KR20100014958A - Apparel with heating and cooling capabilities - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 신체 또는 신체의 일부를 가열 및 냉각하는 시스템 및 공정에 관한 것이며, 또한 보다 구체적으로는, 신체를 가열 및 냉각하는 시스템 및 공정을 포함하는 가열 및 냉각 능력을 갖는 의류에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to systems and processes for heating and cooling a body or parts of a body, and more particularly to clothing having heating and cooling capabilities, including systems and processes for heating and cooling a body. .
2가지 그룹의 개인 온도 조절 의류(personal thermo-regulated apparel)가 현재 있다. 이러한 2가지 그룹은 능동형과 수동형이다. 능동형 온도 조절 의류는 사용자가 선택한 온도를 유지하도록 설계된 반면에, 수동형 온도 조절 의류는 선택된 온도를 시간을 초과하여 유지할 수 없다. 능동형 온도 조절 의류 그룹에서 현재 이용 가능한 제품은 가열 또는 냉각과 같은 단일 용도로 사용할 수 있다. 현재의 능동적 가열 기술은 일반적으로 저항 가열을 포함한다. 예를 들어, 상표등록명 폴라텍은 저항 가열 기술을 재킷에 전기적으로 일체화했다. 유사하게, 압축 냉각은 현재 대부분 이용 가능한 냉각 의류물품에 전형적으로 사용된다.There are currently two groups of personal thermo-regulated apparels. These two groups are active and passive. Active thermostatic clothing is designed to maintain the temperature selected by the user, while passive thermostatic clothing cannot maintain the selected temperature over time. Products currently available in the group of active temperature controlled clothing can be used for a single purpose, such as heating or cooling. Current active heating techniques generally include resistive heating. For example, the trade name Polartec has integrated resistive heating technology into the jacket. Similarly, compression cooling is typically used in most of the cooling apparel articles currently available.
수동형 가열 시스템은 일반적으로 화학 반응 가열 시스템이다. 마찬가지로, 수동형 냉각 시스템은 상변화 물질로써 냉각하는 것을 포함하지만, 현재 이용 가능한 시스템은 각종 다양한 용도의 의상에 내장될 수 있는 가열 및 냉각 시스템 및 공정을 제공하지 않았다.Passive heating systems are generally chemical reaction heating systems. Similarly, passive cooling systems include cooling with phase change materials, but currently available systems do not provide heating and cooling systems and processes that can be incorporated into a variety of applications.
예를 들면, 스카린지(Scaringe) 등의 미국 특허 제 4,856,294호는 냉각 매체로서 고상-액상 간의 상변화를 갖는 상변화 물질을 포함하는 미기후 제어 조끼(Micro-Climate Control Vest)를 설명한다. 조끼는 얼음과 같은 임의적인 제 2 상변화 물질층과 임의적인 외부 단열층을 또한 가질 수 있다. 상변화 물질을 포함하는 내부 라이너(liner)는 고체 상태에서 상변화 물질의 강성에 기인하여 개개의 구획으로 나누어진다. 이에 의해, 의류는 단단해지고 유연성이 없어져, 착용하기에 불편하다.For example, US Pat. No. 4,856,294 to Scaringe et al. Describes a Micro-Climate Control Vest that includes a phase change material with phase change between solid and liquid phases as a cooling medium. The vest can also have an optional second phase change material layer, such as ice, and an optional outer insulation layer. The inner liner containing the phase change material is divided into individual compartments due to the stiffness of the phase change material in the solid state. This makes the garment hard and inflexible, which is inconvenient to wear.
상변화 물질을 내장하는 의류의 다른 예가 세니(Senee)등의 미국 특허 제 4,894,931호에 설명된다. 세니는 다양한 신체 부위를 따뜻하게 하는 염(salt)과 같은 상변화 물질을 내장하는 배터리 전원식 전기 가열장치(battery powered electic heating device)를 설명한다. 염은, 그의 용융 온도 이상으로 상승하지 않고서도 다량의 열을 흡수할 수 있기 때문에, 축열 매체(heat storage medium)로서 역할을 하고 또한 저항 히터(resistance heater)에 대한 온도 조절기로서 역할을 한다. 이러한 특성을 갖는 많은 다른 장치에서와 같이, 염의 강성에 더하여 시스템의 강성은 다양한 의류물품에 시스템을 내장하는 것을 곤란하게 한다.Another example of a garment containing a phase change material is described in US Pat. No. 4,894,931 to Senee et al. Senny describes a battery powered electic heating device that incorporates phase change materials such as salts to warm various body parts. The salt acts as a heat storage medium and also as a temperature controller for a resistance heater because it can absorb large amounts of heat without rising above its melting temperature. As with many other devices having this property, the stiffness of the system in addition to the stiffness of the salt makes it difficult to embed the system in a variety of apparel articles.
피들러(Fiedler)의 미국 특허 제 4,572,158호는 과냉각된 상변화 물질인 축열용 식염수를 이용하여 신체 부위를 따뜻하게 하는 가열 패드를 설명한다. 상변화 물질은 액화된 후 응고 없이 실온으로 냉각될 수 있다. 트리거(trigger)가 염을 활성화하도록 사용되어, 발열 결정화(exothermic crystallization)를 야기한다. 이 장치는 피부에 설치될 때에 피부의 화상을 방지하기 위해 천 또는 네오프렌 커버와 함께 판매된다. 또한, 신체를 가열 및 냉각하는 의류에 이 시스템을 내장하는 것이 곤란하다.Fiedler, US Pat. No. 4,572,158, describes a heating pad that uses a supercooled phase change material, saline for heat storage, to warm body parts. The phase change material can be cooled to room temperature without solidification after liquefaction. Triggers are used to activate the salts, causing exothermic crystallization. The device is sold with a cloth or neoprene cover to prevent skin burns when installed on the skin. It is also difficult to embed this system in garments that heat and cool the body.
비고 (Vigo)등의 미국 특허 제 4,851,291호는 상변화 물질로써 중공섬유의 코어를 충전하거나 비중공 섬유의 표면상으로 상변화 물질을 흡수하여 축열 특성을 갖는 섬유를 제조하는 다른 방법을 설명한다. 설명된 상변화 물질은 가교 결합된 폴리에틸렌 글리콜 및 고상 결정-고상 결정 간의 상변화를 갖는 가소성 결정물질을 포함한다. 이러한 섬유들은 가열 또는 냉각에 실제 사용되는 억제 물질(containment material)로의 충분한 상변화 물질의 흡수를 허용하지 않는다.US Patent No. 4,851,291 to Vigo et al. Describes another method for preparing fibers having heat storage properties by filling the core of hollow fibers with phase change materials or by absorbing phase change materials onto the surface of non-hollow fibers. The phase change materials described include plastic crystalline materials having a phase change between crosslinked polyethylene glycol and solid crystal-solid crystals. These fibers do not allow absorption of sufficient phase change material into containment material actually used for heating or cooling.
