CN219479277U - 冷水循环穿戴式空调装置 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式空调装置，包括穿戴式水循环服装和冰水循环装置。在冰水循环装置的冰水盒中放置冰块，开启由充电宝驱动的微型水泵，即可使冰水在服装内部循环，使人体处于低温环境之中，实现对人体的空调。穿戴式空调装置所需要的冰块可由制冰设备提供，来源广泛。该穿戴式空调装置将所需要的制冷装置分离出来成为独立部份，大幅度减轻了人体的负重，也缩小了背在人体身上的空调装置的体积，降低了成本、提高了使用方便性。

Description

冷水循环穿戴式空调装置

技术领域

本实用新型涉及一种空调装置，特别是用于人体空调的空调装置。

背景技术

当人们在室内工作或生活时，为了使生活和工作的环境舒适，可以采用多种多样的空气调节系统或采用各种不同的空调装置，例如：大型中央空调系统、户用中央空调系统、房间空调系统、工艺设备局部的工艺性空调系统等，种类、方法已经非常多了。

当人们在室外高温工作特别是工作过程中还需要移动时，要获得一定的凉快舒适感觉就不是一件容易的事情，很多时候不得不终止工作。

在冬天，要实现人体保温或舒适，可以说比较简单，因为穿上保暖的衣服，就基本满足要求了；但在夏天，在室外工作时，即使只穿最少的衣服，仍然会觉得非常热。要获得凉快的体感，最简单的办法是采用风机吹风，但也需要具备一定的条件，例如：

1工作地点有电源为风机送电；

2室外温度不是特别高，即室外湿球温度低于人体体表温度；

3风机风量足够大。

另外，这种方法的风量和风温难以满足每个人的个性化需求，即：相同吹风风量的情况下，有人觉得舒适，有人觉得不舒适(当然，可以采用每个人一个风机且风机转速可调的方法)。

为解决室外高温环境中的人体空调问题，一种较早提出并实施的解决方案是“通风服”，即在衣服上制作通风管路，并在衣服上挂装由蓄电池驱动的小风机，开启风机向衣服内的通风空间送风，使环境空气均匀送到人体表面。显然，这种方式并未能完全解决“舒适性”问题(例如：湿球温度较高的时候，这种方法的效果就不好甚至无效)，并且衣服在使用过程中会被空气吹大膨胀“鼓起来”，既不美观，也影响工作方便性。

检索相关专利文件，也发现有许多关于空调服的专利申请，例如：申请号为201310376657.3的“空调服”专利，公布了一种温度调节服装，包括空心服装和便携式空调机、充电电池等。该专利原理上完全可行，但也存在问题：空调机以及满足必要时长的电池的总重量将非常重，严重增加工作人员的负重或劳动强度，如何有效降低总体成本也是一个问题。

申请号为201621067939.0公布了一种“水循环”的冷暖空调服，对空调服装中的循环系统进行了改进，采用水循环的方式，解决了“通风”类空调服的体积大及其它一些问题，但仍然存在制冷方式复杂、重量大(因为包含了制冷装置)等问题。

也还有其它一些关于人体空调制冷的技术方案，例如：采用“半导体制冷”方式的技术方案。采用这种方式的主要问题是：制冷装置和蓄电池重量仍然较重、半导体制冷的能效非常低导致能耗非常大，因此对蓄电池的容量提出很高的要求，重量增加、成本上升。

为改进现有室外高温环境人体空调装置存在的重量大、成本高、使用不方便等问题，本实用新型提供一种直接使用外部制冰设备作为冷源的穿戴式人体空调装置。

发明内容

为改变现有穿戴式人体空调装置存在的体积大、重量大、使用不方便、连续使用时间短、制冷能效低、舒适性不足、操作不方便等问题，本实用新型提供一种直接使用外部制冰设备提供冷源的穿戴式人体空调装置，具体说明如下：

