CN111407014A - 空调衣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调衣。该空调衣包括衣服本体、电源(1)和设置在衣服本体上的半导体制冷片(2)，电源(1)用于向半导体制冷片(2)供电，半导体制冷片(2)的冷端(4)和热端(5)分别设置有绝缘传热层(3)，半导体制冷片(2)两侧分别设置有绝缘保温层(6)，绝缘保温层(6)与绝缘传热层(3)配合，形成封闭的容纳空间，半导体制冷片(2)设置在容纳空间内，冷端(4)所在侧的绝缘传热层(3)上设置有载冷剂管路(10)，载冷剂管路(10)的其他部分分布在衣服本体上。根据本发明的空调衣，能够充分利用半导体制冷片的制冷能力，提高半导体制冷片的冷量利用效率。

Description

空调衣

技术领域

本发明涉及空气调节技术领域，具体而言，涉及一种空调衣。

背景技术

现有空调设备多是针对密封空间内的空气进行空调节，使得空气参数达到满足人体热舒适性要求的范围。然而开放空间下，空气与室外环境直接进行热交换，现用空调设备无法进行有效的制冷或制热处理。

人体空调服装以单个人体为热研究对象，通过一定的技术手段，来调节人体在服装微环境下的温度。但现有的空调服主要以微型压缩制冷系统为主，人体需要随身背负一套微型压缩制冷(或制热)空调器，该空调器首先对载冷剂进行制冷，载冷剂在服装管路系统里流动，与人体进行热交换后，回到微型空调器中，再次被空调器进行制冷或制热。

现有的空调服装，由于人体需要背负压缩制冷模块，和供电电池，两者的重量可达4kg作用，会增加人体的负重，进而增加人体在高温环境下的产热量，更加不利于人体的舒适感。另外，人体背负压缩制冷空调器时，人体在步行等运动状态下，容易引起压缩机的晃动和倾斜，极易引起压缩机的运行紊乱甚至是停止工作，使得空调服的工作可靠性极大的降低。

现有的空调服中存在利用半导体制冷片来进行制冷的方案，然而在该方案中，半导体制冷片所产生的冷量会从周侧遗失，导致半导体制冷片的冷量利用不够充分，造成能源利用率较低，半导体制冷片的制冷能力没有得到充分利用。

发明内容

本发明的目的是提出一种空调衣，能够充分利用半导体制冷片的制冷能力，提高半导体制冷片的冷量利用效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种空调衣，包括衣服本体、电源和设置在衣服本体上的半导体制冷片，电源用于向半导体制冷片供电，半导体制冷片的冷端和热端分别设置有绝缘传热层，半导体制冷片两侧分别设置有绝缘保温层，绝缘保温层与绝缘传热层配合，形成封闭的容纳空间，半导体制冷片设置在容纳空间内，冷端所在侧的绝缘传热层上设置有载冷剂管路，载冷剂管路的其他部分分布在衣服本体上。

优选地，绝缘保温层延伸至绝缘传热层，并与绝缘传热层贴设在一起。

优选地，绝缘保温层与绝缘传热层粘接在一起。

优选地，绝缘保温层为多层，多层绝缘保温层沿远离半导体制冷片的方向间隔设置，相邻的两层绝缘保温层之间形成空气隔热层。

优选地，载冷剂管路上还设置有微型水泵，电源与微型水泵驱动连接，并对微型水泵供电。

优选地，热端还设置有高效导热层，高效导热层贴设在绝缘传热层远离冷端的一侧。

优选地，衣服本体内设置有多个相互独立的半导体制冷片，多个半导体制冷片并联，至少部分半导体制冷片共用一个电源。

优选地，半导体制冷片的热端设置有散热翅片，散热翅片设置在绝缘传热层远离冷端的一端。

优选地，散热翅片远离绝缘传热层一侧设置有散热风扇。

优选地，半导体制冷片的热端设置有热管，热管贴设在绝缘传热层上。

优选地，空调衣还包括载冷剂系统，载冷剂系统通过绝缘传热层与冷端进行换热，载冷剂系统的载冷剂管路排布在空调衣上。

本发明的空调衣，包括衣服本体、电源和设置在衣服本体上的半导体制冷片，电源用于向半导体制冷片供电，半导体制冷片的冷端和热端分别设置有绝缘传热层，半导体制冷片两侧分别设置有绝缘保温层，绝缘保温层与绝缘传热层配合，形成封闭的容纳空间，半导体制冷片设置在容纳空间内，冷端所在侧的绝缘传热层上设置有载冷剂管路，载冷剂管路的其他部分分布在衣服本体上。通过在半导体制冷片的两侧分别设置绝缘保温层，并与绝缘传热层配合，形成封闭的容纳空间，可以使得半导体制冷片在工作过程中产生的热量和冷量只能够从绝缘传热层发散出去，而无法从半导体制冷片两侧的绝缘保温层散发出去，避免了半导体制冷片所产生热量的遗失，减小了热量损失，提高了半导体制冷片的能量利用效率，充分地利用了半导体制冷片的制冷能力，增加了半导体制冷片的制冷量和制热量，使得空调衣具有更加良好的温度调节能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明第一实施例的空调衣的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的空调衣的结构示意图。

