WO2020177790A1 - Textile having thermocouple - Google Patents

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WO2020177790A1
WO2020177790A1 PCT/DE2020/000009 DE2020000009W WO2020177790A1 WO 2020177790 A1 WO2020177790 A1 WO 2020177790A1 DE 2020000009 W DE2020000009 W DE 2020000009W WO 2020177790 A1 WO2020177790 A1 WO 2020177790A1
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thermocouple
textile
flat textile
designed
cooling
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PCT/DE2020/000009
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Fabian Volkmar KRUSE
Jan Jordan
Tim BOLLE
Thomas Gries
Original Assignee
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth)
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Publication date
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    • A61F2007/0258Compresses or poultices for effecting heating or cooling with layers with a fluid permeable layer

Definitions

  • the invention relates to a flat textile which lies over a surface of a body, a thermocouple being provided in the textile for cooling and / or heating.
  • the invention further relates to a thermocouple and a method for a flat textile which lies over a surface of a body for cooling and / or heating.
  • the invention relates to an arrangement containing a flat textile which lies over a surface of a body, a thermocouple being provided in the textile for cooling and / or heating.
  • the human body begins to warm up during sport or physical work. As a result of the warming, sweat glands in the skin produce sweat, which cools the body through evaporation. The more the body exerts itself, the more sweat is generated in order to obtain more evaporative cooling. This protects the human body from overheating. This allows the body to be kept at a relatively constant temperature. When wearing clothes, especially those with only low breathability, cooling evaporation can only take place poorly or not at all. The heat and sweat build up on the skin or in the Clothing. Not only is the wearing comfort of the clothing impaired, but health can also be damaged in extreme situations because evaporation no longer takes place and there is therefore a risk of hyperthermia.
  • liquid-based cooling circuits are known for cooling.
  • cooled liquid flows past the skin through tubes or channels.
  • the heat that is given off by the body during exertion is transported away with the fluid.
  • This cooling mechanism reduces the body's perspiration.
  • a disadvantage of liquid cooling is the susceptibility to leakage.
  • complex pump mechanisms must be available to move the liquid through the hoses or channels.
  • JP2000234201 describes a portable accessory that provides coolness and warmth.
  • This accessory is worn directly on the body and includes an electrothermal cooling element with a cooling surface and a heat release surface on the main body.
  • the cooling surface lies against the body.
  • the side of the heat release surface is directed outwards.
  • the electrothermal cooling element is removably attached with a holding part.
  • a heat transfer element is connected to the electrothermal cooling element in such a way that heat is transferred through it.
  • the thermal adjuster includes a thermally conductive substrate and a plurality of thermoelectric chips.
  • the thermally conductive substrate serves as a support surface.
  • thermoelectric chips has a first surface and a second surface, the second surfaces of the thermoelectric chips being attached to the carrier surface of the thermally conductive substrate. They are electrically connected to one another so that energy can be supplied to the thermoelectric chips. As a result, a temperature change is generated on the second surfaces of the thermoelectric chips, which is conducted to the thermally conductive substrate.
  • a heat adjuster can be mounted in clothing. When the temperature of the thermoelectric chips is increased and the heat is conducted to the thermally conductive substrate, the garments can generate heat, for example to keep a body warm.
  • thermocouples in textiles have the disadvantage that they do not transport sweat away. They do cool, but the unpleasant sweat remains on the skin.
  • the object of the invention is therefore to create a device and a method to cool or warm a body on the one hand and liquid, such as e.g. Sweat, directed through the textile.
  • the object is achieved in that in a flat textile of the type mentioned, the thermocouple is actively designed as a heat pump with two thermal layers with a temperature difference for generating convection currents for liquids. Furthermore, the problem on which the invention is based is solved by a thermocouple for a flat textile of the type mentioned at the beginning, the thermocouple being a heat pump with two having thermal layers with a temperature difference for generating convection currents for liquids. The object is also achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which liquid is transported by convection currents.
  • the invention is based on the principle that the temperature difference between the two thermal layers creates a heat pump.
  • This allows liquids to be actively transported through the textile by convection.
  • liquid from a sweaty body can be led to the outside by convection.
  • the cooler layer of the thermocouple should lie over the skin and the warmer layer should face outwards. Liquid, e.g. Sweat, is brought into the area of the cooler layer.
  • convection currents the liquid in the textile flows specifically to the warmer layer of the thermocouple. The liquid can evaporate on the warmer layer.
  • thermocouple is designed as a Peltier element.
  • a textile in which the thermocouple is designed as a Peltier element can be implemented relatively easily.
  • the Peltier element requires a suitable voltage source to generate a cold and a warm layer. Accumulators, batteries, solar modules or combinations thereof are suitable as a voltage source.
  • the Peltier element is an electrothermal transducer based on the Peltier effect. As soon as current flows through the Peltier element, a temperature difference is generated. Peltier elements are often used for cooling.
  • the Peltier elements can also be used for heating if necessary. At least one such Peltier element is incorporated into the flat textile so that one side faces the surface of the body. Depending on the direction of the current, the surface can now be heated or cooled with the Peltier element.
  • the Peltier element acts as a heat pump. Liquids in the textile flow from the colder layer to the warmer layer through convection currents. in the In the case of cooling, the liquids evaporate on the warmer layer and also generate evaporative cooling.
  • a further advantageous embodiment of the flat textile according to the invention consists in that the temperature difference between the thermal layers is designed to be controllable with a control mechanism. This measure is used to ensure that the temperature difference between the two layers can be adjusted.
  • the control mechanism is usually designed to be processor-controlled. This means that control processes can be carried out quickly and easily.
  • the control mechanism can be used to set the temperature of the colder layer to which the warmer layer has a temperature difference to be set accordingly. Of course, this process can also be done the other way around. This allows the temperature and the temperature difference to be set individually.
  • the regulating mechanism preferably contains a temperature and / or a moisture sensor. Changes in the temperature or the temperature difference and / or the humidity are detected by the sensors. The sensors signal these changes to the control mechanism. This allows the control mechanism to be automated, for example. A set temperature or temperature difference can always be tracked with the thermocouple when the temperature sensor detects a changing temperature. A changing humidity can also lead to a change in the microclimate in the area of the textile. By adjusting the temperature or the temperature difference of the thermocouple, an adapted humidity can be obtained here.
  • thermocouples The textile often consists of a larger area. This area cannot easily be covered with a single thermocouple or Peltier element.
  • a composite system of at least two thermocouples is therefore provided, which are connected to one another via heat-conducting webs. This allows larger areas to be covered with thermocouples for the thermal effects mentioned above. It is important in the present invention that the liquid is transported from the colder layer to the warmer layer. The liquid should not be transported through channels, tubes or the like. This would mean considerable manufacturing expense and would also be prone to leakage.
  • a particularly advantageous embodiment of the flat textile according to the invention is therefore that the thermocouple is surrounded by material which promotes convection of liquid through the capillary effect.
  • thermocouple is designed as a flexible film.
  • a thermocouple designed as a flexible film can be easily replaced, particularly in the case of textile items of clothing, such as, for example, safety or sportswear. Because these garments are themselves very flexible to ensure freedom of movement. In this case, many small thermocouples would have to be attached to a larger area in order to maintain the flexibility of the garment. This can advantageously be circumvented in that the thermocouple itself is designed as a flexible film.
  • thermocouple has a heat-conducting extension surface on at least one of the thermal layers to enlarge the thermal active surface.
  • This measure enables the effective area of the thermocouple to be enlarged many times over without much effort.
  • This also increases the flow path of the liquid.
  • the liquid thus has a longer contact time with the ambient air, for example, which particularly favors the evaporation of the liquid, such as sweat, and the capillary effect.
  • the expansion area can also be designed, for example, as a heat-conducting film that extends over a larger area of the textile.
  • the thermocouple is designed as a Peltier element.
  • a Peltier element is a commercially available and relatively inexpensive component, so that a thermocouple for a textile can thereby be implemented relatively easily. As explained above, the Peltier element has a warm and a cold layer as soon as a current flows through the Peltier element.
  • the required electrical voltage source for the Peltier element is initially arbitrary. However, accumulators or batteries have proven particularly suitable.
  • the design of a Peltier element can be made relatively flat up to a flexible film, so that it can be worked particularly well into a textile.
  • thermocouple according to the invention preferably has a regulating mechanism for regulating the temperature difference between the thermal layers of the thermocouple.
