CN107014108A - 一种基于半导体温控技术的空调服 - Google Patents

一种基于半导体温控技术的空调服 Download PDF

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CN107014108A CN201610055027.XA CN201610055027A CN107014108A CN 107014108 A CN107014108 A CN 107014108A CN 201610055027 A CN201610055027 A CN 201610055027A CN 107014108 A CN107014108 A CN 107014108A
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Abstract

本发明涉及一种基于半导体温控技术的空调服，发明了一种调温单元放置包可使调温单元美观、可靠布置，且保证调温单元的性能稳定；在满足调温效果的情况下，实现了散热器的小巧设计，采用密封圈规避了制冷片进水失效的问题；调温后的空气通过开有小孔的导气管输送至人体表面，可较好的对人体表面微环境进行调节，并将调温后空气分流一部分至电池工作区域以避免电池发热现象或降低发热的程度；采用回风技术以增强对散热器的散热/散冷效果，并可节约电能使用。

Description

一种基于半导体温控技术的空调服
技术领域
本发明涉及一种基于半导体温控技术的空调服，属于半导体温控领域。
背景技术
对于室外及野外工作人员如警察、军人、地质勘探员等，以及特殊环境下的工作人员如炼钢、铸造人员、坦克装甲兵等，其工作环境比较恶劣，常规空调很难满足他们的身体需求，故针对人体微环境进行温度调节的空调服应运而生。
目前市面上的空调服主要有涡流冷却式、插袋式、直接风冷式三种形式；这三种形式的空调服都具有一定程度的缺点，比如涡流冷却式空调服噪音大、气流猛烈、活动范围受限、存在安全隐患，插袋式空调服笨重、携带不便、舒适性差，直接风冷式空调服只是加快散热、没有制冷加热功能、舒适性差，上述三种空调服只具备制冷功能或者甚至连制冷功能也不具备，且没有制热功能。
基于半导体温控技术的空调服利用制冷片通以直流电后可转移热量的原理对人体表面微环境进行调温，由于半导体温控技术的双向性，故所述空调服可实现夏季制冷、冬季制热双向温控的效果。
由于基于半导体温控技术的空调服的调温单元需要背负在人体上，如何使调温单元的布置做到美观、可靠、且使调温单元性能稳定，在满足调温需求的情况下如何使散热器尺寸尽可能小巧，调温后的空气以怎样的方式输送至人体，可较好的对人体表面微环境进行调节，当采用电池供电时，又如何避免电池发热现象或降低发热的程度，如何规避空调服在低温或潮湿环境下使用时容易使空气中的水分凝结造成制冷片进水失效的问题，常规空气调节的回风技术又是否可加以借鉴并运用在基于半导体温控技术的空调服中，以增强对散热器的散热/散冷效果以及节约电能使用？上述问题都是研发人员需要考虑的问题，也是此类空调服设计、生产的难点。
发明内容
本发明提供了一种基于半导体温控技术的空调服，可实现散热器的小巧设计，并规避制冷片进水失效的问题；发明了一种调温单元放置包可使调温单元美观、可靠布置，且保证调温单元的性能稳定；调温后的空气通过开有小孔的导气管输送至人体表面，从而较好的对人体表面微环境进行调节，并将调温后空气分流一部分至电池工作区域以避免电池发热现象或降低发热的程度；本发明采用了回风技术以增强对散热器的散热/散冷效果，并可节约电能使用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于半导体温控技术的空调服，主要包括衣体（1）、调温单元（9）、输入单元（10）、控制单元（11）、供电单元（12）等。空气经调温单元（9）处理后送至人体表面，进而调节人体表面微环境温度，以满足人体热舒适性需求，由于半导体温控技术的双向性，故所述空调服可实现夏季制冷、冬季制热双向温控的效果。
