CN106256275A - 膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，包括电控系统、制冷系统和空调衣，电控系统包括直流电源、电源控制器、高速电机；制冷系统包括透平式压缩机、透平式膨胀机、散热器、轴流风扇；直流电源通过电源控制器连接高速电机和轴流风扇，高速电机连接透平式压缩机和透平式膨胀机，透平式压缩机与透平式膨胀机之间连接散热器，空调衣的衣服内布有PU管道，PU管道连接透平式膨胀机。本发明由于需要的制冷量很小，因此透平压缩机和透平膨胀机可以做得很小，整个空气制冷系统没有液体存在，所以安全可靠，可以用在高环境温度，振动较大的场合，本发明可靠性高、重量轻、寿命长，可解决在高温环境下人员的安全、健康及舒适性问题。

Description

膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣
技术领域
本发明涉及一种空调衣，特别涉及一种膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣。
背景技术
在炼钢、建筑、军警等行业，由于设备或天气造成的高温环境，很容易使长时间处于高温作业的人员感到身体不适，降低工作效率，甚至危害到他们的身体健康。改善工作人员的工作环境，保护他们的身体健康和人生安全，具有重要意义。
目前，空调衣主要有以下几种类型：一种是空调衣需要一跟长导管与地面的空气压缩机相连接，空气压缩机为期提供压缩空气，其缺点是工人活动受到限制；一种是采用微型风扇进行强制对流，其缺点是散热效果较差，无法达到较好的预期效果；一种是利用干冰、冰块等相变材料的相变吸热，其缺点是对于长期工作的人员，需要经常更换，相当麻烦。
中国专利，公告号CN203952509提供了一种便携式空调衣，利用涡流管制冷效应，由于涡流制冷效率低，该方法不节能环保，无法解决高压气源问题，该专利在衣服本体上设有导气管，导气管上有多个出气孔，导气管多次弯曲横向布置，但并未考虑到使用过程中空气比热容低，降温效果很难覆盖到整件衣服，且出气孔的冷空气直接与人体接触，容易带走汗液，使得工作人员脱水。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，该空调衣的透平式制冷机采用空气作为工质，通过透平式压缩机压缩，然后经过散热器冷却降温，再通过透平式膨胀机膨胀降温并对外做功，从而获得较低温度的气流。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，包括电控系统、制冷系统和空调衣，所述电控系统包括直流电源、电源控制器、高速电机；所述制冷系统包括透平式压缩机、动压气体轴承、透平式膨胀机、散热器、轴流风扇；所述直流电源通过电源控制器连接高速电机和轴流风扇，所述高速电机连接透平式压缩机和透平式膨胀机，由高速电机带动透平式压缩机和透平式膨胀机工作，所述透平式压缩机与透平式膨胀机之间连接散热器，散热器处设有轴流风扇；所述空调衣由衣服和PU管道组成，所述衣服内布有PU管道，PU管道连接透平式膨胀机，由透平式膨胀机获得的高于大气压强的低温度气流压强，进入衣服内的PU管，并利用与外界的压差流过PU管，排出到外界空气中，使PU管道中的冷气与人体进行热交换，将冷量传给人从而达到降温。
所述高速电机与透平式压缩机、透平式膨胀机之间装有动压气体轴承；所述透平式压缩机和透平式膨胀机通过主轴与高速电机相连，主轴通过动压气体轴承支撑。
所述电源控制器通过改变输出频率，同步调节头平式压缩机、透平式膨胀机和轴流风扇的转速，实现制冷量调节。
所述直流电源的电压为24VDC。
所述衣服内上下为两根PU管道，上部分管道为进气管道，下部分管道为出气管道，中间分成多路垂直管道。
所述透平式压缩机、透平式膨胀机和高速电机均为微型设备，可以固定在腰间的皮带上或空调衣上，其中，透平式膨胀机的低温度气流输出管通过快速接头连接调衣的PU管道的上部进气管道。
本发明的有益效果是：
本发明采用微型透平机械，可靠性高、重量轻、寿命长；通过直流电源供电，解决工作人员在高温环境下行动不方便的问题；利用电源控制器，改变输出频率，调节进入PU管内空气温度，使工作人员根据自身状况和环境温度，达到舒适的工作温度；考虑到空气的比热容小，PU管在衣服内分布采用多路垂直流下，达到最佳降温效果。同时，冷却空气不直接接触人体表面，可避免人员因冷却空气带走大量汗液而脱水。
附图说明
图1是本发明的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
如图1所示，一种膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，包括电控系统、制冷系统和空调衣三部分。电控系统包括直流电源6、电源控制器7和高速电机2；制冷系统包括透平式压缩机1、动压气体轴承3、透平式膨胀机4、散热器9和轴流风扇10；空调衣包括衣服5和PU管道11。直流电源6电压为24VDC，为人体安全电压。
直流电源6通过导线8与电源控制器7连接，高速电机2和轴流风扇10通过导线8与电源控制器7连接，高速电机2与透平式压缩机1、透平式膨胀机4之间装有动压气体轴承3；透平式压缩机1和透平式膨胀机4通过主轴2-1与高速电机2相连，主轴2-1通过动压气体轴承3支撑。透平式压缩机1和透平式膨胀机4由高速电机2带动工作。透平式压缩机1与透平式膨胀机4之间连接散热器9。PU管道11连接透平式膨胀机4，透平式压缩机1和透平式膨胀机4与高速电机2之间选用动压气体轴承3，使透平机械达到较高的绝热效率，透平转子保持高速运转。透平式压缩机1、透平式膨胀机4和高速电机2均为微型设备，可以固定在腰间的皮带上或空调衣上。其中，透平式膨胀机4的低温度气流输出管通过快速接头12连接空调衣的PU管道11的进气管道11-1。
本发明的制冷系统采用空气作为工质，通过透平式压缩机1等熵压缩，然后经过散热器9冷却降温，再通过透平式膨胀机4等熵膨胀并对外做功，从而获得较低温度的气流。获得的较低温度气流压强高于大气压强，进入衣服5内的PU管道11，利用与外界的压差流过PU管道11，排出到外界空气中。PU管道11中的冷气与人体进行热交换，将冷量传给人从而达到降温的目的。
使用者可以通过改变电源控制器7的输出频率，改变高速电机2和轴流风扇10的工作频率，从而改变制冷空气的温度和流量。使用者可以根据自身情况和环境温度，改变制冷空气温度，避免出现过冷或不冷的情况。
衣服5内上下为两根PU管道11，上部分管道为进气管道11-1，下部分管道为出气管道11-2，中间分成多路垂直管道11-3。
本发明的透平式制冷机采用空气作为工质，通过透平式压缩机1压缩，然后经过散热器9冷却降温，再通过透平式膨胀机4膨胀降温并对外做功，从而获得较低温度的气流。随着高速气体轴承的透平式膨胀机和高效紧凑散热器的发展，微型透平制冷机的效率得到了显著提高，可以获得较低的制冷温度和很宽的制冷范围，具有高可靠性、长寿命、重量轻和低震动等特点。在透平式膨胀机上应用动压气体轴承，具有无油润滑、系统简单、安全可靠、能长期运转等特点。

