CN110558647A - 可穿戴空调 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可穿戴空调。可穿戴空调包括：衣服本体；空调基板，所述空调基板上固定安装在所述衣服本体上；衣外散热机整流罩，所述衣外散热机整流罩固定安装在所述空调基板远离所述衣服本体的一侧；出水管，所述出水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；进水管，所述进水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；衣内制冷机，所述衣内制冷机固定安装在所述衣服本体上；衣内制冷机整流罩，所述衣内制冷机整流罩固定安装在所述衣内制冷机远离所述衣服本体的一侧；本发明提供的可穿戴空调具有重量轻、体积小、可便携移动、制冷效果好、可以持续的对人体进行降温、电路安全、电源便于更换高兼容性、无碳排放、无破坏臭氧层气体使用的优点。
Description
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种可穿戴空调。
背景技术
降温防护服是一种能够广泛应用于各种高温环境下的个体降温防护装备。根据冷却介质和降温原理不同，可以将降温防护服划分为三类，包括：气体冷却降温防护服、液体冷却降温防护服和相变材料冷却降温防护服。根据不同的冷源供给方法，降温防护服又可分为主动型的降温防护服和被动型的降温防护服；前者通过消耗其他形式的能量以实现制冷降温的目的，能够实现长时间持续制冷，主要包括气冷降温防护服和一些液冷降温防护服；而后者则主要采取蓄冷的方式，如相变材料降温防护服，当降温防护服内部的蓄冷量达到一定限度后，就需要将降温材料再次置于温度较低的环境中再次蓄冷。
随着半导体制冷材料的不断革新和发展，半导体制冷器性能方面的研究也在不断臻于成熟，一些人研究了半导体制冷元件热端的散热强度对半导体制冷降温性能的影响，提出半导体制冷元件热端存在最佳的散热方式；一些人指出在实验条件下，半导体制冷降温系统中最佳的热端散热方式是热管散热；半导体的制冷降温效率可以通过改善热端传热条件得到提高；半导体制冷器在使用过程中的工作电流和电压可以调节，当改变工作条件或工作状态时，其工作电流电压、制冷量、消耗功率和制冷系数等相关参数都会随着半导体制冷片冷热端温差的变化而发生变化。因此存在制冷量最大、制冷系数最大、恒工作电压、恒工作电流和随工况改变的运行方式。以上研究人员大多从半导体材料和性能的提高上入手，彰显了半导体制冷性能方面不可超越的优势，为其应用领域的进一步扩展奠定了坚实的基础。
当直流电通过具有热电转换特性的导体所组成的回路时就会产生制冷的效果，这就是热电制冷效应的理论基础。当物体受热时，受热物体中的电子就会随着温度梯度由高温区向低温区运动，此时所产生的电流或电荷堆积的一种现象，就称为热电效应。这种热电效应包括：塞贝克(Seebeck)、效应、帕尔贴(Peltier)效应、汤姆逊(Thomson) 效应、焦耳(Joule)效应和傅立叶(Fourier)效应，是他们综合作用的结果。其中，塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应表明热能与电能之间的相互转化是可逆的，而焦耳效应和傅立叶效应则表明热能与电能之间的相互转化是不可逆的。
传统的制冷量有限，只能实现短时间内制冷降温的目的，且电源一般是固定的，不便于更换使用，用完之后必须充电，较为不方便。
因此，有必要提供一种可穿戴空调解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种重量轻、体积小、可便携移动、制冷效果好、可以持续的对人体进行降温、电路安全、电源便于更换高兼容性、无碳排放、无破坏臭氧层气体使用的可穿戴空调。