附图标记说明：1、电源；2、半导体制冷片；3、绝缘传热层；4、冷端；5、热端；6、绝缘保温层；7、载冷剂管路；8、热管；9、服装面层；10、微型水泵。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法、产品等而言，由于其与实施例公开的方法部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合参见图1和图2所示，根据本发明的实施例，空调衣包括衣服本体、电源1和设置在衣服本体上的半导体制冷片2，电源1用于向半导体制冷片2供电，半导体制冷片2的冷端4和热端5分别设置有绝缘传热层3，半导体制冷片2两侧分别设置有绝缘保温层6，绝缘保温层6与绝缘传热层3配合，形成封闭的容纳空间，半导体制冷片2设置在容纳空间内；冷端4所在侧的绝缘传热层3上设置有载冷剂管路7，载冷剂管路7的其他部分分布在衣服本体上。

该空调衣通过半导体制冷片2进行制冷和制热，可以省去压缩机和制冷剂，而且没有机械传动部分，在人体处于运动状态时空调衣的温度调节部分不容易受到振动的影响而出现故障，因此使得空调衣的结构更加简单，使用更加灵活方便，重量更轻，减轻用户使用时的身体负担，有效提高空调衣使用时的可靠性和稳定性。

由于冷端4所在侧的绝缘传热层3上设置有载冷剂管路7，因此可以利用载冷剂管路7内载冷剂吸收冷端4的冷量，然后将冷量通过位于冷端4处的载冷剂输送至空调衣内的其他部分的载冷剂管路7内，并通过载冷剂管路7与人体进行换热，其他部分的载冷剂可以继续吸收冷端4产生的冷量，然后继续进行冷量的传输，从而能够进一步提高人体与半导体制冷片2之间的换热效率。载冷剂可以为水等。

在本实施例中，载冷剂管路7无循环驱动，依靠蓄能方式达到长时间维持体表温度舒适的效果。

通过上述的方式，能够实现空调衣的定点定向降温，达到节能制冷与人体舒适的兼顾，充分利用半导体制冷片2所产生的冷量，减少能源浪费。

在另一个实施例中，空调衣包括载冷剂系统，载冷剂系统包括有蓄电池、微型水泵10和载冷剂管路7，通过蓄电池可以给微型水泵10供电，然后通过微型水泵10驱动与冷端4进行换热之后的载冷剂沿着载冷剂管路7流动至空调衣的其他部位，从而使得空调衣的各个部位均能够与人体进行换热，对人体整体进行降温。

在本实施例中，通过设置微型水泵10，能够为载冷剂在载冷剂管路7内的流动提供驱动作用力，从而使得载冷剂能够在载冷剂管路7内形成流动循环，可以不断地吸收半导体制冷片2所产生的冷量，并不断地通过循环流动的载冷剂输送至与人体皮肤接触的部分，从而与人体表面皮肤进行换热，对人体进行有效降温。

在本实施例中，微型水泵10电连接至为半导体制冷片2进行供电的电源1，从而能够通过电源1同时为半导体制冷片2和微型水泵10进行供电，可以进一步减少零件个数，降低零件成本，同时还能够减小载冷剂系统所占用的体积，进一步减轻空调衣的体积和重量，提高人体使用舒适度。

对于该空调衣，当热负荷较大时，可以设置多个独立的半导体制冷片2，每个半导体制冷片2连接一套载冷剂系统或者高导热性材料，每个载冷剂系统即为空调衣服装内的管路系统，这样只通过设置几个小体积的半导体制冷片2，即可实现较高功率的制冷量。