크레트 (Klett)등의 미국 특허 제 6,763,671호는 폐순환 사이클 냉각 및 보호 장치를 설명한다. 장치는 열전지 냉각원(thermal battery cooling source)을 포함한다. 공교롭게도, 이 시스템은 고정식이고 완전히 폐쇄되어야 한다. 또한, 시스템의 소규모 손상에 의해서도 시스템은 기능을 하지 못하게 되어, 과혹한 노동 조건에는 적당하지 않다.US Pat. No. 6,763,671 to Klett et al. Describes a closed cycle cycle cooling and protection device. The device includes a thermal battery cooling source. Unfortunately, this system must be stationary and completely closed. In addition, even minor damage to the system can render the system inoperable, making it unsuitable for harsh working conditions.
따라서, 본 발명은 다양한 의류 물품에 내장될 수 있으며 신체를 가열 또는 냉각하는 시스템 및 프로세스에 관한 것이다. 사용자는 열을 공급하거나 제거하는 작은 전자 인터페이스를 삽입부(insert)에 삽입함으로써, 개인 자신을 냉각 또는 가열할 수 있다.Accordingly, the present invention relates to systems and processes that can be embedded in various garment articles and heat or cool the body. The user can cool or heat an individual himself by inserting a small electronic interface into the insert that supplies or removes heat.
본 발명에 따른 본 시스템은 히트 싱크(heat sink)의 신규 디자인을 포함하며 또한 냉각 용도에 있어서 열전 유닛(thermoelectric unit)의 고온측으로부터 열을 제거하는 것에 관한 것이다. 이와는 다르게, 상기 시스템은 가열 용도용으로 구성될 수 있다는 점이 고려된다.The system according to the invention comprises a novel design of a heat sink and also relates to removing heat from the high temperature side of a thermoelectric unit in cooling applications. Alternatively, it is contemplated that the system can be configured for heating applications.
본 발명은 열전 장치의 조합 및 열전 장치에 부착된 신규 히트 싱크 형태의 증발 냉각을 포함한다. 부가적으로, 히트 파이프 또는 이와 유사한 열전달 시스템은, 증발이 열전 유닛의 고온측에서 즉시 일어날 수 없는 위치에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 가열 또는 냉각 시스템은 가열 표면과 상기 가열 표면과 단열된 냉각 표면을 갖는 열전 유닛과, 상기 열전 유닛에 열적으로 결합된 히트 싱크와, 또한 상기 히트 싱크에 작동가능하도록 결합된 위킹 물질(wicking material)을 포함한다. 위킹 물질은 에너지를 방산하기 위해서 물과 DNA의 혼합물로써 실질적으로 포화될 수 있다. 통기성 층(breathable layer)은 위킹 물질상에 배치되어 물을 주위로 증발시킨다. 또한, 냉열에너지(cold energy)를 저장하기 위해 상변화 물질(phase change material)이 몸체와 상기 열전 유닛의 저온측과의 사이에 배치되어 상기 시스템의 기능 시간을 증가시킨다. 상기 시스템은 사용자가 물과 DNA 혼합물로써 위킹 물질을 다시 포화시키도록 채워질 수 있는 유닛을 포함할 수 있다. 배터리 유닛 또는 임의의 기타 전원은 열전 유닛에 동력을 공급한다.The present invention includes a combination of thermoelectric devices and evaporative cooling in the form of novel heat sinks attached to thermoelectric devices. In addition, heat pipes or similar heat transfer systems can be used in locations where evaporation cannot occur immediately on the hot side of the thermoelectric unit. In one embodiment, a heating or cooling system includes a thermoelectric unit having a heating surface and a cooling surface insulated from the heating surface, a heat sink thermally coupled to the thermoelectric unit, and a wicking operatively coupled to the heat sink. Wicking material. The wicking material can be substantially saturated with a mixture of water and DNA to dissipate energy. A breathable layer is disposed on the wicking material to evaporate the water around. In addition, a phase change material is disposed between the body and the cold side of the thermoelectric unit to store cold energy to increase the functional time of the system. The system may include a unit that may be filled by a user to saturate the wicking material with a mixture of water and DNA. The battery unit or any other power source powers the thermoelectric unit.
본 발명에 따른 시스템은 이하에 상세히 설명된 각종 다양한 의류 물품에 내장될 수 있다. 일부 의류 물품은 재킷, 조끼, 헬멧, 무대의상, 모자, 속옷, 팬츠 및 양말을 포함한다.The system according to the invention can be embedded in various various garment articles described in detail below. Some apparel articles include jackets, vests, helmets, costumes, hats, underwear, pants and socks.
신규한 본 발명의 목적 및 특징들이 첨부한 특허청구범위에 상세하게 설명되었다. 본 발명의 추가적인 목적 및 장점과 함께 동작상의 구성 및 방식은 아래의 첨부 도면과 관련한 다음의 설명을 참조하여 충분히 이해될 것이다.The objects and features of the novel invention are described in detail in the appended claims. Operational configuration and manner together with additional objects and advantages of the present invention will be fully understood with reference to the following description in connection with the accompanying drawings below.
도 1은 본 발명에 따른 사용될 수 있는 대표적인 히트 파이프를 나타내는 도면;1 shows an exemplary heat pipe that can be used in accordance with the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 대표적인 시스템의 개략도;2 is a schematic diagram of an exemplary system in accordance with the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 단면도;3 is a cross-sectional view of an embodiment according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 대표적인 히트 싱크의 사시도;4 is a perspective view of an exemplary heat sink in accordance with the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 사용 중인 시스템의 일 실시예에 대한 사시도;5 is a perspective view of one embodiment of a system in use in accordance with the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 단면도;6 is a sectional view of another embodiment according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 재킷에 내장된 시스템의 대표적인 실시예의 사시도; 및7 is a perspective view of a representative embodiment of a system embedded in a jacket according to the present invention; And
도 8은 본 발명에 따른 헬멧에 내장된 시스템의 대표적인 실시예의 단면도.8 is a cross-sectional view of a representative embodiment of a system embedded in a helmet in accordance with the present invention.
본 발명은 다음의 예시적인 도면을 참조하여 소정의 특정 실시예와 관련하여 보다 완전히 이해되도록 설명될 것이다. 도면을 참조하면, 도시된 상세한 내용들은 일례이고 단지 본 발명의 소정의 실시예를 예시적으로 논의할 목적이며, 또한 본 발명의 원리와 개념적인 태양의 설명을 가장 유용하고 용이하게 이해되도록 하기 위해 표시되었다. 이 점에 있어서, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것 이상으로 본 발명을 구조적으로 상세하게 나타내기 위한 시도는 행해지지 않았으며, 당업자에게 본 발명의 몇 가지 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지를 도면을 참조하여 설명되었다.The invention will be described more fully with reference to certain specific embodiments with reference to the following illustrative figures. With reference to the drawings, the details shown are by way of example only and for the purpose of exemplarily discussing certain embodiments of the invention, and also in order to provide a thorough understanding and understanding of the principles and conceptual aspects of the invention. Displayed. In this regard, no attempt has been made to structurally show the invention in detail beyond what is necessary for a basic understanding of the invention, and to those skilled in the art how several forms of the invention may be actually implemented. It was described with reference to.
본 발명에서, 다음의 정의는 아래에 열거된 용어들을 위해 사용된다. 이러한 용어들 중 일부는 다른 문장에서 사용되는 경우에는 다른 정의를 갖는다는 점에 주의하여야 한다.In the present invention, the following definitions are used for the terms listed below. It should be noted that some of these terms have different definitions when used in other sentences.
