專利名稱：微氣候人體降溫系統及其制冷系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種溫度調節裝置，具體是一種可移動的、通過微型壓縮式制冷裝置 制取冷水，進而在人體表面循環，帶走人體熱量的微氣候人體降溫系統及其制冷系統。
背景技術：
在常溫下，人體所產生的熱量和向環境散發的熱量大致相等，人體處于熱平衡狀 態，這時人體的體溫可以基本保持不變，大約維持在37°C左右。但是當人體所處的環境溫度 大大高于人體溫度時，就會阻止人體熱量的散發，使人體溫度升高而造成不適。當深部體溫 升高到38°C以上時，會出現頭暈、頭痛、胸悶、心悸、眼花、惡心、嘔吐、興奮不安等癥狀，嚴重 時可引起虛脫、疲竭、暈厥、昏迷，乃至死亡。此即熱應激現象。為了避免熱應激的出現，可以采取兩種措施一是減少輸入身體的熱量，二是增加 身體的散熱量。通用的解決辦法是冷卻人體周圍的環境，比如，在人體所處的房間或工作空 間安裝空調。然而，在某些情況下，控制整個房間的環境溫度是不切實際的或者費用高昂， 這樣就需要對單個人體所處的小環境進行冷卻，即個體冷卻。目前個體冷卻多是對衣服進行改進或增設制冷裝置，以期達到降溫的目的，這其 中又有蒸汽壓縮直接制冷、半導體制冷、利用高壓氣體膨脹制冷、液冷等多種方式。半導體 制冷由于其制冷效率低，要達到一定的制冷量，需要較大的輸入功率，因此在實施上存在有 困難，鮮有采用。利用壓縮氣體膨脹吸熱而產生低溫實現制冷，需要配備氣體壓縮機和壓縮 氣體儲存罐，因此雖具有換熱均勻、冷卻穩定的優點，卻在實用上多多受限。液冷方式制冷，成本低，原料易得，是經常采用的方式之一。例如第89218510. 4號 專利的管式液冷防暑降溫背心，是由外置的制冷箱與設置在衣服上的液冷管道連接，管道 內置循環流動的液體；利用冰的融解熱作為熱沉，以微型電動循環泵驅使液體經過熱交換 器帶走人體軀干和大腿上部的熱量，在40°C左右的高溫環境中，可減輕人體的熱應激。其 中外置的制冷箱包括熱交換器、儲液瓶、穩壓電源、微型電動循環泵、密封連接器、連接軟管 等。然而該技術應用于工業實踐還存在有一定距離，一是其制冷系統中不具有溫度調節控 制裝置，因為冷媒的溫度都是在零度或零度以下，如果將冷媒的溫度直接帶到衣服體里面， 會因為超低溫給人體帶來傷害；二是不能保證持續穩定的降溫，如果將冷媒的溫度直接設 定為人體可以接受的溫度(18度以上)，又會帶來的相應的不良影響制冷時間會非常短， 因為18度以上的冷媒溫度很快會升高，大約僅能維持30分鐘左右；若加大冷媒的容量，是 可以延長時間，但相應的重量和體積又會大幅增高，導致整個裝置不能自由移動。正因為上 述問題的存在，雖然該技術在理論上成立，但其實用性能有一定的欠缺，導致在實踐中未能 得到普及應用。在第200710125626. 5號發明專利中公開的個體溫度調節系統，包括與循環泵、冷 /熱媒容器及設有流道的衣服體分別連接的調溫裝置，該調溫裝置包括基座、控制閥、壓板、 密封墊，三者通過連接件裝配連接；基座設有分流槽和熱轉換腔體，二者之間設有通孔，控 制閥與腔體配合，調節進入腔體內的熱轉換液體流量，以控制進入衣服體內液體溫度，以使整個系統處于合適溫度；從而保證系統內的溫度滿足人體的需求，不會過冷或過熱。本發明 的調溫裝置，能夠更合理有效的進行個體溫度調節，避免了冷/熱源的浪費，延長了使用時 間。該專利在體積上雖然較之前的同類產品小，但是由于其自身不帶冷源，仍有一定 的局限性，尤其是針對特殊行業如飛行員、特種駕駛員等則不太適用，仍需要進一步改進。 由于其每次使用前，都要預先在固定安裝的制冷裝置中制取冰塊，因此在需要緊急出動的 任務中不能滿足快速使用的要求。且冰塊不耐儲存，不能長時間使用。