由于半导体制冷片2的冷量密度较高，载冷系统中载冷剂的充注量和质量流量可以大幅降低，从而能够进一步降低服装管路系统部分的重量和循环水泵的重量。

半导体制冷片2可以通过缝制的方式固定在衣服本体内，也可以通过在衣服本体上增加口袋的方式来进行半导体制冷片2的设置。

通过在半导体制冷片2的两侧分别设置绝缘保温层6，并与绝缘传热层3配合，形成封闭的容纳空间，可以使得半导体制冷片2在工作过程中产生的热量和冷量只能够从绝缘传热层3发散出去，而无法从半导体制冷片2两侧的绝缘保温层6散发出去，避免了半导体制冷片2所产生热量的遗失，减小了热量损失，提高了半导体制冷片2的能量利用效率，充分地利用了半导体制冷片2的制冷能力，增加了半导体制冷片2的制冷量和制热量，使得空调衣具有更加良好的温度调节能力。绝缘保温层6例如为聚氨酯泡沫保温层或其他功能相似材料。

半导体制冷片2为若干PN结耦合封装，绝缘传热层3为陶瓷片或其他功能相似材料。半导体制冷片2由蓄电池驱动制备冷量，冷量由金属电极经绝缘传热层3传导至人体表面换热。制冷过程中，半导体制冷片2会散热，散热经绝缘传热层3把热量散发到空调衣之外。该空调衣实现了应用性较强的定向定点降温，达到节能制冷与人体舒适的兼顾效果。

优选地，绝缘保温层6延伸至绝缘传热层3，并与绝缘传热层3贴设在一起。

具体而言，绝缘保温层6与绝缘传热层3之间可以粘接在一起。

由于绝缘保温层6延伸至绝缘传热层3，并与绝缘传热层3之间粘接在一起，因此能够形成更加有效的封闭空间，更加有效地避免热量浪费，从而可以使得热量更加集中地向外界散出，冷量可以更加集中地向内部扩散，提高人体使用时的舒适度，提高能量利用效率。

优选地，绝缘保温层6为多层，多层绝缘保温层6沿远离半导体制冷片2的方向间隔设置，相邻的两层绝缘保温层6之间形成空气隔热层，通过在相邻的绝缘保温层6之间设置空气隔热层，能够更进一步提高绝缘保温层6的隔热保温效果，避免热量经绝缘保温层6处散失。

优选地，热端5还设置有高效导热层，高效导热层贴设在绝缘传热层3远离冷端4的一侧。高效导热层为片状结构，且铺设在衣服本体的贴身面料层外侧，能够通过高效导热层方便地将热端5的热量散发出去，提高半导体制冷片2的散热效率。优选地，高效导热层为柔性材料，可以通过缝制、粘接或者是其他的方式固定在衣服本体内，能够根据人体的形状适应性地变形，提高与人体的贴合度，提高对人体的降温效果。

在本实施例中，高效导热层例如为纳米石墨片，其沿平面方向的热导率可以高达10³W/mK的量级，具有较高的导热效率。高效导热层也可以为碳泡沫材料、泡沫金属等。

在本实施例中，采用热电元件-半导体制冷片为制冷源，半导体制冷片制冷密度高，在较小的体积和重量下可实现60W的制冷量，与常规压缩制冷系统相比，重量得到显著降低；该半导体制冷片可以工作在室外温度大于60℃的环境下。

在本实施例中，电源1为蓄电池，蓄电池与半导体制冷片2电连接。

优选地，衣服本体内设置有多个相互独立的半导体制冷片2，多个半导体制冷片2串联，可以形成大面积的制冷区域，从而使得空调衣能够对人体的多个部位进行制冷降温，实现人体表面的全面降温，提高人体的舒适度感受。在本实施例中，多个半导体制冷片2串联，可以通过一个电源1进行供电，控制结构更加简单，操作更加方便。

优选地，衣服本体内设置有多个相互独立的半导体制冷片2，多个半导体制冷片2并联，至少部分半导体制冷片2共用一个电源1。具体而言，多个半导体制冷片2并联，并且按照区域进行划分，相同区域的半导体制冷片2共用一个电源1，例如对于胸部的大面积区域可以设置三至四个半导体制冷片2，这些半导体制冷片2共用一个电源，在腰部一侧可以设置一至二个半导体制冷片2，这些半导体制冷片2共用一个电源，在背部可以设置三至四个半导体制冷片2，这些半导体制冷片2共用一个电源，此种设置方式的好处在于，可以根据需要控制半导体制冷片2的工作区域，可以单独控制胸部的半导体制冷片2工作，或者是背部的半导体制冷片2工作，也可以同时控制各个区域的半导体制冷片2工作，从而使得用户能够根据需要合理选择制冷区域，提高人体舒适度和控制灵活性，进一步提高用户使用时的方便性。

