CN108523272A - 一种应用于登山服的加热系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于登山服的加热系统及其工作方法，面向爱好登山的广大人群。该系统利用旋涡加热器制热，加热器进气端连接供气泵，冷端连接引导环，热端连接传热管路；登山服为套装，由保温材料、加热装置、温度预警系统、电源、排气阀和衣体组成；传热管路密集布置于前胸、四肢的各个关键部位，构成一套不含支路的无孔隙盘管；在传热管路的终端设有排气阀；保温材料作为保温层，设置在加热通道外侧，与外层衣服缝合在一起。应用该加热系统的登山服，具有质量轻、制热效果明显的特点，快速为登山人员带来温暖，同时减轻了负重，并提供温度预警功能，作为人体器官的发声器，可有效避免极剧寒冷对人体造成的伤害。

Description

一种应用于登山服的加热系统及其工作方法

技术领域

本发明属于一种套装制热系统，特别涉及一种应用于登山服套装的加热系统及其工作方法。

背景技术

众所周知，登山属于极具挑战性的运动，而这一特点偏偏吸引了许多登山爱好者。随着海拔高度的提升，环境温度会越来越低，导致体感温度随之下降，为了保障人体的正常生理机能，登山人员不得不穿上厚厚的大衣，拖着几十斤的负重继续登山前行。全世界拥有数量广大的登山爱好者受困于以上现象，因而，发明一种能够为登山人员带来温暖同时减轻负重的配备自动制热系统的服装非常有意义。

市面上现有的登山服装，属于保温服装，其特点就是厚、重，对于登山人员来说，一方面不便于携带和穿着，另一方面，当人体受到重量负担时，运动的灵活性将受到限制，其生命安全容易受到威胁。因此，保温服装若能摆脱负担重的限制，就是相当于为登山爱好者的生命安全上了一把保护锁。具有加热功能、质量轻盈的登山服在市场上少见，故一种质量轻盈的登山服是广大登山爱好者的迫切需求，因此研究一种具有自动加热功能，能够快速制热且令人穿着舒适、质量轻的制热登山服装是非常有价值的。

对于采用电阻丝加热的服装，其往往需要在衣服内铺置许多电阻丝，有重量负担大的缺点，会给人员的行走带来不便，更不用说登山人员了。而本发明一种应用于登山服的加热系统采用旋涡加热器加热，传热管路遍布全身各个关键部位，上衣传热管路与裤子传热管路由对接头进行连接，实现热空气的无泄漏输送，旋涡加热器的制热效果明显，能够迅速给人体带来温暖，产生的热空气温度可达55℃以上。另外，利用柔软、轻质管路传热，使得该种服装穿在身上柔软、舒服，并且相对于铜制电阻丝其质量轻，方便在登山人员灵活走动，并且采用拉链闭合的方式，将上衣与裤子连接为一个整体，使得该加热登山服容易穿卸。

发明内容

本发明提供一种应用于登山服的加热系统及其工作方法，应用该加热系统的登山服具有质量轻盈的特点，兼具有温度预警功能，该类型登山服主要由保温材料、加热装置、测温预警系统、排气阀和衣体组成，采用旋涡加热器加热，可得到温度达55℃以上的制热空气，制热快速、效果明显，与电阻丝加热相比，其质量更加轻盈，方便登山人员灵活运动，保障其生命安全。因而，本发明一种应用于登山服的加热系统及其工作方法具有一定的推广价值。

本发明的技术方案是：一种应用于登山服的加热系统及其工作方法，其特征是：传热管道分布于前胸、胳膊前后两侧、大腿前后两侧，将产生的热气流输送至全身关键部位，保温层缝合在传热通道外侧；加热装置与电源封装在一起位于小腹部，并设置有2个进气口、1个排冷气口，均由引导环向衣体外部垂直伸出5厘米，防止衣体干扰进气和排气过程，旋涡加热器的1个热风排出口直接连接传热管路；单片机与测温模块相连，温度报警元件与单片机相连，构成测温预警系统；报警装置和排气阀设置于上衣手腕、小腹部位，便于穿着者辨识预警消息、方便传热管道中残余冷空气排出，各元件与衣体均采取拉链闭合，便于检修和更换。

