一种基于热电材料Peltier效应的智能空调服

一种基于热电材料peltier效应的智能空调服
技术领域
1.本发明属于功能性服装技术领域，具体涉及的是一种基于热电材料peltier效应的智能空调服。


背景技术：

2.随着社会的发展，人类在工作和生活中对小范围、可移动制冷技术的需求越来越多，例如：建筑工人需要在高温环境下持续工作较长时间，医护人员穿着的防护服内部长时间不能及时散热，消防员在火灾救援中常常面临高温炙烤的环境。当散热受到抑制，这些作业人员将出现不同的热应激反应，可能影响操作过程，甚至带来不同程度的危险。
3.近年来，空调服逐渐进入人们的视野，如专利“一种空调服”（公告号：cn213992510u），主要通过风扇促进小空间内气流循环，这种空调服的制冷模块还存在体积较大、散热不均、制冷效果不明显，安全隐患等弊端，使用范围具有一定的局限，除此之外其便携性、节能性、舒适性以及外观等方面都还有很大的改善空间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决现有技术中空调服便携性差、制冷效果不明显、使用体验感差的技术问题，提供了一种基于热电材料peltier效应的智能空调服，将半导体的peltier效应结合水雾制冷应用到空调服制冷，实现小空间内制冷的高效性和稳定性。本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于热电材料peltier效应的智能空调服，它包括服装本体、冷风导向通道和制冷模块，服装本体采用隔热性能良好的涤纶类材质，并在服装本体上配合隔热涂层，制冷模块设置于服装本体的背部，服装本体的前襟、后背以及腋下、袖子位置处设置相互连通的冷风导向通道，若干温度传感器根据需要分布于服装本体中，其中：所述服装本体背侧的下部分别设置总进风口和总出风口，总进风口设置于总出风口的两侧，总进风口通过管道与制冷模块的进风口连通，制冷模块的出风口与冷风导向通道的进风口连通，冷风导向通道释放出的冷风换热后经服装本体的袖口、领口或者总出风口排出服装本体的外部；所述制冷模块包括壳体、风机、制冷半导体模块和液体雾化模块，壳体设置于服装本体的背侧，风机设置于壳体背侧的侧壁上，液体雾化模块设置于壳体中，制冷半导体模块设置于壳体前侧的端面位置处，所述制冷半导体模块包括口字形框体，框体的端面上设置排风筛网；所述液体雾化模块包括中空横梁、回流槽、储水槽和汲水管，横跨所述壳体的顶面设置中空横梁，中空横梁下部的侧壁上分布若干斜切口，通过仿真模拟分析切口数量及倾斜的角度变化，发现斜切口数量及倾斜角度的调整可以产生虹吸效果，进而影响汲水管的汲水能力；所述壳体的底部位于制冷半导体模块的下方设置回流槽，排风筛网上的冷凝水收集于回流槽中，回流槽的下方设置储水槽，回流槽的底面上设置与储水槽连通的通槽；所
述中空横梁与储水槽之间通过汲水管连通，汲水管中设置汲水棉芯，汲水棉芯利用毛细作用，与气流作用下的虹吸效应协作提高汲储水槽中的冷凝水由汲水管回流至中空横梁中，中空横梁的下方与回流槽之间设置水雾网面，风机将水雾网面上附着的水以水雾的形式吹向制冷半导体模块，制冷半导体模块对水雾制冷后吹入冷风导向通道中。
5.进一步地，所述温度传感器的信号输出端通过信号线与plc控制器的信号输入端电连接，plc控制器的信号输出端分别与制冷半导体模块和风机电连接，制冷半导体模块与风机作为plc控制器的被控元件，根据需要分别调控制冷半导体模块的制冷效果以及风机的转速。
6.进一步地，各电气元件相互衔接、配合，制冷模块和风机独立控制或者协同工作，协同工作条件下，风机优先运行，促进空调服内部水循环，更好地实现雾化网面，随后制冷模块运行，实现同级不同步的控制方式。进一步地，为了使得制冷半导体模块尽可能地发挥理论最大效率，需要对器件结构进行优化设计，所述制冷半导体模块包括电极、电绝缘基板和热电材料层，电极、电绝缘基板和热电材料层均设置为框体结构，电绝缘基板设置于制冷半导体模块的两侧端面位置处，两电绝缘基板的内侧面上分别设置电极，通过锡焊技术或热压烧结的方式将热电材料层以夹层式结构与电极串联而成。
7.进一步地，所述电极的材质为cu、ni或者fe；所述电绝缘基板的材质为氧化铝陶瓷片；所述热电材料层包括p型热电材料层和n型热电材料层，p型热电材料层和n型热电材料层间隔布置；所述p型热电材料层的材质为bi
0.5
sb
1.5
te3，所述n型热电材料层的材质为mg
3.2
bi
1.498
sb
0.5
te
0.002
。
8.进一步地，所述斜切口的数目为6~10个，斜切口与气流间的顺时针倾斜夹角为0~30
°
，由于气流的作用，在斜切口处形成压力差，进而实现虹吸。本发明以虹吸效应为主，汲水棉芯产生的毛细效应用于配合提高水从低处向高处运动能力，另外虹吸效应能够促进水在中空横梁中更均匀的分布，保证水雾网面的充盈。
