CN111542934A - 柔性热电装置 - Google Patents
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Abstract
提供了在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。柔性热管理层包括集水材料，该集水材料被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。在一些情况下，集水材料包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属有机骨架(MOF)材料的混合物。
Description
技术领域
本公开涉及在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。
背景技术
热电装置已广泛用于加热或冷却。散热器(例如，陶瓷或金属板)用于管理热电装置的热侧上的热。
发明内容
本公开提供在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。
在一个方面，本公开描述了一种热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。
在另一方面，本公开描述了一种热电冷却器(TEC)。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。
在另一方面，本公开描述了一种防护头盔，该防护头盔包括头盔主体，该头盔主体包括外壳和内壳。热电冷却器(TEC)设置在头盔主体的外壳和内壳之间。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。冷板与内壳相邻。
在另一方面，本公开描述了一种空气呼吸器系统，该空气呼吸器系统包括头部护具、包括进气口和出气口的空气箱、将空气箱的出气口流体地连接到头部护具的呼吸管道，以及被定位成冷却进入头部护具的空气流的热电冷却器(TEC)。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。冷板被定位成与内壳相邻。
在另一方面，本公开描述了一种制造热电装置的方法。该方法包括提供具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及提供由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。该方法还包括将一种或多种集水材料设置在第一侧上，所述一种或多种集水材料被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。
在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点是，其消除了使用刚性散热器(例如，金属板)散发在柔性热电装置的热侧上的热的必要性。相反，将柔性热管理层施加到柔性热电电路的热侧上，这导致高性价比、体积高效且易于操作的柔性热电装置(例如，热电冷却器)。
已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
结合附图考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1A示出根据一个实施方案的柔性热电装置的示意性剖视图。
图1B示出根据一个实施方案的包括热界面材料(TIM)的图1A的柔性热电装置的示意性剖视图。
图1C示出根据一个实施方案的包括设置在TIM上的超吸附聚合物(SAP)材料的图1B的柔性热电装置的示意性剖视图。
图1D示出根据一个实施方案的包括设置在TIM上的金属-有机骨架(MOF)材料的图1B的柔性热电装置的示意性剖视图。
图2A示出根据一个实施方案的包括热电冷却器的防护头盔的简化示意透视图。
图2B示出图2A的防护头盔的一部分的剖视图。
图2C示出图2A的防护头盔的一部分的透视图。
图3A示出根据一个实施方案的包括设置在空气箱中的热电冷却器的空气呼吸器系统的示意图。
图3B示出根据另一个实施方案的包括没置在呼吸管道内部的热电冷却器的空气呼吸器系统的示意图。
图3C示出图3B的呼吸管道的剖视图。
在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其他实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其他修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
本公开提供了一种柔性热电装置，其包括设置在装置的热侧上的一种或多种集水材料，所述集水材料被构造成能够吸附水或水分并通过蒸发所吸附的水或水分来散热。在一些实施方案中，柔性热电装置可用作用于各种应用诸如防护头盔和空气呼吸器系统的热电冷却器(TEC)。
图1A至图1D示出根据一些实施方案的形成柔性热电装置100的过程。柔性热电装置100包括柔性基底110，该柔性基底具有第一侧102和与第一侧102相反的第二侧104。多个热电元件120由柔性基底110支撑。多个热电元件120通过第一侧102上的第一组电极132和第二侧104上的第二组电极134电连接。
