CN105559229A - 一种制冷头盔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制冷头盔，包括盔体，在盔体上安装有液冷制冷模块和风冷制冷模块，所述的液冷制冷模块和风冷制冷模块均与控制模块和供电模块相连，所述的液冷制冷模块与安装在盔体围颈和盔体内部的液冷管相连通，利用自然循环使低温液体流出液冷器，进入液冷管内循环流动，液冷管内的液体吸收人体颈部产生的热量，温度升高后经自然循环再次进入液冷器降温，实现对佩戴者颈部和头部的降温；所述的风冷制冷模块安装在盔体的前部，利用微型风机将空气送到空气冷却器降温，冷风经盔体前部的挡风板折返后吹向佩戴者面部，用以实现面部的降温或排汗。

Description

一种制冷头盔

技术领域

本发明涉及一种制冷头盔，特别是一种对人体头部和颈部均产生冷却效果的制冷头盔。

背景技术

高温环境会给人的活动和身心健康带来不利影响，例如使人体力下降、反应速度变慢，严重时还会危害人的身体机能，对人体健康产生严重损害。因此，在军事作战、医疗急救、特殊作业、工业生产、日常生活等很多无法有效控制环境温度的场合下，使用便携式的单人制冷头盔，可以有效地避免高温环境对人的正常活动和身心健康的不利影响。已有研究表明，高温热害在影响人体力的同时，还会影响人的认知反应能力，从而降低人的工作效能。使用制冷头盔为人体头部，尤其是供向头部的血液降温，能够有效避免高温热害的不利影响。目前常见的制冷头盔大多是使用冰袋等相变材料制冷的，存在使用不便、温度不稳定、有效制冷时间较短等缺点。而其它采用风扇或热电制冷的制冷头盔则存在结构设计不合理、冷却效率低、持续工作能力不足、无法进行温度调节等问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有制冷头盔的不足，提供一种新的基于热电制冷的制冷头盔。该头盔同时采用了风冷和水冷两种制冷方式，可实现对人头部和颈部的有效降温，具有使用方便、温度波动小且可调、持续工作时间长等优点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种制冷头盔，包括盔体，在盔体上安装有液冷制冷模块和风冷制冷模块，所述的液冷制冷模块和风冷制冷模块均与控制模块和供电模块相连，所述的液冷制冷模块与安装在围颈内部的液冷管相连通，利用自然循环使低温液体流出液冷器，进入液冷管内循环流动，液冷管内的液体吸收人体颈部产生的热量，温度升高后经自然循环再次进入液冷器降温；所述的风冷制冷模块安装在盔体的前部，利用微型风机将空气送到空气冷却器降温，冷风经盔体前部的挡风板折返后吹向佩戴者面部，用以实现面部的降温或排汗,同时可使佩戴者吸入低温空气，达到从人体内部降温的效果。

进一步的，所述围颈安装于盔体后部，为多层软质结构，其由内至外分别为内衬、液冷管夹层、均热层、蓄冷包夹层、保温层和外层。

进一步的，所述的内衬为导热性能较好的亲肤材质；所述液冷管夹层中安装有一根或多根液冷管；所述均热层采用高导热率的材质；所述蓄冷包夹层用于在需要时放置蓄冷包；保温层采用保温材质；外层采用双面防辐射材质。

进一步的，所述液冷制冷模块，采用热电制冷的方式为液冷器内的液体降温，并利用自然循环使低温液体流出液冷器，进入液冷管内循环流动，液冷管内的液体吸收人体颈部产生的热量，温度升高后经自然循环再次进入液冷器降温。

进一步的，所述液冷制冷模块安装于盔体顶部开孔处，其包括安装于盔体外部的第一散热器和安装在盔体内部的第一热电制冷元件、液冷器和安装在围颈夹层中的液冷管，所述第一散热器的下表面与第一热电制冷元件的散热表面贴合，第一热电制冷元件的制冷表面与液冷器的换热表面贴合；所述液冷器是内部设置液体通道的腔体，其设置有一对或多对液体进出口，每对液体进出口均与一根对应的液冷管连接。

