本发明属于一种降温伞，特别属于一种基于旋涡冷却器的智能降温伞及其控制方法。
背景技术：
农家乐园、名胜古迹等景区每年都会吸引来大批前来观光的旅游人员，即使是炎热的夏季也阻挡不了人们出行旅游、外出观光的脚步。特别是有名的景区，在夏季前来旅游的游客人数可谓是数以万计。
景区内供观光者临时休息的场所通常是饭馆和凉亭，前来观景的游客追求绿水青山、高山流水的意境，景区饭馆和城市饭馆给人的感觉类似，缺少群山峻岭、茂林修竹之乐，另外对于那些只需要休息无心会餐的游客来说，饭馆往往不是最佳选择。因而，前来观赏美景的游客更加青睐于在户外的凉亭小憩，不仅能够使身体得到休息同时在休息时观赏到了户外的美景。而本发明提出了一种可应用于景区的降温伞，方便使用，可拆可换，为伞下休息的游客带来凉意，与凉亭相比，本降温伞免去了建筑物的修建环节，成本低，可灵活移动位置，在降温伞下休息的舒适感如同树荫所给，同时避免了游客对树周围花草的踩踏。因此本发明在景区供游客休息具有一定的应用价值。
另一方面，本发明提出的降温伞可以用于摆摊小贩，在夏季降低环境温度可延长水果的保存时间，并驱走热空气给伞下人员带来凉意，避免高温酷热对人体造成伤害。本发明的降温伞还可以应用于类似场合，本降温伞采用蓄电池供电，方便户外环境使用，亦可插入交流电桩使用。本发明配备温度调控模块，能够自动调节伞下环境温度，无需人员操作，适用于广泛人群，故研究一种具有降温功能的制冷伞具有重要意义。
技术实现要素：
本发明提供一种基于旋涡冷却器的智能降温伞及其控制方法，该降温伞具有智能调温功能，可为前来景区的观光人员带来便利、舒适的休息环境。
本发明采用的技术方案是：一种基于旋涡冷却器的智能降温伞，降温伞由伞柄、伞骨、伞布、伞座、喷头、排风管道、对接接头、电源、温控单元、制冷单元组成。伞布的面料添加具有较好隔热性能的聚氨酯涂料，能够有效阻止紫外线对皮肤的照射且起到隔热作用，伞面内侧呈现橘红色具有驱蚊效果；冷风管道一端连接旋涡冷却器的冷空气排出端，另一端连接喷头，冷风管道在使用前可随时安装，在收伞前可立马拆卸；管道的连接依靠两对对接接头，每对接头由送气接头和进气接头组成，并经微型螺母、密封垫片紧固、橡胶圈密封后实现冷气的畅通输送；利用带孔的喷头将冷空气散发至伞布下方环境，喷头采用软质材料方便伞的打开与闭合；制冷单元包括空气压缩泵和旋涡冷却器，其中旋涡冷却器为产生冷却气体的核心装置；温控单元由温控模块和测温模块组成，构成降温伞的智能操作系统；整个制冷系统装置放置于悬臂控制箱中并由蓄电池供电，使用时将控制箱置于伞下地面上。
进一步地，旋涡冷却器有一个进气口、一个排热气口和一个排冷气口，其进气端连接空气压缩泵，由压缩泵给旋涡冷却器供应空气，旋涡冷却器的排热气口连接引导环并与外界环境相通，冷排气口连接冷风管道，用于输送制冷空气。
进一步地，空气压缩泵将空气压缩并以很高的线速度沿切线方向泵入旋涡冷却器的涡流室，压缩空气经瞬间扩容、涡流交换产生能量分离，一部分气体形成涡流后旋转前进，沿管壁的气体与管壁发生摩擦，温度迅速升高，形成热空气从热端排至外界环境，另一部分气体沿中心线返回，形成回流，这部分气体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换使得其温度逐渐降低，形成温度可达0℃以下的冷却气体用于制冷。
