功能性的和耐久的热电装置和系统的制作方法

交叉引用

本申请要求2014年11月6日提交的美国临时申请序列号62/076,042、2015年3月13日提交的美国临时申请序列号62/133,215、2015年6月8日提交的美国临时申请序列号62/172,751和2015年7月10日提交的美国临时申请序列号62/191,207的优先权，上述文献的全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

热电效应是温差到电压的转换，并且反之亦然。当跨热电装置存在温度梯度时，诸如当热电装置的每一侧存在不同的温度时，该热电装置可产生电压。相反，当向热电装置施加电压时，其可产生温差。施加的温度梯度可导致热电装置中的载流子从热电装置的热侧扩散到冷侧。

术语“热电效应”包含塞贝克效应(seebackeffect)、珀尔帖效应(peltiereffect)和汤姆逊效应(thomsoneffect)。基于热电效应的固态冷却和发电通常采用塞贝克效应或珀尔帖效应进行发电和泵热。然而，这样的常规热电装置的效用通常受到其低性能系数(coefficient-of-performance，cop)(针对制冷应用)或低效率(针对发电应用)的限制。

热电模块可以包含以1-3mm间隔开的密集装设的元件。多达256个这样的元件可以连接在2×2英寸(5.08×5.08cm)的阵列中。当部署这些模块时，可能需要大而重的散热器和强大的风扇以在每一侧散热或吸热。具有低电阻的小元件可允许较大的电流(i)在所生成的电阻热(i²r)破坏热电冷却之前流动。为了最大的冷却能力而使用短元件导致热侧电路板和冷侧电路板靠近在一起。这样的靠近可能导致高密度。

为了实现热电元件的低密度装设，可以将元件在板上横向间隔开，但继而通过元件之间的空气传导和辐射的热回流限制了整体性能。一些设计可能需要排空模块内部以减少由于空气传导引起的热回流，但真空腔需要昂贵的材料并且容易泄漏。真空材料(例如，玻璃和kovar^tm)在薄到足以限制其自身热回流时也很坚硬且容易破碎。当这些模块使用在坐垫、汽车和其他环境时，破碎的玻璃可能导致安全问题。

散布热电元件的另一问题是：在较大距离上的元件的刚性连接导致其由于热侧相对于冷侧的热扩张下的剪应力而断裂。为了解决这个问题，已经提出了针对电路板使用诸如聚酰亚胺之类的柔性塑料的其他设计，但这些材料过于多孔而不能保持真空。

热电模块的现有技术设计的另一缺点是：移向热侧的高密度的热量可导致经过散热器的温度梯度，并且该温度变化可能会减损模块可实现的总体冷却。尤其是，传统热电产品可能由于这一温度梯度而无法达到真正的制冷温度。

此外，由于一些传统热电模块可能在组装期间被放置在回流焊炉中，因此只能使用高温材料。不幸的是，许多期望的冷却和加热用途涉及靠近人体或与人体直接接触，为此诸如衬垫、布料和柔性泡沫之类的软材料可能是优选的，但这些材料不能承受回流焊炉的高温。

技术实现要素：

当温度变化为10℃或更低时，热电装置可以与蒸汽压缩冷却系统一样高效或者甚至更高效。中央a/c或供暖系统加上局部热电系统的总能量节省可以达到对于这种组合的30％或更多，但一些传统热电模块的笨重实现方式阻止了其用于此目的。因此，本文认识到的是对于部署用于占用空间的局部加热和冷却的热电技术并从而减少针对这种部署所需的总能量消耗的需要，以及对于安全地和舒适地改进的具有热电能力的各种绝缘面板的需要，所述各种绝缘面板诸如为坐垫(例如，汽车座椅、卡车座椅、船座椅或飞机座椅)、床垫、枕头、毯子、天花板瓦片、办公室/居住墙壁或隔板、桌下面板、电子产品外壳、建筑物墙壁、太阳能面板、冰箱壁、冰箱内的冷冻室壁或冰箱内的保鲜室壁。此外，由于热电模块可用于发电，因此本文认识到的是对于能够每天24小时、每周7天和每年365天供电并且仅取用可再生能源的低成本发电能力的需要。

本公开内容提供了包括热电串的热电模块，其可以用于将热量传递到物体或从物体传递热量。当连接在一起时，热电串可以组装成阵列形式。

本公开内容提供了生产热电串和将热电串集成在消费产品中的方法。此外，提供了热电串和包括一个或多个热电串的装置的设计。

本公开内容描述了提高耐久性的、对诸如热电面板等一系列连接的热电串的改进；改善消费产品的平滑性和柔软性的、对热电串和/或热电面板与表面的集成的改进；以及提高热电串和/或热电面板的可制造性和热性能的、在空气流动系统中的改进。如本文所讨论的热电串和热电面板可用于许多产品和应用中，诸如座椅、座椅靠背、座椅顶部、床、床顶、轮椅坐垫、医院病床，动物床和办公椅。

