專利名稱：基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的人體降溫空調(diào)服的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能服裝領(lǐng)域，特別涉及一種基于編織到衣、褲、帽、鞋等服裝上的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的人體降溫空調(diào)服，可對人體局部皮膚表面進(jìn)行強化散熱，從而高效地調(diào)節(jié)人體體表溫度及汗液蒸發(fā)速度。
背景技術(shù)：
人體處于較熱的環(huán)境時，為了維持熱平衡，一般需要通過增加出汗來加大排熱。然而，若環(huán)境過熱，人體的出汗機能并不足以維持人體的熱平衡時，體溫會逐漸上升。如果此時空氣中相對濕度很高，汗液難以蒸發(fā)，人就會感到悶熱不適，極易發(fā)生中暑，尤其是露天作業(yè)下的勞動者和體弱多病者，更是如此。對于從事高溫作業(yè)(例如執(zhí)勤的警察、交警)、野外作業(yè)(例如地質(zhì)勘測、軍人)的人群，甚至對于旅游和觀看比賽等，預(yù)防中暑尤為重要。近年受全球氣候變暖氣溫明顯升高的影響，中暑已成為一種威脅人體健康的因素。
現(xiàn)有的在室內(nèi)降溫防暑的設(shè)施比較多，比如通過各種風(fēng)扇和空調(diào)器進(jìn)行。但對于室外活動，這些裝置一般都很難發(fā)揮作用。因此尋求切實可行的衣物類降溫措施一直是國內(nèi)外研究者競相追求的目標(biāo)。我們知道，人體散熱的途徑不外乎四類傳導(dǎo)、對流、輻射和蒸發(fā)等。因此，在高溫環(huán)境下，能夠改善上述因素之一的途徑均可能用于發(fā)展新的降溫空調(diào)服。比如，已有的一種專利技術(shù)是在管道中充水并利用一定動力使之流動來降溫(馬錫洪，專利降溫升溫服裝行李做墊，公開號CN86101745A)，但這種方法耗能高，衣服重量大，穿著不方便。專利CN87101081.X(于志偉，專利冷氣服裝，公開號CN87101081.X)還提到加水霧化送往體表，利用其蒸發(fā)降溫的方法，但舒適性缺乏保證。此外，也有利用相變吸熱對人體進(jìn)行降溫的衣服、頭巾和圍巾，在國外已經(jīng)有商品出售。但這些方法同樣存在一定問題。
高溫環(huán)境下，人體皮膚表面若僅靠自然對流和蒸發(fā)，則散熱效果有效。因此，一種可能的途徑是需要在衣服內(nèi)引入風(fēng)扇來增強換熱。但目前的風(fēng)扇體積較大，不易封裝到衣服內(nèi)，且衣服常常需加以特殊設(shè)計如設(shè)置一定密閉空間，以適應(yīng)風(fēng)扇驅(qū)動的風(fēng)流能加速皮膚表面的熱量散失，顯然，體積較大的風(fēng)扇會使得由此制成的服裝顯得笨拙。為實現(xiàn)真正舒適性的人體降溫空調(diào)服，本發(fā)明旨在借助于當(dāng)前的一些先進(jìn)微系統(tǒng)技術(shù)，提供一種突破傳統(tǒng)概念的微風(fēng)扇驅(qū)動型空調(diào)服。這里，所采用的風(fēng)扇與以往的認(rèn)識不同，系體積及尺寸均遠(yuǎn)遠(yuǎn)得到縮小的微/納米級風(fēng)扇及其陣列，這些風(fēng)扇易于編織到衣服內(nèi)，從而可對所觸及的皮膚表面進(jìn)行強化換熱，促進(jìn)該處氣流的受迫對流及汗液蒸發(fā)，大量由此集成的風(fēng)扇陣列工作時，即可完成對身體特定部位皮膚表面的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于這些微/納米級風(fēng)扇體積小，耗能低，重量輕，人體穿著后無明顯不適，衣服的使用與常規(guī)情況沒有差別，由此即可實現(xiàn)比較適體的空調(diào)衣服。
如前所述，前期已有的散熱方法尚不能有效地解決局部皮膚的強化散熱難題。本發(fā)明從新的技術(shù)途徑出發(fā)，提供了一種基于尺寸在毫、微米甚至納米級的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來促進(jìn)局部體表的對流散熱及汗液蒸發(fā)，這是一種新概念型同時又不影響穿著舒適性和蒸發(fā)散熱透氣性的防暑降溫服裝，它所基于的是建立在微機電系統(tǒng)基礎(chǔ)上的微/納米風(fēng)扇制造及其組裝技術(shù)。該技術(shù)的建立擴(kuò)展了當(dāng)前服裝的防暑降溫措施，同時，這種編織有微/納米風(fēng)扇陣列的服裝也是對傳統(tǒng)服裝形式及用途的一個突破，首次提出了微/納米風(fēng)扇服裝的概念。