为解决上述技术问题，本发明提供的可穿戴空调，包括：衣服本体；空调基板，所述空调基板上固定安装在所述衣服本体上；衣外散热机整流罩，所述衣外散热机整流罩固定安装在所述空调基板远离所述衣服本体的一侧；出水管，所述出水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；进水管，所述进水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；衣内制冷机，所述衣内制冷机固定安装在所述衣服本体上；衣内制冷机整流罩，所述衣内制冷机整流罩固定安装在所述衣内制冷机远离所述衣服本体的一侧；散热鳍片，所述散热鳍片固定安装在所述衣内制冷机整流罩的顶部内壁上；导热管，所述导热管固定安装在所述衣内制冷机整流罩的内壁上，且导热管位于所述散热鳍片的正下方；吸气涡轮，所述吸气涡轮设置在所述导热管内；吹气涡轮，所述吹气涡轮固定安装在所述衣外散热机整流罩的一侧内壁上；冷气风口，所述冷气风口开设有在所述衣外散热机整流罩的一侧外壁上，且所述冷气风口与所述吹气涡轮的排气管相连通，所述冷气风口分别贯穿所述衣服本体和所述空调基板；导热水箱，所述导热水箱固定安装在所述衣外散热机整流罩的内壁上，所述导热水箱与所述进水管相连通；导热铜片，所述导热铜片固定安装在所述导热水箱的一侧外壁上；半导体片，所述半导体发热端固定安装在所述导热铜片远离所述导热水箱的一侧；半导体发热端，所述半导体发热端位于所述半导体的一侧；半导体制冷端，所述半导体制冷端设置在所述半导体发热端远离所述导热铜片的一侧；制冷鳍片，所述制冷鳍片固定安装在所述半导体制冷端的一侧；水泵，所述水泵固定安装在所述导热水箱的底部外壁上，且所述水泵分别与所述导热水箱和所述出水管相连通。
优选的，所述衣内制冷机整流罩上设有监测温度计，所述进水管上缠绕有温度监测线，且所述温度监测线与所述监测温度计相连接。
优选的，所述衣内制冷机整流罩的一侧外壁上开设有散热冷气风口，所述散热冷气风口与所述导热管相连通。
优选的，所述衣服本体的材质为相对不透气材质。
优选的，所述衣内制冷机整流罩上设有电源接口，所述电源接口侧规格为DC5.5电源接口。
与相关技术相比较，本发明提供的可穿戴空调具有如下有益效果：
本发明提供一种可穿戴空调，具有具有重量轻、体积小、可便携移动、制冷效果好、可以持续的对人体进行降温、电路安全、电源便于更换高兼容性、无碳排放、无破坏臭氧层气体使用的优点。
附图说明
图1为本发明提供的可穿戴空调第一实施例的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大示意图；
图3为图1的外部示意图；
图4为图1中衣外散热机整流罩的侧视剖视结构示意图；
图5为本发明提供的可穿戴空调第二实施例的示意图；
图6为图5中B部分的放大示意图；
图7为本发明中半导体发热的衣外散热器组件；
图8为本发明中热电制冷基本原理图；
图9为本发明中半导体发热的衣外散热器热器原理图；
图10为本发明中半导体制冷的衣内制冷器原理图；
图11为本发明中微型可移动空调制冷原理流程图；
图12为本发明中微型可移动空调电路图。
图中标号：1、衣服本体，2、空调基板，3、衣外散热机整流罩， 4、出水管，5、进水管，6、衣内制冷机，7、衣内制冷机整流罩，8、温度监测线，9、监测温度计，10、散热鳍片，11、导热管，12、吹气涡轮，13、冷气风口，14、导热水箱，15、导热铜片,16、半导体发热端，17、半导体制冷端，18、制冷鳍片，19、电源保护壳，20、拉杆，21、支撑板，22、防滑垫，23、移动电源，24、吸气涡轮，25、水泵，26、半导体片。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
