CN218041240U - 一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置 - Google Patents

Abstract

一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，涉及热电转换领域。该利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置包括多个片状的热电单元及至少一根柔性的连接线，连接线用于将各个热电单元连接形成可穿戴于人体的环形结构；热电单元包括热电器件、固定于热电器件朝向人体一侧的集热器及固定于热电器件远离人体一侧的散热器，相邻两个热电单元的热电器件之间电连接。本申请提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置能够收集人体散发热量转化成电能使用，从而方便使用者获得能持续驱动mW级别用电器的电能。

Description

一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置

技术领域

本申请涉及热电转换领域，具体而言，涉及一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和人类活动对电力能源需求的持续上涨，新型的可再生清洁能源已成为人类亟须共同面对并攻克的重要课题。热电能量转换技术可将热能和电能相互转换，其拥有的可全固态转换、无需维护、无噪音、单结构发电和制冷等显著优势引起了学术界和工业界的广泛关注。

热电转换技术包含热电制冷技术和温差发电技术，前者利用材料的Peltier效应将电能转换为热能，后者利用材料的Seebeck效应将热能转换为电能，作为一种全固态的新型能源转换技术，热电器件具有长寿命、无需维护和适应恶劣环境等优势。热电发电技术主要应用在人体余热回收、汽车尾气废热回收、工业窑炉废热回收和太阳能光电热电复合发电系统等领域，但是目前尚无能供使用者个体很好使用的热电转换装置。

发明内容

本申请的目的在于提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其能够收集人体散发热量转化成电能使用，从而方便使用者获得能持续驱动mW级别用电器的电能。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其包括多个片状的热电单元及至少一根柔性的连接线，连接线用于将各个热电单元连接形成可穿戴于人体的环形结构；热电单元包括热电器件、固定于热电器件朝向人体一侧的集热器及固定于热电器件远离人体一侧的散热器，相邻两个热电单元的热电器件之间电连接。

在一些可选的实施方案中，散热器远离热电器件的一侧凸起形成多条散热翅片。

在一些可选的实施方案中，相邻的两条散热翅片之间连接有至少一条加强肋。

在一些可选的实施方案中，每个集热器的两端分别开设有连接槽，连接线的数量为两条，每根连接线均依次穿过并连接于各个集热器一端的连接槽。

在一些可选的实施方案中，每个热电器件的两端分别通过铜线与两侧相邻的热电器件电连接。

在一些可选的实施方案中，热电单元还包括套设于热电器件外侧的环形的隔热垫，隔热垫的两侧分别与对应的集热器和散热器密封连接。

在一些可选的实施方案中，隔热垫、集热器、散热器和热电单元之间的环形空隙填充有传热材料层。

在一些可选的实施方案中，隔热垫、集热器、散热器和传热材料层之间的环形空隙填充有缓冲材料层。

在一些可选的实施方案中，还包括壳体，连接线用于将各个热电单元和壳体连接形成可穿戴于人体的环形结构，壳体内设有用于检测人体温度和湿度的温湿度传感器及与温湿度传感器电连接的处理器，壳体还连接有与处理器电连接的显示屏，温湿度传感器、处理器和显示屏分别与热电器件电连接。

在一些可选的实施方案中，还包括壳体，连接线用于将各个热电单元和壳体连接形成可穿戴于人体的环形结构，壳体远离人体的一侧连接有与热电器件电连接的电扇。

本申请的有益效果是：本申请提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置包括多个片状的热电单元及至少一根柔性的连接线，连接线用于将各个热电单元连接形成可穿戴于人体的环形结构；热电单元包括热电器件、固定于热电器件朝向人体一侧的集热器及固定于热电器件远离人体一侧的散热器，相邻两个热电单元的热电器件之间电连接。本申请提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置能够收集人体散发热量转化成电能使用，从而方便使用者获得能持续驱动mW级别用电器的电能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置展开后的透视结构示意图；

图2为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置中热电单元的第一视角的结构示意图；

图3为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置中热电单元的第二视角的结构示意图；

图4为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置中热电单元的第三视角的结构示意图；

图5为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置在11℃环境下穿戴在32℃人体手腕上产生的电压变化情况；

图6为本申请实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置在11℃环境下穿戴在32℃人体手腕上紧密贴合时产生的电压变化情况；

图7为本申请实施例2提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置中热电单元的第一视角的剖视结构示意图；