本發(fā)明所提供的防暑降溫服裝可根據(jù)需要制成上衣、袖套、褲子、鞋幫及帽沿以及款式多樣的人體防暑降溫服裝，從而用于胸部、后背、手碗、腳、脖、腰等部位，彌補了傳統(tǒng)衣服基本上無局部強化氣體對流散熱的缺陷，而且，由微風(fēng)扇陣列還可組裝出豐富多彩的裝飾圖案，這種服裝或其組件可在廣泛的人群中找到用戶，是一種適用面較廣的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于微/納米級風(fēng)扇陣列來增強皮表散熱的空調(diào)服裝，可根據(jù)需要制成上衣、褲子以及款式多樣的防暑降溫服，彌補了傳統(tǒng)衣服基本上無局部強化氣體對流散熱功能的缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，包括一微型風(fēng)扇陣列；所述微型風(fēng)扇陣列由編織到衣物內(nèi)的至少一個微小型風(fēng)扇1組成；所述微小型風(fēng)扇陣列中的微小型風(fēng)扇1以并連方式通過編織在衣物內(nèi)的電路連線3與一外接微電源2連通；所述微電源2的電壓在3-12V，即使發(fā)生漏電，也不會對人體造成損傷；所述電路連線3與所述微電源2之間的電路連線上設(shè)有用于控制微小型風(fēng)扇1開啟或關(guān)斷的開關(guān)4。
所述微小型風(fēng)扇1為1至1000枚，并組成各種圖案排布的微型風(fēng)扇陣列。
所述衣物的衣料為毛料、棉布、麻、滌淪或具有防熱輻射性能和吸濕性能的材質(zhì)。
所述連接導(dǎo)線3為金絲、銅絲、鋁絲、碳絲或銀絲材質(zhì)制成的導(dǎo)線，導(dǎo)線外涂有無毒的絕緣漆或采用裸露結(jié)構(gòu)。
所述微電源2的體積在1mm3到10cm3之間，為緊湊型鋰電池、半導(dǎo)體溫差電池或太陽能電池；其數(shù)量為1至100枚，其體積在1mm3到10cm3之間，可從市場上直接購置到；制作本發(fā)明的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服時，可預(yù)先制作出微小型風(fēng)扇陣列中的各微小型風(fēng)扇，可從市場購買，也可參照成熟的微加工方法制作；其次，在選用的衣物衣料上裁出系列通孔，用于安置每一微小型風(fēng)扇，通孔外壁設(shè)置有多個小的針孔，便于針線在此處編織，從而可將微小型風(fēng)扇牢固地縫制到周圍的衣料中。一般情況下，通孔周圍應(yīng)采用縫紉機緊密扦邊，以確保該處不致散邊，現(xiàn)有的縫紉技術(shù)足以實現(xiàn)該要求。再將每一枚微小型風(fēng)扇的連接導(dǎo)線引出，并將其外接到已預(yù)先縫制在衣物內(nèi)的縱橫交錯的電路導(dǎo)線上，即構(gòu)成一個電源輸出結(jié)點；由于是并聯(lián)，不同風(fēng)扇之間的轉(zhuǎn)動不互相影響。一旦開啟電源，即可驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，完成相應(yīng)的強化散熱功能。若有特殊要求，也可將風(fēng)扇作得極小，這樣，人體并不會有異物感，且由于借助于微小型風(fēng)扇的熱量輸運，體表則會有明顯的舒適感。
本發(fā)明首次提出了對人體微小局部體表實施熱量輸運的概念，為便于防暑降溫服的清洗和拆卸，風(fēng)扇的固定方式還可采用編織之外的方式，如在衣服及風(fēng)扇上預(yù)先縫制出相應(yīng)的鈕扣，且鈕扣與編織于衣服中的電路連線相通，這樣，在使用時，只需直接將微小型風(fēng)扇通過紐扣與衣物連接即可。于是，根據(jù)環(huán)境溫度的不同，可改變微小型風(fēng)扇電壓的大小，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速及熱量輸運能力。這種鈕扣風(fēng)扇也是一種概念新穎的微型器件。
