Термоматериал

Изобретение относится к материалам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал. Технический результат заявленного изобретения состоит в создании материала, способного охлаждать или нагревать покрытые им объекты автоматически с возможностью применения данного материала в различных областях науки и техники. Технический результат достигается при помощи использования гибких полупроводников, соединенных последовательно, источника энергии, а также контактов, сделанных из различных материалов, которые меняют свои свойства (в частности, сопротивление) в зависимости от окружающей температуры. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к материалам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Из уровня техники известен патент WO 2017009172, описывающий элемент Пельтье, имеющий соединенные последовательно элементы из полупроводников n и p-типа. Элемент Пельтье может использоваться для охлаждения или нагревания в зависимости от направления течения тока.

Отличия заявленного решения состоят в том, что:

- Термоматериал имеет гибкую структуру позволяющую использовать его как ткань и другие подобные материалы;

- Термоматериал не требует внешних источников энергии, поскольку в него включаются элементы вырабатывающие электрический ток;

- Термоматериал не требует переключать направление тока вручную, это происходит автоматически за счет внешних факторов.

Известен патент CN 104997168 описывающий термочувствительное нижнее белье, снабженное датчиками температуры, микропроцессором, батареей и способное охлаждать или нагревать тело человека.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Термоматериал вырабатывает электрический ток самостоятельно, батарея не требуется;

- Не требуются датчики, термоматериал настраивается заранее на поддержание определенной температуры;

- Термоматериал универсален и не является дополнением к нижнему или какому-либо иному белью или одежде. Он может быть материалом одежды, которое заменяет ткань.

Известен патент RU 2506870 описывающий теплорегулирующий материал с голографическим рисунком. Данный теплорегулирующий материал использует элементы с применением или без применения специальной фольги для отражения или перенаправления тепла в нужном направлении.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Термоматериал вырабатывает тепло самостоятельно не используя тепло тела человека;

- Термоматериал имеет электрические элементы;

- Термоматериал способен не только нагревать, но и охлаждать человека.

Наиболее близким решением является патент RU 2003115618, описывающий термоткань в которой присутсвует электропроводная и неэлектропроводная нити переплетенные и объединенные между собой в термоткань.

Отличия от заявленного решения состоят в том, что:

- Термоматериал может не только нагревать но и охлаждать объект;

- Термоматериал также использует электроэнергию, но может иметь элементы для выработки электроэнергии;

- Термоматериал автоматически регулирует нагрев или охлаждение в зависимости от внешних условий.

Технический результат заявленного изобретения состоит в создании материала способного охлаждать или нагревать покрытые им объекты автоматически с возможностью применения данного материала в различных областях науки и техники.

Технический результат достигается при помощи использования гибких полупроводников соединенных последовательно, источника энергии, а также контактов сделанных из различных материалов, которые меняют свои свойства (в частности сопротивление) в зависимости от окружающей температуры.

Частными случаями изготовления материала являются:

- Изготовление материала в котором вместо гибких полупроводников используются отдельные блоки связанные между собой;

- Изготовление материала с питанием от внешней электрической сети;

- Изготовление материала с источниками энергии с двух сторон материала, которые включаются и отключаются в зависимости от окружающей температуры;

- Изготовление материала с дополнительными потребителями электроэнергии;

- Изготовление материала в котором полупроводники имеют различное сопротивление, что обеспечивает автоматическое переключение направления тока;

- Изготовление материала с большим количеством полупроводников.

Краткое описание чертежей:

Фиг. 1 - Разрез термоматериала с электрическим питанием от специального блока питания;

Фиг. 2 - Разрез термоматериала в котором блок питания получает электроэнергию от электрообразующего слоя;

Фиг. 3 - Разрез термоматериала в котором электрообразующий слой передает электрический ток напрямую к полупроводникам;

Фиг. 4 - Разрез термоматериала с указанием воздушного охлаждения блока питания и контактов;

Фиг. 5 - Вид сверху на элементы термоматериала;

Фиг. 6 - Вид термоматериала в разрезе вблизи (с указанием прокладок).

На изображениях термоматериала указаны следующие элементы:

1. Блок питания;

2. Полупроводник p-типа;

3. Полупроводник n-типа;

4. Контакт прямого направления тока;

5. Контакт обратного направления тока;

6. Электроизолятор;

7. Электрообразующий слой;

8. Положительный контакт электрообразующего слоя;

9. Отрицательный контакт к потребителю энергии;

10. Воздушное отверстие блока питания;

11. Контакты между полупроводниками;

12. Электроизоляторы полупроводников.