發明內容
本發明目的在于解決現有液冷式個體溫度調節系統自身不帶冷源，不能快速投入 使用，以及不能長時間工作的缺陷，提供一種便攜的、可快速啟動的、溫度可以精確調節的 微環境制冷的微氣候人體降溫系統及其降溫系統，主要為高溫環境下，車載或機載中的乘 員提供降溫服務，以避免或延緩熱應激的出現。本發明是通過以下方案實現的上述的微氣候人體降溫系統，由制冷系統、控制系統和液冷服組成；所述制冷系統 為微型制冷系統，包括殼體及裝配在殼體內的冷凝器、水箱、過濾器、壓縮機和蒸發器；所述 的冷凝器、過濾器、壓縮機和蒸發器之間通過連接管密封連接，制冷劑在其中循環流動；所 述控制系統包括裝配在所述制冷系統殼體的電連接的主控板、驅動板、控制按鈕和人機界 面板；所述液冷服包括衣服本體和固定在衣服本體的制冷管道；制冷管道進出水兩端口分 別連接制冷系統。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述殼體是由上殼、外殼和底殼組成；所述上 殼的上端面裝設有提手及水蓋；所述外殼上設有快速接頭和用以連接外部電源的屏蔽電源 插頭，一側設有散熱孔，相對的一側裝設有風扇、屏蔽網和保護網；所述底殼內設有裝配底 板，用于裝配固定壓縮機、過濾器、冷凝器及水箱。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述冷凝器裝配在底板上位于壓縮機的外側， 入口端通過第一連接管與壓縮機密封連接，出口端連接過濾器，外側與外殼的散熱孔相匹 配處設有冷凝器屏蔽網；所述的水箱與蒸發器連接，水箱設有保溫外殼，頂部設有注水口及 膨脹閥，出水口裝配連接水泵，注水口連通循環系統制冷管道的出水口端；所述膨脹閥入口 端通過第二連接管連接過濾器，出口端通過第三連接管連接蒸發器的入口 ；所述蒸發器的 出口通過第四連接管與壓縮機密封連接。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述水箱的頂部設有頂蓋，注水口及電子膨脹 閥均設置在頂蓋上。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述蒸發器是套管式冷媒-水換熱器，容置于 所述水箱內，兩端開口分別穿過水箱頂蓋接第三、第四連接管。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述壓縮機為微型直流轉子式可變速壓縮機， 其轉速在IOOOrpm 6500rpm之間可連續調節。所述的微氣候人體降溫系統，其中所述主控板控制整個系統的運行，包括壓縮 機、風扇、水泵的啟停控制，以及電子膨脹閥的開關動作控制，并根據水溫的變化，實時調整 向驅動板發出的電壓控制信號的大小，使壓縮機作變轉速運行；所述驅動板驅動壓縮機的
5電機按一定的轉速運行，該轉速的大小由主控板所發出的0 5V電壓信號按比例決定。上述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，為微型制冷系統，包括殼體及裝配在殼 體內的冷凝器、水箱、過濾器、壓縮機和蒸發器；所述的冷凝器、過濾器、壓縮機和蒸發器之 間通過連接管密封連接，制冷劑在其中循環流動；所述殼體是由上殼、外殼和底殼組成；所 述冷凝器裝配在底殼的底板上并位于壓縮機的外側，入口端通過第一連接管與壓縮機密封 連接，出口端連接過濾器，外側與外殼的散熱孔相匹配處設有冷凝器屏蔽網；所述的水箱與 蒸發器連接，水箱設有保溫外殼，頂部設有注水口及膨脹閥，出水口裝配連接水泵，注水口 連通循環系統制冷管道的出水口端；所述膨脹閥入口端通過第二連接管連接過濾器，出口 端通過第三連接管連接蒸發器的入口 ；所述蒸發器的出口通過第四連接管與壓縮機密封連 接。