當(dāng)然，由本發(fā)明的核心思想出發(fā)，還可拓展出功能更多的防暑降溫服。比如，布料可選用市面上已有的防熱輻射性能及吸濕性均比較好的材料，從而還可對陽光有很好的反射作用，這樣本發(fā)明的性能會進(jìn)一步提高。目前很多材料都能滿足這一要求，主要的缺陷是透氣性很差，不利于蒸發(fā)散熱。采用本發(fā)明提供的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的人體降溫空調(diào)服可以有效地解決這一矛盾。此外，為適應(yīng)廣大人群對美觀的要求，縫制于衣物上的微小風(fēng)扇的陣列排布可根據(jù)需要設(shè)計成各式各樣的圖案。例如年輕人可以設(shè)計成富有青春氣息的圖案，兒童則可以設(shè)計成拼音字母等圖形。另外，最里層的襯里采用吸濕性比較好的棉、麻織物制成有利于吸汗，不影響人體的舒適感。
本發(fā)明提供的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服具有很多優(yōu)點首先，由于該服裝借助于局部的微小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來驅(qū)動熱量，因而以一種相對簡便的方式促成了人體皮膚表面的蒸發(fā)及對空氣的傳熱，因而有效地避免了汗液的粘附，顯著增強了散熱效果。由于風(fēng)扇體積極小，重量輕，因而與以往采用的大風(fēng)扇驅(qū)動相比，人體沒有不適感，而且，這種推進(jìn)到局部的熱量輸運方式使降溫更直接，效率更高；也因如此，可拓展到人體幾乎所有部位的強化散熱上，而大體積的風(fēng)扇在許多部位如頭部、腹部、下肢等很難作到這一點。所以，微/納米風(fēng)扇技術(shù)的引入使得任意部位的強化冷卻更加隨意而方便，由這一觀念出發(fā)，有可能推動更多新的人體空調(diào)技術(shù)的產(chǎn)生。
綜上所述，本發(fā)明所實現(xiàn)的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很高的性能價格比。解決了現(xiàn)有服裝透氣性及排汗功能較差的弱點。本發(fā)明的核心在于首次引入了微/納米風(fēng)扇的技術(shù)路線，從而實現(xiàn)了對人體局部體表熱量的強化對流及蒸發(fā)散熱，達(dá)到了防暑降溫的目的。本發(fā)明的涉及的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服不僅僅局限于上衣，也可以單獨或者同時應(yīng)用到褲子、內(nèi)衣、外衣甚至是腰帶、帽子、鞋等其他用品。不過為簡單起見，如下僅以普通布料制成的背心為例闡述本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明提供的一種基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的人體降溫空調(diào)服的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步描述本發(fā)明附圖1是本發(fā)明提供的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服的結(jié)構(gòu)示意圖，也是本發(fā)明的一個實施圖，其A-A剖面圖由圖2所示。由圖可知，本發(fā)明的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，包括一微型風(fēng)扇陣列；所述微型風(fēng)扇陣列由編織到衣物內(nèi)的至少一個微小型風(fēng)扇1組成；所述微小型風(fēng)扇陣列中的微小型風(fēng)扇1以并連方式通過編織在衣物內(nèi)的電路連線3與一外接微電源2連通；所述微電源2的電壓在3-12V，即使發(fā)生漏電，也不會對人體造成損傷；所述電路連線3與所述微電源2之間的電路連線上設(shè)有用于控制微小型風(fēng)扇1開啟或關(guān)斷的開關(guān)4。
所述微小型風(fēng)扇1為1至1000枚，并組成各種圖案排布的微型風(fēng)扇陣列。
所述衣物的衣料為毛料、棉布、麻、滌淪或具有防熱輻射性能和吸濕性能的材質(zhì)的衣料。
所述連接導(dǎo)線3為金絲、銅絲、鋁絲、碳絲或銀絲材質(zhì)制成的導(dǎo)線，導(dǎo)線外涂有無毒的絕緣漆或采用裸露結(jié)構(gòu)。
所述微電源2的體積在1mm3到10cm3之間，為緊湊型鋰電池、半導(dǎo)體溫差電池或太陽能電池；其數(shù)量為1至100枚，其體積在1mm3到10cm3之間，可從市場上直接購置到。