本公开内容还提供了热电串的t形(或基本上t形)配置的示例。虽然热电串的一些示例在被插入所要加热和/或冷却的期望材料中时可被弯曲，但本文所讨论的示例提供能够以45度到90度角连接到应变消除件(strainrelief)的热电串的链节。通过以45度至90度的角度将热电串的链节连接到应变消除件上而不弯曲链节，本文所述的实施方式减少和/或消除了对于以不同程度弯曲导线的需要。另外，使链节的导线的弯曲最小化可以用于提高耐久性和改进热电串。

另外，本公开内容还提供了可以放置在热电串的链节与座椅、床或其他产品的表面之间的不同材料的示例。在一些示例中，可放置在热电串的链节之间的材料可以用于提高表面感觉的平滑性或柔软性或者平滑性和柔软性两者，同时还保持足够的热传递。可放置在热电串的链节之间的材料的示例包括聚酯填充材料、橡胶材料、羔羊毛、波纹织物和防滑垫。

在附加的实施方式中，提供了空气流动系统，其允许热电串与产品制造过程的便捷集成。此外，空气流动系统还可以用于适应诸如坐垫或床等产品的移动部分。在一些示例中，可以将柔性和密封的间隔网管道与线性空气通道相结合，以提供通往座椅或床垫的下侧或座椅靠垫的背侧的空气路径。在附加的示例中，泡沫材料可以用于空气管道，从而允许柔性和噪声消减。在另外的示例中，柔性管道可以用于到达座椅坐垫的可移动部分，包括可以向前和向后移动的大腿支撑区域。柔性管道还可以用于到达可向内和向外移动的侧衬垫支撑区域。

本公开内容的一个方面提供了一种热电装置，包括：面板，其包含电绝缘和热绝缘材料；以及热电串，其包括安装在所述面板内的应变消除元件上的多个热电元件，其中所述热电元件包括彼此串联电耦合的n型热电元件和p型热电元件，其中所述热电串是(i)在所述面板内部的横截面中压紧，和(ii)在所述面板外部的横截面中扩张，并且其中所述应变消除元件允许所述热电串在所述应变消除元件附近是可移动的。

在一些实施方式中，所述热电串在没有胶粘剂的情况下固定到所述面板。

在一些实施方式中，所述热电装置还包括位于所述面板内的附加应变消除元件，其中所述热电串安装在所述附加应变消除元件上。在一些实施方式中，所述热电串通过开口旋入到所述附加应变消除元件中，以允许所述热电串相对于所述附加应变消除元件旋转。在一些实施方式中，所述热电装置还包括安装在所述附加应变消除元件上的多个附加热电元件，其中所述附加热电元件包括彼此串联电耦合的n型热电元件和p型热电元件，并且其中所述附加热电元件与安装在所述应变消除面板上的所述多个热电元件电连通。

在一些实施方式中，所述n型热电元件通过所述面板中的绞合导线而电耦合到所述p型热电元件。在一些实施方式中，所述应变消除元件可从所述面板移除。

在一些实施方式中，所述面板是细长的。在一些实施方式中，所述热电串包括具有相对的端部的绞合导线，每个端部由终端元件进行端接以保持所述绞合导线的压紧。在一些实施方式中，所述相对的端部用套圈或拼接带进行端接。在一些实施方式中，所述绞合导线用焊料附接到所述多个热电元件和/或所述应变消除元件。

在一些实施方式中，所述热电串通过所述应变消除元件中的开口旋入到所述应变消除元件中，所述开口允许所述热电串相对于所述应变消除元件旋转。在一些实施方式中，所述应变消除元件包含玻璃纤维、环氧树脂和/或复合材料。

在一些实施方式中，所述热电装置还包括与所述面板相邻的中间垫和与所述中间垫相邻的罩。在一些实施方式中，所述中间垫具有约5毫米与10毫米之间的未压缩厚度。在一些实施方式中，所述中间垫包含粘弹性泡沫、聚酯纤维和/或碳颗粒。在一些实施方式中，所述碳颗粒是金刚石颗粒。在一些实施方式中，所述中间垫是柔性压花片。在一些实施方式中，所述柔性压花片包含橡胶、氯丁橡胶、聚氨酯和/或硅树脂。在一些实施方式中，所述柔性压花片的中心分开约3毫米与10毫米之间的距离。在一些实施方式中，所述中间垫由羊毛形成。在一些实施方式中，所述中间垫由具有预拉伸弹性纤维的织物片组成。在一些实施方式中，所述中间垫由具有壁和空隙的格子组成。在一些实施方式中，所述空隙是正方形或类正方形，边长在约3毫米与10毫米之间。在一些实施方式中，所述热电装置还包括位于所述中间层与所述罩之间的附加层，其中所述附加层允许所述罩相对于所述中间层移动。

在一些实施方式中，将所述应变消除元件安置在所述面板中的多个沟槽中的沟槽中。在一些实施方式中，所述多个沟槽中的每一个具有圆形、三角形、半圆形、正方形或矩形的横截面。

