CN201957790U - 微气候人体降温系统及其制冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微气候人体降温系统及其制冷装置。该降温系统由制冷系统、控制系统和液冷服组成。该降温系统的制冷系统为微型蒸汽压缩式制冷系统，包括壳体及装配在壳体内通过连接管密封连接的冷凝器、水箱、过滤器、压缩机和蒸发器，制冷剂在其中循环流动。本实用新型通过在系统中增加微型制冷系统，制得低温水循环于液冷服以带走人体的热量，具有启动迅速、不需事前制备冰块、体积小、极致便携的特点，特别适用于坦克、直升机、战斗机、潜艇/舰艇、赛车、军车、救护车等乘员的热防护。

Description

微气候人体降温系统及其制冷系统

技术领域

本实用新型涉及一种温度调节装置，具体是一种可移动的、通过微型压缩式制冷装置制取冷水，进而在人体表面循环，带走人体热量的微气候人体降温系统及其制冷系统。

背景技术

在常温下，人体所产生的热量和向环境散发的热量大致相等，人体处于热平衡状态，这时人体的体温可以基本保持不变，大约维持在37℃左右。但是当人体所处的环境温度大大高于人体温度时，就会阻止人体热量的散发，使人体温度升高而造成不适。当深部体温升高到38℃以上时，会出现头晕、头痛、胸闷、心悸、眼花、恶心、呕吐、兴奋不安等症状，严重时可引起虚脱、疲竭、晕厥、昏迷，乃至死亡。此即热应激现象。

为了避免热应激的出现，可以采取两种措施：一是减少输入身体的热量，二是增加身体的散热量。通用的解决办法是冷却人体周围的环境，比如，在人体所处的房间或工作空间安装空调。然而，在某些情况下，控制整个房间的环境温度是不切实际的或者费用高昂，这样就需要对单个人体所处的小环境进行冷却，即个体冷却。

目前个体冷却多是对衣服进行改进或增设制冷装置，以期达到降温的目的，这其中又有蒸汽压缩直接制冷、半导体制冷、利用高压气体膨胀制冷、液冷等多种方式。半导体制冷由于其制冷效率低，要达到一定的制冷量，需要较大的输入功率，因此在实施上存在有困难，鲜有采用。利用压缩气体膨胀吸热而产生低温实现制冷，需要配备气体压缩机和压缩气体储存罐，因此虽具有换热均匀、冷却稳定的优点，却在实用上多多受限。

液冷方式制冷，成本低，原料易得，是经常采用的方式之一。例如第89218510.4号专利的管式液冷防暑降温背心，是由外置的制冷箱与设置在衣服上的液冷管道连接，管道内置循环流动的液体；利用冰的融解热作为热沉，以微型电动循环泵驱使液体经过热交换器带走人体躯干和大腿上部的热量，在40℃左右的高温环境中，可减轻人体的热应激。其中外置的制冷箱包括热交换器、储液瓶、稳压电源、微型电动循环泵、密封连接器、连接软管等。然而该技术应用于工业实践还存在有一定距离，一是其制冷系统中不具有温度调节控制装置，因为冷媒的温度都是在零度或零度以下，如果将冷媒的温度直接带到衣服体里面，会因为超低温给人体带来伤害；二是不能保证持续稳定的降温，如果将冷媒的温度直接设定为人体可以接受的温度（18度以上），又会带来的相应的不良影响：制冷时间会非常短，因为18度以上的冷媒温度很快会升高，大约仅能维持30分钟左右；若加大冷媒的容量，是可以延长时间，但相应的重量和体积又会大幅增高，导致整个装置不能自由移动。正因为上述问题的存在，虽然该技术在理论上成立，但其实用性能有一定的欠缺，导致在实践中未能得到普及应用。

在第200710125626.5号发明专利中公开的个体温度调节系统，包括与循环泵、冷/热媒容器及设有流道的衣服体分别连接的调温装置，该调温装置包括基座、控制阀、压板、密封垫，三者通过连接件装配连接；基座设有分流槽和热转换腔体，二者之间设有通孔，控制阀与腔体配合，调节进入腔体内的热转换液体流量，以控制进入衣服体内液体温度，以使整个系统处于合适温度；从而保证系统内的温度满足人体的需求，不会过冷或过热。本实用新型的调温装置，能够更合理有效的进行个体温度调节，避免了冷/热源的浪费，延长了使用时间。