因此，本发明还提供一种可穿戴空调：
第一实施例
请结合参阅图1-4，在本发明的第一实施例中，可穿戴空调包括：衣服本体1；空调基板2，所述空调基板2上固定安装在所述衣服本体1上；衣外散热机整流罩3，所述衣外散热机整流罩3固定安装在所述空调基板2远离所述衣服本体1的一侧；出水管4，所述出水管 4固定安装在所述衣外散热机整流罩3上；进水管5，所述进水管5 固定安装在所述衣外散热机整流罩3上；衣内制冷机6，所述衣内制冷机6固定安装在所述衣服本体1上；衣内制冷机整流罩7，所述衣内制冷机整流罩7固定安装在所述衣内制冷机6远离所述衣服本体1 的一侧；散热鳍片10，所述散热鳍片10固定安装在所述衣内制冷机整流罩7的顶部内壁上；导热管11，所述导热管11固定安装在所述衣内制冷机整流罩7的内壁上，且导热管11位于所述散热鳍片10的正下方；吸气涡轮24，所述吸气涡轮24设置在所述导热管11内；吹气涡轮12，所述吹气涡轮12固定安装在所述衣外散热机整流罩3 的一侧内壁上；冷气风口13，所述冷气风口13开设有在所述衣外散热机整流罩3的一侧外壁上，且所述冷气风口13与所述吹气涡轮12 的排气管相连通，所述冷气风口13分别贯穿所述衣服本体1和所述空调基板2；导热水箱14，所述导热水箱14固定安装在所述衣外散热机整流罩3的内壁上，所述导热水箱14与所述进水管5相连通；导热铜片15，所述导热铜片15固定安装在所述导热水箱14的一侧外壁上；半导体片26，所述半导体发热端16固定安装在所述导热铜片15远离所述导热水箱14的一侧；半导体发热端16，所述半导体发热端16位于所述半导体26的一侧；半导体制冷端17，所述半导体制冷端17设置在所述半导体发热端16远离所述导热铜片15的一侧；制冷鳍片18，所述制冷鳍片18固定安装在所述半导体制冷端17 的一侧；水泵25，所述水泵25固定安装在所述导热水箱14的底部外壁上，且所述水泵25分别与所述导热水箱14和所述出水管4相连通。
所述衣内制冷机整流罩7上设有监测温度计9，所述进水管5上缠绕有温度监测线8，且所述温度监测线8与所述监测温度计9相连接。
所述衣内制冷机整流罩6的一侧外壁上开设有散热冷气风口，所述散热冷气风口与所述导热管11相连通。
所述衣服本体1的材质为相对不透气材质。
所述衣内制冷机整流罩6上设有电源接口，所述电源接口侧规格为DC5.5电源接口。
本发明提供的可穿戴空调的工作原理如下：
半导体片26的型号为TEC1-19906，衣内降温机整流罩3与服装内部形成相对封闭空间，导热铜片15用于吸收半导体的发热，是否有导热水箱14取决于水循环的水量，半导体片26的两面均涂有导热硅脂；
第一步：接通电源，半导体通入电流，半导体发热端16发热，根据帕尔贴效应半导体制冷端17进行制冷，水泵25被启动，导热铜片15将半导体发热端16的热量传递到导热水箱14内，水泵25加速水的流动，水通过出水管4将水的热量传递到散热鳍片10上。
第二步：吸气涡轮24将散热鳍片10上的热量排出到外部，水再从进水管5进入到导热水箱14内，进行循环导热。
第三步：制冷鳍片18将冷气吸收，吹气涡轮12将冷气传递到人体上，对人体进行降温，起到很好的降温效果。
与相关技术相比较，本发明提供的可穿戴空调具有如下有益效果：
可以循环有效的对人体进行降温，达到较好的降温效果。
第二实施例：
基于本申请的第一实施例提供的可穿戴空调，本申请的第二实施例提出另一种可穿戴空调。第二实施例仅仅是第一实施例的优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。