在一些实施方式中，将所述应变消除元件安置在所述面板中的多个狭缝中的线性狭缝中。在一些实施方式中，所述线性狭缝相对于所述面板的表面成锐角或直角。

在一些实施方式中，所述热电装置还包括流体流动系统，所述流体流动系统包括与所述面板相邻的通道。在一些实施方式中，所述热电装置还包括用于将流体导引到所述通道的袋状和柔性的间隔网。在一些实施方式中，所述热电装置还包括位于所述袋状和柔性间隔网的端部处的风扇。在一些实施方式中，所述流体流动系统安装在电器(set)的下方或后面。在一些实施方式中，所述热电装置还包括与所述通道流体连通的泡沫管。在一些实施方式中，所述热电装置还包括多个热电串，所述多个热电串包括在通道中的所述热电串，所述多个热电串包括在所述面板的表面上扩展开的导线。

在一些实施方式中，所述热电装置还包括多个包含所述热电串在内的热电串，其中所述多个热电串中的每一个包括安装在所述面板内的给定应变消除元件上的多个热电元件。

在一些实施方式中，所述面板包括从所述面板的第一侧引导到所述面板的第二侧的孔，其中所述第二侧与空气流动层相邻，其中所述孔允许流体从所述第一侧流动到所述第二侧以与所述空气流动层中的空气混合。

本公开内容的另一方面提供了一种包括如上文或本文其他各处所述的一个或多个热电装置的热电系统。

本公开内容的另一方面提供了一种用于形成如上文或本文其他各处所述的热电装置或系统的方法。在一些实施方式中，一种用于形成热电装置或系统的方法包括：(a)在包含电绝缘和热绝缘材料的面板中生成沟槽或线性狭缝；以及(b)提供包括安装在所述沟槽或线性狭缝内的应变消除元件上的多个热电元件的热电串，其中所述热电元件包括彼此串联电耦合的n型热电元件和p型热电元件，其中所述热电串是(i)在所述面板内部的横截面中压紧，以及(ii)在所述面板外部的横截面中扩张，并且其中所述应变消除元件允许所述热电串在所述应变消除元件附近是可移动的。

在一些实施方式中，(b)包括在不使用胶粘剂的情况下将所述热电串固定到所述面板。在一些实施方式中，(a)包括在所述面板中生成多个沟槽或线性狭缝，该多个沟槽或线性狭缝包括所述沟槽或线性狭缝。在一些实施方式中，(b)包括提供包含所述热电串在内的多个热电串，其中所述多个热电串中的每一个包括安装在所述面板内的给定应变消除元件上的多个热电元件。

在一些实施方式中，该方法还包括(i)提供与所述面板相邻的中间垫，以及(ii)提供与所述中间垫相邻的罩。在一些实施方式中，(b)包括(i)将所述热电元件安装在所述应变消除元件上，和(ii)将所述应变消除元件插入所述面板中。

在一些实施方式中，(a)包括移除所述面板的选定部分以生成所述沟槽或线性狭缝，并且(b)包括在所述沟槽或面板中提供所述热电串的一部分。在一些实施方式中，所述方法还包括在提供于所述沟槽或线性狭缝中的所述热电串的所述部分上更换所述选定部分。

对于本领域技术人员而言，本公开内容的另外的方面和优点将从以下详细描述中变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式。应当认识到，在不脱离本公开内容的情况下，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各个明显的方面进行修改。因此，附图和描述的性质应被视为说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，程度如同具体和单独地指出通过引用而并入每个单独的出版物、专利或专利申请。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考以下对利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图(本文亦称“图”)，将会获得对本发明特征和优点的更好的理解；在附图中：

图1a-图1c示出了根据本公开内容一些实施方式，用于热电串的t形(或基本上t形)配置的视图，其中引入链节和引出链节以90度角附接到应变消除件。图1a图示了用于热电串的t形配置的侧视图；图1b图示了用于热电串的t形配置的仰视图；并且图1c图示了用于热电串的t形配置的俯视图；

图2a-图2c示出了根据本公开内容一些实施方式，作为加垫的金刚石颗粒注入的粘弹性泡沫的视图。2a图示了厚度为6毫米(mm)的金刚石注入的粘弹性泡沫垫；图2b图示了用于测量手感和热传递的装置；并且图2c图示了泡沫垫(例如，粘弹性泡沫垫)在汽车座椅罩中的整合；

图3a-图3b示出了根据本公开内容一些实施方式的聚酯填充物的失禁垫和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图3a图示了失禁垫；并且图3b图示了用于测量手感和热传递的装置；

图4a-图4b示出了根据本公开内容一些实施方式的压花片(例如，橡胶片)和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图4a图示了压花垫；并且图4b图示了用于测量手感和热传递的装置；

图5a-图5b示出了根据本公开内容一些实施方式的松散的羔羊毛束和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图5a图示了羔羊毛作为加垫的示例；并且图5b图示了用于测量手感和热传递的装置；

图6a-图6b示出了根据本公开内容一些实施方式的弹性波纹织物和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图6a图示了弹性波纹织物作为加垫的示例；并且图6b图示了用于测量手感和热传递的装置；

图7a-图7b示出了根据本公开内容一些实施方式的防滑垫和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置。图7a图示了作为加垫的防滑垫；并且图7b图示了用于测量手感和热传递的装置；

图8a-图8d示出了根据本公开内容一些实施方式，在插入热电串之前在泡沫中切割条带和形成沟槽、并继而重新插入条带以覆盖热电串的方法的视图。图8a图示了切割以形成沟槽的条带，以及插入该沟槽中的热电串；图8b图示了用胶粘剂重新插入的切割条带；图8c图示了重新插入泡沫中的切割条带的特写图；并且图8d图示了在链节之间具有成角度狭缝以防止短路的再粘合泡沫；