优选地，绝缘传热层3由柔性材料制成，可以使得人体的贴身部位的绝缘传热层3更加柔软，从而能够进一步提高人体使用时的舒适度。

优选地，半导体制冷片2的厚度为2～5mm，绝缘传热层3的厚度为3～5mm，可以在保证半导体制冷片2的制冷量的基础上减轻半导体制冷片2的重量，减小半导体制冷片2的体积，尽量减小半导体制冷片2的对人体所增加的负担，使得半导体制冷片2的重量得到显著降低。此外，通过控制合理控制绝缘传热层3和半导体制冷片2的厚度之间的关系，能够通过柔软的绝缘传热层3对半导体制冷片2形成有效的缓冲保护，避免空调衣收到外部作用力时，对半导体制冷片2形成冲击损坏，提高空调衣使用时的安全性和可靠性。

优选地，半导体制冷片2的热端5设置有散热翅片，散热翅片设置在绝缘传热层3远离冷端4的一端。通过设置散热翅片，可以增大半导体制冷片2的热端5的散热面积，从而提高热端的散热效率。

优选地，散热翅片远离绝缘传热层3一侧设置有散热风扇，能够进一步加快半导体制冷片2的热端5的空气流动效率，提高热端的散热效率。

半导体制冷片2的热端5设置有热管8，热管8贴设在绝缘传热层3上。通过采用热管8的方式，能够方便地将热端5的热量散发出去，从而提高半导体制冷片2的热端5的散热效率。当空调衣热负荷较大时，半导体元件的散热负荷很大，热管8能以较小的体积向室外空气中释放较大功率的热量，进而有利于半导体元件冷端较高冷量的产生。热管8散热强度高，占用体积小，可以有效增加热电制冷-空调衣系统工作的可靠性。

在本实施例中，热端5所在侧的绝缘传热层3上还设置有服装面层9，热管8穿设在服装面层9中，可以通过服装面层9安装固定，从而便于对热管8进行设置，方便热端5进行散热。

本发明的空调衣具有如下优点：

1、半导体制冷元件不需要制冷剂，无泄漏，无污染；

2、半导体制冷源无机械传动部分，因此工作时无噪音，无磨损，寿命长；

3、冷却速率和制冷温度可以根据人体不同热负荷进行调节，调节方式简单，只改变电流即可、灵活性高；

4、体积和重量可以做到很小；

5、可以工作在温度高于60℃的环境下。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种空调衣，其特征在于，包括衣服本体、电源(1)和设置在所述衣服本体上的半导体制冷片(2)，所述电源(1)用于向所述半导体制冷片(2)供电，所述半导体制冷片(2)的冷端(4)和热端(5)分别设置有绝缘传热层(3)，所述半导体制冷片(2)两侧分别设置有绝缘保温层(6)，所述绝缘保温层(6)与所述绝缘传热层(3)配合，形成封闭的容纳空间，所述半导体制冷片(2)设置在所述容纳空间内，所述冷端(4)所在侧的所述绝缘传热层(3)上设置有载冷剂管路(7)，所述载冷剂管路(7)的其他部分分布在所述衣服本体上。

2.根据权利要求1所述的空调衣，其特征在于，所述绝缘保温层(6)延伸至所述绝缘传热层(3)，并与所述绝缘传热层(3)贴设在一起。

3.根据权利要求2所述的空调衣，其特征在于，所述绝缘保温层(6)与所述绝缘传热层(3)粘接在一起。

4.根据权利要求1所述的空调衣，其特征在于，所述绝缘保温层(6)为多层，多层所述绝缘保温层(6)沿远离所述半导体制冷片(2)的方向间隔设置，相邻的两层所述绝缘保温层(6)之间形成空气隔热层。

5.根据权利要求1所述的空调衣，其特征在于，所述载冷剂管路(7)上还设置有微型水泵(10)，所述电源(1)与所述微型水泵(10)驱动连接，并对所述微型水泵(10)供电。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的空调衣，其特征在于，所述热端(5)还设置有高效导热层，所述高效导热层贴设在所述绝缘传热层(3)远离所述冷端(4)的一侧。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的空调衣，其特征在于，所述衣服本体内设置有多个相互独立的半导体制冷片(2)，多个所述半导体制冷片(2)并联，至少部分半导体制冷片(2)共用一个电源(1)。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的空调衣，其特征在于，所述半导体制冷片(2)的热端(5)设置有散热翅片，所述散热翅片设置在所述绝缘传热层(3)远离所述冷端(4)的一端。

9.根据权利要求8所述的空调衣，其特征在于，所述散热翅片远离所述绝缘传热层一侧设置有散热风扇。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的空调衣，其特征在于，所述半导体制冷片(2)的热端(5)设置有热管(8)，所述热管(8)贴设在所述绝缘传热层(3)上。

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