CN109432804B - Vr热环境仿真系统 - Google Patents

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Abstract

VR热环境仿真系统，包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，VR座椅位于密闭舱室内部，VR座椅下设有静压箱和震动系统，制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，VR座椅头顶设有送风系统，密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，VR座椅前方设有VR显示屏。本发明基于人体热舒适理论，从热环境与热感觉专业理论的基础出发，营造全面和局部结合的精确虚拟热环境，并与VR技术结合，提供出更先进的新型VR热环境设备，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。

Description

VR热环境仿真系统
技术领域
本发明涉及一种VR热环境仿真系统。
背景技术
随着生活水平的不断提高，大众对文化娱乐水平的要求也越来越高，并且随着科技的进步，数字化与智能化越来越普及，人们不再仅仅满足于死板的视听感觉，而是追求更加真实的临场体验。现有的AR与VR电影技术已经在传统的视听基础上增加了模拟现实的环节，比如摇晃、震动等效果，以求增加观感体验。然而，这些技术并没有考虑基于人体热平衡与热舒适理论精确控制热环境。
关于VR技术：VR是Virtual Reality的缩写，意思是虚拟现实，具体是指借助计算机及最新传感器技术创造的一种崭新的人机交互手段，它能最大限度接近现实，为体验者提供接近现实的感受。当前VR虚拟现实技术大部分为3D、4D，以视觉和机械运动为主，先进的VR技术已粗略考虑了风、雨、雷、电、泡泡、烟雾、火焰、雪花、扫腿、捅背、震动等效果。然而，现有的VR技术并没有深入考虑人体热感觉（热舒适研究领域），大都采用造雪机、喷水（雾）机、风机等粗略模拟自然界的风、雨、雪现象，而无法对环境温度进行精确控制，因而无法实时营造相应季节的热感觉。例如，当影片主人公从北半球来到热带，现有VR技术无法实时营造出相应的炎热感觉。
关于VR设备：VR设备在航空航天领域等工业领域已有数十年的应用，典型的飞行模拟器或者宇航员训练仓都是这类设备的顶级代表。宇航员训练仓一般属于机密设备，现已能非常完善地模拟失重、缺氧及包括热感觉在内的各种状态，但是这类设备设计的基础是高端宇航、军事或飞行应用，没有适合娱乐用途的应用，因此需要开发针对民用娱乐用途的专项设备。现阶段民用VR技术常用到的硬件设备，大致可以分为四类：
1、建模设备（如3D扫描仪）；
2、三维视觉显示设备（如3D展示系统、大型投影系统（如CAVE）、头显（头戴式立体显示器等）；
3、声音设备（如三维的声音系统以及非传统意义的立体声）；
4、交互设备（包括位置追踪仪、数据手套、3D输入设备（三维鼠标）、动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及其他交互设备）。
可以看出，民用娱乐VR设备中，现已能粗略实现视觉影像、声音、力学感觉等效果，并能与人体实现信息交互。然而，这些设备并不能实时精确地控制VR热环境，无法瞬时改变环境温度，对热感觉影响的考虑也不够深入。
关于人体热感觉与热舒适理论：人体皮肤内存在着温度感受器，根据感受器对外界刺激的反应特性，可将其分为热感受器和冷感受器两种。热感觉对外界温度的刺激具有一定的适应性，当受到外界一定量的刺激时，冷热感受器的反应逐渐减弱，直至停止。一般条件下的室内热环境评价指标，现在常采用预测平均投票值PMV（Predicted Mean Vote）与人群中不满足率PPD评价。PMV值与热感觉分级及不满足率之间的关系如下表。
PMV值 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3
冷热感 非常热 热 稍热 中性 稍冷 冷 非常冷
PPD 99% 75% 25% 5% 25% 75% 99%
可以看出，人体对冷热刺激具有一定的适应性，因此VR设备中要实现瞬时的冷热环境仿真必须具有瞬间使PMV、PPD跳出适宜范围的能力，即瞬间可达到过冷、过热的环境温度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、易于实现的VR热环境仿真系统，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种VR热环境仿真系统，包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅位于密闭舱室内部，所述VR座椅下设有静压箱和震动系统，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，所述VR座椅头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅前方设有VR显示屏。
