CN107296306A - 一种便携蓄冷式个体热防护装置 - Google Patents

一种便携蓄冷式个体热防护装置 Download PDF

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段彦军
张行周
王江
任楠
徐捷
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Abstract

一种便携蓄冷式个体热防护装置，所述装置包括液冷服和蓄冷壶，所述蓄冷壶包括蓄冷器、循环水泵和蓄电池；所述蓄冷器分为内外两层，蓄冷器内层装有蓄冷介质，蓄冷器外层和液冷服内装有冷却液；液冷服及蓄冷壶均设有进水口和出水口，所述蓄冷器外层与液冷服通过所述进水口和出水口连接形成环路；循环水泵设置在蓄冷壶的进水口处；所述蓄电池与循环水泵连接。本发明将液冷服与蓄冷壶有机结合，通过两级换热，将蓄冷介质所存储的冷量均匀传输到人体表面，增加人体舒适度；将蓄冷介质集中储存在蓄冷壶内层中，通过循环冷却液将冷量逐步传输到人体，避免冷量浪费；蓄冷壶体积小、重量轻，扁平的结构设计适合人体背负，且不影响其他装备的背负。

Description

一种便携蓄冷式个体热防护装置
技术领域
本发明涉及一种人体热防护装备，尤其涉及一种便携蓄冷式个体热防护装置。
背景技术
热应激是人对受到超过自身体温调节能力的过高温度刺激时产生的非特异性反应，热应激会对人体生理和心理状态产生严重影响。在大量的微气候环境控制应用中，人员必须穿着防护服，而防护服严重阻碍了身体热量的散发，如暴露于危险物质中的工人，穿着防弹衣的警察，钢铁厂的炉工，暴露于核生化战场的军事人员，在炎热环境中从事高强度劳动的工作人员等。在这些情况下，在受到热应激之前工作人员能够执行任务的时间是十分有限的，有效的冷却身体既可以延长工作时间、提高工作效率又可以保护人体健康。
目前个体热防护装备主要有通风服、冰袋式蓄冷服等，通风服在环境温度较高时无法有效散热，冰袋式蓄冷服由于冰袋温度较低，与人体表面温差过大，且由于冰袋分散安装在蓄冷服的固定位置，导致人体表面温度均匀性很差，舒适感较差。
液冷服是较为合理的个体热防护装备，内部均匀布置的管路可将冷量传输至人体表面的各个位置，配合适当的冷源即可实现高温环境下的个体热防护。
发明内容
鉴于以上分析，本发明通过将蓄冷壶与液冷服结合，并配以循环水泵和蓄电池，提供一种方便携带的个体热防护装置，对高温作业人员、身着密闭防护服人员提供有效热防护。
一种便携蓄冷式个体热防护装置，所述装置包括液冷服和蓄冷壶，所述蓄冷壶包括蓄冷器、循环水泵和蓄电池；
所述蓄冷器分为内外两层，蓄冷器内层装有蓄冷介质，蓄冷器外层和液冷服内装有冷却液；液冷服及蓄冷壶均设有进水口和出水口，所述蓄冷器外层与液冷服通过所述进水口和出水口连接形成环路；循环水泵设置在蓄冷壶的进水口处；所述蓄电池与循环水泵连接。
通过低温冷却液与人体之间换热、高温冷却液与蓄冷介质之间换热两次热量交换，降低换热温差，通过液冷服将冷量均匀传向人体表面各处，避免人体直接与蓄冷介质换热，明显提高人体舒适度。将蓄冷介质集中储存在蓄冷器内层中，通过循环冷却液将冷量逐步传输到人体，能够避免冷量浪费，延长有效蓄冷时间。
进一步地，所述蓄冷器位于蓄冷壶的上部；所述循环水泵位于蓄冷壶的下部；所述蓄冷壶还包括隔板，所述隔板将蓄冷壶分的下部分隔出一个独立空间，蓄电池位于所述独立空间内，所述蓄冷壶下部的独立空间内还设有充电插头，所述充电插头与蓄电池连接。
将电路系统置于独立的空间内，这样可避免冷却液泄漏损坏电路。
进一步地，所述蓄冷器外层的冷却液充注在循环管道内，所述循环管道均匀分布在蓄冷器外层。
由于冷却液循环管道均匀布置，且蓄冷壶冷量输出稳定，可保持液冷服表面温差较小，一般为3℃～4℃，人体感觉舒适。
进一步地，所述蓄电池与循环水泵之间设置有调压式电源开关。
