RU2677067C1 - Термоматериал - Google Patents
Термоматериал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677067C1 RU2677067C1 RU2018104679A RU2018104679A RU2677067C1 RU 2677067 C1 RU2677067 C1 RU 2677067C1 RU 2018104679 A RU2018104679 A RU 2018104679A RU 2018104679 A RU2018104679 A RU 2018104679A RU 2677067 C1 RU2677067 C1 RU 2677067C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal material
- contacts
- cooling
- electricity
- thermal
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 22
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 claims description 3
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- -1 contacts Substances 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- UIFOTCALDQIDTI-UHFFFAOYSA-N arsanylidynenickel Chemical compound [As]#[Ni] UIFOTCALDQIDTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D03—WEAVING
- D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
- D03D15/00—Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
- A41D13/002—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches with controlled internal environment
- A41D13/005—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches with controlled internal environment with controlled temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материалам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал. Технический результат заявленного изобретения состоит в создании материала, способного охлаждать или нагревать покрытые им объекты автоматически с возможностью применения данного материала в различных областях науки и техники. Технический результат достигается при помощи использования гибких полупроводников, соединенных последовательно, источника энергии, а также контактов, сделанных из различных материалов, которые меняют свои свойства (в частности, сопротивление) в зависимости от окружающей температуры. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к материалам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.
Из уровня техники известен патент WO 2017009172, описывающий элемент Пельтье, имеющий соединенные последовательно элементы из полупроводников n и p-типа. Элемент Пельтье может использоваться для охлаждения или нагревания в зависимости от направления течения тока.
Отличия заявленного решения состоят в том, что:
- Термоматериал имеет гибкую структуру позволяющую использовать его как ткань и другие подобные материалы;
- Термоматериал не требует внешних источников энергии, поскольку в него включаются элементы вырабатывающие электрический ток;
- Термоматериал не требует переключать направление тока вручную, это происходит автоматически за счет внешних факторов.
Известен патент CN 104997168 описывающий термочувствительное нижнее белье, снабженное датчиками температуры, микропроцессором, батареей и способное охлаждать или нагревать тело человека.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Термоматериал вырабатывает электрический ток самостоятельно, батарея не требуется;
- Не требуются датчики, термоматериал настраивается заранее на поддержание определенной температуры;
- Термоматериал универсален и не является дополнением к нижнему или какому-либо иному белью или одежде. Он может быть материалом одежды, которое заменяет ткань.
Известен патент RU 2506870 описывающий теплорегулирующий материал с голографическим рисунком. Данный теплорегулирующий материал использует элементы с применением или без применения специальной фольги для отражения или перенаправления тепла в нужном направлении.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Термоматериал вырабатывает тепло самостоятельно не используя тепло тела человека;
- Термоматериал имеет электрические элементы;
- Термоматериал способен не только нагревать, но и охлаждать человека.
Наиболее близким решением является патент RU 2003115618, описывающий термоткань в которой присутсвует электропроводная и неэлектропроводная нити переплетенные и объединенные между собой в термоткань.
Отличия от заявленного решения состоят в том, что:
- Термоматериал может не только нагревать но и охлаждать объект;
- Термоматериал также использует электроэнергию, но может иметь элементы для выработки электроэнергии;
- Термоматериал автоматически регулирует нагрев или охлаждение в зависимости от внешних условий.
Технический результат заявленного изобретения состоит в создании материала способного охлаждать или нагревать покрытые им объекты автоматически с возможностью применения данного материала в различных областях науки и техники.
Технический результат достигается при помощи использования гибких полупроводников соединенных последовательно, источника энергии, а также контактов сделанных из различных материалов, которые меняют свои свойства (в частности сопротивление) в зависимости от окружающей температуры.
Частными случаями изготовления материала являются:
- Изготовление материала в котором вместо гибких полупроводников используются отдельные блоки связанные между собой;
- Изготовление материала с питанием от внешней электрической сети;
- Изготовление материала с источниками энергии с двух сторон материала, которые включаются и отключаются в зависимости от окружающей температуры;
- Изготовление материала с дополнительными потребителями электроэнергии;
- Изготовление материала в котором полупроводники имеют различное сопротивление, что обеспечивает автоматическое переключение направления тока;
- Изготовление материала с большим количеством полупроводников.