进一步，所述制冷循环系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ、蒸发器Ⅰ、膨胀阀Ⅰ、冷凝器Ⅰ、第一换向阀Ⅰ、第二换向阀Ⅰ、第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ、座垫冷/热盘管、靠背冷/热盘管、扶手冷/热盘管和脚部末端冷/热盘管；所述座垫冷/热盘管位于VR座椅座垫下，包括座垫冷盘管和座垫热盘管，所述座垫冷盘管上设有座垫冷盘管调节阀，所述座垫热盘管上设有座垫热盘管调节阀；所述靠背冷/热盘管位于VR座椅靠背中，包括靠背冷盘管、靠背热盘管和VR头盔接入口，所述靠背冷盘管上设有靠背冷盘管调节阀，所述靠背热盘管上设有靠背热盘管调节阀，所述VR头盔接入口为两个，分别设在靠背冷盘管、靠背热盘管上；所述扶手冷/热盘管位于VR座椅扶手中，包括扶手冷盘管、扶手热盘管和VR手套接入口，所述扶手冷盘管上设有扶手冷盘管调节阀，所述扶手热盘管设有扶手热盘管调节阀，所述VR手套接入口为两个，分别设在扶手冷盘管、扶手热盘管上；所述脚部末端冷/热盘管位于脚部可感知进入式末端中，包括脚部冷盘管和脚部热盘管，所述脚部冷盘管上设有脚部冷盘管，所述脚部热盘管上设有脚部热盘管调节阀；
所述压缩机Ⅰ通过第一换向阀Ⅰ及管路分别与座垫热盘管调节阀、靠背热盘管调节阀、扶手热盘管调节阀、脚部热盘管调节阀相连，所述座垫热盘管、靠背热盘管、扶手热盘管、脚部热盘管通过第二换向阀Ⅰ与冷凝器Ⅰ相连，所述冷凝器Ⅰ与膨胀阀Ⅰ相连，所述膨胀阀Ⅰ通过第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ与蒸发器Ⅰ相连，所述蒸发器Ⅰ与压缩机Ⅰ相连；所述第一换向阀Ⅰ通过管路与第二换向阀Ⅰ相连，所述第三换向阀Ⅰ通过管路分别与座垫冷盘管、靠背冷盘管、扶手冷盘管、脚部冷盘管相连，所述脚部冷盘管、扶手冷盘管调节阀、靠背冷盘管调节阀、座垫冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅰ相连。
进一步，所述制冷循环系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ、蒸发器Ⅱ、膨胀阀Ⅱ、冷凝器Ⅱ、第一换向阀Ⅱ、第二换向阀Ⅱ、第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ、风系统冷盘管、风系统热盘管、前壁面冷盘管、前壁面热盘管、后壁面冷盘管、后壁面热盘管、左壁面冷盘管、左壁面热盘管、右壁面冷盘管、右壁面热盘管、上壁面冷盘管、上壁面热盘管、下壁面冷盘管和下壁面热盘管；所述风系统冷盘管上设有风系统冷盘管调节阀，所述风系统热盘管上设有风系统热盘管调节阀，所述风系统冷盘管和风系统热盘管安装在送风系统里；所述前壁面冷盘管上设有前壁面冷盘管调节阀，所述前壁面热盘管上设有前壁面热盘管调节阀，所述前壁面冷盘管和前壁面热盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面冷盘管上设有后壁面冷盘管调节阀，所述后壁面热盘管上设有后壁面热盘管调节阀，所述后壁面冷盘管和后壁面热盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面冷盘管上设有左壁面冷盘管调节阀，所述左壁面热盘管上设有左壁面热盘管调节阀，所述左壁面冷盘管和左壁面热盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面冷盘管上设有右壁面冷盘管调节阀，所述右壁面热盘管上设有右壁面热盘管调节阀，所述右壁面冷盘管和右壁面热盘管安装在右辐射壁面内；所述上壁面冷盘管上设有上壁面冷盘管调节阀，所述上壁面热盘管上设于上壁面热盘管调节阀，所述上壁面冷盘管和上壁面热盘管安装在上辐射壁面内；所述下壁面冷盘管上设有下壁面冷盘管调节阀，所述下壁面热盘管上设有下壁面热盘管调节阀，所述下壁面冷盘管和下壁面热盘管安装在下辐射壁面内；
所述压缩机Ⅱ通过第一换向阀Ⅱ及管路分别与风系统热盘管调节阀、前壁面热盘管调节阀、后壁面热盘管调节阀、左壁面热盘管调节阀、右壁面热盘管调节阀、上壁面热盘管调节阀、下壁面热盘管调节阀相连，所述风系统热盘管、前壁面热盘管、后壁面热盘管、左壁面热盘管、右壁面热盘管、上壁面热盘管、下壁面热盘管通过管路及第二换向阀Ⅱ与冷凝器Ⅱ相连，所述冷凝器Ⅱ与膨胀阀Ⅱ相连，所述膨胀阀Ⅱ通过第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ与蒸发器Ⅱ相连，所述蒸发器Ⅱ与压缩机Ⅱ相连，所述第一换向阀Ⅱ通过管路与第二换向阀Ⅱ相连，所述第三换向阀Ⅱ分别与风系统冷盘管、前壁面冷盘管、后壁面冷盘管、左壁面冷盘管、右壁面冷盘管、上壁面冷盘管、下壁面冷盘管相连，所述风系统冷盘管调节阀、前壁面冷盘管调节阀、后壁面冷盘管调节阀、左壁面冷盘管调节阀、右壁面冷盘管调节阀、上壁面冷盘管调节阀、下壁面冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅱ相连。