进一步地，测温模块通过导线连接温控模块，温控模块通过导线连接驱动线圈，其动作开关通过导线与空气压缩泵泵芯电机、启动开关及电源相连构成回路，动作开关由控制器智能控制，考虑到人员对伞下温度的需求各有所异以及防止温控模块出现故障，专门设置启动开关为手动按钮，制冷伞以智能控制为主控制和手动控制协助调节；启动开关设置于控制箱内壁，可人为打开控制箱进行手动调节；测温模块与温控模块、空气压缩泵组成控制回路，温控模块通过控制空气压缩泵的启停实现自动降温的目的。
进一步地，喷头设置于伞布正下方，呈现圆环状，安装在伞柄上并由上下处两个行止节支撑，阻止喷头上移和防止掉落，喷头上方按照同心圆阵列的分布方式开有至少一个气孔，用于排出冷空气同时避免冷空气直接吹向人体；喷头采用橡胶材料，具有弹性的软质喷头方便伞的正常闭合。
进一步地，排风管道与旋涡冷却器冷气排出端采用对接接头连接，排风管道与喷头的进气端采用对接接头连接，所述对接接头包括送气接头和进气接头。
进一步地，送气接头的管外壁具有锥形变径管状结构，送气接头的细端设有环形外缘，送气接头的粗端与螺纹管的一端相连接，螺纹管的另一端与制冷管道相连接；送气接头上安装送气端橡胶圈；螺纹管设有外螺纹，接头螺母安装在螺纹管上；接头螺母与送气端橡胶圈间安装紧连接垫片。
进一步地，进气接头的管内壁具有沙漏形变径管状结构，进气接头的一端用于插入送气接头的细端，进气接头的另一端与制冷管道相连接；进气接头外固定安装进气端橡胶圈。
进一步地，送气接头插入进气接头后，送气接头细端的环形外缘卡进进气接头沙漏形变径管的最小径处；送气端橡胶圈压止于进气端橡胶圈，通过螺母的紧固作用实现对接接头的密封。
进一步地，悬臂控制箱左右两侧分别开有直径为3厘米的圆孔，右侧圆孔为空气压缩泵的进口，进口插有引导环，引导环向外伸出5厘米方便进气；左侧圆孔为旋涡冷却器的排热气口，排热气口与排气杆进口相连，排气杆出口竖直向上；所述排气杆包括内层和外层，内层为流热气通道，内层与外层之间为真空隔热层避免人员烫伤。
进一步地，悬臂控制箱下端安装自锁滑轮，方便移动，测温模块的温感触头从控制箱上部伸出5厘米以确保测温准确。
本发明的有益效果为：在普通伞的基础上进行改装并配置制冷装置、控制单元、冷风管道及喷头。橘红色伞布的设计具有一定的驱蚊效果，利用旋涡冷却器产生的冷空气制冷，气孔朝上设计避免了冷风直接吹向伞下休息人员。排气杆的配置将热空气排至环境的同时避免了人员烫伤，悬臂控制箱具有自锁滑轮，可以手握排气杆推动控制箱移动，冷风管道具有灵活连接的特点，使得该降温伞可轻松应用于多种场合。采用温控模块自动控制制冷温度，赋予降温伞一定的智能性，并设置手动开关，以满足不同使用者的不同需求。
附图说明
图1为本发明透视伞布的降温伞的结构示意图；
图2为本发明不透视伞布的降温伞的外观示意图；
图3为本发明去除伞布的降温伞的骨架示意图；
图4为第二实施例去除伞布的降温伞的骨架示意图；
图5为第三实施例去除伞布的降温伞的骨架示意图；
图6为第三实施例的降温伞骨架的局部放大图；
图7为第三实施例安装导风轮的位置示意图；
图8为本发明降温伞制冷单元原理示意图；
图9为本发明降温伞温控单元原理示意图；
图10为本发明降温伞温度控制流程图；
图11为本发明降温伞温度控制电路示意图；
图12为本发明的送气接头的结构示意图；
