CN107183807A - 基于半导体制冷的户外调温服 - Google Patents

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陈寿元
孙玉
徐淇苇
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Abstract

本发明涉及一种基于半导体制冷的户外调温服，包括上衣本体和背包，上衣本体带有连体帽；所述上衣本体及连体帽内分布有多个温度传感器；所述背包内包括半导体制冷散热模块、冷气收集传输模块和单片机控制系统；温度检测器与单片机控制系统相连，实时检测上身温度，当温度检测值大于设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动，半导体制冷散热模块基于半导体帕尔贴效应产生冷气，由冷气收集传输模块采集，通过铺设在上衣本体和连体帽内的传输管道释放冷气。

Description

基于半导体制冷的户外调温服
技术领域
本发明属于特殊环境下的工作服设计领域，具体涉及一种基于半导体制冷的户外调温服。
背景技术
目前，现有的户外工作中，特殊服装主要侧重于实现防晒功能，防晒功能的实现主要依靠对服装的化学织物作改进，用于阻隔太阳紫外线的直接照射，作用和遮阳伞是一样的，但是却鲜有技术涉及户外服装中的调温功能。
在非服装领域中，经常采用导体金属导热进行热量传递与调节，但金属导热存在密度大、不利于携带的特点。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，发明提供了一种基于半导体制冷的户外调温服，采用半导体制冷技术结合单片机控制，不仅可以帮助户外工作者在高温曝晒情况下即保持舒适的体感温度，也解决了半导体产生的温差在衣服上收集、传递且持续传递的难题。
本发明采用下面的技术方案：
一种基于半导体制冷的户外调温服，包括上衣本体和背包，上衣本体带有连体帽；所述上衣本体及连体帽内分布有多个温度传感器；所述背包内包括半导体制冷散热模块、冷气收集传输模块和单片机控制系统；温度检测器与单片机控制系统相连，实时检测上身温度，当温度检测值大于设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动，半导体制冷散热模块基于半导体帕尔贴效应产生冷气，由冷气收集传输模块采集，通过铺设在上衣本体和连体帽内的传输管道释放冷气。
进一步的，所述冷气收集传输模块包括呈六面体的冷气收集传输腔，六面体具有三对相对面，第一相对面分别连接半导体制冷散热模块，所述第二相对面或第三相对面的上下表面分别设置进气口和出气口，进气口和出气口通过所述传输管道连接，在传输管道中设置有风扇传送腔，风扇传送腔中设有多个风扇，用于引导冷气传输方向。
进一步的，所述半导体制冷散热模块包括非金属PN结，在所述非金属PN结两端连接电源，基于帕尔贴效应，非金属PN节的一面吸收热量为冷端，另一面释放热量为热端；冷端与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气；热端与散热风扇相连，用于循环散热，所述散热风扇暴露于所述背包外侧。
进一步的，所述第二相对面和第三相对面采用保温材料制成；
进一步的，所述冷端通过绝缘陶瓷片与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气。
进一步的，所述热端通过网格型立体金属散热结构与散热风扇相连，用于循环散热。
进一步的，所述传输管道先铺设在连帽体中，经连帽体向下，跃过上衣本体中的肩部区域，后依次铺设于肺部区域、腹部区域和腰部区域，最后通过腰部区域再传到上衣本体中的背部区域，通过背部区域与冷气收集传输模块相连。
进一步的，在所述连体帽内，传输管道呈多段S型铺设。
进一步的，所述传输管道采用口径在8mm以下的PVC水平管。
进一步的，当温度检测值大于第一设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动；当温度检测值超过第二设定温度，小于第一设定温度时，单片机控制系统控制调节半导体制冷散热模块的制冷功率；当温度检测值小于第二设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块停止制冷
本发明的有益效果：
与目前常用的导体金属导热方案相比，本发明采用将采用半导体制冷技术的制冷模块与冷气收集传输腔相连，PN结吸收热量的一端作为冷气收集传输腔的一个内腔面，通过该内腔面把冷气收集传输腔内部的热量转移到PN结的另一端，在PN结释放的热量会被风扇迅速吹散，因此在冷气收集传输腔中便会有源源不断的低温空气，解决了半导体产生的温差在衣服上收集、传递且持续传递的难题。
本发明选择我们选择口径在8mm以下的PVC水平管作为冷气传输的媒介，该管密度小、柔韧性好、不易折断，经过多次试验，且与衣服搭配更加合适。
本发明的调温功能设置有多个档位，当温度检测装置检测到当前身体温度较高时会启动装置产生冷气并传输；当身体表层温度稍下降时，智能控制模块会调节制冷装置的功率；当身体周围环境温度较低时，则停止制冷。
附图说明
附图1为本发明中冷气收集传输腔与半导体制冷散热模块的连接结构图；
附图2为本发明中风扇传送腔的结构图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的典型实施例是一种基于半导体制冷的户外调温服，包括上衣本体和背包，上衣本体带有连体帽；所述上衣本体及连体帽内分布有多个温度传感器；所述背包内包括半导体制冷散热模块、冷气收集传输模块和单片机控制系统；温度检测器与单片机控制系统相连，实时检测上身温度，当温度检测值大于设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动，半导体制冷散热模块基于半导体帕尔贴效应产生冷气，由冷气收集传输模块采集，通过铺设在上衣本体和连体帽内的传输管道释放冷气。
半导体制冷散热模块，利用半导体的Peltier效应，即热电第二效应，本实施例中，半导体制冷散热模块包括非金属PN结，在所述非金属PN结两端连接电源，基于帕尔贴效应，非金属PN节的一面吸收热量为冷端，另一面释放热量为热端；冷端与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气；热端与散热风扇相连，用于循环散热，所述散热风扇暴露于所述背包外侧。
根据功率公式
P＝UI＝I2×R
电路电压为12V，得到PN结的工作电流I为6,电阻R为2Ω。