용어 "의류"는, 재킷, 바이킹 쇼츠(biking shorts), 바이킹 슈즈, 바이킹 져지, 운동복, 스포츠 브라, 스판덱스 팬츠, 속옷, 쇼츠, 상의, 셔츠, 장갑, 신발, 부츠, 스키 부츠, 롤러스케이트, 빙상스케이트, 롤러브레이드, 양말, 손목 밴드, 심박동 모니터, 손목 시계, 유니폼, 야구 모자, 골프 모자, 모자챙, 머리밴드, 모자, 안경, 선글라스, 헤드폰, 메달, 펜던트, 보석, 목걸이, 팔찌, 발지, 케미컬 슈트(chemical suit), 바이오 슈트(bio suit), 우주복, 우주헬멧, 방탄조끼, 방화복, 모터사이클용 가죽제품들, 고글, 안전모, 건설공사용 헬멧, 용접 마스크, 자동차 레이싱 헬멧, 모터사이클 헬멧, 자동차 레이싱 슈트, 자동차 레이싱 속옷, 자전거 헬멧, 풋볼 헬멧, 타격 헬멧, 크라켓 타격 헬멧, 야구 타격 헬멧, 소프트볼 헬멧, 스키 헬멧, 스키복 및 속옷, 승마 헬멧, 기수 승마 헬멧, 펜싱 마스크, 펜싱, 펜싱 튜닉, 정강이 싸개, 무릎 패드, 군용 장비 모자, 및 군용 헬멧과 같은 의복 또는 이와 유사한 의상 중 어느 한 물품을 광범위하게 말한다.The term "clothing" refers to jackets, biking shorts, viking shoes, viking jerseys, sportswear, sports bras, spandex pants, underwear, shorts, tops, shirts, gloves, shoes, boots, ski boots, roller skates, ice skates. Skates, rollerblades, socks, wristbands, heart rate monitors, wristwatches, uniforms, baseball caps, golf caps, hat visors, headbands, caps, glasses, sunglasses, headphones, medals, pendants, jewelry, necklaces, bracelets, feet, chemicals Chemical suit, bio suit, space suit, space helmet, bulletproof vest, fire suit, motorcycle leather goods, goggles, hard hat, construction helmet, welding mask, car racing helmet, motorcycle helmet, car Racing suits, car racing underwear, bicycle helmets, football helmets, batting helmets, racket batting helmets, baseball batting helmets, softball helmets, ski helmets, ski suits and underwear, equestrian helmets, jockey riding helmet Fencing masks, fencing, fencing tunic, wrapper shin, knee pads, hats military equipment, and any one of the items, such as clothing or similar costumes and military helmets speaks extensively.
용어 "상변화 물질(phase change material)"은, 임의의 온도에서 액체화되거나 고체화되면서, 많은 양의 에너지를 축적하거나 방출할 수 있도록 높은 융합열을 갖는 임의의 물질을 말한다. 당업자는 PCM Energy Pct 회사의 PCM LatestTM 또는 염화칼슘6수화물(calcium chloride hexahydrate)과 같은 다양한 상변화 물질(유기 및 무기 양자 모두)이 본 발명에 적용될 수도 있음을 명확히 이해할 수 있을 것이다. 다른 예로서, 헵타논-4(Heptanone-4), n-운데칸(n-Undecane), TEA-16, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol), 물, Thermasorb 65 및 Thermasorb 43이 포함된다. 많은 다양한 상변화 물질이 본 발명의 시스템에 적용될 수 있다는 것은 알 수 있을 것이다.The term "phase change material" refers to any material that has a high heat of fusion so that it can accumulate or release large amounts of energy while liquefied or solidified at any temperature. Those skilled in the art will clearly understand that various phase change materials (both organic and inorganic) may be applied to the present invention, such as PCM Latest ™ or calcium chloride hexahydrate from PCM Energy Pct. Other examples include heptanone-4, n-undecane, TEA-16, ethylene glycol, water, Thermasorb 65 and Thermasorb 43. It will be appreciated that many different phase change materials can be applied to the system of the present invention.
용어 "위킹 물질(wicking material)"은 다른 물질을 그 안으로 끌어들일 수 있는 능력을 갖는 임의의 물질을 말한다. 본 발명에 따르면, 위킹 물질은, 예를 들어, 면, 4DG 섬유와 같은 위킹 섬유, 초심지(candle wick), 초흡수제(super absorbents) 및 스폰지를 포함한다.The term "wicking material" refers to any material that has the ability to attract other materials into it. According to the invention, the wicking material comprises, for example, cotton, wicking fibers such as 4DG fibers, candle wick, super absorbents and sponges.
용어 "냉각제"는, 본 발명의 발명에 따르는 시스템에 의하여 발생된 열을, 그 열을 사용하거나 방산하기 위한 상기 시스템의 다른 영역으로 전달하기 위하여 본 발명에 따른 시스템을 통하여 흐르는 유체를 일반적으로 말한다. 본 발명에 따라 채용될 수 있는 냉각제의 예로는 암모니아, 물, 에틸알코올, 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.The term “coolant” generally refers to a fluid flowing through the system according to the invention for transferring heat generated by the system according to the invention to other areas of the system for use or dissipation of that heat. . Examples of coolants that can be employed in accordance with the invention include ammonia, water, ethyl alcohol, polyethylene glycol.
용어 "액체"는, 벌크(bulk) 상태의 경계에서 별개의 표면을 자유롭게 형성할 수 있는 유체를 말한다. 이 표면은, 액체가 용기에 의하여 구속되지 않는 자유표면이다. 본 발명의 발명에 따르는 위킹 물질을 포화시키는데 사용될 수 있는 용액으 로는 물과 에틸 알코올을 포함한다. 본 발명의 발명에 따르면 소변과 같은 유체도 또한 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다The term "liquid" refers to a fluid capable of freely forming a separate surface at the boundary of the bulk state. This surface is a free surface on which liquid is not constrained by the container. Solutions that can be used to saturate the wicking material according to the invention of the present invention include water and ethyl alcohol. In accordance with the invention it can be seen that fluids such as urine can also be used.
본 발명에 따르면, 시스템 및 공정은 열전대에서 한쪽 접합점의 냉각과 다른 쪽 접합점의 가열을 동시에 할 수 있는 열전효과를 근거로 한다. 상기 열전효과는 두 개의 접합점에서 상호 연결된 2개의 다른 금속 또는 반도체 (N-타입 및 P-타입)를 통해 전류가 통과될 때 발생한다. 현재 사용되는 열전 소자는 한쪽 면과 마주하는 모든 P-타입 재료와 다른 쪽 면과 마주하는 N-타입을 갖는 수천 개의 P-N 접합점의 네트워크이다. 전류의 방향에 따라서, P-타입 또는 N-타입 표면 중 어느 하나가 뜨거워지거나 차가워지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 시스템에 내장된 열전 유닛은 전기를 가열 및 냉각 동력으로 직접 전환하는 고효율 열펌프이다. 동력이 열전 유닛에 공급될 때, 전류는 유닛의 일측면 (저온측)이 열을 흡수하도록 한다. 반면에, 열전 유닛의 타측면 (고온측)은 열 (고온측)을 방출한다. 이에 의해, 열전 유닛은 열을 저온측으로부터 고온측으로 흐르도록 한다. 전류를 반대로 흐르게 할 경우 열은 반대 방향으로 이동됨으로써 상기 고온측과 저온측을 역전시킨다. 결과적으로, 본 발명에 따른 가열 및 냉각은 사용자에 의해 선택될 수 있다. 당업자는 시스템의 사용자에게 여러 가지 형태의 가열 및 냉각 효과를 제공하기 위해 본 발명에 따른 시스템의 다양한 재구성이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.According to the present invention, the system and process are based on the thermoelectric effect which enables simultaneous cooling of one junction and heating of the other junction in the thermocouple. The thermoelectric effect occurs when a current is passed through two different metals or semiconductors (N-type and P-type) interconnected at two junctions. Current thermoelectric devices are networks of thousands of P-N junctions with all P-type materials facing one side and N-types facing the other. Depending on the direction of the current, either the P-type or N-type surface becomes hot or cold. Thus, the thermoelectric unit embedded in the system according to the invention is a high efficiency heat pump that directly converts electricity into heating and cooling power. When power is supplied to the thermoelectric unit, current causes one side (low temperature side) of the unit to absorb heat. On the other hand, the other side (high temperature side) of the thermoelectric unit emits heat (high temperature side). Thereby, the thermoelectric unit causes heat to flow from the low temperature side to the high temperature side. When the current flows in reverse, the heat moves in the opposite direction to reverse the high temperature side and the low temperature side. As a result, the heating and cooling according to the invention can be selected by the user. Those skilled in the art will appreciate that various reconfigurations of the system according to the invention are possible in order to provide the user of the system with various types of heating and cooling effects.
히트 파이프 (heat pipe)는 본 발명에 따른 특정 실시예들에 사용될 수 있다. 히트 파이프는 파이프의 고온측에서 물을 증발시키고 이를 저온측에서 응축시 켜서 열을 한곳에서 다른 곳으로 신속하게 이동시킬 수 있는 열전도성 튜브이다. 히트 파이프의 일반적인 예가 도 1에 도시되었다. 참조번호 2에 도시된 바와 같이 작동 유체가 증기로 증발하면서 열에너지를 흡수한다. 증기는 참조번호 6에 도시한 바와 같이 증기 공동부(vapor cavity, 4)를 따라 저온단(low temperature end, 8)으로 이동한다. 참조번호 10에서, 증기는 그 후 유체 상태로 다시 응축하고 윅 (wick, 12)에 의해 흡수되어 열 에너지를 방출한다. 작동 유체는, 참조번호 16에서 일반적으로 도시된 바와 같이, 고온단(14)로 다시 흐른다.Heat pipes may be used in certain embodiments according to the present invention. Heat pipes are thermally conductive tubes that can quickly transfer heat from one place to another by evaporating water on the hot side of the pipe and condensing it on the cold side. A general example of a heat pipe is shown in FIG. As shown at 2, the working fluid absorbs thermal energy as it evaporates into steam. The vapor moves to a
도 2를 참조하면, 열전 시스템의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 가요성(flexible) 히트 파이프가 시스템에 내장된다. 매립된 열전대를 갖는 냉각판(20)이 인체의 일부에 받쳐져 있다. 히트 파이프 증기 도관(22)은 히트 파이프 응축기 유닛(24)에 연결된다. 이러한 히트 파이프 응축기 유닛은 사용자의 엉덩이 부위 또는 다른 부위에 클립 고정되어 시스템을 효율적으로 이용할 수 있게 할 수 있다. 배터리 팩(28)은 에너지를 상기 열전 시스템으로 공급하여 운영자가 시스템을 작동하거나 멈출 수 있게 한다. 이에 의해, 만약 예를 들어 사람이 신체 일부를 냉각하고자 한다면, 액체는 냉각판(20)에서 증발하여 히트 파이프 증기 도관(22)으로 빠져나갈 것이다. 상기 증기는 증기를 응축하고 열에너지를 방출하는 응축기 유닛(24)으로 이동할 것이다. 히트 파이프 액체 귀환부(26)는 액체를 냉각판(20)으로 귀환시킨다.Referring to FIG. 2, one embodiment of a thermoelectric system is schematically illustrated. In this embodiment, a flexible heat pipe is embedded in the system. A cooling
이러한 특정 실시예에서, 히트 파이프의 코어는 폴리카보네이트, 또는 폴리 염화비닐, 케블라 복합 섬유(Kevlar® composite) 또는 다양한 기타 가요성 복합 재료와 같은 유사 재료 및 탄소 나노튜브, 또는 은, 탄소 섬유 및 흑연과 같이 높은 열전도율을 갖는 유사 재료로 만들어질 수 있다. 히프 파이프는 약 200 W/m-K의 열전도율을 갖는 은 나노입자 페이스트 또는 탄소 나노섬유로 피복될 수 있다. 히트 파이트의 단부들은 재료에 함유된 고농도 흑연과 400 W/m-K의 열전도율을 갖는 탄소 나노튜브를 가질 수 있다. 기타 가능한 재료 조합물로서, 탄소 섬유 및 금 나노입자 등이 사용될 수 있다.In this particular embodiment, the core of the heat pipe is polycarbonate, or similar materials such as polyvinyl chloride, Kevlar ® composite or various other flexible composite materials and carbon nanotubes, or silver, carbon fiber and graphite. It can be made of a similar material having a high thermal conductivity such as. The bottom pipe may be coated with silver nanoparticle paste or carbon nanofibers having a thermal conductivity of about 200 W / mK. The ends of the heat pit may have high concentration graphite contained in the material and carbon nanotubes having a thermal conductivity of 400 W / mK. As other possible material combinations, carbon fibers and gold nanoparticles and the like can be used.
상기 시스템은, 예를 들어, 몸통에 착용될 수 있다. 그러한 시스템의 단면도가 도 3에 도시되었다. 열전 모듈(32)을 내장한 냉각판(30)이 사람의 몸통(34)에 착용된다. 쿠션 겔(cushioning gel, 36)이 냉각판(30)과 몸통(34)의 사이에 놓여져 시스템의 이용자에게 지지감과 안락감을 제공할 수 있다. 신체가 냉각됨에 따라, 히트 파이프(38) 내의 증기는 몸통(34)에서부터 멀리 떨어져 설치되어 있는 응축기로 이동할 것이다. 벨크로 부착물(40)은 히트 파이프(38)와 신체 방호구(body armor, 42)의 사이에 부착 메카니즘을 제공할 수 있다. 또한, 단열재(44)가 히트 파이프와 냉각판(30)의 사이에 단열을 제공한다. 쿠션 겔(36)뿐만 아니라, 도전성 섬유층이 열전 유닛과 사용자의 피부 사이에 놓일 수 있다.The system can be worn on the body, for example. A cross-sectional view of such a system is shown in FIG. 3. The cooling plate 30 incorporating the thermoelectric module 32 is worn on the
상술한 열전 시스템에 의해 일단 빠져나온 열은 방열되어야 한다. 열전 유닛의 고온측에 부착된 히트 싱크(heat sink)에 의한 직접 방열은, 상기 시스템이 두꺼운 외장 조끼 아래에 착용되기 때문에, 본 실시예에서 구체화하는 것이 곤란할 수 있다. 따라서, 상기 열을 열전 유닛으로부터 외부로 안전하고 효율적으로 발산될 수 있는 장소까지 운반하기 위해 상술한 바와 같은 히트 파이프가 내장된다.The heat once escaped by the above-mentioned thermoelectric system should be dissipated. Direct heat dissipation by a heat sink attached to the high temperature side of the thermoelectric unit can be difficult to embody in this embodiment since the system is worn under a thick outer vest. Thus, a heat pipe as described above is incorporated to transport the heat from the thermoelectric unit to a place where it can safely and efficiently dissipate outward.
