CN210630679U - 一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，包括衣服本体以及设于背包中的送风机构，衣服本体的夹层结构包括外夹层和内夹层，外夹层和内夹层之间为空腔并形成布风道，外夹层和内夹层均为不透风材质的面料，外夹层上至少开设有一个进风孔，内夹层上开设有若干送风微孔；送风机构包括至少一个出风口，送风机构的出风口与外夹层上对应的进风孔相连通；送风机构包括储存了相变材料的换热内芯、可调速风机和电控装置。本实用新型可根据需求调节衣服前后送风温度，并实时获得送风温湿度、电池电量、剩余冷量等各项性能参数；达到较高室温时人体仍感觉到较好的热舒适度。

Description

一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服

技术领域

本实用新型涉及空调服领域，特别涉及到一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服。

背景技术

近几年智能穿戴技术的飞速发展，使得可以实现体感温度控制的服装成为可能。各种类型的微型制冷机，优质保温材料和微型空气处理装置也在其中得到了应用。同时，对于相变材料的研制和性能研究也使得蓄能技术发展迅速，可以在有限的空间内储存较多的能量。在此背景下，研究一种便携式空调服和可以容纳、支持相变材料的便携式空气处理装置在理论和技术上也变得可行。

目前存在的空调服按工作原理区分，主要有五种：(1)加速皮肤水分蒸发以带走热量的吹风式空调服；(2)利用半导体制冷原理的空调服；(3)利用制冷循环制冷的空调服；(4)利用气体绝热膨胀来制冷的空调服；(5)利用相变材料蓄冷原理进行供冷的空调服。第一类空调服在炎热环境下的降温效果并不明显，热舒适度较差；第二类至第四类空调服耗电量大且结构复杂，不利于轻便化，一般需要连接外部部件，缺少灵活性；第五类空调服采用相变蓄冷原理，目前采用该原理的空调服一般将相变材料输送到分布在衣服内的微管道进行循环，与人体皮肤表面换热，但会带来冷触感明显、冷热分布不均的问题，且皮肤表面水分难以散发，整体热舒适体验不佳。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，以解决上述问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，包括衣服本体和送风机构，所述衣服本体具有夹层结构，所述夹层结构包括外夹层和内夹层，外夹层和内夹层之间为空腔并形成布风道，外夹层和内夹层均为不透风材质的面料，外夹层上至少开设有一个进风孔，内夹层上开设有若干送风微孔；送风机构包括至少一个出风口，送风机构的出风口与外夹层上对应的进风孔相连通。

进一步的，所述夹层结构包括相互独立设置的第一送风部、第二送风部和第三送风部，第三送风部、第二送风部和第一送风部的外边缘分别安装于衣服本体内侧的后片以及左右两侧的前片上，进风孔有三个且分别开设于第一送风部、第二送风部和第三送风部的外夹层上；衣服本体上开设有三个开孔，出风口有三个，三个出风口分别穿过三个开孔与对应的进风孔相连通。

进一步的，所述送风机构包括送风外壳，送风外壳为侧部开口的空心结构，送风外壳的开口上盖设有壳盖，送风外壳的内部分隔成进风腔、换热腔和冷凝水槽腔，进风腔内安装有送风风机，进风腔和换热腔之间通过送风孔相连通，换热腔内设有换热内芯，换热内芯包括若干平行设置的换热管以及安装于换热管两端的密封顶板和下底板，换热管中填充有相变材料，换热管的轴向与送风风机的轴向相垂直；所述冷凝水槽腔设于换热腔的下侧，换热腔通过开设于其下部的出水孔与冷凝水槽腔相连通，冷凝水槽腔用于承接换热腔内产生的冷凝水；出风口开设于送风外壳上且与换热腔相连通，送风外壳上开设有进风口，进风腔通过进风口与外界相连通。

进一步的，所述外夹层上的进风孔与衣服本体上对应的开孔的边缘重合且固定相连，用于连通出风口和进风孔的连接管与衣服本体上的开孔磁性连接。

进一步的，所述送风外壳内部还设有电控腔和检测腔，电控腔设于送风外壳的中部，冷凝水槽腔设于电控腔的下方，检测腔、换热腔和进风腔均分别有两个且关于送风外壳的中心对称地设于电控腔的左右两侧，检测腔、换热腔和进风腔在送风外壳的高度方向依次设置，检测腔设于对应侧的换热腔和出风口之间并与该换热腔相连通，两个出风口开设于位于上侧的检测腔顶部的送风外壳上，且这两个出风口分别与衣服本体前片上的进风孔相连通；另一个出风口开设于位于下侧的检测腔底部的送风外壳上且与衣服本体后片上的进风孔相连通；检测腔内装有检测传感器，电控腔内安装有可与电子设备进行蓝牙通讯的电控装置，电控装置分别与检测传感器和送风风机电连接。