可根據(jù)需要制成上衣、褲子以及款式多樣的服裝，且結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，彌補了傳統(tǒng)衣服基本無強化散熱元件的缺陷。如下僅以上衣背心為例說明說明本裝置的加工步驟，其余的如褲子、帽子、鞋等裝置與此類同，只需保證適體即可，在此不一而足。
具體制作方式如下1.微/納米風(fēng)扇1的加工由于風(fēng)扇是一種常規(guī)裝置，若尺寸要求不大時(厘米以上)，可直接在市場上購買到，如電腦散熱芯片上所用的最小風(fēng)扇。若要求尺寸較小時，可采用微/納米加工方法制作，此方面將常規(guī)的風(fēng)扇制造過程擴(kuò)展到微型加工領(lǐng)域即可，當(dāng)前的技術(shù)能保證該過程的實施。總體上，本發(fā)明提供的防暑降溫空調(diào)服所用的風(fēng)扇尺寸可有多種選擇，如每一枚風(fēng)扇的整體體積可在1mm3到1cm3范圍之間，其內(nèi)部零件尺寸甚至可在納米量級，但也不限于此，可大可??；而風(fēng)扇管道1的內(nèi)徑可在數(shù)百納米到數(shù)毫米量級，因而可在需要時對人體體表極微小區(qū)域靈活地實施強化散熱，達(dá)到對人體無微不至的呵護(hù)。所采用風(fēng)扇數(shù)目可在1到1000枚之間，按陣列方式編織在衣物內(nèi)；特殊要求下，可將風(fēng)扇作得極小，這樣，人體并不會有異物感，但由于借助于微/納米級風(fēng)扇對皮表的直接熱量輸運，人體會有明顯的舒適感。
2.衣服布料5的制作及連接導(dǎo)線3的封裝取一定量布料，按標(biāo)準(zhǔn)衣服加工步驟，裁剪和縫制出相應(yīng)形狀的衣服結(jié)構(gòu)(見附圖1)。之后，將連接導(dǎo)線3按一定的縱橫交錯結(jié)構(gòu)編織到衣物中，構(gòu)成衣服的一部分。當(dāng)然，此導(dǎo)線在布料加工過程中就可提前進(jìn)行，比如采用目前防靜電衣服的制作方法，在制造布料時，將相應(yīng)的金屬絲交錯布置到普通布料中即可，此制作采用有編程控制的縫紉設(shè)備不難作到。所述電路連線3可由金、銅、鋁、碳等制成，也可采用由銀絲等具有殺菌功能的導(dǎo)線制成；一般情況下，導(dǎo)線可外涂無毒的絕緣漆，也可采用裸露結(jié)構(gòu)，這是因為電源電壓較低，在安全范圍之下。所述布料5可為普通或特種材料，如毛料、棉布、麻、滌淪等，以及更多材料，無特殊限制。
3.微小風(fēng)扇與衣物的連接和固定在衣服上不同部位裁出系列通孔(見附圖1，附圖2)，用于安置每一微小風(fēng)扇1，微小風(fēng)扇1外壁設(shè)置有多個小的針孔(見附圖2)，便于針線在此處編織，從而可將風(fēng)扇牢固地縫制到周圍的布料中(見附圖2)。一般情況下，通孔周圍應(yīng)采用縫紉機緊密扦邊，以確保該處結(jié)構(gòu)不致散邊，現(xiàn)有的縫紉技術(shù)足以實現(xiàn)該要求。這里，每一微小風(fēng)扇均由連接導(dǎo)線引出，將其連接到已預(yù)先縫制在衣物內(nèi)的縱橫交錯的電路3上，即構(gòu)成一個電源輸出結(jié)點(見附圖1)。一旦開啟電源2，即可驅(qū)動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，完成相應(yīng)的強化散熱功能。根據(jù)需要，可將許多風(fēng)扇編制固定到衣物的各個部位，形成特定圖案(見附圖1)。為便于防暑降溫服的清洗和拆卸，風(fēng)扇的固定方式還可采用編織之外的結(jié)構(gòu)，如在衣服及風(fēng)扇上預(yù)先縫制出相應(yīng)的鈕扣，且鈕扣與編織于衣服中的電路連線相通，這樣，在使用時，直接將風(fēng)扇通過紐扣與衣物連接即可。根據(jù)環(huán)境溫度的不同，可改變風(fēng)扇電壓的大小，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)速及熱量輸運能力。
4.微電源2及開關(guān)4的布置及固定方式。本發(fā)明中，所述微電源2可為1枚總體體積在1mm3到10cm3的電源，其可從市場上直接購置到如緊湊性鋰電池或其他化學(xué)電池甚至是半導(dǎo)體溫差電池、太陽能電池等。微電源2數(shù)目可在1到上百枚，但不限于此。電源電壓確保在12伏以下(一般為3-12伏)，因此，即使漏電，也不會對人體造成損傷。該電源2可與衣服獨立布置，比如固定在腰帶上，通過電源連線與衣服上的電路總開關(guān)4連接。電源上連有開關(guān)，所述開關(guān)4用于控制風(fēng)扇陣列的開啟和關(guān)閉。該功能也可通過在衣服上的多枚開關(guān)實現(xiàn)，實施對局部的開啟和關(guān)斷。
