基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其節(jié)流裝置分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接；微型壓縮機(jī)分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接；蒸發(fā)器還與微型水泵和蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接，微型水泵通過(guò)小型蓄水箱與蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接；鋰離子電池組與控制器連接；節(jié)流裝置采用毛細(xì)管，毛細(xì)管的管徑為0.5‐0.8mm；穿戴組件由多層組成；從內(nèi)到外依次設(shè)置舒適層、透氣層、隔熱層和表面層；蒸發(fā)器采用板式換熱器；水冷系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式采用蜂窩結(jié)構(gòu)，分布呈網(wǎng)狀；冷凝器采用平行流換熱器；小型風(fēng)扇與平行流換熱器平行放置。本實(shí)用新型能夠使得衣服內(nèi)微環(huán)境的溫度維持在使用者設(shè)定的溫度的±1.5℃范圍內(nèi)，為人體提供一個(gè)舒適的衣內(nèi)微環(huán)境。
【專利說(shuō)明】
基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種空調(diào)服，特別是涉及一種基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)月艮，該空調(diào)服參考蜂窩結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)緊湊、輕量化，直接為人體提供一種舒適的微氣候環(huán)境。【背景技術(shù)】
[0002]人體對(duì)溫度是很敏感的，長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作，危險(xiǎn)性隨時(shí)都存在。從國(guó)內(nèi)外大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱環(huán)境的水平影響人們的勞動(dòng)效率，其影響程度隨勞動(dòng)類型、緊張程度的不同而不同。有研究表明，在偏離熱舒適區(qū)域的環(huán)境溫度下從事體力勞動(dòng)，小事故和缺勤現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)率增加，產(chǎn)量下降；當(dāng)環(huán)境有效溫度超過(guò)27°C，需要運(yùn)用神經(jīng)操作、警覺(jué)性和決斷技能的工作，效率會(huì)明顯降低;在熱環(huán)境中暴露時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響工作效率。
[0003]人體為了維持正常的體溫，必須使產(chǎn)熱和散熱保持平衡。人體與外界的熱交換形式包括對(duì)流、輻射和蒸發(fā)。在高溫條件下，僅依靠人體自身的散熱，效果有限，因此，需要借助外界條件給人體散熱，維持產(chǎn)熱與散熱平衡。
[0004]近年來(lái)，針對(duì)在高溫環(huán)境下工作的人們，已經(jīng)開發(fā)了許多種防護(hù)服，如通過(guò)相變材料的相變吸收熱量來(lái)降低溫度，但其相變材料需要定期更換，不能夠重復(fù)使用;還有就是在防護(hù)服上裝上微型風(fēng)扇，通過(guò)風(fēng)扇來(lái)加強(qiáng)衣服內(nèi)空氣流動(dòng)，增強(qiáng)對(duì)流換熱來(lái)降溫，不過(guò)其調(diào)節(jié)能力差，效果不明顯。此外，還有一些制冷技術(shù)用在人體降溫上，如半導(dǎo)體制冷、吸附式制冷等。一般情況下，半導(dǎo)體制冷的C0P值比較低，要獲得足夠的冷量，需要消耗較多的能量， 所以半導(dǎo)體制冷較少用于空調(diào)服。目前，吸收式制冷常用的工質(zhì)對(duì)為溴化鋰-水溶液，但溴化鋰-水溶液對(duì)一般金屬有較強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)系統(tǒng)的壽命有較大的影響，也會(huì)使得系統(tǒng)比較復(fù)雜?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，能夠有效地解決上述背景中人體在高溫環(huán)境下散熱不足、工作效率低下的問(wèn)題，使得衣服內(nèi)微環(huán)境的溫度維持在使用者設(shè)定的溫度的± 1.5°C范圍內(nèi)，為人體提供一個(gè)舒適的衣內(nèi)微環(huán)境。
