柔性热电装置制造方法及图纸

提供了在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。柔性热管理层包括集水材料，该集水材料被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。在一些情况下，集水材料包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属有机骨架(MOF)材料的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔性热电装置
本公开涉及在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。
技术介绍
热电装置已广泛用于加热或冷却。散热器(例如，陶瓷或金属板)用于管理热电装置的热侧上的热。
技术实现思路
本公开提供在其热侧上包括柔性热管理层的柔性热电装置及其制造和使用方法。在一个方面，本公开描述了一种热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。在另一方面，本公开描述了一种热电冷却器(TEC)。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。在另一方面，本公开描述了一种防护头盔，该防护头盔包括头盔主体，该头盔主体包括外壳和内壳。热电冷却器(TEC)设置在头盔主体的外壳和内壳之间。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。冷板与内壳相邻。在另一方面，本公开描述了一种空气呼吸器系统，该空气呼吸器系统包括头部护具、包括进气口和出气口的空气箱、将空气箱的出气口流体地连接到头部护具的呼吸管道，以及被定位成冷却进入头部护具的空气流的热电冷却器(TEC)。TEC包括热电装置，该热电装置包括具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。一种或多种集水材料设置在第一侧上以吸附水或水分并通过蒸发散热。TEC还包括作为冷板设置在第二侧上的柔性金属膜。冷板被定位成与内壳相邻。在另一方面，本公开描述了一种制造热电装置的方法。该方法包括提供具有相反的第一侧和第二侧的柔性基底，以及提供由柔性基底支撑的多个热电元件。多个热电元件通过第一侧上的第一组电极和第二侧上的第二组电极电连接。该方法还包括将一种或多种集水材料设置在第一侧上，所述一种或多种集水材料被构造成能够吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点是，其消除了使用刚性散热器(例如，金属板)散发在柔性热电装置的热侧上的热的必要性。相反，将柔性热管理层施加到柔性热电电路的热侧上，这导致高性价比、体积高效且易于操作的柔性热电装置(例如，热电冷却器)。已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的
技术实现思路
并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。附图说明结合附图考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：图1A示出根据一个实施方案的柔性热电装置的示意性剖视图。图1B示出根据一个实施方案的包括热界面材料(TIM)的图1A的柔性热电装置的示意性剖视图。图1C示出根据一个实施方案的包括设置在TIM上的超吸附聚合物(SAP)材料的图1B的柔性热电装置的示意性剖视图。图1D示出根据一个实施方案的包括设置在TIM上的金属-有机骨架(MOF)材料的图1B的柔性热电装置的示意性剖视图。图2A示出根据一个实施方案的包括热电冷却器的防护头盔的简化示意透视图。图2B示出图2A的防护头盔的一部分的剖视图。图2C示出图2A的防护头盔的一部分的透视图。图3A示出根据一个实施方案的包括设置在空气箱中的热电冷却器的空气呼吸器系统的示意图。图3B示出根据另一个实施方案的包括没置在呼吸管道内部的热电冷却器的空气呼吸器系统的示意图。图3C示出图3B的呼吸管道的剖视图。在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其他实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其他修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。具体实施方式本公开提供了一种柔性热电装置，其包括设置在装置的热侧上的一种或多种集水材料，所述集水材料被构造成能够吸附水或水分并通过蒸发所吸附的水或水分来散热。在一些实施方案中，柔性热电装置可用作用于各种应用诸如防护头盔和空气呼吸器系统的热电冷却器(TEC)。图1A至图1D示出根据一些实施方案的形成柔性热电装置100的过程。柔性热电装置100包括柔性基底110，该柔性基底具有第一侧102和与第一侧102相反的第二侧104。多个热电元件120由柔性基底110支撑。多个热电元件120通过第一侧102上的第一组电极132和第二侧104上的第二组电极134电连接。在图1A的例示的实施方案中，通过层压第一柔性基底112和第二柔性基底114来形成基底110。第一组电极132形成在第一柔性基底112上。第二组电极134形成在第二柔性基底114上。热电元件120由柔性基底110支撑。在所描绘的实施方案中，通孔116形成在基底110中，热电元件120可以延伸穿过通孔116并附接在其中。在一些实施方案中，可以通过蚀刻(一个或多个)柔性基底来形成通孔116。在一些实施方案中，第一柔性基底112和第二柔性基底114可以被对准和层压，其中垂直或通孔导体(例如，焊料)可以用于将热电元件120电连接到相应的电极132和134。应当理解，基底110可具有任何合适的构型以支撑热电元件和电极。基底110可为由任何合适的材料诸如例如聚乙烯、聚丙烯、纤维素等制成的柔性基底。电极132和134可包括任何合适的导电材料，诸如金属、金属合金等。热电元件120包括通过电极132和134交替地串联连接的一个或多个p型热电元件和一个或多个n型热电元件。在一些实施方案中，热电元件可通过将热电材料设置(例如，印刷、分配等)到基底110上来形成。在一些实施方案中，热电元件可以热电固体芯片的形式提供。p型热电元件可由p型半导体材料诸如例如Sb2Te3或其合金制成。n型热电元件可由n型半导体材料诸如例如Bi2Te3或其合金制成。半导体可以彼此热并联放置并且可以串联电放置，然后在每侧上与导热板接合。在美国专利申请62/353,752(Lee等人)中描述了示例性热电装置及其制造和使用方法，该专利申请以引用方式并入本文。基于所谓的珀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电装置，包括：/n柔性基底，所述柔性基底具有相反的第一侧和第二侧；/n多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及/n一种或多种集水材料，所述一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，被构造成吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171227 US 62/610,5371.一种热电装置，包括：
柔性基底，所述柔性基底具有相反的第一侧和第二侧；
多个热电元件，所述多个热电元件由所述柔性基底支撑，所述多个热电元件由所述第一侧上的第一组电极和所述第二侧上的第二组电极电连接；以及
一种或多种集水材料，所述一种或多种集水材料设置在所述第一侧上，被构造成吸附水或水分并且通过所吸附的水或水分的蒸发来散热。