根据Peltier效应公式，在冷端吸收热量的功率Q为
其中，α表示Seebeck系数，R表示半导体电阻，T1、T2分别表是热电偶冷端、热端的温度(热力学温度，单位K)，I为工作电流，K表示导热系数。
PN结所用材料以非金属元素的硅、磷等为主，在270K到330K这个范围内，其导热系数K约为10，其Seebeck系数α约为1。工作时T1约为270K,T2约为230K。所以
可见其转移热量的效率非常高。
冷气收集传输模块包括呈六面体的冷气收集传输腔，六面体具有三对相对面，第一相对面分别连接半导体制冷散热模块，第二相对面或第三相对面的上下表面分别设置进气口和出气口，进气口和出气口通过所述传输管道连接，在传输管道中设置有风扇传送腔，风扇传送腔中设有多个风扇，用于引导冷气传输方向，如图1所示，图2为本发明的风扇传送腔示意图。
本实施例中，冷端通过绝缘陶瓷片与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气。热端通过网格型立体金属散热结构与散热风扇相连，用于循环散热。
通过上述设置，在PN结释放的热量会通过网格立体金属散热结构向周围传递，外侧紧连着散热风扇，热量会被散热风扇迅速吹散，因此在冷气收集传输腔中便会有源源不断的低温空气。
本实施例中第二相对面和第三相对面采用保温材料制成。
本实施例中的的管道布置根据人体器官的分布进行布置，我们让冷气多集中在像肺一样产热较多的器官周围，或者多集中在向大脑这样难以承受高温的器官周围。所以我们让导管先在连体帽内呈多段S型铺设，然后经连帽体向下，跃过肩部，在肺部前面布置较多，而后再到腹部，通过腰部传到后背，再回到背包进入冷气收集传输腔，重新对空气降温。
对于传输广告，我们选择PVC水平管用作冷气的传输，该管密度小、柔韧性好、不易折断，经过多次试验，发现选用口径为8mm的水平管对于冷气传输效果明显且与衣服搭配更加合适。
对于调温功能，我们在头部及衣服内布置多个较小的温度传感器装置，当温度检测装置检测到当前身体温度较高时会启动装置产生冷气并传输；当身体表层温度稍下降时，智能控制模块会调节制冷装置的功率；当身体周围环境温度较低时，则停止制冷，防止过冷使用户得不偿失。
本实施例与目前常用的导体金属导热方案相比，本发明采用将采用半导体制冷技术的制冷模块与冷气收集传输腔相连，PN结吸收热量的一端作为冷气收集传输腔的一个内腔面，通过该内腔面把冷气收集传输腔内部的热量转移到PN结的另一端，在PN结释放的热量会被风扇迅速吹散，因此在冷气收集传输腔中便会有源源不断的低温空气，解决了半导体产生的温差在衣服上收集、传递且持续传递的难题。
本发明选择我们选择口径在8mm以下的PVC水平管作为冷气传输的媒介，该管密度小、柔韧性好、不易折断，经过多次试验，且与衣服搭配更加合适。
本发明的调温功能设置有多个档位，当温度检测装置检测到当前身体温度较高时会启动装置产生冷气并传输；当身体表层温度稍下降时，智能控制模块会调节制冷装置的功率；当身体周围环境温度较低时，则停止制冷。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：包括上衣本体和背包，上衣本体带有连体帽；所述上衣本体及连体帽内分布有多个温度传感器；所述背包内包括半导体制冷散热模块、冷气收集传输模块和单片机控制系统；温度检测器与单片机控制系统相连，实时检测上身温度，当温度检测值大于设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动，半导体制冷散热模块基于半导体帕尔贴效应产生冷气，由冷气收集传输模块采集，通过铺设在上衣本体和连体帽内的传输管道释放冷气。
2.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述冷气收集传输模块包括呈六面体的冷气收集传输腔，六面体具有三对相对面，第一相对面分别连接半导体制冷散热模块，所述第二相对面或第三相对面的上下表面分别设置进气口和出气口，进气口和出气口通过所述传输管道连接，在传输管道中设置有风扇传送腔，风扇传送腔中设有多个风扇，用于引导冷气传输方向。
3.根据权利要求2所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述半导体制冷散热模块包括非金属PN结，在所述非金属PN结两端连接电源，基于帕尔贴效应，非金属PN节的一面吸收热量为冷端，另一面释放热量为热端；冷端与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气；热端与散热风扇相连，用于循环散热，所述散热风扇暴露于所述背包外侧。
4.根据权利要求2所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述第二相对面和第三相对面采用保温材料制成。
5.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述冷端通过绝缘陶瓷片与所述冷气收集传输腔相连，用于向所述冷气收集传输腔供冷气。
6.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述热端通过网格型立体金属散热结构与散热风扇相连，用于循环散热。
7.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述传输管道先铺设在连帽体中，经连帽体向下，跃过上衣本体中的肩部区域，后依次铺设于肺部区域、腹部区域和腰部区域，最后通过腰部区域再传到上衣本体中的背部区域，通过背部区域与冷气收集传输模块相连。
8.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：在所述连体帽内，传输管道呈多段S型铺设。
9.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：所述传输管道采用口径在8mm以下的PVC水平管。
10.根据权利要求1所述的基于半导体制冷的户外调温服，其特征在于：当温度检测值大于第一设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块启动；当温度检测值超过第二设定温度，小于第一设定温度时，单片机控制系统控制调节半导体制冷散热模块的制冷功率；当温度检测值小于第二设定温度时，单片机控制系统控制半导体制冷散热模块停止制冷。
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