[0006]本實(shí)用新型使用蒸氣壓縮式制冷有質(zhì)量流量小、冷凝溫度低及C0P高等優(yōu)點(diǎn)，且技術(shù)成熟，其關(guān)鍵零部件如壓縮機(jī)的小型化可滿足穿戴設(shè)備的要求，很適合用于穿戴式空調(diào)月艮。本分嗎蜂窩夾層的蜂窩孔格大小、高矮及其構(gòu)成格子的薄片厚度等決定表板局部屈曲、 孔格壁板屈曲的臨界應(yīng)力及夾層結(jié)構(gòu)的保溫性能。這些尺寸的選擇，能夠保證在承受一定的屈曲載荷的同時(shí)具有一定的保溫性能。同時(shí)，蜂窩結(jié)構(gòu)容易大范圍布置，能夠使得溫度分布均勻。
[0007]本實(shí)用新型目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]—種基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，包括穿戴組件、鋰離子電池組、控制器、微型壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、微型水栗、小型蓄水箱、蜂窩結(jié)構(gòu)管路和小型風(fēng)扇； 節(jié)流裝置分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接;微型壓縮機(jī)分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接;蒸發(fā)器還與微型水栗和蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接，微型水栗通過(guò)小型蓄水箱與蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接;鋰離子電池組與控制器連接；
[0009]所述節(jié)流裝置采用毛細(xì)管，毛細(xì)管的管徑為0.5-0.8mm，毛細(xì)管設(shè)置為螺旋狀，毛細(xì)管的直線長(zhǎng)度為400?500mm;
[0010]所述穿戴組件由多層組成;從內(nèi)到外依次設(shè)置舒適層、透氣層、隔熱層和表面層； [〇〇11]所述蒸發(fā)器采用板式換熱器;節(jié)流裝置接制冷劑入口，制冷劑出口接到微型壓縮機(jī)吸氣口；微型水栗的出水口接板式換熱器的載冷劑入口，載冷劑出口接蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn) P；
[0012]所述水冷系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式采用蜂窩結(jié)構(gòu)，分布呈網(wǎng)狀;所述蜂窩結(jié)構(gòu)管路設(shè)置在透氣層和隔熱層之間；蜂窩結(jié)構(gòu)管路與透氣層和隔熱層膠合;蜂窩結(jié)構(gòu)管路由軟銅管形成一系列六邊形孔格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，軟銅管的管徑為2-4mm;蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口位于蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口的下方，蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口與板式換熱器的載冷劑出口連接，蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口與小型蓄水箱的進(jìn)口連接；
[0013]所述控制器包括按鍵模塊、記憶模塊、溫度傳感器、壓縮機(jī)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、水栗控制模塊、LED顯示模塊和處理器;處理器分別與按鍵模塊、記憶模塊、溫度傳感器、 壓縮機(jī)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、水栗控制模塊和LED顯示模塊連接;按鍵模塊3 -1用于用戶設(shè)定溫度，操作系統(tǒng);壓縮機(jī)控制模塊與微型壓縮機(jī)連接;風(fēng)機(jī)控制模塊與風(fēng)扇連接;水栗控制模塊與微型水栗連接；
[0014]所述冷凝器采用平行流換熱器;小型風(fēng)扇與平行流換熱器平行放置。
[0015]為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的，優(yōu)選地，所述的微型壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、微型水栗、小型蓄水箱與鋰離子電池組安裝在一個(gè)支承框架上，支承框架設(shè)置在穿戴組件的背部上。
[0016]優(yōu)選地，所述的毛細(xì)管的管徑為0.67mm。
[0017]優(yōu)選地，所述的舒適層采用普通的服裝材料;透氣層的材料由在布基上覆蓋聚四氟乙烯制得；隔熱層的材料采用芳綸或芳砜綸混紡水刺非制造布;表面層采用普通的服裝材料。
[0018]優(yōu)選地，所述的軟銅管的管徑為3mm。[〇〇19]優(yōu)選地，所述的蜂窩結(jié)構(gòu)的單個(gè)孔格邊長(zhǎng)為0.5-1.5cm。[〇〇2〇] 優(yōu)選地，所述的控制器采用RY-DB1501或RY-DB1308型控制器，所述微型壓縮機(jī)采用ACXZ14DC型微型制冷壓縮機(jī)。