약 0.25 인치의 두께를 갖는 얇은 알루미늄 패드 (또는 유사한 도전 합금, 금속, 또는 마그네슘, 탄소-섬유, 및/또는 탄소-탄소재 또는 탄소-탄소 복합재와 같은 재료)일 수 있는 히트 싱크 블록 또는 스트립은 히트 파이프가 작동될 수 있는 각 열전 유닛의 고온측에 부착될 수 있다. 다양한 크기의 히트 싱크 블록 또는 스트립이 시스템의 용도와 크기에 근거하여 선택될 수 있다. 양면 테이프, 에폭시 시멘트, 고도의 열전도성 히트 필름 접착제 등과 같은 열전도성 접착제가 히트 싱크를 열전 유닛 상에 장착하기 위해 사용될 수 있다. 히트 파이트 내의 냉각제는 열을 흡수하여 히트 파이프의 본래 위킹 작용 (wicking action)에 의해 방열기 또는 응축기로 열을 운반한다.The heat sink block or strip may be a thin aluminum pad (or similar conductive alloy, metal, or material such as magnesium, carbon-fiber, and / or carbon-carbon material or carbon-carbon composite) having a thickness of about 0.25 inches. Heat pipes may be attached to the hot side of each thermoelectric unit in which it may be operated. Various sizes of heat sink blocks or strips may be selected based on the use and size of the system. Thermally conductive adhesives such as double-sided tape, epoxy cement, highly thermally conductive heat film adhesives and the like can be used to mount the heat sink onto the thermoelectric unit. The coolant in the heat pipe absorbs heat and transfers heat to the radiator or condenser by the original wicking action of the heat pipe.
상기 히트 파이프는 따뜻한 공기가 신체로 이동하는 것을 방지하기 위해 단열될 수 있으며, 사용자에게 안락감을 줄 수 있도록 가요성을 가진다. 예를 들면, 사용될 수 있는 단열재는 모직물, 서말 세라믹스사의 400 미네랄 섬유지(Thermal Ceramics 400 Mineral Fiber Paper), 서말 세라믹스사의 Min-K 타입 LW 단열테이프(Thermal Ceramics Min-K Type LW Insulating Tape), 및 지르코니아사의 ZYK-15 지르코니아 천(Zirconia ZYK-15 Zirconia Cloth) 등을 포함한다.The heat pipe may be insulated to prevent warm air from moving to the body and is flexible to provide comfort to the user. For example, insulation that may be used is wool, Thermal Ceramics 400 Mineral Fiber Paper, Thermal Ceramics Min-K Type LW Insulating Tape, and Zirconia ZYK-15 Zirconia Cloth, and the like.
상기 시스템이 멈춰지면, 열이 시스템을 사용하는 개인에게 다시 전달되지 않도록, 잔류 에너지는 저장되거나 방산(放散)되어야 한다. 축열기(heat capacitor)를 사용하는 주목적은 에너지를 방산하기 위함이다. 열전 유닛으로부터 전달된 열 에너지는 외부 환경으로 계속해서 방산되거나 전체 시스템의 효율을 증가시킬 수 있는 다른 에너지의 형태로 저장되어야 한다. 전체 시스템은 인체로부터 약 173 kcal/시간 (200 와트)를 부가하거나 제거하도록 설계된다. 그러나, 소규모 설계 변경에 의해, 이 용량은 현저하게 증가하거나 감소할 수 있다.When the system is stopped, residual energy must be stored or dissipated so that heat is not transferred back to the individual using the system. The main purpose of using a heat capacitor is to dissipate energy. The thermal energy transferred from the thermoelectric unit must be stored in the form of other energy that can continue to dissipate to the external environment or increase the efficiency of the overall system. The entire system is designed to add or remove about 173 kcal / hour (200 watts) from the human body. However, with small design changes, this capacity can increase or decrease significantly.
본 발명에 따르면, 도4에 도시된 바와 같이 축열기가 사용될 수 있다. 축열기는 사용자의 엉덩이 또는 특별한 용도와 사용에 편리한 다른 위치 옆에 놓일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 축열기는 인공적으로 합성된 디옥시리보핵산 (DNA)으로 채워진 물을 보유하고 내부 핀(fin, 52)을 갖는 진공 포장된 용기(50)일 수 있다. 상기 축열기가 인체로부터 제거된 열을 방산하도록 상기 히트 파이프(54)는 핀(52)과 축열기(50)을 통과한다. 물의 양, DNA량, 및 핀의 개수는 축열기의 크기에 달려 있을 것이다. 상기 열은 물의 증발과 DNA내의 수소결합의 파괴에 의해 방산된다. 10g의 물을 증발시키기 위해, 약 6kcal의 에너지가 필요하다. 1몰의 수소 결합을 파괴하기 위해, 시스템은 10kcal를 필요로 한다. 상기 축열기는 10몰의 수소결합으로 이루어진 DNA를 갖는 200g의 물을 함유하는 것이 바람직하다.According to the present invention, a heat accumulator can be used as shown in FIG. The heat accumulator may be placed next to the user's hip or other location convenient for special use and use. As shown in FIG. 4, the regenerator may be a vacuum packed
상술한 바와 같이, 히프 파이프(54)는 축열기(50)를 통과하게 되고, 그러하여 상기 히트 파이프와 일예로서 물과 DNA로 이루어진 냉각제 사이에 열교환이 일어날 수 있다. 큰 표면적을 갖는 상기 축열기의 사용은 히트 파이프로부터 냉각제사이의 상당히 개선된 열전달을 가능하게 한다.As described above, the
일 실시예에서, 상기 축열기는 길이가 1인치이고 두께가 1/16인치인 사각 핀을 갖는다. 평방 인치당 64개의 핀이 2인치 사각 박스 위에 계층화되어 질 수 있 다. 이는 축열기당 1280개의 핀을 제공한다. 핀 위에 얇은 커버를 두는 것은 손상 및/또는 찢어짐을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.In one embodiment, the heat accumulator has square fins 1 inch long and 1/16 inch thick. 64 pins per square inch can be layered on top of a 2 inch square box. This provides 1280 pins per regenerator. Placing a thin cover over the pin can help prevent damage and / or tearing.
이 실시예는 핀당 1.6 × 10-4의 표면적, 또는 0.205 ㎡의 핀으로만 된 표면적(net finned surface area)을 제공한다. 만약, 대류 열전달 계수(convection constant)가 70이고 ΔT가 5℃(T대기가 40℃이고 열전 유닛의 T고온측이 45℃)라고 가정한다면, 72W의 열이 강제 공기대류에 의하여 박스로부터 방산된다.This embodiment provides a surface area of 1.6 × 10 −4 per fin, or a net finned surface area of only 0.205 m 2. If we assume that the convection heat transfer coefficient is 70 and ΔT is 5 ° C (T atmosphere is 40 ° C and the T high temperature side of the thermoelectric unit is 45 ° C), then 72W of heat is dissipated from the box by forced air convection. .
