可穿戴式人体热能收集与电能转换装置及方法

摘要

公开了可穿戴式人体热能收集与电能转换装置及方法，可穿戴式人体热能收集与电能转换装置包括可穿戴式载体模块和串联集成式温差发电模块，可穿戴式载体模块可穿戴地附接于人体，聚酯纤维层承载所述串联集成式温差发电模块，弹性固定件连接所述聚酯纤维层以可穿戴地附接于人体；所述串联集成式温差发电模块包括串联集成的多个温差发电单元，导热器吸收人体散发的热能，半导体温差发电片导热连接所述导热器，基于所述热能生成电能。

说明书

技术领域

本发明涉及微能量收集以及电能转化技术领域，具体为一种可穿戴式人体热能收集与电能转换装置及方法。

背景技术

随着老龄化社会的日益明显及慢性病群体的不断扩大，以人体健康为诉求的可穿戴式设备已经走进人们的生活。伴随着互联网技术、无线通信技术、嵌入式及传感器技术的高速发展，可穿戴式智能设备在医疗、工业、娱乐等多个领域表现出重要的研究价值和应用潜力。可穿戴式智能设备以综合利用感知识别、无线通信、云服务、大数据等新一代信息技术为特点，在可穿戴式移动终端上实现医疗保健、用户互动、娱乐等多种功能。可穿戴式设备经历了互联网时代和移动互联网时代，如今伴随着物联网技术正在大踏步式地发展。

已有的智能穿戴类设备，可按功能丰富程度分为复杂功能设备和简单功能设备。复杂功能类设备使用时间在一天左右，例如GoogleGlass和三星智能手表，远无法满足智能穿戴的高频使用需求。而目前大多数的可穿戴医疗设备采用的是电池供电或者USB等接口充电，其受到电池大小的限制而续航能力较差，通常只有几个小时。频繁的充电降低了其作为医疗设备的实用性，同时也降低了所采集的生理信号数据的连续性和稳定性。为满足可穿戴设备的日常实用性，移动电池性能亟需改进增强。现有的传统解决方案一般有以下三种：一是使用柔性技术以提高电池的空间利用率，三星、苹果和LG等都积极致力于此项研究；二是通过快速充电技术减少充电耗时，降低使用间隙，飞利浦和麻省理工大学都已在此有所建树；三是利用无线充电技术使设备可以时时佩戴而不间断使用，索尼和麻省理工大学在这方面已成为研究主力。

但是在很多场合，例如长期户外活动或医疗监测设备，全天候不间断成为设备的重要需求，传统供电模式包括柴油发电机等设备难以满足或实现要求，这已成为限制可穿戴式设备发展的重要原因之一。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种可穿戴式人体热能收集与电能转换装置及方法，本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种可穿戴式人体热能收集与电能转换装置包括可穿戴式载体模块和串联集成式温差发电模块，其中，

可穿戴式载体模块，其可穿戴地附接于人体，所述可穿戴式载体模块包括，

聚酯纤维层，其承载所述串联集成式温差发电模块，

弹性固定件，其连接所述聚酯纤维层以可穿戴地附接于人体；

所述串联集成式温差发电模块，其包括串联集成的多个温差发电单元，所述温差发电单元包括，

导热器，其吸收人体散发的热能，

半导体温差发电片，其导热连接所述导热器，基于所述热能生成电能。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述弹性固定件包括多条弹力绑带以及用于可拆卸连接所述弹力绑带的可拆卸连接件。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述可拆卸连接件为可拆卸粘结衣物的魔术贴。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述聚酯纤维层为聚酯纤维布料。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述聚酯纤维布料为长条形布料，其短边连接弹性固定件，长边与人体轴线大致垂直，或者其长边连接弹性固定件，短边与人体轴线大致垂直。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述导热器包括阵列布置的鳍片式散热片，所述鳍片式散热片包括金属片。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述半导体温差发电片经由导热胶连接所述导热器。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述导热器经由热熔胶固定于聚酯纤维层。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置中，所述串联集成式温差发电模块经由插头或转接装置连接储能单元。

根据本发明另一方面，一种所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的转换方法包括以下步骤，

可穿戴式载体模块可穿戴地附接于人体，导热器紧贴人体表面，

半导体温差发电片导热连接所述导热器，基于所述热能生成电能，

所述电能通过插头或转接装置使电能向前端供应或存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能有效地贴合不同用户的身形，实现了对人体微能量的收集并不间断地输出电能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明一个实施例的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的可穿戴式载体模块的结构示意图；

图3为本发明一个实施例的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的串联集成式温差发电模块的结构示意图；

图4为本发明一个实施例的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置在人体上佩戴的位置示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图图1至图4更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