[0021]優(yōu)選地，所述的平行流換熱器的翅片采用鋸齒形翅片；平行流換熱器采用鋁合金材料制備。[〇〇22]優(yōu)選地，所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服的總重量控制在4kg以下。[〇〇23] 優(yōu)選地，所述按鍵模塊選用QYF - JP0 2型芯片，記憶模塊選用EEPR0M型芯片，壓縮機(jī)控制模塊選用RY-DB1501，風(fēng)機(jī)控制模塊選用YK003型芯片，水栗控制模塊選用LM2596型芯片，LED顯示模塊選用TM1638型芯片，處理器選用STC89C52型芯片。[〇〇24]本實(shí)用新型基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服的主要原理:
[0025]微型制冷系統(tǒng)主要包括微型壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、控制元件等，由鋰離子電池組給整個(gè)微型制冷系統(tǒng)供電。從微型壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓氣態(tài)制冷劑直接進(jìn)入冷凝器中，熱量向外界散發(fā)，制冷劑冷凝成高壓液體，然后流經(jīng)節(jié)流裝置，成為低溫低壓的氣液混合物，接著流入蒸發(fā)器中，吸收載冷劑水散發(fā)的熱量，蒸發(fā)為低溫低壓氣體，在壓縮機(jī)的吸力作用下進(jìn)入壓縮機(jī)，重新開始新的循環(huán)。水栗將載冷劑水從小型蓄水箱中輸送到板式換熱器中進(jìn)行熱量交換，水的溫度降低，接著進(jìn)入衣服內(nèi)的蜂窩結(jié)構(gòu)管路，吸收人體的熱量后溫度升高，再回到小型蓄水箱中，如此反復(fù)循環(huán)。
[0026]控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)衣服內(nèi)的微環(huán)境的溫度的變化調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，改變制冷劑流量，使衣服內(nèi)微環(huán)境的溫度保持在設(shè)定溫度附近，誤差不超過(guò)1.5°C。從而為人們提供舒適的微氣候環(huán)境。
[0027]本實(shí)用新型穿戴組件可以根據(jù)需求制成背心、長(zhǎng)袖上衣、褲子等樣式的空調(diào)服。
[0028]本實(shí)用新型微型制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件為微型壓縮機(jī)，微型壓縮機(jī)采用微型制冷壓縮機(jī)，該微型壓縮機(jī)的直徑54mm，高69.3mm以內(nèi)，重量不大于670g，采用直流電供電，電壓 12V或24V，制冷劑為R134a;壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為1800?6500r/min，可提供300W左右的冷量。
[0029]本實(shí)用新型平行流換熱器的翅片采用鋸齒形翅片，能夠極大地提高換熱系數(shù)。同時(shí)配備一個(gè)小型風(fēng)扇，加強(qiáng)對(duì)流體的擾動(dòng)，獲取更大的換熱系數(shù)，使流體具有較大的過(guò)冷度，提高系統(tǒng)制冷量。所述平行流換熱器的制造材料采用鋁合金，減輕其自身重量。
[0030]本實(shí)用新型節(jié)流裝置采用毛細(xì)管，毛細(xì)管的管徑約為0.67mm，比蒸發(fā)器用的管徑小得多。毛細(xì)管的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，價(jià)格低廉;使用時(shí)不需裝設(shè)儲(chǔ)液器貯液器， 制冷劑充注量少，這對(duì)減輕系統(tǒng)的總重量，提高便攜性很有幫助;而且壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后， 冷凝器與蒸發(fā)器內(nèi)的壓力可較快地自動(dòng)達(dá)到平衡，減輕電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷。
[0031]本實(shí)用新型制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器采用板式換熱器。板式換熱器里面的通道寬而扁平，使得所述板式換熱器厚度很小，方便布置。制冷劑與載冷劑在所述板式換熱器內(nèi)換熱。
[0032]本實(shí)用新型水冷系統(tǒng)由管網(wǎng)、蓄水箱與微型水栗組成。水冷系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式采用蜂窩結(jié)構(gòu)，僅布設(shè)一層，分布呈網(wǎng)狀，厚度與管徑相當(dāng)。所述蜂窩結(jié)構(gòu)與衣服面料膠合。 所述蜂窩結(jié)構(gòu)的夾芯層是由管路制成的一系列六邊形或四邊形及其他形狀的孔格，在夾芯層的上下兩面再膠接上衣服材料。蜂窩結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀，且每個(gè)孔格的幾何形式相同，易于分布在較大的范圍，同時(shí)保持較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，重量又很輕。所述水冷系統(tǒng)主要部分采用軟銅管，管徑約為3mm。一般情況下，蜂窩結(jié)構(gòu)的單個(gè)網(wǎng)眼尺寸大小在lcm左右。所述蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口位于蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口的下方。
