。还存在伴随这些能源消耗问题的导致内部空间问题的其它复杂性。

经加热的服装制品(主要用于摩托车爱好者和户外活动者)已经使用放置在整个布料上的电阻丝，这很像老式电热毯。通常，需要将使用电线的摩托车夹克插入摩托车，以向该设备连续地供电。

涉及经电加热的夹克(其包括一组被缝合到外套中以分布热量的电热丝)的现有技术发明的实践者已经意识到这些现有技术发明存在的某些问题。除了许多现有技术的设备不能利用单个设备来加热和冷却的事实之外，困扰使用者的一个特别的问题是不能数字调节温度，并且热量通常不均匀地分布。那些既能加热又能冷却的设备使用来自热交换器的循环流体，该热交换器使经加热或经冷却的流体流动通过管、囊等。存在会产生热点和冷点的复杂性。

本发明还涉及一种温度调节垫包裹物、其制造方法及其使用方法。更特别地，本发明涉及一种加热和冷却垫，该加热和冷却垫经由热耗散片状材料(thermally dissipativesheeted material)而具有大致均匀分布的热传递。

如果提供了能够以简单的设计来均匀地分布热和冷的温度调节身体包裹物或外套以及其制造方法或其使用方法，则对于户外活动的任何人来说将是期望的，特别是军事人员、户外活动者、摩托车爱好者、建筑工人、在医学或物理治疗环境中需要加热和/或冷却以帮助身体部位(例如膝盖、肘、背、肩或其它身体区域)愈合的那些人以及交通行业的那些人。

当有人知道谁最近购买了一辆车，那么就会知道经加热的座椅非常受欢迎。虽然经加热的座椅可以用在众多应用中，但我将聚焦于汽车，因为它代表了公众购买的经加热/经冷却的座椅的最大销量。显然，用于加热和冷却座椅的机构对于下面将更充分描述的许多其它应用而言也可以是有用的。

汽车座椅的加热和冷却是汽车买家广泛采纳的期望特征，但在现有系统上还要做出改善。在更新这些技术以便利用更少电力的情况下，新的材料和技术有助于传递加热和冷却，从而有希望使水分积聚(moisture build up)最小化，这对于座椅行业中的任何应用都是有利的。

座椅行业一直在寻找具有高加热和/或冷却速率的单向热传递材料和双向热传递材料。此外，将受到业界欢迎的是，在消耗低功率量的同时在整个加热表面上的持续加热和冷却。

现有技术通常包括强制对流加热系统，该强制对流加热系统具有取决于空气流的空气分布模型。随着座椅上的乘坐者体重增加，空气流的质量下降。在这些情况下，存在不期望的散热阻力。在常规可用的经加热的座椅的技术(包括微热模块)中，珀尔帖(Peltier)电路与热交换器结合使用，以提供退到座垫的经加热或经冷却的空气。可能会由于空气分布方法而出现问题，该空气分布方法可以包括第一顶层穿孔皮革，然后是在常规遮盖物材料顶上的分布层，接着是通过以泡沫材料模制的通槽来起到缓冲作用的底层。加热和冷却已经表现出是低效率的，并且需要用于空气流通道的大量的“空地(real estate)”或空间。虽然这种所接受的常规标准具有相对低的成本，但在考虑所用能量的量时是低效的。此外，水分积聚是现有技术方法的问题。

当然，在操作期间，可以预见，驾驶这些车辆的人可能会经历不可避免地发生的来自快餐店的液体(例如苏打和咖啡)的泄漏物被吸入车辆内。这些泄漏出的液体可能会穿透座椅织物并进入座椅的内部，从而导致霉菌生长、臭味和细菌生长。

该行业的另一个期望是在没有额外的传感器(其会增加复杂性和费用)的情况下监控座椅乘坐者的热状态。

此外，座椅制造商的另一个普遍期望是具有如下座椅：该座椅会储存或释放热能以用于在车辆不运行期间使用，从而提高座椅乘坐者在进入车辆时的舒适性，并且该座椅能够维持热存储能力达更长的时间。

因此，对于车辆座椅行业来说，期望提供一种具有改善的传导性热传递的新的替代技术，其能够加热和/或冷却座椅或座椅组件，并且期望提供一种制造该座椅的方法，或者一种使用所述技术来加热和冷却座椅的方法。对该行业来说，审查这种新技术是有利的。某些技术益处能够通过使用利用热电设备的传导性热传递系统来实现。

发明内容

根据上述行业期望，本发明提供了各种方面，包括传导性热传递模型、其制造方法，其控制方法以及使用其来加热和冷却座椅的各种方法。这包括加热和冷却设备，优选是一种新的改善的热电模块，该热电模块粘附到至少一层导热材料上并与所述至少一层导热材料结合，用于将热量或冷量分布遍及更多的表面区域。这克服了现有技术中的许多上述问题，因为能够在使加热和冷却分布最大化的同时使能量消耗最小化。

通过使用可选的结合相变材料的方案，减轻了不能在座椅组件本身中直接热充电的问题以及由于缺乏在较长时间内延长其热能力的方法而引起的问题。

现有系统的改善还可以包括：可以提供信息反馈回路的感测技术以及新的材料和新的热电技术，以改善座椅冷却和加热且不产生水分。

附图说明

为了进一步理解本发明的预期范围和各种方面的性质和优点，应参考以下详细描述，并结合附图进行该描述，在附图中，相同的部件被给予相同的附图标记，并且其中：

图1示出了本发明的最简单的方面，其中，将热电模块结合到导热性热传递垫中，以便将该热电模块结合到座椅、座椅组件中或作为售后构造；

图2示出了本发明的透视环境视图；

图3是根据本发明制造的第二方面的侧立面视图；

图4是本发明的另一方面的侧立面视图；

图5是本发明的又一方面的侧立面视图；

图6是所述侧立面视图的又一方面；

图7是本发明的风扇方面的透视图；

图8是多层方面(multi-layer aspect)的俯视平面图；

图9是利用本发明的座椅组件的又一方面的剖视图；

图10是本发明的车辆方面的环境视图，其包括在具有充电器的椅子中的使用；

图11A和图11B是具有石墨烯条的座椅组件的俯视平面图；

图12是热传递块和散热器组件的透视图；

图13是图12的组件的侧剖视图；

图14是经加热的外套的背面视图；

图15是热箱的透视图；

图16是用于加热的物联网应用的流程图；

图17A至图17E示出了片状导热材料的变体；

图18是根据本发明制造的温度调节垫包裹物的前视图；

图19示出了散热器、风扇和热电设备组件的后视图；

图20是本发明的侧立面视图；

图21是石墨烯织物、散热器和风扇组件的前视图；

图22是散热器、风扇和热电设备组件的俯视图；

图23是织物身体部位包裹物、散热器、风扇和热电设备组件以及电池的俯视图；

图24A和图24B是石墨烯织成的织物的俯视图；

图25是包括了本发明的外套的视图；

图26是根据本发明制造的在工作台上的用于进行测试的带有液体的加热/冷却系统的部件中的一些部件的视图；

图27示出/显示/示意性地详细描绘了液体泵；

图28是本发明的背心方面的透视图；

图29示出了安装好的热电设备的细节；

图30是带有安装好的单元的摩托车座椅的下侧；

图31是其上还没有石墨烯的摩托车座椅的俯视平面图；

图32是其中石墨烯附接到热传递板的座椅的顶视图；

图33A示出了具有散热器和风扇的本发明的另一方面；并且

图33B示出了与热电设备接触的液体系统。

尽管将通过下文的用于具有某些特征的具体方面的示例来描述本发明，但还必须认识到，在本发明的范围和宽度内涵盖了对实践者来说不需要撤销实验的微小修改。本发明的另外的优点和其它的新颖特征将在下文的描述中阐述，并且特别是对于本领域技术人员而言，本发明的另外的优点和其它的新颖特征在实验之后将是明显的，或者在本发明的实践中可以学习本发明的另外的优点和其它的新颖特征。因此，本发明能够具有许多其它不同的方面，并且在不脱离本发明的精神的情况下，能够对其细节做出对本领域普通技术人员来说显而易见的各种方面的修改。因此，说明书的其余部分将被认为是说明性的而不是限制性的。

具体实施方式

为了对该行业提供上文提及的优点，本发明提出了一种使用独特的元件组合的新颖设计。在经加热和/或经冷却的座椅、外套或热控箱的本发明的其最简单的方面，应该将一体式加热和冷却设备(优选是热电设备)结合到柔性导热材料，用于耗散该区域上的温差。基本上，热电模块将起到热源/冷源的作用，而导热材料将在较大的表面积上分布热量/冷量。

因此，可以将热电模块用作一体式加热和/或冷却源，并且当这些热电模块与导热材料热接触时，经加热或经冷却的温度效应由于导热而在较大的表面积上扩散。为了实现温度梯度差以加热或冷却座椅，可以优选使用诸如石墨的碳类材料，用于在座椅表面上的较宽分布区域上扩散温差。新型含石墨材料的热导率比铜的热导率高一至五倍，从而使得传导性热传递的工业化成为可能。该材料可以用于小面积的传导性加热和冷却，同时仍然是强韧且柔性的并且具有高热导率。当然，这种材料必须足够耐用以承受人们多年的滑入和滑出座椅。

这种优良的热传递设计系统可以使用最近改善的热电材料，特别是由碲化铋制成的热电材料。这些新材料具有约2℃的增量改善。这2℃的温度变化能够意味着“几乎是冷的”与“冷的”之间的差异。这将为行业提供一种在座椅上提供冷却的新途径。热电设备中的材料改善也可以用在改善的强制通风式系统中或用于本发明中的全新概念。热电设备是固态设备，并且能够利用新的热电合金和晶体生长过程来实现这些固态冷却设备。