图13为本发明的进气接头的结构示意图；
图14为送气接头与进气接头对接的结构示意图。
主要元件说明如下：1、伞柄；2、伞布；3、伞骨；4、伞座；5、喷头；6、行止节；7、冷风管道；8、悬臂控制箱；9、旋涡冷却器；10、空气压缩泵；11、温控模块；12、测温模块；13、温感探头；14、动作开关；15、手动开关；16、螺纹管；17、接头螺母；18、紧连接垫片；19、送气接头；20、送气端橡胶圈；21、进气端橡胶圈；22、进气接头；23、引导环；24、自锁滑轮；25、排气杆；26、导风轮。
具体实施方式
为了更加清楚地描述本发明，现根据附图详细地对一种基于旋涡冷却器的智能降温伞作进一步描述。
第一实施例
图1~图3显示了本发明降温伞的结构组成，由伞柄1、伞布2、伞骨3、伞座4、喷头5、冷风管道7及悬臂控制箱8组成。伞柄1作为支撑伞体的部件，其下端设计饼状伞座4，增加伞体与地面的接触面积维持降温伞稳定竖立。伞布2的面料添加具有较好隔热性能的聚氨酯涂料，起到阻止紫外线对皮肤造成辐射与隔离热源作用。喷头5由软胶材料制成，其形状与伞打开时的形状相适应，并且较好的弹性确保喷头5不妨碍伞的正常闭合，喷头5位于伞布2正下方，呈现圆环状，喷头5上方按照同心圆分布方式开有至少一个小圆孔，将冷空气向上排出，避免直接吹向人，且喷头5相对伞布2而言占有较大的面积，有效地将冷却气体散发至伞下大面积区域，将喷头5套在伞柄1上，在伞柄1上专门设置上下两个行止节6，为凸环结构，用以阻止喷头5上移和防止掉落。冷风管道7一端连接喷头5，另一端连接悬臂控制箱8内旋涡冷却器9的冷排气口，冷风管道7用于传输冷却空气，冷风管道7与喷头5的连接采用对接接头，冷风管道7与冷排气口的连接也采用对接接头实现，使冷风管道7的连接具有灵活性，使得降温伞方便使用。悬臂控制箱8内封装有制冷单元、控制单元和蓄电池，其中测温模块12的温感触头13从控制箱8上部伸出5厘米以确保测温准确，箱体8左右两侧开有直径为3厘米的圆孔，一个接入空气压缩泵10的进口，另一个与外界相通用于引导排出热空气，两处圆孔处均插有引导环23，向外界伸出5厘米，方便进气、排气过程，悬臂控制箱8下端安装自锁滑轮24，方便移动，使该降温伞轻松适用于景区环境。
所述基于旋涡冷却器的智能降温伞，包括伞柄1、伞布2、伞骨3、伞座4、喷头5、冷风管道7及悬臂控制箱8。所述伞布2的面料涂覆具有较好隔热性能的聚氨酯涂料。所述悬臂控制箱8内安装制冷单元及控制单元。
所述制冷单元包括空气压缩泵10和旋涡冷却器9。空气压缩泵10的进气端与外界空气相连通，空气压缩泵10的排气端与旋涡冷却器9的进气端相连接。旋涡冷却器9的排热气口与外界空气相连通，旋涡冷却器9的排冷气口连接冷风管道7的一端，冷风管道7的另一端连接喷头5。所述喷头5安装在伞布2下方，喷头5的上方设有一个以上的用于排出冷空气的气孔。
所述温控单元包括温控模块11和测温模块12。所述测温模块12通过导线连接温控模块11的输入端，温控模块11的输出端通过导线连接动作开关14的输入端，动作开关14的输出端通过导线与空气压缩泵10泵芯电机、启动开关15及电源相连构成回路。温控模块11通过动作开关14控制空气压缩泵10的启停，实现降温的目的。启动开关15用于手动控制空气压缩泵10的启停。测温模块12的温感触头13延伸至悬臂控制箱8外部。