衣体（1）主要由三层构成：内衬层（2）、保温层（3）、外层（4）；所述内衬层（2）具备透风性能，并开有毛细孔（8），以便调温后的空气藉此送至人体表面；所述保温层（3）由保温材料制成，以防止人体表面微环境冷/热量的散失；所述外层（4）应具备防水、不透风功能；内衬层（2）和保温层（3）、外层（4）通过塑制支撑钮（5）隔离开，塑制支撑钮（5）上的垫片（6）使保温层（3）、外层（4）贴合在一起（不必紧密贴合），以使内衬层（2）与保温层（3）之间形成空心结构。空气经调温后藉由开有小孔的导气管（7）送至人体，导气管（7）位于空心结构中，并粘结于内衬层（2）上。
衣体（1）上缝制有调温单元放置包（25）、供电单元放置包（26），所述调温单元放置包（25）位于衣体背部（44）、所述供电单元放置包（26）位于衣体左侧。
调温单元放置包（25）缝制在衣体背部（44），分为第一缝布（27）、第二缝布（28）、海绵体（29），其中第一缝布（27）直接缝制在衣体（1）上，海绵体（29）粘结在第一缝布（27）之上，且海绵体（29）依据冷热分离器（38）及风扇（39）形状开有相应形状的槽（30），冷热分离器（38）以及风扇（39）可一部分置于槽中以降低人体对调温单元（9）工作时所引起的震动的不适感；第二缝布（28）的一边与第一缝布（27）的一边直接缝制在一起，其余三边通过拉链（48）啮合；第二缝布（28）上依据风扇（39）和冷热分离器废气出口（17）的相应位置分别开有风扇进气口（31）以及废气排出口（32），且所述风扇进气口（31）与所述废气排出口（32）均缝制或粘结有塑制风罩（33）、（34），风罩上具有与风扇安置螺孔（19）和冷热分离器安置螺孔（18）相对应的螺孔（35）、（36），以使调温单元（9）可连接于第二缝布（28）上；第二缝布（28）外侧缝制有弹性绑带（37），可卡扣在衣体（1）前侧，依靠绑带（37）的束缚力进一步将调温单元放置包（25）固定在衣体（1）上，进而增强调温单元（9）固定的可靠性。
调温单元（9）包括风扇（39）、冷热分离器（38）、制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等，冷热分离器（38）既是制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等的外围固定外壳，为空气的调温提供场所，又可形成冷、热气流流动的单独风道，实现冷、热气流的分离。
以衣体背部（44）为参照，第一散热器（41）、密封圈（43）、第二散热器（42）按背离衣体背部（44）方向依次放置（制冷片位于两散热器之间，被散热器与密封圈密封），所述风扇（39）为离心风扇，其放置方式为风扇进气端面与衣体背部（44）平行且靠外，此方式下，可对两个散热器实现较佳的风量分配。
冷热分离器（38）的入口段含有分流片（45），将入口段分离为第一入口（46）和第二入口（47），进而将进气气流分为两部分，分别送至第一散热器（41）和第二散热器（42）；冷热分离器（38）的第二入口（47）区域开有采风端口（20），用于回收一部分调温后并已通过人体表面的空气，和新风混合后作为进入第二散热器（42）的初始空气，以增强对第二散热器（42）的散热/散冷效果，并可节约电能使用；与采风端口（20）相连接的导气管上安装有单向阀（21），以保证气流从采风端口（20）进入第二入口（47）区域，而不发生气流反流。
制冷片（40）在压力条件下具有很高的机械强度，但是其剪切强度相对来说比较低，制冷片（40）通过铣槽并焊接的方式予以固定，即分别在第一散热器（41）和第二散热器（42）基板底面铣出一定尺寸的槽，然后将制冷片（40）两端面分别焊接在两个散热器的槽面上，此种方式下一方面可保证制冷片（40）、散热器连接的可靠性，另一方面，由于是采用的焊接方式，故可增强制冷片（40）与第一散热器（41）、第二散热器（42）间的传热效果。
由于调温单元（9）要置于人体背部，在满足调温需求的情况下散热器尺寸要尽量小巧，故为增加其换热面积，散热器翅片均为波浪形，且散热器表面喷涂新型涂料，以增强换热效果。
输入单元（10）位于衣体（1）右侧手臂区域，设置为档位调节器，制冷、制热分别为2—3档。