下面将更详细地讨论本发明的各种方面的示例，从而详细描述用于增强加热和冷却方面的基本形式和可选部件的各种组合。通过以下段落将这些各种方面分为基于部件的选项：

I.热电模块和导热材料的组合

a.首先，热电模块

在其最基本的形式中，本发明包括使用一体式加热和冷却设备，特别是热电加热和冷却设备，其与柔性导热材料热连通且附接到柔性导热材料，以便扩散热量或冷量。这在任何座椅组件的座椅下方是特别有用的。所使用的热电设备可以是任何常规的热电设备，但优选是碲化铋类设备。这些设备将以10V至16V直流电高效地工作，因为这一范围与汽车电气要求和其它低电压应用兼容。优选地，所使用的热电设备是127对碲化铋类设备，其中的一些可以从密歇根州特拉弗斯城(Traverse City，Michigan)的Tellurex公司商购获得。

尽管能够使用具有更高的对数(couple count)的设备来提高效率，但使用了成本效益分析标准来决定用于每一种应用和各种座椅组件的热电模块的设计。如果开发了不同化学或机械组成的热电或其它固态设备，这将提高性能或降低成本，显然这些将能够用在本发明中。

在某些方面，热电模块可以包括间隔较远的P和N对(P and N couples)，这将增加热电模块的尺寸，因此增加与下述导热材料直接接触的面积。在该方面，这可以减轻对热传递块的需要，这也在较宽的区域上扩散热流，以便为导热材料提供较大的接触面积。热电模块的另一个控制可以是使用脉冲宽度调制。

b.接下来，导热材料

本发明的第一方面的另一部分将包括导热材料，该导热材料适合于将热电模块产生的热量和冷量分布在比热电设备本身的表面宽的区域上。尽管存在其耐用性足以承受乘坐以及数百万次的进入和离开车辆座椅的许多不同的导热性热传递材料，但最常见的材料将包括：导热材料，例如铜片或编织材料等；导热聚合物；碳类传导材料，例如碳纤维织物或石墨织物，并且包括最近可用的石墨烯纳米薄片片材。由于碳类材料除了具有高导热性之外还是强韧且柔性的，所以它们特别适合于本发明。

单层原子厚度的石墨烯导热性极好，即，在X和Y轴上为2000瓦/米开尔文至4000瓦/米开尔文。然而，实际上，由于在Z方向上截面面积不足，所以能够传递的实际热量低。换句话说，每截面面积的热导率非常高，但是如果截面面积接近零，则实际的热传递是最小的。

因此，用于实际应用的可用的石墨烯优选采用多层石墨烯，该多层石墨烯通常为薄片、纳米薄片、纳米管和/或纳米颗粒的形式。虽然以这种形式使用石墨烯薄片降低了每截面面积的热导率，但由于截面面积因Z方向上的厚度而相对较大，所以总体的热传递能够非常高。另外，可以容易地处理这些较厚的石墨烯材料，特别是如果将其结合到薄聚合物膜的话。随着这种材料的发展的进步，热导率也将增加到2000W/mK至4000W/mK标志，但是不知道该热导率将有多接近于“理论”极限。

下文公开的示例使用如下导热材料：该导热材料中的一些具有400W/mK至600W/mK的热导率，该导热材料中的一些具有2000W/mK至4000W/mK的热导率。使用多层较薄的400W/mK至600W/mK材料可以将热导率提高到1500W/mK。当然，较薄的多层方案增加了成本，可用性较小并且较难以起作用，但这当然是一种可能性。低成本形式的导热性较高的石墨烯正变得可用于在400W/mK至2000W/mK或类似范围内的材料。

此外，经测试具有700W/mK至800W/mK的较高热导率的热解石墨片材包括1500W/mK的材料。热解石墨片材是合适的导热材料。能够从日本三菱塑料商购获得的沥青类碳纤维织物的热解石墨纤维布具有800W/mK的热导率。因为该材料是一种织物，所以其具有非常好的柔性。然而，初步测试表明该织造编织物在交叉编织材料中在携带热量方面不起作用。例如，在该试验中，将热解石墨纤维布结合到3"×3"的传导板。与导热路径成线性的线束携带热量，并且交叉编织材料纤维一旦离开传导板的区域就垂直于热流并且仅在线束相遇的圆点处与优选的热传递线束连通。因此，可以使用热粘合剂来热连接所有的纤维。

尽管可以以不同程度的有效性来利用任何导热材料，但用于本发明的优选导热材料包括具有375W/mK至2000-4000W/mK(取决于厚度和构造)的热导率的石墨烯纳米薄片材料，同时热导率为650W/mK至1550W/mK的可商购热解石墨片和热导率为800W/mK的热解编织石墨纤维也是适合的。

优选地，最好的碳类导热材料是粘附到薄塑料片以增加强度的石墨烯纳米薄片的片状材料。由于石墨烯的热导率是铜的热导率的两倍以上，因此它是用于该申请的合适材料。这样的石墨烯纳米薄片片材优选为5微米至500微米厚，并且可以可选地被结合到由聚乙烯或任何其它合适的衬底制成的薄塑料片上，以便表现出较大的强度以及对由于人们进出座椅而引起的持续的应力和应变的抵抗性。

通过使用碳类材料，可以传递热量并且将热量直接分布遍及传导材料的整个表面区域，从而减轻对空气管道和分布的需要，进一步简化座椅构造并且使设计标准化，同时还提供了个性化的气候控制，从而增加了设计灵活性。简而言之，本发明使用热传递垫来分布热量和冷量，而不是使用强制通风。标准化成为可能，因为不管是低重量的乘客还是较大重量的某人坐在座椅上存在的差别都将很小，例如这种差别出现在当大重量的人员可能会挤压具有加热和冷却能力的常规座椅中的空气管道时。

在该方面，能够从许多来源商购合适的石墨烯纳米薄片材料，所述来源包括美国密歇根州兰辛市的XG Sciences以及其它国际分销商。石墨稀纳米薄片适合于本申请，因为这种相对较新类型的碳纳米颗粒表现出多功能性能。石墨烯纳米薄片具有“薄片”形态，因为它们具有非常薄但宽的纵横比。这种独特的尺寸、形状和形态倾向于使颗粒在提供势垒性能方面特别有效，同时其纯石墨组合物赋予其良好的导电性和导热性。石墨烯纳米薄片也可以表现出刚度、高强度和表面硬度。可以以单层或任何数量的多层来使用这样的材料，以实现期望的效果。对于汽车座椅来说，优选使用单片，因为其具有400W/mK至500+W/mK的热导率。由于许多级别的石墨烯材料由可商购的纳米薄片、纳米颗粒、纳米管或其组合制成，所以能够散热的典型表面积可以包括从5m²/g至超过750m²/g，其中平均粒径范围可以从5微米至超过100微米。一旦将这些片状石墨稀纳米薄片或石墨烯纳米管材料放置成与上述热电设备直接机械和热接触，其对于散热来说就尤其有用。

本发明的其它方面可以包括使用导热塑料片状材料，该导热塑料片状材料包括断续少量的高导热成分，例如碳或石墨烯纳米颗粒、石墨烯纳米管或石墨烯纳米薄片，以便提高导热塑料片状材料的热导率。

II.热电模块、导热材料和穿孔顶部的组合

a.穿孔材料

除了上述基本的热电模块和导热组合之外，本发明的其它可选方面可以包括待添加到该组合中的其它元件。在本发明的该第二方面中，基本的热电和导热组合还包括使用将与座椅中的人员接触的穿孔材料。该穿孔材料可以包括穿孔皮革或任何其它合适的穿孔座椅材料，以允许空气流动到座椅乘坐者并防止水分由于冷凝而积聚。合适的穿孔材料将允许空气流动，因此将改善座椅加热并且还提供改善的水分转移。

III.热电模块、导热材料和相变材料的组合

可以与基本的热电和导热组合一起使用的另一个元件可以包括能够在相转变期间储存或释放热量的相变材料。这可以在本申请中提供额外的能力。优选与本发明的该方面相关的材料包括水合碳酸氢钾，或者可以使用适用于应用所需的相变温度的其它相变材料。注意，相变材料具有能够储存和释放大量能量的高熔化热。在这种情况下，当材料从固体变为液体或反过来从液体变为固体时，热量被吸收或释放，这使得相变材料成为潜热储存材料。例如，乙酸钠加热垫在其结晶时变热。

诸如石蜡和脂肪酸的某些有机相变材料具有非常高的熔化热，并且是安全且不起反应的，此外还是可再循环的，并且与几乎每一种常规的构造材料都兼容。虽然该材料传统上是易燃的，但某些遏制过程允许了在各种应用中的使用。

本申请中优先感兴趣的可以包括无机盐水合物，因为其是不易燃的，同时仍然表现出高的熔化热。如上所述，优选的相变材料是水合碳酸氢钾。当然，可以采用其它的相变材料用于本申请，并且其它的相变材料可以包括共晶体或吸湿材料，因为它们能够在其水冷凝时吸收热量，或者它们能够在水蒸发时释放水。虽然不是包含性的列举，但适合的相变材料包括水合碳酸氢钾、乙酸钠、石蜡、脂肪酸、无机盐水合物、共晶体、吸水性物质、吸湿性物质及它们的组合。当实现某些露点情况时，上述材料在控制座椅中的水分含量方面可能是或可能不是有用的。