一种冰水循环穿戴式空调装置包括水循环服装、冰水循环装置两部份；所述水循环服装为服装内侧布置有水循环软管的衣服和/或裤子；所述软管为连续的管路系统，设置有总的服装进水口和服装出水口。所述冰水循环装置包括电源装置、水泵、冰水盒，所述冰水盒为中空的、可在内部放置小冰块或碎冰的容器；所述水泵由所述电源装置直接驱动，其进口用软管连接到冰水盒的出口，水泵的出口连接一段软管，该软管一端与水泵连接，另一端作为整套冰水循环装置的出水口、使用时连接到水循环服装的进水口；冰水盒的进口也连接一根软管，该软管的一端与冰盒连接，另一端作为整套冰水循环装置的进水口、在使用时连接到水循环服装的出水口。

由于这种冰水循环穿戴式空调装置本身并不带有制冷装置，所需要的冷量由外部设备提供，其优势是：可以有效减少制冷装置附加在穿戴式空调装置上的重量和体积。这是与目前现有技术(例如：申请号为201621067939.0以及202211019620.0所公开的技术)的主要不同之处。

可选地，所述冰水循环穿戴式空调装置还配置有制冰盒，所述制冰盒为薄壁且内部充满冰后外形尺寸正好适配所述冰水盒内部尺寸的密闭容器。

这种技术方案具有充分利用冰水盒内部空间的优势，即：同样容积的冰水盒可以容纳更大质量的冰块(与使用碎冰、冰块相比)，使冰水循环装置的供冷时间更长。

进一步地，在冰水循环装置的水泵出水管路上设置有水流量调节装置。

利用该水流量调节装置就可以方便地控制水泵的供水流量，进而实现供冷量的控制，使供冷量适配人体热负荷的需要。

可选地，在冰水循环装置的进出水管之间设置旁通管和旁通流量调节阀。

利用该管路和阀门可以通过调节旁通管中的水流量来控制送入水循环服装的水温并实现供冷量的调节或人体舒适感的调节；这种调节水温的方式可以进一步提高人的体感舒适度，因为这种方式可以避免较低温度的水进入服装内部，避免人体感受到过低的温度。

进一步地，流量调节装置采用输液管调节器。

显然，这种流量调节方式具有极低的成本和良好的使用方便性。

进一步地，所述冰水盒的容冰量为1kg到5kg。

冰水循环穿戴式空调装置的冰水盒的容冰量在这个范围时，具有良好的适应性，可满足绝大部份人群的需要，并且具有更多的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1是穿戴式空调装置基本组成部分及连接关系示意图；

附图2是穿戴式空调装置穿戴在人身上的状态示意图；

附图3是冰水循环装置系统与结构示意图；

附图4是冰水循环装置的一种具体机械结构设计图，包括主视图，左视图，俯视图，A-A部面图，轴测图。

上述图中的序号所代表的含义如下：

100水循环服装，101服装进水口，102服装出水口，200冰水循环装置，210电源装置，211蓄电池，212电源线，213蓄电池开关，214水泵转速调节装置，220水泵，221水泵进口，222水泵出口，230冰水盒，231盒盖，232盒体，233冰水，234冰水盒出水接口，235冰水盒进水接口，236支承点，240管路，241流量调节装置，242出水连接管段，243进水连接管段，244旁通管段，245旁通流量调节阀，246水泵进水管段

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合系统流程图、结构图等实际实施过程中所需要使用到的图样来说明本实用新型的具体实施方式。

如附图1和附图2所示，冰水循环穿戴式空调装置主要由水循环服装100和冰水循环装置200两部分组成，两者之间利用冰水循环装置200的进水连接管段243和出水连接管段242连接起来(分别连接到水循环服装的进水口101和出水口102)。

