一种冷热交换系统、制冷服及制冷垫的制作方法

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1.本实用新型涉及制冷设备技术领域，具体是一种冷热交换系统、制冷服及制冷垫。

背景技术：

2.在炎热的夏季，即使在有空调的车内或室内，长时间坐在椅子上，后背和臀部常被汗水浸透，尤其从事户外工作的人，衣服不仅被汗水浸透，还有可能中暑，因此，设计具有制冷功能的服装、坐垫、背垫是很有必要的。
3.与压缩机制冷技术相比，半导体制冷技术由于其体积小、重量轻，是最适合用于制冷服、制冷垫的技术。在专利申请号cn202210118589.x公开了一种基于半导体制冷技术的制冷装置及采用该装置的制冷衣，其技术方案的优点是只需采用一个风扇就可同时促进半导体制冷片热端和冷端的热交换。但专利cn202210118589.x的技术方案存在能量浪费以及在极端的高温天气下，半导体制冷片热端散热器的散热效率不够，导致半导体制冷片的制冷效果达不到使用要求的技术问题。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种冷热交换系统、制冷服及制冷垫，旨在解决现有技术中现有的基于半导体制冷技术的制冷装置在高温下使用制冷效果差的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种冷热交换系统，应用于制冷服或制冷垫，包括：制冷仓，所述制冷仓上设有第一空气进口和冷空气出口，所述冷空气出口与制冷服或制冷垫中导冷管的进气口连通，所述制冷仓内安装有冷交换器，从第一空气进口进入的空气经冷交换器后从冷空气出口进入制冷服或制冷垫中的导冷管；散热仓，所述散热仓设有第二空气进气口、废冷气进气口以及热空气排气口，所述废冷气进气口与制冷服或制冷垫中导冷管的出气口连通，所述散热仓内安装有热交换器以及侧出风风扇，所述侧出风风扇的排风口朝向热交换器的侧面，吹风方向大致与热交换器的翅片面平行，所述侧出风风扇用于将外部空气和废冷气分别从第二空气进气口和废冷气进气口引入散热仓，使外部空气和废冷气混合后经过热交换器从热空气排气口排出；半导体制冷片，半导体制冷片的制冷面朝向制冷仓，半导体制冷片的发热面朝向散热仓。
6.本实用新型的进一步的技术方案为，所述冷热交换器均包括平板热管，所述冷交换器和/或热交换器包括平板热管，所述平板热管包括多个子热管，所述平板热管及子热管的腔体由铝或铝合金一体挤压成型。
7.本实用新型的进一步的技术方案为，所述平板热管的子热管腔壁上设置有沟槽，平板热管壳体、子热管腔体和沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型。
8.本实用新型的进一步的技术方案为，所述沟槽包括凸起沟槽，所述凸起沟槽是由设置在平板热管中子热管腔壁上两个相邻的凸起围合而成，相邻凸起底部之间的间距d满足0.2mm≤d≤1.2mm。
9.本实用新型的进一步的技术方案为，所述凸起横截面底边长l满足0.2mm≤l≤
1.2mm。
10.本实用新型的进一步的技术方案为，所述凸起横截面高h满足0.2mm≤h≤1.2mm。
11.本实用新型的进一步的技术方案为，所述平板热管中腔壁上的凸起与腔壁的夹角β满足92
°
≤β≤122
°
。
12.本实用新型的进一步的技术方案为，所述沟槽包括设置在子热管腔壁上形状近似圆形的圆洞沟槽，所述圆洞沟槽设有与子热管腔体连通的开口，所述圆洞沟槽的直径φ满足0.3mm≤φ≤1.2mm。一种制冷服，包括上述任一项所述的冷热交换系统。
13.一种制冷垫，包括上述任一项所述的冷热交换系统。
14.本实用新型的有益效果是：
15.制冷片工作，其制冷面温度降低，并通过冷交换器对从第一空气入口进入的空气制冷，冷却后的空气通过冷气出口进入制冷服或制冷垫中的导冷管，冷空气在流经设置在制冷服或制冷垫中的导冷管过程中吸收热量，从而降低用户的体感温度；利用废冷气对进入热交换器的空气进行预降温，以提高散热效果，从而提高了在高温环境下使用的制冷能力，同时也能利用侧出风风扇提供动力，使得制冷仓、制冷服和制冷垫导冷管中的冷空气进行流动。