在本发明的各种方面中，座椅内的热电模块、导热材料、穿孔座椅和/或相变材料垫的这种组合或其任何组合可以使座椅能够提供比常规空气室型加热和冷却座椅有效的系统。

在本发明中特别感兴趣的是，在某些方面，基本上不需要空气移动，这与通过分流空气室设计而生产且利用座椅下方的大量“空地(real estate)”的常规系统不同。从包装和制造的观点来看，本发明的热电模块和导热材料在制造期间更容易包装、运输和放置在座椅中。需要制造和安装的空气室部件很少。

此外，坐在座椅上的人员的各种重量阻碍了现有技术的座椅加热器和冷却器的设计，因为相对于坐在座椅上的小孩而言，当肥胖者坐在座椅上时，空气室变得被压缩。可以想象，肥胖者会将空气室压缩到空气不能再分布的程度。本发明不依赖于空气移动的事实为座椅设计者以及座椅加热器和冷却器的操作提供了更大的余地。

我的设计减轻了在加热和冷却期间在座椅中所涉及的许多水分，因此甚至不需要解决水分保持或蒸发的问题。如果不存在空气流，诸如当没有允许空气流动的穿孔时，水分会在其被冷却时冷凝。在使用我的发明的情况下，利用甚至2℃的差异，特别是利用穿孔，减轻了水分问题。

IV.热电模块、导热材料和具有穿孔材料的相变材料的组合

本发明还包括对所有这些方面的可选使用，这些方面包括与包括导热材料的本发明的第一方面组合使用的具有相变材料的穿孔顶层材料，以便在相转变期间储存或释放热量。这种相变材料可以是具有高熔化热的任何物质，其在一定温度下熔化和固化，能够储存和释放大量的能量。可以回顾乙酸钠加热垫，可以认识到，乙酸钠溶液在结晶时变热。能够通过固-固、固-液、固-气和液-气的相变来实现这种相变材料的潜热储存能力。在本申请中使用的优选的相变是固-液变化，这是因为由于存储热所需的体积小，所以固-液变化对于用作热存储物来说是最实际的。虽然常规的相变材料可以是有机的，例如石蜡和/或脂肪酸，但也可以是无机相变材料，例如盐水合物，共晶材料，其可以是有机-有机、有机-无机或无机-无机的化合物以及吸湿材料，该吸湿材料由于其水吸收和释放性能而可以是有利。

优选地，如上所述，在该方面，可选地用在本发明中的相变材料是水合碳酸氢钾或适用于汽车或其它座椅组件应用中所期望的相变温度的任何其它相变材料。

此外，可选地，对于上述方面中的任一个或全部方面，为了优化热传递，另一个元件可以是有帮助的。该元件包括导热界面，该导热界面可以被用来实现很大优点。这种导热界面可以是导热油脂、填充有银的凝胶、被填充的蜡、或硅树脂。该界面将有助于使部件之间完全热接触，从而提高每一个热连通的效率。

用于制造上述方面中的每一个方面的方法包括组装每一个部件(如附图中所示)以及在热电模块与导热材料之间或者热电导热材料与相变材料之间施加导热界面的涂层。

这些益处包括但不限于：风扇中使用的所有功率能够用来经由散热器进行环境热传递的事实将提高整体性能。可以针对其目的来优化环境散热器，而不是使环境散热器与所需的形状因素配合以及还使用一部分空气流动用于座椅乘坐者的冷却/加热。这为热电模块设计提供了更多的自由度，其中也能够改善座椅包装。通过利用各种尺寸的热传递材料和热电设备，容易地实现了加热和冷却区域的各种形状和尺寸。这也意味着减少了针对具有不同重量的乘坐者的设计，因为热反馈回路能够提供更好的温度控制，其中乘坐者与加热和冷却的表面直接热联接。

现在参考附图，我们来看图1，其中座椅加热器和冷却器由附图标记10总体表示并包括橡胶垫12，并且在橡胶垫12正下方且围绕橡胶垫12的是导热材料热传递垫14，该导热材料热传递垫14又与在该导热材料热传递垫14下方的热传递块热连通，并且该座椅加热器和冷却器包括热电设备，该热电设备在热传递块下方并与热传递块热连通，该热传递块又与散热器热连通，该散热器在该散热器下方具有风扇。热传递垫14可以由如上所述的任何导热材料制成，例如由石墨稀纳米薄片、石墨烯纳米管等制成。

图2示出了处于其在汽车座椅组件中的环境中的图1的座椅加热器和冷却器，并且进一步示出了由附图标记20总体表示的座椅组件，其中座椅加热器和冷却器24就位于座椅中且就位于座椅组件20的靠背中。在座椅的剖视部分中示出了热电设备22，而热电设备22被示出为在座椅20的靠背上的热传递垫26内。

图3详细地示出了热电设备与包括整个热传递垫以及座椅加热器和冷却器的各种部件的组合。上热传递块30位于热传递垫衬底33的顶部上，该热传递垫衬底33然后被放置成与下热传递块40热连通。座椅泡沫32充当对乘客的支撑件，并将上热传递块30保持就位。热电模块36与散热器38热连通，用于通过由散热器38加热或冷却的空气流34来接收来自风扇35的空气流。在操作中，风扇35从下方产生空气流34，以使空气向上与散热器38接触，该散热器38然后与热电设备36接触，然后热电设备36接触到热传递块40。由导热材料制成的衬底33有助于耗散其表面上的热量或冷量，并且衬底33还受到热界面30的帮助。有利地，作为可选的热界面，列出了如下几种合适的界面材料：例如导热油脂、填充有银的凝胶、被填充的蜡、硅树脂或垫。在技术原型中成功使用的是来自新泽西州普林斯顿枢纽站的AlTechnology公司的Arctic Silver(北极银)，其可以用在热传递块与导热材料之间，以提供无空隙的接触，从而实现最佳的热传递。

接下来看图4，示出了图3中所示的方面的另一个视图，该视图具有座椅泡沫32的进一步的缓冲方面，座椅泡沫32的顶部为导热材料层60并且由导热材料层60限定，该导热材料层60与安置在热电模块52顶部的热传递块62热连通。座椅泡沫32围绕空气室出口管道58。散热器54被示出为在热电模块52的正下方并且与热电模块52热连通。风扇56以其箱体构造被示出，从而使得空气向上进入散热器区域54用于进行热交换，并且还通过空气室出口管道58排出任何空气。座椅泡沫32位于空气室58与导热材料60之间。所有这些意味着将传导性热传递材料60加热或冷却，该传导性热传递材料60优选由高耗散性的碳类材料制成，例如由上文详细描述的石墨稀纳米薄片材料制成。

图5示出了利用风扇、空气室以及如上所述的热电模块、导热材料、穿孔座椅罩和相变材料的组合的本发明的又一方面。座椅加热器和冷却器由附图标记70总体表示，并且包括其中具有穿孔74的柔性导热材料72。穿孔允许空气流动，以帮助使水分的截留最小化，这减轻了露点太低时的湿粘感。在柔性导热材料72的下方，使用相变材料76来提供热量和冷量的储存。相变材料76与导热材料72接触，该导热材料72与热界面78热连通，该热界面78与热传递块80直接热连通，该热传递块80又与其下方的热电模块82热连通。与其它方面中一样，热电模块82被定位成与散热器84热连通，该散热器84由通过风扇86进来的空气加热和冷却。风扇86使空气移动通过空气通道88，以便使移动的空气与座椅乘坐者接触，这主要是为了减少座椅表面上的水分形成的机会，并且随着空气移动通过穿孔，它将与相变材料和导热材料垫交换一些热量，虽然到乘坐者的主要热传递机制是经由导热材料然后经由与乘坐者直接接触的座椅覆盖材料(皮革或其它材料)。风扇86通过散热器84分布空气，从而根据热电设备中的DC(直流)电流流动方向的方向以及座椅乘坐者是要被加热还是被冷却来将热量传递到散热器84或从散热器84传递热量，然后将热量通过充当出口管道的气流室90排出到周围环境中。

相变材料在相转变期间储存或释放热量。目前与本发明相关的材料包括水合碳酸氢钾。其它合适的相变材料可以适用于期望的相变温度。相变材料仅被用在本发明的某些方面中。例如当停车去购物达一个小时并且座椅乘坐者想要出来进到具有经预冷的座椅的热车时，相变材料为座椅乘坐者提供了短期冷却或加热。其性能能够被设计成使得能够在导热材料之间放置薄的绝缘材料层，以允许由热电设备提供的大部分加热或冷却作用于皮革或布座椅罩以及座椅乘坐者上，同时允许加热或冷却相变材料的热泄漏水平。当汽车处于息止位置时，例如在某人去购物或与医生有预约的情况下，相变材料能够缓慢地释放或吸收热量，因为薄的绝缘层阻碍高水平的热传递。如何设计这一层，或者是否有这一层，则取决于所期望的热要求。

图6是本发明的又一方面，其将穿孔座椅与热电模块和导热材料垫结合来使用，用于将热量或冷量分布给座椅的乘客。由附图标记100总体表示该方面，并且该方面包括进入风扇104中的空气流102。风扇104通过散热器106分布空气，从而根据热电模块中的DC电流流动方向的方向以及座椅乘坐者是要被加热还是被冷却来将热量传递到散热器106或从散热器106传递热量，然后将热量通过空气通道120排放到周围环境中。热界面112与热传递块114和热电模块116连通。风扇104还使空气移动通过空气通道124并且向上通过穿孔材料110，以向在座椅组件100的顶部的乘客提供空气移动。座椅泡沫108围绕空气室120，用于循环空气。

图7示出了本发明的另一方面并且由附图标记130总体表示，其中，空气流132进入风扇134中，该风扇134通过空气分流室136分布空气。这种低纵横比的空气移动设计130还包括热电模块142，该热电模块142与热传递块144热连通。当空气转移通过空气分流室136时，空气通过穿过座椅138的空气流通而被导向通过座椅138，同时来自散热器的排气通过通道140被排出。