所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其中所述上殼的上端面裝設有提手及 水蓋；所述外殼上設有快速接頭和用以連接外部電源的屏蔽電源插頭，一側設有散熱孔，相 對的一側裝設有風扇、屏蔽網和保護網；所述底殼內設有裝配固定壓縮機、過濾器、冷凝器 及水箱的裝配底板。所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其中所述水箱的頂部設有頂蓋，注水口 設置在頂蓋上。所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其中所述蒸發器是套管式冷媒-水換 熱器，容置于所述水箱內，兩端開口分別穿過水箱頂蓋接第三、第四連接管。所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其中所述壓縮機為微型直流轉子式可 變速壓縮機，其轉速在IOOOrpm 6500rpm之間可連續調節。所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其中所述水箱設有溫度傳感器接口。所 述膨脹閥為電子膨脹閥。本發明通過在系統中增加一個由微型壓縮機驅動的制冷系統，將水箱中的水冷卻 到低溫，然后將此低溫水用水泵在液冷服中循環，以帶走人體的熱量。微型壓縮機由直流供 電，也可由電池供電，具有啟動迅速、不需事前制備冰塊、體積小、極致便攜等優點。主要為 高溫環境下，車載或機載中的乘員提供降溫服務，以避免或延緩熱應激的出現。主要使用領 域為坦克、直升機、戰斗機、潛艇/艦艇、賽車、軍車、救護車等乘員的熱防護。
圖1是本發明的微氣候人體降溫系統的結構示意圖；圖2是本發明的微氣候人體降溫系統的制冷系統結構示意圖；圖3是本發明的微氣候人體降溫系統的制冷系統的局部裝配示意圖；圖4是圖3的俯視圖；圖5是本發明的微氣候人體降溫系統的制冷系統的上殼組件爆炸圖；圖6是本發明的微氣候人體降溫系統的制冷系統的外殼組件爆炸圖；圖7是本發明的微氣候人體降溫系統的制冷系統的水箱組件爆炸圖。
具體實施例方式如圖1至圖7所示，本發明的微氣候人體降溫系統由制冷系統1、控制系統2、循環系統3組成。其中如圖2至圖4所示，制冷系統1為微型制冷系統，包括殼體及裝配在殼體內的冷凝 器13、水箱14、過濾器15、壓縮機16和蒸發器18 ；其中殼體是由上殼11、外殼12和底殼17 組成；冷凝器13、過濾器15、壓縮機16和蒸發器18之間通過銅管密封連接，制冷劑在其中 循環流動；冷凝器13、水箱14、過濾器15和壓縮機16均通過裝配底板171安裝固定在底殼 17。如圖5所示，上殼11的上端面裝設有提手111及水蓋112。由圖6所示，外殼12上設有用以連接外部電源的屏蔽電源插頭121和快速接頭 122、123，外殼12的一側設有散熱孔124，相對的一側裝設有風扇125 ；風扇125的外側依次 設有屏蔽網126和保護網127。底殼17內設有裝配底板171，用于裝配固定內部組件壓縮機16、過濾器15、冷凝器 13及水箱14等。壓縮機16為微型直流轉子式壓縮機，體積小巧，裝配固定在底板171上。微型直 流轉子式壓縮機是可變速壓縮機，其轉速在IOOOrpm 6500rpm之間可連續調節，因此可精 確調節送到液冷服的水溫。冷凝器13裝配在壓縮機16的外側，入口端通過第一連接管131與壓縮機16密封 連接，出口端連接過濾器15，通過外側設有冷凝器屏蔽網132，該屏蔽網132與外殼11的散 熱孔121相匹配；冷凝器13為風冷冷凝器，采用高效率平行流式換熱器。