CN219353123U - 一种智能加热防寒服装 - Google Patents

Abstract

本实用新型保护一种智能加热防寒服装，所述服装包括服装本体、供电装置、加热装置、信息采集装置、智能计算装置及用户交互装置。信息采集装置与用户交互装置将获取到的信息发送给智能计算装置，智能计算装置根据收到的信息调用智能热舒适平衡算法并计算得到每个所述加热部件的加热功率设定值，并将所述设定值发送给每个加热部件，并控制所述加热部件按照设定值工作。该智能加热服能够根据用户所处的环境及当前的状态实现动态调节，保持人体始终处于热平衡的舒适状态。

Description

一种智能加热防寒服装

技术领域

本实用新型涉及智能服装及其温控方法领域，特别是一种智能加热防寒服装。

背景技术

在寒冷的冬季，户外出行/工作的人们面临着无法自主调控所处的室外环境的困境，因此其往往会通过增加衣物来抵御寒冷，虽然这样的增加被动保温的方式会一定程度地提高相应地防寒保暖效果，从而降低人体的冷不舒适感，但却会使得人们体形臃肿而不便于行动。且在一些特殊的极寒场景，仅仅依靠增加被动保温并不一定能满足保温需求，从而可能对人体造成冻伤、体温过低等危险。因此，引入主动加热显得十分重要，其通过相应的主动保温材料不仅可以在一定程度上阻止热量的散失，还能将其他形式的能量转化为热能，出巡并向人体传递来产生热效应。故，具备主动加热的防寒服装相比传统的防寒服装更加轻薄、便捷有效。但现有技术中缺少能够主动加热的防寒服装。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本实用新型提供一种智能加热防寒服装，所述服装包括服装本体、供电装置、加热装置、信息采集装置及用户交互装置，其中：

所述加热装置包含若干个加热部件，所述加热部件设置于所述服装本体上的不同区域并用于给人体的相应区域提供加热；

所述信息采集装置包括若干个人体皮肤温度传感器和/或心率测量传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、加热部件温度传感器、服装表面温度传感器中的一个或多个；

所述用户交互装置用于与用户进行交互；

所述供电装置用于给所述加热装置、信息采集装置提供电能。

进一步的，所述服装本体的内侧表面设计有若干处融合方式的母侧结合形式，用于结合若干个加热部件。

进一步的，所述加热部件为柔性石墨烯电加热片。

进一步的，所述服装本体外侧表面的背部区域设有柔性薄膜太阳能电池，所述柔性薄膜太阳能电池通过子母扣贴合于服装本体。

进一步的，所述服装本体上还设置有控制按钮，所述控制可以调节所述柔性石墨烯电加热片的加热功率。

进一步的，所述服装本体上还设置有电源管理控制模块。

本实用新型能够实现如下技术效果：

本实用新型提供的智能加热服能够提供主动加热装置，从而满足人体的保温需求。此外还能够根据用户所处的环境及当前的状态实现动态调节，保持人体始终处于热平衡的舒适状态，实现了解放用户双手，同时也免去增减服装的麻烦，使用便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1(a)为智能加热防寒服的柔性石墨烯电加热片的示意图(正面)。

图1(b)为智能加热防寒服的柔性石墨烯电加热片的示意图(背面)。

图2为智能加热防寒服的柔性薄膜太阳能电池的示意图(背面)。

图3为智能加热防寒服的结构原理示意图。

图4为智能加热防寒服各加热部件的功率设定值的计算过程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型专利的结构和运行方式做进一步详细说明，显然，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型专利，它们不应该理解为对本实用新型专利的限制。基于本实用新型专利的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例披露一种自动实现人体热舒适平衡状态的智能加热防寒服装，所述服装包括服装本体、供电装置、加热装置、信息采集装置及用户交互装置，其中：

所述加热装置包含若干个加热部件，所述加热部件设置于所述服装本体上的不同区域并用于给人体的相应区域提供加热。

所述信息采集装置包括若干个人体皮肤温度传感器和/或心率测量传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、加热部件温度传感器、服装表面温度传感器中的一个或多个。

所述用户交互装置用于与用户进行交互。

所述供电装置用于给所述加热装置、信息采集装置及智能计算装置提供电能。

在优化的实施例中，所述防寒服装还包括智能计算装置，所述信息采集装置与用户交互装置将获取到的信息发送给智能计算装置，所述智能计算装置根据收到的信息调用智能热舒适平衡算法并计算得到每个所述加热部件的加热功率设定值，并将所述设定值发送给每个加热部件，并控制所述加热部件按照设定值工作。