图9a-图9c示出了根据本公开内容一些实施方式，沿着热交换器的空气流动的线性空气通道与密封的间隔网材料和用于让风扇拉动空气的风扇安装件配合的视图，所述密封间隔网材料允许空气流动路径的路线设定在座椅下方。图9a图示了包括间隔网、塑料片和分布式热电面板的部件；图9b图示了在两个泡沫层之间组装的塑料片；并且图9c图示了缠绕在气流层和间隔网上并被密封的塑料片的最终组装；

图10示出了根据本公开内容一些实施方式的泡沫管，其可以允许风扇管道与出口管道之间的柔性而长的空气路径；

图11a-图11b示出了根据本公开内容一些实施方式，具有柔性管以从座椅的多个部分(包括移动部分)拉动空气的风扇和管道组装件的视图。图11a图示了具有柔性管的风扇和管道组装件；并且图11b图示了位于座椅下方并从可移动的大腿和侧衬垫区域拉动空气的风扇和管道组装件；并且

图12图示了根据本公开内容一些实施方式，带状物可以如何利用链节而插入空气通道中并且热交换器如何在表面上扩展开，当与图9、图10和图11相比时图12是带状物的倒置定向。

具体实施方式

虽然本文已经示出和描述了本发明的各个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到许多变型、变化和替换。应当理解，可以采用本文描述的本发明实施方式的各种替代方案。

如本文所使用的术语“相邻”或“与……相邻”包括“旁边”，“毗邻”，“与……接触”和“接近”等。在一些情况下，相邻组件通过一个或多个中间层而彼此分开。所述一个或多个中间层可以具有小于约10毫米(mm)、5mm、1mm、0.5mm、0.1mm、10微米(“micron”)、1微米、500纳米(“nm”)、100nm、50nm、10nm、1nm、0.5nm的厚度。这样的厚度可以是针对处于未压缩状态下的一个或多个中间层。例如，与第二层相邻的第一层可以与第二层直接接触。作为另一示例，与第二层相邻的第一层可以通过至少一个第三层而与第二层分开。

本公开内容提供了生产热电串以及在包括座椅和床在内的消费产品的诸如坐或睡的表面内整合热电串的方法。这样的座椅可以是车辆的一部分，诸如轿车、卡车、摩托车、踏板摩托车、船、飞机、直升机和坦克等的一部分。本公开内容还提供了热电串和包括一个或多个热电串的装置的配置。

耐用热电装置

热电串可以包括在产品内可操作地耦合在一起的链节(link)。一个串可以具有单个绞线，例如至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、100、200、300、400、500、1000个或更多个绞线。绞线可以是导线。

热电串可以插入到诸如产品的表面等表面的顶层中，以便向该表面增添加热和冷却。在一些示例中，热电串可以包括安装在应变消除件上的链节。热电串可以具有向上朝向表面发散的导体以插入或移除热量。附加地或替代地，热电串可以具有向下朝向热交换器层发散的导体。导体可以包括绞合导线，例如，其可以允许绞线在表面和/或热交换器上的扩张。这样的扩张可以用于增大可供传导倚靠在表面上的物体或人上的热量的表面积。此外，这样的扩张可以增大用于经由空气流动进行热交换的表面积。通过不扩张应变消除件附近的绞线，可以更好地控制回流。

应变消除件(或应变消除元件)可以由各种材料形成。在一些示例中，应变消除件由金属或绝缘材料形成。应变消除件可以由聚合材料或复合材料形成。复合材料可包含具有可以是阻燃性(自熄性)的诸如fr-4等环氧树脂粘合剂的编织玻璃纤维布。应变消除件可以由电路板材料形成。在一些示例中，应变消除件包含玻璃纤维或环氧树脂。

在热电串设计的一些示例中，当热电串到达表面时可以在导体中形成45度至90度的角度。在导体由绞合导线组成的设计中，当导体到达表面时，绞合导线可以弯曲以适应这个45度至90度的角度。然而，由于绞合导线被暴露于应力，因此弯曲的角度可能导致导线中的断裂点。在一些示例中，绞合导线在其被反复暴露于挠曲(例如，在循环应力下)时在其弯曲的角度处遭受断裂。循环应力的示例可以由于例如人反复坐在或躺在包含靠近表面的热电串的座椅和/或床上所造成的的循环应力下的反复挠曲而发生。

与当热电串接近表面时具有弯曲角度的热电串设计相反，本文所提供的装置包括具有t形(或基本上t形)设计或配置的热电串。尤其是，本文公开的t形设计不需要在热电串接近表面时将导线弯曲成45度至90度。相反，导线绞股可以用套圈或拼接带进行端接。作为替代方案，导线绞股可以在没有套圈或拼接带的情况下端接。这样的端接可以相对于板焊接成0度至90度的角度、10度至90度的角度、20度至90度的角度、30度至90度的角度、40度至90度的角度或者45度至90度的角度，以消除电路板的应变。

