专利名称：基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功能服装领域，特别涉及一种基于编织到衣、裤、帽、鞋等服装上的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，可对人体局部皮肤表面进行强化散热，从而高效地调节人体体表温度及汗液蒸发速度。
背景技术：
人体处于较热的环境时，为了维持热平衡，一般需要通过增加出汗来加大排热。然而，若环境过热，人体的出汗机能并不足以维持人体的热平衡时，体温会逐渐上升。如果此时空气中相对湿度很高，汗液难以蒸发，人就会感到闷热不适，极易发生中暑，尤其是露天作业下的劳动者和体弱多病者，更是如此。对于从事高温作业(例如执勤的警察、交警)、野外作业(例如地质勘测、军人)的人群，甚至对于旅游和观看比赛等，预防中暑尤为重要。近年受全球气候变暖气温明显升高的影响，中暑已成为一种威胁人体健康的因素。
现有的在室内降温防暑的设施比较多，比如通过各种风扇和空调器进行。但对于室外活动，这些装置一般都很难发挥作用。因此寻求切实可行的衣物类降温措施一直是国内外研究者竞相追求的目标。我们知道，人体散热的途径不外乎四类传导、对流、辐射和蒸发等。因此，在高温环境下，能够改善上述因素之一的途径均可能用于发展新的降温空调服。比如，已有的一种专利技术是在管道中充水并利用一定动力使之流动来降温(马锡洪，专利降温升温服装行李做垫，公开号CN86101745A)，但这种方法耗能高，衣服重量大，穿着不方便。专利CN87101081.X(于志伟，专利冷气服装，公开号CN87101081.X)还提到加水雾化送往体表，利用其蒸发降温的方法，但舒适性缺乏保证。此外，也有利用相变吸热对人体进行降温的衣服、头巾和围巾，在国外已经有商品出售。但这些方法同样存在一定问题。
高温环境下，人体皮肤表面若仅靠自然对流和蒸发，则散热效果有效。因此，一种可能的途径是需要在衣服内引入风扇来增强换热。但目前的风扇体积较大，不易封装到衣服内，且衣服常常需加以特殊设计如设置一定密闭空间，以适应风扇驱动的风流能加速皮肤表面的热量散失，显然，体积较大的风扇会使得由此制成的服装显得笨拙。为实现真正舒适性的人体降温空调服，本实用新型旨在借助于当前的一些先进微系统技术，提供一种突破传统概念的微风扇驱动型空调服。这里，所采用的风扇与以往的认识不同，系体积及尺寸均远远得到缩小的微/纳米级风扇及其阵列，这些风扇易于编织到衣服内，从而可对所触及的皮肤表面进行强化换热，促进该处气流的受迫对流及汗液蒸发，大量由此集成的风扇阵列工作时，即可完成对身体特定部位皮肤表面的温度进行调节，由于这些微/纳米级风扇体积小，耗能低，重量轻，人体穿着后无明显不适，衣服的使用与常规情况没有差别，由此即可实现比较适体的空调衣服。
如前所述，前期已有的散热方法尚不能有效地解决局部皮肤的强化散热难题。本实用新型从新的技术途径出发，提供了一种基于尺寸在毫、微米甚至纳米级的风扇转动来促进局部体表的对流散热及汗液蒸发，这是一种新概念型同时又不影响穿着舒适性和蒸发散热透气性的防暑降温服装，它所基于的是建立在微机电系统基础上的微/纳米风扇制造及其组装技术。该技术的建立扩展了当前服装的防暑降温措施，同时，这种编织有微/纳米风扇阵列的服装也是对传统服装形式及用途的一个突破，首次提出了微/纳米风扇服装的概念。
本实用新型所提供的防暑降温服装可根据需要制成上衣、袖套、裤子、鞋帮及帽沿以及款式多样的人体防暑降温服装，从而用于胸部、后背、手碗、脚、脖、腰等部位，弥补了传统衣服基本上无局部强化气体对流散热的缺陷，而且，由微风扇阵列还可组装出丰富多彩的装饰图案，这种服装或其组件可在广泛的人群中找到用户，是一种适用面较广的装置。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于微/纳米级风扇阵列来增强皮表散热的空调服装，可根据需要制成上衣、裤子以及款式多样的防暑降温服，弥补了传统衣服基本上无局部强化气体对流散热功能的缺陷。