进一步的，所述液冷管为小管径的软管，盘布于围颈的液冷管夹层内，与液冷器形成高度差。

进一步的，所述液冷器有一个与热电制冷元件紧密贴合换热的制冷表面，液冷器内部的液体通道内还满布填充有高通孔率的泡沫金属材料。

进一步的，所述风冷制冷模块安装于盔体前部开孔处，其包括安装于盔壳外部的第二散热器和安装在盔壳内部的第二热电制冷元件、空气冷却器和微型风机；所述第二散热器的下表面与第二热电制冷元件的散热表面贴合，第二热电制冷元件的制冷表面与空气冷却器的换热表面贴合；所述空气冷却器下方设置有微型风机，微型风机使空气通过空气冷却器降温，并将冷风吹至帽檐下的挡风板，经挡风板折返后吹向佩戴者面部。

进一步的，所述第一散热器和第二散热器均为微通道层和肋片层组成的双层结构，所述微通道层位于散热器下部并与热电制冷元件的热端贴合，其内部设置有多条微通道，微通道内还充注有导热介质；所述肋片层为安装于微通道层上部的散热肋片或翅片，用以增加散热面积。

进一步的，所述控制模块对液冷制冷模块和风冷制冷模块制冷量的调节是独立的，都包括手动调节和自动调节两种模式。

进一步的，所述供电模块采用预留外部电源接口的方式为制冷头盔提供直流电源，所述预留外部电源接口包括与蓄电池直接连接的接口和与交流转直流变压器连接的接口。

进一步的，所述液冷器内的液体、液冷管内的液体采用纳米流体或相变流体。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用风冷和水冷两种冷却方式为佩戴者降温，冷却效果好，佩戴舒适方便。

2.本发明可同时为佩戴者的头部、颈部和吸入的空气降温，在保证佩戴者舒适性的同时还可降低颈部动脉供入佩戴者头部的血液温度和吸入的空气温度，实现多种方式共同作用的快速有效降温。

3.本发明控制方便、快捷、精确，可以在较大的范围内调节制冷功率和温度，并包含手动和自动两种调节模式。

4.本发明采用了多种强化换热和保温隔热的措施，提高了整个装置的工作效率。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的围颈各层示意图；

图3为本发明的第一散热器和第二散热器结构示意图；

图中，1盔壳，2液冷器，3第一热电制冷元件，4第一散热器，5液冷管，6托带，7第二散热器，8第二热电制冷元件，9空气冷却器，10微型风机，11帽檐，12挡风板，13帽箍，14下颌带，15围颈，16内衬，17液冷管夹层，18均热层，19蓄冷包夹层，20保温层，21外层，22蓄冷包，23肋片层，24微通道层，25微通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种基于热电制冷的制冷头盔，包括盔体、围颈15、液冷制冷模块、风冷制冷模块、挡风板12、控制模块和供电模块等。该制冷头盔同时采用了风冷和水冷两种制冷方式，可实现对人头部和颈部的有效降温，具有使用方便、温度波动小且可调、持续工作时间长等优点。

其中，盔体包括盔壳1和帽托。盔壳1为带帽檐11的硬质壳体，帽檐11下安装有挡风板12。盔壳1顶部和前部设有两个通孔，顶部通孔用以安装液冷制冷模块；前部通孔用以安装风冷制冷模块。帽托通过多个铆钉安装于盔壳1内部，包括帽箍13、托带6、下颌带14等。帽托与佩戴者的头部直接接触，帽箍13前部位于佩戴者前额的部分采用吸汗材质。托带6与下颌带14均安装于帽箍13上，托带6用于与佩戴者头部上方的固定；下颌带14用于与佩戴者头部下方的固定。盔壳1与帽托之间留有一定的间隙，用于安装制冷头盔的其它组件。