Термоматериал работает следующим образом:

Блок питания (1) предназначен для получения, преобразования и распределения электроэнергии, причем, блок питания (1) может иметь встроенные источники электроэнергии, либо получать электроэнергию с внешних источников.

Источником электроэнергии может служить существующая бытовая и/или промышленная электрическая сеть (дома, предприятия и т.д.) к которой необходимо подключить термоматериал. Либо источник энергии может располагаться в блоке питания (1), либо на поверхности или внутри самого термоматериала в качестве электрообразующего слоя (7). При этом вырабатываться электроэнергия может с помощью солнечных батарей, пьезоэлемента, движения воды и воздуха, химической реакции (например на теле человека), температурного воздействия, радиации, различного рода излучений (например радиоизлучение, космическое излучение и др.) и т.д.. Выбор источника электроэнергии зависит от предназначения конкретного вида термоматериала и от условий его эксплуатации. Так, термоматериал располагающийся на улице может использовать энергию солнца, а термоматериал используемый в качестве одежды может использоваться пьезоэлементы вырабатывающие электроэнергию при движении человека или химическую реакцию.

Принцип работы термоматериала схож с принципом элемента Пельтье, то есть в зависимости от направления протекания тока между последовательно соединенными полупроводниками n и p-типа контакт полупроводника нагревается или охлаждается.

Однако отличительной особенностью изобретения является то, что полупроводники являются гибкими, что позволяет использовать их в различных областях знаний, то что может использоваться встроенный источник электроэнергии, и то, что управление направлением тока происходит автоматически в зависимости от сопротивления контактов (4, 5).

Известно, что различные материалы имеют различную электропроводность и различное сопротивление. Это явление позволяет использовать в термоматериале контакты (4, 5) выполненные из различных материалов и сплавов. Причем вид материала изготовления контакта может выбираться исходя из условий эксплуатации и поддержания необходимой температуры.

Например, возьмем железо имеющее удельное сопротивление 0,135 Ом и сплав меди (69%) и Никелина (31%), который расчетно будет иметь такое же удельное сопротивление. При этом Температурный коэффициент электросопротивления для железа составляет 0,005 (т.е. при повышении температуры на 1 градус Цельсия сопротивление вырастает в 0,005 раз). А коэффициент электросопротивления указанного сплава будет расчетно равен 0,0028. Таким образом, при повышении температуры например на 10 градусов Цельсия сопротивление железа будет равно 0,14175 Ом, а сопротивление сплава 0,13878 Ом и соответственно ток будет течь через контакт с меньшим сопротивлением т.е. через сплав меди и никелина. Но, если мы понизим температуру на 10 градусов Цельсия, то сопротивление железа будет равно 0,12825 Ом, а сопротивление сплава 0,13122 Ом. Т.е. во втором случае ток будет течь через железный контакт.

Причем материалы изготовления контактов могут быть иными и иметь большие различия.

Также следует предполагать, что точно таким же образом как в указанном примере можно заставить работать материалы изготовления полупроводников, что позволит упростить конструкцию.

Гибкость термоматериала обеспечивается материалами изготовления. Так предусматривается применение в термоматериале гибких полупроводников. Также возможно придание полупроводникам гибкости при помощи создания многожильной и/или наноструктуры, а также полупроводник может представлять собой гибкую основу (например резину) с полупроводниковым покрытием. Кроме того полупроводник в таком материале имеет вид ленты (Фиг. 5), а также он может быть составлен из подвижных частей в виде цепной многозвенной структуры (в случае невозможности изготовления гнущегося полупроводника). Также и остальные элементы материала имеют структуру позволяющую сгибать их в любом месте или на стыке некоторых звеньев.

Размер термоматериала зависит от используемых в нем элементов и его предназначения, поскольку в ряде случаев в термоматериале могут быть использованы микроэлементы и наноэлементы. Использование гибких солнечных элементов, тонких изоляторов и полупроводников малой толщины позволяет сделать термоматериал толщиной менее 5 мм. При этом максимальная толщина практически не ограничена.

Сохранение температурного фона контактов направления тока (4, 5) в термоматериале производится при помощи продувки блока питания и непосредственно контактов (даже при отсутствии отдельного блока питания) внешним воздухом (т.е. воздухом с той стороны термоматериала, которая не является рабочей, и не используется для охлаждения или нагревания объекта) через отверстие (10) (Фиг. 4). Также используются термоизолирующие материалы которые позволяют разграничить контакты направления тока (4, 5) и зоны нагрева и/или охлаждения термоматериала.

