基于相变材料与微型风扇的智能冷却服的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，包括：内外两层结构，内层植入了温度传感器和数据处理记录系统，外层放置冷却效率自控系统，若干个风扇和若干个相变材料袋贯穿所述外层且设置在外层上，所述风扇由冷却效率自控系统控制，数据处理记录系统与所述冷却效率自控系统通过蓝牙连接，温度传感器与数据处理记录系统信号连接。采用相变材料制冷，使得个体冷却服在湿热环境下充分发挥制冷效果，同时结合微型风扇通风制冷，使得个体冷却服在干热环境下同样适用。冷却效率自控系统的引入，使得冷却服可以根据个体的实时生理指标对个体进行针对性制冷，从而有效提高了穿着者的最大穿着热舒适性。
【专利说明】
基于相变材料与微型风扇的智能冷却服
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种智能冷却服，尤其涉及一种基于相变材料与微型风扇的智能冷却服。
【背景技术】
[0002]人体长期暴露于热应激环境中会导致体温上升，继而出现体温过高、热痉挛、中暑等热疾病，同时人的工作效率下降，情况严重者可能致死。构成热应激的主要物理参数有:环境温度、环境湿度、风速、辐射、工作强度和服装。缓解人体热应激通过调节以上一个或多个参数实现，而在特定的工作环境和工作绩效要求下，调整工作环境和工作强度是不现实的，所以通常情况下需采用个体冷却服缓解个体热应激。个体冷却服通常包括管道液冷服、管道气冷服、相变材料冷却服和通风服等。管道液冷和管道气冷服是将预冷却的液体或气体通入植入在服装中的管道网络，借助水栗或者气阀使其循环流动，通过传导促进个体散热。相变材料冷却服有两大类，一是将相变材料与纤维结合，制成服装;二是将相变材料袋放置于预先缝制在服装中的口袋;两者皆是通过紧贴个体对个体进行传导散热。通风服则是将微型风扇嵌于服装上，通过风扇将环境中的空气不断吸入服装内部并使其循环流动，加速个体体表的蒸发散热。以上几种冷却服在单一热环境下使用，通过不同的传热途径带走个体体表热量，可以有效促进个体散热，缓解个体热应激反应。然而，当个体处于多变的热环境中工作时，单一制冷方式的冷却服无法有效的针对个体生理状态进行制冷，且无法发挥其最佳制冷效果。
[0003]由背景资料可知，现有的绝大多数个体冷却服只是通过单一的制冷方法对个体进行降温，适用的热环境条件有限，例如，通风服在干热环境下制冷效果较好，而当湿度较大时，其制冷效果不佳。因此，单一制冷方法的冷却服无法在多变的热环境下充分发挥最佳的制冷效果，此外，现有的个体冷却服只是能够按照已经设定的冷却方式机械地给个体制冷，且无法实时监测个体生理反应，不能针对个体生理反应进行针对性的制冷，可能会产生由于冷却过度或制冷功率不够而产生主观个体舒适性出现波动的情况，因此急需设计开发一种新型智能混合式冷却服针对个体生理反应对个体进行制冷，提高个体穿着冷却服时舒适度。
【发明内容】
[0004]本实用新型克服了现有技术的不足，目的在于提供一种结合相变材料与微型风扇两种冷却方式，并采用温控器检测对监测到的个体实时皮肤温度自动调整冷却功率的新型智能混合式冷却服。该个体混合冷却服采用的相变材料制冷和通风风扇制冷两种具有互补效果的制冷方式，通过植入服装内的温度传感器监测个体实时皮肤温度作为反馈数据，从而有效的对个体进行针对性制冷，因此这将极大的提高了穿着者在使用该新型智能混合式冷却服时的穿着舒适度。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为:一种基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，包括:内外两层结构，其特征在于，内层植入了温度传感器和数据处理记录系统，外层放置冷却效率自控系统，若干个风扇和若干个相变材料袋贯穿所述外层且设置在外层上，所述风扇由冷却效率自控系统控制，所述数据处理记录系统与所述冷却效率自控系统通过蓝牙连接，所述温度传感器与数据处理记录系统信号连接。
[0006]本实用新型一个较佳实施例中，所述内层为合体背心，所述外层为长袖服，所述合体背心套在所述长袖服内。