该专利在体积上虽然较之前的同类产品小，但是由于其自身不带冷源，仍有一定的局限性，尤其是针对特殊行业如飞行员、特种驾驶员等则不太适用，仍需要进一步改进。由于其每次使用前，都要预先在固定安装的制冷装置中制取冰块，因此在需要紧急出动的任务中不能满足快速使用的要求。且冰块不耐储存，不能长时间使用。

发明内容

本实用新型目的在于解决现有液冷式个体温度调节系统自身不带冷源，不能快速投入使用，以及不能长时间工作的缺陷，提供一种便携的、可快速启动的、温度可以精确调节的微环境制冷的微气候人体降温系统及其降温系统，主要为高温环境下，车载或机载中的乘员提供降温服务，以避免或延缓热应激的出现。

本实用新型是通过以下方案实现的：

上述的微气候人体降温系统，由制冷系统、控制系统和液冷服组成；所述制冷系统为微型制冷系统，包括壳体及装配在壳体内的冷凝器、水箱、过滤器、压缩机和蒸发器；所述的冷凝器、过滤器、压缩机和蒸发器之间通过连接管密封连接，制冷剂在其中循环流动；所述控制系统包括装配在所述制冷系统壳体的电连接的主控板、驱动板、控制按钮和人机界面板；所述液冷服包括衣服本体和固定在衣服本体的制冷管道；制冷管道进出水两端口分别连接制冷系统；所述的微气候人体降温系统，其中：所述壳体是由上壳、外壳和底壳组成；所述上壳的上端面装设有提手及水盖；所述外壳上设有快速接头和用以连接外部电源的屏蔽电源插头，一侧设有散热孔，相对的一侧装设有风扇、屏蔽网和保护网；所述底壳内设有装配底板，用于装配固定压缩机、过滤器、冷凝器及水箱。

所述的微气候人体降温系统，其中：所述冷凝器装配在底板上位于压缩机的外侧，入口端通过第一连接管与压缩机密封连接，出口端连接过滤器，外侧与外壳的散热孔相匹配处设有冷凝器屏蔽网；所述的水箱与蒸发器连接，水箱设有保温外壳，顶部设有注水口及膨胀阀，出水口装配连接水泵，注水口连通循环系统制冷管道的出水口端；所述膨胀阀入口端通过第二连接管连接过滤器，出口端通过第三连接管连接蒸发器的入口；所述蒸发器的出口通过第四连接管与压缩机密封连接。

所述的微气候人体降温系统，其中：所述水箱的顶部设有顶盖，注水口及电子膨胀阀均设置在顶盖上。

所述的微气候人体降温系统，其中：所述蒸发器是套管式冷媒-水换热器，容置于所述水箱内，两端开口分别穿过水箱顶盖接第三、第四连接管。

所述的微气候人体降温系统，其中：所述主控板控制整个系统的运行，包括压缩机、风扇、水泵的启停控制，以及电子膨胀阀的开关动作控制，并根据水温的变化，实时调整向驱动板发出的电压控制信号的大小，使压缩机作变转速运行；所述驱动板驱动压缩机的电机按一定的转速运行，该转速的大小由主控板所发出的0~5V电压信号按比例决定。

上述的微气候人体降温系统的制冷系统，为微型制冷系统，包括壳体及装配在壳体内的冷凝器、水箱、过滤器、压缩机和蒸发器；所述的冷凝器、过滤器、压缩机和蒸发器之间通过连接管密封连接，制冷剂在其中循环流动；所述壳体是由上壳、外壳和底壳组成；所述冷凝器装配在底壳的底板上并位于压缩机的外侧，入口端通过第一连接管与压缩机密封连接，出口端连接过滤器，外侧与外壳的散热孔相匹配处设有冷凝器屏蔽网；所述的水箱与蒸发器连接，水箱设有保温外壳，顶部设有注水口及膨胀阀，出水口装配连接水泵，注水口连通循环系统制冷管道的出水口端；所述膨胀阀入口端通过第二连接管连接过滤器，出口端通过第三连接管连接蒸发器的入口；所述蒸发器的出口通过第四连接管与压缩机密封连接。

