CN220212015U - 光伏型热电式制冷衣 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种光伏型热电式制冷衣，包括：冷水流动层、热电制冷模块、光伏发电模块、直流电源、控制元件及制冷衣本体。冷水流动层缝合于制冷衣内侧面，以水泵驱动冷水循环，其进水口为热电制冷模块的出水口，其出水口为热电制冷模块的进水口。该热电制冷模块以铜制换热器为中心，两侧均紧贴半导体制冷片，两制冷片热面均紧贴热管散热器。柔性光伏发电板、直流移动电源与控制元件组合，共同负责供电和控制。本实用新型集光伏发电技术与热电制冷技术为一体，能根据环境温度主动调节体感温度，在保证人体热舒适的同时利用光伏发电达到节能环保、增强续航的目的，制冷效率高、舒适便捷、经济实惠，为高温环境中作业的人员创造舒适的工作环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种结合光伏发电技术和热电制冷技术的制冷衣，属于制冷技术领域。
背景技术
随着社会和经济的发展，越来越多的人从事于高温环境之中。高温环境会引起人体的热应力，从而对人体的生理能力产生不良的影响，削弱了行动的有效性和效率，在极端的高温环境下，甚至会导致作业人员休克死亡。因此研究和发展简单适用的制冷衣，实现降低高温环境中作业人员的体温、保障人员的生命安全的目的，对我国人民生命健康具有重要意义。热电制冷制热技术具有传统机械式制冷无法比拟的优点：无旋转部件、制冷速度快、制热效率高、可靠性高、寿命长、体积小巧、易于安装、使用过程基本无需维护、控制方式灵活、改变电流方向即可切换加热和制冷模式、调节电流大小即可精确控制热量或冷量等优点。而利用光伏发电技术进行供电，相较于传统供电方式，具有零排放、长寿命、可靠性高、易于操作、停电保障、资源广泛等优点，是一种环保、可持续发展的供电方式，对于节能减排具有重要的意义。本实用新型综合利用热电制冷技术与光伏发电技术，充分利用各自的优点，通过光伏供电驱动热电制冷芯片冷端的冷量来对人体进行降温，热端的热量利用散热器排至衣服外面，从而构造出系统简单、经济实惠的人体冷却系统，既能保障高温环境中工作人员的热舒适，又能达到节能减排的目的，具有重要的意义。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为201920965444.7，实用新型名称为：一种智能型制冷衣，该技术通过配合设置有冷水蓄水层和水循环制冷装置，利用水循环制冷装置对水进行制冷并促使水循环，冷水流经冷水蓄水层后，可吸收人体上的热量。但是该装置制冷量不足，可靠性低，续航较差，不能节能减排；中国专利申请号202122884484.9，实用新型名称为：半导体制冷衣，该技术通过在衣服本体上设置口袋，将半导体制冷模块可拆卸地设置于口袋内，与人体背部直接接触以达制冷效果。虽然利用了半导体技术产生了足够的制冷量，但冷量集中在局部范围，分布不均，穿着体验差，无法实现全身降温；中国专利申请号为202110228901.6，实用新型名称为：基于压缩机制冷的便携式带电作业水循环降温制冷衣，该技术通过压缩机主机将蓄水箱内的冷却水进行恒温制冷，并将制冷后的冷却水流入水流循环管道形成循环水流，对背心本体进行循环降温制冷，但是采用传统管路来进行水循环，舒适性差，且需连接压缩机，装置体积大，便携性差，散热效率不佳，耗电量多；检索还发现，中国专利申请号为202022563933.5，实用新型名称为：光伏制冷式夏季上衣降温装置，虽然同时利用了光伏发电技术和热电制冷技术，但不具有移动电源续航功能，稳定性差，且在换热设计上不够合理——换热器暴露在高温环境中，冷量有很大损失。可以看出，上述发明专利虽然具有降温制冷的功能，但并不够完善和齐全，且能源消耗较大、舒适性能较差、温度不易控制、不能实现制热功能。本实用新型提出了一种集光伏发电技术与热电制冷技术为一体的光伏型热电式制冷衣，能源成本低，制冷效率高，舒适性、便携性、可靠性俱佳。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提出一种集光伏发电技术与热电制冷技术为一体的制冷衣，能根据环境温度主动调节体感温度，在保证人体热舒适的同时利用光伏发电达到节能环保、增强续航的目的，制冷效率高、舒适便捷、经济实惠，为高温环境中作业的人员创造舒适的工作环境。