由圖4所示，水箱14設有具有良好的保溫性能的水箱外殼141 ；水箱頂部設有注 水口 142及膨脹閥143，為方便往水箱14加水，水箱14的頂部設有頂蓋144，其中注水口 142及膨脹閥143均設置在頂蓋144上；水箱的出水口裝配連接水泵145 ；注水口 142通過 連接管(圖未示)連接外殼12上的快接接頭122。膨脹閥143入口端通過第二連接管146連接過濾器15，出口端通過第三連接管 147連接蒸發器18的入口。膨脹閥143采用電磁式電子膨脹閥或步進電機式電子膨脹閥， 可精確調節制冷劑的流量。水泵145的出水端連接外殼12的快接接頭123。為提高裝配性能，水箱14的注水口和出水口均設置有快接接頭。水箱14上還可開設溫度傳感器接口，以安裝水溫傳感器。蒸發器18的出口通過第四連接管191與壓縮機16密封連接，并與水箱14連接。 蒸發器18可以是各種型式的冷媒_水換熱器，典型地，可以是套管式冷媒_水換熱器。采 用套管式換熱器時，可以是置于水箱中，或與水箱分開布置通過水管連接。在本實施例中， 蒸發器18采用的是套管式換熱器結構，其置于水箱14內，兩端開口分別穿過水箱頂蓋144 接第三、第四連接管147、191。控制系統2為微電腦控制系統，控制制冷系統1以及水泵145的啟停，根據水溫的 變化，自動調節壓縮機16的轉速和啟停，并具有必備的保護功能，維持整個系統安全穩定 運行，包括電連接的主控板21、驅動板22、控制按鈕24和人機界面板25。主控板21和驅動 板22通過底板23固定在制冷系統1的上殼11上，主控板21控制整個系統的運行，包括壓 縮機16、風扇125、水泵145的啟停控制，以及電子膨脹閥143的開關動作控制，并根據水溫
7的變化，實時調整向驅動板22發出的電壓控制信號的大小，使壓縮機16作變轉速運行。驅 動板22驅動壓縮機16的電機，使其按一定的轉速運行；該轉速由主控板21所發出的0 5V電壓信號決定。控制按鈕24和人機界面板25裝配固定在上殼11上。主控板21和驅動 板22的底板23固定在上殼11上，以借助上殼11的散熱作用，保證主控板21和驅動板22 的溫度不致過高。循環系統3包括衣服本體31和固定在衣服本體31的制冷管道32。衣服本體31 由保溫及透氣良好的材料制成；制冷管道32密布在衣服本體31的內表面，其兩端開口分 別設有接頭320，一端進水，另一端出水，分別連接制冷系統1的外殼12上的快接接頭122、 123。衣服本體31的裁剪及制冷管道32的布局確保其緊貼穿著者的內衣或皮膚，并保證均 勻的傳熱。根據需要，可以增加延長管和接頭，以便于較遠距離的使用。壓縮機16、冷凝器13、過濾器15、電子膨脹閥143、蒸發器18、風扇125、水泵145 與連接管路、充注在管路中的冷媒以及水箱14中的被冷卻介質(水)一起，構成一個微型 制冷系統。通過蒸發器18中的冷媒蒸發產生制冷效應，冷卻水箱14中的水，并通過冷凝器 13向環境中的空氣散熱。冷媒可采用任一種環保型制冷劑，在實施例中是R134a冷媒()。該制冷系統1中制冷劑的流向為壓縮機16 —冷凝器13 —過濾器15 —電子膨脹 閥143 —蒸發器18 —壓縮機16。制冷劑依次流經各部件，構成一個閉合回路，各部件之間 采用銅管釬焊連接，即第一、第二、第三、第四連接管均為銅管。該微型制冷系統的工作原理是制冷劑氣體被壓縮機16壓縮，變成高溫高壓的氣 體，進入冷凝器13。在冷凝器13中，由于高溫高壓氣體的溫度高于從風扇125送來的環境 空氣的溫度，因此向環境空氣散熱而冷凝成為制冷劑液體。在冷凝器13的出口，制冷劑氣 體已完全變為液體。