下面结合附图和实施方式对本发明的第二实施例作进一步说明。
请结合参阅图5-图12，可穿戴空调还包括电源保护壳19，所述电源保护壳19固定安装在所述衣内制冷机6的一侧，且所述电源保护壳19的顶部为开口，所述电源保护壳19内设有移动电源23，所述电源保护壳19上滑动安装有拉杆20，所述拉杆20的一端延伸至所述电源保护壳19内并固定安装有支撑板21，所述支撑板21远离所述拉杆20的一侧固定安装有防滑垫22，且所述防滑垫22与所述移动电源23相接触，所述支撑板21上固定安装有两个弹簧，两个所述弹簧远离所述支撑板21的一端均与所述电源保护壳19的内壁固定连接。
所述拉杆20远离所述支撑板21的一端固定安装有把手。
所述电源保护壳19的一侧外壁上开设有滑动孔，所述拉杆20与所述滑动孔的内壁上滑动连接。
所述弹簧的劲度系数范围为5N/m到20N/m。
所述防滑垫22的材质为橡胶材质。
移动电源23与电源接口通过导线依次电性连接构成闭合回路，向一侧拉动拉杆20，拉杆20带动支撑板21同步运动，支撑板21带动防滑垫22同步运动，此时弹簧被压缩，然后将移动电源23放置到电源保护壳19内，然后松开拉杆20，使防滑垫22将移动电源23固定牢固，当电使用完毕后，换上新的移动电源23即可，较为方便实用。
热电制冷基本原理：半导体制冷降温元器件的基本元件就是热电偶，热电偶元件是由P(空穴)型半导体和N(电子)型半导体构成的，半导体制冷降温的基本原理是通过电桥或者金属板将P型半导体热电偶臂和N型半导体热电偶臂连接起来构成热电偶，再通过导线将热电偶连接到直流电源上形成回路；在半导体的冷端，电流由 N型半导体流向P型半导体，此时温度会下降，从周围环境中吸收热量；在半导体的热端则正好相反，电流由P型半导体流向N型半导体，此时温度会升高，向周围环境中放出热量；在给定电流方向下，热电偶冷热端的热量传递方向；若将电流方向反向，则吸、放热方向正好与图示的方向相反。
半导体发热的衣外散热器热器原理：在通电状态下，半导体片的放热端会急剧发热，半导体片如果不主动对半导体的制热端散热，将会直接导致半导体片的烧毁，这一过程在极短的时间内就会产生；本设备的散热，主要通过微型水冷循环与涡轮风扇的复合降温方法，水冷散热的散热原理是利用水在管路中的流动来实现热端的散热；这种散热方式的散热效率相对较高，与前述的两种散热方式相比，换热系数得到了更为显著的提高，制冷降温效果比较好；但是这种散热也有明显的缺陷：在目前的试验条件下，研究人员进行水冷的冷却方法是通过使用单一水源单向进行操作；这种方式的优点在于，由于恒定水源提供的水温往往都是固定的，所以稳定性较好，而缺点在于由于需要固定水源的持续提供降温，水源往往需要大量的水，这就使得在实验的过程中往往就要采用接线或者蓄水池的方式进行水冷，只能在实验室进行这种冷却方式。
半导体制冷的衣内制冷器原理：热电制冷系统在工作的过程中，半导体制冷片热端的散热方式和散热效果将直接决定其制冷性能的优劣；根据半导体制冷降温的工作原理可知，半导体制冷片冷热端的温差大小对其制冷量和制冷效率的影响都特别大(这个温差大约在 60摄氏度)；若冷热端散热性能不好，则会导致两端温差增大，从而极大地降低制冷片的制冷效率，通电后，如果不立即对发热端进行降温，当制热端达到90摄氏度时，半导体片将会烧坏，因此，只有及时将制冷片热端产生的热量散出，才能降低热端温度，使冷端能够维持连续不间断制冷，从而获得良好的制冷效果；反之，若无法及时地将半导体制冷片热端产生的热量散发到环境中去，半导体制冷降温装置就无法实现维持连续制冷，因此对半导体制冷降温装置的热端散热方式的选择对于提高整个装置的制冷性能来说都是非常重要的。