接下来参照图8，示出了两层碳类导热材料垫，其由附图标记150总体表示，并且该两层碳类导热材料垫包括导热板152，该导热板152与导热基材154的下侧热连通。导热材料154的底层中的狭缝158通过顶部导热环156保持与由狭缝创建的各种面板中的每一个面板热连通，使得由导热基材中的裂缝引起的断裂保持彼此热连通。用以制作导热垫的导热材料的这种构造允许用于如下应用的额外的柔性和稳固性：在该应用中，座椅中的大幅的向下偏转是普遍的，同时维持了总的高热性能。例如，如果膝盖骨弯曲(bony kneed)的乘坐者跪在座椅上，从而施加了大量的向下力，则他们的膝盖不会对材料造成任何问题。

图9示出了具有延长的热寿命的座椅加热器和冷却器的本发明的另一方面的剖视图，其由附图标记160总体表示，该座椅加热器和冷却器包括热电模块168的基本元件，以延长相变材料163的加热和/或冷却方面的寿命，所述基本元件与和相变材料163组合的导热材料162热连通。优选地，可选的热界面164层(例如上文所述的导热油脂或任何其它合适的界面材料)可以用来创建用于热连通的更好连接。也可以以与上述方面类似的方式使用热传递块166，以便将热量或冷量分布在更广泛的区域上。热电模块168优选是与上述热电模块类似的热电模块，其将是通过热传递块166耗散的热源或冷源。如图9中所示，随着热量或冷量经过风扇176，散热器170收集适当的热量或冷量。未示出的是散热器170中的热量或冷量收集翅片，因为该角度示出了最后一个翅片的侧面。出口管道174用于排出移动通过座椅加热器和冷却组件160的空气。座椅泡沫172围绕出口管道174、风扇176和散热器170。风扇176以侧立面视图示出，因此风扇176显示为散热器170下方的风扇，该风扇176促使空气流通过出口管道174。

回来参照图9，应当注意，图9示出了结合了相变材料的座椅加热器和冷却器组件而没有如包括穿孔空气流座椅设计的上述方面中的任何直接流向乘坐者的空气流。相变材料能够延长经加热和经冷却的设备的寿命而不需要电力，这是因为相变材料利用了如下化学反应：该化学反应是放出热量的放热反应或者是吸收能量从而进行冷却的吸热反应。一旦激活，相变材料(在此方面优选为碳酸氢钾)将会升温或降温(无论期望的是升温或降温中的哪一种)，并且将使该温度持续延长的时间段。由于相变材料是完全可逆的且没有任何滞后，所以能够多次地使用并重复使用相变材料，以提供期望的效果。此外，相变材料能够与热电设备组合使用，并且能够通过使用导热材料而将相变材料的效果分布在更大的面积上。

图10示出了例如用在办公椅或任何其它非汽车应用中或者不期望走电线的汽车应用中的本发明的另一方面，公开了一种可充电系统，并且由附图标记260总体表示该可充电系统，该可充电系统包括具有加热和冷却座椅266的办公椅262。在该办公椅的底部处是磁共振接收器264，该磁共振接收器264能够被移动成靠近地板垫270内的嵌入式磁共振发送器268。在操作中，将磁共振接收器264放置在嵌入式磁共振发送器268上，使得能够实现经加热和经冷却的座椅266的无线充电或供电。当磁共振接收器264处于正确的位置时，通过嵌入式磁共振发送器268将来自地板垫的电力无线地发送至磁共振接收器264，从而为办公椅中的经加热和经冷却的座椅266提供电力。

在另一方面，本发明能够包括用于解决水分问题的超疏水方面。超疏水材料被设想为在座椅顶部材料的顶表面上，该顶表面在上述方面中的任何方面中可选地是最上层。

就此而言，对于上述方面中的一些方面，存在水冷凝在经加热和经冷却的座椅表面的冷表面上的可能。通过穿孔座椅和/或空气室或管道的空气流将使空气移动，从而通过蒸发冷凝的水分来实现弥补。在空气移动通过导热材料中的穿孔的方面，上文也提到了这种循环空气方面。在该方面，将超疏水表面的使用结合到座椅罩，无论该座椅罩是皮革还是布料。超疏水表面通过冷凝水相的聚结时由表面能量供能的自推进跳跃冷凝物而将水滴从座椅的表面推动。当水冷凝物开始在座椅表面上形成时，该方面可以保持座椅表面干燥。这种超疏水材料可以是从伊利诺斯州弗农山的Rust-Oleum公司商购的“Never Wet”，或者可以是从新墨西哥州阿尔伯克基的Lotus Leaf Coatings公司购得的超疏水材料。

此外，在某些方面，导热层能够充当将热量传递到相变材料层和从相变材料层传递热量的活性导热门(active thermal gate)。例如，如果在先前的车辆操作期间，相变材料层被冷却，并且现在车辆停放在炎热的阳光灿烂的白天，并且在正常情况下，相变材料将由于来自汽车座椅外部罩的热传递而开始升温(无论该罩是皮革还是布料)。在该示例中，热量将从皮革或布料的外部汽车座椅罩移动到导热材料层或直接移动到相变材料，或者在替代方面中，热量通过中间可变绝缘层移动到相变材料层。所述可变绝缘层可以是将相变材料与导热材料分离的绝缘或部分绝缘的材料层。确定这种可变绝缘材料的绝缘值将取决于预期的使用条件。如果将热泵送产品缓慢地施加到相变材料上，则将选择绝缘能力较强的层。在这种情况下，这将意味着，取决于座椅是处于加热模式还是处于冷却模式，相变材料也可以以较慢的速率接收或发出热。这意味着座椅表面温度对热电系统的热泵送的热响应将受到很小的影响。如果期望通过系统的热泵送部分来实现对座椅表面表面温度的更快的热响应，则绝缘能力较高的层将是更适合且适当的。因此，如果一个应用需要更快的对相变材料的充电或放电，则将使用绝缘能力较弱的层。

另一方面，如果要在冷却模式下经由热电设备激活导热材料层，则在车辆停放的时间段期间，来自座椅罩的热能将被传递到导热材料层并且从紧邻的区域被泵出，对向相变材料层的热传递的阻止进一步延长了相变材料在车辆处于非操作时间期间的热存储时间。如在上文所述的冷却模式下，在寒冷的天气期间，通过使用热电设备将热量泵送到导热材料中从而阻止热量从相变材料逸出，相同类型的操作在加热模式下可能受到影响。可以调节充当热块的热泵送的水平以减少向相变材料层的热传递，以根据车辆制造商的规格满足车辆乘坐者所期望的要求。

可以想象，更高的热泵送水平将需要来自车辆的更多的电能。因此，在长距离运送中需要较大量的电能，从而对车辆电池中的备用电力产生了负面影响。通过本发明预料到将预期用途与电能消耗适当匹配的时间温度算法。例如，通过输入通常经历的车厢温度和预先选择的时间或者习得的乘坐者使用模式以及车辆电池条件，可以容易地优化热泵送量和热阻量。此外，可以设想，该控制系统在其最简单的形式下也能够简单地作为定时器被使用。

此外，在仅使用不具有相变材料层的导热材料选项的座椅冷却和加热方法的某些方面的操作期间，或者在使用具有空气流动的导热材料的方法的某些方面的操作期间，对于停放或息止场景下的车辆，可以使用这些相同的热控制方法、材料和概念。

接下来参看图11A和图11B，可以看到利用导热材料条而不是如图1中所示的整个材料片的本发明的另一方面。其表现出，使用的导热材料的质量越少，则能够越快地分布热量/冷量。这转化为对座椅乘客的响应时间更快。对这种布置的感官响应能够随个体座椅乘坐者而变化，但是观察到的是，因为较小的区域被加热和冷却，所以其温度能够以比使用完整的片材(全座椅罩)时稍快的速度变化。这允许对座椅乘坐者的更显著的响应以及似乎更快的感官响应。然而，可以注意到，加热或冷却了座椅的较小面积。对相比于整个表面上的加热或冷却的净覆盖面积的优化已被确定为约20％的净覆盖面积，其中条覆盖达到约50％的净覆盖面积。导热材料与热电设备热连通，并且作用是将热量和冷量分布在座椅上。

仍然参看图11A和图11B，由附图标记300和316总体表示的座椅组件分别被示出为附接到座椅支撑件310和318，并且包括与热电设备314和322热连通的导热材料条312和320。设备314被示出为由泡沫块所覆盖，而设备322被示出为没有泡沫块。图11A示出了泡沫片，该泡沫片允许座椅上的几乎相同水平的泡沫厚度以获得舒适性。与其它方面很类似地，石墨烯条与热传递板热连通。石墨烯条穿过泡沫而露出，就像图3中所示的那样。在图11B中，这示出了热传递板，其在泡沫被放置就位之前与石墨烯条热连通，这将使其成为更整体的泡沫表面以获得舒适性。

图11B示出了用于电连通至电源的电线324。汽车座椅组件通常使用泡沫以获得舒适性和支撑。通常，聚氨酯泡沫是优选的，并且在本领域中是公知的。在所有的汽车经冷却/经加热的座椅应用中，尽管泡沫仍被用于乘坐者的舒适性，但泡沫也充当热绝缘体，以阻止来自导热材料的热量的移动(这为座椅乘坐者供应了冷却和加热)并防止热量被耗散从而不发挥其预期的功能。无论泡沫是常见的聚氨酯(具体是配方聚氨酯或其它聚合物材料)还是由诸如棉花、合成织物材料、玻璃纤维、多异氰酸酯泡沫或天然棉絮材料的其它材料制成，功能都是相同的。可以通过许多汽车供应公司(例如密歇根州的Johnson Controls公司、欧洲的Faurecia公司)或化学供应商(例如密歇根州米德兰市的陶氏化学公司)商购获得座椅泡沫。

