CN105639814A - 调温帽 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调温帽，包括：帽体，用于与使用者头部相贴合，包含：外罩、内衬、安装槽；电能产生部，包含：至少两个太阳能板；以及调温部，利用电能来降低帽体的温度，包含：控制单元、与控制单元相连接的调温单元，其中，调温单元包含：相互并联的多个半导体制冷片，半导体制冷片为片体，对称地嵌合在外罩上，具有第一表面、第二表面、N型半导体接线端、P型半导体接线端，第一表面朝向内衬，第二表面朝外，N型半导体接线端与控制单元的正极输出端相连接，P型半导体接线端与控制单元的负极输出端相连接，使得第一表面进行吸收热量成为冷端，第二表面进行放热成为热端。

Description

调温帽

技术领域

本发明具体涉及一种对使用者的头部进行降温的调温帽。

背景技术

目前，随着国家建设的需要，越来越多建筑人员在不同的地区进行繁忙的作业，为了保证建筑人员在工地上的安全，规定每个在工地中的人员都必须佩戴安全帽。但是，安全帽长期与人的头部紧贴，使得使用者的头部流出汗水，而汗水的存在使得安全帽佩戴的舒适感不佳，尤其是在炎热的夏季，由于夏季的日照时间长，建筑人员在工地的工作时间会比其他季节更加长，由于夏季人体本来就容易出汗，加上安全帽的长时间佩戴，使得建筑人员的头部的汗一直闷在安全帽内，导致舒适感更加低，这样，越来越多的建筑人员会将安全帽摘下，然而，工地是危险频发地，不佩戴安全帽会增大危险系数，这样对建筑人员非常不利。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种对使用者的头部进行降温的调温帽。

本发明提供了一种调温帽，戴在使用者的头部，利用太阳辐射对使用者的头部进行降温，其特征在于，包括：帽体，用于与使用者头部相贴合，包含：外罩、与外罩形成容腔的内衬、设在容腔的安装槽；电能产生部，包含：分别对称地覆盖在外罩上的两侧并且利用太阳辐射产生电能的至少两个太阳能板；以及调温部，利用电能来降低帽体的温度，包含：与电能产生部相连接并且设在安装槽内的控制单元、与控制单元相连接的调温单元，其中，调温单元包含：相互并联的多个半导体制冷片，半导体制冷片为片体，对称地嵌合在外罩上，具有第一表面、第二表面、N型半导体接线端、P型半导体接线端，第一表面朝向内衬，第二表面朝外，N型半导体接线端与控制单元的正极输出端相连接，P型半导体接线端与控制单元的负极输出端相连接，使得第一表面进行吸收热量成为冷端，第二表面进行放热成为热端。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，电能产生部还包含：设在安装槽内的蓄电单元，蓄电单元与太阳能板相连接，用于对电能进行储存。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，控制单元与蓄电单元相连接。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，控制单元用于稳定正极输出端和负极输出端之间的输出电压。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，半导体制冷片采用TEC1-06304型号的半导体，且该半导体的长度为40mm，宽度为20mm，厚度为5mm。

在本发明提供的调温帽中，也可以具有这样的特征，还包括：散热部，设在外罩上并且与第二表面相对应，用于对第二表面进行散热。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，散热部采用风机，风机的出风口朝向第二表面。

在本发明提供的调温帽中，还可以具有这样的特征：其中，散热部采用水冷装置，水冷装置铺设在第二表面上。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的调温帽，因为太阳能板覆盖在外罩上将太阳辐射转换为电能，半导体制冷片嵌合在外罩的内壁上，半导体制冷片的N型半导体接线端与控制单元的正极输出端相连接，P型半导体接线端与控制单元的负极输出端相连接，使得半导体制冷片的第一表面进行吸收热量，从而对使用者的头部进行降温，因此，本发明的调温帽仅利用太阳辐射就能够实现对头部的降温，使得使用者的舒适感更高，同时能够节能环保。

附图说明

图1是本发明的实施例中调温帽的结构示意图；

图2是本发明的实施例中调温帽的工作原理图；

图3是本发明的实施例中调温帽的结构框图；以及

图4是本发明的实施例中调温帽的工作原理的风冷散热的效果图；以及

图5是本发明的实施例中调温帽的工作原理的水冷散热的效果图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的调温帽作具体阐述。

图1是本发明的实施例中调温帽的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中，调温帽100能够佩戴在使用者的头部，并且能够在处于户外时，利用太阳的太阳辐射对使用者进行降温。调温帽100包含：帽体10、电能产生部20、调温部30和散热部40。

