1.本发明涉及一种便携式空调，属于人体热管理领域。
背景技术：2.近几年，全球高温天气的温度不断上升，夏季也较以往来的更快。炎热的夏天，人们在室外会感到十分的燥热。目前针对室外的降温消暑产品有随身的小风扇。然而，该装置采用的降温方式属于被动制冷，降温性能十分有限。
3.而目前主动制冷的方式中——磁致冷、蒸汽压缩制冷以及声制冷等制冷方式，热电制冷片由于尺寸、制冷效果以及成本更为突出。基于此，设计一款便携式主动制冷的空调，为处于高温环境下的人们提供一种便携式热舒适产品。
技术实现要素：4.本发明的主要目的是提供一种便携式空调，能够在人体周围建立适宜的人形微环境，通过改变微环境的温度，实现人体换热。
5.本发明的目的是通过下式技术方案实现的；
6.本发明公开的一种便携式空调，包括送风单元、换热单元和模式切换单元。
7.所述送风单元，包括进气风扇、风罩、导流板和送风口。环境空气通过进气风扇进入送风单元内部，通过导流板作用，将环境空气全部送入换热单元；风罩放置送风单元内部免受环境中的灰尘的污染。
8.所述换热单元，包括热电片、两个板翅型散热器、散热部件和隔热层。
9.情况一所述散热部件即为散热风扇；热电片位于两个板翅型散热器中间，为减小接触热阻影响，采用导热硅脂将热电片固联；为避免冷热气流的短路问题，利用隔热层填充在两个板翅型散热器中间，即将热电片嵌在隔热层中间。当接入外界电源时，热电片开始制冷，外界空气水平进入板翅型散热器进行换热，位于热电片垂直方向的散热风扇将通过热端板翅型散热器的换热后的空气排到环境中。
10.情况二所述散热部件即热管散热器；所述热管散热器由热管及热管夹具组成。热电片此时位于一板翅型散热器下方，同样嵌入隔热层内部，并利用导热硅脂粘贴；热电片另一端由热管散热器将热量引导另一铝制板翅型散热器下方，两个板翅型散热器之间利用隔热层将冷热部分隔开。当接入外界电源时，热电片开始制冷，热电片另一端热量由热管引到另一板翅型散热器进行换热，外界空气水平进入后，进行分流，一部分制冷，由送风口排出；一部分散热通过侧面封口排出。
11.作为优选，所述板翅型散热器材料优选铝。
12.作为优选，所述隔热层材料为环氧树脂等低导热系数材料。
13.作为优选，所述模式切换单元能够使用机械的办法切换制冷制热功能。
14.针对情况一、所述模式切换单元包括棘轮组以及棘爪组；所述棘轮组包括第一棘轮，第二棘轮；所述棘爪组包括按钮，复位弹簧以及轮齿；所述第一棘轮固定在换热单元外
部套筒上，与之啮合的是第二棘轮，第二棘轮固定在换热单元内部套筒上；所述模式切换单元位于送风单元与换热单元之间。模式切换时，旋转换热单元的外部套筒上。
15.针对情况二、所述模式切换单元包括阀门、棘轮组和侧面风口；所述阀门由旋钮以及阀门体组成，旋钮固定在阀门体上；所述棘轮组包括主动棘轮、从动棘轮、内部滑块、齿轮齿条组以及阀门，主动棘轮固定在旋钮上，从动棘轮固定在装置外壳上，内部滑块固定在从动棘轮滑槽内，齿轮齿条组的齿轮固定在内部滑块上，齿条置于外壳两个固定在装置外壳上的开槽；所述侧面风口包括空槽、侧面阀门体。
16.本发明公开的一种便携式空调的工作方法为：当室外环境温度较高时，装置为制冷功能，通入电源，热电制冷片、进气风扇以及散热部件开始工作。热电制冷片两端产生冷热温差，冷端用来冷却由进气风扇吸入的环境空气，进入换热单元完成换热，之后由送风口吹向人体，降低人体附近环境温度，达到人体热舒适性需求；而散热部件将热端的热量排除，可提高冷却性能。当室外环境温度较低时，转动模式转换单元，可实现制热功能。
17.有益效果
