CN112617340A - 一种致冷头盔及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种致冷头盔及其控制方法，致冷头盔包括头盔本体以及在所述头盔本体上由外层向内层依次设置的致冷器、传热片和水凝胶片，所述传热片的一面连接所述致冷器，另一面连接所述水凝胶片，且所述水凝胶片能够贴合、覆盖头部；设置有温度传感器和控制装置，当所述温度传感器检测到温度大于或等于33℃时，所述控制装置控制所述致冷器开始工作，当所述温度传感器检测到温度等于或低于28℃时，所述控制装置控制所述致冷器停止工作；本发明在致冷器的致冷侧顺次连接传热片和水凝胶片，使得水凝胶片贴合、覆盖头部，能够利用水凝胶片蓄积冷量，保持在较为稳定的温度范围，并且利用水凝胶本身的柔韧性进一步提高佩戴舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及头部防护用具领域，特别是涉及一种致冷头盔及其控制方法。
背景技术
外卖、跑腿等服务行业快速发展，路上的电动车，摩托车的数目激增，为保证人身安全，要求骑行者需要佩戴头盔。头盔是一种头部重要的安全护具，目前，市面上的摩托车及电动车车用头盔，大多侧重于保护功能，没有温度控制的功能。头部毛细血管众多，新陈代谢块，产热量大，是人体的高散热区。在炎热的夏季，骑行者佩戴的头盔的散热性差，将会直接影响头部的散热，无法散出的热量聚集在头盔内部，导致头盔内部温度高，致使驾驶人员感到不适甚至中暑。
授权公告号为CN2246927Y的中国专利公开了一种致冷头盔，采用半导体致冷片进行致冷，并在半导体致冷片的两侧分别设置有蓄热体和蓄冷体，蓄冷体连接有导冷带，导冷带采用圆弧形铝带，通过圆弧形铝带与头部接触对头部进行散热，然而铝带虽然导热性能好，但是比热容较小，不能蓄积冷量，容易造成骤冷骤热，温差变大，而且，铝带质地较硬，如果直接与头部接触将会导致佩戴不舒适。
发明内容
本发明的目的是提供一种致冷头盔及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，在致冷器的致冷侧顺次连接传热片和水凝胶片，使得水凝胶片贴合、覆盖头部，能够利用水凝胶片蓄积冷量，保持在较为稳定的温度范围，并且利用水凝胶本身的柔韧性进一步提高佩戴舒适性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种致冷头盔，包括头盔本体以及在所述头盔本体上由外层向内层依次设置的致冷器、传热片和水凝胶片，所述传热片的一面连接所述致冷器，另一面连接所述水凝胶片，且所述水凝胶片能够贴合、覆盖头部。
优选地，所述水凝胶片设置有多条，且平行间隔分布。
优选地，所述水凝胶片成放射性分布。
优选地，所述致冷器位于所述头盔本体的顶部，所述水凝胶片和所述传热片以所述致冷器为中心成放射性分布。
优选地，所述水凝胶片的厚度向远离所述致冷器的方向逐渐递减。
优选地，还包括温度传感器和控制装置，所述控制装置分别与所述温度传感器和所述致冷器电连接，所述控制装置能够控制所述致冷器的工作。
优选地，所述温度传感器设置在所述水凝胶片内，且位于所述头盔本体的中部。
优选地，所述致冷器的冷端的温度为1℃～15℃。
优选地，所述头盔本体的外表面和所述传热片之间设置有隔热层，所述头盔本体的内表面设置有衬里，所述水凝胶片嵌在所述衬里上，并凸出所述衬里。
本发明还提供一种致冷头盔的控制方法，应用所述的致冷头盔，所述致冷器将冷量传递到所述传热片，所述传热片吸收所述水凝胶片的热量即将冷量传递到所述水凝胶片；所述水凝胶片将冷量进行蓄积；当所述水凝胶片与头部接触后，头部与所述水凝胶片之间进行热交换，以降低头部的温度；当所述温度传感器检测到温度大于或等于33℃时，所述控制装置控制所述致冷器开始工作，当所述温度传感器检测到温度等于或低于28℃时，所述控制装置控制所述致冷器停止工作。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)本发明在致冷器的致冷侧顺次连接传热片和水凝胶片，使得水凝胶片贴合、覆盖头部，能够利用水凝胶片蓄积冷量，在与头部进行热交换时，由于水凝胶高比热容的特性，能够使得水凝胶片和头部的接触位置保持在较为稳定的温度范围，同时，利用水凝胶本身的柔韧性能够进一步提高佩戴舒适性；