因此，图1a-图1c示出了用于热电串的t形(或基本上t形)配置的视图，其中引入链节和引出链节以90度角附接到应变消除件。图1a图示了用于热电串的t形配置的侧视图，图1b图示了用于热电串的t形配置的仰视图，并且图1c图示了用于热电串的t形配置的俯视图。尽管附图图示了t形配置，但其他形状也是可能的。例如，单个导线之间的角度可以是从大约45度到90度。

如图1a-图1c中所提供，两个热电芯片或元件安装在应变消除电路板的两侧。绞合的链节导线可以在端部汇聚到套圈中以将绞股保持在一起。导线的端接端与板成90度角焊接到板上。在本实施方式中，两个链节可以成直角焊接到板上，从而形成t形。因此，图1a-图1c中描述的t形设计可不需要将导线弯曲90度。相反，在图1a中所图示的热电串插入泡沫或其他隔热面板的顶层中之后，链节可以沿着面板的表面定位。导线绞股105和导线绞股106可以用拼接带进行端接，并且该端接可以成90度的角度焊接到分别安装有n型和p型热电元件102和103的应变消除件101。这些链节可以远离应变消除件扩张，如图1b和图1c中所示，以向表面提供更均匀的加热或冷却。可以将热交换器导线104垂直地插入泡沫或其他座椅或就寝材料中的孔内。当座椅或床的表面被压缩时，图1a-图1c中的t形配置能够以导线的最小弯曲垂直地上下移动。

导线绞股105和导线绞股106可以提供改善的热传递。在一些示例中，导线绞股105和导线绞股106允许改善向或从与导线绞股105和导线绞股106接触的流体(例如，空气)的热传递。导线绞股105和导线绞股106可以分布在诸如隔热面板等面板的表面上。

热电串可以包括交替的p型热电元件102和n型热电元件103，所述热电元件可以由编织线或绞合导线的长度所连接。热电元件可以包含金属，但也可以使用诸如石墨和碳等非金属导体。在一些实施方式中，交替元件可以是小型热隧穿式真空管，或者是例如碲化铋(n型)103和例如锑碲铋(p型)102的小晶体，在一些情况下在端部上镀有例如镍和/或锡以促进焊接连接。由于热电元件或管可能是脆弱的，因此应变消除件可以防止导线上的拉力使元件断裂。绞合或编织导线的总直径可以设计成以最小的电阻承载所需的电流。makansi等人的美国专利号8,969,703(“distributedthermoelectricstringandinsulatingpanel”)中提供了可与本公开的方法、装置和系统一起使用的热电串的配置的其他示例，上述专利的全部内容通过引用并入本文。

位于图1a中的应变消除件下方的绞合导线可以超过面板达到面板下方的气流层或其他热交换器。如图1b中所示，这样的热交换过程可受益于可以通过使应变消除件西方的绞合导线扩张而产生的较大的金属表面积。此外，表面加热和冷却的有效性还可以受益于从被压紧在面板中的链节和回路中所使用的绞合导线或其他导体以防止热量从暖侧向冷侧回流。

在一个示例中，创建出热电串并且用机器进行耐久性测试，该机器模拟增加和移除100,000次160磅重的人的重量，而热电串在测试结束时是功能完全的。

平滑性和柔软性

本公开内容的热电装置和系统可以包括具有与垫相邻的热电串的面板。垫可以由各种材料形成，如本文其他各处所述。垫可以是热绝缘面板和/或电绝缘面板。在一些情况下，垫可以是具有热的传导性的。在一些情况下，举例而言，一个或多个附加层可以与诸如罩等垫相邻。

在对座椅或床表面的评价中，潜在客户可以沿着期望感觉到柔软性和平滑性的表面用手摩挲。柔软性和平滑性手感可能与购买者对舒适感和品质的看法有关。因此，汽车和座椅行业通常在罩的下方包括“加垫”，所述加垫是薄而柔软的泡沫层。即使在皮革罩下方，这样的泡沫也会将皮革向上推，从而当诸如潜在客户的手触摸或摩挲时会产生柔软的感觉。另外，这样的薄的柔软的泡沫层可以用于将下方的不规则性隐藏在牢固泡沫中，从而产生平滑感。

包含具有分布式热电面板的泡沫加垫降低了性能，原因在于软质泡沫是非常隔热的。有鉴于此，可以使用其他材料作为加垫。例如，可以将传导性的(例如，石墨)颗粒添加到可用作加垫的泡沫中。在其他示例中，可以使用比标准泡沫更具塌陷性的粘弹性泡沫作为加垫。在附加的示例中，可以将粘性泡沫与传导性的颗粒的组合添加到可用作加垫的泡沫或其他材料中。如此，这些材料可以增大加垫的热传导，同时保持罩之上的表面上的柔软和平滑的手感。

本文提供了可以用作位于座椅罩正下方的加垫层的材料的若干示例。在一些示例中，座椅罩可以是皮革的。非限制性地，这些示例可以应用于诸如床、办公椅、沙发、简易椅子、汽车座椅、卡车座椅、轮椅坐垫和医用表面等产品，其中可能希望使用加垫来使表面被占用时的热传导最大化。

在一些示例中，产品的柔软和平滑的感觉可以通过使用这样的加垫来实现：其在不处于压力下(例如，在用手感触期间)具有大量的空气，但是当加垫处于坐在或躺在表面上的身体的压力或重量下时还排出大量的空气。在一些示例中，当加垫处于倚靠位置时加垫可以排出代表其体积的至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％或99％以上的空气量。然而，标准泡沫在压力下不能排出相比于类似量的标准泡沫的足够空气，从而导致热传导较小。本文公开的材料在压力下排出更多的空气，或者包括其他传导性的颗粒或它们的组合，从而导致更大的热传导。测试当将本文公开的这些材料在加热和/或冷却的座椅中用作加垫时这些材料的热强度。还针对在用手感触时的平滑性和柔软性测试这些材料。在这些测试中，所述材料比标准聚氨酯泡沫或标准粘弹性泡沫表现更好。

泡沫垫可以具有各种厚度。在一些示例中，泡沫垫的厚度为约0.1毫米(mm)至100mm、或1mm至50mm、或5mm至10mm。这样的厚度可以是针对处于未压缩状态下的泡沫垫。

因此，图2a-图2c示出了作为加垫的金刚石颗粒注入的粘弹性泡沫的视图。图2a图示了厚度为6毫米(mm)的金刚石注入的粘弹性泡沫垫，图2b图示了用于测量手感和热传递的装置，而图2c图示了整合在汽车座椅罩中的泡沫垫(例如，粘弹性泡沫垫)。泡沫垫可以缝合到汽车座椅罩中。金刚石具有比石墨更高的热导率，并且使用金刚石现在既可用又可承受。图2a-图2c中所图示的材料例如可以是慢回弹粘弹性泡沫。相同的颗粒注入可以应用于其他类型的泡沫，例如标准聚氨酯泡沫、乳胶泡沫、泡沫橡胶或其他类似的材料。

图2b示出了可用于测试该材料的手感和热传递的装置。椅子203具有使用热电带状物(图2b中未示出)而内建的冷却和加热。该椅子具有非常薄的黑色罩。在该装置中，将加垫201放置在椅子203的温控表面之上，继而将皮革片202放置在加垫之上。这样的堆叠模拟了汽车座椅结构。加垫202位于座椅表面的一半中，从而允许由乘员对加垫与没有加垫或者与另一加垫材料同时进行比较，如图2b中所示。这样的同时比较有助于手感和热传递。在热传递测试中，开启椅子的加热或冷却，并且乘员以躯干的一半坐在被测材料(在这种情况下是金刚石注入的粘性泡沫和对照配置)之上。

利用图2b中的装置，测试结果揭示了相同的6mm厚度的金刚石与石墨注入的粘弹性泡沫的手感相当，但与石墨泡沫相比，金刚石泡沫具有稍好的热传递。由于这些良好的测试结果，因此可以选择该材料用于整合到汽车座椅的构建中。图2c图示了缝合到皮革罩204中的6mm粘弹性泡沫加垫201，并且继而将新罩放置在泡沫块(foambun)205和泡沫块207上，所述泡沫块具有带有链节105和电源连接器导线206的整合的热电串。泡沫加垫201可以具有比基座泡沫205和207更大的柔软性，以使使表面的触感柔软，但仍然支撑个体的重量。泡沫加垫201还可以具有鼓起的能力，诸如从皮革鼓起，这例如可以在更长一段时间中给予座椅崭新的外观并且有助于避免塌瘪或磨损的外观。

图3a-图3b示出了聚酯填充物的失禁垫和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图3a图示了用作座位的加垫的失禁垫301。失禁垫可以包含通常用于吸收体液的薄棉条中的聚酯纤维(例如，成束的聚酯纤维)。在身体坐下或躺下的压力下，纤维压缩成被紧密装设，并达到比压缩的标准泡沫更高的导热性。该材料可以在如图3b中所示的相同装置中，使用加热和冷却的办公椅203和皮革罩202进行测试。结果表明该材料301具有可接受的手感和热传递。

图4a-图4b示出了压花片和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。压花片可以是柔性的。压花片可以由诸如橡胶等聚合材料制成。压花片的中心可以分开约0.1mm至100mm、或1mm至50mm或3mm至10mm的距离。

图4a图示了已经用圆形阵列图案压花的薄而软的片(例如，橡胶片)。压花半球402使放置在其上的皮革罩“胀起”(puffup)，但在人坐下的压力下变平。当平坦时，该材料的热传递能力复原成相同材料的未压花片的热传递能力。半球402的直径可被选择为足够小以减少皮革罩的手感颗粒度，从而提供平滑而不是凹凸不平的感觉。该材料显示出作为加垫的前景，原因在于片材料可以被注入传导性的颗粒，并且可以足够薄以在被压平时提供最大的热传递。可以选择半球的高度以实现胀起量。非限制性地，该材料可以是硅树脂、氯丁橡胶、聚氨酯，并且注入的颗粒可以是氧化物、石墨、金刚石或类似物。图4b示出了用于评价与皮革罩202和具有加热和冷却能力的椅子203结合的压花片401的手感和热传递的类似装置。