本实用新型的技术方案如下本实用新型提供的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服，包括一微型风扇阵列；所述微型风扇阵列由编织到衣物内的至少一个微小型风扇1组成；所述微小型风扇阵列中的微小型风扇1以并连方式通过编织在衣物内的电路连线3与一外接微电源2连通；所述微电源2的电压在3-12V，即使发生漏电，也不会对人体造成损伤；所述电路连线3与所述微电源2之间的电路连线上设有用于控制微小型风扇1开启或关断的开关4。
所述微小型风扇1为1至1000枚，并组成各种图案排布的微型风扇阵列。
所述衣物的衣料为毛料、棉布、麻、涤沦或具有防热辐射性能和吸湿性能的材质。
所述连接导线3为金丝、铜丝、铝丝、碳丝或银丝材质制成的导线，导线外涂有无毒的绝缘漆或采用裸露结构。
所述微电源2的体积在1mm3到10cm3之间，为紧凑型锂电池、半导体温差电池或太阳能电池；其数量为1至100枚，其体积在1mm3到10cm3之间，可从市场上直接购置到；制作本实用新型的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服时，可预先制作出微小型风扇阵列中的各微小型风扇，可从市场购买，也可参照成熟的微加工方法制作；其次，在选用的衣物衣料上裁出系列通孔，用于安置每一微小型风扇，通孔外壁设置有多个小的针孔，便于针线在此处编织，从而可将微小型风扇牢固地缝制到周围的衣料中。一般情况下，通孔周围应采用缝纫机紧密扦边，以确保该处不致散边，现有的缝纫技术足以实现该要求。再将每一枚微小型风扇的连接导线引出，并将其外接到已预先缝制在衣物内的纵横交错的电路导线上，即构成一个电源输出结点；由于是并联，不同风扇之间的转动不互相影响。一旦开启电源，即可驱动风扇转动，完成相应的强化散热功能。若有特殊要求，也可将风扇作得极小，这样，人体并不会有异物感，且由于借助于微小型风扇的热量输运，体表则会有明显的舒适感。
本实用新型首次提出了对人体微小局部体表实施热量输运的概念，为便于防暑降温服的清洗和拆卸，风扇的固定方式还可采用编织之外的方式，如在衣服及风扇上预先缝制出相应的钮扣，且钮扣与编织于衣服中的电路连线相通，这样，在使用时，只需直接将微小型风扇通过纽扣与衣物连接即可。于是，根据环境温度的不同，可改变微小型风扇电压的大小，从而产生不同的转速及热量输运能力。这种钮扣风扇也是一种概念新颖的微型器件。
当然，由本实用新型的核心思想出发，还可拓展出功能更多的防暑降温服。比如，布料可选用市面上已有的防热辐射性能及吸湿性均比较好的材料，从而还可对阳光有很好的反射作用，这样本实用新型的性能会进一步提高。目前很多材料都能满足这一要求，主要的缺陷是透气性很差，不利于蒸发散热。采用本实用新型提供的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服可以有效地解决这一矛盾。此外，为适应广大人群对美观的要求，缝制于衣物上的微小风扇的阵列排布可根据需要设计成各式各样的图案。例如年轻人可以设计成富有青春气息的图案，儿童则可以设计成拼音字母等图形。另外，最里层的衬里采用吸湿性比较好的棉、麻织物制成有利于吸汗，不影响人体的舒适感。
本实用新型提供的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服具有很多优点首先，由于该服装借助于局部的微小风扇转动来驱动热量，因而以一种相对简便的方式促成了人体皮肤表面的蒸发及对空气的传热，因而有效地避免了汗液的粘附，显著增强了散热效果。由于风扇体积极小，重量轻，因而与以往采用的大风扇驱动相比，人体没有不适感，而且，这种推进到局部的热量输运方式使降温更直接，效率更高；也因如此，可拓展到人体几乎所有部位的强化散热上，而大体积的风扇在许多部位如头部、腹部、下肢等很难作到这一点。所以，微/纳米风扇技术的引入使得任意部位的强化冷却更加随意而方便，由这一观念出发，有可能推动更多新的人体空调技术的产生。
综上所述，本实用新型所实现的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服，结构紧凑，具有很高的性能价格比。解决了现有服装透气性及排汗功能较差的弱点。本实用新型的核心在于首次引入了微/纳米风扇的技术路线，从而实现了对人体局部体表热量的强化对流及蒸发散热，达到了防暑降温的目的。本实用新型的涉及的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服不仅仅局限于上衣，也可以单独或者同时应用到裤子、内衣、外衣甚至是腰带、帽子、鞋等其他用品。不过为简单起见，如下仅以普通布料制成的背心为例阐述本实用新型。