所述旋涡冷却器9有一个进气口、一个排热气口和一个排冷气口。其进气端连接空气压缩泵10。其排热气口连接排气杆25与外界环境相通。其冷排气口连接冷风管道7，用于输送制冷空气。
所述空气压缩泵10将空气压缩并以很高的线速度沿切线方向泵入旋涡冷却器9，压缩空气经瞬间扩容、涡流交换产生能量分离，一部分气体形成涡流后旋转前进，沿管壁的气体与管壁发生摩擦，温度迅速升高，形成热空气从热端排至外界环境。另一部分气体沿中心线返回，形成回流，这部分气体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生热交换使得其温度逐渐降低，形成温度可达0℃以下的冷却气体用于制冷。
所述冷风管道7与旋涡冷却器9冷气排出端采用对接接头连接，所述冷风管道7与喷头5的进气端采用对接接头连接，方便冷风管道7的安装。所述对接接头包括送气接头19和进气接头22。
所述送气接头19的管外壁具有锥形变径管状结构，送气接头19的细端设有环形外缘，送气接头19的粗端与螺纹管16的一端相连接，螺纹管16的另一端与冷风管道7相连接。送气接头19上安装送气端橡胶圈20。螺纹管16设有外螺纹，接头螺母17安装在螺纹管16上。接头螺母17与送气端橡胶圈20间安装紧连接垫片。
所述进气接头22的管内壁具有沙漏形变径管状结构，进气接头22的一端用于插入送气接头19的细端，进气接头22的另一端与冷风管道7相连接。进气接头22外固定安装进气端橡胶圈21。
所述送气接头19插入进气接头22后，送气接头19细端的环形外缘卡进进气接头22沙漏形变径管的最小径处。送气端橡胶圈20压止于进气端橡胶圈21，通过接头螺母17的紧固作用实现对接接头的密封。
所述悬臂控制箱8左右两侧分别开有直径为3厘米的圆孔，右侧圆孔为空气压缩泵10的进口，进口插有引导环23，引导环23向外伸出5厘米方便进气。左侧圆孔为旋涡冷却器9的排热气口，排热气口与排气杆25进口相连，排气杆25出口竖直向上。所述排气杆25包括内层和外层，内层为流热气通道，内层与外层之间为真空隔热层避免人员烫伤。
所述悬臂控制箱8下端安装自锁滑轮24，方便移动。悬臂控制箱8内还安装蓄电池，蓄电池用于为空气压缩泵10及温控单元供电。所述伞布2内侧面料设计为橘红色具有驱蚊效果。所述测温模块12的温感触头13从悬臂控制箱8上部伸出不短于5厘米以确保测温准确。
图8说明了旋涡冷却器9的制冷原理：空气压缩泵10将空气加压送入旋涡冷却器9，压缩空气以很高的线速度沿切线方向进入旋涡冷却器9，经瞬间扩容气体压强立刻改变、涡流交换使能量得以分离，一部分气体形成涡流后旋转前进，与管壁发生强烈摩擦，该部分气体温度迅速升高，形成热空气进而排出至外界，由于管壁气压分布不均衡，另一部分气体沿中心线返回形成回流，这部分气体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生的热交换，使得其温度逐渐降低，形成温度可达0℃以下的冷却气体，并进入冷风管道用以降低伞下环境温度。