9.与现有技术相比本发明的有益效果为：1、本发明调整空调服内部气流分布方式：气流通过与总出风口相连接的导向风管引流（一级出风口处风管为柔软雨布材质），根据制冷需求实现定向引流的目的；在导向风管后设置分散式细风管网（二级风管网为中等透气性布料材质），在风管网一侧设置有贴片结构，可调整风管网的位置，实现气流分布的自由调控；2、本发明基于热电半导体的peltier效应制成的器件作为特种冷源，其应用具有体积小、无噪声、无排放、稳定性高等独特优势。因此，本发明将以热电制冷器作为空调服的制冷源。成本、效率、舒适性、便携性等方面优势明显，将其与服装结合，进行结构集成化，控制智能化，是一种新型智能空调服；3、本发明由于是直接对半导体进行控制，可以极大程度上减少对其他活动部件的依赖。其次，在制冷模块中引入液体雾化模块，应用虹吸效应取代传统水泵的作用，实现液体从低处向高处流动，实现液体雾化制冷；4、人体空调服采用模块化、智能化构造方式构成自动控制系统，可以根据不同情况对温度的需求进行相应的调整，使用的范围更加广泛。
10.综上所述，本发明通过内部通风结构的设计，改善风循环效果，搭配专属的制冷模块，实现有效的制冷的目的。本发明中的制冷模块采用制冷、水雾、气流三位一体的设计，通
过将热电材料的peltier效应实现的制冷效果作为基础，配合内侧虹吸效应实现的水雾网面，气流流动形成水雾，在热电材料的制冷作用下，实现气流的有效制冷目的，同时气流与水雾配合，实现较好的制冷效果。
附图说明
11.图1为本发明主视透视结构意图；图2为本发明后视透视结构意图；图3为本发明后视结构意图；图4为制冷模块侧视剖视结构示意图；图5为制冷半导体模块的主视结构示意图；图6为本发明气流循环流程示意图。
12.图中，1为服装本体，2为冷风导向通道，3为总进风口，4为总出风口，5为温度传感器，6为制冷模块，7为制冷半导体模块，8为排风筛网，9为回流槽，10为储水槽，11为汲水管，12为中空横梁，13为壳体，14为水雾网面，15为风机。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
14.如图1至图6所示的一种基于热电材料peltier效应的智能空调服，它包括服装本体1、冷风导向通道2和制冷模块6，制冷模块6设置于服装本体1的背部，服装本体1的前襟、后背以及腋下、袖子位置处设置相互连通的冷风导向通道2，若干温度传感器5根据需要分布于服装本体1中，其中：所述服装本体1背侧的下部分别设置总进风口3和总出风口4，总进风口3设置于总出风口4的两侧，总进风口3通过管道与制冷模块6的进风口连通，制冷模块6的出风口与冷风导向通道2的进风口连通，冷风导向通道2释放出的冷风换热后经服装本体1的袖口、领口或者总出风口4排出服装本体1的外部；所述制冷模块6包括壳体13、风机15、制冷半导体模块7和液体雾化模块，壳体13设置于服装本体1的背侧，风机15设置于壳体13背侧的侧壁上，液体雾化模块设置于壳体13中，制冷半导体模块7设置于壳体13前侧的端面位置处，所述制冷半导体模块7包括口字形框体，框体的端面上设置排风筛网8；所述液体雾化模块包括中空横梁12、回流槽9、储水槽10和汲水管11，横跨所述壳体13的顶面设置中空横梁12，中空横梁12下部的侧壁上分布若干斜切口，斜切口的数目为6~10个，斜切口与气流间的顺时针倾斜夹角为0~30
°
；所述壳体13的底部位于制冷半导体模块7的下方设置回流槽9，排风筛网8上的冷凝水收集于回流槽9中，回流槽9的下方设置储水槽10，回流槽9的底面上设置与储水槽10连通的通槽；所述中空横梁12与储水槽10之间通过汲水管11连通，汲水管11中设置汲水棉芯，储水槽10中的冷凝水由汲水管11回流至中空横梁12中，中空横梁12的下方与回流槽9之间设置水雾网面14，风机15将水雾网面14上附着的水以水雾的形式吹向制冷半导体模块7，制冷半导体模块7对水雾制冷后吹入冷风导向通道2中。
15.为了能让制冷效果表现更好，采取排风筛网8作为制冷模块6的出风口，该出风口
的设计配合回流槽9、储水槽10和水雾网面14结构，使其在协同工作条件下的实现较好制冷效果。
16.进一步地，所述温度传感器5的信号输出端通过信号线与plc控制器的信号输入端电连接，plc控制器的信号输出端分别与制冷半导体模块7和风机15电连接，制冷半导体模块7与风机15作为plc控制器的被控元件，采用同级不同步的控制方式，根据需要分别调控制冷半导体模块7的制冷效果以及风机15的转速。
17.选取单片机作为控制模块，实现对信息的采集、处理及反馈控制。智能控制模块中信息采集点的设定，通过多点温度传感器分布监控温度变化情况，测试不同部位的温度变化，通过数据的采集处理进行温度调控。
18.在控制中加入负反馈调节过程，即通过温度的变化情况自动调节电机及半导体的工作状态，保持空间内温度的稳定。
19.进一步地，所述制冷模块和风机独立控制或者协同工作；协同工作条件下，风机优先运行，然后制冷模块运行。
20.进一步地，所述制冷半导体模块包括电极、电绝缘基板和热电材料层，所述电极的材质为cu、ni或者fe，所述电绝缘基板的材质为氧化铝陶瓷片，所述热电材料层包括p型热电材料层和n型热电材料层，p型热电材料层和n型热电材料层间隔布置；所述p型热电材料层的材质为bi
0.5
sb
1.5
te3，所述n型热电材料层的材质为mg
3.2
bi
1.498
sb
0.5
te
0.002
。电极、电绝缘基板和热电材料层均设置为框体结构，电绝缘基板设置于制冷半导体模块的两侧端面位置处，两侧电绝缘基板的内侧面上分别设置电极，热电材料层以夹层式结构与电极串联而成。
21.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。