[0033]本實(shí)用新型蜂窩結(jié)構(gòu)的傳熱主要集中于沿孔軸縱向傳熱。人們的工作環(huán)境一般都低于50°C，對(duì)于蜂窩芯層整體溫度水平來(lái)說(shuō)是不高的，因而芯層內(nèi)部的福射換熱作用是可以忽略的；在所述蜂窩結(jié)構(gòu)的夾芯層厚度約為4mm，在這種極小空間的有限空間下，空氣流動(dòng)尚難展開，夾層內(nèi)的自然對(duì)流就比較難形成，使得蜂窩夾層結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)空氣自然對(duì)流換熱較少，因此所述蜂窩結(jié)構(gòu)傳熱主要為導(dǎo)熱，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，可使得所述蜂窩結(jié)構(gòu)有較好的保溫性能、隔熱性能。夾層的蜂窩孔格大小、高矮及其構(gòu)成格子的薄片厚度等決定表板局部屈曲、孔格壁板屈曲的臨界應(yīng)力及夾層結(jié)構(gòu)的保溫性能。所述結(jié)構(gòu)蜂窩孔格約為 10 mm，所構(gòu)成的格子的薄片厚度約為4mm，這些尺寸的選擇，能夠保證所述蜂窩結(jié)構(gòu)在承受一定的屈曲載荷的同時(shí)具有一定的保溫性能。
[0034]本實(shí)用新型控制系統(tǒng)具有智能控溫能力，可控制所述微型制冷系統(tǒng)。溫度控制精度為±1.5°C，溫度測(cè)量精度為±1°(:，可以根據(jù)使用者的要求，控制壓縮機(jī)運(yùn)行頻率，從而達(dá)到最佳制冷效果。所述控制系統(tǒng)有7大模塊:按鍵模塊、記憶模塊、溫度傳感器、壓縮機(jī)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、水栗控制模塊、LED顯示模塊。人們通過(guò)控制面板設(shè)定好溫度，溫度值會(huì)在LED顯示屏上顯示，這時(shí)控制系統(tǒng)通過(guò)自身的電路先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和水栗，再啟動(dòng)微型壓縮機(jī)，然后整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)人的工作強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，人體的散熱量會(huì)有所增加或者減少，這時(shí)通過(guò)溫度傳感器，能夠探知這種變化，并將信息傳遞給所述的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的信息，改變所述的微型壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和水栗流量， 或增或減，制冷量也會(huì)相應(yīng)地增加或者減少，從而為人體提供一個(gè)舒適的環(huán)境。所述微型壓縮機(jī)的變頻運(yùn)行，可減少壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，減少啟動(dòng)損耗，也使得系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
[0035]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0036] 1)本實(shí)用新型衣服內(nèi)的冷卻管網(wǎng)采用仿生蜂窩結(jié)構(gòu)，使得衣服內(nèi)微環(huán)境的溫度分布比現(xiàn)有產(chǎn)品更加均勻，能量得到更加充分有效的利用，能夠?yàn)槿梭w提供更加舒適的衣服內(nèi)微環(huán)境。同時(shí)，充分利用這種蜂窩結(jié)構(gòu)的保溫性能，減少載冷劑的冷量的損失，也減輕外界高溫環(huán)境對(duì)衣服內(nèi)微環(huán)境的熱影響。
[0037]2)本實(shí)用新型考慮在高溫條件下，人與外界傳熱過(guò)程的情況，特別地在空調(diào)服內(nèi)設(shè)置隔熱層，一方面最大限度地阻止外界的熱量傳入人體，另一方面，減少系統(tǒng)的冷量損失，進(jìn)而降低系統(tǒng)能耗。【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服整體外觀背面示意圖。
[0039]圖2為基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服整體外觀側(cè)面示意圖。