18.1.本发明公开的一种便携式空调，采用热电制冷片作为制冷源，可实现冷热双效调节，且设计了一种新的风向转换装置，相比较于传统的电流极性变换，本发明提供了两种热电空调冷热风转换方法，可不通过改变电流方向，而是通过模式切换单元，轻松切换制冷/制热功能，采用机械的方法，更加可靠，也可简化装置电路；
19.2.本发明公开的一种便携式空调，便携式空调制冷与制热的温度范围由于采用了主动制冷的方式，冷热两端温度范围大，相比现有随身风扇这种被动式的散热方式来说，该便携式空调制冷与制热的效果更好；可调节人体微环境温度，采用电源控制可实现实时调温，能够同时实现制冷/制热功能，大大缓解室外高/低温天气对人体造成的不舒适性；
20.3.本发明公开的一种便携式空调，冷热气流朝向不同，显著减小发生气流短路的现象。
21.4.本发明公开的一种便携式空调，由于采用的是热电制冷片，尺寸仅为40*40*3.8mm，大大降低整个空调的体积，便携性强，由电源控制可实施迅速的制冷/制热功能，涉及的全固态制冷方式可靠性更高，无污染，噪音低；
附图说明
22.图1实施例1外观图；
23.图2实施例1后部示意图；
24.图3实施例1内部换热单元示意图；
25.图4模式切换单元示意图；
26.图5进气风扇与阀门连接示意图；
27.图6实施例2外观图；
28.图7实施例2内部示意图；
29.图8实施例2底部示意图；
30.图9实施例2侧面示意图；
31.图10实施例2热电片位置示意图。
32.图11实施例1仿真结果图
33.其中，1—进气风扇，2—送风口，3—散热风扇，4—散热器，4-1—第一散热器，4-2—第二散热器，5—棘轮组，5-1—第一棘轮，5-2—第二棘轮，5-3—棘爪组，5-3-1—轮齿，5-3-2—复位弹簧，5-3-3—按钮，6—装置外壳，7—送风单元外壳，7-1—外部套筒，7-2—内部套筒，8—热电片，9—隔热层，10—阀门，10-1—阀门体，10-2—旋钮，11—棘轮组，11-1—阀门，11-2—齿轮，11-3—从动棘轮，11-4—滑块，11-5—主动棘轮，11-6—齿条，12—侧面风口，12-1—第一侧面封口，12-2—第二侧面封口，12-2-1—空槽、12-2-2—侧面阀门体，13—热管散热器，13-1—热管，13-2—夹具。
具体实施方式
34.本发明的核心部件为热电片，当热电片通入外界电源，其内外两端产生温差。由于是主动制冷的方式，利用该制冷原理能够达到人体热舒适性所需的适宜体表温度。
35.就热电片器件来说，传统结构有两种，其一为对称型，其二为引热型；所述对称型，即本发明实施例1，如图5所示，热电片位于两个铝制散热器中间，两个散热器与热电片位于同一竖直面；所述引热型，如图10所示，即本发明实施例2，热电片位于其中一个第一散热器底部，其另一端依靠热管将热量引入与第一散热器同一水平面的第二散热器底部。
36.以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步的描述。
37.实施例1：如图1所示为实施例1的外观图，包括送风单元，换热单元，模式切换单元；
38.所述送风单元由进气风扇1，送风口2组成；
39.所述换热单元包括热电片8、铝制板翅型散热器4、隔热层9和散热部件；
40.所述散热部件包括散热风扇3，如图2所示，散热风扇3位于装置后方；热电片8位于两个铝制板翅型散热器4中间，隔热层9填充在两个铝制板翅型散热器4中间，即将热电片8嵌在隔热层9中间。当接入外界电源时，热电片8开始制冷，外界空气水平进入铝制板翅型散热器4进行换热，位于热电片8垂直方向的散热风扇3将通过热端铝制板翅型散热器4的换热后的空气排到环境中。