在图1A的例示的实施方案中，通过层压第一柔性基底112和第二柔性基底114来形成基底110。第一组电极132形成在第一柔性基底112上。第二组电极134形成在第二柔性基底114上。热电元件120由柔性基底110支撑。在所描绘的实施方案中，通孔116形成在基底110中，热电元件120可以延伸穿过通孔116并附接在其中。在一些实施方案中，可以通过蚀刻(一个或多个)柔性基底来形成通孔116。
在一些实施方案中，第一柔性基底112和第二柔性基底114可以被对准和层压，其中垂直或通孔导体(例如，焊料)可以用于将热电元件120电连接到相应的电极132和134。应当理解，基底110可具有任何合适的构型以支撑热电元件和电极。基底110可为由任何合适的材料诸如例如聚乙烯、聚丙烯、纤维素等制成的柔性基底。电极132和134可包括任何合适的导电材料，诸如金属、金属合金等。
热电元件120包括通过电极132和134交替地串联连接的一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件。在一些实施方案中，热电元件可通过将热电材料设置(例如，印刷、分配等)到基底110上来形成。在一些实施方案中，热电元件可以热电固体芯片的形式提供。p型热电元件可由p型半导体材料诸如例如Sb2Te3或其合金制成。n型热电元件可由n型半导体材料诸如例如Bi2Te3或其合金制成。半导体可以彼此热并联放置并且可以串联电放置，然后在每侧上与导热板接合。在美国专利申请62/353,752(Lee等人)中描述了示例性热电装置及其制造和使用方法，该专利申请以引用方式并入本文。
基于所谓的珀尔帖效应，热电装置100可用作冷却器或加热器。当电流流过该装置时，电流将热从一侧带到另一侧，使得一侧变得更冷，而另一侧变得更热。在许多常规应用中，热侧102附接到散热器(例如，陶瓷或金属板)，使得其保持在环境温度下，而冷却侧104低于室温。将刚性散热器施加到热侧102上可牺牲热电装置的柔性。
如图1B的实施方案中所示，热电装置100还包括覆盖基底110的第一侧102的热界面材料(TIM)层140。热界面材料140可包括一种或多种基于压敏粘合剂(PSA)的材料，例如可从3M公司(美国明尼苏达州圣保罗(Saint Paul，MN，USA))商购获得的导热粘合剂胶带材料。合适的基于PSA的材料的热导率可在例如约0.25mK/W至约10mK/W的范围内。层140可具有例如在约10微米至约300微米范围内的厚度。可以将热界面材料140设置在热侧102上以覆盖电极132，并且具有通过任何合适的工艺诸如层压、涂覆、滴铸、铺展、印刷等填充其间的空间142的柔性。
热电装置100还包括设置在第一侧102上的一种或多种集水材料150(参见图2D)，以吸附水或水分并通过蒸发所吸附的水或水分来散热。一种或多种集水材料150包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属-有机骨架(MOF)材料中的至少一种。集水材料层150的厚度可以在例如约100微米至约10mm的范围内。
如图2C的实施方案所示，SAP材料152设置在TIM 140上。本文所述的SAP材料可摄取高达例如其自身重量的约100重量％至约300重量％的水或甚至更多。SAP可通过吸附水溶胀，例如体积增加约10％至约500％。一般来讲，相对于它们自身的质量，本文用作水凝胶的SAP可吸附和保留非常大量的水或水溶液。这些超高吸附材料可吸附高达10g/g至1000g/g的去离子水。一种示例性SAP可包括聚丙烯酸钠盐，其可从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation，St.Louis，Missouri)商购获得。聚丙烯酸钠盐可以粉末形式存在，并且粒度可为例如小于约1000微米。应当理解，任何合适的SAP材料均可用于本文，包括例如聚丙烯酰胺共聚物、淀粉-丙烯腈共聚物、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、异丁烯马来酸酐、交联丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、超吸附纤维等。
当装置100的热侧102上的温度升高时，SAP材料152中的水开始蒸发以冷却热侧102。在一些实施方案中，SAP材料152可吸附合适量的冷却剂，所述冷却剂本质上是亲水的以促进水吸附。示例性冷却剂可包括例如乙二醇、甘油等。与水相比，冷却剂与SAP材料152的结合能更高，因此蒸发速率比水慢。向SAP材料152中添加适量的冷却剂可以帮助调整装置100的热侧102的冷却速率/时间。在一些实施方案中，SAP材料152可包括例如5体积％至40体积％的冷却剂。
在一些实施方案中，集水材料150可包括多孔金属有机骨架(MOF)材料。多孔MOF材料可设置在TIM140上，与SAP材料混合。如图2D的实施方案所示，MOF材料154在与电极132相反的一侧处涂覆在TIM140上。MOF倾向于吸附高达其自身重量的约50％至约90％的水。MOF可通过吸附水溶胀，体积增加约10体积％至约100体积％。