进一步的，所述第一送风部、第二送风部和第三送风部的内夹层上分别均匀开设有若干送风微孔，送风微孔的孔径为1～5mm；所述相变材料的相变温度为0℃。

进一步的，所述换热内芯还包括上夹板，上夹板上开设有与换热管外径相适应的圆孔，换热管的顶端开口，每个换热管的顶部分别穿设于对应的圆孔中，换热管的顶端与上夹板的顶面相平齐，换热管的底端封口，换热管与上夹板和下底板固定相连；所述密封顶板为带粘性的柔性材质，密封顶板盖设于上夹板上。

进一步的，所述送风机构设于背包中且与背包的内侧壁可拆卸相连，背包的底部开设有进气孔；出风口通过连接管与进风孔相连通，背包上还开设有用于连接管从背包中伸出的穿孔；背包的背带上沿其延伸方向开设有供连接管穿过的穿入孔；背包背部的左右两侧分别安装有增厚软垫。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、体积只有背包大小，重量不足2Kg，方便穿戴，使用者的活动范围不受限制。

2、将相变材料储存结构、换热结构和电控装置分别模块化，组装成一体化的空气处理装置，方便部件的替换、换热内芯的重新冷冻和循环使用。

3、采用降温处理后的适宜空气与人体皮肤换热，相比利用微管道贴近皮肤供冷的方式，供冷更为均匀，同时人体皮肤表面汗液得以散发，进一步提高热舒适感。

4、不同布风道送风独立，使用者可根据不同部位的散热需求调节供冷量，有效解决了各部分冷热分布不均的问题。

5、使用者可通过手机蓝牙连接并控制该空调服，控制方式便捷，并可通过其反馈回的数据了解空调服的剩余使用时间等状态。

本实用新型在衣服本体内侧采用布料缝制风道，其中靠近人体的一面开有细小孔口作为出风口，被送风机构处理后的空气通过空调服进风孔进入布风道，使其微微鼓起，进而通过风道上布置的送风微孔均匀出风，能使各风道负责的人体部位降温均匀。本实用新型利用相变材料蓄冷原理冷却外界空气，进而通过处理后的适宜空气与人体皮肤换热的空调服系统，具有轻便、易于穿戴和耗能较低的特点，使用者可根据不同部位的散热需求调节供冷量，空调服前后的送风是能够单独控制的，可以满足使用者的不同送风需求，解决冷热分布不均的问题，获得较好的热舒适性体验。

附图说明

图1为本实用新型所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服的前片透视图。

图2为本实用新型所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服的后片透视图。

图3为本实用新型所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服的正视图。

图4为本实用新型所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服的后视图。

图5为本实用新型所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服的剖视图。

图6为本实用新型所述的送风机构的局部结构示意图。

图7为本实用新型所述的换热内芯的爆炸图。

图8为本实用新型所述的背包的结构示意图。

图9为本实用新型所述的送风机构的壳盖打开时的结构示意图。

图10为本实用新型所述的送风外壳的内部结构示意图。

图11为本实用新型所述的电控装置的蓝牙模块与手机通讯的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1～图11，本实用新型所述的一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，包括衣服本体10和送风机构。衣服本体10具有夹层结构，夹层结构包括外夹层21和内夹层22，外夹层21和内夹层22之间为空腔并形成布风道20。外夹层21和内夹层22均为不透风材质的面料。夹层结构采用带PU涂层的涤纶材质，不仅不漏风还轻薄。使用时将涤纶布料裁剪成与衣服本体10的前片或后片结构相适应的形状，然后将两层涤纶布料缝纫在衣服本体10上，使两层布料形成夹层密封。外夹层21上至少开设有一个进风孔210，内夹层22上开设有若干送风微孔221，即在两层涤纶布料靠近穿戴者身体的一层上开置若干送风微孔 221。送风机构包括至少一个出风口，送风机构的出风口与外夹层21上对应的进风孔相连通。当进风孔鼓入空气时，整个夹层结构的布风道会微微鼓起，使各个送风微孔221的内外侧压差趋近相同，从而实现各个送风微孔221出风量均匀。