进一步地，传热管道与皮肤紧挨内层衣服接触，利用热传导效应提高人体表面温度，传热管道分布于全身各个关键部位，且无支路结构，确保热气体在管道内均匀分布，为符合人体运动、美学要求，将其设计为软质扁圆状，增加衣服舒适感，同时相对于圆管来说，扁圆状管道增加了热气体与人体皮肤的有效接触面积。从皮肤到最外层衣服分别为内层衣服、扁圆状传热管道、保温层、外层衣服。

进一步地，保温材料缝合在不与人体皮肤直接接触的一侧，内侧与传热管道贴合，其主要作用为隔绝外界冷空气进入衣体，同时起到支撑传热管道的作用。

进一步地，上衣与裤子传热管路由4个2对接头进行连接，左右腿后侧各一对，每对接头由送气接头和进气接头组成，并经微型螺母、密封垫片紧固、橡胶圈密封后实现热空气的无泄漏输送。

进一步地，加热装置包括移动电源、微型泵、加热器、传热管道，电源采用可拆装充电式电池，一用一备，由选择开关负责切换，泵起到将空气压缩、泵送入加热器的作用，在旋涡加热器中，压缩空气进入涡流管中经涡流交换使能量得以分离，热端产生的空气温度可达55℃以上，得到的热空气用以提升体感温度。

进一步地，通过控制空气压缩泵电路开关与排气阀的动作顺序实现该登山服加热系统温度控制过程，在传热管道的末端设有排气阀，用于控制热气流在传热通路的流速或关闭传热通路。

进一步地，加热系统装置的工作过程为：首先控制程序执行继电器驱动线圈得电操作，即空气压缩泵启动、旋涡加热器制热、传热管道内开始流入热气流；然后程序执行打开排气阀操作，传热管道内的热气流带动管道内冷气体从始端流向终端的排气阀，将冷空气排出传热管道并使通路充满热气流；系统工作一段时间后，当测温模块检测的衣体温度达到设定合理温度高限时，程序执行断开空气压缩泵供电电源、关闭排气阀的操作，依靠封闭传热管道当前的热量维持一段时间的舒适温度，直至测温模块检测的实测温度低于设定合理温度低限时，加热系统装置重新执行上述操作过程。

进一步地，排气阀设置于登山服上衣小腹部位，作为传热管路的终端，可由加热系统的控制信号控制也可人为打开或关闭。一方面，打开排气阀为排出传热管道内残余的冷空气，另一方面，当传热管道内气体温度达到体感舒适温度值时，可关闭排气阀、切断系统的供电电源，依靠密闭传热管道的热气流维持体表一段时间的舒适体温，可达节能效果。

进一步地，温度预警装置包含测温模块、单片机、报警装置和电源，由导线连接成完整逻辑电路，测温模块用于检测接触体表的衣体温度，单片机接受测温模块传输的温度信号，进而对信号进行分析、判别、决策，当检测值低于温度低限预警值时，控制器发出信号，使得小型警报器发出报警信号，提醒穿戴者当前衣体温度较低，保护人体器官，避免寒冷造成伤害，起到预警作用。

进一步地，报警装置为带电铃的灯链，同时采用声音、灯光闪烁两种信号结合方式提醒穿着者，设置在上衣手腕部位，便于穿着者及时地、容易地辨识预警消息。单片机型号的选择以及相关的编程对于本领域的技术人员而言是容易得到的，并且单片机如何实现温度预警也不是本专利技术主要涉及的技术方案，因此在此不多作赘述。

本发明的有益效果为：本发明采用旋涡加热器加热，传热管路遍布全身各个关键部位，上衣传热管路与裤子传热管路由对接头进行连接，实现热气流的无泄漏输送，旋涡加热器的制热效果明显，能够迅速给人体带来温暖，产生的热空气温度可达55℃以上。另外，利用柔软、轻质管路传热，使得该种服装穿在身上柔软、舒服，并且相对于铜制电阻丝其质量轻，方便在登山人员灵活走动，并且采用拉链闭合的方式，将上衣与裤子连接为一个整体，使得该加热登山服容易穿卸。