  • the regulating mechanism controls the flow of current, which regulates the temperature difference between the two layers of the thermocouple.
  • thermocouple according to the invention consists in that a heat-conducting extension surface is provided on at least one of the thermal layers to enlarge the thermal effective surface.
  • the expansion area on at least one of the layers of the thermocouple increases the effective range of the thermocouple. In this way, the flow path for the liquid in particular can be enlarged so that it has a longer contact time with the ambient air, which particularly promotes evaporation of the liquid, such as sweat.
  • the expansion area can also be designed, for example, as a heat-conducting film that extends over a larger area of the textile.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a functional diagram of the
  • thermocouple Invention with a thermocouple.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a controllable Peltier element for a textile according to the invention.
  • Fig. 3 shows as an application example a kidney belt with a
  • Thermocouple as a heat pump.
  • Fig. 4 shows as an application example a kidney belt with a
  • Thermocouple as a heat pump with a convection-favored textile.
  • FIG. 5 shows, as an example of use, a kidney belt with several
  • thermocouples as heat pumps, which are connected to each other via heat-conducting webs.
  • Fig. 6 shows as an application example a thermocouple as a heat pump in
  • Fig. 7 shows, as an application example, a bracelet with a thermocouple as a heat pump.
  • Fig. 8 shows, as an application example, a headband with thermocouples as a heat pump.
  • thermocouple 10 a functional diagram of the invention with a thermocouple 10 is shown in a schematic principle sketch.
  • a flat textile according to the invention is designated here by 12.
  • the textile 12 contains the thermocouple 10.
  • the thermocouple 10 is designed as a Peltier element 14, which forms an active heat pump 16.
  • the Peltier element 14 is surrounded by a convection textile 18 which promotes convection of liquid through the capillary effect.
  • the entire textile 12 itself can be designed as a convection textile 18 or just the area that surrounds the thermocouple 10.
  • the Peltier element 14 is a commercially available semiconductor component which works according to the Peltier effect. Two layers 20, 22 with different doping are superposed. By suitably applying a voltage, a temperature difference arises between the two layers 20, 22 at the Peltier element 14. The first layer 20 becomes warm and the second layer 22 becomes cold. By reversing the polarity of the voltage, the temperatures of the two layers 20, 22 of the Peltier element 14 can be exchanged. In the present exemplary embodiment, the voltage is applied to the Peltier element 14 in such a way that the second layer 22 is cooler than the first layer 20. The second layer 22 rests on a body 24 that is heated and sweated by liquid. It can e.g. act about a human body.
  • a heat-conducting extension area 25 is provided on the layer 22.
  • the expansion area 25 is designed as a metal foil which is in direct contact with the layer 22 of the Peltier element 14. The thermally effective area can be expanded many times over by the expansion area 25
  • the resulting liquid - sweat is transported by convection currents from the lower and colder second layer 22 to the warmer first layer 20.
  • Arrows 27 indicate the direction of flow Liquid.
  • the convection is supported by capillary effects of the convection textile 18.
  • the liquid finally evaporates on the warmer first layer 20.
  • the temperature difference between the first layer 20 and the second layer 22 can be varied by changing the voltage applied in each case.
  • the applied voltage and thus the temperature difference between the two layers 20, 22 of the thermocouple 10 are set with a control mechanism 28.
  • the temperature in the textile 12 or on the thermocouple 10 is detected by a temperature sensor 30.
  • a humidity sensor 32 also determines the degree of humidity caused by the evaporating liquid.
  • the temperature sensor 30 and the humidity sensor 32 signal to the control mechanism 28 the values determined in each case. In this way, the control mechanism 28 can readjust the thermocouple 10 accordingly via the voltage, so that a fixed value for temperature and humidity is maintained in each case.
  • FIG. 2 shows a basic sketch of the thermocouple 10, which is surrounded by the convection textile 18 in order to promote the convection of liquid by the capillary effect.
  • the electronic thermocouple 10 is also formed by the Peltier element 14 in the present exemplary embodiment.
  • other thermocouples are also quite conceivable as heat pumps 16, for example based on compressed and expanding gas.
  • the liquid can finally evaporate on the warmer layer 20.
  • a voltage source 34 supplies an electrical circuit 36 with the required electrical energy.
  • the circuit 36 contains in particular the Peltier element 14, the temperature sensor 30, the humidity sensor 32 (see FIG. 1) and the control mechanism 28.
  • the control mechanism 28 can be, for example easy to implement using microelectronics and processor control. Connections 37 for the voltage supply are provided on the Peltier element 14. In this way, the Peltier element 14 receives the electrical energy required for operation from the voltage source 34.
  • thermocouple 10 is also formed here by the Peltier element 14.
  • the Peltier element 14 is supplied with electrical energy via the voltage supply 34.
  • the temperature difference between the two layers 20, 22 is regulated by means of the regulating mechanism 28, which is integrated in the circuit 36. The temperature difference between the layers 20, 22 can thus be kept constant.
  • the temperature sensor 30 and the humidity sensor 32 are located at suitable points in the area of the thermocouple 10 of the kidney belt 38 in order to detect the temperature and the degree of humidity.
  • FIG. 4 corresponds to the exemplary embodiment from FIG. 3.
  • the same reference symbols are therefore used for corresponding components.
  • the flat textile 12 is provided with a thermally conductive coating 40.
  • the textile 12 with the coating 40 is preferably designed to be semipermeable, so that any moisture that occurs is always transported to the outside by the convection currents. However, due to the semi-permeability, this moisture does not get back to the body 24.
  • the Peltier element 14 is very thin, provided as a largely flexible film 42, as a result of which a certain comfort can be achieved when the kidney belt 38 is worn.
  • FIGS. 1 as in the exemplary embodiments of FIGS.
  • thermocouples 10 are used as a composite system for the two-dimensional expansion of the thermal effect. These thermocouples 10 are provided in the kidney belt 38 and are connected to one another by heat-conducting webs 44. Of course, electrical conductors can also be provided between the thermocouples 10 for exchanging electrical energy.
  • FIG. 6 shows, as an example of application for the invention, a sweater 46 as the flat textile 12 for cooling and / or for warming.
  • the thermocouple 10 serves as a heat pump 16 in the neck area 48 of a human body 50.
  • the use and mode of operation of the thermocouple 10 are analogous to the kidney belt 38.
  • the electrical voltage for the thermocouple 10, designed as a Peltier element 14, comes from a voltage source 34 retrievable. Both the voltage source 34 and the regulating mechanism 28 are attached to a belt 52.
  • portable accumulators 54 are used as voltage source 34. These are particularly suitable because they can be used multiple times. They can easily be charged in a conventional external charger. But also solar cells, e.g. on the textile surface 56 are quite suitable for charging accumulators. Batteries can also be charged inductively, if necessary, so that they do not have to be removed from their holder.
  • the type of voltage source 34 is therefore basically arbitrary. This means that only simple batteries can be used if necessary.
  • thermocouples 10 show two further examples of application of the invention.
  • the invention is designed as a bracelet 58 with a thermocouple 10 as a heat pump 16.
  • the bracelet 58 is located for cooling or warming in the area of a wrist 60.
  • the invention is designed as a headband 62 with a plurality of thermocouples 10 as a heat pump 16.
  • the headband 62 is pulled over a head 64 to be cooled or warmed.
  • the use and the mode of operation of the thermocouples 10 of these two applications can be seen corresponding to the kidney belt 38 according to FIGS. 3 to 5 and to the thermocouple 10 in the neck area according to FIG.

Abstract

The invention relates to a flat textile (12), which lies over a surface of a body (24), wherein a thermocouple (10) for cooling and/or heating is provided in the textile (12). The invention further relates to a thermocouple (10) for a flat textile, which lies over a surface of a body for cooling and/or heating. The invention additionally relates to a method for cooling and/or heating a surface of a body (24), wherein a flat textile (12) having a thermocouple (10) is laid over the surface of the body (24). The invention further relates to an arrangement containing a flat textile (12), which lies over a surface of a body (24), wherein a thermocouple (10) for cooling and/or heating is provided in the textile (12).