축열기 박스 내의 유체는 5434 J의 순열(net heat)을 흡수할 수 있다. 박스가 이상적으로 200 W를 받아들이고 145.5 W를 손실하는 경우, 56.5 W의 실질 차이 (net difference)가 있다. 따라서, 상기 56.5 W의 열은 수소결합의 파괴에 의해 그리고 물의 증발을 통해서 저장될 것이다.The fluid in the regenerator box can absorb 5434 J net heat. If the box ideally accepts 200 W and loses 145.5 W, there is a net difference of 56.5 W. Thus, the 56.5 W of heat will be stored by the breakdown of hydrogen bonds and through evaporation of water.
본 발명에 따른 조끼에 내장된 시스템의 대표적인 실시예가 도 5에 도시되었다. 이 실시예에서, 열전 어레이(70)는 사용자 몸통의 대부분을 덮는다. 가요성 히트 파이프(72)는 사용자의 몸체로부터 열을 제거하기 위해 열전 어레이(70)에 결합된다. 열전 어레이 내의 각 열전 유닛은 상술한 바와 같이 히트 싱크 또는 스트립을 구비할 수 있다. 히트 파이프는 기화된 액체를 축열기(74)로 운반한다. 가요성 히트 파이프(72)는 히트 파이프를 히트 싱크에 작동가능하게 연결하도록 탈착 가능한 플러그 또는 다른 수단으로써 축열기(74)에 부착되어, 열을 방산할 수 있다. 배터리 팩(76)이 시스템에 부착된다. 상기 배터리 팩은 가변 온도 제어를 제공할 수 있고 사용자가 착용할 수 있는 신체 방호구, 조끼 또는 기타 의복 또는 의류에 부 착될 수 있다.A representative embodiment of a system embedded in a vest according to the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the
배터리는 가능한 최대 암페어/시간 (ah)값과 최소 무게로 선택될 수 있다. 바람직하게는, 배터리는 재충전할 수 있을 것이고 가능한 경량일 것이다. 조끼의 뒷면은 배터리를 편안하게 유지하는 포켓을 포함할 수 있다. 본 시스템에 내장될 수 있는 배터리 형태는 리튬 이온, 수소화 리튬 금속(lithium metal hydride), 특히 리튬 폴리머를 포함한다. 다른 동력원이 구상될 수 있다. 예를 들어, 다른 동력원, 즉 바람, 태양, 및 기계적 동력원이 시스템에 전원을 공급하기 위해 사용될 수 있다.The battery can be selected with the maximum possible amperage / hour (ah) value and the minimum weight. Preferably, the battery will be rechargeable and will be as lightweight as possible. The back of the vest may include a pocket to hold the battery comfortably. Battery types that can be embedded in the system include lithium ions, lithium metal hydrides, in particular lithium polymers. Other power sources can be envisioned. For example, other power sources, wind, solar, and mechanical power sources can be used to power the system.
열전 어레이는 대략 6 내지 9개의 열전 유닛으로 이루어질 수 있다. 이 개수는 다양한 신체 크기를 갖는 사람들을 수용하기 위해 증가하거나 감소할 수 있다. 일 실시예에서, 각 열전 유닛은 스틸의 두께가 대략 1/16인치인 스틸 패드(steel pad)에 부착된다. 상기 스틸 패드는 일측에서 히트 싱크와 열전 유닛을 열적으로 연결해주고 타측에서는 몸통과 열전 유닛 사이에서 전도율을 증가시키는 역할을 한다.The thermoelectric array may consist of approximately six to nine thermoelectric units. This number may increase or decrease to accommodate people with various body sizes. In one embodiment, each thermoelectric unit is attached to a steel pad having a thickness of approximately 1/16 inch. The steel pad thermally connects the heat sink and the thermoelectric unit on one side and increases the conductivity between the body and the thermoelectric unit on the other side.
각각의 열전 유닛은 알루미늄 메쉬의 상단에서 사용자 조끼의 표면에 부착되어, 예를 들면, 열전 유닛을 넣어두는 상자인 알루미늄 컵의 기저부와 더불어 히트 싱크 또는 스트립으로서 역할을 할 수 있다. 바람직하게는, 각각의 열전 유닛은 얇고 이는 대략 0.5인치 이하이다. 유사하게, 알루미늄 컵은 무게뿐만 아니라 열저항을 감소시키기 위해 매우 얇은 벽을 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 알루미늄 메쉬를 대신하여 사용될 수 있는 다른 적당한 재료로는 스틸 메쉬 또는 탄소 섬유 직 물이 있다. 탄소 나노튜브는 알루미늄을 대신하여 히트 싱크로서 또한 사용될 수 있다. CNT, 폴리머 및 섬유로 이루어진 복합재가 또한 열전달을 수행하고 히트 싱크로서 또한 역할하기 위해 사용될 수 있다.Each thermoelectric unit is attached to the surface of the user's vest at the top of the aluminum mesh to serve as a heat sink or strip, for example with the base of the aluminum cup, which is the box in which the thermoelectric unit is placed. Preferably, each thermoelectric unit is thin and it is about 0.5 inches or less. Similarly, aluminum cups can have very thin walls to reduce weight as well as heat resistance. As mentioned above, another suitable material that can be used in place of the aluminum mesh is a steel mesh or carbon fiber fabric. Carbon nanotubes can also be used as heat sinks in place of aluminum. Composites of CNTs, polymers and fibers can also be used to perform heat transfer and also serve as heat sinks.
이러한 열전 유닛은 효과적이고 직접적인, 신체로부터의 열전달을 제공한다. 열 역류는 타이밍 회로(timing circuit)를 통해서 해결된다. 따라서, 시스템이 작동을 멈추면, 전원이 즉시 끊어지지 않아서, 온도가 평형 상태에 이를 때까지 열 환류를 방지한다.Such thermoelectric units provide effective and direct heat transfer from the body. Thermal backflow is solved through a timing circuit. Thus, when the system stops operating, the power does not immediately shut off, preventing heat reflux until the temperature reaches equilibrium.
일례로서, 본 발명에 따른 시스템이 조끼에 내장될 때, 시스템은 금속 혼합 '천' 패널이 부착되어 사용자의 가슴에 걸쳐서 놓여 있는 편안한 맞춤 천연 무명 조끼를 포함할 수 있다. 이 패널은 열전 유닛과 신체의 사이에 효과적인 열교환을 가능하게 하도록 알루미늄에 침지된 무명실로 만들어질 수 있다. 222 W/m-K의 열전도율(k) 값을 갖는 알루미늄은 본질적으로 무시할 수 있는 열 저항을 제공하기 때문에, 사용자는 열전 유닛의 저온측과 동일한 온도를 느끼는 반면에, 무명심(cotton core)은 장력에서 추가적인 강도를 제공한다.As an example, when the system according to the invention is embedded in a vest, the system may comprise a comfortable custom natural cotton vest with a metal blend 'cloth' panel attached to it and placed over the user's chest. This panel can be made of a cotton chamber immersed in aluminum to enable effective heat exchange between the thermoelectric unit and the body. Because aluminum with a thermal conductivity (k) value of 222 W / mK provides essentially negligible thermal resistance, the user feels the same temperature as the low temperature side of the thermoelectric unit, while the cotton core is at tension Provide additional strength.
