隨身微型空調(diào)

劉宏偉

【摘要】該微型空調(diào)可以運(yùn)用于各種日常生活用品之中，使得人們能夠隨時(shí)隨地的在一個(gè)舒適的環(huán)境之中學(xué)習(xí)與工作。該空調(diào)主要運(yùn)用半導(dǎo)體制冷技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷，具有噪音小、無(wú)污染、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此，該技術(shù)有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】微型 ?空調(diào) ?半導(dǎo)體技術(shù)

1、研制背景及意義

近幾年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，全球氣溫不斷上升的趨勢(shì)下，我國(guó)各大城市的夏季氣溫也都屢創(chuàng)新高，并且常常出現(xiàn)持續(xù)的高溫天氣，而20世紀(jì)90年代末開(kāi)始全球性禁止使用CFCS、HCFCS等制冷工質(zhì)，在節(jié)能環(huán)保、低碳減排的背景下，伴隨著新材料、新工藝及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，熱電制冷技術(shù)在人體熱防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、設(shè)計(jì)方案

2.1散熱裝置的設(shè)計(jì)

在半導(dǎo)體制冷裝置的熱端會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，為保證制冷系統(tǒng)能夠安全正常的工作，必須將熱端產(chǎn)生的熱量及時(shí)的向周?chē)諝馍l(fā)，否則，熱量的不斷增加最終將會(huì)使半導(dǎo)體的熱端溫度持續(xù)升高，這不僅會(huì)破壞制冷裝置的正常工作，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)燒毀制冷裝置，甚至?xí)a(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。因此，半導(dǎo)體制冷裝置的熱端必須配備與之相對(duì)應(yīng)的散熱裝置。

由于自然對(duì)流的散熱效率太低，因此，采用風(fēng)扇強(qiáng)制對(duì)流。散熱裝置安裝在熱電偶對(duì)的熱端，為了能夠更好的散熱，將散熱裝置安裝在熱端的兩側(cè)。

2.3換熱裝置的設(shè)計(jì)

為了使人體各個(gè)部位的溫度都達(dá)到一個(gè)相對(duì)合適的溫度，該換熱裝置采用水作為換熱介質(zhì)，然后用極細(xì)的塑料軟管編制一件T恤或背心，在塑料軟管中裝滿水，再將該裝置的出水口和進(jìn)水口分別連接在一個(gè)微型換熱器上，最后將換熱器和半導(dǎo)體制冷裝置的冷端放在用隔熱材料圍成的冷室當(dāng)中。考慮到細(xì)軟水管的阻力比較大，采用一個(gè)小型水泵為水循環(huán)提供動(dòng)力，這是與制冷系統(tǒng)相配合的一種特殊服裝。

2.4電源裝置的設(shè)計(jì)

電源裝置是半導(dǎo)體制冷裝置的動(dòng)力源泉，也是微型空調(diào)的心臟。太陽(yáng)能是目前人類(lèi)運(yùn)用最廣泛和最安全的一種可再生能源。目前，已有公司研制成功了有機(jī)太陽(yáng)能材料，用這種材料可以制成一種特殊的太陽(yáng)能電池，這種電池具有質(zhì)量輕、體積小、韌性好、成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。用這種電池作為半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的電源裝置不僅節(jié)能環(huán)保而且美觀經(jīng)濟(jì)。為了能夠盡可能的減小制冷系統(tǒng)的體積，將這種柔性的太陽(yáng)能電池安裝在衣服的表面，這樣安裝不僅減小了系統(tǒng)的體積而且增加了衣服的美感與時(shí)尚感。

3 裝置工作原理

空調(diào)裝置原理簡(jiǎn)圖

A：微型泵 ? ? B：換熱器 ? ? ? C：P-N結(jié) ? ? ?D：微型散熱風(fēng)扇 ? ? ? E：冷箱 ?F：熱箱 ? ? ? G：蓄電池 ? ? H：控溫裝置 ? ? M：背殼

上圖是該服飾空調(diào)裝置的原理圖，從圖中可以看出，整個(gè)系統(tǒng)中主要的裝置都在“背殼”中，裝置主要由四部分組成：熱箱、冷箱、蓄電池、控制裝置。

首先，衣服表面的太陽(yáng)能電池將電能輸送到蓄電池中，再由蓄電池為P—N結(jié)提供電能，P—N結(jié)通電冷端從外界吸熱使得冷箱的溫度下降，致使換熱器內(nèi)的水溫也降低，然后通過(guò)微型水泵把較低溫度的水輸送到塑料軟管編制的衣服內(nèi)，對(duì)人體溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。熱箱主要由熱端和微型風(fēng)扇組成，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電能由蓄電池提供，控溫裝置與P—N結(jié)輸入電流線連接，通過(guò)控制電流的大小來(lái)控制溫度。蓄電池安裝在最左側(cè)，依次連接熱箱、P—N結(jié)、冷箱、微型水泵，控制裝置在下部，背殼安裝在服裝的背后，連接方式如圖所示。

5、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1）該新型微型空調(diào)的適用范圍比較廣。

2）該新型微型空調(diào)操作和控制簡(jiǎn)單，方便使用。

3）該新型微型空調(diào)具有良好的制冷效果。

4）該新型微型空調(diào)具有環(huán)保無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。

6、應(yīng)用前景

我國(guó)是個(gè)人口大國(guó)，擁有13億人口，并且隨著人口的增加，社會(huì)的發(fā)展，能源資源的緊缺，人們?cè)絹?lái)越注重環(huán)境保護(hù)和新能源利用，因此無(wú)污染的微型空調(diào)服飾一定會(huì)擁有很好的市場(chǎng)前景。隨著全球氣溫的變暖，在夏季，大部分城市都出現(xiàn)持續(xù)的高溫天氣，以及人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境舒適度要求的提高，將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大該服飾空調(diào)的銷(xiāo)售市場(chǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]曾彥彰，鄧中山.劉靜 基于微型風(fēng)扇陣列系統(tǒng)的人體降溫空調(diào)服飾.紡織學(xué)報(bào)，2001.6

[2]李世忠.韓吉田，傅益 熱電制冷技術(shù)在人體熱防護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用.走中國(guó)創(chuàng)造之路——2011中國(guó)制冷學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011：

[3]陳光明.陳國(guó)邦主編，制冷與低溫原理第二版.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.11

[4]趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，錢(qián)以明編，空氣調(diào)節(jié)（第四版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.3

[5]張行周，鐘曉暉，吳玉庭，馬重芳 微型制冷系統(tǒng)在便攜式空調(diào)中的應(yīng)用.流體機(jī)械，2006

[6]羅清海，湯廣發(fā)，李 濤 ?半導(dǎo)體制冷空調(diào)的應(yīng)用與發(fā)展前景. 制冷與空調(diào)，2005.12