水循环服装100与冰水循环装置200连接后，即可通过冷水循环使水循环服装100降温，从而起到对人体的“空调”作用，具体描述如下。

冰水循环装置200利用搭接固定装置或口袋(图中未示出)等装置固定在水循环服装100的背部或其它适当的位置。

水循环服装100由外层、内层及安装于两层中的蛇形水管组成，外层由保温性能较好的布料制作，而内层由较薄、导热性能相对较好的布料制作；当中间的蛇形水管中通有温度较低的水时，就会使内层温度降低，并在服装与人体之间建立一个温度较低的空气层，从而使人体感到凉爽，提升了人体的舒适感；外层的良好保温性能可以减少蛇形盘管中冷量的散失，使冷量尽可能服务于人体。由于蛇形管中将流通冷水，为了减轻总的重量，蛇形管采用直径较小、壁厚较薄的塑料管，例如：医院输液用的输液小软管。

水循环服装中的各软管可采用串联、并联的方式连接，最终合并成一个总的服装进水口101和一个总的服装出水口102，以便与冰水循环装置200连接；管路串关联过程中，还要注意进出口的总阻力适配水泵扬程数据，另外，还应使水循环服装表面的吸热量适配人体的散热量。

在冰水循环装置200中放置冰块，再充入必要的、少量的水，使其水泵220起动后，就能运行水循环，使冷水进入水循环服装。

由于冰水循环装置200中放置有冰，所以，在开始的时候，冰水循环装置200中盛放的是冰水混合状态水，温度为0度；水泵220循环时，将0℃的水送入到水循环服装中的蛇形换热盘管中，然后将冷量释放出来，使人体感到凉爽。当水流量较大时，蛇形换热盘管会释放较多的冷量，导致人体感觉温度太低，此时，可以通过冰水循环装置200上的调节装置(后面将进一步说明)将水流量降低，反之则使水流量升高，最终将水循环服装100内层的温度稳定在人体感觉舒适的温度。

冷水在水循环服装100与冰水循环装置200之间不断循环，将冷量不断释放出来，同时冰水循环装置200中的冰逐渐融解，最后全部融解，然后，水温会逐步升高，当水温升高到20℃左右时，一般情况下，冷水中的冷量已经不能满足人体对冷量的需求，此时就需要重新“加冰”。只需要打开冰水盒230的盖子，倒出或放出冰水盒230中的水，再在其中充放冰块，然后，即可以重新正常向人体供冷。

由于冰水循环装置200自身并不能制冰，所以，需要另外的制冷设备来制冰。显然，冰水循环装置200的体积不会很大，所以，只适用于小型冰块，例如碎冰。

碎冰的来源广泛，有专门的制冰工厂，使用时，购买一定量的碎冰即可，在超市也可以买到。当然，如果经常需要使用该穿戴式空调装置，特别是同时使用的人较多时(例如夏季的施工场地)或者经过比较具备降低使用成本的可能性时，也可以采购合适的制冰设备，在使用现场批量制冰。

总之，冰的获取不难，因此，本实用新型穿戴式空调装置具有方便使用的特点。

需要补充说明的是：有人会说，该穿戴式空调装置剥离了制冷装置，表面上可以降低装置的重量、减小体积，但增加了冰块的重量和体积，是不是不能达到预期的目的呢？

简单做如下说明：

1可提供人体所需要的约100W冷量的压缩式制冷设备的压缩机的重量都达到了约5kg，这还不包括所需要的其它部件(如蒸发器、冷凝器、换热风机等)。显然，这一套部件组装在一起的体积也将不小。

2采用“半导体制冷”技术方案，制冷装置的重量虽然小于压缩式制冷装置，但总重量依然不轻，体积不小(因为需要较大的散热器)；加上需要配置较大功率的电源，也增加了重量和尺寸。这还不算，因为半导体制冷技术还存在另外一个较大的缺点，即半导体制冷技术的制冷效率太低，大约只有0.3左右，要满足人体约100W制冷量的需要，其运行消耗功率大约在300W以上。这就需要较大容量的蓄电池相配套，将造成很大的不可行性(重量、成本、体积等方面)。