비록 직물이 사용자에게 보다 안락감을 제공하지만, 이 조끼는 조끼의 면직물에 직접 연결된 얇은 알루미늄 도체 패드를 이용하여 직물 없이 또한 구성될 수 있다.Although the fabric provides more comfort to the user, the vest can also be constructed without the fabric using thin aluminum conductor pads directly connected to the cotton fabric of the vest.
본 발명에 따른 열전 시스템은 또한 전류에 의존하는 작동 온도를 가능한 넓은 범위에서 가질 수 있다. 열전달률은 열전 유닛을 통과하는 전류에 직접적으로 비례한다. 전류 조절기 제어부가 열전 어레이에 부착되어, 사용자가 그들의 상황에 잘 맞게 조끼의 온도를 제어할 수 있다. 열전 유닛이 자가 조절에 의해 배터리로부터 전류를 끌어낼 수 없기 때문에, 전류 조절기는 배터리 소모를 또한 방지할 것이다.The thermoelectric system according to the invention can also have a wide range of operating temperatures which depend on the current. The heat transfer rate is directly proportional to the current passing through the thermoelectric unit. A current regulator control is attached to the thermoelectric array, allowing the user to control the temperature of the vest to suit their situation. Since the thermoelectric unit cannot draw current from the battery by self regulation, the current regulator will also prevent battery drain.
소정의 실시예에서, 히트 파이프가 사용될 수 있지만, 필수품은 아니다. 이 실시예의 단면이 도 6에 도시되었다. 적어도 하나의 열전 유닛(80)이 사용자의 몸체에 안착되어 있다. 쿠션 겔이 추가적인 안락감을 위해 열전 유닛과 사용자의 몸체 사이에 위치될 수 있다. 쿠션 겔 뿐만 아니라, 도전성 직물 또는 기타 도전 재료의 층이 사용자의 몸체와 열전 유닛 사이에 위치될 수 있다. 상변화물질(phase change material)이 몸통과 마주하는 열전 유닛의 측면에 열적으로 결합되어 열을 저장하거나 흡열재(heat absorbent material)로서 작용하여, 일회 사용 수명을 증가시킨다. 이러한 층들은 접착제 또는 기타 결합 재료로서 결합될 수 있다. 배터리(82)는 열전 유닛에 부착되어, 열전 유닛에 전기를 제공한다. 열전 유닛 (80)의 고온측에, 알루미늄, 또는 유사한 도전 합금, 금속, 또는 마그네슘, 탄소-섬유, 및/또는 탄소 재료 또는 탄소 복합재와 같은 재료로 이루어진 히트 싱크 (84)가 있으며, 이 히트 싱크는 열전 유닛의 고온측에 부분적으로 또는 완전히 노출될 수 있다. 전술한 바와 같이, 동력이 열전 유닛 또는 유닛들에 공급될 때, 전류는 열전 유닛의 일측면이 열을 흡수하도록 하고, 타측면(고온측)이 열을 방출하도록 한다. 열전 유닛은 열을 저온측으로부터 고온측으로 흐르도록 한다. 만약 전류가 역전된다면, 열은 반대 방향으로 이동하여, 사람의 신체 일부를 차갑게 하기보다 따뜻하게 할 것이다. 열전 유닛의 저온측이 몸체를 차갑게 함에 따라, 열은 알루미늄 또 는 기타 합금으로 이루어진 히트 싱크(84)를 통해 열전 유닛의 고온측으로 유도된다.In certain embodiments, heat pipes may be used but are not required. A cross section of this embodiment is shown in FIG. At least one thermoelectric unit 80 is seated on the user's body. A cushion gel can be placed between the thermoelectric unit and the user's body for additional comfort. In addition to the cushion gel, a layer of conductive fabric or other conductive material may be located between the user's body and the thermoelectric unit. A phase change material is thermally coupled to the side of the thermoelectric unit facing the body to store heat or act as a heat absorbent material, increasing the one-time service life. These layers can be joined as an adhesive or other bonding material. The
면(cotton)과 같은 위킹 물질(86)이 알루미늄 히트 싱크상에 배치된다. 위킹 물질(86)은 물과 DNA를 가질 수 있으므로, 열이 물의 증발과 DNA내의 수소결합의 파괴에 의해 방산될 수 있다. 히트 싱크에서, 상기 물은 DNA와 혼합되어 축열기로서 작용을 한다. DNA는 수소결합을 가지며, DNA와 혼합된 물이 가열될 때에, 수소결합이 열을 흡수하여 파괴된다. 히트 싱크로 열의 공급을 중단하도록 시스템이 꺼지는 경우, DNA는 재충전된다. 이는 DNA가 본 발명에 따른 시스템에 사용될 수 있는 양호한 자기 재충전물질(self recharging material)이 되도록 한다. 위킹 물질(86)은 에너지를 흡수하고 에너지의 방산을 촉진시킨다. 통기성 직물 또는 다른 대체물인 다공성 재료는 상기 위킹 물질에 결합되어 상기 물을 대기로 증발시킨다.Wicking
의류 물품의 특정 영역으로부터 외부로의 증발이 이행 불가능하거나 실행될 수 없다면, 히트파이프를 사용하여 엉덩이, 겨드랑이 또는 위킹 물질로부터 물의 증발 및 방열이 편리한 장소에 있는 기타 영역에 위치한 축열기로 열을 운반할 수 있다.If evaporation from the specific area of the article of clothing is not feasible or feasible, heat pipes may be used to transfer heat from the hips, armpits or other material in the area where the evaporation and dissipation of water from the wicking material is convenient. Can be.
또한, 물이 증발함에 따라, 시스템에 더 많은 물을 추가하는 것이 바람직할 것이다. 임의의 팩이 원하는 만큼 시스템을 다시 채우기 위해 시스템에 작동가능하도록 연결될 수 있다. 이 팩은 사용자의 신체에 휴대되어 언제든지 연결될 수 있거나 선택적으로 휴대되어 필요할 때에 부착될 수 있다. 증발 액체로서 물을 사용하는 것이 바람직하지만, 암모니아 또는 에틸 알코올 등의 다른 액체가 사용될 수 있 다.In addition, as the water evaporates, it will be desirable to add more water to the system. Any pack can be operatively connected to the system to repopulate the system as desired. The pack can be carried on the user's body and connected at any time, or optionally carried and attached when needed. It is preferable to use water as the evaporating liquid, but other liquids such as ammonia or ethyl alcohol can be used.
다른 예가 도 7에 도시되었다. 온도 제어기(92)가 사용자의 재킷 상에 위치되어 시스템을 용이하게 제어할 수 있도록 한다. 온도 제어기(92)는 배터리 팩 (94)에 작동가능하도록 연결되어 에너지를 열전 유닛(96)에 제공한다. 본 발명에 따른 시스템의 사용 방식에 따라 저온측이 몸체에 가장 근접하거나 고온측이 몸체에 가장 근접하도록 열전 유닛이 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 알루미늄 또는 기타 허용가능한 재료가 열전 유닛 주위에 배치되어 히트 싱크(98)로서 작용한다. 물과 DNA를 갖는 위킹 물질(100)이 전술한 바와 같이 사용되어 에너지를 대기로 방산한다. 위킹 물질(100)상에 작동가능하도록 배치된 통기성 층은 물 또는 유사 재료를 재킷(102)의 바깥쪽으로 증발시킨다.Another example is shown in FIG. 7.