[0040]圖3為基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服中微型制冷系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)示意圖。 [〇〇41]圖4為圖3中控制器原理示意圖。
[0042]圖5為圖3中平行流換熱器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖6為圖5的平行流換熱器翅片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖7為圖3中板式換熱器內(nèi)流體流動(dòng)分布示意圖。
[0045]圖8為圖3中蜂窩結(jié)構(gòu)的管路正面示意圖。
[0046]圖9為圖3中蜂窩結(jié)構(gòu)管路背面示意圖。
[0047]圖10為蜂窩結(jié)構(gòu)管路與穿戴組件配合的結(jié)構(gòu)示意圖。[〇〇48]圖中示出:穿戴組件1、舒適層1-1、透氣層1-2、隔熱層1-3、表面層1-4、鋰離子電池組2、控制器3、按鍵模塊3 -1、記憶模塊3 - 2、溫度傳感器3 - 3、壓縮機(jī)控制模塊3 - 4、風(fēng)機(jī)控制模塊3-5、水栗控制模塊3-6、LED顯示模塊3-7、微型壓縮機(jī)4、冷凝器5、鋸齒形翅片5-1、節(jié)流裝置6、蒸發(fā)器7、微型水栗8、小型蓄水箱9、蜂窩結(jié)構(gòu)管路10、蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口 10-1、蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口 10-2、小型風(fēng)扇11?！揪唧w實(shí)施方式】
[0049]為更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限如此。
[0050]如圖1，圖2,圖3,圖8,圖9,圖10所示，基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服包括穿戴組件1、鋰離子電池組2、控制器3、微型壓縮機(jī)4、冷凝器5、節(jié)流裝置6、蒸發(fā)器7、微型水栗8、 小型蓄水箱9、蜂窩結(jié)構(gòu)管路10和小型風(fēng)扇11;節(jié)流裝置6分別與冷凝器5和蒸發(fā)器7連接;微型壓縮機(jī)4分別與冷凝器5和蒸發(fā)器7連接;蒸發(fā)器7還與微型水栗8和蜂窩結(jié)構(gòu)管路10連接， 微型水栗8通過(guò)小型蓄水箱9與蜂窩結(jié)構(gòu)管路10連接;鋰離子電池組2與控制器3連接;鋰離子電池組2通過(guò)控制器3上的壓縮機(jī)控制模塊3-4、風(fēng)機(jī)控制模塊3-5和水栗控制模塊3-6分別給微型壓縮機(jī)5、風(fēng)扇11和水栗8供電，控制器3同時(shí)實(shí)現(xiàn)供電和控制。[0〇51 ] 節(jié)流裝置6采用毛細(xì)管，毛細(xì)管的管徑為0.5-0.8mm，優(yōu)選毛細(xì)管的管徑為0.67mm; 毛細(xì)管設(shè)置為螺旋狀，毛細(xì)管的直線長(zhǎng)度范圍為400?500mm。節(jié)流裝置6采用毛細(xì)管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，價(jià)格低廉;使用時(shí)不需裝設(shè)儲(chǔ)液器貯液器，制冷劑充注量少，這對(duì)減輕系統(tǒng)的總重量，提高便攜性很有幫助;而且壓縮機(jī)4停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，冷凝器5與蒸發(fā)器7內(nèi)的壓力可較快地自動(dòng)達(dá)到平衡，減輕電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)負(fù)荷。[〇〇52]如圖1，圖2,圖10所示，穿戴組件1由多層組成;從內(nèi)到外依次設(shè)置舒適層1-1、透氣層1-2、隔熱層1-3和表面層1-4;舒適層1-1采用普通的服裝材料;透氣層1-2材料由在布基上覆蓋聚四氟乙烯制得，材料的耐靜水壓和透氣性能較好，能夠保持衣服內(nèi)舒適的熱濕環(huán)境;隔熱層1-3的材料采用芳綸、芳砜綸混紡水刺非制造布，材料具有反輻射和耐高溫效果， 可削弱在高溫條件下外界熱量向衣服內(nèi)的傳遞，同時(shí)也減少微型制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的冷量的損失;表面層1-4采用普通的服裝材料，也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇材料。[〇〇53]蒸發(fā)器7采用板式換熱器。板式換熱器里面的通道寬而扁平，使得板式換熱器厚度很小，方便布置。制冷劑與載冷劑在所述板式換熱器內(nèi)換熱。所述板式換熱器能夠使流體在低速下發(fā)生強(qiáng)烈湍流，以強(qiáng)化傳熱。所述板式蒸發(fā)器內(nèi)有兩個(gè)通道，一個(gè)通道內(nèi)走制冷劑、 另一個(gè)通道內(nèi)走載冷劑水，換熱器內(nèi)流體流動(dòng)的方式為逆流。