图1是本实用新型提供的一种基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服的结构示意图；图2为图1的A-A剖面图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述本实用新型附图1是本实用新型提供的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服的结构示意图，也是本实用新型的一个实施图，其A-A剖面图由图2所示。由图可知，本实用新型的基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服，包括一微型风扇阵列；所述微型风扇阵列由编织到衣物内的至少一个微小型风扇1组成；所述微小型风扇阵列中的微小型风扇1以并连方式通过编织在衣物内的电路连线3与一外接微电源2连通；所述微电源2的电压在3-12V，即使发生漏电，也不会对人体造成损伤；所述电路连线3与所述微电源2之间的电路连线上设有用于控制微小型风扇1开启或关断的开关4。
所述微小型风扇1为1至1000枚，并组成各种图案排布的微型风扇阵列。
所述衣物的衣料为毛料、棉布、麻、涤沦或具有防热辐射性能和吸湿性能的材质的衣料。
所述连接导线3为金丝、铜丝、铝丝、碳丝或银丝材质制成的导线，导线外涂有无毒的绝缘漆或采用裸露结构。
所述微电源2的体积在1mm3到10cm3之间，为紧凑型锂电池、半导体温差电池或太阳能电池；其数量为1至100枚，其体积在1mm3到10cm3之间，可从市场上直接购置到。
可根据需要制成上衣、裤子以及款式多样的服装，且结构紧凑、可靠性高，弥补了传统衣服基本无强化散热元件的缺陷。如下仅以上衣背心为例说明说明本装置的加工步骤，其余的如裤子、帽子、鞋等装置与此类同，只需保证适体即可，在此不一而足。
具体制作方式如下1.微/纳米风扇1的加工由于风扇是一种常规装置，若尺寸要求不大时(厘米以上)，可直接在市场上购买到，如电脑散热芯片上所用的最小风扇。若要求尺寸较小时，可采用微/纳米加工方法制作，此方面将常规的风扇制造过程扩展到微型加工领域即可，当前的技术能保证该过程的实施。总体上，本实用新型提供的防暑降温空调服所用的风扇尺寸可有多种选择，如每一枚风扇的整体体积可在1mm3到1cm3范围之间，其内部零件尺寸甚至可在纳米量级，但也不限于此，可大可小；而风扇管道1的内径可在数百纳米到数毫米量级，因而可在需要时对人体体表极微小区域灵活地实施强化散热，达到对人体无微不至的呵护。所采用风扇数目可在1到1000枚之间，按阵列方式编织在衣物内；特殊要求下，可将风扇作得极小，这样，人体并不会有异物感，但由于借助于微/纳米级风扇对皮表的直接热量输运，人体会有明显的舒适感。
2.衣服布料5的制作及连接导线3的封装取一定量布料，按标准衣服加工步骤，裁剪和缝制出相应形状的衣服结构(见附图1)。之后，将连接导线3按一定的纵横交错结构编织到衣物中，构成衣服的一部分。当然，此导线在布料加工过程中就可提前进行，比如采用目前防静电衣服的制作方法，在制造布料时，将相应的金属丝交错布置到普通布料中即可，此制作采用有编程控制的缝纫设备不难作到。所述电路连线3可由金、铜、铝、碳等制成，也可采用由银丝等具有杀菌功能的导线制成；一般情况下，导线可外涂无毒的绝缘漆，也可采用裸露结构，这是因为电源电压较低，在安全范围之下。所述布料5可为普通或特种材料，如毛料、棉布、麻、涤沦等，以及更多材料，无特殊限制。