如图1至图4所示，一种可穿戴式人体热能收集与电能转换装置包括可穿戴式载体模块和串联集成式温差发电模块，其中，

可穿戴式载体模块，其可穿戴地附接于人体，所述可穿戴式载体模块包括，

聚酯纤维层1，其承载所述串联集成式温差发电模块，

弹性固定件2，其连接所述聚酯纤维层1以可穿戴地附接于人体；

所述串联集成式温差发电模块，其包括串联集成的多个温差发电单元3，所述温差发电单元3包括，

导热器4，其吸收人体散发的热能，

半导体温差发电片5，其导热连接所述导热器4，基于所述热能生成电能。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述弹性固定件2包括多条弹力绑带以及用于可拆卸连接所述弹力绑带的可拆卸连接件。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述可拆卸连接件为可拆卸粘结衣物的魔术贴7。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述聚酯纤维层1为聚酯纤维布料。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述聚酯纤维布料为长条形布料，其短边连接弹性固定件2，长边与人体轴线大致垂直，或者其长边连接弹性固定件2，短边与人体轴线大致垂直。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述导热器4包括阵列布置的鳍片式散热片，所述鳍片式散热片包括金属片。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述半导体温差发电片5经由导热胶6连接所述导热器4。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述导热器4经由热熔胶固定于聚酯纤维层1。

所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的优选实施例中，所述串联集成式温差发电模块经由插头8或转接装置连接储能单元。

在一个实施例中，所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置包括可穿戴式载体模块、串联集成式温差发电模块，所述可穿戴式载体模块包括可限制引脚弯折的温差发电片5载体——聚酯纤维布料，四条可供拉伸并可通过魔术贴7相连的弹力绑带，以及两块易于安装与拆卸于人体衣物的魔术贴7。

在一个实施例中，所述串联集成式温差发电模块包括半导体温差发电片5、小型鳍片式散热片、以及导热胶6。

在一个实施例中，所述聚酯纤维布料的短边与弹力绑带，长边与魔术贴7分别缝制在一起。

在一个实施例中，所述半导体温差发电片5通过导热胶6与小型鳍片式散热器相连接。

在一个实施例中，所述半导体温差发电片5同过将漆包线依照“C型”串联在一起以保护在拉伸过程中的线路的完好。

在一个实施例中，所述串联集成式温差发电模块通过尼龙线与可穿戴式载体模块相连接，并用热熔胶将散热片固定，使半导体发电片与载体紧连并下凹以贴合热源。

在一个实施例中，插头8前端接入芯片ADP5091，其内部的超级电容器将输入的微能量进行收集和储存，最终输出稳定的3.3V直流电压，供给给所需供电的心电检测模块。

本实例中所述芯片ADP5091为集成式能量采集器，可将微弱能量进行收集和储存，并输出稳定的直流电压。

一种所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置的转换方法包括以下步骤，

可穿戴式载体模块可穿戴地附接于人体，导热器4紧贴人体表面，

半导体温差发电片5导热连接所述导热器4，基于所述热能生成电能，

所述电能通过插头8或转接装置使电能向前端供应或存储。

在一个优选实施方式中，方法包括以下步骤：

S001、将载体通过弹力绑带紧贴人体温度较高曲率较小的位置，如大臂、腹部；

S002、穿上衣物后，调整位置并将载体通过魔术贴7紧贴在衣物内侧。

S003、通过插头8或其他转接装置使电能向前端供应。

本实施例中，所述步骤S001具体为：将一条装有40片和一条装有20条温差发电片5的载体置于腹部、大臂外侧以及大腿外侧，并用弹力绑带使温差发电片5与人体表面紧贴，如图4所示。同时，在考虑到发电效率与舒适度的平衡后，根据不同位置曲率的不同，(本段尺寸描述均为长*宽)选择发电片尺寸为6mm*8mm，腹部散热器尺寸为13mm*13mm，大腿外侧散热器尺寸为10mm*10mm，大臂外侧散热器尺寸为9mm*9mm。

本实施例中，所述步骤S002具体为：然后穿上经开槽的衣服使散热器鳍片露出，调整位置后利用魔术贴7将发电片载体与衣物紧连；

本实施例中，所述步骤S003具体为：通过插头8或绝缘电线将所收集到的约1100mW稳定功率供给给芯片ADP5091，其内部的超级电容器将输入的微能量进行收集和储存，最终输出稳定的3.3V直流电压，供给给所需供电的心电检测模块。

本发明结构简单，无需外置电源或定期充电，特别适用于全天候不间断使用的可穿戴式设备的能量供应。

工业实用性

本发明所述的可穿戴式人体热能收集与电能转换装置及方法可以在本领域领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。