进一步，所述液氮系统包括液氮存储罐、真空抽吸机、前壁面液氮盘管、后壁面液氮盘管、左壁面液氮盘管、右壁面液氮盘管、上壁面液氮盘管和下壁面液氮盘管；所述前壁面液氮盘管上设有前壁面液氮盘管调节阀，所述前壁面液氮盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面液氮盘管上设有后壁面液氮盘管调节阀，所述后壁面液氮盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面液氮盘管上设有左壁面液氮盘管调节阀，所述左壁面液氮盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面液氮盘管上设有右壁面液氮盘管调节阀，所述右壁面液氮盘管安装在右辐射壁面内；所述上壁面液氮盘管上设有上壁面液氮盘管调节阀，所述上壁面液氮盘管安装在上辐射壁面内；所述下壁面液氮盘管上设有下壁面液氮盘管调节阀，所述下壁面液氮盘管安装在下辐射壁面内；所述液氮存储罐通过管路分别与前壁面液氮盘管调节阀、后壁面液氮盘管调节阀、左壁面液氮盘管调节阀、右壁面液氮盘管调节阀、上壁面液氮盘管调节阀、下壁面液氮盘管调节阀相连，所述前壁面液氮盘管、后壁面液氮盘管、左壁面液氮盘管、右壁面液氮盘管、上壁面液氮盘管、下壁面液氮盘管通过管路及液氮盘管总调节阀与真空抽吸机相连。
进一步，所述送风系统包括风管、可调节风口、送风调节阀和送风风机，所述送风风机安装在风管进风口，所述可调节风口通过送风调节阀与风管相连。
进一步，所述VR热环境仿真系统还包括VR眼镜、VR触感手套和VR头盔等部件。
进一步，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面后面设有机械臂，均可前后移动。所述辐射壁面上均设有电加热膜，可模拟极端高温环境。所有辐射壁面上进一步设孔板送风口，并与VR气味发生器连接，可实现吹烟雾、蒸汽与特殊气味气体的效果。所有的辐射壁面表面均设有温度传感器，可实时采集各个辐射壁面的温度，并反馈给智能控制器。
进一步，还设有退出报警系统，当VR体验人员无法承受逼真的冷热效果、感到不适时，体验人员可按动退出报警系统的退出按钮，将所有制冷和制热系统进行反向运行（比如正在制冷的末端立即制热、正在制热的末端立即制冷），并启动真空抽吸机清空液氮盘管内的液氮。反向运行的标准是末端的温度达到人体舒适区，而不是VR系统要求的超出人体舒适区；该VR热环境仿真系统具有瞬间使PMV、PPD指标跳出适宜范围的能力，根据VR影像调节相应的冷热档位，瞬间达到过冷过热的环境温度，但这种过冷过热的环境在热舒适理论的基础上实现，在人体可承受的范围内，不影响人体健康。
本发明通过在VR座椅下设置静压箱，箱体内设置制冷循环系统Ⅰ，产生的冷热量通过盘管送至座垫辐射盘管、靠背辐射盘管、扶手辐射盘管、脚部辐射盘管、VR触感手套、VR头盔及脚部可感知进入式末端，实现人体表面及局部热环境控制。密闭舱室顶部设置制冷循环系统Ⅱ，产生的冷热量通过盘管接入送风风管与舱室四周的辐射壁面内部，通过送风系统吹出冷热风，并与辐射制冷/暖相结合，实现全局热环境控制。
本发明各辐射板表面设置电加热膜，可模拟极端高温环境；内部设有液氮盘管，与液氮系统相连，可模拟极端低温环境。
本发明座垫辐射盘管、靠背辐射盘管、扶手辐射盘管及静压箱预留制冷剂外接口，可连接相应的头盔、触感手套与脚部可感知进入式末端，为其提供冷热来源，实现人体表面及局部热环境控制。
液氮系统的液氮盘管与液氮储存罐配套设有真空抽吸机，可根据系统指令将盘管内的液氮吸除；各液氮盘管之间为并联系统，可通过控制器单独控制各调节阀开度，实现不同的液氮流量变化，进而精准控制各盘管的温度。
当需要使用VR显示屏时，前辐射壁面可通过机械吊壁升降隐藏，不遮挡屏幕使用；辐射壁面与墙体之间通过机械臂相连，通过机械臂的伸缩控制壁面位移，可根据场景需要靠近或远离体验人员；例如当VR显示屏显示将要撞上冰山或者来到火山跟前，需要某一面辐射板达到极低或者极高的温度，并且靠近或者远离体验人员。所述所有的辐射壁面表面均设有温度传感器，可实时采集各个辐射壁面的温度，并反馈给智能控制器。
本发明综合利用辐射板、送风末端与直接接触设备（类似暖脚器、冰袋的效果），具有瞬间使PMV、PPD跳出适宜范围的能力，即瞬间可达到过冷、过热的环境温度，但这种过冷过热的环境在热舒适理论的基础上实现，在人体可承受的范围内，不影响人体健康。将全面改变全局热环境、大部分改变人体表面热环境、和精准调节对体感影响较大的局部热环境相结合，实现全面和局部结合的精确虚拟热环境控制，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。
与传统VR仿真系统相比，本发明具有以下优点：
1、本发明综合利用辐射板、各种尺度的全面和局部送风末端、直接接触设备，可使周围热环境瞬间达到过冷过热的状态，实时营造冷热环境。
