CN103393237A - 一种调温服装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于可变热阻的调温服装，包括服装面料层、柔性半导体热电阵列、服装衬里层、转换器、可调负载、控制器和外接电源连接件。柔性半导体热电阵列置于服装面料层和服装衬里层间，柔性半导体热电阵列通过转换器连接可调负载或者依次连接控制器和外接电源连接件，转换器实现连接关系的切换。本发明调温方便、迅速；温度调节适应性强，一定范围内的变温基于服装自身热阻变化，无需能源耗费，当存在电力供应时，能通过半导体热电效应实现加热和制冷，满足极端温度情况；采用微纳米柔性元件，不影响穿着和美观，可大规模产业化生产。具有很好的市场前景。

Description

一种调温服装
技术领域
本发明涉及一种调温服装，特别是一种基于可变热阻的调温服装。
背景技术
服装提供能够保持人类适宜体温的措施，这意味着，保持身体的正常温度并因此防止受寒，在身体活动时还要能够调温，防止体温升高；同时，现有服装只能适合于某个季节的要求，尤其在季节交替的时节，外界环境温度的变化很大，人们的着装显得较为尴尬，穿的过少容易感冒，穿的过多则显得臃肿不够时尚；另外，每日温差变化较大时，单一服装难以适应。迫切希望能有可适应不同温度要求的服装，在环境温度较高时穿着凉爽，在环境温度较低时穿着暖和，在恶劣温度条件下，满足身体舒适性要求。
现有专利（节能保健智能冷热恒温服，200720081119；蓄热调温织物及其制造方法，201210330775；智能调温服装，201010130765）的服装调温技术方案，利用电热或蓄能实现，前者需用额外电源驱动，后者的温度调节速度不及时，并存在失效问题。
半导体热电技术基于可逆的物理效应（帕尔帖效应和塞贝克效应），可实现温差发电或电驱动实现制冷和加热。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，基于可变热阻技术，提供一种无需耗能，舒适、方便、变温迅速的调温服装。
本发明的技术原理是基于半导体热电效应，如图1所示的左侧视图中，半导体热电元件的两端面热源温度分别为TA和TB，热流为Q，并连接负载RL，基于塞贝克效应，温差（TA-TB）导致半导体热电元件产生电能，可等效为图1右侧内阻为Ri的电源带有负载RL的电路，基于帕尔帖效应，回路的电流又导致半导体热电元件两端面产生吸放热，吸放热流大小受负载RL的影响，与原有热流Q叠加，并影响温差（TA-TB）大小，按照传热学的知识（热量=温差/热阻），调节RL可改变半导体热电元件的热阻。
为实现发明目的，基于上述技术原理，本发明的技术方案是一种调温服装，包括服装面料层、柔性半导体热电阵列、服装衬里层、转换器、可调负载、控制器和外接电源连接件。所述的柔性半导体热电阵列置于所述的服装面料层和所述的服装衬里层间，由外至内依次为所述的服装面料层、所述的柔性半导体热电阵列和所述的服装衬里层，所述的柔性半导体热电阵列通过所述的转换器连接所述的可调负载或者依次连接所述的控制器和所述的外接电源连接件，所述的转换器实现连接关系的切换。
所述的柔性半导体热电阵列是由实现半导体热电效应的柔性元件组成，利用半导体热电材料结合微纳米技术的涂层、电镀、编织等工艺得到。常规的半导体热电元件不能挠曲、变形且体积较大，基于已有文献（Flexible micro thermoelectric generator，IEEE 20th International Conference; Thermoelectric structure and use of the thermoelectric structure to form a textile structure,US20080029146），实现半导体热电效应的微纳米柔性元件已经能够方便制造。
所述的服装面料层、所述的柔性半导体热电阵列和所述的服装衬里层可分别或者全部粘合在一起。
所述的可调负载是根据需要可改变大小的阻性负载。
所述的控制器根据设置控制所述的柔性半导体热电阵列的输入电流方向和大小，实现可控的加热和制冷。
切换所述的转换器可实现不同的工作状态。当日常使用时，所述的柔性半导体热电阵列连接所述的可调负载，通过调节所述的可调负载的大小变化服装热阻，无需供能，便可实现调温；进一步地，在存在电力供应时，调温服装可满足极端温度情况下，像户外探险、军警和高低温作业等特殊场合，通过所述的外接电源连接件引入外接电源，方便实现加热和制冷，提供极端温度情况下人体所需的适宜温度。
本发明的有益效果是，调温方便、迅速；温度调节适应性强，一定范围内的变温基于服装自身热阻变化，无需能源耗费，当存在电力供应时，能通过半导体热电效应实现加热和制冷，满足极端温度情况；采用微纳米柔性元件，不影响穿着和美观，可大规模产业化生产。 
附图说明   
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的变热阻原理示意图。
图2是本发明的系统原理示意图。
图3是本发明的柔性半导体热电阵列构造示意图。
图中1.服装面料层，2.柔性半导体热电阵列，3.服装衬里层，4.转换器，5.可调负载，6.控制器，7.外接电源连接件，201.基底，202.半导体热电材料A（镍铝合金线），203.半导体热电材料B（镍铬合金线），204.接点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详述，籍由以下结合实施例来说明本发明之内容，而非限制本发明之范围。
如图2所示，一种调温服装，包括服装面料层1、柔性半导体热电阵列2、服装衬里层3、转换器4、可调负载5、控制器6和外接电源连接件7，服装衬里层3上覆着有柔性半导体热电阵列2，服装面料层1和服装衬里层3粘合在一起，由外至内依次为服装面料层1、柔性半导体热电阵列2和服装衬里层3，柔性半导体热电阵列2通过转换器4连接可调负载5或者依次连接控制器6和外接电源连接件7。
转换器4切换不同连接关系，可实现不同的工作状态，当日常使用时，柔性半导体热电阵列2连接可调负载5，可调负载5是可变阻性负载，调节可调负载5的大小可变化服装热阻，无需供能，便可实现调温；在存在电力供应时，柔性半导体热电阵列2通过转换器4依次连接控制器6和外接电源连接件7，并通过外接电源连接件7引入外接直流电源，控制器6根据设置控制柔性半导体热电阵列2的输入电流方向和大小，实现可控的加热和制冷，可满足极端温度情况下，像户外探险、军警和高低温作业等特殊场合下人体所需的适宜温度。
柔性半导体热电阵列2是利用不同半导体热电材料的线材编织得到，工艺如图3所示，其中半导体热电材料A为镍铝合金线202，半导体热电材料B为镍铬合金线203，以基底201为基础通过编织在接点204处焊接成网状，基底201为绝缘层，由玻璃纤维增强环氧树脂体系材料制成，整体为柔性、并涂有保护膜，在使用过程中防水，能水洗。通过上述工艺得到的柔性半导体热电阵列2可等效为多组串联而成的热电偶阵列-热电堆，然后通过导线与转换器4、控制器6和外接电源连接件7依次连接。外接电源连接件7是磁性接插件，联接直流电源，方便、安全，当存在外力，磁性接插件也可自动脱离外接电源。