如圖7所示，節(jié)流裝置接制冷劑入口，制冷劑出口接到微型壓縮機(jī)吸氣口；微型水栗的出水口接板式換熱器的載冷劑入口，載冷劑出口接蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口 10 -1。[〇〇54]如圖8、9所示，水冷系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式采用蜂窩結(jié)構(gòu)，僅布設(shè)一層，分布呈網(wǎng)狀， 厚度與管徑相當(dāng)。蜂窩結(jié)構(gòu)管路10設(shè)置在透氣層1-2和隔熱層1-3之間；蜂窩結(jié)構(gòu)管路10與透氣層1-2和隔熱層1-3膠合。蜂窩結(jié)構(gòu)管路10由軟銅管形成一系列六邊形孔格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 每個(gè)孔格的幾何形式相同，該結(jié)構(gòu)易于分布在較大的范圍，同時(shí)保持較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，重量又很輕。軟銅管的管徑為2-4mm，優(yōu)選為3mm。一般情況下，蜂窩結(jié)構(gòu)的單個(gè)孔格尺寸(對(duì)邊間距)大小在lcm左右。蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口 10-1位于蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口 10-2的下方，蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口 10-1與板式換熱器的載冷劑出口連接，蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口 10- 2與小型蓄水箱的進(jìn)口連接。[〇〇55] 如圖4所示，控制器采用RY-DB1501或RY-DB1308型控制器，其組成模塊已經(jīng)集成好，與微型壓縮機(jī)配套。控制器3包括按鍵模塊3-1、記憶模塊3-2、溫度傳感器3-3、壓縮機(jī)控制模塊3 - 4、風(fēng)機(jī)控制模塊3 - 5、水栗控制模塊3 - 6、LED顯示模塊3 - 7和處理器3 - 8;處理器3 - 8 分別與按鍵模塊3 -1、記憶模塊3 - 2、溫度傳感器3 - 3、壓縮機(jī)控制模塊3 - 4、風(fēng)機(jī)控制模塊3 -5、水栗控制模塊3-6和LED顯示模塊3-7連接;按鍵模塊3-1用于用戶設(shè)定溫度，操作系統(tǒng);記憶模塊3-2保存使用記錄;壓縮機(jī)控制模塊3-4與微型壓縮機(jī)連接，用于控制壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);風(fēng)機(jī)控制模塊3-5與風(fēng)機(jī)連接，用于控制風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn);水栗控制模塊3-6與微型水栗連接，用于控制水栗運(yùn)轉(zhuǎn);LED顯示模塊3-7用于顯示時(shí)間、溫度信息。按鍵模塊3-1選用QYF-JP02型芯片， 記憶模塊3-2選用EEPROM型芯片，壓縮機(jī)控制模塊3-4選用RY-DB1501，風(fēng)機(jī)控制模塊3-5選用YK003型芯片，水栗控制模塊3-6選用LM2596型芯片，LED顯示模塊3-7選用TM1638型芯片， 處理器3-8選用STC89C52型芯片。溫度傳感器設(shè)置在舒適層上，在胸前位置和后背位置各一個(gè)。人們通過(guò)控制面板設(shè)定好溫度，溫度值會(huì)在LED顯示屏上顯示，LED顯示屏設(shè)置在胸前左側(cè)偏上位置。所述控制系統(tǒng)通過(guò)自身的電路先啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和水栗，再啟動(dòng)微型壓縮機(jī)，然后整個(gè)系統(tǒng)開始運(yùn)行。當(dāng)溫度有所變化時(shí)，溫度傳感器會(huì)將該變化傳遞給控制系統(tǒng)，然后改變壓縮機(jī)的運(yùn)行頻率、風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和水栗的流量，從而改變制冷量，達(dá)到最佳的制冷效果，為人體提供一個(gè)舒適的環(huán)境。[〇〇56]微型壓縮機(jī)4優(yōu)選采用ACXZ14DC型微型制冷壓縮機(jī)，該微型制冷壓縮機(jī)的直徑 54mm，高69.3mm以內(nèi)，重量不大于670g，采用直流電供電，電壓12V或24V，制冷劑為R134a;壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速范圍為1800?6500r/min，可提供300W左右的冷量。[〇〇57]如圖4所示，冷凝器采用平行流換熱器5。平行流換熱器的翅片采用鋸齒形翅片，能夠極大地提高換熱系數(shù)。同時(shí)配備一個(gè)小型風(fēng)扇11，小型風(fēng)扇11與平行流換熱器平行放置， 冷凝器內(nèi)的制冷劑通過(guò)翅片與冷凝器外被風(fēng)扇擾動(dòng)的空氣換熱，可獲取更大的換熱系數(shù)， 使流體具有較大的過(guò)冷度，提高系統(tǒng)制冷量。平行流換熱器5的制造材料采用鋁合金，減輕其自身重量。所述冷凝器的鋸齒形翅片的結(jié)構(gòu)5-1如圖5所示。[〇〇58] 微型制冷系統(tǒng)由鋰離子電池組2供電，鋰離子電池組2與控制器3連接;所述鋰離子電池組2為可拆卸結(jié)構(gòu)，可將電池拆下來(lái)充電。另外，所述微型制冷系統(tǒng)還設(shè)置有一個(gè)電源接口，可以使用電源線直接供電。