2、将全面改变全局热环境、大部分改变人体表面热环境、和精准调节对体感影响较大的局部热环境相结合，实现全面和局部结合的精确虚拟热环境控制。
3、采用VR座椅体验设备，加入冷热循环系统及末端设备，为体验者提供精准和适宜的VR热环境体验。
附图说明
图1为本发明VR热环境仿真系统的侧视图；
图2为本发明VR热环境仿真系统的俯视图；
图3为座椅内部制冷制热循环系统Ⅰ制热模式的原理示意图；
图4为座椅内部制冷制热循环系统Ⅰ制冷模式的原理示意图；
图5为送风系统及壁面辐射制冷制热循环系统Ⅱ送热风模式的原理示意图；
图6为送风系统及壁面辐射制冷制热循环系统Ⅱ送冷风模式的原理示意图；
图7为液氮系统原理图；
图中：1-VR座椅，2-震动系统，3-脚部可感知进入式末端，4-座垫下冷/热盘管，5-靠背冷/热盘管，6-扶手冷/热盘管，7-脚部末端冷/热盘管，8-可调节送风口，9-送风调节阀，10-送风风机，11-前辐射壁面，12-后辐射壁面，13-左辐射壁面，14-右辐射壁面，15-上辐射壁面，16-下辐射壁面，17-可移动机械臂，18-液氮存储罐，19-真空抽吸机，20-VR气味发生器，21-智能控制器，22-VR显示屏，23-机械吊壁；
4-1-座垫冷盘管，4-1-1-座垫冷盘管调节阀，4-2-座垫热盘管，4-2-1-座垫热盘管调节阀，5-1-靠背冷盘管，5-1-1-靠背冷盘管调节阀，5-2-靠背热盘管，5-2-1-靠背热盘管调节阀，5-3-VR头盔接入口，6-1-扶手冷盘管，6-1-1-扶手冷盘管调节阀，6-2-扶手热盘管，6-2-1-扶手热盘管调节阀，6-3-VR手套接入口，7-1-脚部冷盘管，7-1-1-脚部冷盘管调节阀，7-2-脚部热盘管，7-2-1-脚部热盘管调节阀，24-压缩机Ⅰ，25-蒸发器Ⅰ，26-膨胀阀Ⅰ，27-冷凝器Ⅰ，28-1-第一换向阀Ⅰ，28-2-第二换向阀Ⅰ，28-3-第三换向阀Ⅰ，28-4-第四换向阀Ⅰ；
10-1-风系统冷盘管，10-1-1-风系统冷盘管调节阀，10-2-风系统热盘管，10-2-1-风系统热盘管调节阀，11-1-前壁面冷盘管，11-1-1-前壁面冷盘管调节阀，11-2-前壁面热盘管，11-2-1-前壁面热盘管调节阀，12-1-后壁面冷盘管，12-1-1-后壁面冷盘管调节阀，12-2-后壁面热盘管，12-2-1-后壁面热盘管调节阀，13-1-左壁面冷盘管，13-1-1-左壁面冷盘管调节阀，13-2-左壁面热盘管，13-2-1-左壁面热盘管调节阀，14-1-右壁面冷盘管，14-1-1-右壁面冷盘管调节阀，14-2-右壁面热盘管，14-2-1-右壁面热盘管调节阀，15-1-上壁面冷盘管，15-1-1-上壁面冷盘管调节阀，15-2-上壁面热盘管，15-2-1-上壁面热盘管调节阀，16-1-下壁面冷盘管，16-1-1-下壁面冷盘管调节阀，16-2-下壁面热盘管，16-2-1-下壁面热盘管调节阀，29-压缩机Ⅱ，30-蒸发器Ⅱ，31-膨胀阀Ⅱ，32-冷凝器Ⅱ，33-1-第一换向阀Ⅱ，33-2-第二换向阀Ⅱ，33-3-第三换向阀Ⅱ，33-4-第四换向阀Ⅱ；
34-前壁面液氮盘管，34-1-前壁面液氮盘管调节阀，35-后壁面液氮盘管，35-1-后壁面液氮盘管调节阀，36-左壁面液氮盘管，36-1-左壁面液氮盘管调节阀，37-右壁面液氮盘管，37-1-右壁面液氮盘管调节阀，38-上壁面液氮盘管，38-1-上壁面液氮盘管调节阀，39-下壁面液氮盘管，39-1-下壁面液氮盘管调节阀，40-液氮盘管总调节阀。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参照附图，一种VR热环境仿真系统，包括密闭舱室、VR座椅1、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅1位于密闭舱室内部，所述VR座椅1下设有静压箱和震动系统2，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅1脚下设有脚部可感知进入式末端3，所述VR座椅1头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面11、后辐射壁面12、左辐射壁面13、右辐射壁面14、上辐射壁面15和下辐射壁面16，所述前辐射壁面11、后辐射壁面12、左辐射壁面13、右辐射壁面14、上辐射壁面15、下辐射壁面16与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅1前方设有VR显示屏22；