帽体10用于与使用者头部相贴合，佩戴在使用者的头部，帽体10包含：外罩11、内衬12、安装槽13、两个嵌合槽14以及两个安装架15。

外罩11为弧形状，内衬12与外罩11相对应，内衬12的两端与外罩11的两端相连接，中部形成中空的容腔。

安装槽13设在容腔中间部分中，具有可开闭的封盖(图中未显示)。

两个嵌合槽14设在外罩11上，对称地设在外罩11上。

两个安装架15夹设在外罩11上，并且设在外罩11的两侧。

图3是本发明的实施例中调温帽的结构框图。

如图1和图3所示，电能产生部20用于产生电能，包含：五个太阳能板21、蓄电单元22。

五个太阳能板21分别安装在两个安装架15上，太阳能板21的板面朝外，能够利用太阳的太阳辐射产生电能。五个太阳能板21串联相调温部30供电。在本实施例中，太阳能板采用的型号为WARMSPACE的太阳能薄膜，其工作参数为：最大功率为1W，开路电压为2V，短路电流为660mA，工作电压为1.5V，工作电流为500mA，太阳能薄膜的本身尺寸为165mm*78mm，夹带黑边尺寸为190mm*90mm，组件厚度为0.5mm，重量为27g-31g，封装材料为耐用、高透光率ETFE薄膜，电池的类型为三结柔性非晶硅薄膜太阳电池。

蓄电单元22安装在安装槽13内，蓄电单元22与太阳能板21相连接，用于对太阳能板21产生的电能进行储存。在本实施例中，蓄电单元22采用镍氢电池，充电电压为6V。

调温部30利用电能来降低帽体10的温度，调温部30包含：控制单元31、调温单元32、开关33和开关34。

控制单元31设在安装槽13中，与蓄电单元22相连接。在本实施例中，控制单元31有三种接口分别为太阳能接口、蓄电单元接口和制冷片接口。当调温单元32的开路电压达到5V，太阳能板的电压高于6V时，蓄电单元22可以充电，同样，调温单元32可以工作。当不需要制冷时，可以断开制冷片侧的开关33，使电路只对蓄电单元充电直至充满。若断开蓄电单元22侧的开关34，则蓄电单元22和调温单元32都将停止工作。

图2是本发明的实施例中调温帽的工作原理图。

如图2所示，调温单元32包含：两个半导体制冷片32a。

两个半导体制冷片32a为片体，对称地嵌合在外罩11上。半导体制冷片32a具有第一表面A、第二表面B、N型半导体接线端C、P型半导体接线端D。

半导体制冷片32a安装在嵌合槽14中，第一表面A朝向内衬12，第二表面B朝向外部。

并且，N型半导体接线端C与控制单元31的正极输出端相连接，P型半导体接线端D与控制单元31的负极输出端相连接，使得第一表面A进行吸收热量成为冷端，第二表面B进行放热成为热端。

当半导体制冷片32a通上电流后，交界面附近在一秒钟的时间内放出或吸收的热量Q_p与电流强度I成正比

Q_p＝(α_p-α_n)IT

其中，α_p、α_n分别是p型和n型电偶臂的温差电动势率，α_p是正直，α_n是负值，T为相应接头上的绝对温度。

如果在放热的热端上予以散热，使它保持一定的温度T_h，那么另一接头就开始冷却，直到从周围介质传入这个接头的热量Q₀和沿着电偶臂传入的热量Q_hc的总和等于所吸收的帕尔贴热量时，即

Q_p＝Q₀+Q_hc

此时冷接头的温度达到平衡，设温度为Tc。

沿着电偶臂流入冷端的热量为

$Q_{hc}=\frac{1}{2}{Q}_j+Q_k=\frac{1}{2}{I}^{2}R-K\mathrm{\Δ}T$

式中R为电偶臂的总电阻，其值为

$R=\frac{l_n}{{\mathrm{\σ}}_n{S}_n}+\frac{l_p}{{\mathrm{\σ}}_p{S}_p}$

K是电偶臂的总热导，其值为

$K=\frac{k_n{S}_n}{l_n}+\frac{k_p{S}_p}{l_p}$

上面两式中的ln、lp、σn、σp、Sn、Sp、kn、kp分别为n和p型半导体的长度、电导率、截面积和热导率。

根据以上计算公式以及根据参考书上的建议使用经验数据与现今各元件的参数进行选型。

在本实施例中，假设夏日日平均温度为30.4℃，设计冷端温度为25℃，热端温度为35℃。因而，对于帽体内的小空间要达到预定的制冷效果，要求制冷量Q₀为1.5～2.5W。因此，半导体制冷片32a选用型号为TEC1-06304，颗粒对数为63，该半导体的长度为40mm，宽度为20mm，厚度为5mm，最大温差为60度，额定电压6-7.5V，最大电流为3.4-3.8A，制冷量为10W，引线规格为150mm，工作环境温度为-55℃至88℃。