控制单元（11）接受来自调温空气温度传感器（22）以及环境温度传感器（23）的温度信号，并依据输入单元（10）指令，通过控制风扇（39）以及制冷片（40）的电压大小来调节风扇（39）转速和制冷片（40）产冷量/产热量，进而控制调温后空气的温度的高低以及风量的大小，以达到用户热舒适需求。
空调服系统可采用锂离子电池组（14）供电或电源插头（15）插市电的方式供电，当人员外出工作使用市电不方便时可使用锂离子电池组（14）供电；供电单元（12）还包括调压稳压器（16）以便将锂离子电池组（14）输送的电或市电转化成适合风扇（39）和制冷片（40）使用的电能。
电池工作时会有一定程度的发热现象，进而可能引起电池内部空气剧烈膨胀，导致电池向外突起，严重的会使电池燃烧，为避免电池发热现象或降低发热的程度，在夏季使用空调服时，可从衣体（1）前部的导气管（7）引出一个分支（24）至供电单元放置包（26），以降低此区域温度，且供电单元放置包（26）采用散热性能较好的材料制成。
本发明的有益效果是：实现了散热器的小巧设计，并规避了制冷片（40）进水失效的问题；发明的调温单元（9）放置包（25）可使调温单元（9）美观、可靠布置，且保证调温单元（9）的性能稳定；避免电池发热现象或降低了发热的程度；采用的回风技术增强了对散热器的散热/散冷效果，并可节约电能使用。
附图说明
图1是衣体结构示意图。
图2是一种基于半导体温控技术的空调服示意图。
图3是开有小孔的蛇形导风管示意图。
图4是调温单元放置包、供电单元放置包位置示意图。
图5是调温单元放置包结构示意图。
图6调温模块放置方式示意图。
图7冷热分离器俯视示意图。
图8是调温模块密封示意图。
图9是调温模块密封局部放大示意图。
图10是密封圈结构示意图。
图11是散热器开槽示意图。
具体实施方式
参见图1、图2，一种基于半导体温控技术的空调服，主要包括衣体（1）、调温单元（9）、输入单元（10）、控制单元（11）、供电单元（12）等。控制单元（11）接受来自调温空气温度传感器（22）以及环境温度传感器（23）的温度信号，并依据输入单元（10）指令，通过控制制冷片（40）以及风扇（39）的电压大小来调节风扇（39）转速和制冷片（40）产冷量/产热量，进而控制调温后空气的温度的高低以及风量的大小，以达到用户热舒适需求。
输入单元（10）位于衣体（1）右侧手臂区域，设置为档位调节器，制冷、制热分别为2—3档。
参见图1，衣体（1）主要由三层构成：内衬层（2）、保温层（3）、外层（4）；所述内衬层（2）具备透风性能，并开有毛细孔（8），以便调温后的空气藉此送至人体表面；所述保温层（3）由保温材料制成，以防止人体表面微环境冷/热量的散失；所述外层（4）由防水、不透风材料制成；内衬层（2）和保温层（3）、外层（4）通过塑制支撑钮（5）隔离开，塑制支撑钮（5）上的垫片（6）使保温层（3）、外层（4）贴合在一起（不必紧密贴合），以使内衬层（2）与保温层（3）之间形成空心结构。空气经调温后藉由开有小孔的导气管（7）送至人体，导气管（7）位于空心结构中，并粘结于内衬层（2）上，导气管形状可为蛇形管（13）或其他样式，参见图3。
参见图4，衣体（1）上缝制有调温单元放置包（25）、供电单元放置包（26），所述调温单元放置包（25）位于衣体背部（44）、所述供电单元放置包（26）位于衣体左侧。
参见图5，调温单元放置包（25）分为第一缝布（27）、第二缝布（28）、海绵体（29），其中第一缝布（27）直接缝制在衣体（1）上，海绵体（29）粘结在第一缝布（27）之上，且海绵体（29）依据冷热分离器（38）及风扇（39）形状开有相应形状的槽（30），冷热分离器（38）以及风扇（39）可一部分置于槽中以降低人体对调温单元（9）工作时所引起的震动的不适感；第二缝布（28）的一边与第一缝布（27）的一边直接缝制在一起，其余三边通过拉链（48）啮合；第二缝布（28）上依据风扇（39）和冷热分离器废气出口（17）的相应位置分别开有风扇进气口（31）以及废气排出口（32），且所述风扇进气口（31）与所述废气排出口（32）均缝制或粘结有塑制风罩（33）、（34），风罩上具有与风扇安置螺孔（19）和冷热分离器安置螺孔（18）相对应的螺孔（35）、（36），以使调温单元（9）可连接于第二缝布（28）上；第二缝布（28）外侧缝制有弹性绑带（37），可卡扣在衣体（1）前侧。