3.微小风扇与衣物的连接和固定在衣服上不同部位裁出系列通孔(见附图1，附图2)，用于安置每一微小风扇1，微小风扇1外壁设置有多个小的针孔(见附图2)，便于针线在此处编织，从而可将风扇牢固地缝制到周围的布料中(见附图2)。一般情况下，通孔周围应采用缝纫机紧密扦边，以确保该处结构不致散边，现有的缝纫技术足以实现该要求。这里，每一微小风扇均由连接导线引出，将其连接到已预先缝制在衣物内的纵横交错的电路3上，即构成一个电源输出结点(见附图1)。一旦开启电源2，即可驱动风扇转动，完成相应的强化散热功能。根据需要，可将许多风扇编制固定到衣物的各个部位，形成特定图案(见附图1)。为便于防暑降温服的清洗和拆卸，风扇的固定方式还可采用编织之外的结构，如在衣服及风扇上预先缝制出相应的钮扣，且钮扣与编织于衣服中的电路连线相通，这样，在使用时，直接将风扇通过纽扣与衣物连接即可。根据环境温度的不同，可改变风扇电压的大小，从而产生不同的转速及热量输运能力。
4.微电源2及开关4的布置及固定方式。本实用新型中，所述微电源2可为1枚总体体积在1mm3到10cm3的电源，其可从市场上直接购置到如紧凑性锂电池或其他化学电池甚至是半导体温差电池、太阳能电池等。微电源2数目可在1别上百枚，但不限于此。电源电压确保在12伏以下(一般为3-12伏)，因此，即使漏电，也不会对人体造成损伤。该电源2可与衣服独立布置，比如固定在腰带上，通过电源连线与衣服上的电路总开关4连接。电源上连有开关，所述开关4用于控制风扇阵列的开启和关闭。该功能也可通过在衣服上的多枚开关实现，实施对局部的开启和关断。
将电源、风扇及导线等实现电连接后，即构成带有局部强化换热功能的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服。
本实用新型的空调服的使用过程非常简单，与常规衣物没有差别，只是在使用之前，可根据需要将特定的风扇阵列的开关打开，即可行使高效的防暑降温功能。需要注意的是本实用新型所提供的服装在清洗前，可先将风扇阵列卸下，且清洗时不宜用力过猛，以免损害编织于其中的连接电路。
以上所述的防暑降温服装也不仅仅局限于上衣，还可以单独或者同时应用到裤子、内衣、外衣甚至是腰带、帽子、鞋等其他防护用品。
权利要求1.一种基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，其特征在于，包括一微型风扇阵列；所述微型风扇阵列由编织到衣物内的至少一个微小型风扇(1)组成；所述微小型风扇阵列中的微小型风扇(1)以并连方式通过编织在衣物内的电路连线(3)与一外接微电源(2)连通；所述微电源(2)的电压在3-12V；每一枚微小型风扇(1)的整体体积在1mm3到1cm3范围之间；所述电路连线(3)与所述微电源(2)之间的电路连线上设有用于控制微小型风扇(1)开启或关断的开关(4)。
2.按权利要求1所述的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，其特征在于，所述微小型风扇(1)为1至1000枚，并组成有图案排布的微型风扇阵列。
3.按权利要求1所述的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，其特征在于，所述衣物的衣料为毛料、棉布、麻、涤沦或具有防热辐射性能和吸湿性能材质衣料。
4.按权利要求1所述的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，其特征在于，所述连接导线3为金丝、铜丝、铝丝、碳丝或银丝材质制成的导线，导线外涂有无毒的绝缘漆或采用裸露结构。
5.按权利要求1所述的基于微/纳米风扇阵列驱动的人体降温空调服，其特征在于，所述微电源2的体积在1mm3到10cm3之间，为紧凑型锂电池、半导体温差电池或太阳能电池；其数量为1至100枚。
专利摘要本实用新型涉及一种基于微/纳米风扇阵列驱动的防暑降温空调服，包括一微型风扇阵列；所述微型风扇阵列由编织到衣物内的至少一个微小型风扇组成；微小型风扇以并联方式通过编织在衣物内的电路连线与一外接微电源连通；微电源的电压在3－12V；电路连线与微电源之间的电路连线上设有用于控制微小型风扇开启或关断的开关。可通过电源驱动风扇完成对人体局部体表的强化对流及蒸发散热，实现对人体几乎所有部位的局部温度的调节，且结构紧凑、可靠性高，弥补了传统衣服基本上无局部强化散热元件的缺陷。在高温环境下的防暑降温领域具有重要的应用价值。
文档编号A41D13/005GK2882295SQ2005201145
公开日2007年3月28日 申请日期2005年9月23日 优先权日2005年9月23日
发明者刘静 申请人:中国科学院理化技术研究所