降温温度时间曲线：在26.4摄氏度的室内测得，由于半导体制冷是通过强迫热量转移的方式来进行的,经过实验数据测试得知,制冷的表面在输出的情况下可以到达零下10度甚至低温的情况，这种制造的低温如果直接接触人体表面,将会引起冻伤危险；经过实验测试数据得知，制冷鳍片的面积可以有效的控制空气与制冷面的接触，在空气与制冷面达到一定比例的情况下，通过空气经过鳍片，可以调整空气所输出的温度；经过一系列的实验测验得知，使用微型扇风扇与制冷鳍片的结合，可以将输出的温度控制在比室温低5～8摄氏度，并且能够在120秒的情况下就达到额定的制冷输出；(实际输出100w 功率的半导体，在本系统出风口的温度)，具有较大的实用意义。
微型可移动空调制冷原理流程：在目前的技术条件下，想要做到空调的可穿戴化，首先需要把空调庞大的体积微型化，通过之前的技术原理，经过实验测得，可以有效的将目前市场上的半导体石墨烯制冷片难以解决的发热问题解决，从而可以将半导体石墨烯制冷片的效率大大提高，同时做到可穿戴化，微型化。
散热(制热)系统是本系统的主要单元；主要是结合之前所述的冷却原理，可以有效的给本设备半导体核心单元进行降温；本设备使用的半导体石墨烯制冷片的功率在120瓦左右，石墨烯在制冷的同时还会产生更多能量的热，这些热量首先通过热传递的方式经过高效热传递材料(硅脂与铜片)直接传导至内循环的水冷系统；内循环水冷系统首先通过升高温度(比热容)的方式在最短的时间内给半导体铜片的发热管降温,在一段时间以后,冷却液的温度提高,经过金属鳍片的冷却液与外界空气发生接触,将多余的热量直接散发到空气中；在这一过程中，本设备还采用了扁平式的涡轮进行增压强迫散热，从而提高了空气经过制冷鳍片的速度与体积，从而达到较高的散热水平，并控制住了水冷器的体积。
制冷系统主要的采用的是石墨烯的特性：电流下产生的强迫热转移；这种热转移的优势在于，只要外界在室温环境下就具备条件，并且这种强迫热转移可以将半导体两面的温度差距控制在60-90摄氏度左右；在40摄氏度的情况下，如果能够足够的将半导体片背板的热量降低至40摄氏度，另一面的理论温度可达到接近零下40摄氏度左右；(在实际测试中，本设备系统内的最低温度-半导体的制冷面大约控制在-10.5摄氏度)；制冷系统也是本设备最耗电的一个系统，目前来说，市面上大部分的半导体都因为功率不够没有办法满足半导体制冷设备的输出；要达到可观的降温，半导体片的额定输出功率应该超过80W，从而对移动电源的各方面要求较高。
散冷系统相对简单，主要采用的是贴合在半导体制冷片上的金属散热鳍片的热传递效应；在半导体通电以后，制冷端的温度急剧下降，这些下降的温度由金属直接传导至鳍片，与服装内的空气相接触使其降温；这些空气被安装在散热鳍片上的涡轮风扇吸入后再排出至皮肤表面，从而达到给人体散热的功能；值得一提的是，这一系统的空气循环是在服装内进行的，在经过一段时间的降温以后，随着服装内部温度的不断降低，制冷的感觉也会越来越强烈，从而达到循环制冷的目的。
微型可移动空调电路远离：在电路方面，本系统主要采用的是 12伏与24伏双输出的锂电池可移动电源；采用双输出的特性主要是由于半导体片需要额外的电压(为保证人体安全，电压最高被限定到了24V)，大电流的特性(5A左右)，才能够保证半导体片的正常功率输出；而水冷与制冷制热两个风扇系统都采用的是12V的电源，各自电流不超过1.5A,，从而可以通过并联的方式将3个独立的电源模块单独控制,达到系统的高效性和便捷性；一块10000毫安时(12V) 的电池，就可以为本系统提供超过80分钟的最大制冷功率输出。