Description

Patentanmeldung Patent application
Textil mit Thermoelement Textile with thermocouple
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung betrifft ein flächiges Textil, welches über einer Oberfläche eines Körpers liegt, wobei in dem Textil ein Thermoelement zum Kühlen und/oder Wärmen vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Thermoelement und ein Verfahren für ein flächiges Textil, welches über einer Oberfläche eines Körpers zum Kühlen und/oder Wärmen liegt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung enthaltend ein flächiges Textil, welches über einer Oberfläche eines Körpers liegt, wobei in dem Textil ein Thermoelement zum Kühlen und/oder Wärmen vorgesehen ist. The invention relates to a flat textile which lies over a surface of a body, a thermocouple being provided in the textile for cooling and / or heating. The invention further relates to a thermocouple and a method for a flat textile which lies over a surface of a body for cooling and / or heating. Furthermore, the invention relates to an arrangement containing a flat textile which lies over a surface of a body, a thermocouple being provided in the textile for cooling and / or heating.
Beschreibung description
Beim Sport oder bei körperlicher Arbeit fängt der menschliche Körper an sich zu erwärmen. Infolge der Erwärmung erzeugen Schweißdrüsen in der Haut Schweiß, der den Körper durch Verdunstung kühlt. Je mehr sich der Körper anstrengt, desto mehr Schweiß wird erzeugt, um mehr Verdunstungskühle zu erhalten. Damit schützt sich der menschliche Körper vor Überhitzung. Damit lässt sich der Körper auf einer relativ konstanten Temperatur halten. Beim Tragen von Kleidung, insbesondere solcher mit nur geringer Atmungsaktivität kann eine kühlende Verdunstung nur schlecht oder sogar gar nicht stattfinden. Die Hitze und der Schweiß stauen sich somit auf der Haut bzw. in der Bekleidung. Nicht nur der Tragekomfort der Kleidung wird beeinträchtigt, sondern auch die Gesundheit kann in Extremsituationen geschädigt werden, weil die Verdunstung nicht mehr stattfindet und somit die Gefahr einer Hyperthermie besteht. The human body begins to warm up during sport or physical work. As a result of the warming, sweat glands in the skin produce sweat, which cools the body through evaporation. The more the body exerts itself, the more sweat is generated in order to obtain more evaporative cooling. This protects the human body from overheating. This allows the body to be kept at a relatively constant temperature. When wearing clothes, especially those with only low breathability, cooling evaporation can only take place poorly or not at all. The heat and sweat build up on the skin or in the Clothing. Not only is the wearing comfort of the clothing impaired, but health can also be damaged in extreme situations because evaporation no longer takes place and there is therefore a risk of hyperthermia.
Stand der Technik State of the art
Zur Kühlung sind beispielsweise Kühlkreisläufe auf Flüssigkeitsbasis bekannt. Hier fließt gekühlte Flüssigkeit durch Schläuche oder Kanäle an der Haut vorbei. Dabei wird die Wärme die bei Anstrengung vom Körper abgegeben wird, mit der Flüssigkeit abtransportiert. Die Transpiration des Körpers wird insofern durch diesen Kühlmechanismus verringert. Ein Nachteil bei Flüssigkeitskühlungen sind insbesondere jedoch die Anfälligkeit von Leckage. Außerdem müssen aufwendige Pumpmechanismen vorhanden sein, um die Flüssigkeit durch die Schläuche bzw. Kanäle zu bewegen. For example, liquid-based cooling circuits are known for cooling. Here, cooled liquid flows past the skin through tubes or channels. The heat that is given off by the body during exertion is transported away with the fluid. This cooling mechanism reduces the body's perspiration. A disadvantage of liquid cooling, however, is the susceptibility to leakage. In addition, complex pump mechanisms must be available to move the liquid through the hoses or channels.
Es sind zudem Kühlsysteme mit Luft für Bekleidung bekannt, bei denen Luft an der Haut vorbeigeführt wird, um diese zu kühlen. Dabei wird die Luftfeuchtigkeit, die beim Verdampfen des Schweißes an der Haut entsteht, durch Kanäle oder dgl. abtransportiert. Diese Kühlsysteme sind sehr aufwendig und teuer. Kleidung aus Phase- Change-Material kühlt zwar ohne weitere technische Peripherie, lässt sich aber nicht regeln und führt Schweiß nicht ab. There are also known cooling systems with air for clothing in which air is drawn past the skin in order to cool it. The humidity that arises on the skin when the sweat evaporates is transported away through channels or the like. These cooling systems are very complex and expensive. Clothing made from phase change material cools without any additional technical equipment, but cannot be regulated and does not wick away sweat.
Die JP2000234201 beschreibt ein tragbares Zubehörteil, welches Kühle und Wärme vermittelt. Dieses Zubehörteil wird direkt am Körper getragen und enthält ein elektrothermisches Kühlelement mit einer Kühlfläche und einer Wärmefreisetzungsfläche an dem Hauptkörper. Dabei liegt die Kühlfläche an dem Körper an. Die Seite der Wärmeabgabefläche ist hingegen nach außen gerichtet. Das elektrothermische Kühlelement wird mit einem Halteteil entfernbar befestigt. Ein Wärmeübertragungselement ist so mit dem elektrothermischen Kühlelement verbunden, dass hierüber Wärme übertragen wird. Aus der EP173 70 52 ist eine Wärmeeinstellvorrichtung zum Wärmen bekannt. Die Wärmeeinstellvorrichtung umfasst ein wärmeleitendes Substrat und eine Vielzahl von thermoelektrischen Chips. Das wärmeleitende Substrat dient als Stützfläche. Jeder der thermoelektrischen Chips hat eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche, wobei die zweiten Oberflächen der thermoelektrischen Chips an der Trägeroberfläche des wärmeleitenden Substrats befestigt sind. Sie sind elektrisch miteinander verbunden, damit den thermoelektrischen Chips Energie zugeführt werden kann. Hierdurch wird auf den zweiten Oberflächen der thermoelektrischen Chips eine Temperaturänderung erzeugt, die an das wärmeleitende Substrat geleitet wird. Eine solche Wärmeeinstellvorrichtung kann in Kleidungsstücken montiert werden. Wenn die Temperatur der thermoelektrischen Chips erhöht wird und die Wärme zum wärmeleitenden Substrat geleitet wird, können die Kleidungsstücke Wärme erzeugen, um beispielsweise einen Körper warm zu halten. JP2000234201 describes a portable accessory that provides coolness and warmth. This accessory is worn directly on the body and includes an electrothermal cooling element with a cooling surface and a heat release surface on the main body. The cooling surface lies against the body. The side of the heat release surface, however, is directed outwards. The electrothermal cooling element is removably attached with a holding part. A heat transfer element is connected to the electrothermal cooling element in such a way that heat is transferred through it. From EP173 70 52 a heat setting device for heating is known. The thermal adjuster includes a thermally conductive substrate and a plurality of thermoelectric chips. The thermally conductive substrate serves as a support surface. Each of the thermoelectric chips has a first surface and a second surface, the second surfaces of the thermoelectric chips being attached to the carrier surface of the thermally conductive substrate. They are electrically connected to one another so that energy can be supplied to the thermoelectric chips. As a result, a temperature change is generated on the second surfaces of the thermoelectric chips, which is conducted to the thermally conductive substrate. Such a heat adjuster can be mounted in clothing. When the temperature of the thermoelectric chips is increased and the heat is conducted to the thermally conductive substrate, the garments can generate heat, for example to keep a body warm.
Die bekannten Thermoelemente in Textilien haben den Nachteil, dass sie den Schweiß nicht abtransportieren. Sie kühlen zwar, aber der unangenehme Schweiß verbleibt auf der Haut. The known thermocouples in textiles have the disadvantage that they do not transport sweat away. They do cool, but the unpleasant sweat remains on the skin.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung bzw. Verfahren zu schaffen, einen Körper einerseits zu kühlen bzw. zu wärmen und andererseits Flüssigkeit, wie z.B. Schweiß, gerichtet durch das Textil zu transportieren. The object of the invention is therefore to create a device and a method to cool or warm a body on the one hand and liquid, such as e.g. Sweat, directed through the textile.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem flächigen Textil der eingangs genannten Art das Thermoelement aktiv als Wärmepumpe mit zwei thermischen Schichten mit einer Temperaturdifferenz zur Erzeugung von Konvektionsströmungen für Flüssigkeiten ausgebildet ist. Ferner wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem durch ein Thermoelement für ein flächiges Textil der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Thermoelement eine Wärmepumpe mit zwei thermischen Schichten mit einer Temperaturdifferenz zur Erzeugung von Konvektionsströmungen für Flüssigkeiten aufweist. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem Flüssigkeit durch Konvektionsströmungen transportiert wird. According to the invention, the object is achieved in that in a flat textile of the type mentioned, the thermocouple is actively designed as a heat pump with two thermal layers with a temperature difference for generating convection currents for liquids. Furthermore, the problem on which the invention is based is solved by a thermocouple for a flat textile of the type mentioned at the beginning, the thermocouple being a heat pump with two having thermal layers with a temperature difference for generating convection currents for liquids. The object is also achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which liquid is transported by convection currents.
Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass durch die Temperaturdifferenz der beiden thermischen Schichten eine Wärmepumpe ausgebildet wird. Hierdurch können Flüssigkeiten durch Konvektion über das Textil aktiv transportiert werden. Beispielsweise lässt sich Flüssigkeit eines schwitzenden Körpers durch Konvektion nach außen führen. Die kühlere Schicht des Thermoelements sollte dabei über der Haut liegen und die wärmere Schicht sollte nach außen zeigen. Flüssigkeit, wie z.B. Schweiß, wird in den Bereich der kühleren Schicht gebracht. Durch Konvektionsströme fließt die Flüssigkeit in dem Textil gezielt zur wärmeren Schicht des Thermoelements. Auf der wärmeren Schicht kann die Flüssigkeit verdampfen. The invention is based on the principle that the temperature difference between the two thermal layers creates a heat pump. This allows liquids to be actively transported through the textile by convection. For example, liquid from a sweaty body can be led to the outside by convection. The cooler layer of the thermocouple should lie over the skin and the warmer layer should face outwards. Liquid, e.g. Sweat, is brought into the area of the cooler layer. By means of convection currents, the liquid in the textile flows specifically to the warmer layer of the thermocouple. The liquid can evaporate on the warmer layer.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flächigen Textils besteht darin, dass das Thermoelement als Peltier-Element ausgebildet ist. Ein Textil, bei dem das Thermoelement als Peltier-Element ausgebildet ist, lässt sich relativ einfach umsetzen.An advantageous embodiment of the flat textile according to the invention is that the thermocouple is designed as a Peltier element. A textile in which the thermocouple is designed as a Peltier element can be implemented relatively easily.
Das Peltier-Element benötigt eine geeignete Spannungsquelle, um eine kalte und eine warme Schicht zu erzeugen. Als Spannungsquelle eignen sich beispielsweise Akkumulatoren, Batterien, Solarmodule oder deren Kombinationen. Bei dem Peltier- Element handelt es sich um einen elektrothermischen Wandler, der auf dem Peltier- Effekt basiert. Sobald Strom durch das Peltier-Element fließt, wird eine Temperaturdifferenz erzeugt. Peltier-Elemente werden häufig zur Kühlung eingesetzt.The Peltier element requires a suitable voltage source to generate a cold and a warm layer. Accumulators, batteries, solar modules or combinations thereof are suitable as a voltage source. The Peltier element is an electrothermal transducer based on the Peltier effect. As soon as current flows through the Peltier element, a temperature difference is generated. Peltier elements are often used for cooling.
Durch Umkehr der Stromrichtung können die Peltier-Elemente bei Bedarf auch zum Heizen verwendet werden. Wenigstens ein solches Peltier-Element wird in das flächige Textil eingearbeitet, so dass eine Seite zur Oberfläche des Körpers zeigt. Je nach Stromrichtung kann mit dem Peltier-Element die Oberfläche nun erwärmt oder gekühlt werden. Dabei wirkt das Peltier-Element als Wärmepumpe. Durch Konvektionsströme fließen Flüssigkeiten in dem Textil von der kälteren Schicht zur wärmeren Schicht. Im Fall des Kühlens verdampfen die Flüssigkeiten an der wärmeren Schicht und erzeugen zusätzlich Verdunstungskälte. By reversing the direction of the current, the Peltier elements can also be used for heating if necessary. At least one such Peltier element is incorporated into the flat textile so that one side faces the surface of the body. Depending on the direction of the current, the surface can now be heated or cooled with the Peltier element. The Peltier element acts as a heat pump. Liquids in the textile flow from the colder layer to the warmer layer through convection currents. in the In the case of cooling, the liquids evaporate on the warmer layer and also generate evaporative cooling.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flächigen Textils besteht darin, dass die Temperaturdifferenz zwischen den thermischen Schichten mit einem Regelmechanismus regelbar ausgebildet ist. Diese Maßnahme dient dazu, dass die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Schichten angepasst werden kann. Der Regelmechanismus ist üblicherweise prozessorgesteuert ausgebildet. Hierdurch lassen sich Regelvorgänge einfach und schnell durchführen. Beispielsweise kann über den Regelmechanismus die Temperatur der kälteren Schicht eingestellt werden, zu der die wärmere Schicht eine entsprechend einzustellende Temperaturdifferenz aufweist. Natürlich kann dieser Vorgang auch umgekehrt erfolgen. Damit kann die Temperatur und die Temperaturdifferenz individuell eingestellt werden. A further advantageous embodiment of the flat textile according to the invention consists in that the temperature difference between the thermal layers is designed to be controllable with a control mechanism. This measure is used to ensure that the temperature difference between the two layers can be adjusted. The control mechanism is usually designed to be processor-controlled. This means that control processes can be carried out quickly and easily. For example, the control mechanism can be used to set the temperature of the colder layer to which the warmer layer has a temperature difference to be set accordingly. Of course, this process can also be done the other way around. This allows the temperature and the temperature difference to be set individually.
Vorzugsweise enthält bei einem solchen erfindungsgemäßen flächigen Textil der Regelmechanismus einen Temperatur- und/oder ein Feuchtigkeitssensor. Änderungen der Temperatur bzw. der Temperaturdifferenz und/oder der Feuchtigkeit werden durch die Sensoren erfasst. Die Sensoren signalisieren diese Änderungen dem Regelmechanismus. Hierdurch kann der Regelmechanismus beispielsweise automatisiert werden. Eine eingestellte Temperatur bzw. Temperaturdifferenz kann mit dem Thermoelement immer nachgeführt werden, wenn der Temperatursensor eine sich ändernde Temperatur erfasst. Auch eine sich ändernde Feuchtigkeit kann zu einer Änderung des Mikroklimas im Bereich des Textils führen. Durch Nachregeln der Temperatur bzw. der Temperaturdifferenz des Thermoelements kann hier eine angepasste Feuchtigkeit erhalten werden. In such a flat textile according to the invention, the regulating mechanism preferably contains a temperature and / or a moisture sensor. Changes in the temperature or the temperature difference and / or the humidity are detected by the sensors. The sensors signal these changes to the control mechanism. This allows the control mechanism to be automated, for example. A set temperature or temperature difference can always be tracked with the thermocouple when the temperature sensor detects a changing temperature. A changing humidity can also lead to a change in the microclimate in the area of the textile. By adjusting the temperature or the temperature difference of the thermocouple, an adapted humidity can be obtained here.
Oft besteht das Textil aus einer größeren Fläche. Diese Fläche lässt sich nicht ohne weiteres mit einem einzigen Thermoelement bzw. Peltier-Element abdecken. In einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen flächigen Textils ist daher ein Verbundsystem von wenigstens zwei Thermoelementen vorgesehen, welche über wärmeleitende Stege miteinander verbunden sind. Hierdurch lassen sich auch größere Flächen mit Thermoelementen für die oben genannten thermischen Effekte abdecken. Es ist wichtig bei vorliegender Erfindung, dass die Flüssigkeit von der kälteren Schicht hin zur wärmeren Schicht transportiert wird. Dabei soll die Flüssigkeit nicht durch Kanäle, Schläuche oder dergleichen transportiert werden. Dies würde erheblichen Aufwand bei der Herstellung bedeuten und auch anfällig für Leckagen sein. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen flächigen Textils besteht daher darin, dass das Thermoelement von Material umgeben ist, welches Konvektion von Flüssigkeit durch den Kapillareffekt begünstigt. Dieses Material kann je nach Einsatz und Bedarf einerseits separat, beispielsweise ein separates Gewebe bzw. Textil sein, oder andererseits durch das flächige Textil selbst gebildet werden. Ein vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen flächigen Textils besteht weiterhin darin, dass das Thermoelement als flexible Folie ausgestaltet ist. Diese Maßnahme erlaubt es einem Anwender das Textil vielfältig zu verwenden. Besonders bei textilen Kleidungsstücken, wie z.B. Sicherheits- oder Sportbekleidung, lässt sich ein als flexible Folie ausgestaltetes Thermoelement gut ersetzen. Denn diese Kleidungsstücke sind selbst sehr flexibel, um die Bewegungsfreiheit zu gewährleisten. Hier müssten somit viele kleine Thermoelemente auf einer größeren Fläche angebracht werden, um die Flexibilität des Kleidungsstücks weiter zu erhalten. Dies kann vorteilhafter Weise dadurch umgangen werden, dass das Thermoelement selbst als flexible Folie ausgebildet ist. Ein weiterer vorteilhafter Aspekt des erfindungsgemäßen Textils ergibt sich, wenn das Thermoelement eine wärmeleitende Erweiterungsfläche an wenigstens einer der thermischen Schichten zur Vergrößerung der thermischen Wirkfläche aufweist. Diese Maßnahme ermöglicht, dass die Wirkfläche des Thermoelements ohne viel Aufwand um ein Vielfaches vergrößert werden kann. Hierdurch wird zudem der Fließweg der Flüssigkeit vergrößert. Die Flüssigkeit bekommt somit beispielsweise eine längere Kontaktzeit mit der Umgebungsluft, was die Verdunstung der Flüssigkeit, wie Schweiß, und den Kapillareffekt besonders begünstigt. Die Erweiterungsfläche kann dabei beispielsweise auch als eine wärmeleitende Folie ausgebildet sein, die sich über eine größere Fläche des Textils erstreckt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermoelements für ein flächiges Textil ist das Thermoelement als Peltier-Element ausgebildet. Ein Peltier- Element ist ein handelsübliches und relativ kostengünstiges Bauteil, so dass sich ein Thermoelement für ein Textil hierdurch relativ einfach realisieren lässt. Das Peltier- Element verfügt nämlich, wie oben erläutert, über eine warme und eine kalte Schicht, sobald ein Strom durch das Peltier-Element fließt. Die erforderliche elektrische Spannungsquelle für das Peltier-Element ist zunächst beliebig. Geeignet haben sich aber insbesondere Akkumulatoren oder Batterien erwiesen. Die Bauform eines Peltier- Elements lässt sich relativ flach bis hin zu einer flexiblen Folie gestalten, so dass es sich besonders gut in ein Textil einarbeiten lässt. The textile often consists of a larger area. This area cannot easily be covered with a single thermocouple or Peltier element. In a preferred embodiment of the flat textile according to the invention, a composite system of at least two thermocouples is therefore provided, which are connected to one another via heat-conducting webs. This allows larger areas to be covered with thermocouples for the thermal effects mentioned above. It is important in the present invention that the liquid is transported from the colder layer to the warmer layer. The liquid should not be transported through channels, tubes or the like. This would mean considerable manufacturing expense and would also be prone to leakage. A particularly advantageous embodiment of the flat textile according to the invention is therefore that the thermocouple is surrounded by material which promotes convection of liquid through the capillary effect. Depending on the use and requirement, this material can be separate, for example, a separate fabric or textile, or it can be formed by the flat textile itself. Another advantageous aspect of the flat textile according to the invention is that the thermocouple is designed as a flexible film. This measure allows a user to use the textile in a variety of ways. A thermocouple designed as a flexible film can be easily replaced, particularly in the case of textile items of clothing, such as, for example, safety or sportswear. Because these garments are themselves very flexible to ensure freedom of movement. In this case, many small thermocouples would have to be attached to a larger area in order to maintain the flexibility of the garment. This can advantageously be circumvented in that the thermocouple itself is designed as a flexible film. Another advantageous aspect of the textile according to the invention arises when the thermocouple has a heat-conducting extension surface on at least one of the thermal layers to enlarge the thermal active surface. This measure enables the effective area of the thermocouple to be enlarged many times over without much effort. This also increases the flow path of the liquid. The liquid thus has a longer contact time with the ambient air, for example, which particularly favors the evaporation of the liquid, such as sweat, and the capillary effect. The expansion area can also be designed, for example, as a heat-conducting film that extends over a larger area of the textile. In an advantageous embodiment of the thermocouple according to the invention for a flat textile, the thermocouple is designed as a Peltier element. A Peltier element is a commercially available and relatively inexpensive component, so that a thermocouple for a textile can thereby be implemented relatively easily. As explained above, the Peltier element has a warm and a cold layer as soon as a current flows through the Peltier element. The required electrical voltage source for the Peltier element is initially arbitrary. However, accumulators or batteries have proven particularly suitable. The design of a Peltier element can be made relatively flat up to a flexible film, so that it can be worked particularly well into a textile.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Thermoelement einen Regelmechanismus zur Regelung der Temperaturdifferenz zwischen den thermischen Schichten des Thermoelements auf. Der Regelmechanismus steuert bei einem Peltier-Element den Stromdurchfluss, wodurch die Temperaturdifferenz der beiden Schichten des Thermoelements geregelt werden. The thermocouple according to the invention preferably has a regulating mechanism for regulating the temperature difference between the thermal layers of the thermocouple. In the case of a Peltier element, the regulating mechanism controls the flow of current, which regulates the temperature difference between the two layers of the thermocouple.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Thermoelements besteht darin, dass eine wärmeleitende Erweiterungsfläche an wenigstens einer der thermischen Schichten zur Vergrößerung der thermischen Wirkfläche vorgesehen ist. Die Erweiterungsfläche an wenigstens einer der Schichten des Thermoelements vergrößert den Wirkbereich des Thermoelements. Damit lässt sich insbesondere der Fließweg für die Flüssigkeit vergrößern, sodass diese eine längere Kontaktzeit mit der Umgebungsluft erhält, womit die Verdunstung der Flüssigkeit, wie Schweiß, besonders gefördert wird.An advantageous embodiment of the thermocouple according to the invention consists in that a heat-conducting extension surface is provided on at least one of the thermal layers to enlarge the thermal effective surface. The expansion area on at least one of the layers of the thermocouple increases the effective range of the thermocouple. In this way, the flow path for the liquid in particular can be enlarged so that it has a longer contact time with the ambient air, which particularly promotes evaporation of the liquid, such as sweat.
Die Erweiterungsfläche kann dabei beispielsweise auch als eine wärmeleitende Folie ausgebildet sein, die sich über eine größere Fläche des Textils erstreckt. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Ausführungsbeispiele sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht alleine auf diese aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Sie dienen lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung. Vielmehr soll die vorliegende Erfindung sich auf alle Gegenstände beziehen, die jetzt und zukünftig der Fachmann als naheliegend zur Realisierung der Erfindung heranziehen würde. The expansion area can also be designed, for example, as a heat-conducting film that extends over a larger area of the textile. Further refinements and advantages emerge from the subject matter of the subclaims and the drawings with the associated descriptions. Exemplary embodiments are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. The invention is not intended to be restricted solely to these exemplary embodiments listed. They only serve for a more detailed explanation the invention. Rather, the present invention is intended to relate to all subjects which a person skilled in the art would now and in the future use as obvious to implement the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze ein Funktionsschaubild der Fig. 1 shows a schematic diagram of a functional diagram of the
Erfindung mit einem Thermoelement. Invention with a thermocouple.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze ein regelbares Peltier-Element für ein erfindungsgemäßes Textil. FIG. 2 shows a schematic diagram of a controllable Peltier element for a textile according to the invention.
Fig. 3 zeigt als ein Anwendungsbeispiel einen Nierengurt mit einem Fig. 3 shows as an application example a kidney belt with a
Thermoelement als Wärmepumpe. Thermocouple as a heat pump.
Fig. 4 zeigt als ein Anwendungsbeispiel einen Nierengurt mit einem Fig. 4 shows as an application example a kidney belt with a
Thermoelement als Wärmepumpe mit einem konvektionsbegünstigtem Textil. Thermocouple as a heat pump with a convection-favored textile.
Fig. 5 zeigt als ein Anwendungsbeispiel einen Nierengurt mit mehreren 5 shows, as an example of use, a kidney belt with several
Thermoelementen als Wärmepumpe, welche über wärmeleitenden Stege miteinander verbunden sind. Fig. 6 zeigt als ein Anwendungsbeispiel ein Thermoelement als Wärmepumpe im Thermocouples as heat pumps, which are connected to each other via heat-conducting webs. Fig. 6 shows as an application example a thermocouple as a heat pump in
Nackenbereich. Neck area.
Fig. 7 zeigt als ein Anwendungsbeispiel ein Armband mit einem Thermoelement als Wärmepumpe. Fig. 8 zeigt als ein Anwendungsbeispiel ein Stirnband mit Thermoelementen als Wärmepumpe. Fig. 7 shows, as an application example, a bracelet with a thermocouple as a heat pump. Fig. 8 shows, as an application example, a headband with thermocouples as a heat pump.
Bevorzugtes Ausführungsbeispiel Preferred embodiment
In Fig. 1 wird in einer schematischen Prinzipskizze ein Funktionsschaubild der Erfindung mit einem Thermoelement 10 dargestellt. Mit 12 wird hier ein erfindungsgemäßes flächiges Textil bezeichnet. Das Textil 12 enthält das Thermoelement 10. Das Thermoelement 10 ist als Peltier-Element 14 ausgestaltet, welches eine aktive Wärmepumpe 16 bildet. Das Peltier-Element 14 ist von einem Konvektionstextil 18 umgeben, welches Konvektion von Flüssigkeit durch den Kapillareffekt begünstigt. Dabei kann das gesamte Textil 12 selbst als Konvektionstextil 18 ausgebildet sein oder nur der Bereich, der das Thermoelement 10 umgibt. In Fig. 1, a functional diagram of the invention with a thermocouple 10 is shown in a schematic principle sketch. A flat textile according to the invention is designated here by 12. The textile 12 contains the thermocouple 10. The thermocouple 10 is designed as a Peltier element 14, which forms an active heat pump 16. The Peltier element 14 is surrounded by a convection textile 18 which promotes convection of liquid through the capillary effect. The entire textile 12 itself can be designed as a convection textile 18 or just the area that surrounds the thermocouple 10.
Das Peltier-Element 14 ist ein handelsübliches Halbleiterbauteil, welches nach dem Peltier-Effekt arbeitet. Dabei liegen zwei Schichten 20, 22 mit unterschiedlicher Dotierung übereinander. Durch geeignetes Anlegen einer Spannung entsteht an dem Peltier-Element 14 eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Schichten 20, 22. Dabei wird die erste Schicht 20 warm und die zweite Schicht 22 kalt. Durch Umpolung der Spannung lassen sich die Temperaturen der beiden Schichten 20, 22 des Peltier- Elements 14 tauschen. Die Spannung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart an dem Peltier-Element 14 angelegt, dass die zweite Schicht 22 kühler ist, als die erste Schicht 20. Die zweite Schicht 22 liegt auf einem sich erhitzenden und Flüssigkeit schwitzenden Körper 24 auf. Dabei kann es sich z.B. um einen menschlichen Körper handeln. Um die Wirkfläche des Peltier-Elements 14 zu vergrößern ist an der Schicht 22 eine wärmeleitende Erweiterungsfläche 25 vorgesehen. Die Erweiterungsfläche 25 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Metallfolie ausgebildet, die mit der Schicht 22 des Peltier-Elements 14 unmittelbar in Kontakt steht. Durch die Erweiterungsfläche 25 lässt sich die thermisch wirksame Fläche um ein Vielfaches ausdehnen The Peltier element 14 is a commercially available semiconductor component which works according to the Peltier effect. Two layers 20, 22 with different doping are superposed. By suitably applying a voltage, a temperature difference arises between the two layers 20, 22 at the Peltier element 14. The first layer 20 becomes warm and the second layer 22 becomes cold. By reversing the polarity of the voltage, the temperatures of the two layers 20, 22 of the Peltier element 14 can be exchanged. In the present exemplary embodiment, the voltage is applied to the Peltier element 14 in such a way that the second layer 22 is cooler than the first layer 20. The second layer 22 rests on a body 24 that is heated and sweated by liquid. It can e.g. act about a human body. In order to enlarge the effective area of the Peltier element 14, a heat-conducting extension area 25 is provided on the layer 22. In the present exemplary embodiment, the expansion area 25 is designed as a metal foil which is in direct contact with the layer 22 of the Peltier element 14. The thermally effective area can be expanded many times over by the expansion area 25
Die hierbei entstehende Flüssigkeit - Schweiß, angedeutet durch Pfeil 26, wird durch Konvektionsströmungen von der unteren und kälteren zweiten Schicht 22 hin zur wärmeren ersten Schicht 20 transportiert. Pfeile 27 deuten die Strömungsrichtung der Flüssigkeit an. Die Konvektion wird durch Kapillareffekte des Konvektionstextils 18 unterstützt. Auf der wärmeren ersten Schicht 20 verdampft die Flüssigkeit schließlich. The resulting liquid - sweat, indicated by arrow 26, is transported by convection currents from the lower and colder second layer 22 to the warmer first layer 20. Arrows 27 indicate the direction of flow Liquid. The convection is supported by capillary effects of the convection textile 18. The liquid finally evaporates on the warmer first layer 20.
Die Temperaturdifferenz zwischen der ersten Schicht 20 und der zweiten Schicht 22 kann durch Veränderung der jeweils anliegenden Spannung variiert werden. Mit einem Regelmechanismus 28 wird anliegende Spannung und damit die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Schichten 20, 22 des Thermoelements 10 eingestellt. Durch einen Temperatursensor 30 wird die Temperatur in dem Textil 12 bzw. an dem Thermoelement 10 erfasst. Ein Feuchtigkeitssensor 32 ermittelt ferner den Feuchtigkeitsgrad der durch die verdampfende Flüssigkeit entsteht. Der Temperatursensor 30 und der Feuchtigkeitssensor 32 signalisieren dem Regelmechanismus 28 die jeweils ermittelten Werte. Hierdurch kann der Regelmechanismus 28 das Thermoelement 10 über die Spannung entsprechend nachregeln, so dass ein jeweils fest eingestellter Wert für Temperatur und Feuchtigkeit gehalten wird. The temperature difference between the first layer 20 and the second layer 22 can be varied by changing the voltage applied in each case. The applied voltage and thus the temperature difference between the two layers 20, 22 of the thermocouple 10 are set with a control mechanism 28. The temperature in the textile 12 or on the thermocouple 10 is detected by a temperature sensor 30. A humidity sensor 32 also determines the degree of humidity caused by the evaporating liquid. The temperature sensor 30 and the humidity sensor 32 signal to the control mechanism 28 the values determined in each case. In this way, the control mechanism 28 can readjust the thermocouple 10 accordingly via the voltage, so that a fixed value for temperature and humidity is maintained in each case.
Die Fig. 2 zeigt in einer Prinzipskizze das Thermoelement 10, welches von dem Konvektionstextil 18 umgeben ist, um die Konvektion von Flüssigkeit durch den Kapillareffekt zu begünstigen. Das elektronische Thermoelement 10 wird auch im vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem Peltier-Element 14 gebildet. Aber auch andere Thermoelemente sind als Wärmepumpen 16, beispielsweise auf Basis von komprimierten und expandierendem Gas, durchaus denkbar. Wichtig ist, wie im vorliegenden Fall, dass die Flüssigkeit durch Konvektionsströme in dem Konvektionstextil 18 gezielt von der kälteren zweiten Schicht 22 hin zur wärmeren ersten Schicht 20 des Thermoelements 10 fließt. Auf der wärmeren Schicht 20 kann die Flüssigkeit schließlich verdampfen. FIG. 2 shows a basic sketch of the thermocouple 10, which is surrounded by the convection textile 18 in order to promote the convection of liquid by the capillary effect. The electronic thermocouple 10 is also formed by the Peltier element 14 in the present exemplary embodiment. However, other thermocouples are also quite conceivable as heat pumps 16, for example based on compressed and expanding gas. As in the present case, it is important that the liquid flows in a targeted manner by convection currents in the convection textile 18 from the colder second layer 22 to the warmer first layer 20 of the thermocouple 10. The liquid can finally evaporate on the warmer layer 20.
Eine Spannungsquelle 34 versorgt einen elektrischen Schaltkreis 36 mit der erforderlichen elektrischen Energie. Der Schaltkreis 36 enthält dabei insbesondere das Peltier-Element 14, den Temperatursensor 30, den Feuchtigkeitssensor 32 (siehe Fig.l) und den Regelmechanismus 28. Der Regelmechanismus 28 lässt sich beispielsweise mittels Mikroelektronik und Prozessorsteuerung leicht realisieren. An dem Peltier- Element 14 sind Anschlüsse 37 für die Spannungsversorgung vorgesehen. Hierüber erhält das Peltier-Element 14 die für den Betrieb notwendige elektrische Energie von der Spannungsquelle 34. A voltage source 34 supplies an electrical circuit 36 with the required electrical energy. The circuit 36 contains in particular the Peltier element 14, the temperature sensor 30, the humidity sensor 32 (see FIG. 1) and the control mechanism 28. The control mechanism 28 can be, for example easy to implement using microelectronics and processor control. Connections 37 for the voltage supply are provided on the Peltier element 14. In this way, the Peltier element 14 receives the electrical energy required for operation from the voltage source 34.
Fig. 3 zeig ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Textil 12 mit dem Thermoelement 10 als Nierengurt 38 vorgesehen ist. Soweit diese Fig. 3 den vorherigen Figuren entspricht, werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Thermoelement 10 wird auch hier von dem Peltier-Element 14 gebildet. Das Peltier-Element 14 wird über die Spannungsversorgung 34 mit elektrischer Energie versorgt. Mittels des Regelmechanismus 28, welcher in dem Schaltkreis 36 integriert ist, wird die Temperaturdifferenz der beiden Schichten 20, 22 geregelt. So lässt sich die Temperaturdifferenz zwischen den Schichten 20, 22 konstant halten. Der3 shows an exemplary embodiment in which the textile 12 with the thermocouple 10 is provided as a kidney belt 38. Insofar as this FIG. 3 corresponds to the previous figures, the same reference symbols are used. The thermocouple 10 is also formed here by the Peltier element 14. The Peltier element 14 is supplied with electrical energy via the voltage supply 34. The temperature difference between the two layers 20, 22 is regulated by means of the regulating mechanism 28, which is integrated in the circuit 36. The temperature difference between the layers 20, 22 can thus be kept constant. Of the
Temperatursensor 30 und der Feuchtigkeitssensor 32 befinden sich zur Erfassung von Temperatur und Feuchtigkeitsgrad an geeigneten Stellen im Bereich des Thermoelements 10 des Nierengurts 38. The temperature sensor 30 and the humidity sensor 32 are located at suitable points in the area of the thermocouple 10 of the kidney belt 38 in order to detect the temperature and the degree of humidity.
Die Fig. 4 entspricht dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3. Daher werden für entsprechende Bestandteile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Anders als in Fig. 3 ist allerdings das flächige Textil 12 mit einer wärmeleitenden Beschichtung 40 vorgesehen. Hierdurch wird die Wirkung des Peltier-Elements 14 auf eine größere Fläche des Nierengurts 38 ausgedehnt. Vorzugsweise ist das Textil 12 mit der Beschichtung 40 semipermeabel ausgestaltet, damit entstehende Feuchtigkeit durch die Konvektionsströme immer nach außen transportiert wird. Diese Feuchtigkeit gelangt aber durch die Semipermeabilität nicht zurück an den Körper 24. Das Peltier-Element 14 ist sehr dünn, als weitestgehend flexible Folie 42 vorgesehen, wodurch sich ein gewisser Komfort beim Tragen des Nierengurts 38 erreichen lässt. Auch hier ist, wie bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 2 und 3 der Schaltkreis 36 mit der Spannungsquelle 34, dem Regelmechanismus 28, dem Temperatursensor 30 und dem Feuchtigkeitssensor 32 vorgesehen. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 zeigt erneut den Nierengurt 38 entsprechend den Figuren 3 und 4. Soweit die Figuren sich wieder entsprechen, werden auch hier wieder die gleichen Bezugszeichen verwendet. Wie bei den Ausführungsbeispielen von Fig. 2 bis 4 weist der Schaltkreis 36 neben der Spannungsquelle 34, den Temperatursensor 30, den Feuchtigkeitssensor 32 und den Regelmechanismus 28 auf. Anstelle der wärmeleitenden Beschichtung 40, wie sie z.B. in Fig. 3 dargestellt ist, werden in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Thermoelemente 10 als Verbundsystem für die flächige Ausdehnung der thermischen Wirkung eingesetzt. Diese Thermoelemente 10 sind in dem Nierengurt 38 vorgesehen und durch wärmeleitende Stege 44 miteinander verbunden. Natürlich können zusätzlich auch elektrische Leiter zwischen den Thermoelementen 10 zum Austausch der elektrischen Energie vorgesehen sein. FIG. 4 corresponds to the exemplary embodiment from FIG. 3. The same reference symbols are therefore used for corresponding components. Unlike in FIG. 3, however, the flat textile 12 is provided with a thermally conductive coating 40. In this way, the effect of the Peltier element 14 is extended to a larger area of the kidney belt 38. The textile 12 with the coating 40 is preferably designed to be semipermeable, so that any moisture that occurs is always transported to the outside by the convection currents. However, due to the semi-permeability, this moisture does not get back to the body 24. The Peltier element 14 is very thin, provided as a largely flexible film 42, as a result of which a certain comfort can be achieved when the kidney belt 38 is worn. Here too, as in the exemplary embodiments of FIGS. 2 and 3, the circuit 36 with the voltage source 34, the regulating mechanism 28, the temperature sensor 30 and the humidity sensor 32 is provided. The embodiment of FIG. 5 again shows the kidney belt 38 corresponding to FIGS. 3 and 4. As far as the figures correspond again, the same reference numerals are used here again. As in the exemplary embodiments of FIGS. 2 to 4, the circuit 36 has, in addition to the voltage source 34, the temperature sensor 30, the humidity sensor 32 and the control mechanism 28. Instead of the thermally conductive coating 40, as shown, for example, in FIG. 3, in this exemplary embodiment several thermocouples 10 are used as a composite system for the two-dimensional expansion of the thermal effect. These thermocouples 10 are provided in the kidney belt 38 and are connected to one another by heat-conducting webs 44. Of course, electrical conductors can also be provided between the thermocouples 10 for exchanging electrical energy.
Fig. 6 zeigt als ein Anwendungsbeispiel für die Erfindung einen Pullover 46 als das flächige Textil 12 zum Kühlen und/oder zum Wärmen. Das Thermoelement 10 dient dabei im Nackenbereich 48 eines menschlichen Körpers 50 als Wärmepumpe 16. Der Einsatz und die Funktionsweise des Thermoelements 10 stellen sich analog zum Nierengurt 38 dar. Die elektrische Spannung für das als Peltier-Element 14 ausgebildete Thermoelement 10 ist von einer Spannungsquelle 34 abrufbar. Sowohl die Spannungsquelle 34 als auch der Regelmechanismus 28 sind an einem Gürtel 52 befestigt. Als Spannungsquelle 34 werden in diesem Anwendungsbeispiel transportable Akkumulatoren 54 verwendet. Diese sind besonders geeignet, weil sie mehrfach verwendet werden können. Sie lassen sich problemlos in einem herkömmlichen externen Ladegerät aufladen. Aber auch Solarzellen, z.B. auf der Textiloberfläche 56, sind für die Aufladung von Akkumulatoren durchaus geeignet. Akkumulatoren lassen sich zudem ggf. induktiv aufladen, so dass sie nicht aus ihrer Halterung entfernt werden müssen. Die Art der Spannungsquelle 34 ist daher grundsätzlich beliebig. So können im Bedarfsfall auch nur einfache Batterien eingesetzt werden. FIG. 6 shows, as an example of application for the invention, a sweater 46 as the flat textile 12 for cooling and / or for warming. The thermocouple 10 serves as a heat pump 16 in the neck area 48 of a human body 50. The use and mode of operation of the thermocouple 10 are analogous to the kidney belt 38. The electrical voltage for the thermocouple 10, designed as a Peltier element 14, comes from a voltage source 34 retrievable. Both the voltage source 34 and the regulating mechanism 28 are attached to a belt 52. In this application example, portable accumulators 54 are used as voltage source 34. These are particularly suitable because they can be used multiple times. They can easily be charged in a conventional external charger. But also solar cells, e.g. on the textile surface 56 are quite suitable for charging accumulators. Batteries can also be charged inductively, if necessary, so that they do not have to be removed from their holder. The type of voltage source 34 is therefore basically arbitrary. This means that only simple batteries can be used if necessary.