附图说明

图1为本发明的登山服的正视示意图；

图2为本发明的登山服的后视示意图；

图3为本发明的传热管道布置的正视示意图；

图4为本发明的传热管道布置的后视示意图；

图5为本发明的加热系统装置的结构示意图；

图6为本发明空气压缩泵的启停控制原理示意图；

图7为本发明的加热系统工作流程示意图；

图8为本发明的温度预警系统的结构示意图；

图9为本发明的登山服的衣体剖视图；

图10为本发明的送气接头的结构示意图；

图11为本发明的进气接头的结构示意图；

图12为本发明的送气接头与进气接头对接的结构示意图。

主要元件符号说明如下：1、上衣体；2、裤子；3、传热管道；4、加热系统装置；5、对接接头；6、温度预警系统装置；7、排气阀；8、空气压缩泵；9、微型旋涡加热器装置；10、控制器；11、测温模块；12、报警装置；13、螺纹管；14、接头螺母；15、紧连接垫片；16、送气接头；17、送气端橡胶圈；18、内层衣服；19、保温层；20、进气接头；21、进气端橡胶圈；22、进气环口；23、冷气排出环口；24、热空气排出端；25、拉链结构；26、继电器。

具体实施方式

为了更加清楚地描述本发明专利，现根据附图详细地对一种应用于登山服的加热系统及其工作方法作进一步描述。

图1、图2显示了本加热登山服的套装结构，由上衣1、裤子2组成，加热系统装置横向置于腹部，考虑到登山人员的背部常有背包，设计时专门预留出背部区域，且背部无需布置大面积的传热管路。为达到全身制热的效果，在全身各个关键部位布置有传热管路3，传热管路的进口为24，出口为排气阀7，整个传热管路3呈盘管结构且不含支路，确保热空气在传热管道内均匀分布。另外，传热管路3为软质扁圆状，使得该种服装穿在登山人员身上柔软、舒服，相对于圆管来说，扁圆状管道增加了热气体与人体皮肤的有效接触面积，并且传热管路3具有质量轻的特点，方便在登山人员灵活走动，并且采用拉链结构25将接头5处包覆在内，避免登山过程造成接头5松动，并使得上衣1与裤子2成为一个整体。该加热登山服容易穿卸，从皮肤到最外层衣服分别为内层衣服、扁圆状传热管道、保温层、外层衣服。

腹部设置有2个进气口22、1个排冷气口23，均由引导环向衣体外部垂直伸出5厘米，防止衣体干扰进气和排气过程，加热器的1个热排气口24直接连接传热管路。采用2对接头结构5，将裤子的传热管道和上衣的传热管道紧密的连接起来。排气阀7可由加热系统的控制信号控制也可人为打开或关闭，打开时排除管路中的残余冷空气，关闭时保留传热管路中的热气流，起到提高制热效率、节约电能的作用。

图5说明了该加热系统的结构原理：经泵8的泵送作用，将空气加压泵送入旋涡加热器9，压缩空气以很高的线速度沿切线方向进入旋涡加热器9的涡流室，经涡流交换使能量得以分离，一部分气体形成涡流后旋转前进，沿涡流管壁的气体与管壁发生摩擦，温度迅速升高，形成热空气从热端24排出进入传热管路，另一部分气体沿中心线返回，形成回流，这部分气体与贴近管壁的涡流反向而行，持续发生的热交换，使得热端热气流的温度逐渐升高，而该部分产生的冷空气经冷排气口23排出。

图6说明了空气压缩泵启停控制原理：控制器10与测温模块11、空气压缩泵8形成闭环控制回路，控制器10获取温度检测值，并通过控制继电器26的驱动线圈通断电过程来实现空气压缩泵8的自动启停。当测温模块11传输给控制器10的温度检测值低于合理温度设定低限时，控制器10输出继电器26驱动线圈得电命令，随后驱动线圈得电、辅助触点开关闭合，空气压缩泵8启动；当测温模块11传输给控制器10的温度检测值高于合理温度设定高限时，控制器10输出继电器26驱动线圈断电命令，随后驱动线圈断电、辅助触点开关断开，空气压缩泵8停止。