Для разграничения полупроводников и отделения контактов в необходимых местах используются электроизоляторы (12) которые могут иметь наноразмер.

Использование термоматериала для охлаждения осуществляется следующим образом:

Блок питания (1) вырабатывает электроэнергию или получает ее от электрообразующего слоя (7). В холодную погоду при низкой температуре воздуха сопротивление контактов (4, 5) будет различаться таким образом, что на контакте (4) сопротивление будет меньшим. Соответственно электроэнергия по контакту с меньшим сопротивлением (4) направляется к полупроводнику p-типа (2), а от него по верхнему контакту (11) передается на полупроводник n-типа (3). Далее по нижнему контакту (13) электроэнергия передается на следующий полупроводник p-типа (2). При этом благодаря эффекту Пельтье происходит нагрев нижних контактов (13) и охлаждение верхних контактов (11). При этом происходит нагрев объекта покрытого термоматериалом (дома, автомобиля, человека и т.д.).

Когда температура воздуха комфортна, то сопротивление контактов (4, 5) примерно равнозначно, электроэнергия не может течь в одном направлении и полезное действие не производится.

В том случае, если температура воздуха повышается и необходимо охлаждение объекта, то происходит следующее:

При повышении температуры воздуха изменяется сопротивление контактов (4, 5) таким образом, что теперь контакт (5) имеет меньшее сопротивление. И электроэнергия течет сначала к полупроводнику n-типа (3), а затем по верхнему контакту (11) передается на полупроводник p-типа (2), после чего по нижнему контакту (13) передается на следующий полупроводник n-типа (3). То есть электроэнергия течет в обратном направлении и теперь уже нижние контакты (13) охлаждаются охлаждая и покрытый термоматериалом объект.

Количество электроэнергии идущее через контакты (4, 5) перераспределяется между обеими контактами в зависимости от разности сопротивления контактов. За счет изменения разности изменяется и интенсивность охлаждения и/или нагрева.

Причем поскольку термоматериал хотя и совершает полезное действие при протекании электроэнергии, но потребителем электроэнергии по сути не является. Поэтому положительный контакт и отдельно выведенный отрицательный контакт (9) могут быть подведены к дополнительному потребителю электроэнергии, которым может являться лампа или иной источник света (например как элемент украшения одежды), зарядное устройство (например для мобильного телефона) и/или потребителем электроэнергии может являться дополнительное устройство нагрева (тены) или охлаждения.

1. Термоматериал, включающий в себя полупроводник p-типа, полупроводник n-типа, контакты между полупроводниками, отличающийся тем, что полупроводники, контакты, электроизоляторы и другие элементы являются гибкими и/или состоящими из подвижных частей, имеет источник электроэнергии, а материал изготовления однополярных контактов источника энергии или материал изготовления полупроводников изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры окружающего воздуха, обеспечивая прохождение электрического тока от полупроводника n-типа к полупроводнику p-типа или наоборот.

2. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве одного из элементов источника энергии может использоваться пьезоэлемент, солнечная батарея, химическая реакция, движение воды и воздуха, космическое излучение, радиация.

3. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника электроэнергии может использоваться существующая бытовая и/или промышленная электрическая сеть.

4. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что источник энергии может быть выполнен в качестве отдельного блока и/или в качестве электрообразующего слоя порывающего материал.

5. Термоматериал по п. 1, отличающийся тем, что он может быть подключен к дополнительным потребителям электроэнергии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к материалам и устройствам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Изобретение относится к вакуумной изоляции. Тело вакуумной изоляции содержит оболочку, включающую в себя высокобарьерную пленку или являющуюся высокобарьерной пленкой, определяющую область вакуума.

Изобретение относится к вакуумной изоляции. Тело вакуумной изоляции содержит оболочку, включающую в себя высокобарьерную пленку или являющуюся высокобарьерной пленкой, определяющую область вакуума.

Инфракрасный сенсор с переключаемым чувствительным элементом относится к устройствам для бесконтактного измерения температуры в различных системах управления и контроля.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для трансформации тепловой энергии в электрическую, а именно для подзарядки различных гаджетов и других устройств при отсутствии источников электроснабжения.