將電源、風(fēng)扇及導(dǎo)線等實現(xiàn)電連接后，即構(gòu)成帶有局部強化換熱功能的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的人體降溫空調(diào)服。
本發(fā)明的空調(diào)服的使用過程非常簡單，與常規(guī)衣物沒有差別，只是在使用之前，可根據(jù)需要將特定的風(fēng)扇陣列的開關(guān)打開，即可行使高效的防暑降溫功能。需要注意的是本發(fā)明所提供的服裝在清洗前，可先將風(fēng)扇陣列卸下，且清洗時不宜用力過猛，以免損害編織于其中的連接電路。
以上所述的防暑降溫服裝也不僅僅局限于上衣，還可以單獨或者同時應(yīng)用到褲子、內(nèi)衣、外衣甚至是腰帶、帽子、鞋等其他防護(hù)用品。
權(quán)利要求
1.一種基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，其特征在于，包括一微型風(fēng)扇陣列；所述微型風(fēng)扇陣列由編織到衣物內(nèi)的至少一個微小型風(fēng)扇(1)組成；所述微小型風(fēng)扇陣列中的微小型風(fēng)扇(1)以并連方式通過編織在衣物內(nèi)的電路連線(3)與一外接微電源(2)連通；所述微電源(2)的電壓在-12V；每一枚微小型風(fēng)扇(1)的整體體積在1mm3到1cm3范圍之間；所述電路連線(3)與所述微電源(2)之間的電路連線上設(shè)有用于控制微小型風(fēng)扇(1)開啟或關(guān)斷的開關(guān)(4)。
2.按權(quán)利要求1所述的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，其特征在于，所述微小型風(fēng)扇(1)為1至1000枚，并組成有圖案排布的微型風(fēng)扇陣列。
3.按權(quán)利要求1所述的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，其特征在于，所述衣物的衣料為毛料、棉布、麻、滌淪或具有防熱輻射性能和吸濕性能材質(zhì)衣料。
4.按權(quán)利要求1所述的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，其特征在于，所述連接導(dǎo)線(3)為金絲、銅絲、鋁絲、碳絲或銀絲材質(zhì)制成的導(dǎo)線，導(dǎo)線外涂有無毒的絕緣漆或采用裸露結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求1所述的基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，其特征在于，所述微電源2的體積在1mm3到10cm3之間，為緊湊型鋰電池、半導(dǎo)體溫差電池或太陽能電池；其數(shù)量為1至100枚。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于微/納米風(fēng)扇陣列驅(qū)動的防暑降溫空調(diào)服，包括一微型風(fēng)扇陣列；所述微型風(fēng)扇陣列由編織到衣物內(nèi)的至少一個微小型風(fēng)扇組成；微小型風(fēng)扇以并連方式通過編織在衣物內(nèi)的電路連線與一外接微電源連通；微電源的電壓在3－12V；電路連線與微電源之間的電路連線上設(shè)有用于控制微小型風(fēng)扇開啟或關(guān)斷的開關(guān)?？赏ㄟ^電源驅(qū)動風(fēng)扇完成對人體局部體表的強化對流及蒸發(fā)散熱，實現(xiàn)對人體幾乎所有部位的局部溫度的調(diào)節(jié)，且結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，彌補了傳統(tǒng)衣服基本上無局部強化散熱元件的缺陷。在高溫環(huán)境下的防暑降溫領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
文檔編號A41D13/00GK1931044SQ200510102700
公開日2007年3月21日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者劉靜 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所