所述制冷循环系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ24、蒸发器Ⅰ25、膨胀阀Ⅰ26、冷凝器Ⅰ27、第一换向阀Ⅰ28-1、第二换向阀Ⅰ28-2、第三换向阀Ⅰ28-3、第四换向阀Ⅰ28-4、座垫冷/热盘管4、靠背冷/热盘管5、扶手冷/热盘管6和脚部末端冷/热盘管7；所述座垫冷/热盘管4位于VR座椅座垫下，包括座垫冷盘管4-1和座垫热盘管4-2，所述座垫冷盘管4-1上设有座垫冷盘管调节阀4-1-1，所述座垫热盘管4-2上设有座垫热盘管调节阀4-2-1；所述靠背冷/热盘管5位于VR座椅靠背中，包括靠背冷盘管5-1、靠背热盘管5-2和VR头盔接入口5-3，所述靠背冷盘管5-1上设有靠背冷盘管调节阀5-1-1，所述靠背热盘管5-2上设有靠背热盘管调节阀5-2-1，所述VR头盔接入口5-3为两个，分别设在靠背冷盘管5-1、靠背热盘管5-2上；所述扶手冷/热盘管6位于VR座椅扶手中，包括扶手冷盘管6-1、扶手热盘管6-2和VR手套接入口6-3，所述扶手冷盘管6-1上设有扶手冷盘管调节阀6-1-1，所述扶手热盘管6-2上设有扶手热盘管调节阀6-2-1，所述VR手套接入口6-3为两个，分别设在扶手冷盘管6-1、扶手热盘管6-2上；所述脚部末端冷/热盘管7位于脚部可感知进入式末端中，包括脚部冷盘管7-1和脚部热盘管7-2，所述脚部冷盘管7-1上设有脚部冷盘管7-1-1，所述脚部热盘管7-2上设有脚部热盘管调节阀7-2-1；
所述压缩机Ⅰ24通过第一换向阀Ⅰ28-1及管路分别与座垫热盘管调节阀4-2-1、靠背热盘管调节阀5-2-1、扶手热盘管调节阀6-2-1、脚部热盘管调节阀7-2-1相连，所述座垫热盘管4-2、靠背热盘管5-2、扶手热盘管6-2、脚部热盘管7-2通过第二换向阀Ⅰ28-2与冷凝器Ⅰ27相连，所述冷凝器Ⅰ27与膨胀阀Ⅰ26相连，所述膨胀阀Ⅰ26通过第三换向阀Ⅰ28-3、第四换向阀Ⅰ28-4与蒸发器Ⅰ25相连，所述蒸发器Ⅰ25与压缩机Ⅰ24相连；所述第一换向阀Ⅰ28-1通过管路与第二换向阀Ⅰ28-2相连，所述第三换向阀Ⅰ28-3通过管路分别与座垫冷盘管4-1、靠背冷盘管5-1、扶手冷盘管6-1、脚部冷盘管7-1相连，所述脚部冷盘管7-1-1、扶手冷盘管调节阀6-1-1、靠背冷盘管调节阀5-1-1、座垫冷盘管调节阀4-1-1通过管路与第四换向阀Ⅰ28-4相连；
所述制冷循环系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ29、蒸发器Ⅱ30、膨胀阀Ⅱ31、冷凝器Ⅱ32、第一换向阀Ⅱ33-1、第二换向阀Ⅱ33-2、第三换向阀Ⅱ33-3、第四换向阀Ⅱ33-4、风系统冷盘管10-1、风系统热盘管10-2、前壁面冷盘管11-1、前壁面热盘管11-2、后壁面冷盘管12-1、后壁面热盘管12-2、左壁面冷盘管13-1、左壁面热盘管13-2、右壁面冷盘管14-1、右壁面热盘管14-2、上壁面冷盘管15-1、上壁面热盘管15-2、下壁面冷盘管16-1和下壁面热盘管16-2；所述风系统冷盘管10-1上设有风系统冷盘管调节阀10-1-1，所述风系统热盘管10-2上设有风系统热盘管调节阀10-2-1，所述风系统冷盘管10-1和风系统热盘管10-2安装在送风系统里；所述前壁面冷盘管11-1上设有前壁面冷盘管调节阀11-1-1，所述前壁面热盘管11-2上设有前壁面热盘管调节阀11-2-1，所述前壁面冷盘管11-1和前壁面热盘管11-2安装在前辐射壁面11内；所述后壁面冷盘管12-1上设有后壁面冷盘管调节阀12-1-1，所述后壁面热盘管12-2上设有后壁面热盘管调节阀12-2-1，所述后壁面冷盘管12-1和后壁面热盘管12-2安装在后辐射壁面12内；所述左壁面冷盘管13-1上设有左壁面冷盘管调节阀13-1-1，所述左壁面热盘管13-2上设有左壁面热盘管调节阀13-2-1，所述左壁面冷盘管13-1和左壁面热盘管13-2安装在左辐射壁面13内；所述右壁面冷盘管14-1上设有右壁面冷盘管调节阀14-1-1，所述右壁面热盘管14-2上设有右壁面热盘管调节阀14-2-1，所述右壁面冷盘管14-1和右壁面热盘管14-2安装在右辐射壁面14内；所述上壁面冷盘管15-1上设有上壁面冷盘管调节阀15-1-1，所述上壁面热盘管15-2上设于上壁面热盘管调节阀15-2-1，所述上壁面冷盘管15-1和上壁面热盘管15-2安装在上辐射壁面15内；所述下壁面冷盘管16-1上设有下壁面冷盘管调节阀16-1-1，所述下壁面热盘管16-2上设有下壁面热盘管调节阀16-2-1，所述下壁面冷盘管16-1和下壁面热盘管16-2安装在下辐射壁面16内；
所述压缩机Ⅱ29通过第一换向阀Ⅱ33-1及管路分别与风系统热盘管调节阀10-2-1、前壁面热盘管调节阀11-2-1、后壁面热盘管调节阀12-2-1、左壁面热盘管调节阀13-2-1、右壁面热盘管调节阀14-2-1、上壁面热盘管调节阀15-2-1、下壁面热盘管调节阀16-2-1相连，所述风系统热盘管10-2、前壁面热盘管11-2、后壁面热盘管12-2、左壁面热盘管13-2、右壁面热盘管14-2、上壁面热盘管15-2、下壁面热盘管16-2通过管路及第二换向阀Ⅱ33-2与冷凝器Ⅱ32相连，所述冷凝器Ⅱ32与膨胀阀Ⅱ31相连，所述膨胀阀Ⅱ31通过第三换向阀Ⅱ33-3、第四换向阀Ⅱ33-4与蒸发器Ⅱ30相连，所述蒸发器Ⅱ30与压缩机Ⅱ29相连，所述第一换向阀Ⅱ33-1通过管路与第二换向阀Ⅱ33-2相连，所述第三换向阀Ⅱ33-3分别与风系统冷盘管10-1、前壁面冷盘管11-1、后壁面冷盘管12-1、左壁面冷盘管13-1、右壁面冷盘管14-1、上壁面冷盘管15-1、下壁面冷盘管16-1相连，所述风系统冷盘管调节阀10-1-1、前壁面冷盘管调节阀11-1-1、后壁面冷盘管调节阀12-1-1、左壁面冷盘管调节阀13-1-1、右壁面冷盘管调节阀14-1-1、上壁面冷盘管调节阀15-1-1、下壁面冷盘管调节阀16-1-1通过管路与第四换向阀Ⅱ33-4相连；