Claims (6)

1.一种调温服装，其特征在于，包括服装面料层（1）、柔性半导体热电阵列（2）、服装衬里层（3）、转换器（4）、可调负载（5）、控制器（6）和外接电源连接件（7），所述的柔性半导体热电阵列（2）置于所述的服装面料层（1）和所述的服装衬里层间（3），由外至内依次为所述的服装面料层（1）、所述的柔性半导体热电阵列（2）和所述的服装衬里层（3），所述的柔性半导体热电阵列（2）通过所述的转换器（4）连接所述的可调负载（5）或者依次连接所述的控制器（6）和所述的外接电源连接件（7），所述的转换器（4）实现连接关系的切换。
2.根据权利要求1所述的一种调温服装，其特征在于，所述的柔性半导体热电阵列（2）是由实现半导体热电效应的柔性元件组成，利用半导体热电材料结合微纳米技术的涂层、电镀、编织等工艺得到。
3.根据权利要求1所述的一种调温服装，其特征在于，所述的服装面料层（1）、所述的柔性半导体热电阵列（2）和所述的服装衬里层（3）可分别或者全部粘合在一起。
4.根据权利要求1所述的一种调温服装，其特征在于，所述的可调负载（5）是根据需要可改变大小的阻性负载。
5.根据权利要求1所述的一种调温服装，其特征在于，所述的控制器（6）根据设置控制所述的柔性半导体热电阵列（2）的输入电流方向和大小，实现可控的加热和制冷。
6.根据权利要求1所述的一种调温服装，其特征在于，切换所述的转换器（4）可实现不同的工作状态，当日常使用时，所述的柔性半导体热电阵列（2）连接所述的可调负载（5），通过调节所述的可调负载（5）的大小变化服装热阻，实现调温；进一步地，通过所述的外接电源连接件（7）引入外接电源，方便实现加热和制冷，提供极端温度情况下人体所需的适宜温度。
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