图8为沿图7中A-A剖面线的剖视结构示意图；

图9为本申请实施例2提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置中热电单元的第三视角的剖视结构示意图；

图10为本申请实施例3提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置穿戴于人体手臂时的透视结构示意图；

图11为本申请实施例4提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置穿戴于人体手臂时的透视结构示意图。

图中：100、热电单元；110、热电器件；120、集热器；130、散热器；140、散热翅片；150、加强肋；160、连接槽；170、铜线；180、隔热垫；190、传热材料层；200、连接线；210、缓冲材料层；300、壳体；310、温湿度传感器；320、处理器；330、显示屏；340、电扇；400、环形结构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本申请实施例提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其包括九个片状的热电单元100及两根柔性的连接线200，连接线200用于将各个热电单元100连接形成可穿戴于人体手臂的环形结构；热电单元100包括热电器件110、固定于热电器件110朝向人体一侧的集热器120及固定于热电器件110远离人体一侧的散热器130，相邻两个热电单元100的热电器件110之间电连接，散热器130远离热电器件110的一侧凸起形成五条散热翅片140。每个集热器120的两端分别开设有连接槽160，每根连接线200均依次穿过并连接于各个集热器120一端的连接槽160，每个热电器件110的两端分别通过铜线170与两侧相邻的热电器件110电连接；本实施例中的热电器件110为现有技术，其是由P型热电材料和N型热电材料制成的粒子交替排列制备得到，集热器120和散热器130分别由铝和铜制成；本实施例中，集热器120为长度为50mm，宽度为15mm，厚度为3mm的长方体，并在两端的端面切割边长为1mm的正方形的连接槽160；热电器件110为长度为45mm、宽度为12mm，厚度为3mm的长方体；散热器130为长度为42mm、宽度为15mm，厚度为3mm的长方体；散热翅片140为宽度1mm、高度为5mm、长度为42mm的长方体。

本申请实施例提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置使用两根柔性的连接线200将多个热电单元100连接形成可穿戴于人体的环形结构，并使各个热电单元100朝向人体的一侧为吸收热量传递至热电器件110的集热器120及使远离人体一侧的为固定于热电器件110的散热器130，相邻两个热电单元100的热电器件110之间通过铜线170电连接，从而使人体皮肤散发的热量被集热器120收集传递至热电器件110后经散热器130散发，从而使热电器件110两侧形成温度梯度并产生电压，并在串联各个热电单元100的热电器件110之间的铜线170中产生电流以供使用者输出使用，从而有效的利用人体体温发电供给使用。

散热器130远离热电器件110的一侧凸起形成五条散热翅片140，能够有效的提高散热器130的散热效率，从而增大热电器件110两侧形成的温度梯度提高热电转换效率每个集热器120的两端分别开设有连接槽160，每根连接线200均依次穿过并连接于各个集热器120一端的连接槽160，通过将两根连接线200分别连接于集热器120两端的连接槽160，能够保证连接线200稳定的将各个热电单元100连接形成可穿戴于人体的环形结构。

在其他可选的实施例中，利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置还可以包括2-50个片状的热电单元100。在其他可选的实施例中，集热器120还可以为长度为10mm-50mm，宽度为2mm-20mm，厚度为1mm-5mm的长方体，并在两端的端面切割边长为0.1mm～2mm的正方形的连接槽160连接连接线200；在其他可选的实施例中，散热器130还可以为长度为10mm-50mm、宽度为2mm-50mm，厚度为1mm-10mm的长方体；在其他可选的实施例中，散热翅片140还可以为宽度0.1mm～5mm、高度为1mm～5mm、长度为10mm-50mm的长方体；在其他可选的实施例中，散热翅片140的间隔还可以为0.1mm-5mm。在其他可选的实施例中，连接线200还可以采取钼丝、钢丝或铁丝等高强度金属材料；在其他可选的实施例中，连接线200还可以将各个热电单元100连接形成可穿戴于人体脚部、腰部或颈部的环形结构；

实施例2

如图7、图8和图9所示，本实施例提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其与实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置的结构大致相同，区别在于，本实施例中，相邻的两条散热翅片140之间分别连接有两条加强肋150，热电单元100还包括套设于热电器件110外侧的环形的隔热垫180，隔热垫180的两侧分别与对应的集热器120和散热器130密封连接，隔热垫180、集热器120、散热器130和热电单元100之间的环形空隙填充有传热材料层190，传热材料层190为硅胶，隔热垫180、集热器120、散热器130和传热材料层190之间的环形空隙填充有缓冲材料层210，缓冲材料层210为海绵。