调温单元（9）包括风扇（39）、冷热分离器（38）、制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等，冷热分离器（38）既是制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等的外围固定外壳，为空气的调温提供场所，又可形成冷、热气流流动的单独风道，实现冷、热气流的分离。
参见图6，以衣体背部（44）为参照，第一散热器（41）、密封圈（43）、第二散热器（42）按背离衣体背部（44）方向依次放置（制冷片位于两散热器之间，被散热器与密封圈密封），所述风扇（39）为离心风扇（39），其放置方式为风扇（39）进气端面与衣体背部（44）平行且靠外。
参见图7，冷热分离器（38）的入口段含有分流片（45），将入口段分离为第一入口（46）和第二入口（47），进而将进气气流分为两部分，分别送至第一散热器（41）和第二散热器（42）；冷热分离器（38）的第二入口（47）区域开有采风端口（20），用于回收一部分调温后并已通过人体表面的空气，和新风混合后作为进入第二散热器（42）的初始空气；参见图2，与采风端口（20）相连接的导气管上安装有单向阀（21），以保证气流从采风端口（20）进入第二入口（47）区域，而不发生气流反流。
参见图8、图11，制冷片（40）通过铣槽并焊接的方式予以固定，即分别在第一散热器（41）和第二散热器（42）基板底面铣出一定尺寸的槽，然后将制冷片（40）两端面分别焊接在两个散热器的槽面上。
参见图8、图9、图10、图11，使用定制的轮廓为方形、线截面为圆的密封圈（43）对制冷片（40）予以密封，为此，第一散热器（41）、第二散热器（42）基板底面均需铣出一定尺寸的槽，用以放置密封圈（43）。
参见图8，为增加散热器换热面积，散热器翅片为波浪形，且散热器表面喷涂新型涂料，以增强换热效果。
参见图2，空调服系统可采用锂离子电池组（14）供电或电源插头（15）,插市电的方式供电，供电单元（12）包括调压稳压器（16）以便将锂离子电池组（14）输送的电或市电转化成适合风扇（39）和制冷片（40）使用的电能。
继续参见图2，在夏季使用空调服时，可从衣体（1）前部的导气管引出一个分支（24）至供电单元放置包（26），以降低此区域温度，且供电单元放置包（26）采用散热性能较好的材料制成。
以上实施方式仅用以说明本发明较佳的实施方式而非限制，凡是不脱离本发明的宗旨和范围，对本发明进行修改或者等同替换的均涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种基于半导体温控技术的空调服，主要包括衣体（1）、调温单元（9）、输入单元（10）、控制单元（11）、供电单元（12）等；空气经调温单元（9）处理后送至人体表面，进而调节人体表面微环境温度，以满足人体热舒适性需求，由于半导体温控技术的双向性，故所述空调服可实现夏季制冷、冬季制热双向温控的效果。
2.根据权利要求1所述的衣体（1）主要由三层构成：内衬层（2）、保温层（3）、外层（4）；所述内衬层（2）具备透风性能，并开有毛细孔（8），以便调温后的空气藉此送至人体表面；所述保温层（3）应具备保温功能，以防止人体表面微环境冷/热量的散失；所述外层（4）应具备防水、不透风功能；内衬层（2）和保温层（3）、外层（4）通过塑制支撑钮（5）隔离开，塑制支撑钮（5）上的垫片（6）使保温层（3）、外层（4）贴合在一起（不必紧密贴合），以使内衬层（2）与保温层（3）之间形成空心结构；空气经调温后藉由开有小孔的导气管（7）送至人体，导气管（7）位于空心结构中，并粘结于内衬层（2）上。
3.根据权利要求1所述的衣体（1），其上缝制有调温单元放置包（25）、供电单元放置包（26）；所述调温单元放置包（25）位于衣体背部（44）、所述供电单元放置包（26）位于衣体左侧；所调温单元放置包（25），缝制在衣体背部（44），分为第一缝布（27）、第二缝布（28）、海绵体（29），其中第一缝布（27）直接缝制在衣体（1）上，海绵体（29）粘结在第一缝布（27）之上，且海绵体（29）依据冷热分离器（38）及风扇（39）的形状开有相应形状的槽（30），冷热分离器（38）以及风扇（39）可一部分置于槽中以降低人体对调温单元（9）工作时所引起的震动的不适感。
