用于空调服的制冷系统及控制方法与流程

本发明涉及一种空调制冷系统及控制方法，特别涉及一种用于高温环境超过60℃的空调服，属于高温环境下用于个体防护的降温系统。

背景技术：

随着社会的发展，全球变暖问题日益突出，在夏季全国多个城市出现高温天气，甚至打破几十年来的高温记录。从事特殊行业的工作人员比如厨师、焊接工人、粉末喷涂工人、炼钢工人、军人、交警等，在如此高的环境下工作，人体将产生大量的汗液，如果空气湿度较高，汗液积聚在人体表面且蒸发缓慢，工作人员会感觉难以忍受，工作效率也会大大降低，严重的可能会出现中暑。鉴于此，人们开发了多种用于人体降温的空调服，其不同于对固定空间例如办公室等制冷的空调，空调服只需要提供人体需要的冷量，而不用保持人体周围工作环境的温度，这大大减少了能源消耗。

目前，市场上大多数空调服是采用微型风扇进行强制对流散热，但是当外界温度过高时，其散热效果也很有限，吹出的热风仍然不能让使用者感到凉爽。还有的空调服使用涡流管制冷，但是其压缩空气需要由空压机或气泵产生，限制了其使用范围。另外，有的空调服上设置有冰袋，将其缝于衣服内层，并在贴近人体一侧设置气囊，气囊充气量少时，冰袋靠近人体，所以吸收人体的热量多；气囊充气量大时，隔热性能好，人体吸收热量少，以此方法控制温度。但该制冷方法需要大量冰块，如果工作人员长时间工作，则需要频繁更换冰袋，相当麻烦，这在没有冰箱的地方更是无法使用。

中国专利，公告号CN 202774237，其公开了一种单兵空调，包括电源、液冷背心、微型制冷装置。其制冷系统是由压缩机、平行流冷凝器、毛细管、套管式蒸发器组成。该制冷系统在外界环境超过40℃时，容易发生压缩机排气温度过高，压缩机过热或过压保护，系统不制冷等问题。

中国专利，公告号CN 201591136，其公开了一种水循环半导体空调服，其包括服装本体和空调主机。空调主机主要由换热水盒、水泵、半导体制冷片、散热器以及风机组成，其半导体制冷片紧贴于水盒的外侧，制冷片另一侧粘贴上散热片并由风机强制对流散热。此系统制冷方法结构简单，不使用制冷剂，但其冷却速度和制冷温度通过改变电流大小调节，所以受半导体材料的限制，在大冷量时，其效率比蒸气压缩制冷低很多，且降温速度越快，耗电量越大，蓄电池工作时间将会大大缩短。

中国专利，公布号CN 101849716，其公开了人体微环境控制节能空调服系统，包括恒温气囊、快速插气口、压缩机、凝结器、节流装置、风冷蒸发器、高压送风机等。其制冷主机蒸发器与从高压送风机送来的风进行换热，经过换热后的冷风先进入恒温气囊中，并通过快速插气口流向人体。但该制冷系统流程简单，无过冷或回热过程，故制冷效率低，其插气口为1-50个，故其适合空调主机放在固定位置，冷空气供给多个工作人员，而不适用于人员大范围移动的场合。

中国专利，公告号CN 205161946，其公开了一种穿戴式微型电子空调服，包括衣服本体及安装在衣服本体上的冷热发生装置，该装置包括多片安装在人体穴位处的空调模块以及控制模块和直流电源。其空调模块使用半导体制冷片，通过改变电极的正负端来产生热量或冷量。该专利使用的6－8块半导体制冷片对人体穴位进行冷却，并通过控制模块进行控制，虽然使人体局部产生了凉意，但其制冷范围有限，无法使全身冷却，当外界环境温度高时，其制冷量小，无法满足工作人员的冷负荷要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服已有技术中存在的不足，提供一种用于空调服的制冷系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于空调服的制冷系统，由压缩机、微通道冷凝器、干燥过滤器、控制器、电子膨胀阀、两个板式换热器、毛细管组成，其特征在于：所述压缩机排出的制冷工质进入微通道冷凝器、在微通道冷凝器中制冷剂液化后进入干燥过滤器，然后制冷剂分两路，一路进入电子膨胀阀节流，并在第一板式换热器中蒸发，吸收另一路制冷剂的热量并使其过冷，过冷后的制冷剂经过毛细管节流后进入第二板式蒸发器与水高效换热，制冷剂吸热后蒸发并与来自第一板式换热器的制冷剂混合进入压缩机，完成制冷剂循环；所述第二板式换热器通过微型水泵连接空调服的液冷背心，由液冷背心中的冷水管道在人体表面吸收人体散发热量，通过微型水泵提供水循环的动力，使冷水管道中的水进入板式蒸发器，完成水循环；所述毛细管与板式蒸发器之间设置第一温度传感器，压缩机吸气口处设置第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器分别连接控制器，控制器分别连接电子膨胀阀的调节器、压缩机、冷凝风扇3、微型水泵，所述控制器电子膨胀阀控制压缩机吸气温度，使制冷剂在压缩机1吸气处于饱和蒸气或过热蒸气状态，防止压缩机发生液击而损坏，并且当制冷剂过热度过高时，控制器(5)控制压缩机(1)的转速，用于降低吸气过热度，防止压缩机排气温度过高。