金属有机骨架(MOF)材料属于包括数千种不同结构的结晶纳米多孔材料家族。MOF材料可为金属离子(例如，充当配位中心)和有机配体(例如，充当金属中心之间的连接基)的自组装体。MOF材料，作为纳米多孔材料科学中最令人激动的最新发展之一，在文献中也被称为配位聚合物、有机-无机杂化材料、金属有机聚合物或多孔配位网络。高孔隙率、缺乏不可及的堆积体积、非常大的表面积、宽范围的孔径和拓扑结构，以及无限数量的可能结构的独特组合可使得MOF材料成为许多科学和工业领域中传统纳米多孔材料的有吸引力的替代物。多孔MOF和相关材料中的水吸附在“Water Adsorption in Porous Metal-OrganicFrameworks and RelatedMaterials(”J.Am.Chem.Soc.，2014，136，4369-4381中有所描述，上述文献以引用的方式并入本文。
在一些实施方案中，本文中使用的MOF材料可以提供对不同的孔形状和尺寸，不同的金属(例如，Al、Cu、Fe、Zn等)和不同的有机连接基(BDC、BTC、mIM等)的良好选择。一种示例性MOF材料可以包括-1，3，5-三羧酸铜苯酯Cu-BTC，其可以商品名
C300从密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Corporation)商购获得。该示例性的MOF材料在自然中可以以白色粉末的形式存在，其粒径为约15.96微米。MOF材料的水吸附特性根据湿度为约20重量％至约60重量％。应当理解，本文中可以使用各种基于MOF或基于MOF的材料，包括例如二位有机羧酸盐、多位有机羧酸盐、卟啉基MOF、MOF-177、MOF-210、MOF的后合成改性、多变量MOF(MTV-MOF)、MTV-MOF-5等。
当装置100的热侧102上的温度升高时，MOF154中的水可蒸发以散发来自热侧102的热。本文所述MOF材料具有高的水捕集性能，这有助于甚至从低湿度环境中捕集水。当多孔MOF材料的孔尺寸适宜并且其内表面亲水(例如，带负电的分子)时，即使在低湿度下，多孔MOF材料也可自发地将水从周围空气中抽出。在一些实施方案中，可选择MOF材料的孔尺寸，使得水吸附到MOF的孔上，并且以适度的能量输入从其上解吸。合适的MOF材料可具有例如在约1,000m2/g至约10,000m2/g范围内的期望的表面积，以及例如在约2纳米至10纳米范围内的孔径。此类吸附和解吸特性可用于使其水吸附/解吸能力最大化。
在图1D所示的实施方案中，集水材料层150包括SAP材料和MOF材料的混合物。MOF材料154附接或涂覆在SAP层152上，使得MOF材料和SAP材料彼此直接接触。所述混合物可包含例如约50重量％至约90重量％的SAP材料，以及约50重量％至约10重量％的M0F材料。在一些实施方案中，大部分集水材料150可为SAP材料。例如，SAP/MOF的比率可大于2∶1、5∶1、10∶1或20∶1。应当理解，该比率可为从50∶50重量％至99∶1重量％的任何合适的值，这取决于环境(例如，大气湿度)。在一些实施方案中，可以将SAP和MOF的粉末混合并施加到热电装置的热侧上。在一些实施方案中，可首先将SAP粉末设置在热侧上，然后将MOF粉末设置在其顶部上。
即使在低湿度下，MOF材料也可吸附水分，然后用低级能源(例如，太阳能)解吸并且冷凝到水中。连续冷凝的水可被近侧SAP材料吸附或传送到近侧SAP材料用于热回路冷却。考虑到(i)即使在低湿度下MOF材料也能够从周围大气中吸附水分，并且(ii)SAP材料倾向于比MOF材料吸收和存储更多的水(例如，其自身重量的约100％至约300％相对于其自身重量的约50％至约90％)，因此此类组合可充分利用SAP和MOF材料两者。可将SAP材料施加到热电装置的热侧，并在温度升高时蒸发以冷却热侧，而MOF材料可以在室温下甚至在非常低的湿度下吸附水分，并通过将水冷凝自动重新填充SAP层，这消除了使用水泵将水泵送到SAP层中的必要性，并且允许即使在低湿度下也可以收集水。
集水材料层150然后被多孔层160覆盖，该多孔层将集水材料152和/或154保持到装置的热侧102上。多孔层160可允许水分渗透穿过其中以到达MOF或SAP材料。多孔层160还具有可压缩性，使得当吸附水或水分时，其可留出空间供MOF和SAP材料膨胀。在一些实施方案中，多孔层160可以是例如柔性非织造材料薄层。多孔层的厚度可在例如约100微米至约5mm的范围内。应当理解，多孔层可包括任何合适的多孔材料，包括例如超高分子量聚乙烯多孔膜、自适应流体输注多孔膜、化学蚀刻蜂窝结构薄膜、光交联分层多孔聚合物膜等。
柔性热电装置100可为足够柔性的以适形于具有各种形状的物体表面或包裹在其周围，其中冷却侧104与物体表面接触或接近。本公开提供用于在不影响热电装置的柔性的情况下管理热分布或散发来自热电装置100的热侧的热的方法。
图2A示出根据一个实施方案的包括热电冷却器210的防护头盔200的简化示意透视图。图2B示出图2A的防护头盔200的一部分的剖视图。图2C示出图2A的防护头盔200的一部分的分解透视图。防护头盔200包括头盔主体，该头盔主体包括外壳212和附接到外壳212的内表面的内壳214。外壳212可具有半球形形状，并且内壳214可与佩戴者头部的形状共形。内壳214可包括冲击吸收材料诸如例如泡沫树脂，以保护佩戴者的头部免受冲击。热电冷却器210设置在头盔主体的外壳212与内壳214之间。