图9显示了温控单元的基本原理，测温模块为msp430型号的单片机，测温模块12为型号ds18b20的数字温度传感器。温控模块11信号输入端连接测温模块12，实时接收伞下环境温度检测值，温控模块11通过输出控制信号控制动作开关14进而实现自动降温功能：当伞下温度偏高时自动启动降温功能；当伞下温度低于设定的适宜温度值时自动关闭降温功能。应当明白，单片机型号的选择以及相关的编程对于本领域的技术人员而言是容易得到的，单片机接收测温模块12发出的信号即可判断当前温度状态，进而决定是否向动作开关14发出动作信号，通过动作开关14控制空气压缩泵10的启停，因此具体编程及引脚的连接电路图在此不多作赘述。
图10、11说明了降温伞温控单元的工作流程及温控电路原理，制冷单元启动时程序执行动作开关14闭合，空气压缩泵10启动、旋涡冷却器9制冷、冷风管道7内流入冷却气体、喷头5上方的气孔排出冷风；当测温模块12检测的温度达到设定合理温度低限时，程序执行断开空气压缩泵10供电电源，直至测温模块12检测的实测温度高于设定合理温度高限时，循环执行上述操作过程，即制冷单元重新启动。
在本实施例中，为满足不同人员的不同需求，特意在悬臂控制箱8的内侧壁设置手动开关15，依据使用者的意愿方便调节，使降温伞的温度调节以自动控制为主体、手动调节为辅助满足人群的不同需求。
图12-14显示了对接接头的结构示意图，包括送气接头19和进气接头22，用以对冷风管道7的两端进行密封连接。在对接接头连接时，首先将送气接头19插入到进气接头22中，然后使得两个接头端的橡胶圈相互抵住，即送气端橡胶圈20压止于进气端橡胶圈21，最后拧紧接头螺母17，靠垫圈18、螺母17的紧固作用和送气端橡胶圈20和进气端橡胶圈21的密封作用来确保对接接头处不漏气，易拆卸的冷风管道7使得降温伞方便搭建，可供灵活使用。
第二实施例
图4作为第一实施例的变种，第二实施例将冷风管道7设置在伞体下部，通过埋藏在伞座4或伞柄1中的冷风管道7，将旋涡冷却器制造的冷风导入喷头5。所述冷风管道7在伞体上的连接点可以设置在伞座4下部，也可以设置在伞柄1下部。如此设置管路的好处在于避免了冷风管道7悬挂在伞下对用户产生干扰；同时减少了悬挂的冷风管道7的自重对冷风管道7与喷头5连接点接头的重力，增加接头的使用寿命；另外避免了冷风管道7与喷头5连接点过高导致用户不易连接冷风管道7与喷头5的问题。
第三实施例
图5为第二实施例的一个变种。在本实施例中，将喷头5与部分伞骨3相结合，设计出内含冷风管道7的伞骨3。所述伞骨3设有一个以上的气孔，用于释放冷风管道7内的冷空气。
图6为本实施例降温伞骨架的局部放大图，所述气孔开设在伞骨3上方，使得冷风从伞骨3内喷出后向上方喷出，避免冷风对人体直吹。
可将伞骨3设计为冷风管道7横截面积逐渐增大的通道，利用流体的伯努利原理，可使冷风在伞骨3中随着冷风管道7横截面积的增大降低流速，从而使冷风的压力逐渐增加，避免在均匀管道上设置多个气孔时各个气孔压力不均匀、远端气孔不出风的问题。
图7为本实施例增加导风轮的示意图。由于将喷头5与伞骨3结合后，冷风出口由一条简单的喷头5管道变为三根以上的伞骨3管道，若不采用分流措施对伞骨3与伞柄1连接处进行冷风分流，容易导致各伞骨3内风压不均匀，部分伞骨3内风压较高、气孔出风较多，部分伞骨3内风压较低、气孔出风较少。为此，可在伞骨3与伞柄1连接处设置一导风轮26。所述导风轮26采用现有的导风轮即可，其作用是在风力的驱动下沿伞柄1的轴线转动、并将直吹向导风轮的冷风自然过渡至伞骨3内冷风管道7的方向，从而使伞柄1内的冷风均匀地进入各根伞骨3，使得伞下区域均匀降温。