所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其中：所述上壳的上端面装设有提手及水盖；所述外壳上设有快速接头和用以连接外部电源的屏蔽电源插头，一侧设有散热孔，相对的一侧装设有风扇、屏蔽网和保护网；所述底壳内设有装配固定压缩机、过滤器、冷凝器及水箱的装配底板。

所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其中：所述水箱的顶部设有顶盖，注水口设置在顶盖上。

所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其中：所述蒸发器是套管式冷媒-水换热器，容置于所述水箱内，两端开口分别穿过水箱顶盖接第三、第四连接管。

所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其中：所述压缩机为微型直流转子式可变速压缩机，其转速在1000rpm~6500rpm之间可连续调节。

本实用新型通过在系统中增加一个由微型压缩机驱动的制冷系统，将水箱中的水冷却到低温，然后将此低温水用水泵在液冷服中循环，以带走人体的热量。微型压缩机由直流供电，也可由电池供电，具有启动迅速、不需事前制备冰块、体积小、极致便携等优点。主要为高温环境下，车载或机载中的乘员提供降温服务，以避免或延缓热应激的出现。主要使用领域为坦克、直升机、战斗机、潜艇/舰艇、赛车、军车、救护车等乘员的热防护。

附图说明

图1是本实用新型的微气候人体降温系统的结构示意图；

图2是本实用新型的微气候人体降温系统的制冷系统结构示意图；

图3是本实用新型的微气候人体降温系统的制冷系统的局部装配示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本实用新型的微气候人体降温系统的制冷系统的上壳组件爆炸图；

图6是本实用新型的微气候人体降温系统的制冷系统的外壳组件爆炸图；

图7是本实用新型的微气候人体降温系统的制冷系统的水箱组件爆炸图。

具体实施方式

如图1至图7所示，本实用新型的微气候人体降温系统由制冷系统1、控制系统2、循环系统3组成。

其中：

如图2至图4所示，制冷系统1为微型制冷系统，包括壳体及装配在壳体内的冷凝器13、水箱14、过滤器15、压缩机16和蒸发器18；其中壳体是由上壳11、外壳12和底壳17组成；冷凝器13、过滤器15、压缩机16和蒸发器18之间通过铜管密封连接，制冷剂在其中循环流动；冷凝器13、水箱14、过滤器15和压缩机16均通过装配底板171安装固定在底壳17。

如图5所示，上壳11的上端面装设有提手111及水盖112。

由图6所示，外壳12上设有用以连接外部电源的屏蔽电源插头121和快速接头122、123，外壳12的一侧设有散热孔124，相对的一侧装设有风扇125；风扇125的外侧依次设有屏蔽网126和保护网127。

底壳17内设有装配底板171，用于装配固定内部组件压缩机16、过滤器15、冷凝器13及水箱14等。

压缩机16为微型直流转子式压缩机，体积小巧，装配固定在底板171上。微型直流转子式压缩机是可变速压缩机，其转速在1000rpm~6500rpm之间可连续调节，因此可精确调节送到液冷服的水温。

冷凝器13装配在压缩机16的外侧，入口端通过第一连接管131与压缩机16密封连接，出口端连接过滤器15，通过外侧设有冷凝器屏蔽网132，该屏蔽网132与外壳11的散热孔121相匹配；冷凝器13为风冷冷凝器，采用高效率平行流式换热器。

由图4所示，水箱14设有具有良好的保温性能的水箱外壳141；水箱顶部设有注水口142及膨胀阀143，为方便往水箱14加水，水箱14的顶部设有顶盖144，其中注水口142及膨胀阀143均设置在顶盖144上；水箱的出水口装配连接水泵145；注水口142通过连接管（图未示）连接外壳12上的快接接头122。

膨胀阀143入口端通过第二连接管146连接过滤器15，出口端通过第三连接管147连接蒸发器18的入口。膨胀阀143采用电磁式电子膨胀阀或步进电机式电子膨胀阀，可精确调节制冷剂的流量。

水泵145的出水端连接外壳12的快接接头123。

为提高装配性能，水箱14的注水口和出水口均设置有快接接头。

水箱14上还可开设温度传感器接口，以安装水温传感器。

蒸发器18的出口通过第四连接管191与压缩机16密封连接，并与水箱14连接。蒸发器18可以是各种型式的冷媒-水换热器，典型地，可以是套管式冷媒-水换热器。采用套管式换热器时，可以是置于水箱中，或与水箱分开布置通过水管连接。在本实施例中，蒸发器18采用的是套管式换热器结构，其置于水箱14内，两端开口分别穿过水箱顶盖144接第三、第四连接管147、191。

控制系统2为微电脑控制系统，控制制冷系统1以及水泵145的启停，根据水温的变化，自动调节压缩机16的转速和启停，并具有必备的保护功能，维持整个系统安全稳定运行，包括电连接的主控板21、驱动板22、控制按钮24和人机界面板25。主控板21和驱动板22通过底板23固定在制冷系统1的上壳11上，主控板21控制整个系统的运行，包括压缩机16、风扇125、水泵145的启停控制，以及电子膨胀阀143的开关动作控制，并根据水温的变化，实时调整向驱动板22发出的电压控制信号的大小，使压缩机16作变转速运行。驱动板22驱动压缩机16的电机，使其按一定的转速运行；该转速由主控板21所发出的0~5V电压信号决定。控制按钮24和人机界面板25装配固定在上壳11上。主控板21和驱动板22的底板23固定在上壳11上，以借助上壳11的散热作用，保证主控板21和驱动板22的温度不致过高。

循环系统3包括衣服本体31和固定在衣服本体31的制冷管道32。衣服本体31由保温及透气良好的材料制成；制冷管道32密布在衣服本体31的内表面，其两端开口分别设有接头320，一端进水，另一端出水，分别连接制冷系统1的外壳12上的快接接头122、123。衣服本体31的裁剪及制冷管道32的布局确保其紧贴穿着者的内衣或皮肤，并保证均匀的传热。

根据需要，可以增加延长管和接头，以便于较远距离的使用。

压缩机16、冷凝器13、过滤器15、电子膨胀阀143、蒸发器18、风扇125、水泵145与连接管路、充注在管路中的冷媒以及水箱14中的被冷却介质（水）一起，构成一个微型制冷系统。通过蒸发器18中的冷媒蒸发产生制冷效应，冷却水箱14中的水，并通过冷凝器13向环境中的空气散热。冷媒可采用任一种环保型制冷剂，在实施例中是R134a冷媒（）。

该制冷系统1中制冷剂的流向为：压缩机16→冷凝器13→过滤器15→电子膨胀阀143→蒸发器18→压缩机16。制冷剂依次流经各部件，构成一个闭合回路，各部件之间采用铜管钎焊连接，即第一、第二、第三、第四连接管均为铜管。

该微型制冷系统的工作原理是：制冷剂气体被压缩机16压缩，变成高温高压的气体，进入冷凝器13。在冷凝器13中，由于高温高压气体的温度高于从风扇125送来的环境空气的温度，因此向环境空气散热而冷凝成为制冷剂液体。在冷凝器13的出口，制冷剂气体已完全变为液体。此制冷剂液体进入过滤器15，以滤去其中可能包含的杂质及去除水分。然后制冷剂液体进入电子膨胀阀143，压力迅速降低，一部分液体散发出来，变成低压低温的气液混合物。此气液混合物流入蒸发器18，其中的液体继续蒸发，温度进一步降低。在蒸发过程中，不断吸收蒸发器18另一侧流道中水的热量，使水的温度降低，即产生制冷效应。至蒸发器18的出口，制冷剂液体已全部蒸发完毕，变成过热蒸汽。此过热蒸汽又被压缩机16吸入而进行压缩，如此循环往复，而源源不断地产生冷量。

在该微型制冷系统中所使用的压缩机是可变转速的直流24V转子式压缩机，该压缩机由无刷直流电机驱动。

该系统可以使用车载24伏电压或24伏可充式锂电池。根据使用电源，本制冷系统的工作时间不同，使用车载电源无时间限制；使用可充式锂电池，可工作3-6小时，通过更换电池可实现持续制冷。并可以根据需要制作成供成一人或多人使用的不同产品。

该制冷系统最高工作温度60℃；降温温度范围为从0℃到环境温度(如果水箱中不使用水而是使用乙二醇溶液，则也可以应用于低于0℃的场合)；制冷功率100W~400W；重量约2.6公斤；体积215mm x 83mm X 146mm；工作电流：3A-9A；工作电压24V-28V。