所述智能热舒适平衡算法具体包括如下步骤：

S1：将人体处于热舒适平衡状态下的皮肤温度t_sk设置为预定温度值；在具体的实施例中，所述皮肤温度t_sk的预定温度值为34℃。

S2：所述心率测量传感器检测用户的心率HR，根据所述HR计算得到相应的新陈代率M；

S3：用户通过用户交互装置输入其所穿服装的形象化数据，将形象化数据描述转化为服装热阻I_cl1、I_cl2；其中I_cl1、I_cl2分别为某个电加热部件两侧的服装热阻值；

S4：获取人体所处位置的太阳直射情况并转化为修正参数α；

S5：所述环境温度传感器检测环境温度ta；

S6：所述环境湿度传感器检测环境相对湿度RH；

S7：所述环境风速传感器检测环境风速v；

S8：所述环境辐射温度传感器检测环境平均辐射温度

S9：计算得到皮肤的散热热流密度Q₁，计算公式为：

Q₁＝58.15·M

S10：计算某个加热部件的加热温度设定值t_h，计算公式为：

t_h＝t_sk-Q₁·R₁

其中：

R₁＝0.155·I_cl1

S11：计算某个加热部件的加热功率，公式为：

其中Q₃的公式为：

Q₃＝(t_h-t_cl)/R₂

其中R₂的公式为：

R₂＝0.155·I_cl2

其中：t_cl为服装表面温度，通过求解下列平衡方程式得到：

其中：Q_R和Q_c分别为服装表面与外界环境的辐射换热量和对流换热量，其计算式分别为：

Q_c＝h_c·(t_cl-t_a)

其中：

——加热部件的有效电热转换效率，％；

h_r——服装外表面与外界环境的辐射换热系数；

h_c——服装外表面与外界环境的对流换热系数；

h_r、h_c的数值为默认值或给定值。

具体的，所述步骤S11中求解服装表面温度t_cl是通过二分法计算得到，且计算误差控制在0.001以内。

具体的，在某个加热部件的加热启动阶段以一定的比例提高加热功率设定值W，以弥补服装在启动阶段蓄热所需的热量，保证用户获取到足够的热量并快速达到稳定舒适状态。

具体的，所述步骤2是利用心率-代谢率关系曲线将用户心率测量值HR转化为代谢率M并作为计算参数输入。

具体的，在用户第一次使用所述服装时，用户的初始代谢率M通过用户的活动状态描述以及活动强度-代谢率转换表得到；利用初始心率测量值与代谢率的对应情况，得到当前用户的针对性的修正后的心率-代谢率关系曲线。

具体的，在步骤S3中利用冬季典型服装热阻数值库将形象化服装描述转化为服装热阻I_cl并作为计算参数输入。

具体的，在步骤S4中是用户通过用户交互装置输入人体所处位置的太阳直射情况，并转化为修正参数α；或者通过服装外侧设置的相应传感器获得太阳直射情况，并转化为修正参数α。

可以理解的是，上述智能热舒适平衡算法仅为示例性说明，可以理解的是本领域技术人员可以采用其他的算法计算加热部件的功率并对加热部件进行控制，本实用新型的技术创新点在于服装的结构和组成，而不在于算法。