Краткое описание чертежей:
Фиг. 1 - Разрез термоматериала с электрическим питанием от специального блока питания;
Фиг. 2 - Разрез термоматериала в котором блок питания получает электроэнергию от электрообразующего слоя;
Фиг. 3 - Разрез термоматериала в котором электрообразующий слой передает электрический ток напрямую к полупроводникам;
Фиг. 4 - Разрез термоматериала с указанием воздушного охлаждения блока питания и контактов;
Фиг. 5 - Вид сверху на элементы термоматериала;
Фиг. 6 - Вид термоматериала в разрезе вблизи (с указанием прокладок).
На изображениях термоматериала указаны следующие элементы:
1. Блок питания;
2. Полупроводник p-типа;
3. Полупроводник n-типа;
4. Контакт прямого направления тока;
5. Контакт обратного направления тока;
6. Электроизолятор;
7. Электрообразующий слой;
8. Положительный контакт электрообразующего слоя;
9. Отрицательный контакт к потребителю энергии;
10. Воздушное отверстие блока питания;
11. Контакты между полупроводниками;
12. Электроизоляторы полупроводников.
Термоматериал работает следующим образом:
Блок питания (1) предназначен для получения, преобразования и распределения электроэнергии, причем, блок питания (1) может иметь встроенные источники электроэнергии, либо получать электроэнергию с внешних источников.
Источником электроэнергии может служить существующая бытовая и/или промышленная электрическая сеть (дома, предприятия и т.д.) к которой необходимо подключить термоматериал. Либо источник энергии может располагаться в блоке питания (1), либо на поверхности или внутри самого термоматериала в качестве электрообразующего слоя (7). При этом вырабатываться электроэнергия может с помощью солнечных батарей, пьезоэлемента, движения воды и воздуха, химической реакции (например на теле человека), температурного воздействия, радиации, различного рода излучений (например радиоизлучение, космическое излучение и др.) и т.д.. Выбор источника электроэнергии зависит от предназначения конкретного вида термоматериала и от условий его эксплуатации. Так, термоматериал располагающийся на улице может использовать энергию солнца, а термоматериал используемый в качестве одежды может использоваться пьезоэлементы вырабатывающие электроэнергию при движении человека или химическую реакцию.
Принцип работы термоматериала схож с принципом элемента Пельтье, то есть в зависимости от направления протекания тока между последовательно соединенными полупроводниками n и p-типа контакт полупроводника нагревается или охлаждается.
Однако отличительной особенностью изобретения является то, что полупроводники являются гибкими, что позволяет использовать их в различных областях знаний, то что может использоваться встроенный источник электроэнергии, и то, что управление направлением тока происходит автоматически в зависимости от сопротивления контактов (4, 5).
Известно, что различные материалы имеют различную электропроводность и различное сопротивление. Это явление позволяет использовать в термоматериале контакты (4, 5) выполненные из различных материалов и сплавов. Причем вид материала изготовления контакта может выбираться исходя из условий эксплуатации и поддержания необходимой температуры.
Например, возьмем железо имеющее удельное сопротивление 0,135 Ом и сплав меди (69%) и Никелина (31%), который расчетно будет иметь такое же удельное сопротивление. При этом Температурный коэффициент электросопротивления для железа составляет 0,005 (т.е. при повышении температуры на 1 градус Цельсия сопротивление вырастает в 0,005 раз). А коэффициент электросопротивления указанного сплава будет расчетно равен 0,0028. Таким образом, при повышении температуры например на 10 градусов Цельсия сопротивление железа будет равно 0,14175 Ом, а сопротивление сплава 0,13878 Ом и соответственно ток будет течь через контакт с меньшим сопротивлением т.е. через сплав меди и никелина. Но, если мы понизим температуру на 10 градусов Цельсия, то сопротивление железа будет равно 0,12825 Ом, а сопротивление сплава 0,13122 Ом. Т.е. во втором случае ток будет течь через железный контакт.
Причем материалы изготовления контактов могут быть иными и иметь большие различия.
Также следует предполагать, что точно таким же образом как в указанном примере можно заставить работать материалы изготовления полупроводников, что позволит упростить конструкцию.
