CN111249061A - 一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法，温控水箱包括控制装置和制冷水箱；制冷水箱包括水箱外壳，水箱外壳的右侧设有导冷块，还包括半导体制冷片，半导体制冷片冷端连接导冷块，半导体制冷片热端处安设有散热片，在散热片上安装有散热风扇；水箱外壳上侧设有进水排水口；水箱外壳上、下侧均设有水管，水管内设有小型直流有刷电机，直流有刷电机的电机轴上设有旋翼；控制装置与散热风扇、半导体制冷片、直流有刷电机均电连接，通过半导体制冷片为制冷水箱内的水降温，并把热量通过散热风扇散出，再控制直流有刷电机把降温后的水通过软管流入接出给与该水箱配合使用的人体可穿戴降温装置内为人体降温，降温速度快、效果佳。

Description

一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法
技术领域
本发明涉及医疗辅助设备技术领域，尤其涉及一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法。
背景技术
临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下，需要降低脑组织温度，以大幅度降低脑细胞代谢、减轻酸性代谢产物和氧自由基的产生、减轻脑组织水肿，保护脑功能。目前临床常用冰帽、颈部冰袋、或者输注4℃的液体等方法，以降低脑组织温度而达到脑保护目的。但是实际效果和快速反应速度，均不尽人意。特别是出现中枢性高热，全身体温升高后效果更差，降温过程需要制备冰块(或冰水)、频繁更换冰帽和冰袋中的冰水，给护理人员带来的繁杂工作。现有技术中，有类似围脖降温装置，仅局限于颈部大血管的降温，头枕部无降温未降温，因此总的降温效果不佳，尤其是这类患者常常伴随全身高热情况下，不适用儿童高温惊厥降温，使用范围受限。目前的温控装置体积较大，结构复杂。
因此，我们急需一种体积小，重量轻，可用于人体降温的智能温控水箱及温控方法，辅助临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下对此类人体脑组织的降温。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中针对临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下人体局部或全身的降温速度慢、效果差的问题，本发明提供了解决上述问题的一种用于人体体局部或全身降温的智能温控水箱及温控方法，集合智能温度控制系统，实时进行温度控制，用于保护脑功能的头部局部降温，且降温效果佳；本发明辅助临床上脑卒中、颅脑手术后、脑外伤、心肺复苏、儿童高热惊厥等情况下对此类人体的快速和高效降温。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于人体降温的智能温控水箱，包括控制装置和制冷水箱；所述制冷水箱包括水箱外壳，所述水箱外壳的右侧设置有导冷块，还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端连接导冷块，所述半导体制冷片的热端处安设有散热片，在所述散热片上安装有散热风扇；
所述水箱外壳上侧设置有进水排水口，用于制冷水箱内的水用久后，可通过该进水排水口进行排水和更换水；所述水箱外壳上、下侧均设置有水管，水管内设置有小型直流有刷电机，所述直流有刷电机的电机轴上设置有旋翼；所述水管连接软管后接出到与该温控水箱配套使用的人体局部或全身可穿戴降温装置；
所述控制装置与散热风扇、半导体制冷片、直流有刷电机均电连接，通过半导体制冷片的冷端为制冷水箱内的水降温，并把半导体制冷片的热端热量通过散热风扇散出，再控制直流有刷电机把降温后的水通过软管流入接出给人体可穿戴降温装置内为人体降温。
工作原理是：基于现有技术中针对临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下人体的降温速度慢、效果差的问题，本发明提供了解决上述问题的一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法，集合智能温度控制系统，实时进行温度控制，用于保护脑功能的头部局部降温和高热患者的全身降温；使用时，需要降温的人体穿上与本智能温控水箱配合使用的可穿戴降温装置，通过本温控水箱实现降温，具体地，控制装置控制半导体制冷片通电，半导体制冷片的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块温度降低，从而使内部的水温降低；并把热量通过散热片由散热风扇散出，为半导体制冷片的热端散热，然后再控制直流有刷电机带动各自的旋翼旋转使冷水管内的水开始逆时针流动，把降温后的水通过软管流入接出给人体可穿戴降温装置内为人体降温；另外，水箱外壳上侧设置有进水排水口，用于制冷水箱内的水用久后，可通过该进水排水口进行排水和更换水。