下面结合图1至图4对本实施例中的智能加热防寒服装的结构进行说明。所述智能加热防寒服装包括服装本体1，所述服装本体1的内侧表面设计有5处融合方式的母侧结合形式3，用于结合5个加热部件，在具体的实施例中所述加热部件为柔性石墨烯电加热片2。所述服装本体1内侧表面设计有1处夹层口袋用于放置供电装置，在具体的实施例中，所述供电装置为电源盒7。所述服装本体1的内侧表面还设有控制按钮6，通过电导线4与电源盒7相连。所述服装本体1外侧表面的背部区域设有柔性薄膜太阳能电池11，通过子母扣10贴合于服装本体1。可以理解的是，所述柔性薄膜太阳能电池11也是智能加热服装的供电装置。柔性薄膜太阳能电池为非晶硅聚酰亚胺柔性薄膜太阳能电池，可在日间进行户外活动时接收太阳光能。柔性薄膜太阳能电池11与电源盒7通过单向充电导线8相连，所述单向充电导线8通过服装本体1背部的暗孔12进入衣服内侧。经柔性薄膜太阳能电池11转化得到的电能贮存在电源盒7中锂电池组的储电单元中或对柔性石墨烯电加热片2直接供电，电源盒7的输出端借助电导线4为放置于衣服内侧柔性石墨烯电加热片2供电。柔性薄膜太阳能电池11可通过子母扣10灵活拆卸或安装于服装本体1的背部，且不会被服装本体1的帽子遮挡。5张柔性石墨烯电加热片2分别通过设置在服装本体1前胸、前腹和后腰与后背之间处的5处融合方式的母侧结合形式3进行自由地安装与拆卸，控制按钮6可以调节所述柔性石墨烯电加热片2的加热功率。电源盒7放置于服装本体1胸部的内侧夹层口袋中。电源盒7是由微处理器和锂电池组的直接供电单元和电源管理控制器(太阳能微控制器)连接设置于一盒内，其中锂电池组为钴酸锂体系电池，耐高低温，在盒上设有与微处理器相连的控制按钮和充电插口，具体地，所述微处理器包括充放电电路和脉宽调制电路、内置算法处理模块，其中内置算法模块对微处理器输入端的信息通过内置算法处理分析，并经由微处理器的控制输出端输出对应的控制命令，以实现对加热功率的智能动态调节。心率测量传感器9设置于服装本体1的衣袖内侧处，左右可选。环境温度传感器、环境湿度传感器等用于采集用户体外环境参数的部件位于服装本体1的左胸上部。使用者还可通过调节控制按钮6调节柔性石墨烯电加热片2的加热启停和加热功率大小。此外，电源盒7上的充电插口可以为手机等随身小型用电设备提供电力，保证使用者在户外活动中随时随地都有持续可用的移动电源。用户还可以通过移动终端、蓝牙通信单元与微处理器的输出端相连从而实现实时监测柔性石墨烯电加热片2的工作状态以及自身的心率。

此外，所述服装本体1上还设置有电源管理控制模块。所述电源管理控制模块按照如下方式进行工作：

当柔性薄膜太阳能电池输出电压≥柔性石墨烯电热片的工作电压时，采用柔性薄膜太阳能电池单独供电；

当0<柔性薄膜太阳能电池输出电压＜柔性石墨烯电热片的工作电压时，采用锂电池组的直接供电单元单独供电，柔性薄膜太阳能电池对锂电池组储能单元进行充电；

当柔性薄膜太阳能电池输出电压＝0时，锂电池组的储能单元与供电单元通过电连接同时供电；

当柔性薄膜太阳能电池输出电压＝0且锂电池组(包括储能单元与直接供电单元)的电量低于总电量的20％时，提示需要接入外部电源对供电模块进行充电。

本实施例能够实现的有益效果是：

本实用新型提供的智能加热服能够根据用户所处的环境及当前的状态实现动态调节，保持人体始终处于热平衡的舒适状态。基于舒适状态热平衡的温控算法充分考虑用户自主着装、活动状态以及户外环境的动态变化，可以准确且迅速地响应突变的环境或应对多种应用场景，并且通过系统的智能自调节一定程度实现了解放用户双手，同时也免去增减服装的麻烦，使用便捷。

上述各实施例仅用于说明本实用新型专利，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型专利的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种智能加热防寒服装，其特征在于：所述服装包括服装本体、供电装置、加热装置、信息采集装置及用户交互装置，其中：

所述加热装置包含若干个加热部件，所述加热部件设置于所述服装本体上的不同区域并用于给人体的相应区域提供加热；

所述信息采集装置包括若干个人体皮肤温度传感器和/或心率测量传感器、环境温度传感器、环境湿度传感器、加热部件温度传感器、服装表面温度传感器中的一个或多个；

所述用户交互装置用于与用户进行交互；

所述供电装置用于给所述加热装置、信息采集装置提供电能。

2.根据权利要求1所述的服装，其特征在于：所述服装本体的内侧表面设计有若干处融合方式的母侧结合形式，用于结合若干个加热部件。

3.根据权利要求1所述的服装，其特征在于：所述加热部件为柔性石墨烯电加热片。

4.根据权利要求1所述的服装，其特征在于：所述服装本体外侧表面的背部区域设有柔性薄膜太阳能电池，所述柔性薄膜太阳能电池通过子母扣贴合于服装本体。

5.根据权利要求3所述的服装，其特征在于：所述服装本体上还设置有控制按钮，所述控制可以调节所述柔性石墨烯电加热片的加热功率。

6.根据权利要求1所述的服装，其特征在于：所述服装本体上还设置有电源管理控制模块。