图7说明了该加热系统装置4的工作过程为：首先控制程序执行继电器26驱动线圈得电操作，即空气压缩泵8启动、旋涡加热器9制热、传热管道3内开始流入热气流；然后程序执行打开排气阀7操作，传热管道3内的热气流带动管道内冷气体从始端流向终端的排气阀7，将冷空气排出传热管道3并使通路充满热气流；一段时间后，当测温模块11检测的衣体温度达到设定合理温度高限时，程序执行断开空气压缩泵8供电电源、关闭排气阀7的操作，依靠封闭传热管道3当前的热量维持一段时间的舒适温度，直至测温模块11检测的实测温度低于设定合理温度低限时，循环执行上述操作过程，即加热系统装置4重新启动。继电器控制电路与电动执行机构驱动电路在相关书籍中都有详细介绍，且对于本领域的技术人员而言较为简单，因此在此未画出具体接线过程。

图8显示了测温预警系统的原理：测温模块11用来采集体表温度，并将实时将测得的温度数据传递给控制器10，控制器10对输入的温度信号进行处理、分析，当检测的温度值异常时，控制器发出相应的信号，触发报警电路，由报警模块12发出报警信号提醒登山人员，保护其生命安全。

在本实施例中，测温模块11采用可实时测量温度、并可输出测量结果的温度测量装置，例如温度探头等。控制器10采用单片机，当温度测量结果超过所设定的阈值时，控制器10向报警模块12发出报警信号。单片机型号的选择以及相关的编程对于本领域的技术人员而言是容易得到的，并且有多种可以实现该功能的技术方案，因此在此不多作赘述。报警模块12可采用声音报警器、发光报警器等，例如报警灯、蜂鸣器等，本实施例采用带电铃的灯链作为报警模块12，当报警模块12接收到报警信号时，带电铃的灯链同时发出声音、灯光闪烁提醒使用者温度异常，便于使用者辨识报警信息。

图9显示了加热登山服装的衣体剖视图，传热管路3与体表隔衣服内层18接触，传热管路与外层衣服之间装有保温层19，保温层19能够起到隔绝外界冷空气进入衣体，阻止冷气流与皮肤发生能量交换，维持人体温度，减少热量散失。

图10~12显示了衣体对接接头的结构示意图，结合图1说明的传热管道分布特点，当热气流由左胸经一对对接接头5流至左腿前侧，左胸下的接头为送气接头16，左腿上的接头为进气接头20，在对接接头5连接时，首先将送气接头16插入到进气接头20中，然后使得两个接头端的橡胶圈相互抵住，即送气端橡胶圈17压止于进气端橡胶圈21，最后拧紧接头螺母14，靠垫圈15、螺母14的紧固作用和橡胶圈17和21的密封作用来确保对接接头5处不漏气；同理，当热气流由右腿前侧经一对对接接头5流至右胸，右腿上的接头为送气接头16，右胸下的接头为进气接头20。其中垫片和螺母、橡胶圈起到了紧固、密封的作用，实现了上衣与裤子传热通道的一体化连接，达到了给全身加热的目的。

本发明的工作原理为：

参照图3、图4，产生的热空气由进口24进入传热管路3，热空气依次流过左胸、左胳膊、左下肢、右下肢、右胳膊、右胸。传热盘管的a与b处是一起的，c和d是处是一起的，e和f是处是一起的，g和h是处是一起的，即热空气由a流至b处，由c流至d处，由e流至f处，由g流至h处，最后由腹部处的排气阀7排出，形成一条不含支路地能够确保热空气在管道内均匀分布的传热盘管。传热管路3布置的特点为下肢与前胸的传热面积较大，背部传热面积较小，正是符合了登山人员负包登山的情形，背部负包，一方面使得背部不易受凉，另一方面，若是背部布置的传热管道密集，容易导致背包压紧软质传热管路，阻碍热气流的流通。