本实施例提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置通过在热电器件110外侧套设分别与集热器120和散热器130密封连接的环形隔热垫180，能够对热电器件110进行保护的同时保证集热器120收集的热量不会向四周发散，提高集热器120经热电器件110向散热器130传递的热量以增大热电转换效率，同时在隔热垫180、集热器120、散热器130和热电单元100之间的环形空隙填充的传热材料层190能够促进热量从集热器120经热电器件110向散热器130传递来增大热电转化效率；隔热垫180、集热器120、散热器130和传热材料层190之间的环形空隙填充有缓冲材料层210，能够提高对热电单元100和传热材料层190的保护，保证热电单元100的长时间稳定作业。

相邻的两条散热翅片140之间分别连接有两条加强肋150，能够提高散热翅片140的结构强度，避免使用过程中由于碰撞造成散热翅片140变形损坏影响散热。

实施例3

如图10所示，本实施例提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其与实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置的结构大致相同，区别在于，本实施例中还包括壳体300，连接线200用于将各个热电单元100和壳体300连接形成可穿戴于人体的环形结构400，壳体300内设有用于检测人体温度和湿度的温湿度传感器310及与温湿度传感器310电连接的处理器320，壳体300还连接有与处理器320电连接的显示屏330，热电器件110分别通过升压电路与温湿度传感器310、处理器320和显示屏330电连接。

本实施例提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，利用各个热电单元100转换得到的电能为温湿度传感器310、处理器320和显示屏330进行供电，使处理器320接收温湿度传感器310检测的温度和湿度数据并传输至显示屏330显示，从而利用人体皮肤发电供给温湿度传感器310检测环境温度和湿度并显示。

实施例4

如图11所示，本实施例提供一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其与实施例1提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置的结构大致相同，区别在于，本实施例中还包括壳体300，连接线200用于将各个热电单元100和壳体300连接形成可穿戴于人体的环形结构400，壳体300远离人体的一侧连接有与热电器件110通过升压电路电连接的电扇340，壳体300还设有开关，开关、电扇340和各个热电单元100通过导线连接形成回路。

本实施例提供的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，利用各个热电单元100转换得到的电能为电扇340供电，使电扇340提供风力送风进行降温，从而利用人体皮肤发电供给电扇340在夏天作为可持续使用的降温设备。

以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，其包括多个片状的热电单元及至少一根柔性的连接线，所述连接线用于将各个所述热电单元连接形成可穿戴于人体的环形结构；所述热电单元包括热电器件、固定于所述热电器件朝向所述人体一侧的集热器及固定于所述热电器件远离所述人体一侧的散热器，相邻两个所述热电单元的所述热电器件之间电连接。

2.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，所述散热器远离所述热电器件的一侧凸起形成多条散热翅片。

3.根据权利要求2所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，相邻的两条所述散热翅片之间连接有至少一条加强肋。

4.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，每个所述集热器的两端分别开设有连接槽，所述连接线的数量为两条，每根所述连接线均依次穿过并连接于各个所述集热器一端的所述连接槽。

5.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，每个所述热电器件的两端分别通过铜线与两侧相邻的所述热电器件电连接。

6.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，所述热电单元还包括套设于所述热电器件外侧的环形的隔热垫，所述隔热垫的两侧分别与对应的所述集热器和所述散热器密封连接。

7.根据权利要求6所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，所述隔热垫、所述集热器、所述散热器和所述热电单元之间的环形空隙填充有传热材料层。

8.根据权利要求7所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，所述隔热垫、所述集热器、所述散热器和所述传热材料层之间的环形空隙填充有缓冲材料层。

9.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，还包括壳体，所述连接线用于将各个所述热电单元和所述壳体连接形成可穿戴于人体的环形结构，所述壳体内设有用于检测人体温度和湿度的温湿度传感器及与所述温湿度传感器电连接的处理器，所述壳体还连接有与所述处理器电连接的显示屏，所述温湿度传感器、所述处理器和所述显示屏分别与所述热电器件电连接。

10.根据权利要求1所述的利用人体体温和环境温差发电的可穿戴装置，其特征在于，还包括壳体，所述连接线用于将各个所述热电单元和所述壳体连接形成可穿戴于人体的环形结构，所述壳体远离人体的一侧连接有与所述热电器件电连接的电扇。

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