接下来，对冰水循环装置的实施方案进行详细的说明。

如图3所示，冰水循环装置200包括电源装置210、水泵220、冰水盒230及管路240等几个组成部份，他们之间的连接关系是：水泵进口管段246用于冰水盒出水接口234与水泵进口221之间的连接，出水连接管段242从水泵出口222接出，一直连接到整套冰水循环装置200的外部并保留一定的长度以便于与水循环服装100的对接；进水连接管段243一端连接到冰水盒230的进水接口235，另一端接出到整套冰水循环装置200的外部，同样也保留一定的长度，以便于与水循环服装100的对接。

水泵220选择USB电源驱动的微型直流水泵，由于水流量很小且管路总长不长，所以水泵的消耗功率较小；这种水泵体积小、也很容易获取到、造价低。

电源装置210主要包括蓄电池211，蓄电池211采用手机充电宝即可，蓄电池211与水泵220之间用电源线212进行连接，显然该电源线宜采用USB线；还可以在蓄电池211与水泵220之间安装一个水泵转速调节装置214，以调节水泵220的转速，进而调节水流量，可实现供冷量的调节。

具体实施时，冰水循环装置200的“供冷量”调节，除了这里所述的水泵转速调节装置214这种方法之外，还可采用另外的办法，即在出水连接管段242上面设置一个卡夹式流量调节装置(241)来调节流量，具体可采用输液管调节器，这种输液管调节器正好满足该场景的需要，同样具有简单、方便、易获取、造价低等多个有益特性。

采用水泵转速调节装置214与输液管调节器(即流量调节装置241)的调节方法，由于不能调节水泵的供水温度，所以，本实施例还推荐另一种调节方法，即在出水连接管段242与进水连接管段243之间安装一根旁通管段244，在其上安装旁通流量调节阀245，即可解决该潜在问题。旁通流量调节阀245同样可以采用输液管调节器。

水泵220的运行一般情况进行开关控制即可，可采用蓄电池(充电宝)自带的电源开关213。

附图4提供了一种更具体的冰水循环装置的机械结构图，包括主视图、左视图、俯视图、A-A部面图、轴测图。该实施方案采用了长方体形状的冰水盒230，并将图3中所示的大部份部件集成到了该图中(除出水连接管段242和进水连接管段243、旁通管段244及相关调节装置之外)。参照该图即可制造出一套完整的冰水循环装置220。

对照图3，可对图4有更清楚的理解。但这里还是需要进一步补充说明如下：

图4中，冰水233在使用过程中，至少有2种状态，即：有冰和无冰两种状态。冰块加入到冰水盒230内部后，随着冷量的释放，冰全部溶解成水，最后，水温会升高到20℃甚至更高的温度，此时，因水温偏高，冷量不能满足人体的需要了，因此，需要将其中的水倒出来(或放出来)，重新加冰。

所以，本实用新型还提供另一种实施方案：根据冰水233的体形尺寸，制造一种冰水包。冰水包的形状与冰水盒230相似，但尺寸略小，以方便取出或置入。冰水包的结构为：外壳为封闭结构，采用耐较低温度的塑料制作，厚度尽量薄，内部充注清水(保留水变冰过程中的体积膨胀余量)。

冰水包在使用前利用冰箱或其它制冷设备进行冷冻，使其内部的水全部变成冰，然后将冻冰完成的冰水包放置到冰水盒230内部即可使用；使用完毕后，将冰水包再次放入冰箱中冻冰，以备下次使用。

采用这种方法，就不需要加冰、倒水这个过程了，使用方便性提高。不过，还可以再提升一下：即每套冰水循环装置220可配置2个到多个冰水包，这样，在一个冰水包的冷量使用完毕之后，可以取出来立即更换另一个冰水包。

如果该产品应用于工地或车间，则可配置一批冰水包，利用大型冰箱(例如冷库)批量对冰水包冻冰后放到使用现场，以备工作人员随时更换。

使用这种冰水包，不但提高了补充冷量的速度，还避免了倒水的麻烦，更主要的是：还提升了冰水盒230的容积效率，即：同一个冰水盒内，可充填的碎冰的总质量小于冰水包中的冰的质量，也就是说：冰水包的供冷量或供冷时长大于碎冰的供冷量或供冷时长。