Claims (10)

1.一种应用于登山服的加热系统，其特征在于，该登山服加热系统包括：

登山套装，包括上衣体（1）和裤子（2），上衣体（1）和裤子（2）均由内层衣服（18）、保温层（19）和最外层衣服三层面料构成，由拉链将上衣（1）和裤子（2）连接成为一个整体，并由拉链将加热系统装置（4）、测温模块（11）、控制器（10）、及报警装置（12）等功能模块安装在套装上；以及，

加热系统装置（4），包括空气压缩泵（8）和微型旋涡加热器装置（9），微型旋涡加热器装置（9）的进气端连接空气压缩泵（8），空气压缩泵（8）的进气口与进气环口（22）相连，微型旋涡加热器装置（9）的冷空气排出端通过冷气排出环口（23）与衣体外界空气相连通，微型旋涡加热器装置（9）的热空气排出端（24）连接传热管路（3）；以及，

传热管道（3），用于输送热空气，分布于所述套装的躯干、胳膊、及大腿位置；传热管道（3）在套装中按蛇形盘管状布置，只有一个进口和一个出口，不含支路结构；传热管道（3）设置于内层衣服（18）与保温层（19）之间，传热管道（3）的始端与微型旋涡加热器装置（9）的热空气排出端（24）紧密连接，传热管道（3）的终端设置一个微型排气阀（7）；以及，

对接接头（5），在上衣体（1）、及裤子（2）的腰部分别设置有两对可令上衣体（1）与裤子（2）内的传热管道（3）相互连接的对接接头（5）；上衣体（1）与裤子（2）对接部位外部设有可通过拉链闭合的保护布料，用于避免因使用者的无意动作而使连接接头（5）松动；以及，

制热控制装置，包括测温模块（11）、报警装置（12）、及控制器（10）；测温模块（11）与控制器（10）模拟输入端口连接，用于将人体体表的温度检测数据实时传输给控制器（10）；控制器（10）控制端口连接报警装置（12），用于判断人体体表温度异常过低时通过报警装置（12）向使用者发出报警信号，以防止加热温度控制系统出现故障而登山人员毫无察觉的现象发生；控制器（10）控制端口还分别与排气阀（7）、及空气压缩泵供电电路相连接，用于通过控制排气阀（7）的开合、及空气压缩泵（8）的启停，实现加热温度控制；以及，

电源，采用可拆卸的充电电池，分别与空气压缩泵（8）、测温模块（11）、报警装置（12）、及控制器（10）连接，用于为加热系统供电。

2.根据权利要求1所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述传热管道（3）横截面设计为扁圆状，其材质选用轻质柔软材料；只在背部偏两侧位置布置传热管道（3），而在背部中部位置不布置传热管道（3），用于防止背负登山包时登山包的负重阻断传热管道（3）内空气的流通；管道壁中的较宽的一面与内层衣服（18）相贴合，用于增加传热管道（3）的有效接触面积。

3.根据权利要求1所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述上衣（1）内的传热管道（3）与裤子（2）内的传热管道（3）通过2对衣体对接接头（5）相连接，使得热气流在传热通路内由上衣体（1）内的传热管道（3）流入裤子（2）内的传热管道（3），再由裤子（2）内的传热管道（3）流入上衣体（1）内的传热管道（3），最终经设置在上衣体（1）腹部的排气阀（7）流出传热管道（3）。

4.根据权利要求3所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述衣体对接接头（5）包括送气接头（16）和进气接头（20）；

所述送气接头（16）的管外壁具有锥形变径管状结构，送气接头（16）的细端设有环形外缘，送气接头（16）的粗端与螺纹管（13）的一端相连接，螺纹管（13）的另一端与传热管道（3）相连接；送气接头（16）上安装送气端橡胶圈（17）；螺纹管（13）设有外螺纹，接头螺母（14）安装在螺纹管（13）上；接头螺母（14）与送气端橡胶圈（17）间安装紧连接垫片（15）；