散热部40用于对热端进行散热，散热部40能够采用水冷装置对第二表面B进行散热，或者采用风机对第二表面B进行散热。为了获得可靠的实验数据对帽体10进行了十次模拟试验，依次记录了环境温度、没有安装半导体制冷片32a时的帽内温度、采用风机进行风冷时制冷片冷端温度、采用水冷装置进行水冷时制冷片冷端温度，具体如下表所示：

根据上表可见，采用水冷装置时冷端温度更低，即、效果更好，因此，在本实施例中，采用散热部采用水冷装置对第二表面B进行散热。

最后，对调温帽100进行数值模拟，在本实施例中，采用的外罩11的外径为200mm、内径为196mm、外表面高度为150mm、内表面高度为148mm，内衬12的内径为180mm、高度为117mm。

另外，边界条件为：外罩11外侧弧温度为环境温度为32.23℃；外罩11内部温度为帽内空气温度为34.21℃；人体头部为人体温度为37℃；制冷片内侧温度水冷时22℃，风冷时27℃；

再者，模拟参数为：织物的导热系数0.0774W/(m*k)；密封状态下，空气的导热系数0.023W/(m*k)；用水来对人体进行代替，37℃的水的导热系数0.062631W/(m*k)；空气的对流传热系数12.5W/(m*k)。

然后，ANSYS模拟，由于半导体制冷片冷端温度与帽子以及人体的温度相差不是很大，因此忽略空气由于浮力引起的自然对流，而直接将空气假想为一个整体，对空气进行热传导分析。

最后，模拟结果如图4和图5所示，图4为风冷散热的效果图，图5为水冷散热的效果图。从图4和图5所示的，半导体制冷片31能够达到降温的效果。但是由于空气层过厚，也就是衬垫与帽子之间的距离过大，导致对人体头部的降温的效果不明显，可以改变内衬12的位置，让其距离外罩11只有10mm，而不是原来的33mm，来提高该制冷帽的制冷效果。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的调温帽，因为太阳能板覆盖在外罩上将太阳辐射转换为电能，半导体制冷片嵌合在外罩的内壁上，半导体制冷片的N型半导体接线端与控制单元的正极输出端相连接，P型半导体接线端与控制单元的负极输出端相连接，使得半导体制冷片的第一表面进行吸收热量，从而对使用者的头部进行降温，因此，本实施例的调温帽仅利用太阳辐射就能够实现对头部的降温，使得使用者的舒适感更高，同时能够节能环保。

在本实施例中，由于水冷装置对第二表面进行散热，因此，本实施例实现更好的制冷效果。

在本实施例中，由于蓄电单元能够在太阳能板产生的电压高于6V时进行充电，因此，本实施例实现更好的利用太阳能，具有节能环保的优点。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

在实施例中通过蓄电单元来储蓄电能，而在本发明中，也可以不使用蓄电单元，使得调温帽更加轻便，因为容易携带。

Claims (8)

1.一种调温帽，戴在使用者的头部，利用太阳辐射对所述使用者的头部进行降温，其特征在于，包括:

帽体，用于与所述使用者头部相贴合，包含：外罩、与所述外罩形成容腔的内衬、设在所述容腔内的安装槽；

电能产生部，包含：分别对称地覆盖在所述外罩上的两侧并且利用所述太阳辐射产生电能的至少两个太阳能板；以及

调温部，利用所述电能来降低所述帽体的温度，包含：与所述电能产生部相连接并且设在所述安装槽内的控制单元、与所述控制单元相连接的调温单元，

其中，所述调温单元包含：相互并联的多个半导体制冷片，

所述半导体制冷片为片体，对称地嵌合在所述外罩上，具有第一表面、第二表面、N型半导体接线端、P型半导体接线端，所述第一表面朝向所述内衬，所述第二表面朝外，

所述N型半导体接线端与所述控制单元的正极输出端相连接，所述P型半导体接线端与所述控制单元的负极输出端相连接，使得所述第一表面进行吸收热量成为冷端，所述第二表面进行放热成为热端。

2.根据权利要求1所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述电能产生部还包含：设在所述安装槽内的蓄电单元，

所述蓄电单元与所述太阳能板相连接，用于对所述电能进行储存。

3.根据权利要求2所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述控制单元与所述蓄电单元相连接。

4.根据权利要求1所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述控制单元用于稳定所述正极输出端和所述负极输出端之间的输出电压。

5.根据权利要求1所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述半导体制冷片采用TEC1-06304型号的半导体，且该半导体的长度为40mm，宽度为20mm，厚度为5mm。

6.根据权利要求1所述的调温帽，其特征在于，还包括：

散热部，设在所述外罩上并且与所述第二表面相对应，用于对所述第二表面进行散热。

7.根据权利要求6所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述散热部采用风机，所述风机的出风口朝向所述第二表面。

8.根据权利要求6所述的调温帽，其特征在于：

其中，所述散热部采用水冷装置，所述水冷装置铺设在所述第二表面上。