本发明结构简单、合理，散热效果佳，根据不同人群对降温的需求实现智能控制；尤其适用人体因感染引起败血症或脓毒血症将持续高热时，因疾病晚期或严重外伤导致心脏骤停后心肺复苏，为了保护脑、心等重要器官，需要快速全身或大脑局部快速、高效降温所用。
优选地，所述半导体制冷片的型号为TEC1-12703、额定电压为+12V、工作电流为3A。
优选地，所述半导体制冷片的冷端处涂有硅脂，通过硅脂贴在导冷块上。
优选地，所述半导体制冷片的热端处涂有硅脂，通过硅脂贴在散热片上。
优选地，所述半导体制冷片四周安装有隔热垫片。
优选地，所述软管的材质为塑料。
优选地，还包括温度传感器，所述温度传感器设于水管内，且与所述控制装置电连接，用于检测经多次冷水降温后的水温值。
优选地，还包括数码管显示器，所述数码管显示器与所述控制装置电连接，用于显示用户设置的水温值。
优选地，所述控制装置采用的控制芯片型号为STM32F373CCT6。
优选地，还包括电源，所述控制装置、散热风扇、半导体制冷片、直流有刷电机、温度传感器均与电源连接，电源用于为各模块供电。
另一方面，本发明还提供了一种用于人体降温的智能温控方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：打开电源，数码管显示器默认显示温度值为T2；温度传感器与控制装置开始进行通信，检测出此时制冷水箱内的水温是T1；
步骤2：若T2>T1，不用降温处理；若T2<T1，继续执行步骤3；
步骤3：需要启动降温系统，此时控制装置控制散热风扇旋转，为半导体制冷片的热端散热，2个直流有刷电机带动各自的旋翼旋转使冷水管内的水开始逆时针流动；
步骤4：控制装置控制半导体制冷片通电，半导体制冷片的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块温度降低，从而使内部的水温降低；
步骤5：当温度传感器检测出水温是T3，若T3<＝T2+2，控制装置控制半导体制冷片断电；这里不是T3<＝T2，原因是，据大量试验数据分析得到，当半导体制冷片断电后，导冷片的温度还很低，依然能够使水温继续降低，因此本发明此处预留水温2℃，这样在达到指定温度降温的目的，同时节约电能；
若T3>T2+2，继续执行步骤3至步骤4；
步骤6：固定时间段后，随着高烧病人将热量传导到冷水中或者周围气温的升高，水温会缓慢地升高；当温度传感器检测出水温是T3>＝T2+3，控制装置控制半导体制冷片通电，继续使内部的水温降低；
步骤7：重复步骤5至步骤6，这样水管的水温就会一直维持在T2附近。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种用于人体降温的智能温控水箱，结构简单、合理，散热效果佳，根据不同人群对降温的需求实现智能控制，尤其适用因感染引起的败血症或脓毒血症的持续高热、儿童高热惊厥时的全身降温；或急性脑卒中、颅脑手术后、颅脑外伤、各种原因心脏骤停后心肺复苏，为保护脑组织细胞促进脑复苏，需要快速高效的大脑局部降温所用。
2、本发明一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法，能够实现智能调节制冷水箱中的水温，可满足穿戴降温装置病人的降温治疗需求；本装置体积小(20X12X10cm)、重量轻(<800kg)、节省水电，按需要实时调节，触摸式操作面板，操作简单快捷，适合在医院手术室、重症监护室(ICU)、病房和急诊室等等场所大面积推广使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种用于人体降温的智能温控水箱结构示意图。
图2为本发明一种用于人体降温的智能温控方法流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-水箱外壳，2-导冷块，3-半导体制冷片，4-散热片，5-散热风扇，6-水管，7-直流有刷电机，8-旋翼，9-温度传感器，10-数码管显示器，11-进水排水口，12-控制装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1、图2所示，本发明一种用于人体降温的智能温控水箱，包括控制装置12和制冷水箱；所述制冷水箱包括水箱外壳1，所述水箱外壳1的右侧设置有导冷块2，还包括半导体制冷片3，所述半导体制冷片3的冷端连接导冷块2，所述半导体制冷片3的热端处安设有散热片4，在所述散热片4上安装有散热风扇5；
所述水箱外壳1上侧设置有进水排水口11，用于制冷水箱内的水用久后，可通过该进水排水口11进行排水和更换水；所述水箱外壳1上、下侧均设置有水管6，水管6内设置有小型直流有刷电机7，所述直流有刷电机7的电机轴上设置有旋翼8；所述水管6连接软管后接出到与该温控水箱配套使用的人体可穿戴降温装置；
所述控制装置12与散热风扇5、半导体制冷片3、直流有刷电机7均电连接，通过半导体制冷片3的冷端为制冷水箱内的水降温，并把半导体制冷片3的热端热量通过散热风扇5散出，再控制直流有刷电机7把降温后的水通过软管流入接出给人体可穿戴降温装置内为人体降温。