设置调压式电源开关，可通过调节循环水泵供电电压调节冷却液流量，从而调节冷量大小，满足不同工况、不同冷量需求的热防护。
进一步地，所述蓄冷壶的下部空间还设有充电插头，所述充电插头与蓄电池连接。
进一步地，所述蓄冷介质为冰、石蜡或熔盐材料；所述冷却液为水或乙二醇
进一步地，所述蓄冷壶外侧包覆有保温材料。
所述蓄冷壶外侧使用保温材料进行保温，能够减少冷量散失。
进一步地，所述液冷服和蓄冷壶的进水口和出水口都装有快插接头。
通过循环冷却液和保温层双重保护，可有效避免冷量浪费，延长有效蓄冷时间。
所述蓄冷壶的横截面为扁平椭圆状；所述蓄冷壶使用材质为ABS工程塑料。
蓄冷壶扁平的结构设计适合人体背负，且不影响其他装备的背负，蓄冷壶使用材质为ABS工程塑料以减轻重量。
进一步地，所述蓄冷器外层厚度为2mm以上。
蓄冷器外层宽度不小于2mm，以保证冷却液循环流量。
所述蓄冷介质的重量与有效蓄冷时间的关系为：t＝mH/Q，其中t为有效蓄冷时间，m为蓄冷介质的重量，H为蓄冷介质的潜热，Q为人体的热负荷；所述蓄冷器的尺寸可根据预设的有效蓄冷时间确定，进而确定蓄冷壶的尺寸。
本发明有益效果如下：
本发明将蓄冷壶与液冷服结合，并配以循环水泵和蓄电池，提供一种方便携带的个体热防护装备。本发明充分利用液冷服与人体接触面积大、温度分布均匀的特点，将液冷服与蓄冷壶有机结合，通过两级换热，将蓄冷介质所存储的冷量均匀传输到人体表面，增加人体舒适度；将蓄冷介质集中储存在蓄冷壶内层中，通过循环冷却液将冷量逐步传输到人体，避免冷量浪费；蓄冷壶体积小、重量轻，扁平的结构设计适合人体背负，且不影响其他装备的背负。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是本发明便携蓄冷式个体热防护装置的工作原理示意图。
图2是蓄冷壶结构示意图。
图3是蓄冷壶的俯视图。
其中：1-蓄冷壶壳体，2-蓄冷介质，3-循环水泵，4-蓄电池，5-调压式电源开关，6-充电插头，7-进水口，8-出水口，9-循环水通道，10-隔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明通过将蓄冷壶与液冷服结合，并配以循环水泵和蓄电池，提供一种方便携带的个体热防护装备，对高温作业人员、身着密闭防护服人员提供有效热防护。
如图1、图2所示，一种便携蓄冷式个体热防护装备，经人体加热的高温冷却液被循环水泵3从进水口7吸入蓄冷器外层，流经蓄冷器的循环水通道9，与充注在蓄冷器内的蓄冷介质2发生热量交换变为低温冷却液，从出水口8流出蓄冷器进入液冷服，再次与人体进行热量交换，完成一次循环。
如图2所示，循环水泵3由蓄电池4供电，通过调压式电源开关5控制电路通断，并且可通过调压式电源开关5调节循环水泵3流量，从而调节冷量大小。蓄电池4电量耗尽后通过充电插头6进行充电。
如图2所示，冷却液循环空间除进水口7和出水口8外全部密闭，与蓄电池4、调压式电源开关5、充电插头6安装空间为互相独立空间，可避免冷却液泄漏损坏电路。
所述冷却液可为水、乙二醇或其他流体。
所述蓄冷介质可为冰、石蜡、熔盐或其他介质。
所述蓄冷壶外侧应使用保温材料进行保温，减少冷量散失。
所述蓄冷介质的重量与有效蓄冷时间的关系为：t＝mH/Q，其中t为有效蓄冷时间，单位是s，m为蓄冷介质的重量，单位是kg，H为蓄冷介质的潜热，单位是J/kg，Q为人体的热负荷，单位是W。根据预设的有效蓄冷时间，可以确定蓄冷介质的重量，进而确定蓄冷器及蓄冷壶的尺寸。当有效蓄冷时间为40min时，重量约为1.3kg，蓄冷器的尺寸可设置为宽50mm高200mm，根据实际使用需求，可适当增加或减小蓄冷壶尺寸。
本发明将循环水泵、蓄电池等部件与蓄冷器集成在蓄冷壶内，通过与液冷服结合使用，可为高温作业或身着密闭防护服的工作人员提供有效热防护，且通过低温冷却液与人体之间换热、高温冷却液与蓄冷介质之间换热两次热量交换，降低换热温差，通过液冷服将冷量均匀传向人体表面各处，避免人体直接与蓄冷介质换热，明显提高人体舒适度。通过调节循环水泵供电电压可调节冷却液流量，从而调节冷量大小，满足不同工况、不同冷量需求的热防护。