夹层结构包括相互独立设置的第一送风部31、第二送风部32和第三送风部 33。第三送风部33、第二送风部32和第一送风部31的外边缘分别安装于衣服本体10内侧的后片以及衣襟左右两侧的前片上。进风孔210有三个分别为第一前进风孔211、第二前进风孔212和后进风孔213，且分别开设于第一送风部31、第二送风部32和第三送风部33的外夹层21上。衣服本体10上开设有三个开孔11，出风口有三个分别为第一前进风口、第二前进风口和后进风口，三个出风口分别穿过三个开孔与对应的第一前进风孔211、第二前进风孔212和后进风孔213相连通。

送风机构包括送风外壳40，送风外壳40为侧部开口的空心箱体结构，送风外壳40的开口上盖设有壳盖41。送风外壳40和壳盖41的外侧均覆盖有可拆卸的保温层，方便换热内芯43的替换，连接管70的外侧也包裹有保温层。送风外壳40的内部分隔成进风腔401、换热腔402和冷凝水槽腔403。进风腔401 内安装有送风风机42，进风腔401和换热腔402之间通过送风孔404相连通。换热腔402内可拆卸地安装有换热内芯43，换热内芯43可替换。换热内芯43 的大小不大于换热腔402从而使得换热内芯43在换热腔402中留有余量，安装时直接将换热内芯43放进去即可，然后盖上壳盖41上的保温层，保温盖用尼龙扣箍紧，可在保温盖上设置带尼龙扣A面的弹力带，送风壳体侧部设置尼龙扣B面，尼龙扣A面与B面配合实现密封，密封效果好，不会出现漏风现象，也可采用相应的连接件或连接带箍紧；拆卸时打开保温盖，抽出换热内芯43即可。换热内芯43包括若干平行设置的换热管431以及安装于换热管431两端的密封顶板432和下底板433。换热管431中填充有相变材料，换热管431的轴向与送风风机42的轴向相垂直。冷凝水槽腔403设于换热腔402的下侧，换热腔 402通过开设于其下部的出水孔与冷凝水槽腔403相连通，冷凝水槽腔403用于承接换热腔402内空气降温过程中析出的冷凝水。送风机构放置于背包50内时，冷凝水槽腔403位于送风外壳40的重力最低点，从而在换热内芯43外表面产生的冷凝水由于重力作用顺着位于换热腔402底部的向冷凝水槽腔403一侧倾斜设置的隔板汇集并通过出水孔408流入冷凝水槽腔403内。出风口开设于送风外壳40上且与换热腔402相连通，送风外壳40上开设有进风口405，进风口405刚好开置于送风风机42的吸风侧，进风腔401通过进风口405与外界相连通。

送风管道整体暗藏在背包50背带内，一端伸入背包50内连接送风装置的出风口，另一端采用磁性接口60连接空调衣的进风孔。空调衣内侧前后均缝制了具有独立进风孔的布风道，布风道上密布送风微孔221，可实现前后风道独立且均匀送风。炎热环境下，可调速的送风风机42吸入外界空气与换热内芯43 进行换热，向空调衣分前后两路输送处理后的空气，空调衣负责将适宜空气均匀送至人体表面，与人体皮肤换热。使用者可根据需求调节衣服前后送风温度，并实时获得送风温湿度、电池电量、剩余冷量等各项性能参数，达到较高室温时人体仍感觉到较好的热舒适度的效果。

外夹层21上的进风孔与衣服本体10上对应的开孔的边缘重合且固定相连。实际制作时可在两层涤纶布料贴近衣服本体10的一层上连同衣服本体10一起开置口子。用于连通出风口和进风孔的连接管与衣服本体10上的开孔磁性连接。连接管的通用连接口与空调服的进风孔均采用磁性连接结构，其连接口上设置有磁性材料，从而具有方便拆装且气密性好的特点。

送风外壳40内部还设有电控腔406和检测腔407，电控腔406设于送风外壳40的中部。送风壳体的除换热腔402外的其他腔体通过一个工字形的透明密封盖44盖住。送风外壳40的各个腔体之间通过隔板或隔条分隔开。冷凝水槽腔403设于电控腔406的正下方，检测腔407、换热腔402和进风腔401均分别有两个且关于送风外壳40的中心对称地设于电控腔406的左右两侧。检测腔 407、换热腔402和进风腔401在送风外壳40的高度方向依次设置，检测腔407 设于对应侧的换热腔402和出风口之间并与该换热腔402相连通。两个出风口开设于位于上侧的检测腔407顶部的送风外壳40上，且这两个前出风口451分别与衣服本体10前片上的第一前进风孔、第二前进风孔相连通。另一个出风口为后出风口452，其开设于位于下侧的检测腔407底部的送风外壳40上且与衣服本体10后片上的后进风孔213相连通。检测腔407内装有检测传感器46，用于检测出风温度、湿度。电控腔406内安装有可与电子设备进行蓝牙通讯的电控装置47，电控装置47分别与检测传感器46和送风风机42电连接，电控装置 47设置有充电接口和蓝牙模块。通过蓝牙与支持传输蓝牙信号的电子设备通讯，具有接受控制命令、控制风机运转和收集传感器数据并传输的功能，实现空调衣不同布风道送风独立可调。使用者通过手机蓝牙连接电控装置47控制送风风机42的启停和转速，读取检测传感器46测得的数据。将电控装置47与换热内芯43一同设置在送风壳体内，可利用换热内芯43的散发的冷量避免电控装置 47过热。