所述液氮系统包括液氮存储罐18、真空抽吸机19、前壁面液氮盘管34、后壁面液氮盘管35、左壁面液氮盘管36、右壁面液氮盘管37、上壁面液氮盘管38和下壁面液氮盘管39；所述前壁面液氮盘管34上设有前壁面液氮盘管调节阀34-1，所述前壁面液氮盘管34安装在前辐射壁面11内；所述后壁面液氮盘管35上设有后壁面液氮盘管调节阀35-1，所述后壁面液氮盘管35安装在后辐射壁面12内；所述左壁面液氮盘管36上设有左壁面液氮盘管调节阀36-1，所述左壁面液氮盘管36安装在左辐射壁面13内；所述右壁面液氮盘管37上设有右壁面液氮盘管调节阀37-1，所述右壁面液氮盘管37安装在右辐射壁面14内；所述上壁面液氮盘管38上设有上壁面液氮盘管调节阀38-1，所述上壁面液氮盘管38安装在上辐射壁面15内；所述下壁面液氮盘管39上设有下壁面液氮盘管调节阀39-1，所述下壁面液氮盘管39安装在下辐射壁面16内；所述液氮存储罐18通过管路分别与前壁面液氮盘管调节阀34-1、后壁面液氮盘管调节阀35-1、左壁面液氮盘管调节阀36-1、右壁面液氮盘管调节阀37-1、上壁面液氮盘管调节阀38-1、下壁面液氮盘管调节阀39-1相连，所述前壁面液氮盘管34、后壁面液氮盘管35、左壁面液氮盘管36、右壁面液氮盘管37、上壁面液氮盘管38、下壁面液氮盘管39通过管路及液氮盘管总调节阀40与真空抽吸机19相连。
本实施例中，所述送风系统包括风管、可调节风口8、送风调节阀9和送风风机10，所述送风风机10安装在风管进风口，所述可调节风口8通过送风调节阀9与风管相连。
本实施例中，所述VR热环境仿真系统还包括VR眼镜、VR触感手套和VR头盔。
本实施例中，前辐射壁面11、后辐射壁面12、左辐射壁面13、右辐射壁面14、上辐射壁面15、下辐射壁面16上均设有电加热膜，可模拟极端高温环境；辐射壁面上进一步设孔板送风口，并与VR气味发生器20连接，可实现吹烟雾、蒸汽与特殊气味气体的效果。
本实施例中，所述前辐射壁面11、后辐射壁面12、左辐射壁面13、右辐射壁面14与墙体之间通过机械臂17相连。所有的辐射壁面表面均设有温度传感器，可实时采集各个辐射壁面的温度，并反馈给智能控制器21。
所述坐垫、靠背、扶手、脚部感知末端中的冷/热盘管为并联系统，可通过控制系统单独控制各调节阀开度，实现不同的制冷剂流量变化，进而精确控制各盘管的温度。
所述制冷循环系统Ⅰ实现制冷制热有两种运行方式，切换换向阀Ⅰ的方向，循环的制冷剂可瞬间在制热盘管与制冷盘管间切换，瞬间达到制冷制热目的。其运行方式如下：
A．制热模式：如图3所示，盘管内制冷剂流动，从蒸发器Ⅰ25吸热气化，经压缩机Ⅰ24压缩，形成高温液体，分别通过座垫热盘管4-2、靠背热盘管5-2、扶手热盘管6-2、脚部热盘管7-2放热，再经过冷凝器Ⅰ27冷凝进一步放热，经膨胀阀Ⅰ26节流降低压力与温度，再经过蒸发器Ⅰ25吸热气化，实现制热循环；
B、制冷模式：如图4所示，切换制热模式下四个换向阀Ⅰ的方向，可快速实现由制热模式到制冷模式的切换；盘管内制冷剂流动，从蒸发器Ⅰ25吸热气化，经压缩机Ⅰ24压缩，形成高温液体，再经过冷凝器Ⅰ27冷凝放热，经膨胀阀Ⅰ26节流降低压力与温度，形成低温液体，分别通过座垫冷盘管4-1、靠背冷盘管5-1、扶手冷盘管6-1、脚部冷盘管7-1吸热，再进一步经过蒸发器Ⅰ25吸热气化，实现制冷循环。
所述制冷循环系统Ⅱ实现吹冷热风，四周辐射壁面实现制冷/热也有两种运行方式，切换换向阀Ⅱ的方向，循环的制冷剂可瞬间在制热盘管与制冷盘管间切换，瞬间达到吹冷/热风、辐射壁面知制冷/热的目的。相应地，也可根据需要改变可调节风口8百叶的送风方向。制冷循环系统Ⅱ实现瞬间制冷制热的运行方式如下：
A．制热模式：如图5所示，盘管内制冷剂流动，从蒸发器Ⅱ30吸热气化，经压缩机Ⅱ29压缩，形成高温液体，分别通过风系统热盘管10-2、前壁面热盘管11-2、后壁面热盘管12-2、左壁面热盘管13-2、右壁面热盘管14-2、上壁面热盘管15-2、下壁面热盘管16-2放热，再经过冷凝器Ⅱ32冷凝进一步放热，经膨胀阀Ⅱ31节流降低压力与温度，再经过蒸发器Ⅱ30吸热气化，实现制热循环。送风风机10吹过风系统热盘管10-2，可实现吹热风功能，四周壁面也可通过四周热盘管实时营造热辐射环境。
B、制冷模式：如图6所示，切换制热模式下四个换向阀Ⅱ33的方向，可快速实现由制热模式到制冷模式的切换。盘管内制冷剂流动，从蒸发器Ⅱ30吸热气化，经压缩机Ⅱ29压缩，形成高温液体，再经过冷凝器Ⅱ32冷凝放热，经膨胀阀Ⅱ31节流降低压力与温度，形成低温液体，分别通过风系统冷盘管10-1、前壁面冷盘管11-1、后壁面冷盘管12-1、左壁面冷盘管13-1、右壁面冷盘管14-2、上壁面冷盘管15-1、下壁面冷盘管16-1吸热，再进一步经过蒸发器Ⅱ30吸热气化，实现制冷循环。送风风机10吹过风系统冷盘管10-1，可实现吹冷风功能，四周壁面也可通过四周冷盘管实时营造冷辐射环境。