本实用新型通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：冷水流动层、热电制冷模块、光伏发电模块、直流移动电源、控制元件及制冷衣本体；所述冷水流动层缝合于制冷衣内侧面，冷水流动层包括扁平状水路及冷水，以水泵驱动冷水循环，其进水口为热电制冷模块的出水口，其出水口为热电制冷模块的进水口，所述热电制冷模块包括半导体制冷片、铜制换热器、热管散热器，以铜制换热器为中心，两侧均以硅膏紧贴半导体制冷片冷面，两制冷片热面同样紧贴热管散热器，所述光伏发电模块包括柔性光伏发电板和稳压器，为直流移动电源供电，进而通过控制元件实现温度的控制、制冷制热功能的转换。
所述冷水流动层为多个，分别缝合于制冷衣内侧面背部、左胸部、右胸部，通过软管串联形成串联水路，串联水路的两端分别与热电制冷模块的出水口和进水口连通，每个冷水流动层由一块导热系数大的材料和一块导热系数小的导热材料组成，两块材料通过热压工艺贴合成带有多个方块阵列的流动层，方块周围形成水路，导热系数大的材料一侧贴合人体表面，导热系数小的材料一侧朝向外部环境。热电制冷模块的出水口通过软管一连通冷水流动层的进水口，热电制冷模块的进水口通过软管二连通冷水流动层的出水口。
所述热电制冷模块包括半导体制冷片、铜制换热器、热管散热器、导线；两个半导体制冷片置于铜制换热器两侧面，冷面与之紧贴，热面与两个热管散热器紧贴，且在紧贴处均涂抹导热硅膏；铜制换热器四周填充保温材料减少冷量流失，同时两个热管散热器通过螺栓连接固定使整体呈对称式分布。
所述光伏发电模块缝合于制冷衣背部外侧，包括柔性光伏发电板、导线、稳压器，为直流移动电源补充电能。
所述直流移动电源，直接输出低压直流电，驱动热电制冷模块工作；所述控制元件将根据冷水流动层温度与人体舒适温度的差值来调节热电制冷模块中制冷芯片的供电电流大小。
本实用新型中，柔性光伏发电板将太阳能转化为电能并通过稳压器流经导线输送到直流移动电源；直流移动电源为热电制冷模块供电，通过导线将电流输送到半导体制冷片使之产生冷量和热量，热量通过热管散热器进行散热，冷量进入铜制换热器使水降温，冷水通过铜制换热器的出水口，再经水泵进入冷水流动层，使冷量均匀输送到人体皮肤表面后通过铜制换热器进水口进行循环；温度传感器置于冷水流动层，实时监控温度，保证冷水流动层温度与人体舒适温度相近；当需要制热时，通过控制元件改变电流方向，热量进入铜制换热器使冷水升温，热水经循环将热量均匀输送到人体皮肤表面。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
能源成本低，制冷量足够，舒适性、便携性、可靠性俱佳。
1.采用热电制冷技术，并运用对称式设计，相比直接使用压缩机制冷、吸收式制冷、喷雾制冷等传统制冷元件，该热电制冷模块具有更高制冷效率、更少冷量损失和快速制冷的优点。
2.与传统供电方式相比，利用光伏发电技术进行供电的方式，具有零排放、长寿命、可靠性高、易于操作、停电保障、资源广泛等优点。且与移动电源配合，不受环境与场地的限制，闲置时可置于阳光下储能，使得制冷衣既能保证充足的制冷量，又能降低能源成本，达到节能减排的目的。
3.冷水流动层由一块导热系数大的材料和一块导热系数小的导热材料组成，两块材料通过热压工艺贴合成带有多个方块阵列的流动层，方块周围形成水路，导热系数大的材料一侧贴合人体表面，导热系数小的材料一侧朝向外部环境，与人体贴合度高，且冷量分布均匀，冷量利用最大化，舒适性好。
4.热电制冷芯片和光伏发电模块无机械运动部件，且接触面少，不需要经常性的维护和保养，可靠性很高。
5.热电制冷模块体积小，光伏发电板柔性好，冷水流动层重量轻，人体穿着负担小。且管路利用气动接头连接，可拆卸，方便清洗，便于携带。