附图说明
16.图1是本实用新型公开实施例提供的冷热交换主机的前刨面示意图；
17.图2是本实用新型公开实施例提供的冷热交换主机的内部结构示意图；
18.图3是本实用新型公开实施例提供的冷热交换主机的内部结构爆炸图；
19.图4是本实用新型公开实施例选用的一种平板热管结构示意图；
20.图5是本实用新型公开实施例选用的一种平板热管结构中子热管的结构示意图；
21.图6是本实用新型公开实施例选用的另一种平板热管结构示意图；
22.图7是本实用新型公开实施例选用的另一种平板热管结构中子热管的结构示意图；
23.图8是本实用新型公开实施例对热管进行传热性能测试装置的布置示意图。
具体实施方式
24.本实用新型是一种采用半导体制冷技术的冷热交换系统，通过采用新的设计方案和采用具有热超导性能的平板热管，提高了高温环境下冷热交换系统的制冷能力、降低了重量和体积。
25.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。
26.如图1～3所示，制冷服和制冷垫所用的冷热交换系统，包括主机11，主机11包括制冷仓12和散热仓13，散热仓13和制冷仓12之间可采用隔板14分隔开，隔板14优选采用隔热材料制成；在制冷仓12的相对两侧分别设置有与制冷仓12连通的第一空气入口121和冷空气出口122，在制冷仓12内安装有冷交换器16，外部空气从第一空气入口121进入，经冷交换器16冷却后，冷空气从冷空气出口122排出；在散热仓13的相对两侧分别设有与散热仓13连通的第二空气入口132、热空气出口133以及在第二空气入口132旁设置废冷气入口131，废冷气与从第二空气入口132进入的空气混合。散热仓13内安装有热交换器17，在热交换热17
与第二空气入口132之间设有侧出风风扇15，风扇15的出风口朝向热交换器17，侧出风风扇15吹出风的风向大致与热交换器17的翅片面平行，在主机11上还设有供电入口。
27.为了给进入制冷仓12中的空气进行降温，在隔热板14中设置有开孔，开孔中放置制冷片18，制冷片18的制冷面朝向制冷仓12，与冷交换器16贴合，制热面朝向散热仓13，与热交换器17贴合；为隔绝制冷仓12和散热仓13的热交换，可在制冷片18与隔板14及隔板14与外壳的连接处设置阻挡热对流的材料，例如泡棉；电源可采用电池或直流电源供电，电池可放置在冷热交换系统的主机11内，也可外接直流电源；热交换器17和冷交换器16可以是铝合金挤压的型材，也可以是其他方式的散热器。
28.在通电工作后，制冷片18工作，其制冷面温度降低，并通过冷交换器16对从第一空气入口121进入的空气制冷，冷却后的空气通过冷气出口122进入制冷服或制冷垫中的导冷管（图中未画出），冷空气在流经设置在制冷服或制冷垫中的导冷管过程中吸收热量，降低用户的体感温度；从制冷服或制冷垫中导冷管的出气口流出的冷空气称为“废冷气”，废冷气通过散热仓的废冷气进气口131进入散热仓13。
29.在通电工作后，制冷片18制热面发热，发出的热量通过热交换器17散出；在通电时，侧出风风扇15转动，通过第二空气入口132和废冷气进气口131分别将空气和废冷气吸入，外部空气和废冷气混合，一起吹向热交换器17，对热交换器17进行散热，热空气通过排气口133排放到外部环境中；该设计旨在利用废冷气对进入热交换器的空气进行预降温，以提高散热效果，进而提高制冷能力，同时也能利用侧出风风扇提供动力，使得制冷仓、制冷服/制冷垫导冷管中的冷空气进行流动。
30.需要说明的是：冷交换器16和热交换器17可选用铝合金挤压型材或其他散热方案，优选地，选用“平板热管+翅片”技术方案，该方案冷热交换效率高，且重量轻。如图3示，冷交换器16包括第一平板热管161和设置在第一平板热管161上的第一翅片162，第一翅片162可以是折叠芬或扣芬贴合在第一平板热管161上来增加与空气接触面积，提高散热效果，也可以是在第一平板热管161上采用其他工艺制成的散热翅片；热交换器17包括第二平板热管171和设在第二平板热管171上的第二翅片172，第二翅片172可以是折叠芬或扣芬贴合在第二平板热管171上，也在第二平板热管17上采用采用其他工艺制成的散热翅片；制冷片18的制冷面通过导热膏或导热硅脂或导热垫等贴合方式中的一种，与第一平板热管161连接在一起，制冷片18的制热面通过导热膏或导热硅脂或导热垫等贴合方式中的一种，与第二平板热管171连接在一起。
31.在本实施例中，第一板热管161和第二平板热管171的截面结构大致相同，如图4所示，包括热管壳体21、子热管22、凸起23、凸起沟槽24、圆洞沟槽25。热管壳体21、凸起23、圆洞沟槽25一起由铝或铝合金一体挤压成型。在本实施例中的第一平板热管161和第二平板热管171包括六个子热管22，本实用新型不对平板热管中子热管的数量进行限制，可以是1个或2个或3个或更多，子热管的数量取决于第一平板热管161和第二平板热管171的宽度、产品均温性要求及其他需求。本实用新型也不对子热管22在平板热管161和171中是否均匀分布进行限制，可以均匀，也可以不均匀，有时为满足开螺孔需要，在子热管22之间和/或平板热管的侧边增大实心部分，有时为满足抗弯性需要，在子热管22之间增加圆洞，在圆洞里面插入坚硬的材料，譬如不锈钢。在本实施例中，平板热管端口的密封采用激光焊接方式，本实用新型不对平板热管端口的密封方式进行限定，也可以是压焊、钎焊、锡焊中的一种或
多种组合。在本实施例及本实用新型中，平板热管中各子热管22之间是独立工作的，独立工作的含义是子热管22中的相变传热工质是互相隔绝的。在本实施例中，子热管22中的相变传热工质为乙醇，本实用新型不对相变传热工质进行限定，也可以是去离子水或丙酮或氨水或复合工质等。在子热管22中布置铝/铝基合金/铜/铜合金丝或网或其他材料，可进一步提高液态相变传热工质的回流能力，但在本实施例中，没有布置金属丝或金属网。
32.在本实施例中，平板热管中子热管22的截面如图5示，子热管22腔壁截面呈四边形，本实用新型不对子热管22腔壁截面的形状进行限制，子热管22腔壁截面也可呈三角形、五边形、六边形或其他曲面形状。在子热管22腔壁的腔壁上设置圆洞沟槽25，可以进一步增强汽相传热工质与腔壁的热交换面积，同时增强液相传热工质的回流，但本实用新型不对在子热管22腔壁上是否设置圆洞沟槽、圆洞沟槽位置及数量进行限制，可以在子热管22腔壁上的任何一个位置设置（包括但不限于腔壁的拐角处），也可以不设置，可以设置一个，也可以设置多个，依据需要而定。在本实施例中，子热管22四边形腔壁的两个腔壁上均设置了4个凸起23，本实用新型不对在腔壁上设立凸起的位置和数量进行限制，也可以在子热管22的一个或三个或四个腔壁上设置，也可以在一个腔壁上只设置两个凸起或三个凸起，由于只设置一个凸起不能形成沟槽，若设置凸起沟槽，至少要设置两个相邻的凸起。
33.热管腔壁上凸起的形状、尺寸和间距对热管性能有重要影响，影响来自两个方面，一方面是汽相传热工质与热管腔壁热交换面积的变化，另一方面是液相传热工质在腔壁上表面张力的变化，对液相传热工质的回流速度带来影响，进而影响了热管的传热性能。因此，对热管中凸起形状、凸起尺寸和凸起分布对热管传热性能的影响进行评估是很有必要的。
34.首先定义本实用新型中与凸起形状、凸起尺寸、凸起分布、圆洞沟槽尺寸相关的参数h、β、l、d、φ，这些参数的具体解释是，如图5、图7所示：
35.d为热管腔壁横截面上两个相邻凸起的两个相邻侧边拟合延长线与腔壁拟合延长线两个交点之间的距离。
36.h为热管腔壁横截面上凸起高点与凸起处腔壁拟合延长线的垂直距离。
37.l为热管腔壁横截面上凸起的两个侧边拟合延长线与凸起处腔壁拟合延长线两个交点之间的距离。
38.β为热管腔壁横截面上凸起侧边拟合延长线和凸起处腔壁拟合延长线交点处的切线与凸起侧边拟合延长线的夹角。
39.φ为热管腔壁横截面上近似圆形的圆洞沟槽直径，系指与圆洞沟槽拟合度最高圆洞的直径。
40.按照下面的实验原理进行实验设计，就h、β、l、d参数对热管性能的影响进行研究分析：
41.实验原理：
42.如图8所示为热管31传热性能测试的布置示意图，包括热管31、热源32、三个测温点（t1、t2、t3）。热管长度、热源位置、测温点位置如图8所示，l1=250mm，l2=200mm，l3=25mm，l4=5mm。t1温度点靠近热源，是热管传热性能测试系统是否符合测试规范的参考温度点。热管传热性能越好，则热管长度方向的均温性就越好，即t2和t3之间的温差δt就越小。因此，可以通过测量热管表面的δt，来比较热管的传热能力。
43.实验方法：准备5种不同腔壁结构的热管，并对热管腔壁进行钝化处理。热管腔体呈四边形，腔壁设有凸起，凸起尺寸见表1，热管外形尺寸7mm
×
7mm
×
250mm，壁厚0.5mm。相变传热工质为去离子水复合传热工质。试验用热源为恒温热源，热源的试验温度为55℃，温控精度
±
1℃，采用热电偶对t1、t2、t3三个测温点进行测温，测温精度
±
0.1℃。
44.实验解释：
45.热管腔体内抽真空并灌注传热工质后，在常温下热管内为负压，由于铝合金强度不高，因此，铝热管横截面的尺寸不能太大，否则，热管的腔壁会因为负压而下凹，再考虑到需要测试不同凸起高度h、不同凸起底边长l、不同凸起间距d以及实验测试规范的需要，铝热管横截面的尺寸也不能太小，因此，确定实验热管的外观尺寸为7mm
×
7mm
×
250mm，热管壁厚为0.5mm。在设计热管腔壁凸起参数时，由于目前型材挤压水平的极限工艺精度为0.2mm，因此将h、d、l的最小尺寸选择在0.2mm。又由于热管腔壁的边壁上至少要设置两个凸起，才能形成提升液体表面吸附力的沟槽，因此对外观尺寸为7mm
×
7mm
×
250mm、壁厚为0.5mm的热管，凸起最大间距只能为1.2mm，否则在热管腔壁的边壁上就不能形成凸起沟槽，因此将h、d的最大尺寸确定在1.2mm，l的最大尺寸参照h、d进行调整，也基本在1.2mm附近。依据经验确定β角的取值范围为90～120
°
，在确定了h、d、l、β的最大、最小值后，又选定了两组中间数据。如表1所示，将未设立凸起的热管5#作为对照组。
46.测试数据见表1，未设立凸起结构的热管5#，δt为23.60℃，远远大于对热管传热性能的评价标准（δt≤5℃），这说明热管5#在水平使用工况下，传热能力很差。通过对热管1#、热管2#、热管3#、热管4#的实验数据可以看出，该几种腔壁结构的热管δt≤5℃，说明均能满足热管传热性能的评价标准。热管2#的δt=1.20℃，δt值最小，说明最佳腔壁结构的参数位于热管1#和热管3#之间。样品4#的δt=4.8℃，非常接近热管性能的最低标准5.0℃，说明超过热管4#腔壁的结构参数将不能满足应用需求。另外，在生产过程中发现，当β=90
°
时，不利于型材挤出。依据上面的测试数据分析和生产过程中积淀的经验，可基本确定描述热管凸起形状、尺寸、分布参数的h、β、l、d的最佳取值区间：0.2mm≤h≤1.2mm、0.2mm≤l≤1.2mm、0.2mm≤d≤1.2mm、92
°
≤β≤122
°
。依据上述的实验数据，也可推断出圆洞沟槽的直径φ的上限尺寸为1.2mm时，液相传热工质获得的表面张力最大，液相传热工质的回流速度最快，传热性能最好，又由于铝或铝合金热管壳体和圆洞沟槽一起一体挤压成型时，φ的直径小于0.3mm，目前的工艺水平难以实现，因此圆洞沟槽直径φ的下限尺寸为0.3mm，故而圆洞沟槽直径φ的最佳取值区间为0.3mm≤φ≤1.2mm。
47.表1：热管腔壁结构参数与传热性能数据表
[0048][0049]
在本实施例中，β为115
°
， l为0.6mm，h为0.6mm， d为0.6mm，φ为0.6mm。在制冷服和制冷垫使用过程中，冷热交换主机中平板热管的子热管轴线与水平面的夹角可能随时而变，如若不设置凸起或者凸起的结构参数选择不当，都会影响冷热交换系统的效率。正是由于参照了上述经过实验优选出的凸起的形状、尺寸、分布参数来设置平板热管中各热管中的凸起，使得子热管22中的液相传热工质能获得足够的毛细力回流，使得平板热管的传热性能能够满足产品的使用要求。
[0050]
在本实施例中，平板热管还可采用另外一种结构，如图6、图7所示，包含壳体21，腔壁为圆形的子热管22，子热管22腔壁上设置有凸起23，相邻凸起之间形成沟槽24，子热管22的腔壁上未设置圆洞沟槽。图7为平板热管中其中一个子热管的放大图，在该可候选方案中，β为100
°
，l为0.5mm，d为0.5mm，h为0.5mm。
[0051]
在本实用新型描述中，腔壁系指切除凸起和/或填平圆洞沟槽后，按照凸起和圆洞沟槽之外的腔体表面特性，拟合得到切除凸起和/或填平圆洞沟槽后区域得到的虚拟表面，与未切除和/或填平的区域一起构成腔壁。
[0052]
在本实用新型描述中，热管和平板热管外观长度方向的水平、近似水平、大致水平的含义系指与水平面的夹角η满足-5
°
≤η≤5
°
。平板热管的子热管轴线的水平、近似水平、大致水平的含义系指与水平面的夹角θ满足-5
°
≤θ≤5
°
。
[0053]
一种制冷服，包括上述任一项所述的冷热交换系统。
[0054]
一种制冷垫，包括上述任一项所述的冷热交换系统。
[0055]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0056]
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0057]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.一种冷热交换系统，应用于制冷服或制冷垫，其特征在于，包括：制冷仓，所述制冷仓上设有第一空气进口和冷空气出口，所述冷空气出口与制冷服或制冷垫中导冷管的进气口连通，所述制冷仓内安装有冷交换器，从第一空气进口进入的空气经冷交换器后从冷空气出口进入制冷服或制冷垫中的导冷管；散热仓，所述散热仓设有第二空气进气口、废冷气进气口以及热空气排气口，所述废冷气进气口与制冷服或制冷垫中导冷管的出气口连通，所述散热仓内安装有热交换器以及侧出风风扇，所述侧出风风扇的排风口朝向热交换器的侧面，吹风方向大致与热交换器的翅片面平行，所述侧出风风扇用于将外部空气和废冷气分别从第二空气进气口和废冷气进气口引入散热仓，使外部空气和废冷气混合后经过热交换器从热空气排气口排出；半导体制冷片，半导体制冷片的制冷面朝向制冷仓，半导体制冷片的发热面朝向散热仓。2.根据权利要求1所述的冷热交换系统，其特征在于，所述冷交换器和/或热交换器包括平板热管，所述平板热管包括多个子热管，所述平板热管及子热管的腔体由铝或铝合金一体挤压成型。3.根据权利要求2所述的冷热交换系统，其特征在于，所述平板热管的子热管腔壁上设置有沟槽，平板热管壳体、子热管腔体和沟槽一起由铝或铝合金一体挤压成型。4.根据权利要求3所述的冷热交换系统，其特征在于，所述沟槽包括凸起沟槽，所述凸起沟槽是由设置在平板热管中子热管腔壁上两个相邻的凸起围合而成，相邻凸起底部之间的间距d满足0.2mm≤d≤1.2mm。5.根据权利要求4所述的冷热交换系统，其特征在于，所述凸起横截面底边长l满足0.2mm≤l≤1.2mm。6.根据权利要求4所述的冷热交换系统，其特征在于，所述凸起横截面高h满足0.2mm≤h≤1.2mm。7.根据权利要求4所述的冷热交换系统，其特征在于，所述凸起与腔壁的夹角β满足92
°
≤β≤122
°
。8.根据权利要求3或4或5或6或7所述的冷热交换系统，其特征在于，所述沟槽包括设置在子热管腔壁上形状近似圆形的圆洞沟槽，所述圆洞沟槽设有与子热管腔体连通的开口，所述圆洞沟槽的直径φ满足0.3mm≤φ≤1.2mm。9.一种制冷服，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的冷热交换系统。10.一种制冷垫，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的冷热交换系统。

技术总结

本实用新型提供一种冷热交换系统、制冷服及制冷垫，涉及制冷设备技术领域，该一种冷热交换系统，包括制冷仓，所述制冷仓上设有第一空气进口和冷空气出口，所述冷空气出口与制冷服或制冷垫中导冷管的进气口连通，所述制冷仓内安装有冷交换器，从第一空气进口进入的空气经冷交换器后从冷空气出口进入制冷服或制冷垫中的导冷管；还包括散热仓，所述散热仓设有第二空气进口、废冷气进口以及热空气排气口，所述废冷气进气口与制冷服或制冷垫中导冷管的出气口连通，所述散热仓内安装有热交换器以及侧出风风扇。本实用新型的冷热交换系统具有在高温环境下使用制冷效果好、体积小、重量轻的优点。的优点。的优点。