所述液氮系统中的各液氮盘管并联，与液氮存储罐相连，可通过注入液氮模拟极端低温情况；液氮盘管与液氮储存罐18配套设有真空抽吸机19，可根据系统指令将液氮盘管内的液氮吸除；各液氮盘管之间为并联系统，可通过控制器单独控制各调节阀开度，实现不同的液氮流量变化，进而精准控制各液氮盘管的温度。
当需要使用VR显示屏22时，前辐射壁面11可通过机械吊壁23升降隐藏，不遮挡屏幕使用；后辐射壁面12、左辐射壁面13、右辐射壁面14与墙体之间通过机械臂17相连，通过机械臂17的伸缩控制壁面位移，可根据场景需要靠近或远离体验人员；例如当VR显示屏22显示将要装上冰山或者来到火山跟前，需要某一面辐射板达到极低或者极高的温度，并且靠近或者远离体验人员。所述所有的辐射壁面表面均设有温度传感器，可实时采集各个辐射壁面的温度，并反馈给智能控制器21，进而实时控制压缩机的功率、各阀门的启闭与开度等，营造出逼真的热环境。
本实施例中的智能控制器21还包括退出报警系统，当VR体验人员无法承受逼真的冷热效果、感到不适时，体验人员可按动退出报警系统的退出按钮，将所有制冷和制热系统进行反向运行（比如正在制冷的末端立即制热、正在制热的末端立即制冷），并启动真空抽吸机19清空液氮盘管内的液氮。反向运行的标准是末端的温度达到人体舒适区，而不是VR系统要求的超出人体舒适区；该VR热环境仿真系统具有瞬间使PMV、PPD指标跳出适宜范围的能力，根据VR影像调节相应的冷热档位，瞬间达到过冷过热的环境温度，但这种过冷过热的环境在热舒适理论的基础上实现，在人体可承受的范围内，不影响人体健康。
以上以结合附图说明的方式对本发明的新型VR热环境仿真系统及其工作模式作了描述，相关技术人员应当理解，本发明不限于描述的案例，在不偏离本发明初衷及实施范围的情况下，可以做出各种变化和改变。

Claims (6)

1.VR热环境仿真系统，其特征在于：包括密闭舱室、VR座椅、制冷循环系统Ⅰ、制冷循环系统Ⅱ和液氮系统，所述VR座椅位于密闭舱室内部，所述VR座椅下设有静压箱和震动系统，所述制冷循环系统Ⅰ位于静压箱中，所述VR座椅脚下设有脚部可感知进入式末端，所述VR座椅头顶设有送风系统，所述送风系统与制冷循环系统Ⅱ相连，所述密闭舱室内部四周设有前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面和下辐射壁面，所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面与制冷循环系统Ⅱ和液氮系统相连，所述VR座椅前方设有VR显示屏；
所述制冷循环系统Ⅰ包括压缩机Ⅰ、蒸发器Ⅰ、膨胀阀Ⅰ、冷凝器Ⅰ、第一换向阀Ⅰ、第二换向阀Ⅰ、第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ、座垫冷/热盘管、靠背冷/热盘管、扶手冷/热盘管和脚部末端冷/热盘管；所述座垫冷/热盘管位于VR座椅座垫下，包括座垫冷盘管和座垫热盘管，所述座垫冷盘管上设有座垫冷盘管调节阀，所述座垫热盘管上设有座垫热盘管调节阀；所述靠背冷/热盘管位于VR座椅靠背中，包括靠背冷盘管、靠背热盘管和VR头盔接入口，所述靠背冷盘管上设有靠背冷盘管调节阀，所述靠背热盘管上设有靠背热盘管调节阀，所述VR头盔接入口为两个，分别设在靠背冷盘管、靠背热盘管上；所述扶手冷/热盘管位于VR座椅扶手中，包括扶手冷盘管、扶手热盘管和VR手套接入口，所述扶手冷盘管上设有扶手冷盘管调节阀，所述扶手热盘管设有扶手热盘管调节阀，所述VR手套接入口为两个，分别设在扶手冷盘管、扶手热盘管上；所述脚部末端冷/热盘管位于脚部可感知进入式末端中，包括脚部冷盘管和脚部热盘管，所述脚部冷盘管上设有脚部冷盘管，所述脚部热盘管上设有脚部热盘管调节阀；
所述压缩机Ⅰ通过第一换向阀Ⅰ及管路分别与座垫热盘管调节阀、靠背热盘管调节阀、扶手热盘管调节阀、脚部热盘管调节阀相连，所述座垫热盘管、靠背热盘管、扶手热盘管、脚部热盘管通过第二换向阀Ⅰ与冷凝器Ⅰ相连，所述冷凝器Ⅰ与膨胀阀Ⅰ相连，所述膨胀阀Ⅰ通过第三换向阀Ⅰ、第四换向阀Ⅰ与蒸发器Ⅰ相连，所述蒸发器Ⅰ与压缩机Ⅰ相连；所述第一换向阀Ⅰ通过管路与第二换向阀Ⅰ相连，所述第三换向阀Ⅰ通过管路分别与座垫冷盘管、靠背冷盘管、扶手冷盘管、脚部冷盘管相连，所述脚部冷盘管、扶手冷盘管调节阀、靠背冷盘管调节阀、座垫冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅰ相连；