Claims (6)

1.一种膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，包括电控系统、制冷系统和空调衣，其特征在于：所述电控系统包括直流电源(6)、电源控制器(7)、高速电机(2)；所述制冷系统包括透平式压缩机(1)、动压气体轴承(3)、透平式膨胀机(4)、散热器(9)、轴流风扇（10）；所述直流电源(6)通过电源控制器(7)连接高速电机(2)和轴流风扇（10），所述高速电机(2)连接透平式压缩机(1)和透平式膨胀机(4)，由高速电机(2)带动透平式压缩机(1)和透平式膨胀机(4)工作，所述透平式压缩机(1)与透平式膨胀机(4)之间连接散热器(9)，散热器(9)处设有轴流风扇（10）；所述空调衣由衣服(5)和PU管道(11)组成，所述衣服(5)内布有PU管道(11)，PU管道(11)连接透平式膨胀机(4)，由透平式膨胀机(4)获得的高于大气压强的低温度气流，进入衣服内的PU管(11)，并利用与外界的压差流过PU管(11)，排出到外界空气中，使PU管道(11)中的冷气与人体进行热交换，带走人体热量从而达到降温。
2.根据权利要求1所述的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，其特征在于：所述高速电机(2)与透平式压缩机(1)和透平式膨胀机(4)与之间装有动压气体轴承(3)；所述透平式压缩机(1)和透平式膨胀机(4)通过主轴(2-1)与高速电机(2)相连，主轴(2-1)通过动压气体轴承(3)支撑。
3.根据权利要求1所述的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，其特征在于：所述电源控制器(7)通过改变输出频率，同步调节透平式压缩机(1)、透平式膨胀机(4)和轴流风扇(10)的转速，实现制冷量调节。
4.根据权利要求1所述的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，其特征在于：所述直流电源(6)的电压为24VDC。
5.根据权利要求1所述的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，其特征在于：所述衣服(5)内上下为两根PU管道(11)，上部分管道为进气管道(11-1)，下部分管道为出气管道(11-2)，中间分成多路垂直管道(11-3)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的膨胀制冷的便携式空气冷却空调衣，其特征在于：所述透平式压缩机(1)、透平式膨胀机(4)和高速电机(2)均为微型设备，可以固定在腰间的皮带上或空调衣上，其中，透平式膨胀机(4)的低温度气流输出管通过快速接头(12)连接空调衣的PU管道(11)的上部进气管道(11-1)。
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