电控腔406与检测腔407之间有电线连通，检测传感器46用于检测出风温度、湿度；电控腔406也与进风腔401有电线连通，连接送风风机42，用于控制送风风机42的开关和转速。当换热内芯43冷冻完毕即其内的蓄冷材料蓄冷完毕后，装入换热腔402内，盖上保温盖后，通过手机蓝牙先和电控腔406内的蓝牙模块匹配连接。然后手机发送风机开启的信号，送风风机42开启。使用时外界热空气先穿过进风口通过送风风机42被吸入换热腔402内，通过换热内芯43铜管表面换热降温，析出多余水分，再通过出风口送出。检测传感器46 获取的信号不断通过蓝牙模块发送回手机，由此手机上可以读到实时的送风温湿度，也可发送信号改变风机转速，从而改变供冷量。在工作过程后期，由于外界热空气持续与换热内芯43的铜管壁换热，铜管内相变材料温度不断上升，最后冷量耗尽，此时需要关闭送风风机42，取出换热内芯43重新冷冻。

第一送风部31、第二送风部32和第三送风部33的内夹层22上分别均匀开设有若干送风微孔221，送风微孔221的孔径为1～5mm。相变材料并不局限于某种确定成分的物质，其相变温度为0℃。

换热内芯43还包括上夹板434，上夹板434上开设有与换热管431外径相适应的圆孔。换热管431的顶端开口，每个换热管431的顶部分别穿设于对应的圆孔中，上夹板434作为支撑使用。换热管431的顶端与上夹板434的顶面相平齐，换热管431的底端封口，换热管431与上夹板434和下底板433之间通过强力胶固定相连。密封顶板432盖设于上夹板434上。密封顶板432为带粘性的柔性材质，可选用防水密封胶，换热内芯43为铜管管束结构，当铜管里装满水后可用来密封铜管，并可适应水结成冰后的体积膨胀。

使用水作为相变材料，其相变潜热为330KJ/Kg，能储存较大冷量并且安全无毒。铜管管束结构一端使用能承受形变的防水密封胶封装相变材料，以适应其相变导致的体积变化。换热内芯43为独立结构，其内的相变材料放冷完毕后易于拆卸并对换热内芯43进行重新冷冻。

送风机构放置于背包50中且与背包50的内侧壁可拆卸相连，可通过尼龙扣相连也可以使用魔术贴将送风外壳40固定于背包50上。背包50的底部开设有进气孔，进气孔用于与外界相连通；由于送风风机42的总风量不大，通过背包50底部的进气孔进入的空气量保持足够，从而不会导致书包内外形成压差而影响送风风机42的正常使用。这样设计的好处在于送风风机42吸入的空气为背包50内部温度较低的空气，而非外界温度较高的空气，可以延长换热内芯43 的使用时间；从传热原理上来说，就是空气处理装置中换热内芯43内的相变材料通过导热散到背包50内部空气的冷量重新被利用起来了。出风口通过连接管与进风孔相连通，背包50上还开设有用于连接管从背包50中伸出的穿孔。背包50的背带51上沿其延伸方向开设有供连接管穿过的穿入孔，从而将用于连接第一前进风孔和第二前进风孔的前侧送风管暗藏在背带51内。背包50背部的左右两侧分别安装有增厚软垫52，使背包50与使用者背部存在较大空隙，在使用时使用者背部脊柱附近区域为非受压区，防止背包50压迫空调服影响背部送风，保证空调衣在背部的布风道气流通畅。