热电冷却器210包括图1D的热电装置100。热电装置100是柔性的并且被定位成适形于头盔主体的外壳212或内壳214的形状。热电装置100的热侧102与外壳212相邻，并且冷侧104与内壳214相邻。热电冷却器210利用所谓的珀尔帖效应在热侧102和冷侧104之间产生热通量。例如，当电流流过热电元件120时，热可随着电能的消耗从冷侧104传递到热侧102。这样，冷侧104可保持在对于头盔200的穿戴者而言舒适的相对较低的温度下。
冷板170邻近内壳104设置在热电装置100的冷侧104上。热界面材料(TIM)层140可以定位在热电装置100和冷板170之间，以增强它们之间的热交换。冷板170可由柔性导热材料诸如例如金属膜(例如，铝膜)制成。在图2C所示的实施方案中，内壳214包括形成在热电装置100的冷侧上的一个或多个冷却通道215，以将冷空气朝向穿戴者的头部引导。
防护头盔200的头盔主体还包括形成在热电装置100的热侧102上的一个或多个空气通道220。空气通道220可形成在头盔主体的外壳212与热电装置100的热侧102之间。空气通道220包括在头盔主体的前侧处的进气口222以将空气2引导入通道220，以及在头盔主体的后侧处的出气口224以将空气4引导出通道220。空气可以经由进气口222被引导到空气通道220中，以与热电装置100的热侧102进行热交换，并且经由空气出口224离开空气通道220。如图2C所示，空气通道220中的流动空气2可通过多孔层160(未示出)进入集水材料层150。储存在层150中的水可有效地蒸发以散发热侧102上的热并与空气流4一起离开通道220。
在一些实施方案中，防护头盔200可以是摩托车头盔。空气在骑行期间的运动可迫使对流热通过空气通道220消散。这样，在热侧102处收集的热可借助强制空气对流快速排出到环境中。
图3A示出根据一个实施方案的包括设置在空气箱中的热电冷却器301的空气呼吸器系统300的示意图。空气呼吸器系统300包括头部护具320、空气箱310和呼吸管道330，该呼吸管道将出气口313流体地连接到头部护具320。空气箱310包括进气口312以将空气2引导到空气箱中以及出气口313以将空气引导到呼吸管道330中。可在进气口312处设置一个或多个过滤器。热电冷却器301包括图1D的热电装置100。热电装置100是柔性的并且被定位成适形于空气箱310的形状。热电装置100的热侧102位于空气箱310的外部，而冷侧104面向空气箱310的内部。
空气可经由进气口312被引导到空气箱310中，并被朝向热电冷却器301的冷侧104引导。冷却的空气可以经由出气口313从空气箱310中被引导出到呼吸管道330中。一个或多个风扇314可用于引导空气流。
可将一个或多个热电冷却器设置在呼吸管道330内部，以独立地或补充地冷却待传导至头部护具320的空气。在图3B所示的实施方案中，热电冷却器302设置在呼吸管道330内部。图3C示出图3B的呼吸管道330的剖视图。热电冷却器302包括图1D的热电装置100，该热电装置以热电空气管的形式存在，该热电空气管在呼吸管道330内部延伸以将气流递送到头部护具320。热电装置100的热侧102形成热电空气管的外侧；并且热电装置100的冷侧形成热电空气管的冷气流通道334。来自空气箱310的空气可以被引导到空气通道中，并通过热电装置100的冷侧102进一步冷却。可在呼吸管道330和热电空气管302之间形成排气气流通道332，以散发来自热电冷却器302的热侧104的热。可设置一个或多个风扇314以增强沿排气气流通道302到出口4的空气流2，并增强沿冷气流通道334进入头部护具320的气流6。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，每个数值参数应至少根据所报告的有效位数并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
在不脱离本公开实质和范围的情况下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于以下描述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素控制。
示例性实施方案列表
以下列出示例性实施方案。应当理解，实施方案1-22以及23-26中的任一项可组合。
实施方案1为一种热电装置，包括：
柔性基底，所述柔性基底具有相反的第一侧和第二侧；
多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及
一种或多种集水材料，所述一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。
实施方案2为根据实施方案1所述的热电装置，其中所述一种或多种集水材料包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属有机骨架(MOF)材料中的至少一种。
实施方案3为根据实施方案1或2所述的热电装置，还包括覆盖所述基底的所述第一侧的热界面材料(TIM)层，并且所述一种或多种集水材料设置在与所述第一组电极相反的一侧上所述TIM层上。
实施方案4为根据实施方案2或3所述的热电装置，其中所述超吸附聚合物(SAP)材料能够吸附其自身重量的约100％至约300％的水。
实施方案5为根据实施方案2或3所述的热电装置，其中所述金属有机骨架(MOF)包括作为金属离子之间的连接基的所述金属离子和有机配体的自组装体。
实施方案6为根据实施方案2-5中任一项所述的热电装置，其中所述集水材料包括所述超吸附聚合物(SAP)材料和所述金属有机骨架(MOF)材料的混合物，并且所述超吸附聚合物(SAP)材料被定位成从近侧MOF材料吸附水。
实施方案7为根据实施方案6所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约99.0重量％的所述SAP材料。
实施方案8为根据实施方案6或7所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约1.0重量％的所述MOF材料。
实施方案9为根据实施方案1-8中任一项所述的热电装置，还包括多孔层以覆盖所述集水材料。
实施方案10为根据实施方案1-9中任一项所述的热电装置，其中所述柔性基底包括彼此层压的第一柔性电路和第二电路。
实施方案11为一种根据任何前述实施方案所述的热电冷却器(TEC)，还包括作为冷板设置在所述第二侧上的柔性金属膜。
实施方案12为根据实施方案11所述的热电冷却器，还包括在所述基底的所述第二侧与所述冷板之间的热界面材料(TIM)层。
实施方案13为一种防护头盔，包括：
头盔主体，所述头盔主体包括外壳和内壳；以及
根据实施方案11所述的热电冷却器，所述热电冷却器设置在所述头盔主体的所述外壳和所述内壳之间，所述冷板与所述内壳相邻。
实施方案14为根据实施方案13所述的防护头盔，其中所述头盔主体包括形成在所述热电装置的所述第一侧上的一个或多个空气通道。
实施方案15为根据实施方案14所述的防护头盔，其中所述空气通道包括在所述头盔主体的前侧处的进气口和在所述头盔主体的后侧处的出气口。
实施方案16为根据实施方案13-15中任一项所述的防护头盔，其中所述头盔主体包括形成在所述热电装置的所述第二侧上的一个或多个冷空气通道。
实施方案17为一种空气呼吸器系统，包括：
头部护具；
空气箱，所述空气箱包括进气口和出气口；
呼吸管道，所述呼吸管道将所述空气箱的所述出气口流体地连接到所述头部护具；以及
根据实施方案1-10中任一项所述的热电装置，所述热电装置被定位成冷却进入所述头部护具的空气流。
实施方案18为根据实施方案17所述的空气呼吸器系统，其中所述热电装置的所述第一侧面向所述空气箱的内部，并且另一侧位于所述空气箱的外部。
实施方案19为根据实施方案17或18所述的空气呼吸器系统，其中所述热电装置以热电空气管的形式设置在所述呼吸管道内部，所述热电空气管在所述呼吸管道内延伸以将气流递送到所述头部护具。
实施方案20为根据实施方案19所述的空气呼吸器系统，其中在所述呼吸管道和所述热电空气管之间形成排气气流通道。
实施方案21为根据实施方案17-20中任一项所述的空气呼吸器系统，还包括设置在所述空气箱的所述进气口处的过滤器。
实施方案22为根据实施方案17-21中任一项所述的空气呼吸器系统，还包括风扇，所述风扇设置在所述空气箱内部以朝向所述出气口引导空气流。
实施方案23为一种制造热电装置的方法，包括：
提供具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底；
提供多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及
将一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，所述一种或多种集水材料被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。
实施方案24为根据实施方案23所述的方法，还包括用热界面材料(TIM)层覆盖所述基底的所述第一侧，所述一种或多种集水材料设置在与所述第一电极组相反的一侧上的所述TIM层上。
实施方案25为根据实施方案23或24所述的方法，还包括层压第一柔性电路和第二柔性电路以形成所述柔性基底。
实施方案26为根据实施方案23-25中任一项所述的方法，还包括将柔性金属膜设置在所述第二侧上作为冷板。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书的各处出现的表述诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，具体特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上示出的例示性实施方案。特别地，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。此外，对各种示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。
Claims (26)
1.一种热电装置，包括：
柔性基底，所述柔性基底具有相反的第一侧和第二侧；
多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及
