CN114868990B - 一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置。该装置包括：一壳体，具有敞口；半透膜，被构造成允许气体通过而不允许液态水分通过，覆于敞口上；以及被配置于壳体、半透膜之间的相变层与抽湿制冷层，相变层包括泡沫铜、衬于泡沫铜上的高分子吸水树脂、包覆于泡沫铜外的铜网，抽湿制冷层包括嵌于壳体的半导体制冷片、以及位于半导体制冷片周围的纤维素吸水层；铜网被配置成，能够将来源于半导体制冷片制热面的热量通过泡沫铜最终传导至吸水树脂。本技术方案中，通过在封闭的微环境表面设置装置，实现微环境抽湿制冷，效果较好，可有效降低装置内部的温度与湿度，减少能源消耗，受时间与空间的限制小，具有一定的可持续性。

Description

一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置

技术领域

本申请涉及抽湿与制冷的技术领域，尤其涉及一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置。

背景技术

根据我国国标GB19082-2009医用一次性防护服技术要求，医用防护服的透湿率应大于2500g/(m2·d)，而医护人员穿着医用防护服工作是一个动态过程，不同温度和程度下的体力劳动所需要的水蒸气透过率都是不一样的，在高强度高温度下所需要的水蒸气透过率大大提高。而目前医用防护服由于需要兼顾安全，很难达到相应的要求，给疫情防控人员造成了很大困扰。抗疫一线医护尤其是核酸检测员，常常被严实的防护服包裹得密不透风，闷热难耐。如何能让疫情防控人员在炎热的天气里穿着防护服长时间工作的情况下仍能感到舒适是当前改善医用防护服的重点。

相关技术中，医用正压防护服作为一种具有风循环的除湿技术引起了众多研究学者们的关注。目前，驼人医疗器械已经可以提供量产化的医用正压防护服并投入实际工作，其送风量为120-190L/min，持续工作时间可达6-8小时。医用正压防护服的研究虽取得了一些进展，但仍存在无法调控温度、不够便携、耗能高的问题。可以看到，单纯的抽湿还不能成为解决防护服闷热问题的理想方法。

因此，有必要设计一种基于半导体与相变制冷的微环境抽湿控温装置，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，以解决相关技术中微环境闷热潮湿，造成人体不舒适进而降低工作效率的问题。

本申请提供一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，包括：

一壳体，具有敞口；

一半透膜，被构造成允许气体通过而不允许液态水分通过，覆于所述敞口上；

以及被配置于所述壳体、半透膜之间的相变层与抽湿制冷层，所述相变层包括泡沫铜、衬于所述泡沫铜上的高分子吸水树脂、包覆于所述泡沫铜外的铜网，所述抽湿制冷层包括嵌于所述壳体的半导体制冷片、以及位于所述半导体制冷片周围的纤维素吸水层；

其中，所述铜网被配置成，能够将来源于所述半导体制冷片制热面的热量通过所述泡沫铜最终传导至所述吸水树脂。

可选地，所述壳体的侧边具有通孔，用于穿出所述半导体制冷片的引脚。

可选地，所述壳体为铝板。

可选地，所述壳体的下表面开设有透水孔。

可选地，所述半导体制冷片的一表面与所述壳体靠近敞口的表面平齐。

可选地，所述半导体制冷片(31)的制冷面被配置成使水蒸气在其表面凝结成水珠的形式。

可选地，所述泡沫铜的表面设有仿生叶脉沟槽。

以上提供的一种半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，通过在封闭的微环境表面设置装置，实现微环境抽湿制冷，效果较好，可有效降低装置内部的温度与湿度，减少能源消耗，受时间与空间的限制小，具有一定的可持续性。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的基于半导体与相变制冷的微环境抽湿控温装置的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的基于半导体与相变制冷的微环境抽湿控温装置的立体结构拆分图；

图3为本申请实施例提供的基于半导体与相变制冷的微环境抽湿控温装置的相变层与抽湿制冷层的侧视结构示意图；

图4为本申请实施例提供的基于半导体与相变制冷的微环境抽湿控温装置的抽湿制冷层的俯视结构示意图。

其中，图中元件标识如下：

1-壳体；2-半透膜；3-抽湿制冷层；30-纤维素吸水层；31-半导体制冷片； 4-相变层；40-泡沫铜；41-高分子吸水树脂；42-铜网。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本发明实施例提供了一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，以解决相关技术中防护服在天气较热、穿戴时间长之后造成的闷热问题。

参见图1所示，为本发明实施例提供的一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，其可以包括：

壳体1，用于收束与保护整个装置。本实施例中，壳体1上表面不闭合，具有窄边框，以扣住所述高分子半透膜2；侧边具有小孔，用于穿出所述半导体制冷片31的引脚。优选的，壳体采用厚度为0.3mm的多孔铝板，即在下表面具有以铝板为基体开出的均匀整齐的圆孔，用于透过水分。

值得注意的是，本申请壳体1采用多孔铝板构架保证装置稳固、实际应用可行，又为装置内温度均匀合适提供协助。

位于装置一侧表层的高分子半透膜2，用于透气与封装装置，允许气体通过而不允许液态水分通过，使水分保存于装置内。本实施例中，所述高分子半透膜2置于所述壳体1上表面窄边框的下方，且与上表面的窄边框贴合紧密。