工作原理是：基于现有技术中针对临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下人体的降温速度慢、效果差的问题，本发明提供了解决上述问题的一种用于人体降温的智能温控水箱及温控方法，集合智能温度控制系统，实时进行温度控制，用于保护脑功能的头部局部降温和高热患者的全身降温；使用时，如图1所示，需要降温的人体穿上与本智能温控水箱配合使用的可穿戴降温装置，通过本温控水箱实现降温，通过水箱外壳1上、下侧均设置有水管6均连接软管后与其配到的人体可穿戴降温装置对应连接即可。具体地，控制装置12控制半导体制冷片3通电，半导体制冷片3的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块2温度降低，从而使内部的水温降低；并把热量通过散热片4由散热风扇5散出，为半导体制冷片3的热端散热，然后再控制直流有刷电机7带动各自的旋翼8旋转使冷水管6内的水开始逆时针流动，把降温后的水通过软管流入接出给人体可穿戴降温装置内为人体降温；另外，水箱外壳1上侧设置有进水排水口11，用于制冷水箱内的水用久后，可通过该进水排水口11进行排水和更换水。
本发明结构简单、合理，散热效果佳，根据不同人群对降温的需求实现智能控制；尤其适用感染引起的败血症或脓毒血症的续高热时，或因疾病晚期、严重外伤导致心脏骤停后心肺复苏，为保护脑组织细胞促进脑复苏，需要快速高效的大脑局部降温所用。
本实施例中，所述半导体制冷片3的冷端处涂有硅脂，通过硅脂贴在导冷块2上。
本实施例中，所述半导体制冷片3的热端处涂有硅脂，通过硅只贴在散热片4上。
本实施例中，所述半导体制冷片3四周安装有隔热垫片。
本实施例中，所述软管6的材质为塑料。
本实施例中，还包括温度传感器9，所述温度传感器9设于水管6内，且与所述控制装置12电连接，用于检测经多次冷水降温后的水温值。
本实施例中，还包括数码管显示器10，所述数码管显示器10与所述控制装置12电连接，用于显示用户设置的水温值。
本实施例中，还包括电源，所述控制装置12、散热风扇5、半导体制冷片3、直流有刷电机7、温度传感器9均与电源连接，电源用于为各模块供电。本发明中电源使用外部适配器(+12V，10A)进行供电，供电总电压选择+12VDC，需要使用的主要器件名称及供电电压，如表1所示：
表1本发明温控水箱涉及的零部件及供电电压
名称及数量 型号 供电电压
半导体制冷片1个 TEC1-12703 +12V
散热风扇1个 DP200A、P/N2123XSL +12V
直流有刷电机2个 双滚珠大扭力775电机 +12V
数码管显示器2个 共阴极数码管 +3V3
温度传感器1个 DS18B20 +3v3
控制芯片1块 STM32F373CCT6 +3V3
本实施例中，所述半导体制冷片3的型号为TEC1-12703、额定电压为+12V、工作电流为3A。
另一方面，本发明还提供了一种用于人体降温的智能温控方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：打开电源，数码管显示器默认显示温度值为T2；温度传感器与控制装置开始进行通信，检测出此时制冷水箱内的水温是T1；
步骤2：若T2>＝T1，不用降温处理；若T2<T1，继续执行步骤3；
步骤3：需要启动降温系统，此时控制装置控制散热风扇旋转，为半导体制冷片的热端散热，2个直流有刷电机带动各自的旋翼旋转使冷水管内的水开始逆时针流动；
步骤4：控制装置控制半导体制冷片通电，半导体制冷片的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块温度降低，从而使内部的水温降低；
步骤5：当温度传感器检测出水温是T3，若T3<＝T2+2，控制装置控制半导体制冷片断电；这里不是T3<＝T2，原因是，据大量试验数据分析得到，当半导体制冷片断电后，导冷片的温度还很低，依然能够使水温继续降低，因此本发明此处预留水温2℃，这样在达到指定温度降温的目的，同时节约电能；
若T3>T2+2，继续执行步骤3至步骤4；
步骤6：固定时间段后，随着高烧病人将热量传导到冷水中或者周围气温的升高，水温会缓慢地升高；当温度传感器检测出水温是T3>＝T2+3，控制装置控制半导体制冷片通电，继续使内部的水温降低；
步骤7：重复步骤5至步骤6，这样水管的水温就会一直维持在T2附近。
具体流程图如图2所示，图中，Y表示“是”，N表示“否”。
本发明方法实施时：比如，数码管显示器默认显示温度值为T2＝15℃，假设初始状态下水温是T1＝30℃，本发明方法实施工作原理如下：
步骤1：打开电源，数码管显示器默认显示温度值为15℃；温度传感器与控制装置开始进行通信，检测出此时制冷水箱内的水温是30℃；
步骤2：基于T2(15℃)<T1(30℃)，继续执行步骤3；
步骤3：需要启动降温系统，此时控制装置控制散热风扇旋转，为半导体制冷片的热端散热，2个直流有刷电机带动各自的旋翼旋转使冷水管内的水开始逆时针流动；
步骤4：控制装置控制半导体制冷片通电，半导体制冷片的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块温度降低，从而使内部的水温降低；
步骤5：当温度传感器检测出水温是T3(假设这时T3＝17℃)，满足T3<＝T2+2，控制装置控制半导体制冷片断电；