4.根据权利要求3所述的调温单元放置包（25），第二缝布（28）的一边与第一缝布（27）的一边直接缝制在一起，其余三边通过拉链（48）啮合；第二缝布（28）上依据风扇（39）和冷热分离器废气出口（17）的相应位置分别开有风扇进气口（31）以及废气排出口（32），且所述风扇进气口（31）与所述废气排出口（32）均缝制或粘结有塑制风罩（33）、（34），风罩上具有与风扇安置螺孔（19）和冷热分离器安置螺孔（18）相对应的螺孔（35）、（36），以使调温单元（9）可连接于第二缝布（28）上；第二缝布（28）外侧缝制有弹性绑带（37），可卡扣在衣体（1）前侧。
5.根据权利要求1所述的调温单元（9），包括风扇（39）、冷热分离器（38）、制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等，所述冷热分离器（38）既是制冷片（40）、第一散热器（41）、第二散热器（42）、密封圈（43）等的外围固定外壳，为空气的调温提供场所，又可形成冷、热气流流动的单独风道，实现冷、热气流的分离；以衣体背部（44）为参照，第一散热器（41）、密封圈（43）、第二散热器（42）按背离衣体背部（44）方向依次放置（制冷片位于两散热器之间，被散热器与密封圈密封），所述风扇（39）为离心风扇，其放置方式为风扇进气端面与衣体背部（44）平行且靠外，此方式下，可对两个散热器实现较佳的风量分配。
6.根据权利要求5所述的冷热分离器（38），其入口段含有分流片（45），将入口段分离为第一入口（46）和第二入口（47），进而将进气气流分为两部分，分别送至第一散热器（41）和第二散热器（42）；所述冷热分离器（38）的第二入口（47）区域开有采风端口（20），用于回收一部分调温后并已通过人体表面的空气，和新风混合后作为进入第二散热片（42）的初始空气，以增强对第二散热器（42）的散热/散冷效果；与采风端口（20）相连接的导气管上安装有单向阀（21），以保证气流从采风端口（20）进入第二入口（47）区域，而不发生气流反流。
7.根据权利要求5所述制冷片（40），通过铣槽并焊接的方式予以固定，即分别在第一散热器（41）和第二散热器（42）基板底面铣出一定尺寸的槽，然后将制冷片（40）两端面分别焊接在两个散热器的槽面上；所述制冷片（40）在低温或潮湿环境下工作时，容易使空气中的水分凝结造成制冷片（40）进水失效，为避免此种情况，使用定制的轮廓为方形、线截面为圆的密封圈（43）对制冷片（40）予以密封，为此，第一散热器（41）、第二散热器（42）基板底面均需铣出一定尺寸的槽，用以放置密封圈（43）；所述第一散热器（41）以及第二散热器（42），要使其尺寸尽量小巧，故为增加其换热面积，散热器翅片均为波浪形，且散热器表面喷涂新型涂料，以增强换热效果。
8.根据权利要求1所述的输入单元（10），位于衣体（1）右侧手臂区域，设置为档位调节器，制冷、制热分别为2—3档。
9.根据权利要求1所述的控制单元（11），接受来自调温空气温度传感器（22）以及环境温度传感器（23）的温度信号，并依据输入单元（10）指令，通过控制风扇（39）以及制冷片（40）的电压大小来控制调温后空气的温度的高低以及风量的大小，以达到用户热舒适需求。
10.根据权利要求1所述的供电单元（12），空调服系统可采用锂离子电池组（14）供电或电源插头（15）插市电的方式供电，供电单元（12）还包括调压稳压器（16）以便将锂离子电池组（14）输送的电或市电转化成适合风扇（39）和制冷片（40）使用的电能；所述的锂离子电池组（14），其工作时会造成一定的发热现象，为降低电池发热的危害，在夏季使用时，可从衣体（1）前部的导气管引出一个分支（24）至供电单元放置包（26），以降低此区域温度，且供电单元放置包（26）采用散热性能较好的材料制成。
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