此制冷劑液體進入過濾器15，以濾去其中可能包含的雜質及去除水分。 然后制冷劑液體進入電子膨脹閥143，壓力迅速降低，一部分液體散發出來，變成低壓低溫 的氣液混合物。此氣液混合物流入蒸發器18，其中的液體繼續蒸發，溫度進一步降低。在蒸 發過程中，不斷吸收蒸發器18另一側流道中水的熱量，使水的溫度降低，即產生制冷效應。 至蒸發器18的出口，制冷劑液體已全部蒸發完畢，變成過熱蒸汽。此過熱蒸汽又被壓縮機 16吸入而進行壓縮，如此循環往復，而源源不斷地產生冷量。在該微型制冷系統中所使用的壓縮機是可變轉速的直流24V轉子式壓縮機，該壓 縮機由無刷直流電機驅動。該系統可以使用車載24伏電壓或24伏可充式鋰電池。根據使用電源，本制冷系 統的工作時間不同，使用車載電源無時間限制；使用可充式鋰電池，可工作3-6小時，通過 更換電池可實現持續制冷。并可以根據需要制作成供成一人或多人使用的不同產品。該制冷系統最高工作溫度60°C ；降溫溫度范圍為從0°C到環境溫度(如果水箱中 不使用水而是使用乙二醇溶液，則也可以應用于低于0°c的場合)；制冷功率100W 400W ； 重量約2. 6公斤；體積215mm χ 83mm X 146mm ；工作電流3A_9A ；工作電壓24V-28V。在炎熱環境中該系統可以使冷卻液沿人體表面循環，對使用者的身體進行冷熱調 節，制造一種微氣候環境，使人如同置身于一個涼爽的世界，能夠保證使用者在40°C環境溫 度下感覺舒適，不會產生熱應激，整個裝備輕便、易于攜帶。以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此局限本發明的保護范圍，故舉凡
8運用本發明說明書及圖示內容所為的等效技術變化，均包含于本發明的保護范圍內。
權利要求
一種微氣候人體降溫系統，其特征在于所述降溫系統由制冷系統、控制系統和液冷服組成；所述制冷系統為微型制冷系統，包括殼體及裝配在殼體內的冷凝器、水箱、過濾器、壓縮機和蒸發器；所述的冷凝器、過濾器、壓縮機和蒸發器之間通過連接管密封連接，制冷劑在其中循環流動；所述控制系統包括裝配在所述制冷系統殼體的電連接的主控板、驅動板、控制按鈕和人機界面板；所述液冷服包括衣服本體和固定在衣服本體的制冷管道；制冷管道進出水兩端口分別連接制冷系統。
2.如權利要求1所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述殼體是由上殼、外殼和 底殼組成；所述上殼的上端面裝設有提手及水蓋；所述外殼上設有快速接頭和用以連接外 部電源的屏蔽電源插頭，一側設有散熱孔，相對的一側裝設有風扇、屏蔽網和保護網；所述 底殼內設有裝配底板，用于裝配固定壓縮機、過濾器、冷凝器及水箱。
3.如權利要求2所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述冷凝器裝配在底板上 位于壓縮機的外側，入口端通過第一連接管與壓縮機密封連接，出口端連接過濾器，外側與 外殼的散熱孔相匹配處設有冷凝器屏蔽網；所述的水箱與蒸發器連接，水箱設有保溫外殼，頂部設有注水口及膨脹閥，出水口裝配 連接水泵，注水口連通循環系統制冷管道的出水口端；所述膨脹閥入口端通過第二連接管 連接過濾器，出口端通過第三連接管連接蒸發器的入口 ；所述蒸發器的出口通過第四連接 管與壓縮機密封連接。
4.如權利要求3所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述水箱的頂部設有頂蓋， 注水口及電子膨脹閥均設置在頂蓋上。
5.如權利要求3所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述蒸發器是套管式冷 媒-水換熱器，容置于所述水箱內，兩端開口分別穿過水箱頂蓋接第三、第四連接管。
6.如權利要求1所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述壓縮機為微型直流轉 子式可變速壓縮機，其轉速在IOOOrpm 6500rpm之間可連續調節。
7.如權利要求1所述的微氣候人體降溫系統，其特征在于所述主控板控制整個系統 的運行，包括壓縮機、風扇、水泵的啟停控制，以及電子膨脹閥的開關動作控制，并根據水溫 的變化，實時調整向驅動板發出的電壓控制信號的大小，使壓縮機作變轉速運行；所述驅動板驅動壓縮機的電機按一定的轉速運行，該轉速由主控板所發出的0 5V電 壓信號決定。
8.如權利要求1所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述制冷系統 為微型制冷系統，包括殼體及裝配在殼體內的冷凝器、水箱、過濾器、壓縮機和蒸發器；所述 的冷凝器、過濾器、壓縮機和蒸發器之間通過連接管密封連接，制冷劑在其中循環流動；所述殼體是由上殼、外殼和底殼組成；所述冷凝器裝配在底殼的底板上并位于壓縮機的外側，入口端通過第一連接管與壓縮 機密封連接，出口端連接過濾器，外側與外殼的散熱孔相匹配處設有冷凝器屏蔽網；所述的水箱與蒸發器連接，水箱設有保溫外殼，頂部設有注水口及膨脹閥，出水口裝配 連接水泵，注水口連通循環系統制冷管道的出水口端；所述膨脹閥入口端通過第二連接管連接過濾器，出口端通過第三連接管連接蒸發器的入口 ；所述蒸發器的出口通過第四連接 管與壓縮機密封連接。
9.如權利要求8所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述上殼的上 端面裝設有提手及水蓋；所述外殼上設有快速接頭和用以連接外部電源的屏蔽電源插頭， 一側設有散熱孔，相對的一側裝設有風扇、屏蔽網和保護網；所述底殼內設有裝配固定壓縮 機、過濾器、冷凝器及水箱的裝配底板。
10.如權利要求8所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述水箱的頂 部設有頂蓋。
11.如權利要求8所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述蒸發器是 套管式冷媒-水換熱器，容置于所述水箱內，兩端開口分別穿過水箱頂蓋接第三、第四連接管。
12.如權利要求8所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述水箱設有溫度傳感器接口。
13.如權利要求8所述的微氣候人體降溫系統的制冷系統，其特征在于所述膨脹閥為 電子膨脹閥。
全文摘要
本發明涉及一種微氣候人體降溫系統及其制冷裝置。該降溫系統由制冷系統、控制系統和液冷服組成。該降溫系統的制冷系統為微型蒸汽壓縮式制冷系統，包括殼體及裝配在殼體內通過連接管密封連接的冷凝器、水箱、過濾器、壓縮機和蒸發器，制冷劑在其中循環流動。本發明通過在系統中增加微型制冷系統，制得低溫水循環于液冷服以帶走人體的熱量，具有啟動迅速、不需事前制備冰塊、體積小、極致便攜的特點，特別適用于坦克、直升機、戰斗機、潛艇/艦艇、賽車、軍車、救護車等乘員的熱防護。
文檔編號A41D13/005GK101940372SQ20101027284
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月3日 優先權日2010年9月3日
發明者孫正軍 申請人:深圳市航宇德升科技有限公司