Изобретение относится к области термоэлектричества. Сущность: термоэлектрический элемент (1) включает по меньшей мере две пленки основного материала (2) в виде углеродного материала с sp3 гибридизацией атомных связей, между которыми нанесена пленка дополнительного материала (3) в виде углеродного материала с sp2 гибридизацией связей.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, а именно к устройствам термопреобразователей, и может быть использовано для измерения быстроменяющихся температурных процессов, например температуры капель воды.

Изобретение относится к области термоэлектричества, а именно к технологии изготовления конструктивных элементов для термоэлектрических модулей. Сущность: способ изготовления конструктивного элемента (12) для термоэлектрического модуля (15) имеет следующие шаги: а) обеспечение по меньшей мере одной нити (1), имеющей протяженность (2), б) обеспечение трубчатого приемного элемента (13), имеющего внешнюю периферическую поверхность (14), в) нанесение термоэлектрического материала (3) по меньшей мере на одну нить (1), г) наматывание по меньшей мере одной нити (1) вокруг трубчатого приемного элемента (13), так что на внешней периферической поверхности (14) образовывается по меньшей мере один кольцеобразный конструктивный элемент (12) для термоэлектрического модуля (15).

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам теплоснабжения зданий. Термоэлектронасос содержит подающий трубопровод (1) с термоэлектрическим блоком (3), соединенным электропроводкой с инвертором (4), аккумулятором (5) и электродвигателем насоса (6), установленным в трубопроводе (2).

Изобретение относится к термоэлектричеству. Технический результат: получение термоэлектрического элемента с высоким термическим сопротивлением, который требует меньше полупроводникового материала.

Изобретение относится к материалам и устройствам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для изготовления одно- и многопрокладочных конвейерных лент с эластомерным покрытием, преимущественно многопрокладочных резинотканевых конвейерных лент, используемых при транспортировке горной массы.

Изобретение относится к защитным от теплового воздействия окружающей среды оплеткам и касается свертываемой текстильной оплетки и способа уменьшения образования трещин в слое фольги свертываемой текстильной оплетки.

Ткань для верхней одежды с использованием полиамидных и смешанных с натуральными нитей, которые имеют высокую прочность на разрыв, износостойкость на истирание с полным устранением блеска из-за отражения света и значительного снижения шуршания ткани.

Изобретение относится к пуленепробиваемым композитным изделиям, характеризующимся улучшенным сопротивлением к изнаночной деформации, а также превосходным сопротивлением проникновению пуль и осколков.

Предложены стабильные по размерам тканые ткани с неплотной структурой, сформированные из множества основных удлиненных тел с высокой удельной прочностью, переплетенных и связанных с множеством поперечно расположенных уточных удлиненных тел с высокой удельной прочностью; композитные изделия, сформированные из таких тканей; и непрерывный способ формирования композитных изделий.

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к электронагревательным тканям промышленного и бытового назначения, имеющим в своей структуре электронагревательные нити.

Изобретение относится к материалам, предназначенным для защиты от электромагнитного излучения электронных устройств, специальной техники и персонала. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой устойчивости покрытия к физико-химическим воздействиям, возможности получения материала с регулируемым по площади поверхности поглощением электромагнитного излучения, расширение области применения радиопоглощающего материала при сохранении высокой эффективности поглощения электромагнитного излучения.

Изобретение относится к волокнообразующей стеклянной композиции и волокнам, изготовленным из неё, которые могут быть использованы в виде нитей, ровинга, пряжи, тканого или нетканого полотна, в частности, в составе полимерных композитов.
Целью настоящего изобретения является создание ткани, имеющей как превосходную износостойкость, так и мягкую текстуру, и указанной тканью является ткань, имеющая превосходную износостойкость, в которой, по меньшей мере, часть ее нити основы или нити утка содержит крученую нить многофиламентного полиамидного волокна.

Изобретение относится к материалам и устройствам для охлаждения и/или нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель и/или как охлаждающий материал.

Изобретение относится к материалам для охлаждения иили нагрева и является универсальным и может использоваться как материал для изготовления одежды, как укрывной, защитный материал, как материал покрытия стен, полов, потолков, как утеплитель иили как охлаждающий материал. Технический результат заявленного изобретения состоит в создании материала, способного охлаждать или нагревать покрытые им объекты автоматически с возможностью применения данного материала в различных областях науки и техники. Технический результат достигается при помощи использования гибких полупроводников, соединенных последовательно, источника энергии, а также контактов, сделанных из различных материалов, которые меняют свои свойства в зависимости от окружающей температуры. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх