阅读说明：本技术 一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装 (Garment capable of achieving active/passive intelligent temperature adjustment through composite energy storage material ) 是由 李一浩 蒋千和 黄国豪 袁亮 徐虎 郭苏枫 徐勇 赵士淇 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装,包括：贴身透气内层、控温层和防水透气外层；控温层位于贴身透气内层和防水透气外层之间；贴身透气内层和防水透气外层缝合连接成与人体贴合的服装。控温层包括复合储能材料胶囊、控制单元、工作介质循环管路和供能单元；复合储能材料胶囊紧贴与贴身透气内层与工作介质循环管路之间或位于工作介质循环管路内；控制单元连接工作介质循环管路和供能单元,通过复合储能材料胶囊与工作介质循环管路内工作介质的流动及温度的调整实现服装的主动温控和被动温控,实现温度的缓冲调节与实时调节,操作方便同时节能环保。(The invention discloses a garment for realizing active/passive intelligent temperature adjustment by using a composite energy storage material, which comprises: the inner layer is close-fitting and breathable, the temperature control layer and the outer waterproof and breathable layer; the temperature control layer is positioned between the close-fitting breathable inner layer and the waterproof breathable outer layer; the close-fitting breathable inner layer and the waterproof breathable outer layer are connected into a garment attached to a human body in a sewing mode. The temperature control layer comprises a composite energy storage material capsule, a control unit, a working medium circulation pipeline and an energy supply unit; the composite energy storage material capsule is tightly attached to the space between the close-fitting breathable inner layer and the working medium circulation pipeline or is positioned in the working medium circulation pipeline; the control unit is connected with the working medium circulation pipeline and the energy supply unit, active temperature control and passive temperature control of the clothes are achieved through flowing of the composite energy storage material capsules and working media in the working medium circulation pipeline and adjusting of the temperature, buffering adjustment and real-time adjustment of the temperature are achieved, and the clothes are convenient to operate, energy-saving and environment-friendly.)

一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装

技术领域

本发明涉及服装技术领域，更具体的说是涉及一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装。

背景技术

目前，随着智能化的日益发展，智能控制被应用到日常生活的各个领域，为了解决环境温度变化带来的人体感知温度的舒适感降低的问题，人们开始研发能够进行温度调节的服装，实现服装温度的自动调节。

但是，目前市场上大多数恒温功能性服装只能在寒冷的环境下提高人体表面温度或只能在炎热环境下降低人体表面的温度，功能比较单一，并且温度调节时温度变换显著，降低了人体穿着的舒适度，并且，目前的恒温服装普遍存在耗能大、实时调节能力弱和操作复杂等问题。

因此，如何实现调温服装的低能耗、实时温度调整、操作便捷和提高人体穿着的舒适度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装，结合复合材料储能胶囊提供一种可实现主/被动调控人体表面皮肤与贴身衣物微环境中温度变换缓冲，实时调节温度的服装，克服了现有恒温功能性服装的控温功能单一的缺点，同时温度变化的缓冲提高使用者的舒适度，可以帮助卧床修养的中老年人适应环境温度变化，并且操作简单、能耗低、实时性强。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装，包括：贴身透气内层、控温层和防水透气外层；所述控温层位于所述贴身透气内层和所述防水透气外层之间；所述贴身透气内层和所述防水透气外层缝合连接成与人体贴合的所述服装。

优选的，所述控温层包括复合储能材料胶囊、控制单元、工作介质循环管路和供能单元；所述复合储能材料胶囊贴合于所述贴身透气内层和所述工作介质循环管路之间或位于所述工作介质循环管路内；所述控制单元连接所述工作介质循环管路和所述供能单元；所述工作介质循环管路贴合于所述贴身透气内层和所述防水透气外层夹层之间，内部充有工作介质。

优选的，所述控制单元包括执行单元，所述执行单元包括控制板、继电器和效应单元，所述控制板包括临界温湿度监测模块和效应单元启动模块，所述效应单元包括LCD显示模块、辅助散热散湿装置、水泵、工作介质存蓄器和半导体制冷片；所述临界温湿度监测模块连接所述效应单元启动模块，所述效应单元启动模块通过所述继电器分别连接所述LCD显示模块、所述辅助散热散湿装置、所述水泵、所述工作介质存蓄器和所述半导体制冷片；所述工作介质循环管路连接所述水泵和所述工作介质存蓄器，所述水泵和所述半导体制冷片位于所述工作介质存蓄器内，所述工作介质存蓄器内充满所述工作介质；所述控制板经过封装固定在所述防水透气外层上的防水通风口袋中；所述LCD显示模块经过封装固定在所述防水透气外层外侧中；所述水泵、所述工作介质存蓄器和所述半导体制冷片位于所述服装的外部空间。所述工作介质循环管路位于所述贴身透气内层和所述防水透气外层夹层之间，并且环绕分布。复合储能材料胶囊主要负责维持温度相对稳定，在被动控温工作状态时起主要调节温度作用；所述工作介质存蓄器通过所述半导体制冷片间断性工作以达到制冷或加热的效果，在主动控温工作状态时起主要调节温度作用。

优选的，所述控制单元还包括检测单元，所述检测单元包括传感器和信号处理电路；所述传感器分布在所述贴身透气内层和所述防水透气外层之间，所述信号处理电路封装固定在所述防水通风口袋中；所述传感器包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和所述湿度传感器连接至所述信号处理电路，所述温度传感器和所述湿度传感器均与所述工作介质循环管路、所述复合储能材料胶囊无直接接触；所述信号处理电路与所述临界温湿度监测模块连接。所述信号处理电路接收所述温度传感器和所述湿度传感器发送的所述温度和所述湿度信息，并传输至所述临界温湿度监测模块进行进行监测，与设定阈值进行比对，当所述温度和所述湿度超过设定的温度上限阈值和湿度上限阈值，所述临界温湿度监测模块传输信息至所述效应单元启动模块，所述效应单元启动模块通过所述继电器控制所述效应单元的所述水泵和所述辅助散热散湿装置开启，从而控制所述工作介质循环管路中的工作介质流动，或者所述效应单元启动模块同时控制所述半导体制冷片进行制冷；当所述温度低于设定的温度下限阈值时，临界温湿度监测模块传输信息至所述效应单元启动模块，所述效应单元启动模块通过所述继电器控制所述效应单元的所述水泵开启，或者同时控制所述半导体制冷片进行加热。

优选的，所述供能单元连接所述水泵、所述半导体制冷片、所述LCD显示模块、所述检测单元和所述执行单元，用于提供电能。所述供能单元连接所述温度传感器、所述湿度传感器、所述信号处理电路、所述控制板、所述LCD显示模块、所述辅助散热散湿装置、所述水泵和所述半导体制冷片。

优选的，所述信号处理电路包括稳压电路、放大电路、滤波电路和A/D转换电路。

优选的，所述温度传感器和所述湿度传感器连接至所述A/D转换电路。

优选的，所述工作介质存蓄器、所述水泵和所述半导体制冷片构成发生器，利用所述服装中的所述工作介质循环管路进行温度调控。

优选的，所述复合储能材料胶囊包括胶囊外皮和所述胶囊外皮内灌注的复合储能材料；所述胶囊外皮为非水溶性材料；所述复合储能材料由多种不同分子量的α-氢-ω羟基(氧-1,2-乙二基)的聚合物以及添加剂混合制备而成，所述复合储能材料在33℃-37℃范围内进行固态和液态的相互转化。所述胶囊外皮与所述工作介质之间进行热交换，所述工作介质将热量带至或带离所述胶囊外皮。

优选的，所述胶囊外皮为高导热硅胶，所述复合储能材料胶囊贴装在所述贴身透气内层一侧，并且与所述工作介质循环管路紧密贴合，所述工作介质循环管路根据所述复合储能材料胶囊贴装位置分布固定在所述贴身透气内层上。

优选的，所述胶囊外皮为硬脂酸，所述复合储能材料胶囊随所述工作介质流动，所述工作介质循环管路环绕分布在所述贴身透气内层和所述防水透气内层之间。

优选的，所述服装具有主动控温和被动控温两种工作状态，当所述控制单元感知温度在33℃-37℃范围内时，处于所述被动控温工作状态，所述执行单元只是持续监控温度，并不把信号传递到所述效应单元，控制所述效应单元开启，而是通过所述复合储能材料胶囊内所述复合储能材料的固态和液态的相互转化，来释放或吸收热量，实现温度的微调；否则通过所述效应单元启动模块控制所述效应单元内对应的装置开启，进行加热或散热，以及驱动所述水泵，令所述工作介质在所述工作介质循环管路中流通，实现温度调节。其中，加热可以通过半导体制冷片进行加热，散热可以通过半导体制冷片进行制冷以及利用辅助散热散湿装置进行散热和散湿，半导体制冷片需要配合水泵带动工作介质流动才能实现加热或制冷后的工作介质对人体温度进行调节。

优选的，所述辅助散热散湿装置安装于所述服装的腋下、背部位置，镶嵌在所述防水透气外层上，所述辅助散热散湿装置包括迷你旋转式叶片和气道，所述迷你旋转式叶片安装在所述气道内，所述迷你式旋转叶片连接所述控制电路，所述控制单元控制所述迷你旋转式叶片旋转，热气通过所述气道散出。当所述湿度传感器检测到湿度超过设定的湿度阈值时，所述临界温湿度监测模块传输信息至所述效应单元启动模块，所述效应单元启动模块控制辅助散热散湿装置开启。

优选的，当所述水泵持续开启三个工作周期后，温度下降量小于0.5℃时，开启辅助散热散湿装置，辅助散热，其中一个所述工作周期为15s。

优选的，所述复合储能材料胶囊体积在8mm³-320mm³范围内，单个所述复合储能材料胶囊中的所述复合储能材料的填充量为0.012g-0.45g范围内。

优选的，所述胶囊外皮为所述高导热硅胶时，将所述复合储能材料注入双面所述高导热硅胶之间，待冷却凝固后形成所述复合储能材料胶囊；所述胶囊外皮为所述硬脂酸时，将所述复合储能材料制成颗粒，将液态所述硬脂酸涂覆在所述颗粒表面，待冷却凝固后形成所述复合储能材料胶囊，所述胶囊外皮经过硬化和加固具有更好的包裹性与韧性。

优选的，所述执行单元的控制板能够在重新启动时进行初始化，并对所述温度和所述湿度信号进行分类和传输，所述检测单元对所述温度和所述湿度信号进行读取、分析和处理。

优选的，所述温度传感器主要分布在所述服装的腋下、背部等人体温度较高处，所述湿度传感器分布在腋窝前后、背部和颈部等易出汗部位。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装，基于复合储能材料胶囊在温度变化时自发的能量存储与释放能力，以及通过工作介质的加热或制冷的主动调控，可以有效维持人体表面与贴身衣物之间微环境的温度变化在较小范围内的缓冲调节，提高穿着者的生活舒适度。其中在使用时采用主动控温和被动控温相结合的方式，减缓温度变化的速率，更适宜老年人使用，并且使用小型循环装置，有效的缩减了装置体积，同时使用复合储能材料进行循环使用，在小范围温度调节时依靠复合储能材料的自身形态变化，在一定程度上降低了能耗，并且通过控制单元实现自动控制，使得操作简单、实时性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的实施例1中服装中间截面正面结构示意图；

图2附图为本发明提供的实施例1中服装中间截面背面结构示意图；

图3附图为本发明提供的实施例2中小型能量储存胶囊与工作介质循环管路结构示意图；

图4附图为本发明提供的实施例2中工作介质循环管路结构示意图；

图5附图为本发明提供的控制单元结构示意图。

1-贴身透气内层，2-工作介质循环管路，3-复合储能材料胶囊，4-胶囊外皮，5-复合储能材料，6-工作介质。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装，包括贴身透气内层1、控温层和防水透气外层，其中控温层包括复合储能材料胶囊3、能量转换管路网络和温度控制系统；能量转换管路网络包括工作介质循环单元和供能单元，工作介质循环单元包括工作介质6、工作介质循环管路2、水泵、工作介质存蓄器和半导体制冷片；温度控制系统为控制单元；工作状态包括主动控温和被动控温两种。

其中贴身透气内层1为织法较为稀疏而吸水的舒适面料，并且服装在重要出汗部位以及患者卧床时受压力较大部位拼接单向透湿防水面料裁片，防水透气外层为吸湿快干外层，服装的腋下位置安装有气道，当温度达到阈值，控制单元发出信号，使气道中的迷你旋转式叶片状辅助散热装置慢速旋转，辅助散热。

采用主动控温或被动控温的方式。当人体体表温度超过36.4℃或低于33.5℃时，控制单元采用主动控温方式。如果外界温度上升，或者人体由于运动而产热量增加，体表的温度出现上升趋势，当控制单元检测到人体体表温度升高，超过系统内设定的阈值36.4℃时，模仿人体中的组织液流经细胞时能够带走细胞产生的热量的过程，工作介质循环管路2中冷却的液态水将复合储能材料胶囊3吸收并储存的来自人体皮肤表面的热量带走，使得由于储能吸热而由固相转化为液相的复合储能材料5重新冷凝为固态，进而降低由于人体发热而上升超过预设最大值的人体体表温度，而复合储能材料5也能持续储存能量。如果外界环境降低，或者人体由于长时间静止，产热量下降，控制单元检测的人体体表温度低于系统中设定的阈值33.5℃，工作介质循环管路2中将会通入具有一定温度的液态水，将热量提供给复合储能材料胶囊3，使其吸收并存储热量，通过贴身透气内层1释放热量，为人体提供热量，达到相对保暖的效果。复合储能材料在温度低于33℃的环境中呈现为固态，在温度高于37℃的环境中呈现为液态。

当人体体表温度介于36.4℃和33.5℃之间时，采用被动控温方式。此时由于外界温度变化较为不明显，主要通过复合储能材料胶囊3在温度变化时的的吸热储能与放热释能活动被动地调控人体与服装之间微环境中的温度。因此，本发明在与人体表面的贴身织物中使用复合材料制成可智能调控体温的服装，利用复合储能材料5的吸热和放热这两个可逆过程，实现了在炎热环境以及寒冷环境人体服装内微气候环境的调节，有效达到了为人体缓慢降温或缓慢保暖的作用，使用方便，绿色环保。

另外，本发明中执行单元的控制板为Arduino控制板，临界温湿度监测模块接收来自检测单元的温湿度信号，并把温湿度信号进行分类，并传递到效应单元启动模块。效应单元启动模块对效应单元的相关装置进行控制，根据分类后的温湿度信号调整控制单元控温的方式。效应单元包括水泵、LCD温度湿度显示模块、半导体制冷片、工作介质存蓄器以及辅助散热散湿装置，其中水泵，半导体制冷片，工作介质存蓄器共同构成发生器。

信号处理电路经过封装，固定在防水透气外层的防水通风口袋中；辅助散热散湿装置主要分布于腋下位置，背部等人体温度和湿度较高处；工作介质存蓄器和位于其中的水泵、半导体制冷片则放置在服装外部空间；LCD温度湿度显示模块经过封装，固定在胸前位置的防水透气外层上；检测单元中的温度、湿度传感器置于所述贴身透气内层1与工作介质循环管路2层之间，并且与工作介质循环管路2和复合储能材料胶囊3无直接接触，从而降低工作管路温度变化对传感器检测量的影响，其中温度传感器主要分布于腋下、背部等人体温度较高处，湿度传感器布置在腋窝前后、背部、颈部等易出汗部位。

信号处理电路接收来自检测单元的温度信号，当人体体表温度超过36.4℃或低于33.5℃时，控制单元采用主动控温方式。一件服装安装有若干温度传感器和湿度传感器，当两个或两个以上温度传感器持续监测的温度信号超过系统内设定的阈值36.4℃时，效应单元启动模块把信号传递到效应单元，开启水泵和半导体制冷片进行制冷，并控制流速为1.5m/s-1.7m/s。当两个或两个以上温度传感器持续监测的温度信号低于系统内设定的阈值33.5℃时，效应单元启动模块把信号传递到效应单元，开启水泵和半导体制冷片进行加热，并控制流速为1.2m/s-1.5m/s。当湿度传感器监测的湿度信号超过临界温湿度监测模块设定的阈值70RH％时，效应单元启动模块把信号传递到效应单元，启动辅助散热散湿装置，达到散热散湿的效果。当人体体表温度介于36.4℃和33.5℃之间时，控制单元采用被动控温方式，此时执行单元只是持续监控温度信号，而不把信号传递到效应单元。

实施例1

一种在温度变化环境中，调节人体体表温度的功能性服装，包括贴身透气内层1、控温层和防水透气外层三层，控温层装有相配合的控制单元、工作介质循环单元和供能单元。工作介质循环单元包括工作介质6、工作介质循环管路2、水泵、工作介质存蓄器和半导体制冷片。

首先将α-氢-ω-羟基(氧-1,2-乙二基)的聚合物制成复合储能材料5，密封于双面高导热硅胶之间，待其冷却凝固之后，制成微型复合储能材料胶囊3。将若干微型复合储能材料胶囊3镶嵌于靠近贴身透气内层1一侧的控温层，并把以液态水为流动载体的工作介质循环管路2固定在靠近防水透气外层一侧，并且与各个微型复合储能材料胶囊3紧密贴合。

当体表微环境温度升高时，微型复合储能材料胶囊3中的复合储能材料5在温度达到36.4℃附近时能量吸收饱和，完全转化为液态，当工作介质循环单元开始工作时，复合储能材料胶囊3将能量释放到工作介质循环管路2，复合储能材料5转化为固态；

当体表微环境温度降低时，工作介质循环单元开始工作，使微型复合储能材料胶囊3由固态转换为液态，并在温度达到33.5℃附近时完全把能量释放到贴身透气内层1，达到使人体升温的效果。

实施例2

一种在温度变化环境中，调节人体体表温度的功能性服装，包括防水透气外层、设置有复合储能材料胶囊3的控温层和贴身透气内层1三层，并且控温层还装有相配合的控制单元、工作介质循环单元和供能单元。工作介质循环单位包括工作介质6、工作介质存蓄器和工作介质循环管路2。

首先将α-氢-ω-羟基(氧-1,2-乙二基)的聚合物制成复合材料颗粒，以液态硬脂酸涂附在表层，待其冷却凝固之后，制成小型能量储存胶囊。将小型能量储存胶囊放入小型工作介质存蓄器中，以水为工作介质，小型能量储存胶囊的平均密度与水相近，在水中处于悬中状态，跟随水介质的流动，在工作介质循环管路2中运动。

当体表微环境温度升高时，能量胶囊中的复合能量存储材料5在温度达到36.4℃附近时能量吸收饱和，完全转化为液态，当工作介质循环单元开始工作时，小型能量储存胶囊中的复合储能材料在小型工作介质存蓄器中将能量释放完成，转化为固态，并跟随工作介质流动至工作位置，再次吸收能量，进而使得工作位置周围温度逐渐降低。

当体表微环境温度降低时，能量胶囊中的复合能量存储材料5在温度达到33.5℃附近时能量释放完成，开始转化固态，当工作介质循环单元开始工作时，完成释放能量的小型能量储存胶囊在小型工作介质存蓄器中重新吸收能量，并跟随工作介质6流动至工作位置，再次释放能量，进而使得工作位置周围热量增加，从而完成温度调节。

本发明作为一种利用复合储能材料实现主/被动式智能调温的服装，分为主动控温和被动控温两种形式。被动控温主要利用复合储能材料的吸放热来实现整体人体微气候环境的调节和整体体温的调节，利用在重要出汗部位拼接的单向透湿防水面料裁片和吸湿快干外层来散湿排汗。主动控温由置于衣服内部控温层的工作介质循环管路2和辅助散热散湿装置完成。控制单元通过检测单元检测的数据，控制执行单元实现对于人体体温的控制。控温层中利用复合储能材料的吸放热辅助工作介质循环管路和执行单元来实现整体人体微气候环境的调节和整体体温的调节。腋下气道中设置有迷你旋转式叶片状的辅助散热装置可以通过控制单元进行主动控制，用来辅助散热散湿。本发明实现了穿戴一种服装就能使人体具备应对两种极端天气的能力，自主实现升温与降温，使人体常年达到舒适的体表体温，并且操作简单，温度变化缓和，提高了人的舒适度，同时降低了能耗，实现了环保节能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。