[0059]蜂窩結(jié)構(gòu)管路10的傳熱主要集中于沿孔軸縱向傳熱。人們的工作環(huán)境一般都低于 50°C，對(duì)于蜂窩芯層整體溫度水平來(lái)說(shuō)是不高的，因而芯層內(nèi)部的福射換熱作用是可以忽略的；在所述蜂窩結(jié)構(gòu)的夾芯層厚度約為4mm，在這種極小空間的有限空間下，空氣流動(dòng)尚難展開，夾層內(nèi)的自然對(duì)流就比較難形成，使得蜂窩夾層結(jié)構(gòu)空腔內(nèi)空氣自然對(duì)流換熱較少，所以所述蜂窩結(jié)構(gòu)傳熱主要為導(dǎo)熱，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，可使得所述蜂窩結(jié)構(gòu)有較好的保溫性能、隔熱性能。夾層的蜂窩孔格大小、高矮及其構(gòu)成格子的薄片厚度等決定表板局部屈曲、孔格壁板屈曲的臨界應(yīng)力及夾層結(jié)構(gòu)的保溫性能。所述結(jié)構(gòu)蜂窩孔格約為1〇_， 所構(gòu)成的格子的薄片厚度約為4_，這些尺寸的選擇，能夠保證所述蜂窩結(jié)構(gòu)在承受一定的屈曲載荷的同時(shí)具有一定的保溫性能。
[0060]優(yōu)選地，微型壓縮機(jī)4、冷凝器5、節(jié)流裝置6、蒸發(fā)器7、微型水栗8、小型蓄水箱9與供電的鋰離子電池組2安裝在一個(gè)支承框架上，支承框架設(shè)置在背部偏上位置，各個(gè)部件的布置盡可能的緊湊，以減少總的占用體積，便于攜帶。所述支承框架與普通框架的設(shè)計(jì)并無(wú)差別，能固定安裝所述制冷系統(tǒng)的各個(gè)零部件即可，其外形類似于一個(gè)小背包，尺寸約為 25cmX20cmX10cm，與衣服緊密相連。
[0061]本實(shí)用新型基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服的總重量可以控制在4kg以下。
[0062]工作過(guò)程:接通電源，使用者根據(jù)自身情況，通過(guò)控制器的按鍵模塊3-1輸入一個(gè)自身感到舒適的溫度，微型壓縮機(jī)4開始運(yùn)行，從微型壓縮機(jī)4出來(lái)的高溫高壓氣態(tài)制冷劑直接進(jìn)入冷凝器5中，冷凝器內(nèi)的制冷劑通過(guò)翅片與冷凝器外被風(fēng)扇擾動(dòng)的空氣換熱，熱量向外界散發(fā)，制冷劑冷凝成高壓液體，然后流經(jīng)節(jié)流裝置6，成為低溫低壓的氣液混合物，接著流入蒸發(fā)器7中，吸收載冷劑水散發(fā)的熱量，蒸發(fā)為低溫低壓氣體，在微型壓縮機(jī)4的吸力作用下進(jìn)入壓縮機(jī)，重新開始新的循環(huán)。水栗8將載冷劑水從小型蓄水箱9中輸送到板式換熱器7中，冷流體制冷劑體和熱流體載冷劑水在各自的流道內(nèi)流動(dòng)，通過(guò)傳熱板片進(jìn)行熱交換，水的溫度降低，接著進(jìn)入衣服內(nèi)的蜂窩結(jié)構(gòu)管路10，吸收人體的熱量后溫度升高，再回到小型蓄水箱9中，如此反復(fù)循環(huán)。當(dāng)人的工作強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，人體的散熱量會(huì)有所增加或者減少，這時(shí)通過(guò)溫度傳感器3 - 3，能夠探知這種變化，并將信息傳遞給所述的處理器3 -8，控制器3根據(jù)反饋的信息，改變所述的微型壓縮機(jī)4的運(yùn)行頻率，或增或減，從而改變制冷劑的流量，制冷量就會(huì)相應(yīng)地增加或者減少，從而使得衣服內(nèi)微環(huán)境的溫度維持在使用者設(shè)定的溫度的±1.5°C范圍內(nèi)，為人體提供一個(gè)舒適的衣內(nèi)微環(huán)境。微型壓縮機(jī)4的變頻運(yùn)行，可減少壓縮機(jī)的啟停次數(shù)，減少啟動(dòng)損耗，也使得系統(tǒng)運(yùn)行更加平穩(wěn)。