[0007]本实用新型一个较佳实施例中，所述相变材料袋内相变材料的主要成分为Na2SO4-1OH2O,其融化温度和潜热分别为21°C和14 J/g ο
[0008]本实用新型一个较佳实施例中，在外层的胸前区域、背后区域和两个长袖区域均设置有若干个所述相变材料袋。
[0009]本实用新型一个较佳实施例中，位于同一区域内相邻的相变材料袋间距为lcm，胸前区域和背后区域均设置32个变材料袋、两个长袖区域分别设置10个变材料袋。
[0010]本实用新型一个较佳实施例中，两个所述风扇分别设置在外层的两侧的侧缝线处。
[0011]本实用新型一个较佳实施例中，所述数据处理记录系统设置中央处理器、温控模块、信号处理模块和电源模块。
[0012]本实用新型一个较佳实施例中，所述温控模块数据连接所述中央处理器和所述冷却效率自控系统。
[0013]本实用新型一个较佳实施例中，所述冷却效率自控系统设有蓝牙模块、风扇转速控制器和电源模块。
[0014]本实用新型一个较佳实施例中，所述风扇转速控制器控制风扇转速。
[0015]本实用新型解决了【背景技术】中存在的缺陷，本实用新型具备以下有益效果:
[0016]1.本新型智能混合式冷却服是基于相变材料与微型风扇的新型智能混合式冷却月艮。该新型智能混合冷却服采用相变材料和微型风扇通风两种分别适合在干热和湿热环境下使用的制冷方式。
[0017]2.本新型智能混合式利用温控系统原理，根据人体平均皮肤温度调节微型风扇组的实时转速，可根据个体的实时生理状态，有针对性地对个体提供最大舒适性所需的冷却功率。
[0018]3.本新型智能混合式冷却服包括内层背心和外层长袖外套，内层背心需要紧贴人体，保证传感器所测温度为人体皮肤温度，所采用的传感器精度应高于0.5°C，外层长袖外套是该新型智能混合式冷却服的主体，相变材料袋和微型风扇组等制冷组件设计于外层长袖外套上。
[0019]4.本新型智能混合式冷却服所采用的冷却效率自控系统包括微型数据处理与记录系统以及信号接收与风扇控制系统两大模块。微型数据处理与记录系统模块置于内层背心上，接收并处理温度传感器所测的温度信号；信号接收与风扇控制系统模块置于外层长袖外套内侧，LCD显示屏在外套外侧，接收处理过的信号并根据电信号控制微型风扇组的实时转速。
[0020]5.本新型智能混合式冷却服是根据不同热环境中工作人员所穿着的工作服的款式所设计的。
[0021]七、本发明的效果
[0022]本实用新型设计的基于相变材料与微型风扇的新型智能混合式冷却服，较传统个体冷却服具有如下明显的优势:
[0023]通过采用适用于不同热环境下、不同制冷原理的两种制冷方式，结合冷却效率自控系统，开发出能够在多变热环境下根据个体实时生理状态，针对性对个体进行制冷。采用两种不同的制冷方式结合至一套冷却服中有别与传统冷却服只采用单种制冷方式。采用相变材料制冷，使得个体冷却服在湿热环境下充分发挥制冷效果，同时结合微型风扇通风制冷，使得个体冷却服在干热环境下同样适用。同时，冷却效率自控系统的引入，使得冷却服可以根据个体的实时生理指标(即平均皮肤温度)对个体进行针对性制冷，从而有效提高了穿着者的最大穿着热舒适性。
【附图说明】
[0024]图1是控制系统程序流程图；
[0025]图2是智能温控子程流程图；
[0026]图3是个体混合冷却服的款式及相变材料袋的分布正面图；
[0027]图4是个体混合冷却服的款式及相变材料袋的分布背面图；
[0028]图5是新型智能冷却服的内部结构图；
[0029]图6是内穿背心层正面图；
[0030]图7是内穿背心层背面图；
[0031]图8是微型数据处理记录系统以及信号接收与风扇控制系统示意图。
【具体实施方式】
[0032]现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0033]如图1、图2、图3所示，一种基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，包括:内外两层结构，内层植入了温度传感器和数据处理记录系统，外层放置冷却效率自控系统，若干个风扇和若干个相变材料袋贯穿所述外层且设置在外层上，所述风扇由冷却效率自控系统控制，所述数据处理记录系统与所述冷却效率自控系统通过蓝牙连接，所述温度传感器与数据处理记录系统信号连接，内层为合体背心，所述外层为长袖服，所述合体背心套在所述长袖服内。