此外，图4中，还表达了另外一个需要注意的细节：即：在冰水盒的下部制作了冰水包的支承点236，目的是使水流更通畅、有组织性。

为进一步指导本实用新型技术方案的实施，这里提供冰水盒容积的计算方法及一些考虑因素如下：

人体散热量平均可按100W计算，因此，一个人2小时的总散热量为200W.h左右。1kg冰融化成水再升温到20℃的过程中，需要吸收的热量为116W.h，因此，要保证1个人2小时的用冷需求，所需要的冰量：200/116＝1.724(kg)。

由于人体的散热量不会全部通过该穿戴式空调装置释放，通过身体其它暴露部位会直接散发相当一部份到大气中，这就降低了对冰水循环装置的冷量需要。本实用新型发明人通过一些计算分析，表明配置1.5kg的冰量可以满足大多数情况下2小时的冷量需要。经过2小时的工作后，工作人员可趁换冰过程，适度休息或调整一下。

如果冰水盒230的对冰的容纳量为1.5kg，加上冰水循环装置各部件，总重量约为2.5kg左右，因此，不会对工作人员造成很大的负担，所以，可以将该容冰量数据作为一个主要的设计数据；显然，将冰容量降低到1kg左右也具有可行性，适用于对重量有过高要求的人员(当然，加冰或换冰的次数需要增加)，例如女性；此外，某些场合，对使用时长有更高要求时(此时，可降低一些对重要的要求)，也可将冰水盒的容积做到更大一些，使如增加到5kg，也具备一定的可行性或必要性。实际上，可以直接将容积加大，以便可以容纳更多的冰，对于不喜欢重量太重的人来讲，可以少盛一些冰即可，就是说每个人可以视自己的喜好多盛放或少盛放冰量。根据上述计算，容冰量为1到5kg范围，可满足大多人的喜好或需求。

附图4结构提供了长方体形状的冰水盒，需要说明的是：这并不限制本实用新型的保护范围。实际上，实际实施时，并不必一定要将冰水盒做成这个形状，例如可以做成圆柱形、椭圆柱形等，当然还可以做成其它形状，这些形状均在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种冷水循环穿戴式空调装置，包括水循环服装(100)、冰水循环装置(200)两部份，其特征是：所述水循环服装(100)为服装内侧布置有水循环软管的衣服和/或裤子；所述软管为连续的管路系统，设置有总的服装进水口(101)和服装出水口(102)；所述冰水循环装置(200)包括电源装置(210)、水泵(220)、冰水盒(230)，所述冰水盒(230)为中空的、可在内部放置小冰块或碎冰的容器；所述水泵(220)由所述电源装置(210)驱动，水泵(220)进口用软管连接到冰水盒出水接口(234)，水泵(220)的出口连接一段软管，该软管一端与水泵(220)连接，另一端作为整套冰水循环装置(200)的出水口、使用时连接到水循环服装(100)的服装进水口(101)；冰水盒(230)的进口也连接一根软管，该软管的一端与冰水盒(230)连接，另一端作为整套冰水循环装置(200)的进水口、在使用时连接到水循环服装(100)的服装出水口(102)。

2.根据权利要求1所述冷水循环穿戴式空调装置，其特征是：还包括制冰盒，所述制冰盒为薄壁且内部充满冰后外形尺寸正好适配所述冰水盒(230)内部尺寸的密闭容器。

3.根据权利要求1所述冷水循环穿戴式空调装置，其特征是：所述冰水循环装置(200)的水泵(220)出水管路上设置有流量调节装置。

4.根据权利要求1所述冷水循环穿戴式空调装置，其特征是：所述冰水循环装置(200)的进水连接管段(243)与出水连接管段(242)之间设置有旁通管段(244)和旁通流量调节阀(245)。

5.根据权利要求3所述冷水循环穿戴式空调装置，其特征是：所述流量调节装置(241)采用输液管调节器。

6.根据权利要求1所述冷水循环穿戴式空调装置，其特征是：所述冰水盒冰的容量为1kg到5kg。