图12示出了由附图标记326总体表示的铝块热传递构件的透视图。铝块328与导热材料(优选是石墨烯材料)330的片或条热连通。铝块328位于热电设备332的顶部，用于进行有效的热传递。散热器组件334位于热电设备332的下方，示出了竖直定向的散热翅片。风扇336将空气吹在散热翅片上，并且通过电线338接收电力。可替代地，可以用彼此粘附的导热条的多层组件来替换铝块328，如下文参照图13更全面地描述的。

在该方面和所有其它方面中，优选的合适的导热柔性材料可以包括石墨烯纳米薄片或纳米管片或条，但是可以使用任何其它合适的导热柔性材料。迄今为止在此概念的开发中使用的特别合适的导热材料包括使用由石墨烯纳米薄片材料片制成的180μm厚的片状材料的石墨烯纳米薄片，该石墨烯纳米薄片被结合到合适的诸如薄塑料片的衬底材料上，用于增加强度。在该方面，薄塑料片衬底可以是任何合适的片状塑料，但优选是聚酯或聚乙烯，因为这些材料表现出较少的热阻抗。还测试了220μm厚的片材，并且发现其是合适的。材料的厚度应基于需要冷却和加热的面积。该确定出的厚度可以在120μm至220μm的范围内，但是也可以使用其它厚度来用于某些应用。该材料优选具有400W/mK至500+W/mK的热导率。这种合适的石墨烯纳米薄片材料可以从密歇根州兰辛市的XG Sciences公司商购获得。还使用了其它材料，包括碳纤维织物和石墨织物，例如从如日本的三菱塑料等几家公司购买的一些工业材料。

可以使用许多可能的薄片状衬底材料以充当低质量且较低重量的支撑件，多个石墨烯条被胶合到该薄片状衬底材料上。特别薄的强韧材料(例如碳纤维材料、塑料网或金属网或者甚至玻璃纤维薄层)可以用作其上粘附有多个条的衬底，从而形成强韧而柔性的结构。粘附到石墨烯条或片上的这种片状衬底材料可以具有许多构造，包括实心片或局部片，例如具有穿孔的结构、具有扩大的有孔的狭缝的结构或者在没有覆盖层的热阻抗的情况下将在4％至约50％之间的净自由接触区域暴露以提供与热传递材料的更直接接触的任何其它构造。使用这种多层条“纸型(paper mache)”构造可以是最有利的，因为在热量或冷量将被传递到座椅的表面之前，系统不必首先将所有的热量或冷量从铝块推出，所以这种多层条“纸型”构造将比诸如上述图12中所公开的实心铝块升温得更快。与实心金属块相比，该构造具有更小的质量和更好的热导率。

在本发明的该方面和其它方面，可以期望使用热传递块。热传递块允许增加热电设备的热传递面积，从而增加用于将热量传播至座椅乘坐者或者从座椅乘坐者处捕获热量的导热材料的热接触面积。这种增加的面积减小了热泵送系统的热阻。热传递块可以是任何导热材料，并且通常是铝，并且可以源自任何商业金属供应商。可替代地，上述多条形构造可以是有利的。在一些情况下，在将热电设备直接接合到热传递材料的情况下，可以不需要热传递块。

此外，在这些各种方面，可以期望包含散热器。散热器可以是常见的翅片式散热器的形式，其允许通过空气通路在冷却模式期间从散热器带走热量或者在加热模式期间向散热器传递热量。这种类型的热交换器也可以由诸如铜的其它金属或者诸如碳、石墨的其它导热材料或者导热塑料构成。其它合适的空气型热交换器可以包括折叠翅片、微通道构造、液体和热管。另一种方法是使用座椅中所使用的用于冷却和加热的热传递的相同或类似类型的导热材料并且将其用于散热器。这使用了传导性方法将热量传递到源或将热量从源传递到热泵送设备。作为示例，可以将导热构件附接到车辆的金属地板。可以从世界各地的许多供应商处购买散热器，例如遍布全球的Aavid Thermalloy公司分销商。

此外，为了提高该加热和冷却系统的效率，可以期望有风扇。优选的风扇包括轴向风扇和径向风扇。这些风扇用来使空气通过散热器，并且在本发明的一些应用中，这些风扇也使空气通过座椅罩到达乘坐者。取决于座椅的尺寸以及冷却和加热要求，这些风扇的容量范围为5cfm至35cfm的气流，并且这些风扇优选具有无刷设计且以电子方式换相。对于露天环境中的大长椅座椅应用(例如高尔夫球车)，风扇流量可以更高。还可以采用其它空气移动装置，例如压电风扇、隔膜空气泵、空气流倍增器或静电空气移动器。附图中所示的方面中的一些方面所期望的轴向风扇是特别适合的，因为它提供了通过使用散热器中的贯通腔使空气通过散热器并且还将流动空气供应给座椅乘坐者。旋转风扇将对空气流进行分流，使得一些空气经过散热器，而一些流向座椅乘坐者。

图13示出了图12的铝块热传递块的替代方面340，并且示出了对于热传递块使用导热柔性材料的多个粘附层342。该方面非常类似于用以构造热传递块构件的材料的“纸型”积聚，其将热电设备348热连接到石墨烯条342，从而通过座椅组件分布热量和冷量，如上面的图11A和图11B所示。优选地，在本发明的该方面，纳米薄片石墨烯片或条的多个粘附层342被粘附在一起，以形成替代前述实心铝热传递块的稍柔性的多层热传递块。通过代替这种“纸型”版本的石墨烯条，实现了较低质量的热传递构件，同时保持了强度和柔性。该方面被设计为在较多的重量压在座椅上的情况下(例如当肥胖者坐下来时或尤其是如果他把所有重量都放在其膝盖上从而在较小的点处形成向下的力时)提供更多的材料稳固性和柔性。由这种结构提供的柔性是有帮助的。测试了这种多层概念，并且该多层概念在维持良好的热传递性能的同时表现出对本发明的传导性构件的整体稳固性的改善。

再次参考图13，可以看出，多层条可以对接到热电设备348的顶部，或者可以采用图13中所示的C形构造来增加与热电设备接触的表面积，或者在另一方面，可以使用在热电设备顶部上的热传递板346。散热器350从风扇352接收空气并且使该空气在热电设备348的表面上移动。石墨烯片344被固定在热传递板346的顶部，该热传递板346将温度传递到石墨烯片344以分布热量和/或冷量。虽然没有明确地示出，但以两种不同的构造测试了C形导热材料的底部的基层，所述两种不同的构造是根据设计而与热传递块直接结合接触或直接结合到热电模块本身。C形构造的底部是与柔性粘合剂热传递材料结合的多层结构。用于本发明的这些方面中的任何方面的合适的粘合剂可以包括任何导热界面，包括导热油脂、填充有银的凝胶、被填充的蜡、硅树脂、垫或其任何组合。

优选地，导热粘合剂是可再加工的、填充有氮化铝的电绝缘且导热的膏型粘合剂，但可以使用任何合适的粘合剂。在该示例中，这种合适的柔性环氧粘合剂可以包括均能够从新泽西州普林斯顿的Al Technology公司商购的或者ArcticSi 粘合剂。

在优选的方面，基层被割缝，以允许使用期间的更多的变形。诸如当肥胖者将其膝盖放在汽车座椅上以及将其体重的很大一部分放置在座椅的相对小的区域的顶部上时的情况下，在不会使该多层褶皱的情况下需要更大的变形。第二层在弹性上和物理上将狭缝部段保持就位，并且提供狭缝部段之间的热传递，以便使这些部段之间的热传递最大化，并且防止出现任何相对于其它部段的热部段或冷部段(温度均匀性)。

对于本发明的所有方面，合适的热电冷却/加热设备可以包括任何市售的热电设备。优选的热电设备是127对碲化铋类设备，因为其以10V至16V直流电高效地工作，这与汽车电气要求和其它低电压应用相兼容。也可以使用具有更高的对数的设备来提高效率。这种合适的热电设备可以从多个制造商处购买，诸如得克萨斯州达拉斯的Mar lowIndustries公司。

本发明的另一方面包括用于使车辆操作者具有与车辆通信的能力的仪器和方法，因为车辆操作者希望在他们进入车辆之前汽车座椅被预冷却或预加热。本发明的热座椅部分能够经由移动通信设备或密钥卡被来自操作者的无线通信激活。

此外，在本发明的另一方面，作为本发明的一部分的热电模块能够充当传感器。在现有技术的仅基于空气的座椅加热和冷却系统中，热电模块与座椅表面和座椅乘坐者热分离。然而，在我的发明中，乘坐者与座椅罩热接触，该座椅罩与导热材料接触，该导热材料与热电设备接触。在热电设备能够双向提供热泵送的同时，该热电设备也能够在设备的两个平面侧之间存在温差时通过塞贝克(Seebeck)效应产生电能。因此，在利用本发明的这种发电方面的情况下，能够使用来自乘坐者的热量来产生与乘坐者的温度直接相关并且成为温度传感器的电能。能够使用温度信息来帮助控制座椅乘坐者的温度并且自动地帮助接通或切断或调制供应给座椅乘坐者的热量或从座椅乘坐者移除的热量，从而提供最佳舒适性。