本实用新型使用前需将两个换热内芯43拆下放置于如冰箱、冰柜等冷冻装置进行冷冻，使换热内芯43内的相变材料发生相变，储蓄冷量。

穿戴过程中，将换热内芯43装入空气处理装置内，盖上壳盖41扣紧尼龙扣，装入特制背包50内。使用者穿上空调衣背上背包50后，可自行连接磁性接口60，至此穿戴过程完毕。通过手机蓝牙连接空气处理装置的蓝牙模块，输入前后风机的开启率后，送风外壳40内的送风风机42开始运转，吸入外界热空气，并通过换热内芯43的铜管束进行热交换，空气中析出的冷凝水被收集到冷凝水槽腔403内，被处理后的适宜空气通过送风管道进入空调衣的布风管道内，使整个风道鼓起，形成一定静压，从而使得送风量在各个送风微孔221均布，每个风道所负责的部位送风均匀。处理后的空气由于析出了冷凝水，到达人体皮肤侧与人体换热升温后，还一定程度带走了人体表汗液，减轻闷热感。由于前后风道独立送风，使用者可根据自身冷热需求调节前后风道的送风量，使人体各部分均达到散热需求。电控装置47的蓝牙模块可实时回传送风温湿度、剩余电量和冷量等信息，供使用者参考。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，包括衣服本体和送风机构，其特征在于：所述衣服本体具有夹层结构，所述夹层结构包括外夹层和内夹层，外夹层和内夹层之间为空腔并形成布风道，外夹层和内夹层均为不透风材质的面料，外夹层上至少开设有一个进风孔，内夹层上开设有若干送风微孔；送风机构包括至少一个出风口，送风机构的出风口与外夹层上对应的进风孔相连通。

2.根据权利要求1所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述夹层结构包括相互独立设置的第一送风部、第二送风部和第三送风部，第三送风部、第二送风部和第一送风部的外边缘分别安装于衣服本体内侧的后片以及左右两侧的前片上，进风孔有三个且分别开设于第一送风部、第二送风部和第三送风部的外夹层上；衣服本体上开设有三个开孔，出风口有三个，三个出风口分别穿过三个开孔与对应的进风孔相连通。

3.根据权利要求2所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述送风机构包括送风外壳，送风外壳为侧部开口的空心结构，送风外壳的开口上盖设有壳盖，送风外壳的内部分隔成进风腔、换热腔和冷凝水槽腔，进风腔内安装有送风风机，进风腔和换热腔之间通过送风孔相连通，换热腔内设有换热内芯，换热内芯包括若干平行设置的换热管以及安装于换热管两端的密封顶板和下底板，换热管中填充有相变材料，换热管的轴向与送风风机的轴向相垂直；所述冷凝水槽腔设于换热腔的下侧，换热腔通过开设于其下部的出水孔与冷凝水槽腔相连通，冷凝水槽腔用于承接换热腔内产生的冷凝水；出风口开设于送风外壳上且与换热腔相连通，送风外壳上开设有进风口，进风腔通过进风口与外界相连通。

4.根据权利要求2所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述外夹层上的进风孔与衣服本体上对应的开孔的边缘重合且固定相连，用于连通出风口和进风孔的连接管与衣服本体上的开孔磁性连接。

5.根据权利要求3所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述送风外壳内部还设有电控腔和检测腔，电控腔设于送风外壳的中部，冷凝水槽腔设于电控腔的下方，检测腔、换热腔和进风腔均分别有两个且关于送风外壳的中心对称地设于电控腔的左右两侧，检测腔、换热腔和进风腔在送风外壳的高度方向依次设置，检测腔设于对应侧的换热腔和出风口之间并与该换热腔相连通，两个出风口开设于位于上侧的检测腔顶部的送风外壳上，且这两个出风口分别与衣服本体前片上的进风孔相连通；另一个出风口开设于位于下侧的检测腔底部的送风外壳上且与衣服本体后片上的进风孔相连通；检测腔内装有检测传感器，电控腔内安装有可与电子设备进行蓝牙通讯的电控装置，电控装置分别与检测传感器和送风风机电连接。

6.根据权利要求3所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述第一送风部、第二送风部和第三送风部的内夹层上分别均匀开设有若干送风微孔，送风微孔的孔径为1～5mm。

7.根据权利要求3所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述换热内芯还包括上夹板，上夹板上开设有与换热管外径相适应的圆孔，换热管的顶端开口，每个换热管的顶部分别穿设于对应的圆孔中，换热管的顶端与上夹板的顶面相平齐，换热管的底端封口，换热管与上夹板和下底板固定相连；所述密封顶板为带粘性的柔性材质，密封顶板盖设于上夹板上；所述相变材料的相变温度为0℃。

8.根据权利要求1所述的基于相变蓄冷原理的便携式气体空调服，其特征在于：所述送风机构设于背包中且与背包的内侧壁可拆卸相连，背包的底部开设有进气孔；出风口通过连接管与进风孔相连通，背包上还开设有用于连接管从背包中伸出的穿孔；背包的背带上沿其延伸方向开设有供连接管穿过的穿入孔；背包背部的左右两侧分别安装有增厚软垫。

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