所述制冷循环系统Ⅱ包括压缩机Ⅱ、蒸发器Ⅱ、膨胀阀Ⅱ、冷凝器Ⅱ、第一换向阀Ⅱ、第二换向阀Ⅱ、第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ、风系统冷盘管、风系统热盘管、前壁面冷盘管、前壁面热盘管、后壁面冷盘管、后壁面热盘管、左壁面冷盘管、左壁面热盘管、右壁面冷盘管、右壁面热盘管、上壁面冷盘管、上壁面热盘管、下壁面冷盘管和下壁面热盘管；所述风系统冷盘管上设有风系统冷盘管调节阀，所述风系统热盘管上设有风系统热盘管调节阀，所述风系统冷盘管和风系统热盘管安装在送风系统里；所述前壁面冷盘管上设有前壁面冷盘管调节阀，所述前壁面热盘管上设有前壁面热盘管调节阀，所述前壁面冷盘管和前壁面热盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面冷盘管上设有后壁面冷盘管调节阀，所述后壁面热盘管上设有后壁面热盘管调节阀，所述后壁面冷盘管和后壁面热盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面冷盘管上设有左壁面冷盘管调节阀，所述左壁面热盘管上设有左壁面热盘管调节阀，所述左壁面冷盘管和左壁面热盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面冷盘管上设有右壁面冷盘管调节阀，所述右壁面热盘管上设有右壁面热盘管调节阀，所述右壁面冷盘管和右壁面热盘管安装在右辐射壁面内；所述上壁面冷盘管上设有上壁面冷盘管调节阀，所述上壁面热盘管上设于上壁面热盘管调节阀，所述上壁面冷盘管和上壁面热盘管安装在上辐射壁面内；所述下壁面冷盘管上设有下壁面冷盘管调节阀，所述下壁面热盘管上设有下壁面热盘管调节阀，所述下壁面冷盘管和下壁面热盘管安装在下辐射壁面内；
所述压缩机Ⅱ通过第一换向阀Ⅱ及管路分别与风系统热盘管调节阀、前壁面热盘管调节阀、后壁面热盘管调节阀、左壁面热盘管调节阀、右壁面热盘管调节阀、上壁面热盘管调节阀、下壁面热盘管调节阀相连，所述风系统热盘管、前壁面热盘管、后壁面热盘管、左壁面热盘管、右壁面热盘管、上壁面热盘管、下壁面热盘管通过管路及第二换向阀Ⅱ与冷凝器Ⅱ相连，所述冷凝器Ⅱ与膨胀阀Ⅱ相连，所述膨胀阀Ⅱ通过第三换向阀Ⅱ、第四换向阀Ⅱ与蒸发器Ⅱ相连，所述蒸发器Ⅱ与压缩机Ⅱ相连，所述第一换向阀Ⅱ通过管路与第二换向阀Ⅱ相连，所述第三换向阀Ⅱ分别与风系统冷盘管、前壁面冷盘管、后壁面冷盘管、左壁面冷盘管、右壁面冷盘管、上壁面冷盘管、下壁面冷盘管相连，所述风系统冷盘管调节阀、前壁面冷盘管调节阀、后壁面冷盘管调节阀、左壁面冷盘管调节阀、右壁面冷盘管调节阀、上壁面冷盘管调节阀、下壁面冷盘管调节阀通过管路与第四换向阀Ⅱ相连；
所述液氮系统包括液氮存储罐、真空抽吸机、前壁面液氮盘管、后壁面液氮盘管、左壁面液氮盘管、右壁面液氮盘管、上壁面液氮盘管和下壁面液氮盘管；所述前壁面液氮盘管上设有前壁面液氮盘管调节阀，所述前壁面液氮盘管安装在前辐射壁面内；所述后壁面液氮盘管上设有后壁面液氮盘管调节阀，所述后壁面液氮盘管安装在后辐射壁面内；所述左壁面液氮盘管上设有左壁面液氮盘管调节阀，所述左壁面液氮盘管安装在左辐射壁面内；所述右壁面液氮盘管上设有右壁面液氮盘管调节阀，所述右壁面液氮盘管安装在右辐射壁面内；所述上壁面液氮盘管上设有上壁面液氮盘管调节阀，所述上壁面液氮盘管安装在上辐射壁面内；所述下壁面液氮盘管上设有下壁面液氮盘管调节阀，所述下壁面液氮盘管安装在下辐射壁面内；所述液氮存储罐通过管路分别与前壁面液氮盘管调节阀、后壁面液氮盘管调节阀、左壁面液氮盘管调节阀、右壁面液氮盘管调节阀、上壁面液氮盘管调节阀、下壁面液氮盘管调节阀相连，所述前壁面液氮盘管、后壁面液氮盘管、左壁面液氮盘管、右壁面液氮盘管、上壁面液氮盘管、下壁面液氮盘管通过管路及液氮盘管总调节阀与真空抽吸机相连。
2.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：所述送风系统包括风管、可调节风口、送风调节阀和送风风机，所述送风风机安装在风管进风口，所述可调节风口通过送风调节阀与风管相连。
3.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：所述VR热环境仿真系统还包括VR眼镜、VR触感手套和VR头盔。
4.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：所述前辐射壁面、后辐射壁面、左辐射壁面、右辐射壁面、上辐射壁面、下辐射壁面后面设有机械臂，均可前后移动；所述辐射壁面上均设有、电加热膜，可模拟极端高温环境；所有辐射壁面上设孔板送风口，并与VR气味发生器连接。
5.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：还设有智能控制器，所有的辐射壁面表面均设有温度传感器，可实时采集各个辐射壁面的温度，并反馈给智能控制器。
6.根据权利要求1所述的VR热环境仿真系统，其特征在于：还设有退出报警系统，当VR体验人员无法承受逼真的冷热效果、感到不适时，体验人员可按动退出报警系统的退出按钮，将所有制冷和制热系统进行反向运行，并启动真空抽吸机清空液氮盘管内的液氮。
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