在电源方面，本可移动空调系统也具有很大的优势：既可以使用固定电源,额定电压为12V(系统电源)、24V(半导体电源额定电压，半导体电源也可以用12V供电)，(本系统采用的是12V的DC5.5接口，通用充电宝电源和车载移动电源)，也可以使用可移动的电源,在需要的情况下也可以更换电池，可以满足静态或者动态的多种应用需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种可穿戴空调，其特征在于，包括：
衣服本体；
空调基板，所述空调基板上固定安装在所述衣服本体上；
衣外散热机整流罩，所述衣外散热机整流罩固定安装在所述空调基板远离所述衣服本体的一侧；
出水管，所述出水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；
进水管，所述进水管固定安装在所述衣外散热机整流罩上；
衣内制冷机，所述衣内制冷机固定安装在所述衣服本体上；
衣内制冷机整流罩，所述衣内制冷机整流罩固定安装在所述衣内制冷机远离所述衣服本体的一侧；
散热鳍片，所述散热鳍片固定安装在所述衣内制冷机整流罩的顶部内壁上；
导热管，所述导热管固定安装在所述衣内制冷机整流罩的内壁上，且导热管位于所述散热鳍片的正下方；
吸气涡轮，所述吸气涡轮设置在所述导热管内；吹气涡轮，所述吹气涡轮固定安装在所述衣外散热机整流罩的一侧内壁上；
冷气风口，所述冷气风口开设有在所述衣外散热机整流罩的一侧外壁上，且所述冷气风口与所述吹气涡轮的排气管相连通，所述冷气风口分别贯穿所述衣服本体和所述空调基板；
导热水箱，所述导热水箱固定安装在所述衣外散热机整流罩的内壁上，所述导热水箱与所述进水管相连通；
导热铜片，所述导热铜片固定安装在所述导热水箱的一侧外壁上；
半导体片，所述半导体发热端固定安装在所述导热铜片远离所述导热水箱的一侧；
半导体发热端，所述半导体发热端位于所述半导体的一侧；
半导体制冷端，所述半导体制冷端设置在所述半导体发热端远离所述导热铜片的一侧；制冷鳍片，所述制冷鳍片固定安装在所述半导体制冷端的一侧；
水泵，所述水泵固定安装在所述导热水箱的底部外壁上，且所述水泵分别与所述导热水箱和所述出水管相连通。
2.根据权利要求1所述的可穿戴空调，其特征在于，所述衣内制冷机整流罩上设有监测温度计，所述进水管上缠绕有温度监测线，且所述温度监测线与所述监测温度计相连接。
3.根据权利要求1所述的可穿戴空调，其特征在于，所述衣内制冷机整流罩的一侧外壁上开设有散热冷气风口，所述散热冷气风口与所述导热管相连通。
4.根据权利要求1所述的可穿戴空调，其特征在于，所述衣服本体的材质为相对不透气材质。
5.根据权利要求1所述的可穿戴空调，其特征在于，所述衣内制冷机整流罩上设有电源接口，所述电源接口侧规格为DC5.5电源接口。
6.根据权利要求1所述的可穿戴空调，其特征在于，所述衣内制冷机的一侧固定安装有电源保护壳，且所述电源保护壳的顶部为开口，所述电源保护壳内设有移动电源，所述电源保护壳上滑动安装有拉杆，所述拉杆的一端延伸至所述电源保护壳内并固定安装有支撑板，所述支撑板远离所述拉杆的一侧固定安装有防滑垫，且所述防滑垫与所述移动电源相接触，所述支撑板上固定安装有两个弹簧，两个所述弹簧远离所述支撑板的一端均与所述电源保护壳的内壁固定连接。
7.根据权利要求6所述的可穿戴空调，其特征在于，所述拉杆远离所述支撑板的一端固定安装有把手。
8.根据权利要求6所述的可穿戴空调，其特征在于，所述电源保护壳的一侧外壁上开设有滑动孔，所述拉杆与所述滑动孔的内壁上滑动连接。
9.根据权利要求6所述的可穿戴空调，其特征在于，所述弹簧的劲度系数范围为5N/m到20N/m。
10.根据权利要求6所述的可穿戴空调，其特征在于，所述防滑垫的材质为橡胶材质。
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