Tragbare kühl-und Heiz-patch könnte als persönliche thermostat und Energie zu sparen

Tragbare kühl-und Heiz-patch könnte als persönliche thermostat und Energie zu sparen

Ingenieure an der Universität von Kalifornien in San Diego entwickelt haben, eine tragbare patch bereitstellen könnte personalisierte Kühlung und Heizung zu Hause, bei der Arbeit oder unterwegs. Das weiche, dehnbare patch kühlt oder wärmt ein Benutzer die Haut auf eine angenehme Temperatur und hält Sie dort als die Umgebungstemperatur ändert. Es ist powered by eine flexible, dehnbare Batterie-pack und kann eingebettet werden in die Kleidung. Forscher sagen, es tragen könnte helfen, Energie zu sparen auf Klimaanlage und Heizung.

Die Arbeit ist veröffentlicht Mai 17, in der Zeitschrift Wissenschaft Fortschritte.

„Diese Art von Gerät kann verbessern Sie Ihre persönlichen thermischen Komfort, ob Sie pendeln auf einem heißen Tag oder das Gefühl, zu kalt in Ihrem Büro“, sagte Renkun Chen, ein professor von mechanischem und Luft-und Raumfahrt engineering an der UC San Diego, der die Studie leitete.

Das Gerät, das an die proof-of-concept-Stadium, könnte auch Energie zu sparen. „Wenn das tragen dieses Gerät können Sie sich wohl fühlen in einem größeren Temperaturbereich, werden Sie nicht brauchen, um drehen Sie den thermostat so viel im Sommer oder Kurbel bis die Hitze so stark im winter“, sagte Chen. Halten einer Gebäude-set-Temperatur 12 Grad höher im Sommer, zum Beispiel, schneiden könnten Kosten für die Kühlung um rund 70 Prozent, betonte er.

Es gibt eine Vielzahl von persönlichen kühl-und Heiz-Geräte auf dem Markt, aber Sie sind nicht die bequemste zu tragen oder zu transportieren. Einige verwenden einen Ventilator, und einige werden müssen getränkt oder gefüllt mit Flüssigkeit wie Wasser.

Chen und ein team von Forschern an der UC San Diego Jacobs School of Engineering entwickelt, Ihr Gerät komfortabel und bequem zu tragen. Es ist flexibel, leicht und können leicht integriert werden in die Kleidung.

Der patch besteht aus thermoelektrischen Legierungen-Materialien, die Strom verbrauchen, erzeugen eine Temperaturdifferenz und Umgekehrt — eingebettet zwischen dehnbaren elastomer-Platten. Das Gerät physisch kühlt oder erwärmt die Haut auf eine Temperatur, die der Träger wählt.

„Konnten Sie diese auf-spots, die eher zum warm up oder cool down schneller als der rest des Körpers, wie Rücken, Nacken, Füße oder Arme, um die, um bequem zu bleiben, wenn es zu heiß oder kalt,“ sagte ersten Autor Sahngki Hong, UC San Diego Maschinenbau alumnus, der gearbeitet hat, das Projekt wie ein PhD-student in Chen ‚ s lab.

Die Forscher eingebettet ist ein Prototyp der patch in einem mesh-armband und testete es auf einem männlichen Subjekt. Tests wurden durchgeführt, in einer Temperatur-kontrollierten Umgebung. In zwei Minuten ist der patch kühlte die tester die Haut bis zu einer eingestellten Temperatur von 89.6 Grad Fahrenheit. Es hielt die tester die Haut an, die Temperatur als die Umgebungstemperatur variiert zwischen 71.6 und 96.8 ° Celsius.

Ein Baustein für intelligente Kleidung

Das ultimative Ziel ist die Kombination von mehreren patches gemeinsam an intelligenter Kleidung, die getragen werden kann für personalisierte Kühlung und Heizung. So konstruierten Ingenieure eine elektronische soft-patch kann Strecken, beugen und drehen, ohne dabei seine elektronische Funktion.

Die Arbeit ist eine Zusammenarbeit zwischen mehreren Arbeitsgruppen an der UC San Diego Jacobs School of Engineering. Chen ‚ s lab, die sich auf die Hitze-transfer-Technologie, führte die Studie. Sie zusammen mit nanoengineering Professoren Sheng Xu, ein Experte in der dehnbaren Elektronik, Shirley Meng, ein Experte in der Akku-Technologie, Ping Liu, der auch ein Akku-Experte, und Joseph Wang, ein wearable-sensoren-Experte.

Die Forscher Bauten das patch durch kleine Säulen von thermoelektrischen Materialien (aus Wismut-Tellurid-Legierungen), Löten Sie Sie an dünnen Kupfer-Elektrode Streifen, und sandwiching Sie zwischen zwei elastomer-Platten.

Die Platten sind speziell entwickelt, Wärme zu leiten, während Sie weich und dehnbar. Die Forscher erstellten die Blätter durch das mischen von einem Gummi-material namens Ecoflex mit Aluminium-Nitrid-Pulver, einem material mit hoher thermischer Leitfähigkeit.

Der patch nutzt einen elektrischen Strom bewegen Wärme von einem elastomer-Blatt zu den anderen. Wie der Strom fließt über die Wismut-Tellurid Säulen, treibt es die Hitze, zusammen mit dem, was der eine Seite der patch zu erwärmen und die andere abkühlt.

„Zu tun, Kühlung, wir haben das Wechselstrom-Pumpe Wärme aus der Haut-Seite zu der Schicht der Verkleidung außen“, Chen erklärt. „Um die Heizung, die wir gerade umkehren die aktuelle, so dass Wärmepumpen in die andere Richtung.“

Der patch ist powered by ein flexibles Akku-pack. Es ist aus einem array von Knopfzellen alle verbunden durch Feder-förmige Kupfer-Drähte und eingebettet in einem dehnbaren material.

Energie sparen

Eine patch-Maßnahmen 5 × 5 Zentimeter groß und verbraucht bis zu 0,2 Watt im Wert von macht. Chens team schätzt, dass es dauern würde, 144 patches, die zum erstellen einer Kühlweste. Dies würde die Nutzung über 26 Watt Gesamt einen individuellen abkühlen lassen, auf eine Durchschnittliche heißen Tag (bei extremer Hitze, geschätzte Stromverbrauch würde steigen bis zu 80 Watt, das ist etwa, wie viel ein laptop verwendet). Durch Vergleich einer konventionellen Klimaanlage system verwendet eine tens von Kilowatt abkühlen das gesamte Büro.

Es ist mehr Energie-effiziente abkühlen einer einzelnen person als ein großer Raum, konnten die Forscher feststellen. „Wenn es nur eine Handvoll Insassen in diesem Raum, Sie sind im wesentlichen konsumieren Tausende von Watt pro person für die Kühlung. Ein Gerät wie das patch könnte drastisch senken Energiekosten für die Kühlung“, sagte Chen.

Das team arbeitet derzeit an patches, die gebaut werden konnte in einem Prototyp Kühlung und Heizung Weste. Sie hoffen, dass Sie zu vermarkten die Technologie in ein paar Jahren.

„Wir haben, lösen die grundlegenden Probleme, jetzt sind wir der Bewältigung der großen Aufgaben-die Elektronik, die hardware und die Entwicklung einer mobilen app, um die Temperatur zu kontrollieren“, sagte Chen.

Diese Arbeit wird unterstützt durch die Advanced Research Project Agency-Energie (ARPA-E, grant DE-AR0000535) und an der UC San Diego startup-Fonds.