图5a-图5b示出了松散的羔羊毛束和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图5a示出了羔羊毛作为加垫的材料。羔羊毛可以用于座椅中，例如，用于飞机上的飞行员座椅中，并且可以具有这样的座椅所需的耐久性和其他特性。羔羊毛柔软，并且当用作加垫时产生平滑的表面。此外，羔羊毛在压力下塌陷，其中原纤维变得密集堆积，从而提供更高的热传导。图5b示出了用于采用皮革罩202以及加热和冷却的椅子203来评价羔羊毛501的手感和热传递的相同装置。测试结果表明，该材料对于皮革覆盖的汽车座椅的手感和热传递都是有效的。

虽然已经在羔羊毛的上下文中描述了图5a和图5b，但还可以使用其他类型的羊毛。例如，羊毛可以是绵羊毛或山羊毛。

图6a-图6b示出了弹性波纹织物和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图6a示出了具有预拉伸编织弹性纤维的特殊纺织织物601。该材料用于女装的中段，并且可从joann和其他面料店获得。弹性纤维导致织物揉皱(scrunchup)，从而提供具有大量空气的波纹层。在压力下，空气被排出并且薄织物被压平或折叠，只留下非常具有传导性的薄织物层。图6b示出了使用皮革罩202以及加热和冷却的椅子203来测试该材料601的手感的装置。测试结果表明，该材料对于皮革覆盖的汽车座椅的手感和热传递都是有效的。

图7a-图7b示出了防滑垫和用于测试其作为皮革座椅罩与包含热电串的座椅表面之间的垫的功能性的装置的视图。图7a示出了可以用于防滑的肤质泡沫701的多孔网。该材料可被设计成具有足够小的空隙，以便在被另一层覆盖时不被感觉到，并且材料体积与空气体积的比率低。空隙可以具有各种形状，诸如圆形、三角形、正方形、矩形、五边形或六边形，或者部分形状或其形状组合。在所图示的示例中，空隙是正方形或类正方形的。在人坐下的压缩下，该材料中的空隙主导热传递，并且因此这些空隙区域就像没有材料一样提供完全的热传递。图7b示出了使用材料(例如，皮革)罩202以及加热和冷却的椅子203来测试该材料701的手感的装置。测试结果表明，该材料对于覆盖的(例如，皮革覆盖的)汽车座椅的手感和热传递都是有效的。

如图2a到图7b中所图示的加垫可以覆盖有低摩擦薄织物层(sheerlayer)或织物，并且可以将另一这样的薄织物层或织物放置在支撑加垫的表面上。在25℃下，低摩擦薄织物层可以具有小于或等于约2、1.5、1、0.5、0.1或0.01的摩擦系数。一个或多个薄织物层可以允许覆盖材料相对于表面材料滑动，从而在具有横向力的干扰期间减少泡沫和热电带状物上的应力。这样的干扰的示例是人在汽车座椅中就坐/起身。汽车行业要求对具有或不具有气候系统的汽车座椅进行50,000次这种干扰的循环测试。

图8a-图8d示出了在插入热电串之前在泡沫中切割条带和形成沟槽、并继而重新插入条带以覆盖热电串的方法的视图。图8a-图8d示出了用于将热电串与座椅或床的泡沫相结合的方法，并且该方法同时实现：(1)引入链节106与引出链节105之间的电绝缘，以及(2)提供柔软泡沫罩802以隐藏热电串的凹凸不平。首先，从表面移除泡沫条带，从而留下图8a中的沟槽801。将热电串插入到泡沫中，其中元件放置在沟槽801正下方，并且链节105和链节106的路线设定成从一个沟槽到下一沟槽。在放置热电串之后，将所移除的条带重新插入其原始位置中，如图8b和图8d中所示。图8d图示了在链节之间具有成角度狭缝803以防止短路的再粘合泡沫。应变消除件可以插入到狭缝中，并且狭缝可以随后在导线链节之间粘合在一起以防止短路。重新粘合的狭缝可不呈现用于让导线抵靠其弯曲的刚性构件，这可以是相对于图8a-图8c的改进。已经证明，绞合导线抵靠刚性粘合线弯曲的能力减少了在产品寿命期间组装件的耐久性的就坐循环次数。随着时间的推移和就坐循环，导线可能会在导线和粘合线的交点处断裂，从而导致装备故障。

流体流动系统集成

本公开内容还提供了可将热量从热电串中的热交换器带走的流体流动系统。这样的流动系统可以与诸如汽车座椅等各种介质相集成。流体流动系统可以引导诸如空气等气体或诸如冷却液等其他冷却和/或加热流体的流动。

图9a-图9c示出了沿着热交换器的流体流动的线性通道与密封的间隔网材料和用于让风扇拉动流体的风扇安装件配合的视图，所述密封间隔网材料允许流体流动路径的路线设定在座椅下方。图9a示出了如何能够将分布式热电组装件集成到座椅制造过程中。制造该组装件所需的组件为：热电串908、用于与线性通道配合的间隔网902、用于将流体(例如，空气)柔性地用管道输送到便于安装风扇的位置的间隔网909、由牢固泡沫形成的通道905和线性通道壁906、由座椅泡沫制成的绝缘层904、放置在通道905中的热电串的热交换器901，以及沿着座椅泡沫层的表面放置的热电串的链节106、105。线性通道905可以允许沿着热交换器905从延续到外部环境的入口908的通畅的流体(例如，空气)流动。非限制性地，线性通道壁906可以由柱阵列代替。可以通过安装在风扇安装件903上的风扇(未示出)将流体从入口908经过通道905拉出。整个流体流动路径除了在风扇安装件903处的出口和入口908之外可以由塑料片907密封。间隔网提供了不可塌陷的轭，以将流体流动的路线设定成经过座椅泡沫中的垂直狭缝。一旦已设定路线，则可以将风扇安装件附接到座椅坐垫的下侧或后侧，并且继而可以将流体从风扇出口用管道输送至外部环境。