[0034]相变材料袋内相变材料的主要成分为Na2S04_1H2O,其融化温度和潜热分别为21°(:和14 J/g，在外层的胸前区域、背后区域和两个长袖区域均设置有若干个所述相变材料袋，位于同一区域内相邻的相变材料袋间距为lcm，胸前区域和背后区域均设置32个变材料袋、两个长袖区域分别设置10个变材料袋。
[0035]两个所述风扇分别设置在外层的两侧的侧缝线处。
[0036]数据处理记录系统设置中央处理器、温控模块、信号处理模块和电源模块，温控模块数据连接所述中央处理器和所述冷却效率自控系统。
[0037]冷却效率自控系统设有蓝牙模块、风扇转速控制器和电源模块，风扇转速控制器控制风扇转速。
[0038]本实用新型主要是根据结合不同的制冷方式通过不同的传热途径带走个体体表热量，以及温控系统原理开发的一种基于相变材料与微型风扇的新型智能混合式冷却服。从热传递角度看，不同的制冷方式通过不同的传热途径带走个体体表热量，采取单一的制冷方法的冷却服制冷效果有较大的局限性，本实用新型通过结合两种分别在干热和湿热环境下使用的制冷方式于一套个体冷却服中，使得冷却服更加合理的适用于多变的热环境。该智能混合式冷却服基于个体实时皮肤温度通过温控系统，调节微型风扇的转速，从而有针对性的给个体提供最佳舒适性所需制冷效果。本实用新型采取的方案是:根据不同的传热途径可知，采用微型风扇制冷适合在干热环境下使用，而采用相变材料则可以弥补微型风扇在湿热环境下效果不佳的缺陷。同时，该冷却服结合了温控系统，通过温控系统控制风扇的转速，其中，温控系统通过嵌于冷却服内层背心的温度传感器实时监测个体体表温度，中央微处理器适时采集读取传感器检测到的数据，并对这些数据进行比较、分析、处理、存储和显示。当个体平均皮肤体温低于30.5°C时，微型风扇关闭；当个体平均皮肤温度处在30.5-33.5°C之间时，微型风扇转速较低；当个体平均皮肤温度高于33.5°C时，风扇转速高。由温控系统根据个体的平均皮肤温度，调节微型风扇的开启程度，从而实现了有针对性的对个体提供最大舒适性所需的制冷功率。
[0039]为达到上述自动调节的目的，本实用新型将控制系统结合于个体混合冷却服中。图1为控制系统程序流程图。系统对温度进行实施循环检测，30 s循环检测一次，根据监测到的实时平均皮肤温度由风扇转速控制器去控制微型风扇组件，从而使得服装内微气候尽可能的保持在人体舒适的范围内。该控制系统主要完成:温度传感器的信号转换和传输、检测值的显示以及根据温度值控制风扇的开启状态。另外，智能温控子程序如图2所示。
[0040]本实用新型中的冷却服包括内外两层，内层是植入面料中的温度传感器和微型数据处理记录系统的合体背心，用于记录个体皮肤温度信号并进行处理；外层是放置信号接收和风扇转速控制器的长袖个体混合冷却服。
[0041]个体混合冷却服的款式及相变材料袋的分布见图3和图4。本实用新型结合了2只微型风扇和74块相变材料袋。两个微型风扇分别放置于服装的侧缝线处，服装前中线和后中线处分别留5 cm的通道便于通风，相变材料块之间分别留I cm的空隙便于服装内部的空气流通。其中，采用的微型风扇直径为10 cm，其最大通风量为12 Ι/s;采用的相变材料的主要成分为Na2S04_10H20，其融化温度和潜热分别为21°C和14 J/g，每块相变材料包的规格为2.0 cmX7.0 cmX1.0 cm。
[0042]图5为新型智能冷却服的内部结构图。①是相变材料袋，放置与人体突起部位，共计74块;②是微型风扇，用于将环境中的空气吸入服装内，并使其循环流动，加速个体汗液蒸发，以达到给个体降温的目的，共计2只；③是风扇电源，用于给微型风扇组供电；④是冷却效率自控系统，用于接收温度信号，并根据个体皮肤温度信号调节微型风扇的转速。
[0043]图6和图7为本实用新型的内穿背心层，背心采用吸湿快干面料，紧身贴体。⑥为微型数据处理记录系统，⑦为热电偶式温度传感器，放置于背心左侧的前胸、腹部、肩胛和脊椎处，共计4个，用于测定人体皮肤温度，并通过微型数据与记录系统计算并将温度信号转换成电信号。
[0044]图8是微型数据处理记录系统以及信号接收与风扇控制系统示意图。微型数据处理记录系统⑥中分为中央处理器?，温控模块⑩和信号处理模块⑨和电源模块?。温度传感器⑦测定皮肤温度值后，温度信号将传送至温控模块⑩中，温控模块将根据四点法计算个体平均皮肤温度，通过中央处理器?将计算所得温度信号传送至信号处理模块⑨，信号处理模块将对接收到的温度信号转化为电信号，并将此信号传输至冷却服外套上的冷却效率自控系统④中。冷却效率自控系统④分为蓝牙模块⑧、风扇转速控制器?和电源模块?。蓝牙模块⑧将接收由信号处理模块⑨传输过来的电信号，并通过LCD显示屏⑤显示出来。蓝牙模块⑧接收并显示信号后，再将电信号传输至风扇转速控制器?，风扇转速控制器?将根据传输过来的不同信号控制风扇转速，即:当温度传感器所测的平均皮肤温度低于30.5°(:时，此信号从微型数据处理记录系统传送至信号接收与风扇控制系统后，风扇转速控制器?将关闭风扇；当平均皮肤温度介于30.5°C — 33.5°C时，风扇转速控制器?打开风扇，转速较低；当平均皮肤温度高于33.5°C时，风扇转速控制器?将风扇转速调高。
[0045]以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
【主权项】
1.一种基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，包括:内外两层结构，其特征在于，内层植入了温度传感器和数据处理记录系统，外层放置冷却效率自控系统，若干个风扇和若干个相变材料袋贯穿所述外层且设置在外层上，所述风扇由冷却效率自控系统控制，所述数据处理记录系统与所述冷却效率自控系统通过蓝牙连接，所述温度传感器与数据处理记录系统信号连接。2.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述内层为合体背心，所述外层为长袖服，所述合体背心套在所述长袖服内。3.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述相变材料袋内相变材料的主要成分为Na2SO4.1H2O，其融化温度和潜热分别为21°C和14 J/g。4.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:在外层的胸前区域、背后区域和两个长袖区域均设置有若干个所述相变材料袋。5.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:位于同一区域内相邻的相变材料袋间距为lcm，胸前区域和背后区域均设置32个变材料袋、两个长袖区域分别设置10个变材料袋。6.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:两个所述风扇分别设置在外层的两侧的侧缝线处。7.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述数据处理记录系统设置中央处理器、温控模块、信号处理模块和电源模块。8.根据权利要求7所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述温控模块数据连接所述中央处理器和所述冷却效率自控系统。9.根据权利要求1所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述冷却效率自控系统设有蓝牙模块、风扇转速控制器和电源模块。10.根据权利要求9所述的基于相变材料与微型风扇的智能冷却服，其特征在于:所述风扇转速控制器控制风扇转速。
【文档编号】A41D13/005GK205567886SQ201620245677
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】韦帆汝, 王发明
【申请人】苏州大学