Die Fig. 7 und 8 zeigen zwei weitere Anwendungsbeispiele der Erfindung. In dem Anwendungsbeispiel von Fig. 7 ist die Erfindung als ein Armband 58 mit einem Thermoelement 10 als Wärmepumpe 16 ausgestaltet. Das Armband 58 befindet sich zum Kühlen bzw. zum Wärmen im Bereich eines Handgelenks 60. In dem Anwendungsbeispiel von Fig. 8 ist die Erfindung als ein Stirnband 62 mit mehreren Thermoelementen 10 als Wärmepumpe 16 ausgestaltet. Das Stirnband 62 wird über einen zu kühlenden oder zu wärmenden Kopf 64 gezogen. Der Einsatz und die Funktionsweise der Thermoelemente 10 dieser beiden Anwendungen ist entsprechend zum Nierengurt 38 gemäß den Fig. 3 bis 5 und zu dem Thermoelement 10 im Nackenbereich gemäß der Fig. 6 zu sehen. 7 and 8 show two further examples of application of the invention. In the application example of FIG. 7, the invention is designed as a bracelet 58 with a thermocouple 10 as a heat pump 16. The bracelet 58 is located for cooling or warming in the area of a wrist 60. In the application example of FIG. 8, the invention is designed as a headband 62 with a plurality of thermocouples 10 as a heat pump 16. The headband 62 is pulled over a head 64 to be cooled or warmed. The use and the mode of operation of the thermocouples 10 of these two applications can be seen corresponding to the kidney belt 38 according to FIGS. 3 to 5 and to the thermocouple 10 in the neck area according to FIG.
Bezugszeichenliste 62 Stirnband LIST OF REFERENCE NUMERALS 62 headband
64 Kopf 64 head
10 Thermoelement 10 thermocouple
12 flächiges Textil 12 flat textile
14 Peltier-Element 14 Peltier element
16 Wärmepumpe 16 heat pump
18 Konvektionstextil 18 convection textile
20 Erste Schicht (warm) 20 first layer (warm)
22 Zweite Schicht (kalt) 22 Second shift (cold)
24 Körper 24 bodies
25 Erweiterungsfläche 25 expansion area
26 Pfeil 26 arrow
27 Pfeile 27 arrows
28 Regelmechanismus 28 Control Mechanism
30 Temperatursensor 30 temperature sensor
32 Feuchtigkeitssensor 32 humidity sensor
34 Spannungsquelle 34 Power source
36 Schaltkreis 36 circuit
37 Anschlüsse 37 Connections
38 Nierengurt 38 kidney belt
40 Wärmeleitende Beschichtung 40 Thermally conductive coating
42 Flexible Folie 42 Flexible film
44 wärmeleitende Stege 44 heat conducting bars
46 Pullover 46 sweaters
48 Nackenbereich 48 neck area
50 Menschlicher Körper 50 human body
52 Gürtel 52 belt
54 Akkumulatoren 54 accumulators
56 Textiloberfläche 56 textile surface
58 Armband 58 bracelet
60 Handgelenk 60 wrist

Claims

Patentansprüche Claims
1. Ein flächiges Textil (12), welches über einer Oberfläche eines Körpers (24) liegt, wobei in dem Textil (12) ein Thermoelement (10) zum Kühlen und/oder Wärmen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) aktiv als Wärmepumpe (16) mit zwei thermischen Schichten (20, 22) mit einer Temperaturdifferenz zur Erzeugung von Konvektionsströmungen für Flüssigkeiten ausgebildet ist. 1. A flat textile (12) which lies over a surface of a body (24), a thermocouple (10) for cooling and / or heating being provided in the textile (12), characterized in that the thermocouple (10) is actively designed as a heat pump (16) with two thermal layers (20, 22) with a temperature difference for generating convection currents for liquids.
2. Ein flächiges Textil (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) als Peltier-Element (14) ausgebildet ist. 2. A flat textile (12) according to claim 1, characterized in that the thermocouple (10) is designed as a Peltier element (14).
3. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen den thermischen Schichten (20, 22) mit einem Regelmechanismus (28) regelbar ausgebildet ist. 3. A flat textile (12) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the temperature difference between the thermal layers (20, 22) is designed to be controllable with a control mechanism (28).
4. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelmechanismus (28) einen Temperatur- (30) und/oder ein Feuchtigkeitssensor (32) enthält. 4. A flat textile (12) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control mechanism (28) contains a temperature (30) and / or a humidity sensor (32).
5. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Verbundsystem von wenigstens zwei Thermoelementen (10), welche über wärmeleitende Stege (44) miteinander verbunden sind. 5. A flat textile (12) according to any one of claims 1 to 4, characterized by a composite system of at least two thermocouples (10) which are connected to one another via heat-conducting webs (44).
6. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) von Material umgeben ist, welches Konvektion von Flüssigkeit durch den Kapillareffekt begünstigt. 6. A two-dimensional textile (12) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the thermocouple (10) is surrounded by material which promotes convection of liquid through the capillary effect.
7. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) als flexible Folie (42) ausgestaltet ist. 7. A flat textile (12) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thermocouple (10) is designed as a flexible film (42).
8. Ein flächiges Textil (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) eine wärmeleitende Erweiterungsfläche (25) an wenigstens einer der thermischen Schichten (20, 22) zur Vergrößerung der thermischen Wirkfläche aufweist. 8. A flat textile (12) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the thermocouple (10) has a thermally conductive extension surface (25) on at least one of the thermal layers (20, 22) to enlarge the thermal effective area.
9. Thermoelement (10) für ein flächiges Textil, welches über einer Oberfläche eines9. Thermocouple (10) for a flat textile, which over a surface of a
Körpers zum Kühlen und/oder Wärmen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) eine Wärmepumpe (16) mit zwei thermischen Schichten (20, 22) mit einer Temperaturdifferenz zur Erzeugung vonBody for cooling and / or heating, characterized in that the thermocouple (10) is a heat pump (16) with two thermal layers (20, 22) with a temperature difference for generating
Konvektionsströmungen für Flüssigkeiten aufweist. Has convection currents for liquids.
10. Thermoelement (10) für ein flächiges Textil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) als Peltier-Element (14) ausgebildet ist. 10. Thermocouple (10) for a flat textile according to claim 9, characterized in that the thermocouple (10) is designed as a Peltier element (14).
11. Thermoelement (10) für ein flächiges Textil nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen den thermischen Schichten (20, 22) des Thermoelements (10) mit einem Regelmechanismus (28) regelbar ausgebildet ist. 11. Thermocouple (10) for a flat textile according to one of claims 9 or 10, characterized in that the temperature difference between the thermal layers (20, 22) of the thermocouple (10) is designed to be controllable with a control mechanism (28).
12. Thermoelement (10) für ein flächiges Textil nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine wärmeleitende Erweiterungsfläche (25) an wenigstens einer der thermischen Schichten (20, 22) zur Vergrößerung der thermischen Wirkfläche vorgesehen ist. 12. Thermocouple (10) for a flat textile according to one of claims 9 to 11, characterized in that a thermally conductive expansion surface (25) is provided on at least one of the thermal layers (20, 22) to enlarge the thermal effective area.
13. Verfahren zum Kühlen und/oder Wärmen einer Oberfläche eines Körpers (24), wobei ein flächiges Textil (12) mit einem Thermoelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche über die Oberfläche des Körpers (24) gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Flüssigkeit durch Konvektionsströmungen transportiert wird. 13. A method for cooling and / or heating a surface of a body (24), wherein a flat textile (12) with a thermocouple (10) according to one of the preceding claims is placed over the surface of the body (24), characterized in that Liquid is transported by convection currents.
14. Anordnung enthaltend ein flächiges Textil (12), welches über einer Oberfläche eines Körpers (24) liegt, wobei in dem Textil (12) ein Thermoelement (10) zum Kühlen und/oder Wärmen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (10) aktiv als Wärmepumpe (16) mit zwei thermischen Schichten (20, 22) mit einer Temperaturdifferenz zur Erzeugung von Konvektionsströmungen für Flüssigkeiten ausgebildet ist. 14. An arrangement comprising a flat textile (12) which lies over a surface of a body (24), wherein a thermocouple (10) is provided for cooling and / or heating in the textile (12), characterized in that the Thermocouple (10) is actively designed as a heat pump (16) with two thermal layers (20, 22) with a temperature difference for generating convection currents for liquids.
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