[0063]對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，包括穿戴組件、鋰離子電池組、控 制器、微型壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、微型水栗、小型蓄水箱、蜂窩結(jié)構(gòu)管路和小型 風(fēng)扇;節(jié)流裝置分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接;微型壓縮機(jī)分別與冷凝器和蒸發(fā)器連接;蒸發(fā) 器還與微型水栗和蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接，微型水栗通過(guò)小型蓄水箱與蜂窩結(jié)構(gòu)管路連接;鋰 離子電池組與控制器連接；所述節(jié)流裝置采用毛細(xì)管，毛細(xì)管的管徑為0.5-0.8mm，毛細(xì)管設(shè)置為螺旋狀，毛細(xì)管 的直線長(zhǎng)度為400?500mm;所述穿戴組件由多層組成;從內(nèi)到外依次設(shè)置舒適層、透氣層、隔熱層和表面層；所述蒸發(fā)器采用板式換熱器;節(jié)流裝置接制冷劑入口，制冷劑出口接到微型壓縮機(jī)吸 氣口；微型水栗的出水口接板式換熱器的載冷劑入口，載冷劑出口接蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口；水冷系統(tǒng)由管網(wǎng)、小型蓄水箱與微型水栗組成;所述水冷系統(tǒng)的管網(wǎng)布置形式采用蜂 窩結(jié)構(gòu)，分布呈網(wǎng)狀;所述蜂窩結(jié)構(gòu)管路設(shè)置在透氣層和隔熱層之間；蜂窩結(jié)構(gòu)管路與透氣 層和隔熱層膠合;蜂窩結(jié)構(gòu)管路由軟銅管形成一系列六邊形孔格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，軟銅管的管徑 為2-4mm;蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口位于蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口的下方，蜂窩結(jié)構(gòu)管路進(jìn)口與板式換熱 器的載冷劑出口連接，蜂窩結(jié)構(gòu)管路出口與小型蓄水箱的進(jìn)口連接；所述控制器包括按鍵模塊、記憶模塊、溫度傳感器、壓縮機(jī)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、水 栗控制模塊、LED顯示模塊和處理器;處理器分別與按鍵模塊、記憶模塊、溫度傳感器、壓縮 機(jī)控制模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、水栗控制模塊和LED顯示模塊連接;壓縮機(jī)控制模塊與微型壓 縮機(jī)連接;風(fēng)機(jī)控制模塊與風(fēng)扇連接;水栗控制模塊與微型水栗連接；所述冷凝器采用平行流換熱器;小型風(fēng)扇與平行流換熱器平行放置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的微型 壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器、微型水栗、小型蓄水箱與鋰離子電池組安裝在一個(gè)支承 框架上，支承框架設(shè)置在穿戴組件的背部上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的毛細(xì) 管的管徑為0.67mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的舒適 層采用普通的服裝材料;透氣層的材料由在布基上覆蓋聚四氟乙烯制得;隔熱層的材料采 用芳綸或芳砜綸混紡水刺非制造布;表面層采用普通的服裝材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的軟銅 管的管徑為3mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的蜂窩 結(jié)構(gòu)的單個(gè)孔格邊長(zhǎng)為〇 ? 5 -1 ? 5cm 〇7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的控制 器采用RY-DB1501或RY-DB1308型控制器，所述微型壓縮機(jī)采用ACXZ14DC型微型制冷壓縮機(jī)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的平行 流換熱器的翅片采用鋸齒形翅片;平行流換熱器采用鋁合金材料制備。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述的基于 仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服的總重量控制在4kg以下。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩結(jié)構(gòu)的穿戴式空調(diào)服，其特征在于，所述按鍵 模塊選用QYF-JP02型芯片，記憶模塊選用EEPROM型芯片，壓縮機(jī)控制模塊選用RY-DB1501， 風(fēng)機(jī)控制模塊選用YK003型芯片，水栗控制模塊選用LM2596型芯片，LED顯示模塊選用 TM1638型芯片，處理器選用STC89C52型芯片。
【文檔編號(hào)】A41D13/005GK205593203SQ201521099092
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日
【發(fā)明人】簡(jiǎn)棄非, 羅立中, 林成迪
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)