在炎热环境中该系统可以使冷却液沿人体表面循环，对使用者的身体进行冷热调节，制造一种微气候环境，使人如同置身于一个凉爽的世界，能够保证使用者在40℃环境温度下感觉舒适，不会产生热应激，整个装备轻便、易于携带。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，非因此局限本实用新型的保护范围，故举凡运用本实用新型说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微气候人体降温系统，其特征在于：所述降温系统由制冷系统、控制系统和液冷服组成；

所述制冷系统为微型制冷系统，包括壳体及装配在壳体内的冷凝器、水箱、过滤器、压缩机和蒸发器；所述的冷凝器、过滤器、压缩机和蒸发器之间通过连接管密封连接，制冷剂在其中循环流动；

所述控制系统包括装配在所述制冷系统壳体的电连接的主控板、驱动板、控制按钮和人机界面板；

所述液冷服包括衣服本体和固定在衣服本体的制冷管道；制冷管道进出水两端口分别连接制冷系统。

2.如权利要求1所述的微气候人体降温系统，其特征在于：所述壳体是由上壳、外壳和底壳组成；所述上壳的上端面装设有提手及水盖；所述外壳上设有快速接头和用以连接外部电源的屏蔽电源插头，一侧设有散热孔，相对的一侧装设有风扇、屏蔽网和保护网；所述底壳内设有装配底板，用于装配固定压缩机、过滤器、冷凝器及水箱；所述冷凝器装配在底板上位于压缩机的外侧，入口端通过第一连接管与压缩机密封连接，出口端连接过滤器，外侧与外壳的散热孔相匹配处设有冷凝器屏蔽网；

所述的水箱与蒸发器连接，水箱设有保温外壳，顶部设有注水口及膨胀阀，出水口装配连接水泵，注水口连通循环系统制冷管道的出水口端；所述膨胀阀入口端通过第二连接管连接过滤器，出口端通过第三连接管连接蒸发器的入口；所述蒸发器的出口通过第四连接管与压缩机密封连接。

3.如权利要求2所述的微气候人体降温系统，其特征在于：所述水箱的顶部设有顶盖，注水口及电子膨胀阀均设置在顶盖上。

4.如权利要求2所述的微气候人体降温系统，其特征在于：所述蒸发器是套管式冷媒-水换热器，容置于所述水箱内，两端开口分别穿过水箱顶盖接第三、第四连接管。

5.如权利要求1所述的微气候人体降温系统，其特征在于：所述主控板控制整个系统的运行，包括压缩机、风扇、水泵的启停控制，以及电子膨胀阀的开关动作控制，并根据水温的变化，实时调整向驱动板发出的电压控制信号的大小，使压缩机作变转速运行；

所述驱动板驱动压缩机的电机按一定的转速运行，该转速由主控板所发出的0~5V电压信号决定。

6. 如权利要求1所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其特征在于：所述制冷系统为微型制冷系统，包括壳体及装配在壳体内的冷凝器、水箱、过滤器、压缩机和蒸发器；所述的冷凝器、过滤器、压缩机和蒸发器之间通过连接管密封连接，制冷剂在其中循环流动；

所述壳体是由上壳、外壳和底壳组成；

所述冷凝器装配在底壳的底板上并位于压缩机的外侧，入口端通过第一连接管与压缩机密封连接，出口端连接过滤器，外侧与外壳的散热孔相匹配处设有冷凝器屏蔽网；

所述的水箱与蒸发器连接，水箱设有保温外壳，顶部设有注水口及膨胀阀，出水口装配连接水泵，注水口连通循环系统制冷管道的出水口端；所述膨胀阀入口端通过第二连接管连接过滤器，出口端通过第三连接管连接蒸发器的入口；所述蒸发器的出口通过第四连接管与压缩机密封连接。

7.如权利要求6所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其特征在于：所述上壳的上端面装设有提手及水盖；所述外壳上设有快速接头和用以连接外部电源的屏蔽电源插头，一侧设有散热孔，相对的一侧装设有风扇、屏蔽网和保护网；所述底壳内设有装配固定压缩机、过滤器、冷凝器及水箱的装配底板。

8.如权利要求6所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其特征在于：所述水箱的顶部设有顶盖。

9.如权利要求6所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其特征在于：所述蒸发器是套管式冷媒-水换热器，容置于所述水箱内，两端开口分别穿过水箱顶盖接第三、第四连接管。

10. 如权利要求6所述的微气候人体降温系统的制冷系统，其特征在于：所述水箱设有温度传感器接口。

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