(2)本发明水凝胶片和传热片以致冷器为中心成放射性分布，致冷器位于头盔本体的顶部即头部产生的热量最为集中的位置，能够增强对该部位的致冷效果，而远离头盔本体顶部的位置，热量相对较为分散，水凝胶片的布置也相对较为分散，因此，采用放射性的布置方式后，能够适应头部产热的集中与否和对于散热的需求，达到更均匀的调整头部温度的效果，提高舒适性；
(3)本发明水凝胶片的厚度向远离致冷器的方向逐渐递减，也就是说，在头部热量最为集中的位置设置较厚的水凝胶片，能够提高该位置的蓄积冷量的能力，进而提高对该部位的热量吸收的能力，随着远离热量集中部位，水凝胶片的厚度逐渐减小，进而适应头部不同部位对于散热的需求；
(4)本发明温度传感器设置在水凝胶片内，且位于头盔本体的中部，能够监测头部热量最为集中的位置的温度变化情况，以该位置的温度变化作为整个头盔内部温度控制的依据，能够更准确的反应出头盔内部温度变化的趋势，提高温度控制的精确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为致冷头盔剖面结构示意图；
图2为致冷头盔仰视结构示意图；
图3为传热片和水凝胶片的结构示意图；
其中，1、衬里；2、水凝胶片；3、传热片；4、隔热层；5、致冷器；6、散热板；7、头盔本体；8、控制装置；9、供电单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种致冷头盔及其控制方法，以解决现有技术存在的问题，在致冷器的致冷侧顺次连接传热片和水凝胶片，使得水凝胶片贴合、覆盖头部，能够利用水凝胶片蓄积冷量，保持在较为稳定的温度范围，并且利用水凝胶本身的柔韧性进一步提高佩戴舒适性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种致冷头盔，如图1所示，包括头盔本体7以及在头盔本体7上由外层向内层依次设置的致冷器5、传热片3和水凝胶片2，其中，头盔本体7与传统的头盔形状相似，符合人体头部的形状进行佩戴，并根据不同个体的头部的大小合理设置结构尺寸；致冷器5能够进行致冷，可以采用半导体致冷器或机械式致冷器等微型致冷器的方式致冷；传热片3具有良好的导热性能，可以采用铜、铝等金属材料或其他导热性能良好的材料；水凝胶片2内盛装有水凝胶，水凝胶是以水为分散介质，具有网状交联结构的材料，具有良好的柔韧性，含水量高的水凝胶具有高比热容的特性；传热片3的一面连接致冷器5，需要说明的是，所说的连接既可以是直接接触连接也可以采用其他导冷结构进行连接，以能够将致冷器5产生的冷量传递到传热片3；对于致冷器5的安装位置，可以在头盔本体7的顶部，也可以在头盔本体7的侧部，只要能够将冷量顺利传递到传热片3即可；传热片3的另一面连接水凝胶片2，以将传热片3的冷量传递到水凝胶片2；水凝胶片2能够贴合、覆盖头部，也就是说，水凝胶片2可以被设计成一整个面设置在头盔的内表面以覆盖头部，也可以是分成条状或带状分散布置(例如放射性布置或平行间隔布置或螺旋形布置)，无论上述哪种布置方式均能够利用水凝胶片2蓄积冷量，在与头部进行热交换时，由于水凝胶高比热容的特性，能够使得水凝胶片2和头部的接触位置保持在较为稳定的温度范围，同时，利用水凝胶本身的柔韧性能够进一步提高佩戴舒适性；另外，水凝胶既非完全的固体也非完全的液体，具有良好的柔韧性，因此，利用水凝胶制成的水凝胶片2在佩戴到头部后受到挤压时不会过于挤压变形而导致部分位置过薄影响冷量的蓄积和传递，使得水凝胶片2覆盖的区域温度分布较为均匀，也不会出现骤冷骤热的状况，从而能够利用水凝胶本身的上述特性进一步的提高头部佩戴的舒适性。