41.所述模式切换单元包括棘轮组5；如图4所示，所述棘轮组5包括第一棘轮5-1，第二棘轮5-2以及棘爪组5-3；所述棘爪组5-3包括轮齿5-3-1，复位弹簧5-3-2以及按钮5-3-3；如图3所示，所述第一棘轮5-1固定在换热单元外部套筒7-1上，与之啮合的是第二棘轮5-2，第二棘轮5-2固定在换热单元内部套筒7-2上；所述模式切换单元位于送风单元与换热单元之间。模式切换时，旋转换热单元的外部套筒7-1上；
42.如图2所示所述散热器4固定在换热单元外部套筒7-1上；
43.以制冷模式为例，由进风风扇1将环境空气吸入，经过装置换热后，从送风口2排出，散热风扇3为吸气风扇，排除热电片热端热量。
44.所述送风风扇1位于装置最前端，吸入的空气能送到热电片8冷热两端的换热器中；所述送风风扇1吸入的空气流入冷端，可制冷，从送风口2流出；流入热端，散热，由散热风扇3吸出，从装置后方排除；
45.当制冷模式转换为制热模式，旋转换热单元外部套筒7-1。所述模式切换单元工作原理如下：当按下按钮5-3-3，复位弹簧5-3-2向下压缩，轮齿5-3-1松开第二棘轮5-2，第一棘轮5-1旋转，当逆时针旋转180
°
后，松开按钮5-3-3，复位弹簧5-3-2的回复力使棘齿5-3-1
复位，得以固定第二棘轮5-2。
46.采用comsol multiphysics进行实施例1的仿真，简化模型，采用商用型号为tec1-12706的热电片进行不同热环境下的仿真计算，此时热电片工作电压为8v。结果如图11所示，结果表明，采用热电片制冷的空调装置能够达到人体热舒适性要求。
47.实施例2：如图6所示为本实施例2的外观图，包括送风单元，换热单元，模式切换单元。如图10所示，本实施例2为引热型空调源，将热电片放置散热器4-1底部，其下置于热管13-1，热管13-1放置在夹具13-2中，热管13-1将热量引入散热器4-2中。
48.所述送风单元由进气风扇1，送风口2组成；
49.所述换热单元包括热电片8、铝制板翅型散热器4、隔热层9和散热部件；
50.所述散热部件即热管散热器13；所述热管散热器13由热管13-1及热管夹具13-2组成。热电片8此时位于一铝制板翅型散热器4-1下方，同样嵌入隔热层9内部，并利用导热硅脂粘贴；热电片8第一端由热管散热器13将热量引导第二铝制板翅型散热器4-2下方，两个铝制板翅型散热器4之间利用隔热层9将冷热部分隔开。当接入外界电源时，热电片8开始制冷，热电片8另一端热量由热管13-1引到另一铝制板翅型散热器4进行换热，外界空气水平进入后，进行分流，一部分制冷，由送风口2排出；一部分散热通过侧面封口12排出。
51.所述模式切换单元包括阀门10、棘轮组11和侧面风口12；所述阀门10由旋钮10-2以及阀门体10-1组成，旋钮10-2固定在阀门体10-1上；所述棘轮组11包括阀门11-1、齿轮11-2、从动棘轮11-3、内部滑块11-4、主动棘轮11-5以及齿条11-6，主动棘轮11-2固定在旋钮10-2上，从动棘轮11-3固定在装置外壳6上，内部滑块11-4固定在从动棘轮11-3滑槽内，齿轮11-2固定在内部滑块上，齿条11-6置于外壳两个固定在装置外壳6上的开槽；如图9所示，所述侧面风口12包括空槽12-2-1、侧面阀门体12-2-2；
52.以制冷模式为例，如图7图所示，进气风扇1吸入外界空气，气流进入装置内部，经过散热器4，到达送风口2，此时阀门10-1顺时针旋转，将送风口2(右侧)打开。给旋钮10-2一个旋转扭矩，如图8所示，主动棘轮11-5与旋钮10-2固联。为顺时针力矩，带动主动棘轮11-5顺时针旋转，从动棘轮11-3逆时针旋转，带动内部滑块11-4逆时针旋转，内部滑块11-4带动齿轮11-2，齿轮11-2将齿条11-6左移，将侧面控制送风门11-1划入空槽12-2-1，关闭第一侧面风口12-1；同理，第二侧面风口12-2打开。同理，打功能模式切换时，将旋钮10-2一个逆时针力矩，使得阀门向右旋转，打开第一侧面风口12-1，关闭第二侧面风口12-2。