6.在结构设计上，两个半导体制冷片置于铜制换热器两侧面，冷面与之紧贴，热面与两个热管散热器紧贴，且在紧贴处均涂抹导热硅膏；铜制换热器四周填充保温材料，同时两个热管散热器通过螺栓连接固定，整体呈对称式分布，使冷量的损失达到最低。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为图1中所示制冷装置的主视图。
图3为图1中所示制冷装置的左视图。
图4为图1中所示制冷装置的俯视图。
1、制冷衣本体 2、拉链 3、冷水流动层
4、方块阵列 5、流动水路 6、软管
7、软管一 8、软管二 9、水泵
10、直流移动电源 11、导线 12、柔性光伏发电板
13、稳压器 14、铜制换热器 15、半导体制冷片
16、风扇 17、热管散热器 18、固定支架
19、固定螺栓 20、换热器出水口 21、换热器进水口
22、制冷装置 23、温度传感器 24、控制元件
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明。
如图1-图4所示，本实用新型包括：制冷衣本体1，拉链2置于其上。在制冷衣背部贴有柔性光伏发电板12，通过稳压器13和导线11与直流移动电源10相连，在经过控制元件24后为制冷装置22供电。制冷装置22与水泵9相连，冷水通过换热器出水口20，流经含有温度传感器23的软管一7进入冷水流动层3。其中冷水流动层3由方块阵列4和流动水路5组成，多个冷水流动层3之间通过软管6相连，软管二8连接冷水流动层3出口和换热器进水口21。制冷装置22包括铜制换热器14、半导体制冷片15、风扇16、热管散热器17、固定支架18和固定螺栓19。以铜制换热器14为中心，两侧均以硅膏紧贴半导体制冷片15冷面，两半导体制冷片15热面同样紧贴热管散热器17，风扇16贴于热管散热器17外侧，整体通过固定支架18和固定螺栓19固定，呈对称式分布。
其工作原理为：柔性光伏发电板12将太阳能转化为电能并通过稳压器13流经导线11输送到直流移动电源10；直流移动电源10为热电制冷模块供电，通过导线将电流输送到半导体制冷片15使之产生冷量和热量，热量通过热管散热器17进行散热，冷量进入铜制换热器14使水降温，冷水通过换热器出水口20，再经水泵9进入冷水流动层3，使冷量均匀输送到人体皮肤表面后通过换热器进水口21进行循环；温度传感器23置于冷水流动层3，实时监控温度，保证冷水流动层3温度与人体舒适温度相近；当需要制热时，通过控制元件24改变电流方向，热量进入铜制换热器14使冷水升温，热水经循环将热量均匀输送到人体皮肤表面。
本实用新型“光伏型热电式制冷衣”主要工作模式为制冷模式，在需要时也可调节为制热模式。下面就两种工作模式作详细的流程介绍。
制冷模式：制冷时，使用者将制冷衣本体1穿戴在身上，光伏发电板12和制冷装置22都连接直流移动电源10，光伏发电板12将太阳能转化为电能，为直流移动电源10提供能量，通过开启控制元件24启动制冷装置22内的半导体制冷片15和热管散热器17，以及水泵9，紧贴铜制换热器14壁面的半导体制冷片15冷端产冷并通过冷水传递到冷水流动层3进而传到人体表面，紧贴热管散热器17的半导体制冷片15热端产热并通过热管散热器17和风扇16达到快速散热的目的。当温度传感器23测得冷水流动层3中的水降低到预设温度时，控制元件24控制制冷装置22和水泵9同时停止，而当温度传感器23测得冷水流动层3中的水升高到预设温度时，该控制元件24控制制冷装置22和水泵9再次启动。
制热模式：制热时，使用者将制冷衣本体1穿戴在身上，光伏发电板12和制冷装置22都连接直流移动电源10，光伏发电板12将太阳能转化为电能，为直流移动电源10提供能量，通过控制元件24反向启动制冷装置22内的半导体制冷片15和热管散热器17，以及水泵9，紧贴铜制换热器14壁面的半导体制冷片15热端产热并通过水传递到冷水流动层3进而传到人体表面，紧贴热管散热器17的半导体制冷片15冷端产冷并通过热管散热器17和风扇16达到快速排冷的目的。当温度传感器23测得冷水流动层3中的水升高到预设温度时，控制元件24控制制冷装置22和水泵9同时停止，而当温度传感器23测得冷水流动层3中的水降低到预设温度时，该控制元件24控制制冷装置22和水泵9再次启动。