水凝胶片2可以设置有多条，且平行间隔分布在头盔本体7的内表面，例如，由头盔本体7的顶部开始，成一圈一圈的逐渐扩大的环形，直到头盔本体7的底部边缘，或者，由头盔本体7的任一侧开始，沿着头盔本体7的内表面竖向成U型逐渐向另一侧间隔设置；上述水凝胶片2的布置方式，能够避免大面积使用水凝胶片2，从而可以降低材料用量，降低整个头盔的重量，避免头盔重量过重影响佩戴舒适性。
如图1-3所示，水凝胶片2还可以采用放射性布置的方式，以头盔本体7的内表面的任一点为中心进行放射性布置，或者设置多个放射性布置的中心，同样的，放射性的布置方式，也能够降低材料用量，降低整个头盔的重量，避免头盔重量过重影响佩戴舒适性。
进一步的，致冷器5位于头盔本体7的顶部，而头盔本体7的顶部的内侧为头部产生的热量最为集中的位置，通过将致冷器5设置在该位置，能够增强对该部位的致冷效果；水凝胶片2和传热片3以致冷器5为中心成放射性分布，也就是说，随着距离致冷器5的位置越来越远，水凝胶片2的间隔越来越大，而远离头盔本体7顶部的位置，热量相对较为分散，因此，水凝胶片2的放射性的布置方式，能够适应头部产热的集中与否和对于散热的需求，达到更均匀的调整头部温度的效果，提高舒适性。
再进一步的，水凝胶片2的厚度向远离致冷器5的方向逐渐递减，也就是说，在头部热量最为集中的位置设置较厚的水凝胶片2，能够提高该位置的蓄积冷量的能力，进而提高对该部位的热量吸收的能力，随着远离热量集中部位，水凝胶片2的厚度逐渐减小，进而能够适应头部不同部位对于散热的需求；在此基础上，由于头盔的主要承力部位位于头盔顶部，当头盔向下压迫头部时，受到压力变形的首先是位于顶部附近的水凝胶片2，此时厚度增加的水凝胶片2能够提供缓冲和减震的效果，进一步提高舒适性。
如图1所示，还包括温度传感器10和控制装置8，控制装置8分别与温度传感器10和致冷器5电连接，控制装置8能够控制致冷器5的工作，也就是说，通过温度传感器10检测温度变化，温度变化的信号传递到控制装置8，控制装置8可以根据已有的设定阈值来打开或关闭致冷器5，以实现对水凝胶片2的温度变化的控制，最终为头部更好的散热提供舒适的佩戴环境；还设置有供电单元9，供电单元9为致冷器5以及控制装置8的运行提供电力来源，供电单元9可以设置在隔热层4中，例如设置在头盔后部的隔热层4内。
进一步的，温度传感器10设置在水凝胶片2内，需要说明的是，水凝胶片2为相连相同的整体，其内部的所有水凝胶是互联互通的，将温度传感器10设置在水凝胶片2内能够监测水凝胶的温度及其变化趋势；将温度传感器10设置在位于头盔本体7的中部的位置，能够监测头部热量最为集中的位置的温度变化情况，以该位置的温度变化作为整个头盔内部温度控制的依据，能够更准确的反应出头盔内部温度变化的趋势，提高温度控制的精确性。
如图1所示，头盔本体7的外表层和传热片3之间设置有隔热层4，隔热层4具有一定的厚度，散热板6设置在隔热层4的外侧，传热片3设置在隔热层4的内侧，隔热层4采用的是隔热的材质制成，例如玻璃纤维、石棉、岩棉或者泡沫材料等，能够阻隔外部的热量传递到头盔内部，还能够防止致冷器5的冷量散失掉，致冷器5贯穿隔热层4以能够将冷量传递到头盔内部，将产生的热量传递到头盔外部。
致冷器5的冷端的温度为1℃～15℃，也就是说，致冷器5能够传递到传热片3的温度范围为1℃～15℃，该温度范围既能够有效的向水凝胶片2传递冷量，提高水凝胶片2的传递冷量的效果，又不至于另其过于冰冷，并且在控制装置8的控制作用下能够达到良好的控制效果；需要说明的是，为提高水凝胶片2的导热效果，可以在水凝胶内掺杂金属粉末，利用金属粉末提高水凝胶的导热效果，进而提高水凝胶片2的导热效果。