시스템을 내장한 헬멧이 도 8에 도시되었다. 열전 유닛(110)은 사용자의 머리에 직접적으로 안착할 수 있거나 또는 사용자와 열전 유닛 사이에 겔 또는 쿠션 재료를 갖는다. 배터리(112)는 열전 유닛에 전력을 공급한다. 히트 싱크 물질(114)은 열전 유닛에 작동가능하도록 연결된다. 위킹 물질(116)은 알루미늄 히트 싱크에 작동가능하도록 연결된다. 위킹 물질(116)은 물과 DNA 또는 에너지를 증발시키거나 방산하는 기타 액체를 갖는다. 상변화물질(118)은 헬멧으로부터 주위로의 증발을 가능하게 한다. 반대로, 만약 열전 유닛의 지점에서 증발을 가능하게 실행할 수 없다면, 열은 헬멧 또는 신체의 다른 부위로 옮겨져서 상이한 영역에서 증발을 가능하게 한다. 또한, 전체 헬멧은 히트 싱크로서 작용할 수 있고 전체 표면으로부터 물 또는 다른 액체를 증발시킬 수 있다.A helmet incorporating the system is shown in FIG. The
본 발명에 따른 시스템이 이미 기재된 각종 다양한 의류 물품에 내장될 수 있다는 것이 구상된다.It is envisioned that the system according to the invention may be embedded in a variety of already described garment articles.
상술한 바와 같은 모든 실시예들에서, 개인 열 제어 장치를 구성하는 구성요소는 작동 스위치, 제어 회로판(인쇄회로판 또는 다른 방법), 하나 이상의 열전 유닛, 하나 이상의 배터리, 및 하나 이상의 물(또는 기타 적당한 재료) 공급부를 포함할 수 있다. 상기 구성요소들은 본 발명에 따른 시스템을 내장하는 의류 물품 내에 분포 및/또는 의류 물품에 영구적으로 또는 임시로 부착될 수 있다. 특정 용도 또는 의복에 따라서, 두 개 이상의 구성요소가 함께 위치되거나 결합될 수 있다. 이러한 구성요소들은 더 작은 하위 구성요소들로 나누어질 수 있는데, 예를 들면, 하나 이상의 열전 유닛은 하나 이상의 다른 열전 유닛으로부터 원격 설치되어 더욱 분산된 냉각효과를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 배터리들은 의류의 도처에 분포되거나 용도 및 사용자의 요구에 따라 한군데에 설치될 수 있다.In all embodiments as described above, the components that make up the personal thermal control device may include an actuation switch, a control circuit board (printed circuit board or other method), one or more thermoelectric units, one or more batteries, and one or more water (or other suitable). Material) supply. The components can be permanently or temporarily attached to a distribution and / or clothing article in an article of clothing containing the system according to the invention. Depending on the particular application or garment, two or more components may be located or combined together. Such components may be divided into smaller subcomponents, for example, one or more thermoelectric units may be installed remotely from one or more other thermoelectric units to provide more distributed cooling. Likewise, batteries may be distributed throughout the garment or installed in one location depending on the application and the needs of the user.
열전달 사이클 또는 기타 조정의 지속 기간이 사용자에 의해 행해지도록 작동 스위치는 제어 회로판과 통신가능하도록 결합될 수 있으며, 제어 회로판은 온도 정보를 수신하기 위해 열전 유닛에 작동가능하도록 연결된다.The actuation switch can be communicatively coupled with the control circuit board such that the duration of the heat transfer cycle or other adjustment is made by the user, the control circuit board being operatively connected to the thermoelectric unit to receive temperature information.
작동 스위치는 타이머 및/또는 기타 모니터링 또는 제어 회로소자와 같은 옵션 전자장치에 의해 조절된 열전달 사이클을 작동시키고 정지시키기 위해 사용자에 의해 작동 가능한 고체 상태의 전자 타이밍 스위치일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 옵션 전자 장치는 열전 유닛의 단속적인 사이클링(timed cycling(pulsing))을 제공하여, 배터리 충전량에 대한 작동 시간을 연장하고, 과냉 각을 피하고, 사용자의 안락감을 증가시키며, 또한/또는 배터리의 재생(recovery)에 도움을 준다. 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 제어 회로판은 열전 유닛이 특정 패턴의 사이클로 단속 운전되도록 프로그램된 프로그래밍 가능한 논리소자일 수 있다. 이러한 패턴들은 랩탑 컴퓨터와 같은 외부 연산원(computing source)을 통해 프로그램될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 의하면, 제어 회로판은 무선 수신기 또는 송수신기를 또한 포함할 수 있고 무선 신호를 통해 프로그램 및/또는 재프로그램될 수 있다.The actuation switch may be a solid state electronic timing switch operable by a user to activate and stop a heat transfer cycle regulated by optional electronics such as timers and / or other monitoring or control circuitry. According to one embodiment, the optional electronic device provides timed cycling (pulsing) of the thermoelectric unit, extending the operating time for the battery charge, avoiding supercooling, increasing the user's comfort, It also helps in the recovery of the battery. According to some embodiments of the invention, the control circuit board may be a programmable logic device programmed to intermittently operate the thermoelectric unit in a specific pattern of cycles. These patterns can be programmed through an external computing source, such as a laptop computer. According to some embodiments of the invention, the control circuit board may also include a wireless receiver or transceiver and may be programmed and / or reprogrammed via a wireless signal.
하나 이상의 제어 신호 및/또는 몇 개의 분산 구성요소들 간의 상태 정보는 무선 수단을 통해 전송가능하다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 전력, 제어 신호 및/또는 몇 개의 분산 구성요소들 간의 상태 정보의 전송은 의류 물품의 재료의 일부로서 형성된 하나 이상의 미세 도전 와이어를 통해 이루어진다.State information between one or more control signals and / or several distributed components may be transmitted via wireless means. In another embodiment, the transmission of state information between one or more power, control signals and / or several distributed components is through one or more fine conductive wires formed as part of the material of the article of clothing.
여기에 개시된 실시예들의 다양한 변형이 행해질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 상술한 설명은 한정적인 것이 아니라, 다양한 실시예들의 예시로서 단지 이해되어야 한다. 당업자는 첨부된 청구범위의 기술적 사상 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.It will be appreciated that various modifications may be made to the embodiments disclosed herein. Accordingly, the above description is not to be considered as limiting, but merely as illustrative of various embodiments. Those skilled in the art will appreciate that modifications may be made in other forms within the spirit of the appended claims.
본 발명에 따른 냉각 및 가열 시스템은 각종 다양한 의류 물품에 내장될 수 있다. 상기 일부 의류 물품은 재킷, 조끼, 헬멧, 무대의상, 모자, 속옷, 팬츠 및 양말을 포함한다.The cooling and heating system according to the present invention can be embedded in a variety of various articles of clothing. Some of the articles of clothing include jackets, vests, helmets, costumes, hats, underwear, pants and socks.
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