本发明充分利用液冷服与人体接触面积大、温度分布均匀的特点，将液冷服与蓄冷壶有机结合，通过两级换热，将蓄冷介质所存储的冷量均匀传输到人体表面，增加人体舒适度；将蓄冷介质集中储存在蓄冷壶内层中，通过循环冷却液将冷量逐步传输到人体，避免冷量浪费；蓄冷壶体积小、重量轻，扁平的结构设计适合人体背负，且不影响其他装备的背负。本发明具有以下几项有益效果：
1、冷量输出稳定：通过蓄冷壶的专业设计将蓄冷介质和循环冷却液隔离，由于换热面积固定，冷却液流量可保持稳定，因此冷量输出稳定；
2、温度分布均匀，人体感觉舒适：由于液冷服内冷却液循环管路均匀布置，且蓄冷壶冷量输出稳定，可保持液冷服表面温差较小，一般为3℃～4℃，人体感觉舒适；
3、冷量损失小，有效蓄冷时间长：将蓄冷介质置于蓄冷壶内层，通过循环冷却液和保温层双重保护，可有效避免冷量浪费，延长使用时间；
4、体积小、重量轻。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述装置包括液冷服和蓄冷壶，所述蓄冷壶包括蓄冷器、循环水泵和蓄电池；
所述蓄冷器分为内外两层，蓄冷器内层装有蓄冷介质，蓄冷器外层和液冷服内装有冷却液；液冷服及蓄冷壶均设有进水口和出水口，所述蓄冷器外层与液冷服通过所述进水口和出水口连接形成环路；循环水泵设置在蓄冷壶的进水口处；所述蓄电池与循环水泵连接。
2.根据权利要求1所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷器位于蓄冷壶的上部；所述循环水泵位于蓄冷壶的下部；所述蓄冷壶还包括隔板，所述隔板将蓄冷壶的下部分隔出一个独立空间，蓄电池位于所述独立空间内，所述蓄冷壶下部的独立空间内还设有充电插头，所述充电插头与蓄电池连接。
3.根据权利要求3所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷器外层的冷却液充注在循环管道内，所述循环管道均匀分布在蓄冷器外层。
4.根据权利要求1-3中任一项所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄电池与循环水泵之间设置有调压式电源开关。
5.根据权利要求4所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷介质为冰、石蜡或熔盐材料；所述冷却液为水或乙二醇。
6.根据权利要求5所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷壶外侧包覆有保温材料。
7.根据权利要求1-6中任一项所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述液冷服和蓄冷壶的进水口和出水口都装有快插接头。
8.根据权利要求7所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷壶的横截面为扁平椭圆状；所述蓄冷壶使用材质为ABS工程塑料。
9.根据权利要求8所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷器外层厚度为2mm以上。
10.根据权利要求9所述所述便携蓄冷式个体热防护装置，其特征在于，所述蓄冷介质的重量与有效蓄冷时间的关系为：t＝mH/Q，其中t为有效蓄冷时间，m为蓄冷介质的重量，H为蓄冷介质的潜热，Q为人体的热负荷；所述蓄冷器的尺寸可根据预设的有效蓄冷时间确定，进而确定蓄冷壶的尺寸。
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