Claims (6)
1.一种光伏型热电式制冷衣，其结构由冷水流动层、热电制冷模块、光伏发电模块、直流移动电源、控制元件及制冷衣本体组成；所述冷水流动层缝合于制冷衣内侧面，冷水流动层包括扁平状水路及冷水，扁平状水路由双层导热材料热压而成，在其上形成由冷水流动水路包围的方块阵列，冷水流动层通过软管连接形成串联水路，以水泵驱动冷水循环，其进水口为热电制冷模块的出水口，其出水口为热电制冷模块的进水口；所述热电制冷模块包括半导体制冷片、铜制换热器、热管散热器，以铜制换热器为中心，两侧均以硅膏紧贴半导体制冷片冷面，两制冷片热面同样紧贴热管散热器，风扇置于热管散热器两侧，整体形成对称式分布；所述光伏发电模块包括柔性光伏发电板和稳压器，为直流移动电源供电，进而通过控制元件实现温度的控制、制冷制热功能的转换。
2.根据权利要求1所述的一种光伏型热电式制冷衣，其特征是，所述冷水流动层分别缝合于制冷衣内侧面背部、左胸部、右胸部，并通过软管串联形成串联水路，串联水路的两端分别与热电制冷模块的出水口和进水口连通，每个冷水流动层由一块导热系数大的材料和一块导热系数小的导热材料组成，两块材料通过热压工艺贴合成带有多个方块阵列的流动层，方块周围形成水路，导热系数大的材料一侧贴合人体表面，导热系数小的材料一侧朝向外部环境；热电制冷模块的出水口通过软管一连通冷水流动层的进水口，热电制冷模块的进水口通过软管二连通冷水流动层的出水口。
3.根据权利要求1所述的一种光伏型热电式制冷衣，其特征是，所述热电制冷模块包括半导体制冷片、铜制换热器、热管散热器、导线；两个半导体制冷片置于铜制换热器两侧面，冷面与之紧贴，热面与两个热管散热器紧贴，且在紧贴处均涂抹导热硅膏；铜制换热器四周填充保温材料减少冷量流失，同时两个热管散热器通过螺栓连接固定使整体呈对称式分布。
4.根据权利要求1所述的一种光伏型热电式制冷衣，其特征是，所述光伏发电模块缝合于制冷衣背部外侧，包括柔性光伏发电板、导线、稳压器，为直流移动电源补充电能。
5.根据权利要求1所述的一种光伏型热电式制冷衣，其特征是，所述直流移动电源，直接输出低压直流电，驱动热电制冷模块工作；所述控制元件将根据冷水流动层温度与人体舒适温度的差值来调节热电制冷模块中半导体制冷片的供电电流大小。
6.根据权利要求1所述的一种光伏型热电式制冷衣，其特征是，柔性光伏发电板(12)将太阳能转化为电能并通过稳压器(13)流经导线(11)输送到直流移动电源(10)；直流移动电源(10)为热电制冷模块供电，导线将电流输送到半导体制冷片(15)使之产生冷量和热量，热量通过热管散热器(17)进行散热，冷量进入铜制换热器(14)使水降温，冷水通过换热器出水口(20)，再经水泵(9)进入冷水流动层(3)，使冷量均匀输送到人体皮肤表面后通过换热器进水口(21)进行循环；温度传感器(23)置于冷水流动层(3)，实时监控温度，保证冷水流动层(3)温度与人体舒适温度相近；当需要制热时，通过控制元件(24)改变电流方向，热量进入铜制换热器(14)使冷水升温，热水经循环将热量均匀输送到人体皮肤表面。
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Cited By (1)
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| CN119498576A (zh) * | 2024-09-30 | 2025-02-25 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于流-热拓扑优化的快速组装式液冷迷彩服 |
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2023
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| GR01 | Patent grant | ||
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