在一些情况下，期望在罩中的孔的正下方横向地具有一定的流体流动(例如，空气流动)，以便在使用者坐下时吸走或蒸发使用者身上或附近的流体，诸如汗水。例如，图7a示出了具有孔的皮革罩，所述孔从座椅中制出，具有常规的对流通风。为了提供与图9的装置和特征相结合的这种通风，可以在图9a中的座椅泡沫904中布置孔阵列，其从具有链节105和106的表面向下延伸到流体流动通道905。继而，罩中的孔也可以用作流体流动系统的入口，并且干燥流体(例如，干燥的空气)在表面中的孔之下的存在可以提供该表面上的汗水或其他水分的蒸发。非限制性地，图2-图7的加垫也可以具有孔以辅助于该过程，在一些情况下与座椅泡沫中的孔对准。

非限制性地，可以如此插入图8a-图8d和图9a-图9c中暴露的热电串，以使得绝缘泡沫内的带状物的环以与泡沫的平面成约90度(如图1的配置中那样)或约45度来安置。在与泡沫的位置成45度的情况下，环也可以相对于链节的线成复杂角度。可以采用中空钉底座来临时包含环，以易于将带状物插入到泡沫中。作为替代方案，可以使用模制或冲压或钻孔来以任何所需的角度形成绝缘泡沫中的孔。在冲压的情况下，可以通过使冲头以一定角度定向或通过按照需要横向移动泡沫和对其施加应力以使得当泡沫松弛时垂直冲压的孔成为所需的成角度的孔，来形成成角度的孔。

另外，非限制性地，为了装配、气流路径和风扇的期望位置，或者为了在存在来自驾驶员或乘客的出/入的横向干扰时具有更大的耐久性，图8a-图8d和图9a-图9c的插入件可以相对于座椅以90、180或270度的旋转方式放置在座椅中。

图10示出了用于将气体(例如，空气)从风扇出口导引到通往周围环境的期望出口的组装件。风扇管道151附接到风扇的出口并且连接到泡沫管152，泡沫管152转而连接到出口管道153，气体从该出口管道153被导引到期望的出口位置。通常，出口通往汽车的后座区域。泡沫管152还具有吸收来自风扇和来自气流的噪声的期望特性。

图11a-图11b示出了具有柔性管以从座椅的多个部分(包括移动部分)拉动气体(例如，空气)的风扇和管道组装件的视图。图11a示出了可以适应座椅坐垫的移动部分的气流(例如，空气流动)组装件。在一些情况下，在汽车中，坐垫的衬垫区域175是可调节的，从而当在道路上的转弯处驾驶或骑行时实现最大的舒适性和身体稳定性。另外，大腿支撑区域176可以移入或移出以适应不同大小的人。此外，汽车制造商可能希望将加热和冷却内建于座椅的这些部分中。图11a示出了可以适应这些运动的气流组装件171。风扇173拉动空气经过歧管174并进一步经过柔性管172。多个管向包含热电串和气流层(图11b中未示出串)的座椅的每个可移动部分提供抽吸(suction)。

图12图示了这样的方式，其中带状物可以利用链节而插入空气通道中并且热交换器在表面上扩展开，当与图9a-图9c、图10、图11a和图11b相比时带状物处于倒置定向。环形导线271现在在座位材料908的表面上扩展开。为了参考，在扩展之前的环形导线也被示出为104。链节105和106现在融入到通道中以充当热交换器。通道可以由线性腔915形成，线性腔915由线性壁272定界。在图12中，应变消除组装件101可以相对于座位材料908的表面以锐角、复杂的锐角或直角定向。该角度可以为约10°至90°或25°至90°。在图12中，为了目视理解而将带状物示出为处于座位材料的前面，而在实际实施方式中，应变消除组装件101可以插入到座位材料中的狭缝或孔中。

本公开内容的热电装置、系统和方法可以与诸如在makansi等人的美国专利号8,969,703(“distributedthermoelectricstringandinsulatingpanel”)中所描述的那些热电装置、系统或方法之类的其他热电装置、系统或方法组合或由其修改，上述专利的全部内容通过引用并入本文。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式仅通过示例的方式而提供。本发明并不旨在限于说明书中提供的特定示例。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但本文的实施方式的描述和说明并不意味着以限制性的含义来解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到许多变型、变化和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的、取决于各种条件和变量的特定描述、配置或相对比例。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用针对本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。因此，设想到本发明还将涵盖任何这样的替代、修改、变型或等同项。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并且涵盖在这些权利要求范围内的方法和结构及其等同项。