抽湿制冷层3，所述抽湿制冷层包括嵌于所述壳体的半导体制冷片31、以及位于所述半导体制冷片周围的吸水层30。本实施例中，半导体制冷片31嵌于所述壳体1上，其表面与所述壳体1表面平齐，其另一面与所述铜网42相贴合。所述纤维素吸水层30，设置于所述铜网42与壳体1之间，且包围所述的半导体制冷片31。本实施例中，所述半导体制冷片31的制冷面使水蒸气在其表面凝结成水珠，并由重力作用流入所述壳体1表面的孔中。所述纤维素吸水层30采用高分子纤维素，所述纤维素吸水层30将来自壳层表面的水分传递至所述高分子吸水树脂41。

相变层4，所述相变层包括泡沫铜40、存于所述泡沫铜内的高分子吸水树脂41、包覆于所述泡沫铜外的铜网42。所述泡沫铜40可将热量均匀传递给所述吸水树脂41，促进其中水分蒸发。所述高分子吸水树脂41在干燥时无法漏出所述铜网42。所述铜网42将热量从所述半导体制冷片31的制热面传导至泡沫铜40。本实施例中，所述相变层4置于所述半透膜2与抽湿制冷层3之间。所述高分子吸水树脂41置于泡沫铜40内部，所述铜网42包覆泡沫铜40所有表面。

本申请实施例提供的一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置的原理为：

本申请设计出的基于半导体制冷与相变制冷的微环境抽湿控温装置，以半导体制冷片为制冷源，以水这一相变储能材料为冷媒，利用相变转换释冷工作。其中，半导体制冷片31是一种热泵，能有效将一面的热量运输到另一面从而进行制冷，以达到降低微环境内空气温度与冷凝水蒸气的目的。高分子吸水树脂 41是一种高分子物质，在吸水之后可以形成高分子网络体系，高分子网络可以改变其中的水状态以及水汽化行为，进一步降低水蒸发所需能量，因此水凝胶中水分蒸发吸热具有可行性，通过引入外界热于吸满水的吸水树脂中，将热能用于分子网络中的水的蒸发。铜网42与泡沫铜40可实现对半导体制冷片31 的发热面热量的传递，将能量传递给高分子吸水树脂41以补偿高分子吸水树脂 41中水分蒸发引起的能量损失，同时能够提高半导体制冷片31的效率。纤维素吸水层30能及时将壳体1的表面的水分吸收并运输至吸水树脂中，确保良好的水传输以实现持续的水蒸发；半透膜2的作用有两个方面，首先，半透膜2 是一种多孔材料，具有高比表面积、高孔体积率，其中空气比例较高，因此不会为内层水凝胶的蒸发产生过多的蒸汽传输阻力，当外界环境温度低于装置温度时，高分子吸水树脂41会从空气中吸收一定量水蒸气以回复自身状态；其次，由于半透膜2的疏水性，当本申请微环境抽湿控温装置被应用到防护服时能够不会使血液浸透，提高了防护服使用的安全性。

本申请微环境抽湿控温装的结构新颖，综合性能优异，通过模拟实际运行和工作环境，发现本申请微环境抽湿控温装能够有效进行制冷与抽湿。

需要补充的是，在半导体制冷片31的发热面与高分子吸水树脂41之间加装了泡沫铜40与铜网42，泡沫铜40与铜网42可以高效传递热量，提高半导体制冷片31的效率，增强蒸发效果，多孔利于高分子吸水树脂41发挥作用，加强蒸发效果。

本申请微环境抽湿控温装置具有十分广阔的应用前景，可使医护人员穿戴更加舒适；本申请微环境抽湿控温装置优化的防护服还可有望用于喷涂作业、钻井作业等工作环境有粉尘、泥浆等的高污染环境，化学品生产、农林牧防虫防疫施肥用药等高腐蚀环境等；此外，对本申请微环境抽湿控温装置所用凝胶等进行优化后在极端气候环境或高温工作环境(如消防工作)等领域同样具有广泛的应用前景。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于半导体与相变制冷结构的微环境抽湿控温装置，其特征在于，包括：

一壳体(1)，具有敞口；

一半透膜(2)，被构造成允许气体通过而不允许液态水分通过，覆于所述敞口上；

以及被配置于所述壳体(1)、半透膜(2)之间的相变层(4)与抽湿制冷层(3)，所述相变层(4)包括泡沫铜(40)、衬于所述泡沫铜上的高分子吸水树脂(41)、包覆于所述泡沫铜外的铜网(42)，所述抽湿制冷层(3)包括嵌于所述壳体(1)的半导体制冷片(31)、以及位于所述半导体制冷片周围的纤维素吸水层(30)；

其中，所述铜网(42)被配置成，能够将来源于所述半导体制冷片(31)制热面的热量通过所述泡沫铜(40)最终传导至所述吸水树脂(41)；

所述纤维素吸水层(30)能及时将壳体（1）的表面的水分吸收并运输至吸水树脂中。

2.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述壳体(1)侧边具有通孔，用于穿出所述半导体制冷片(31)的引脚。

3.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述壳体(1)为铝板。

4.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述壳体(1)的下表面开设有透水孔。

5.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述半导体制冷片(31)的一表面与所述壳体(1)靠近敞口的表面平齐。

6.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述半导体制冷片(31)的制冷面被配置成使水蒸气在其表面凝结成水珠的形式。

7.根据权利要求1所述微环境抽湿控温装置，其特征在于，所述泡沫铜(40)的表面设有仿生叶脉沟槽。