其中，本发明中的围颈15为围绕在脖子和颈部的多层软质结构，围颈15通过多个铆钉固定于盔壳1后部，其由内至外分别为内衬16、液冷管夹层17、均热层18、蓄冷包夹层19、保温层20、外层21。其中，内衬16为导热性能较好的亲肤材质，与佩戴者颈部皮肤直接接触。液冷管夹层17中安装有一根或多根液冷管5，通过液冷管5内的低温液体为佩戴者颈部降温。液冷管5按照一定的排布方式固定于均热层18上，靠近佩戴者颈部动脉处的分布较为密集。均热层18采用导热率高的材质，可以使围颈15内的温度分布更加均匀，用以提高换热效率和佩戴舒适度。蓄冷包夹层19用于特殊情况下放置蓄冷包22，加强制冷头盔的制冷效果；一般状况下不需安装蓄热包22时，蓄冷包夹层19则空置。保温层20采用保温材质，用以隔离外部高温环境和内部的热交换。外层21采用双面防辐射材质，用以减少内外双向的辐射换热，减少冷量损失。外层21位于佩戴者颈部前端的位置还设置有魔术贴。

液冷制冷模块包括第一散热器4、第一热电制冷元件3、液冷器2、液冷管5等，安装于盔壳1顶部开孔处，其中第一散热器4位于盔壳外部，用于向外部环境散热，其它组件位于盔壳内部。第一散热器4的下表面与第一热电制冷元件3的散热表面贴合，第一热电制冷元件3的制冷表面与液冷器2的换热表面贴合。液冷器2一般采用金属材质，是内部设置液体通道的腔体，液体通道内还满布填充有高通孔率的泡沫金属材料。液冷器2设置有一对或多对液体进出口，每对液体进出口均与一根对应的液冷管5连接。液冷管5为小管径的软管，盘布于围颈15的液冷管夹层17内，与液冷器2形成高度差，以增强换热液体的自然循环强度。如采用多根液冷管5，每根液冷管5的长度和折弯数均保持一致。液冷模块采用热电制冷的方式为液冷器2内的液体降温，并利用自然循环使低温液体流出液冷器2，进入液冷管5内循环流动，液冷管5内的低温液体吸收人体颈部产生的热量，温度升高后经自然循环再次进入液冷器2降温。所述液冷器2和液冷管5部的液体采用纳米流体或相变流体，以增强换热效果。

风冷制冷模块包括第二散热器7、第二热电制冷元件8、空气冷却器9、微型风机10等。模块安装于盔壳1前部开孔处，其中第二散热器7安装于盔壳1外部，用于向外部环境散热，其它组件位于盔壳1内部。所述第二散热器7的下表面与第二热电制冷元件8的散热表面贴合，第二热电制冷元件8的制冷表面与空气冷却器9的换热表面贴合。空气冷却器9设置有多个肋片，用以强化换热。空气冷却器9下方设置有微型风机10，使空气通过空气冷却器降温，并将冷风吹至帽檐11下的挡风板12，经挡风板12折返后吹向佩戴者面部，用以实现面部的降温和排汗。微型风机10采用离心式风机，进风口朝向空气冷却器9的肋片，从肋片的间隙中向风机引风；出风口安装有导向风道，使冷风能够有效地吹向挡风板12。

所述第一散热器和第二散热器结构相同，均由微通道层24和肋片层23组成，所述微通道层24位于肋片23的下部并与相应的热电制冷元件的热端贴合，其内部设有多条微通道25，微通道25内充注导热介质，用以增强散热效果；所述肋片层23为安装于微通道层24上部的散热肋片或翅片，用以增加散热面积。

所述控制模块包括独立的液冷制冷模块制冷量调节和风冷制冷模块制冷量调节，且都包括手动调节和自动调节两种模式。手动调节模式式下佩戴者可根据自己的舒适度手动控制两个制冷模块的输入功率。自动调节模式下则是根据温度传感器探测到的冷风温度和冷水回水温度自动控制两个制冷模块的输入功率。