致冷器5可以为半导体致冷器，半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的，所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象，半导体致冷器包括热端和冷端，其冷端连接传热片3，以将冷量通过传热片3传递到水凝胶片2内，热端连接有散热板6，散热板6设置在头盔本体7的外表层，以将热端产生的热量散发到空气中，避免热量流向头盔的内部，为了更好的进行散热，散热板6应具有良好的传热性能以及较大的散热面积，当然，根据需要还可以增设冷却风扇提高散热效果。
如图1所示，头盔本体7的内层设置有衬里1，衬里1具有吸汗、保暖、减震的功能，水凝胶片2嵌在衬里1上，并凸出衬里1，也就是说，首先贴合头部的是水凝胶片2，水凝胶片2能够很好的对头部进行散热，同时，水凝胶片2还具有减震和缓冲的作用，在与衬里1的结合作用下更能够提高佩戴的舒适性。
本发明还提供一种致冷头盔的控制方法，将致冷器5和温度传感器10连接控制装置8，同时连接供电单元9，利用供电单元9提供致冷器5以及控制装置8的能量消耗；致冷器5的冷端连接传热片3、热端连接散热板6，将冷量传递到传热片3、将热量传递到散热板6并散发到外界空气中；传热片3吸收水凝胶片2的热量即将冷量传递到水凝胶片2；水凝胶片2将冷量进行蓄积；当水凝胶片2与头部接触后，头部与水凝胶片2之间不断进行热交换，以降低头部的温度；将温度传感器10设置在水凝胶片2内并位于头盔本体7的中部的位置，以能够更准确的反应出头盔内部温度变化的趋势，提高温度控制的精确性，当温度传感器10检测到温度大于或等于人体舒适温度上限(如33℃)时，控制装置8控制致冷器5开始工作，当温度传感器10检测到温度等于或低于人体舒适温度下限(如28℃)时，控制装置8控制致冷器5停止工作，从而将温度控制在人体舒适的温度范围内(如28℃-33℃)，提高佩戴的舒适性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种致冷头盔，其特征在于：包括头盔本体以及在所述头盔本体上由外层向内层依次设置的致冷器、传热片和水凝胶片，所述传热片的一面连接所述致冷器，另一面连接所述水凝胶片，且所述水凝胶片能够贴合、覆盖头部。
2.根据权利要求1所述的致冷头盔，其特征在于：所述水凝胶片设置有多条，且平行间隔分布。
3.根据权利要求1所述的致冷头盔，其特征在于：所述水凝胶片成放射性分布。
4.根据权利要求3所述的致冷头盔，其特征在于：所述致冷器位于所述头盔本体的顶部，所述水凝胶片和所述传热片以所述致冷器为中心成放射性分布。
5.根据权利要求4所述的致冷头盔，其特征在于：所述水凝胶片的厚度向远离所述致冷器的方向逐渐递减。
6.根据权利要求1-5任一项所述的致冷头盔，其特征在于：还包括温度传感器和控制装置，所述控制装置分别与所述温度传感器和所述致冷器电连接，所述控制装置能够控制所述致冷器的工作。
7.根据权利要求6所述的致冷头盔，其特征在于：所述温度传感器设置在所述水凝胶片内，且位于所述头盔本体的中部。
8.根据权利要求6所述的致冷头盔，其特征在于：所述致冷器的冷端的温度为1℃～15℃。
9.根据权利要求6所述的致冷头盔，其特征在于：所述头盔本体的外表面和所述传热片之间设置有隔热层，所述头盔本体的内表面设置有衬里，所述水凝胶片嵌在所述衬里上，并凸出所述衬里。
10.一种致冷头盔的控制方法，其特征在于：应用如权利要求6-9任一项所述的致冷头盔，所述致冷器将冷量传递到所述传热片，所述传热片吸收所述水凝胶片的热量即将冷量传递到所述水凝胶片；所述水凝胶片将冷量进行蓄积；当所述水凝胶片与头部接触后，头部与所述水凝胶片之间进行热交换，以降低头部的温度；当所述温度传感器检测到温度大于或等于33℃时，所述控制装置控制所述致冷器开始工作，当所述温度传感器检测到温度等于或低于28℃时，所述控制装置控制所述致冷器停止工作。
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