所述进气接头（20）的管内壁具有沙漏形变径管状结构，进气接头（20）的一端用于插入送气接头（16）的细端，进气接头（20）的另一端与传热管道（3）相连接；进气接头（20）外固定安装进气端橡胶圈（21）；

送气接头（16）插入进气接头（20）后，送气接头（16）细端的环形外缘卡进进气接头（20）沙漏形变径管的最小径处；送气端橡胶圈（17）压止于进气端橡胶圈（21），通过螺母（14）的紧固作用实现衣体对接接头（5）的密封。

5.根据权利要求1所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述控制器（10）与测温模块（11）、空气压缩泵（8）通过电子逻辑电路连接形成闭环控制回路；控制器（10）控制端接继电器（26）的驱动线圈，空气压缩泵（8）和继电器（26）的辅助触点开关、供电电源串联形成回路。

6.根据权利要求1所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述登山服上衣体（1）与裤子（2）间采用拉链连接，上衣体（1）的对接接头（5）、与裤子（2）的对接接头（5）外部设有可通过拉链闭合的保护布料；所述登山服分别与加热系统装置（4）、测温模块（11）、控制器（10）、及报警装置（12）的连接均采用拉链连接；所述拉链为服装附加设计部分，采用树脂拉链，拉开链牙可以对登山服加热系统硬件装置进行检修与更换。

7.根据权利要求1所述的一种应用于登山服的加热系统，其特征是：所述进气环口（22）、及冷气排出环口（23）分别向衣体外延伸出5厘米以上，用于防止衣体干扰空气压缩泵（8）的进气和旋涡加热器装置（9）的排气过程。

8.根据权利要求1~7任一项所述的应用于登山服的加热系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

1）启动加热系统，启动空气压缩泵（8），设置温度设定值的低限和高限，微型旋涡加热器装置（9）的热空气排出端（24）开始产生热空气；

2）打开排气阀（7），利用进入传热管道（3）的热空气排出传热管道（3）内残留的冷空气；

3）测温模块（11）实时监测人体表面温度，控制器（10）根据测温模块（11）测量结果判断人体表面温度是否处于设定范围；若人体表面温度处于设定范围，维持当前工作状态；若人体表面温度高于设定范围的最大值，控制器（10）发出控制信号，停止空气压缩泵电源供电、并关闭排气阀（7），利用传热管道（3）内的热空气维持当前温度；若人体表面温度低于设定范围的最小值，控制器（10）发出控制信号，启动空气压缩泵电源供电、并开启排气阀（7），微型旋涡加热器装置（9）的热空气排出端（24）开始产生热空气。

9.根据权利要求8所述的应用于登山服的加热系统的工作方法，其特征是，所述加热系统装置（4）的工作过程为：首先控制程序执行继电器（26）驱动线圈得电操作，即空气压缩泵（8）启动、微型旋涡加热器装置（9）制热、传热管道（3）内开始流入热气流；然后程序执行打开排气阀（7）操作，传热管道（3）内的热气流带动管道内冷气体从始端流向终端的排气阀（7），将冷空气排出传热管道（3）并使通路充满热气流；当测温模块（11）检测的衣体温度达到设定合理温度高限时，程序执行断开空气压缩泵（8）供电电源、关闭排气阀（7）的操作，依靠封闭传热管道（3）当前的热量维持一段时间的舒适温度，直至测温模块（11）检测的实测温度低于设定合理温度低限时，加热系统装置（4）重新执行上述操作过程。

10.根据权利要求8或9所述的应用于登山服的加热系统的工作方法，其特征是：报警装置（12）采用带电铃的灯链，设置在上衣（1）手腕部位，利用声音、灯光闪烁两种信号结合的方式提醒穿着者，便于使用者及时地、容易地辨识预警消息；控制器（10）通过控制空气压缩泵（8）电路开关与排气阀（7）的动作顺序实现该加热系统自动控制过程；当测温模块（11）检测的实测温度低于设定预警温度最小值时，报警装置（12）发出报警信号。