供电模块采用预留外部电源接口的方式为装置提供直流电源，接口包括直接与蓄电池连接的接口和与交流转直流变压器连接的接口等。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种制冷头盔，包括盔体，其特征是：在盔体上安装有液冷制冷模块和风冷制冷模块，所述的液冷制冷模块和风冷制冷模块均与控制模块和供电模块相连，所述的液冷制冷模块与安装在盔体围颈和盔体内部的液冷管相连通，利用自然循环使低温液体流出液冷器，进入液冷管内循环流动，液冷管内的液体吸收人体颈部产生的热量，温度升高后经自然循环再次进入液冷器降温，实现对佩戴者颈部和头部的降温；所述的风冷制冷模块安装在盔体的前部，利用微型风机将空气送到空气冷却器降温，冷风经盔体前部的挡风板折返后吹向佩戴者面部，用以实现面部的降温或排汗，并降低佩戴者吸入的空气温度。

2.如权利要求1所述的制冷头盔，其特征是，所述围颈安装于盔壳后部，为多层软质结构，其由内至外分别为内衬、液冷管夹层、均热层、蓄冷包夹层、保温层和外层。

3.如权利要求2所述的制冷头盔，其特征是，所述的内衬为导热性能较好的亲肤材质；所述液冷管夹层中安装有一根或多根液冷管；所述均热层采用高导热率的材质；所述蓄冷包夹层用于在需要时放置蓄冷包；保温层采用保温材质；外层采用双面防辐射材质。

4.如权利要求1或2或3所述的制冷头盔，其特征是，所述液冷制冷模块安装于盔体顶部开孔处，其包括安装于盔壳外部的第一散热器和安装在盔壳内部的第一热电制冷元件、液冷器和安装在围颈夹层中的液冷管，所述第一散热器的下表面与第一热电制冷元件的散热表面贴合，第一热电制冷元件的制冷表面与液冷器的换热表面贴合；所述液冷器是内部设置液体通道的腔体，其设置有一对或多对液体进出口，每对液体进出口均与一根对应的液冷管连接；所述液冷管为小管径的软管，盘布于围颈的液冷管夹层内，与液冷器形成高度差。

5.如权利要求4所述的制冷头盔，其特征是，所述的液冷器有一个与热电制冷元件紧密贴合换热的制冷表面，液冷器内部的液体通道内还满布填充有高通孔率的泡沫金属材料。

6.如权利要求4所述的制冷头盔，其特征是，所述液冷器内的液体、液冷管内的液体采用纳米流体或相变流体。

7.如权利要求1所述的制冷头盔，其特征是，所述风冷制冷模块安装于盔体前部开孔处，其包括安装于盔壳外部的第二散热器和安装在盔壳内部的第二热电制冷元件、空气冷却器和微型风机；所述第二散热器的下表面与第二热电制冷元件的散热表面贴合，第二热电制冷元件的制冷表面与空气冷却器的换热表面贴合；所述空气冷却器下方设置有微型风机，微型风机使空气通过空气冷却器降温，并将冷风吹至帽檐下的挡风板，经挡风板折返后吹向佩戴者面部。

8.如权利要求4或7所述的制冷头盔，其特征是，所述第一散热器和第二散热器由微通道层和肋片层双层结构组成，所述微通道层与热电制冷元件的热端贴合，其内部设置有多条微通道，微通道内还充注有导热介质；所述肋片层为安装于微通道层上部的散热肋片或翅片，用以增加散热面积。

9.如权利要求1所述的制冷头盔，其特征是，所述控制模块对液冷制冷模块和风冷制冷模块制冷量的调节是独立的，都包括手动调节和自动调节两种模式。

10.如权利要求1所述的制冷头盔，其特征是，所述供电模块采用预留外部电源接口的方式为制冷头盔提供直流电源，所述预留外部电源接口包括与蓄电池直接连接的接口和与交流转直流变压器连接的接口。