53.以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种便携式空调，其特征在于：包括送风单元、换热单元和模式切换单元；所述送风单元，包括进气风扇、风罩、导流板和送风口；环境空气通过进气风扇进入送风单元内部，通过导流板作用，将环境空气全部送入换热单元；风罩放置送风单元内部免受环境中的灰尘的污染；所述换热单元，包括热电片、两个板翅型散热器、散热部件和隔热层；情况一所述散热部件即为散热风扇；热电片位于两个板翅型散热器中间，为减小接触热阻影响，采用导热硅脂将热电片固联；为避免冷热气流的短路问题，利用隔热层填充在两个板翅型散热器中间，即将热电片嵌在隔热层中间；当接入外界电源时，热电片开始制冷，外界空气水平进入板翅型散热器进行换热，位于热电片垂直方向的散热风扇将通过热端板翅型散热器的换热后的空气排到环境中；情况二所述散热部件即热管散热器；所述热管散热器由热管及热管夹具组成；热电片此时位于一板翅型散热器下方，同样嵌入隔热层内部，并利用导热硅脂粘贴；热电片另一端由热管散热器将热量引导另一铝制板翅型散热器下方，两个板翅型散热器之间利用隔热层将冷热部分隔开；当接入外界电源时，热电片开始制冷，热电片另一端热量由热管引到另一板翅型散热器进行换热，外界空气水平进入后，进行分流，一部分制冷，由送风口排出；一部分散热通过侧面封口排出。2.如权利要求1所述的一种便携式空调，其特征在于：针对情况一、所述模式切换单元包括棘轮组以及棘爪组；所述棘轮组包括第一棘轮，第二棘轮；所述棘爪组包括按钮，复位弹簧以及轮齿；所述第一棘轮固定在换热单元外部套筒上，与之啮合的是第二棘轮，第二棘轮固定在换热单元内部套筒上；所述模式切换单元位于送风单元与换热单元之间；模式切换时，旋转换热单元的外部套筒上；针对情况二、所述模式切换单元包括阀门、棘轮组和侧面风口；所述阀门由旋钮以及阀门体组成，旋钮固定在阀门体上；所述棘轮组包括主动棘轮、从动棘轮、内部滑块、齿轮齿条组以及阀门，主动棘轮固定在旋钮上，从动棘轮固定在装置外壳上，内部滑块固定在从动棘轮滑槽内，齿轮齿条组的齿轮固定在内部滑块上，齿条置于外壳两个固定在装置外壳上的开槽；所述侧面风口包括空槽、侧面阀门体。3.如权利要求1或2所述的一种便携式空调，其特征在于：所述板翅型散热器材料优选铝。4.如权利要求1或2所述的一种便携式空调，其特征在于：所述隔热层材料为环氧树脂等低导热系数材料。5.如权利要求1或2所述的一种便携式空调，其特征在于：所述模式切换单元能够使用机械的办法切换制冷制热功能。
技术总结本发明公开的一种便携式空调，属于人体热管理领域。本发明包括送风单元、换热单元和模式切换单元。所述送风单元，包括进气风扇、风罩、导流板和送风口。环境空气通过进气风扇进入送风单元内部，通过导流板作用，将环境空气全部送入换热单元；风罩放置送风单元内部免受环境中的灰尘的污染。所述换热单元，包括热电片、两个板翅型散热器、散热部件和隔热层。本发明能够实现冷热双效调节，提供了两种热电空调冷热风转换方法，可不通过改变电流方向，而是通过模式切换单元，轻松切换制冷/制热功能，采用机械的方法，更加可靠。本发明结构简单，便携性强，实施迅速、容易，涉及的全固态制冷方式可靠性更高，无污染，噪音低。噪音低。噪音低。
技术研发人员：王伟 马珂 左正兴
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