步骤6：固定时间段后，随着高烧病人将热量传导到冷水中或者周围气温的升高，水温会缓慢地升高；当温度传感器检测出水温是T3(18℃)>＝T2+3(15℃+3)，控制装置控制半导体制冷片通电，继续使内部的水温降低；
步骤7：重复步骤5至步骤6，这样水管的水温就会一直维持在15℃附近。
另外，如果要把水温从15℃降低至5℃，需要通过控制装置上的调温按键使数码管显示器显示温度值为05℃，自动调节的过程类似上述步骤1至步骤7即可实现。
本发明一种用于人体降温的智能温控方法，能够实现智能调节制冷水箱中的水温，为人体可穿戴降温装置内的人体降温；并且本发明节省电能，按需要实时调节，方便快捷，辅助临床上脑卒中、颅脑手术后、心肺复苏后的脑复苏、儿童高热惊厥等情况下对此类人体的快速和高效降温；适合在医院等场所大面积推广使用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，包括控制装置(12)和制冷水箱；所述制冷水箱包括水箱外壳(1)，所述水箱外壳(1)的右侧设置有导冷块(2)，还包括半导体制冷片(3)，所述半导体制冷片(3)的冷端连接导冷块(2)，所述半导体制冷片(3)的热端处安设有散热片(4)，在所述散热片(4)上安装有散热风扇(5)；
所述水箱外壳(1)上侧设置有进水排水口(11)，用于制冷水箱内的水用久后，可通过该进水排水口(11)进行排水和更换水；所述水箱外壳(1)上、下侧均设置有水管(6)，水管(6)内设置有小型直流有刷电机(7)，所述直流有刷电机(7)的电机轴上设置有旋翼(8)；所述水管(6)连接软管后接出到与该温控水箱配套使用的人体可穿戴降温装置；
所述控制装置(12)与散热风扇(5)、半导体制冷片(3)、直流有刷电机(7)均电连接，通过半导体制冷片(3)的冷端为制冷水箱内的水降温，并把半导体制冷片(3)的热端热量通过散热风扇(5)散出，再控制直流有刷电机(7)把降温后的水通过软管流入接出给人体可穿戴降温装置内为人体降温。
2.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，所述半导体制冷片(3)的型号为TEC1-12703、额定电压为+12V、工作电流为3A。
3.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，所述半导体制冷片(3)的冷端处涂有硅脂，通过硅脂贴在导冷块(2)上；
所述半导体制冷片(3)的热端处涂有硅脂，通过硅脂贴在散热片(4)上。
4.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，所述半导体制冷片(3)四周安装有隔热垫片。
5.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，所述软管(6)的材质为塑料。
6.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，还包括温度传感器(9)，所述温度传感器(9)设于水管(6)内，且与所述控制装置(12)电连接，用于检测经多次冷水降温后的水温值。
7.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，还包括数码管显示器(10)，所述数码管显示器(10)与所述控制装置(12)电连接，用于显示用户设置的水温值。
8.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，所述控制装置(12)采用的控制芯片型号为STM32F373CCT6。
9.根据权利要求1所述的一种用于人体降温的智能温控水箱，其特征在于，还包括电源，所述控制装置(12)、散热风扇(5)、半导体制冷片(3)、直流有刷电机(7)均与电源连接，电源用于为各模块供电。
10.一种用于人体降温的智能温控方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：打开电源，数码管显示器默认显示温度值为T2；温度传感器与控制装置开始进行通信，检测出此时制冷水箱内的水温是T1；
步骤2：若T2>T1，不用降温处理；若T2<T1，继续执行步骤3；
步骤3：需要启动降温系统，此时控制装置控制散热风扇旋转，为半导体制冷片的热端散热，2个直流有刷电机带动各自的旋翼旋转使冷水管内的水开始逆时针流动；
步骤4：控制装置控制半导体制冷片通电，半导体制冷片的冷端温度开始降低，导致制冷水箱内的导冷块温度降低，从而使内部的水温降低；
步骤5：当温度传感器检测出水温是T3，若T3<＝T2+2，控制装置控制半导体制冷片断电；
若T3>T2+2，继续执行步骤3至步骤4；
步骤6：固定时间段后，随着高烧病人将热量传导到冷水中或者周围气温的升高，水温会缓慢地升高；当温度传感器检测出水温是T3>＝T2+3，控制装置控制半导体制冷片通电，继续使内部的水温降低；
步骤7：重复步骤5至步骤6，这样水管的水温就会一直维持在T2。
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