图14示出了本发明的另一方面，其中由附图标记360总体表示热控制外套。夹克362包括根据本发明的保持乘坐者温暖和/或凉爽的在其背部上的热控件。热量分布片364围绕夹克362的内层的至少一部分，并且这些热量分布片通过热传递板368与热电设备370和散热器366热连通。与本发明的其它方面一样，热电设备和热量分布片材符合上文的描述。热电设备370可以用于加热或冷却该外套，为该外套的穿戴者提供舒适性和温度控制。热电设备370能够由电池供电，或者能够插入任何插座中，例如摩托车、雪地车或船上的插座。

再看图14，必须注意的是，这种夹克362或者结合了本发明的加热和冷却技术的任何其它外套能够被用于消防员、海岸警卫队船员、军事应用等。在这些情况下，由于它们将是户外应用，并且外套将不会在电源插座附近的任何地方，所以电池电源组也将是有利的。

外套360能够通过用于热量分布的路径的绝缘部分来表现出梯度加热和冷却区，从而加强在远离热电设备的特定位置处的热/冷。这是用电接线系统无法实现的属性。

接下来看图15，由附图标记380总体表示的冰箱或加热器箱包括箱容器382，该箱容器382具有热量分布片384，该热量分布片384围绕箱382内的腔。热电设备386与热量分布片384热连通，从而为箱的内容物提供热量和/或冷量。这是超过现有技术的一个很大的优点，因为诸如熔化的冰之类的以前未被容纳的液体由于其可能损害风扇而不能被包含在冷却箱中。在该发明的本方面，箱中的水不碍事。同样地，能够通过经由电线或经由电池组的电输出来电激活该箱。此外，箱的外部可以被构造使得外表皮是石墨烯材料并且提供通常由散热器和风扇提供的散热。

在所有方面，如果仅在冷却模式下使用该设备，则散热器可以由热管组成以排除来自热电设备的热侧的热量，从而提供更高的冷却效率。类似地，可以将诸如石墨烯的导热材料用在热电设备的两侧。在热侧的导热材料可以传导性地附接到诸如汽车的车身驾驶舱地板之类的散热构件，以在不使用风扇或其它机械散热设备的情况下散热。

接下来参考图16，利用本发明，经由物联网(IoT)的新的热控技术成为可能。办公椅390与磁共振或感应充电垫392电连通。特别是在办公椅应用中，如先前在图10的描述中所公开的那样，通过将座椅冷却和加热系统与控制技术集成在一起，实现了对冷却和加热功能的控制操作(因为这些冷却和加热功能与建筑物中的温度相关)以及对关于座椅乘坐者和椅子使用的信息的提供。如上文已经提到的，经冷却和经加热的座椅系统可以充当传感器，从而向智能恒温器394提供无线信号，该智能恒温器394与控制HVAC系统396的温度设置的计算机通信。

当人坐在座椅390中时，来自人的热能经由热分布石墨稀发送到热电设备。所发送的热能在热电设备的两侧之间产生温差，然后产生电能。这种电能能够为能够指示有人坐在座椅390中的发送器供电。当无线地连接到智能房间恒温器394时，恒温器394和建筑物HVAC系统396能够知道有人正坐在其座椅上，并且感测到建筑空间的温度和座椅乘坐者的正常期望的座椅温度并向座椅发送乘坐者所期望的适当的设定温度，从而经由座椅冷却/加热系统启动座椅的冷却或加热。

热控制技术还可以以如下方式起作用：该方式使得座椅将座椅正被占用且正被冷却或加热到一定温度的信号发送到智能房间恒温器394，并且智能房间恒温器394与建筑物的HVAC系统396通信并为该空间提供较少的冷却或较少的加热，因为座椅中的个人在其个人空间中是舒适的，并且不需要建筑物来充分地为乘坐者提供热舒适性。

通过由于由座椅提供的冷却或加热过程的操作来为其座椅中的座椅乘坐者提供个性化的舒适性，能够允许所调节的空间的温度比正常提供的温度暖或冷，从而减少维持所调节的空间的温度所需的能量。例如，在夏季热量需要建筑物的冷却的建筑物中，即使建筑物被允许升高几度温度，热控制椅中的人也能够保持其个人舒适性。不必提供尽可能多的空气调节会节省能量。

通过物联网(IoT)与其它设备进行通信的加热和冷却座椅技术的另一方面是，建筑操作者能够知道哪些座椅正被占用以及其被占用的位置，并且相应地调整对空间的热控制。还能够优化建筑物系统的其它方面，例如照明和安全系统。此外，经由云，系统能够将座椅使用参数通信给座椅制造商或建筑物所有者，以收集关于座椅系统如何被使用的信息，并且使用此信息来改善座椅使用者的体验。

移动电话能够将办公室工作人员将很快到达来坐在椅子上的信息传达给椅子，因而能够在座椅使用者到达时对椅子进行热预调，或者为设置椅子的优选温度而对座椅进行热预调。如果座椅乘坐者正移向另一个会议用座椅，则经由移动设备，座椅乘坐者能够在建筑物的不同部分中控制椅子。

以类似的方式，该技术的扩展能够与上述热控制外套一起使用。通过使用与在座椅应用中所使用的热机相同的热机，加热和冷却系统能够被用于控制体温。在该应用中，石墨烯材料被定位成包绕外套穿戴者并且在加热和冷却模式下提供热控制。虽然附图示出了作为外套的夹克，但也能够以类似的方式热控制其它外套。如上所述地用于座椅应用的相变材料也能够用在本申请中。

根据上文，本发明能够被用于对热箱进行热控制。在使用相同的热机的情况下，该系统能够被用于加热和冷却绝热空间，例如“冷却器箱”。目前的经热电加热和冷却的冷却器箱(如由堪萨斯州的Igloo Products公司或Coleman International公司制造的冷却器箱)使用通过使箱内部空气经过散热器而被加热或被冷却的空气。因此，箱中的液位必须被维持在一定水平以下，否则会造成对系统的损坏。例如，在这些冷却器中不应该使用冰。当冰融化时，水可能很容易地渗透风扇/散热器/热电模块/布线，并且导致故障。本系统将热分布石墨烯包绕在冷却箱内壁周围，或者将热分布石墨烯模制到内部箱衬中，并且本系统以与座椅冷却器/加热器相同的方式与热电系统热连接。

本发明可以设想到我的加热和冷却技术的下列应用。首先，存在用于诸如汽车的所有类型的车辆、农场设备的经加热和经冷却的座椅应用以及用于办公家具等的其它座椅应用。虽然本发明不限于以下内容，但应用中的一些应用将包括汽车座椅、卡车座椅、摩托车座椅、越野车座椅、高尔夫球车座椅、重型设备座椅、农场设备座椅、办公椅座椅、军用车辆座椅、飞机座椅、轮椅座椅、治疗毯、治疗床品、治疗包裹物、温热的癌症和其它治疗床、汽车中的经冷却和经加热的表面、经冷却和经加热的表面(一般是冷链药物、食品、化学热储存箱、经加热和经冷却的外套)、工业过程温度控制表面、生物培养仪器、数字显示温度控制、热铬标牌和显示器、电池的热控制、经加热和经冷却的汽车方向盘、LED冷却平板、电子电路板热维护、经冷却/经加热的大画幅食品显示器和服务表面。

图17A至图17E示出了用于改善特定区域中(特别是在热量通常通过导热构件或热块从热电设备传递的区域中)的Z轴上的热导率的设备和方法的变体。其也能够直接附接到热电设备。在描述关于如何实现这一点的这些变体中，穿孔塑料或其它膜层(例如图17A至图17E中所描述的那些)示出了膜层片的顶视图或底视图，所述穿孔塑料或其它膜层优选是塑料或聚氨酯层，其中，穿孔能够根据应用而存在于一侧或两侧。如图17中所示，如果孔在两侧，则孔优选地偏移，以使衬底膜层的强度最大化。然而，除了塑料膜之外，还可以使用任何合适的衬底。

图17A用附图标记400总体表示膜层，并且包括了片状膜402，该片状膜402具有在顶部404上的穿孔，以虚线示出的是在下方的穿孔406。图17B是图17A的膜的侧视图，示出了热传递块412与通过穿孔416挤出的热界面化合物414接触的相对布置。一旦热界面化合物挤压到穿孔中，它就与石墨烯408直接密切热接触，导致较高的热导率接触。

图17C示出了在顶部和底部都具有穿孔的穿孔膜。塑料膜420具有形成在该塑料膜420中的穿孔422，其中石墨烯片材424位于穿孔422之间，用于增加强度。热界面化合物426在平面表面之间渗出并且在元件与热传递块428之间提供完整的热连通接触。在高压下，石墨烯薄片将会挤出到由用于支撑的膜层中的穿孔留下的空隙区域中。这导致石墨烯材料填充空隙的平面表面，并且热界面化合物仅在平面表面与热传递块之间提供界面。

在另一方面，图17D示出了通过膜中空隙的热接触区域。在该方面，热传递化合物436挤压到膜层中的空隙区域中，示出了石墨烯层432在热传递块434顶部上的膜层430之间的中间。

在该膜层的又一变体中，图17E示出了本发明的另一方面，其中公开了用以实现更好的热接触的针板。在图17E中，膜440围绕石墨烯片448。在热电设备444的顶部的是热传递块442，该热传递块442包括导热针状构件，该导热针状构件向上延伸穿过热传递化合物446，以与石墨烯层448接触。通过在热传递板442上包括针，结合了更大的表面积，并且因此能够获得更好的热传递。热传递针可以穿透膜层到导热材料中。具有针的热传递块优选地由高导热材料制成，例如铜、铝、镁、热解石墨或其组合。