2.根据权利要求1所述的热电装置，其中所述一种或多种集水材料包括超吸附聚合物(SAP)材料和金属有机骨架(MOF)材料中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的热电装置，还包括覆盖所述基底的所述第一侧的热界面材料(TIM)层，并且所述一种或多种集水材料设置在与所述第一组电极相反的一侧上的所述TIM层上。


4.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述超吸附聚合物(SAP)材料能够吸附其自身重量的约100％至约300％的水。


5.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述金属有机骨架(MOF)材料包括作为金属离子之间的连接基的所述金属离子和有机配体的自组装体。


6.根据权利要求2所述的热电装置，其中所述集水材料包括所述超吸附聚合物(SAP)材料和所述金属有机骨架(MOF)材料的混合物，并且所述超吸附聚合物(SAP)材料被定位成从近侧MOF材料吸附水。


7.根据权利要求6所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约99.0重量％的所述SAP材料。


8.根据权利要求6所述的热电装置，其中所述混合物包含约50.0重量％至约1.0重量％的所述MOF材料。


9.根据权利要求1所述的热电装置，还包括多孔层以覆盖所述集水材料。


10.根据权利要求1所述的热电装置，其中所述柔性基底包括彼此层压的第一柔性电路和第二电路。


11.一种根据任何前述权利要求所述的热电冷却器(TEC)，还包括作为冷板设置在所述第二侧上的柔性金属膜。


12.根据权利要求11所述的热电冷却器，还包括位于所述基底的所述第二侧与所述冷板之间的热界面材料(TIM)层。


13.一种防护头盔，包括：
头盔主体，所述头盔主体包括外壳和内壳；以及
根据权利要求11所述的热电冷却器，所述热电冷却器设置在所述头盔主体的所述外壳和所述内壳之间，所述冷板与所述内...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉维·帕拉尼斯瓦米，安东尼·E·弗洛尔，包宏前，热姆·安热勒，李在容，玛赫姆特·阿克希特，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US