一种或多种集水材料，所述一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，被构造成吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。
2.根据权利要求1所述的热电装置，其中所述一种或多种集水材料包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属有机骨架(MOF)材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的热电装置，还包括覆盖所述基底的所述第一侧的热界面材料(TIM)层，并且所述一种或多种集水材料设置在与所述第一组电极相反的一侧上的所述TIM层上。
4.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述超吸附聚合物(SAP)材料能够吸附其自身重量的约100％至约300％的水。
5.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述金属有机骨架(MOF)材料包括作为金属离子之间的连接基的所述金属离子和有机配体的自组装体。
6.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述集水材料包括所述超吸附聚合物(SAP)材料和所述金属有机骨架(MOF)材料的混合物，并且所述超吸附聚合物(SAP)材料被定位成从近侧MOF材料吸附水。
7.根据权利要求6所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约99.0重量％的所述SAP材料。
8.根据权利要求6所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约1.0重量％的所述MOF材料。
9.根据权利要求1所述的热电装置，还包括多孔层以覆盖所述集水材料。
10.根据权利要求1所述的热电装置，其中所述柔性基底包括彼此层压的第一柔性电路和第二电路。
11.一种根据任何前述权利要求所述的热电冷却器(TEC)，还包括作为冷板设置在所述第二侧上的柔性金属膜。
12.根据权利要求11所述的热电冷却器，还包括位于所述基底的所述第二侧与所述冷板之间的热界面材料(TIM)层。
13.一种防护头盔，包括：
头盔主体，所述头盔主体包括外壳和内壳；以及
根据权利要求11所述的热电冷却器，所述热电冷却器设置在所述头盔主体的所述外壳和所述内壳之间，所述冷板与所述内壳相邻。
14.根据权利要求13所述的防护头盔，其中所述头盔主体包括形成在所述热电装置的所述第一侧上的一个或多个空气通道。
15.根据权利要求14所述的防护头盔，其中所述空气通道包括在所述头盔主体的前侧处的进气口和在所述头盔主体的后侧处的出气口。
16.根据权利要求13所述的防护头盔，其中所述头盔主体包括形成在所述热电装置的所述第二侧上的一个或多个冷空气通道。
17.一种空气呼吸器系统，包括：
头部护具；
空气箱，所述空气箱包括进气口和出气口；
呼吸管道，所述呼吸管道将所述空气箱的所述出气口流体地连接到所述头部护具；以及
根据权利要求1-10中任一项所述的热电装置，所述热电装置被定位成冷却进入所述头部护具的空气流。
18.根据权利要求17所述的空气呼吸器系统，其中所述热电装置的所述第一侧面向所述空气箱的内部，并且另一侧位于所述空气箱的外部。
19.根据权利要求17所述的空气呼吸器系统，其中所述热电装置以热电空气管的形式设置在所述呼吸管道内部，所述热电空气管在所述呼吸管道内延伸以将气流递送到所述头部护具。
20.根据权利要求19所述的空气呼吸器系统，其中在所述呼吸管道和所述热电空气管之间形成排气气流通道。
21.根据权利要求17所述的空气呼吸器系统，还包括设置在所述空气箱的所述进气口处的过滤器。
22.根据权利要求17所述的空气呼吸器系统，还包括风扇，所述风扇设置在所述空气箱内部以朝向所述出气口引导空气流。
23.一种制造热电装置的方法，包括：
提供具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底；
提供多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及
将一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，所述一种或多种集水材料被构造成吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括用热界面材料(TIM)层覆盖所述基底的所述第一侧，所述一种或多种集水材料设置在与所述第一电极组相反的一侧上的所述TIM层上。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括层压第一柔性电路和第二柔性电路以形成所述柔性基底。
26.根据权利要求23所述的方法，还包括将柔性金属膜设置在所述第二侧上作为冷板。
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