在该方面，穿透石墨烯的针利用了石墨烯的传导性优良的X和Y轴的热导率，并且在Z轴上将热量传递到石墨烯或从石墨烯传出。

热垫包裹物

本发明的另一方面是一种经加热和/或经冷却的外套，其包括加热和冷却身体部位或身体的较大部分的治疗包裹物或垫。石墨烯材料在与热电设备结合时允许热能的灵活热传递。该系统已经经过测试并且是非常有效的。根据是加热还是冷却以及使用什么样的电池组，连续操作时间为约2小时至7小时。随着电池技术的改善，连续操作时间将会被延长。

目前，发明人未了解到任何既能加热又能冷却且具有足够小且重量轻以能够佩戴的一个设备的系统，因为现有技术的系统只能加热或冷却，而不是既能加热又能冷却。存在如下液体冷却和加热系统，其将液体从大型中央热交换器泵送通过放置在身体上的管或液体囊。存在使用电阻加热的电池供电的电系统。对于热疗来说，冷却通常是用一袋冰块和毛巾或其它织物以减少来自身体的热传递从而避免使身体过冷或冷冻来完成的。有时也使用相变材料。为了加热和冷却，目前必须使用两种不同的装置，或者一种带有将身体接触垫与固定的热交换器连接的液体管的装置。

本发明的系统既能加热也能冷却，并且能够进行温度控制，以提供所期望的热疗。能够在加热循环后立即进行冷却循环，反之亦然。该系统的一个益处是它能够是无系绳的，从而允许穿戴者在使用该设备时有移动的自由度。

当无线连接时，使用者能够经由移动设备操作该设备。能够下载由医疗保健提供者规定的加热和冷却方案，并且该单元还能够使用加热和/或冷却的当前“偏好”。

石墨烯在这种应用中必须能够挠曲并贴合身体。为了实现这一点，石墨烯优选为编织材料，其然后由硅树脂类材料共形涂覆，所述硅树脂类材料例如能够从密歇根州米德兰的Dow Corning公司购得的Dow Corning 3-1953。对于多维身体贴合性并不重要的一些身体部位(如背部或胸部)来说，可以使用片状石墨烯。

在散热器/风扇和控制护罩组件中，电源线是将系统附接到电池或其它DC电源的装置。护罩中的开关允许将极性切换到TE设备，并且多色LED指示单元是正在加热还是正在冷却。也可以使用多个LED或者指示不同加热或冷却水平的LED条形图照明器。

所示的控制系统是简单的极性开关和LED指示器。然而，控制还可以包括脉宽调制，以允许可变的电能量到达TE设备，从而允许加热和冷却水平的变化。也可以使用简单的衰减器电路来改变对TE设备的供电。

控件也可以直接从移动通信设备或计算机连接到物联网。这允许设定内容从健康实践者处下载或者由使用者设置为“偏好”。这可能需要加热和冷却循环之间的交替。

这种特别的治疗包裹物用于肘部，但是可以通过改变包裹物的设计以及改变石墨烯的形状来适应任何身体部位。石墨烯在两层氯丁橡胶材料之间，但也可以使用其它材料。电池被示出连接到系统。所使用的电池可以变化。测试并使用的电池是Tenergy锂聚合物和Sanyo锂离子，其中不同的电池从约7V DC至11.1V DC变化。此外，未示出热敏电阻，该热敏电阻能够监控石墨烯的温度，以确保加热模式下的安全使用。也可以使用简单的双金属过热开关。

现在详细参考热垫包裹物的附图，图18是用于肘部的温度调节垫包裹物(由附图标记210总体示出)、用于连接电池组罩520的电源线以及风扇罩522的前视图。该特定方面装配在肘部上，并且可以在治疗上用于医疗目的以及用于保暖或降温。

图19是根据本发明制造的散热器、风扇和热电设备组件的后侧视图。其由530总体表示，并且包括热电设备532和热电设备线534，该热电设备线534附接到风扇组件536。风扇电源线538从该处向外延伸。热电设备532附接到风扇组件536，从而有助于热电设备532的操作。

图20是由540总体表示的散热器、风扇和热电设备组件的侧立面视图，其包括热电设备542、热传递块544、散热器546、电池组547、护罩548和散热片状材料549。

图21示出了由550总体表示的散热器、风扇和热电设备组件，其包括散热器和风扇552，该散热器和风扇552与散热材料片(例如石墨烯)以热连通的方式附接。

图22示出了散热器、风扇和热电设备组件556，其包括护罩556、极性开关557、LED指示器558和电源线559。

图23是用于肘部的由附图标记560总体表示的热温度调节垫和包裹物，并且包括散热器、风扇和热电设备组件562，其附接到织物身体部位包裹物564且由电池566供电。

图24A和图24B示出了具有石墨烯片状材料条570的编织石墨烯垫，所述石墨烯片状材料条被交织成适合于绕着身体部位贴合使用的构造。图24B示出了编织石墨烯片572的又一方面。

图25示出了由580总体表示的经加热的外套，其包括散热器和风扇组件582，该散热器和风扇组件582附接到石墨烯片状材料584。

本发明的其它方面包括使用不同的加热和冷却源，例如三水合乙酸钠(有时通常被简称为乙酸钠)，三水合乙酸钠在被激活时从过饱和状态放热结晶(在54℃的反应温度下放出热量)。代替需要放热材料覆盖身体部位以传递热量的是，较少含量的这种或另一种相变材料与石墨烯材料热接触，从而将热量灵活地传递到身体部位，从而允许比对三水合乙酸钠进行凝聚更舒适且贴合地传递热量。

任何其它合适的热源和/或冷源可以与本发明的散热片状材料热连通，以给佩戴该设备的人提供舒适性。

本发明的另一方面是与石墨烯散热片热连通的相变材料。在热包裹物中，吸热相变材料(例如塑料袋中的水合碳酸氢钾或其它类似的相变材料)的设计概念是能够热附接到石墨烯材料。当相变时，这种材料吸收热量并冷却。因此，当将这种材料热附接到石墨烯时，这种材料允许在治疗包裹物或外套中灵活且舒适地向身体传递热量。

制造和使用方法

使石墨烯为柔性的

通过将石墨烯切割成条并制成编织形式，能够使石墨烯片材更柔性。为了将基质粘结在一起，对于该原型，使用了粘度非常低的硅树脂保形涂覆(Dow Corning 3-1953，能够从美国米德兰的Dow Corning公司购得)。这将单独的条粘结在一起，并在重叠条的接触点处提供结合的热界面。此外，这为整个垫子提供了防水密封。这种编织材料能够被做成几乎任何形状。进行这项加工是为了帮助使专利申请中提到的加热和冷却外套更柔性、更耐用且更舒适。这也能够被用在座椅应用和专利申请中提出的许多应用中。

液体热传递方面

在使用上文参考医疗治疗垫/外套描述的技术来加工冷却/加热服装的过程中，开发了新技术。本质上，通过使用液体系统将热量从热电模块的一侧移动(或移动到热电模块的一侧)并将热量经由附接到空气风扇和散热器单元的液体热传递块排出(或引入)，最终的散热与热电模块分离。石墨烯的使用(片形式、编织的或增强的石墨烯)类似于上文的座椅和治疗垫/外套方面的教导。

现在详细参考附图，尽管可以使用任何数量的热电模块，但图26示出了由附图标记600总体表示的、包括带有单个散热器606的双(2个)热电模块(第一热电模块602和第二热电模块604)系统的热电设备系统。如随后的组件中所示，由电源组6608向热电设备提供DC电力。

在冷却模式下，热量由热电模块的热电设备602和604从热传递板610中泵出。转而，热量被从石墨烯(图中未示出)泵出，该石墨烯又将热量从与其接触的任何物体(例如人)泵出。泵出的热量被传递到液体散热器。由泵将液体612(优选是稳定的热传递流体，例如水/乙二醇溶液)循环通过液体散热器。这种经加热的流体经过与散热器/风扇组件热结合的液体散热器，此处热量被排放到环境中。

在加热模式下，热电设备模块600在DC电力极性颠倒的情况下工作。除了热电设备将热量从流体中泵出并将其泵入正被加热的物体中之外，泵和热传递以与冷却模式中相同的方式工作。被热电模块从其中带走热量的经冷却的流体从附接到热电模块的液体散热器流到附接到风扇/散热器组件的液体散热器，此处热量通过由空气散热器从风扇强制通风中提取热量而回到系统中。

成功经过测试的另一种方法是不运行泵+风扇/散热器组件，并且允许热电模块将热量从流体散热器中的流体泵出并且还经由电阻加热产生热量。在加热模式中，热电模块还经由电阻加热产生热量，该电阻加热是热电模块的电阻的因素。

应当注意，以不同的方式采用热电模块以实现不同的目标。例如，在图26中所示的两个热电模块布置中，热电模块能够被布置成促进影响系统热泵能力的益处。在这种布置中，获得的最高温度来自运行系统所需的电量。当图26中的热电模块并联接线时(在这种情况下，每一个热电模块供应约12V DC)，每一个热电模块采用约3安培的电流。

当相同的模块串联接线时，每一个热电模块经历约6V DC，并采用约1Amp的电流。如果存在足够的可获得的电能和适当尺寸的风扇/散热器组件来将热量从系统排出，并且需要高水平的冷却或加热，则选择以并联形式运行系统。

然而，如果例如在外套类系统中(该系统可以采用小电池或者具有其它这样的功率限制)，在人们期望限制风扇/散热器的尺寸以使尺寸最小化以便于包装到外套或座椅等中的情况下，选择的是给热电模块布线。

当热电模块经历的电压低于热电模块的最大电压时，热电模块的性能系数(COP)显著提高。在标称12V DC的热电模块的最大电压(Vmax)为约16V DC的情况下，当将电压降至6V DC时，性能系数(COP)显著提高。在低功率要求的应用中，我们采用大程度提高性能系数(COP)的策略。当系统的性能系数(COP)提高时，这意味着能够更有效地泵送更多的热量。在外套中(如在期望将包装尺寸最小化的其它应用中一样)，因为热泵送更高效，所以风扇/散热器系统能够小得多。