Гибкость термоматериала обеспечивается материалами изготовления. Так предусматривается применение в термоматериале гибких полупроводников. Также возможно придание полупроводникам гибкости при помощи создания многожильной и/или наноструктуры, а также полупроводник может представлять собой гибкую основу (например резину) с полупроводниковым покрытием. Кроме того полупроводник в таком материале имеет вид ленты (Фиг. 5), а также он может быть составлен из подвижных частей в виде цепной многозвенной структуры (в случае невозможности изготовления гнущегося полупроводника). Также и остальные элементы материала имеют структуру позволяющую сгибать их в любом месте или на стыке некоторых звеньев.
Размер термоматериала зависит от используемых в нем элементов и его предназначения, поскольку в ряде случаев в термоматериале могут быть использованы микроэлементы и наноэлементы. Использование гибких солнечных элементов, тонких изоляторов и полупроводников малой толщины позволяет сделать термоматериал толщиной менее 5 мм. При этом максимальная толщина практически не ограничена.
Сохранение температурного фона контактов направления тока (4, 5) в термоматериале производится при помощи продувки блока питания и непосредственно контактов (даже при отсутствии отдельного блока питания) внешним воздухом (т.е. воздухом с той стороны термоматериала, которая не является рабочей, и не используется для охлаждения или нагревания объекта) через отверстие (10) (Фиг. 4). Также используются термоизолирующие материалы которые позволяют разграничить контакты направления тока (4, 5) и зоны нагрева и/или охлаждения термоматериала.
Для разграничения полупроводников и отделения контактов в необходимых местах используются электроизоляторы (12) которые могут иметь наноразмер.
Использование термоматериала для охлаждения осуществляется следующим образом:
Блок питания (1) вырабатывает электроэнергию или получает ее от электрообразующего слоя (7). В холодную погоду при низкой температуре воздуха сопротивление контактов (4, 5) будет различаться таким образом, что на контакте (4) сопротивление будет меньшим. Соответственно электроэнергия по контакту с меньшим сопротивлением (4) направляется к полупроводнику p-типа (2), а от него по верхнему контакту (11) передается на полупроводник n-типа (3). Далее по нижнему контакту (13) электроэнергия передается на следующий полупроводник p-типа (2). При этом благодаря эффекту Пельтье происходит нагрев нижних контактов (13) и охлаждение верхних контактов (11). При этом происходит нагрев объекта покрытого термоматериалом (дома, автомобиля, человека и т.д.).
Когда температура воздуха комфортна, то сопротивление контактов (4, 5) примерно равнозначно, электроэнергия не может течь в одном направлении и полезное действие не производится.
В том случае, если температура воздуха повышается и необходимо охлаждение объекта, то происходит следующее:
При повышении температуры воздуха изменяется сопротивление контактов (4, 5) таким образом, что теперь контакт (5) имеет меньшее сопротивление. И электроэнергия течет сначала к полупроводнику n-типа (3), а затем по верхнему контакту (11) передается на полупроводник p-типа (2), после чего по нижнему контакту (13) передается на следующий полупроводник n-типа (3). То есть электроэнергия течет в обратном направлении и теперь уже нижние контакты (13) охлаждаются охлаждая и покрытый термоматериалом объект.
Количество электроэнергии идущее через контакты (4, 5) перераспределяется между обеими контактами в зависимости от разности сопротивления контактов. За счет изменения разности изменяется и интенсивность охлаждения и/или нагрева.
Причем поскольку термоматериал хотя и совершает полезное действие при протекании электроэнергии, но потребителем электроэнергии по сути не является. Поэтому положительный контакт и отдельно выведенный отрицательный контакт (9) могут быть подведены к дополнительному потребителю электроэнергии, которым может являться лампа или иной источник света (например как элемент украшения одежды), зарядное устройство (например для мобильного телефона) и/или потребителем электроэнергии может являться дополнительное устройство нагрева (тены) или охлаждения.
Claims (5)
1. Термоматериал, включающий в себя полупроводник p-типа, полупроводник n-типа, контакты между полупроводниками, отличающийся тем, что полупроводники, контакты, электроизоляторы и другие элементы являются гибкими и/или состоящими из подвижных частей, имеет источник электроэнергии, а материал изготовления однополярных контактов источника энергии или материал изготовления полупроводников изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры окружающего воздуха, обеспечивая прохождение электрического тока от полупроводника n-типа к полупроводнику p-типа или наоборот.
2. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве одного из элементов источника энергии может использоваться пьезоэлемент, солнечная батарея, химическая реакция, движение воды и воздуха, космическое излучение, радиация.
3. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника электроэнергии может использоваться существующая бытовая и/или промышленная электрическая сеть.
4. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что источник энергии может быть выполнен в качестве отдельного блока и/или в качестве электрообразующего слоя порывающего материал.
5. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что он может быть подключен к дополнительным потребителям электроэнергии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104679A RU2677067C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Термоматериал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018104679A RU2677067C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Термоматериал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2677067C1 true RU2677067C1 (ru) | 2019-01-15 |
Family
ID=65025177
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018104679A RU2677067C1 (ru) | 2018-02-07 | 2018-02-07 | Термоматериал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2677067C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6297441B1 (en) * | 2000-03-24 | 2001-10-02 | Chris Macris | Thermoelectric device and method of manufacture |
US6855410B2 (en) * | 1992-07-14 | 2005-02-15 | Theresa M. Buckley | Phase change material thermal capacitor clothing |
US20090014046A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Industrial Technology Research Institute | Flexible thermoelectric device and manufacturing method thereof |
KR20120055526A (ko) * | 2012-05-13 | 2012-05-31 | 박상구 | 열전 섬유 |
US20140090150A1 (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-03 | Anzen Electronics, Llc | Method and process of using thermal-electronics as part of a garment to create an electrical distributed charge |
WO2014064455A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Engineered Capabilities Ltd | Thermoelectric transducers |
-
2018
- 2018-02-07 RU RU2018104679A patent/RU2677067C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6855410B2 (en) * | 1992-07-14 | 2005-02-15 | Theresa M. Buckley | Phase change material thermal capacitor clothing |
US6297441B1 (en) * | 2000-03-24 | 2001-10-02 | Chris Macris | Thermoelectric device and method of manufacture |
US20090014046A1 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Industrial Technology Research Institute | Flexible thermoelectric device and manufacturing method thereof |
KR20120055526A (ko) * | 2012-05-13 | 2012-05-31 | 박상구 | 열전 섬유 |
US20140090150A1 (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-03 | Anzen Electronics, Llc | Method and process of using thermal-electronics as part of a garment to create an electrical distributed charge |
WO2014064455A1 (en) * | 2012-10-26 | 2014-05-01 | Engineered Capabilities Ltd | Thermoelectric transducers |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106206923B (zh) | 一种柔性穿戴式温差发电装置 | |
TWI607588B (zh) | 熱電裝置 | |
CN108552913A (zh) | 一种石墨烯加热地毯 | |
CN105870314A (zh) | 一种柔性硅基纳米薄膜热电器件 | |
JP5067352B2 (ja) | 熱電変換モジュールとこれを用いた発電装置 | |
US7812246B2 (en) | Thermoelectric effect device, energy direct conversion system, and energy conversion system | |
RU2677067C1 (ru) | Термоматериал | |
CN107836961A (zh) | 一种石墨烯加热地毯 | |
CN103489948B (zh) | 具有光冷/光热转换功能的半导体元器件 | |
CN103107745A (zh) | 移动终端、温差发电装置及带温差发电装置的电子产品 | |
KR101384981B1 (ko) | 열효율을 개선할 수 있는 구조를 갖는 열전 소자 | |
KR20140043197A (ko) | 열전발전 겸용 온수공급장치 | |
JP4261890B2 (ja) | 熱電効果装置,エネルギー直接変換システム,エネルギー変換システム | |
JPWO2015019385A1 (ja) | 熱発電システム | |
RU2677066C1 (ru) | Термонить-термокабель | |
KR102109486B1 (ko) | 도넛형 열전 발전모듈 및 그 장치 | |
CN101065853B (zh) | 热能传递电路系统 | |
CN104602484A (zh) | 便携式设备及其散热装置 | |
CN207009456U (zh) | 一种新型光伏温差发电一体化芯片 | |
CN208739078U (zh) | 一种电热联产模块 | |
CN207885048U (zh) | 保护盖板 | |
CN207010582U (zh) | 基于温差发电的冬季节日彩灯 | |
CN111446887A (zh) | 热能转化结构及井下温差发电装置 | |
Enescu | Applications of Thermoelectricity in Buildings: From Energy Harvesting to Energy Management | |
CN106992244B (zh) | 热电转换装置以及热电转换器 |