图27示出了关于如上文参考图26所述的部件组件的更多细节，其示出了连接到泵608的含液体管612。由电线614给泵供电。

图28示出了在插入经冷却/经加热的外套之前的图27的组件。该组件被放置在由附图标记620总体表示的外套中，其中石墨烯材料条624在内衬织物622的下方，该内衬织物622又在被穿着时与身体接触。其还被原型化为具有可充气的气囊(未示出)。气囊被放置在石墨烯624后面的外套织物层内，使得压力被施加在石墨烯条上，从而迫使石墨烯背衬织物与身体密切接触。这有助于将热量传递到身体和从身体传出。在一些医疗应用中，额外的益处是该外套对身体的压迫。

图29示出了安装到经冷却/经加热的外套626中的图26的组件。也可以将相同类型的系统用在许多其它应用中。一个示例是在座椅中。

图30示出了安装有加热和冷却系统634的摩托车座椅630的下侧。许多液体流体管是不可见的，因为它们驻留嵌入在座椅泡沫632内。石墨烯在座椅的人体接触侧且在座椅的另一侧。

图31示出了恰在石墨烯刚附接到至少一个热传递板632上用于部件之间的热连通之前的摩托车座椅630的顶侧。在这种特定情况下，该附接是利用导热接触粘合剂做出的，但可以使用其它合适的附接装置。

图32同样示出了摩托车座椅634，其中石墨烯条640被附接到热传递板636。座椅罩(未示出)最终将覆盖摩托车座椅634的这一侧。在座椅罩与石墨烯条640和座椅泡沫638之间，可以有薄层遮盖物，例如泡沫、非织造聚酯垫或任何其它合适的材料，从而在座椅罩与石墨烯条640和摩托车座椅泡沫638之间提供润滑性，并有助于隐藏可能透过座椅罩的任何特征，所述座椅罩例如皮革、乙烯基或任何其它类型的座椅罩。

本质上，通过使用液体系统将热量从热电模块的一侧移动(或移动到热电模块的一侧)并将热量经由附接到空气风扇和散热器单元的液体热传递块排出(或引入)，最终的散热与热电模块分离。石墨烯的使用(片形式、编织的或增强的石墨烯)类似于上文的座椅和治疗垫/外套中的教导。

图33A和图33B示出了所公开的发明的另一个方面，其中石墨烯条被类似地与热电模块650和液体系统652一起用于热量分布，所述液体系统652使热电模块与风扇/散热器654热接触。在该方面，热电设备650不再是石墨烯/热传递板组件的一部分。热电设备650通过与热电模块650热接触的液体热交换器(未示出)冷却或加热通过液体管652的液体，然后该液体由泵循环到热连接到图32中所示的热传递板和石墨烯条的液体热交换器。穿戴者的身体被石墨烯条冷却或加热，该石墨烯条根据系统中的液体是正被冷却还是正被加热而将热能从身体分出或分布到身体。与先前描述的系统类似地，这可以用在许多应用中，例如经冷却/经加热的外套、治疗垫、座椅等。

仍然参照图33A和图33B，本发明的该方面被示出为原型形式。图33A的预组装示出了热电模块650被热附接到液体散热器654，特别是通过使用导热接触粘合剂将热电模块650热附接到液体散热器654。图33B的后组装现在示出了具有风扇和散热器654的图33A的组件。根据供应给热电模块的DC电力的极性，热电模块650在冷却模式下从液体散热器泵送热量或者在加热模式下将热量泵送到液体散热器。通过使用与热电模块650热连通的风扇和散热器654，热量被从系统排出或者带入系统。经冷却或经加热的流体652被泵送到连接到石墨烯条或片的液体散热器654。石墨烯将热量传递到身体或从身体传递出热量，并且与液体散热器654热连通，该液体散热器654由图33B的热电组件供应经冷却或经加热的流体。

应该注意的是，在该系统中，与先前描述的系统类似，使用了如下热电模块布局：该热电模块布局能够提供较高的性能系数(COP)，这允许较小的散热器和风扇组件，这有利于包装到小的区域中并且还能够降低系统的成本。如果系统更高效地操作，则散热阻力会更高，这就降低了热效率。这意味着，散热器和风扇可以较小并且风扇可以能够以较低的速度运行，从而对风扇产生的噪音产生积极影响。

在先前描述的系统中，作为操纵热电模块以获得较高性能系数(COP)的示例，使用了两个标称12V DC模块，这两个标称12V DC模块均可以在约6V DC下操作。在该方面，也可以使用两个模块，但使用具有高热电对数(couple count)的单个模块具有相同的效果。在正常的标称12V DC模块中，所述对数优选为127。这意味着有127对的一个p型和一个n型的元件(团粒)。使用254对的单个热电模块实现了与使用两个127对TE设备相同的结果。

根据系统的要求，对于标称12V DC系统，如在大多数汽车和其它设备中所见，任何高于正常127对热电模块的对数都被认为可以提高性能系数(COP)。因此，对数可以根据应用而改变。另一种变体包括由较低或较高电压的DC系统供电的系统。在6V DC系统中，提高性能系数(COP)的对数将少于12V DC系统。在24V DC系统中，对数将必须高于254对。

总之，已经描述了由于采用本发明的各种特定方面的或者在本发明的范围内的任何或所有概念和特征而产生的许多益处。

出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的优选方面的前述描述。意图并不是穷举或将本发明限于所公开的精确形式。关于具体方面，可以鉴于上述教导进行明显的修改或变体。选择和描述方面是为了最佳地说明本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域普通技术人员能够在各种方面和适用于预期的特定用途的各种修改中最佳地利用本发明。意图是，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (30)

1.一种加热和冷却设备，包括：

至少一个一体式低电压加热和冷却源；以及

柔性的热量分布装置，所述柔性的热量分布装置具有375W/mK至4000W/mK的热导率，用于将热量和冷量分布在表面上。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述加热和冷却源是热电设备。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述热电设备是碲化铋热电设备。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述加热和冷却源以10V至16V DC高效地工作。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述热电设备是127对碲化铋类设备。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括导热材料，例如：导热聚合物；碳类传导性材料，包括碳纤维织物和石墨织物；以及以上材料的组合。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括石墨烯片和条。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括由石墨烯制成的片或条，所述石墨烯包括石墨烯纳米薄片、石墨烯纳米管、石墨烯纳米颗粒和以上项的组合。

9.一种加热和冷却设备，包括：

至少一个一体式低电压加热和冷却源；

柔性的热量分布装置，所述柔性的热量分布装置具有375W/mK至4000W/mK的热导率，用于将热量和冷量分布在表面上；以及

导热界面，所述导热界面用于产生完全热连接。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述加热和冷却源是热电设备。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述热电设备是碲化铋热电设备。

12.根据权利要求9所述的设备，其中，所述加热和冷却源以10V至16V DC高效地工作。

13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述热电设备是127对碲化铋类设备。

14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括导热材料，例如：导热聚合物；碳类传导性材料，包括碳纤维织物和石墨织物；以及以上材料的组合。

15.根据权利要求9所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括石墨烯片和条。

16.根据权利要求9所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括由石墨烯制成的片或条，所述石墨烯包括石墨烯纳米薄片、石墨烯纳米管、石墨烯纳米颗粒和以上项的组合。

17.根据权利要求9所述的加热和冷却设备，其中，所述导热界面包括导热油脂、填充有银的凝胶、被填充的蜡、硅树脂、垫或以上项的任意组合。

18.根据权利要求9所述的加热和冷却设备，其中，所述导热界面包括可再加工的、填充有氮化铝的电绝缘且导热的膏型环氧粘合剂。

19.一种加热和冷却设备，包括：

至少一个一体式低电压加热和冷却源；

柔性的热量分布装置，所述柔性的热量分布装置具有375W/mK至4000W/mK的热导率，用于将热量和冷量分布在表面上；

导热界面，所述导热界面用于产生完全热连接；以及

相变材料，所述相变材料用于在加热和冷却之后的一段延长的时间内维持温度。

20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述加热和冷却源是热电设备。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述热电设备是碲化铋热电设备。

22.根据权利要求19所述的设备，其中，所述加热和冷却源以10V至16V DC高效地工作。

23.根据权利要求20所述的设备，其中，所述热电设备是127对碲化铋类设备。

24.根据权利要求19所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括导热材料，例如：导热聚合物；碳类传导性材料，包括碳纤维织物和石墨织物；以及以上材料的组合。

25.根据权利要求19所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括石墨烯片和条。

26.根据权利要求19所述的设备，其中，所述柔性的热量分布装置包括由石墨烯制成的片或条，所述石墨烯包括石墨烯纳米薄片、石墨烯纳米管、石墨烯纳米颗粒和以上项的组合。

27.根据权利要求19所述的加热和冷却设备，其中，所述导热界面包括导热油脂、填充有银的凝胶、被填充的蜡、硅树脂、垫或以上项的任意组合。

28.根据权利要求19所述的加热和冷却设备，其中，所述导热界面包括可再加工的、填充有氮化铝的电绝缘且导热的膏型环氧粘合剂。

29.根据权利要求19所述的加热和冷却设备，其中，所述相变材料的潜热储存能力能够通过固-固、固-液、固-气和液-气相变来实现。

30.根据权利要求19所述的加热和冷却设备，其中，所述相变材料包括水合碳酸氢钾、乙酸钠、石蜡、脂肪酸、无机盐水合物、共晶体、吸水性物质、吸湿性物质和以上项的组合。