所述液冷背心由三层组成，最外层为防水隔热层，中间为蛇形塑料管道层，内层为透气网布层。

所述毛细管与板式蒸发器之间设置第一温度传感器，压缩机吸气口处设置第二温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器分别连接控制器，控制器连接电子膨胀阀的调节器。

所述第一温度传感器所测温度与所述第二温度传感器所测温度之间的关系应满足：。

一种用于空调服的制冷系统的控制方法，使用第一、二温度传感器分别检测板式蒸发器入口和压缩机吸气口的制冷剂温度参数，通过信号线传输到控制器中，在控制器内算出过热度，使实际的过热度与在控制器内预先设定的过热度相比较，当实际过热度大于或小于设定过热度时，从控制器输出信号至电子膨胀阀的调节器，使电子膨胀阀进行无级开启或闭合动作，自动控制制冷剂在第一板式换热器内的流量，从而实现压缩机吸气口的过热度控制。

本发明的有益效果是：

1、使用板式换热器使部分制冷剂节流并使另一路制冷剂过冷，然后该部分制冷剂吸热后与从蒸发器出来的制冷剂混合，减小了压缩机吸气过热度，降低排气温度，防止润滑剂碳化、变质分解造成压缩机的损坏，使机组在60℃高温环境下可稳定运行。

2、使用电子膨胀阀控制吸气过热度，保证压缩机吸气口温度大于蒸发器入口温度，防止压缩机发生液击，使机组更安全可靠。

3、使用微通道冷凝器和高效板式换热器可使介质之间换热充分，提高了制冷效率。

4、制冷剂与水换热时使用高效板式换热器，使蒸发器的冷量充分传递给冷却水，增强对人体的制冷效果，制冷机组结构也更紧凑。

本发明的空调服能在高温环境下可靠工作，提高了高温环境下工作人员的安全性。坦克乘员、赛车手、重型机车驾驶员处在密闭工间下，高温会使人头晕、头痛、恶心、神志不清，当温度升至41℃以上时，甚至会出现痉挛或昏迷，有生命危险。印度、非洲等地每年高温都会造成一百多人死亡，印度首都新德里出现气温高达43℃的天气，首都旁边城市甚至出现51℃的气温。所以本发明的空调服能在高温环境下工作，保证了工作人员的生命健康。制冷机组结构紧凑，具有很大的应用前景。

附图说明

图1为本发明的用于空调服的制冷系统示意图；

图2为本发明的用于空调服的制冷系统的供电系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种用于空调服的制冷系统，由压缩机1、微通道冷凝器2、干燥过滤器4、控制器5、电子膨胀阀6、第一、二板式换热器7、10以及毛细管8等组成。本发明系统的控制方法是使用第一、二温度传感器9、13分别检测板式蒸发器10入口和压缩机1吸气口的制冷剂温度参数，通过控制器5计算过热度并控制电子膨胀阀6的开度。

压缩机1排出的制冷工质经微通道冷凝器2、干燥过滤器4后分成二路：一路经电子膨胀阀6、第一板式换热器7进入压缩机1的制冷工质进口，第二板式换热器10，另一路经第一板式换热器7、毛细管8进入第二板式换热器10，第二板式换热器10的制冷工质出口连接压缩机1的制冷工质进口，形成制冷剂循环回路；第二板式换热器10通过微型水泵11连接空调服的液冷背心12，由液冷背心12中的冷水管道在人体表面吸收人体散发热量，通过微型水泵11提供水循环的动力，使冷水管道中的水进入第二板式蒸发器10，完成水循环。

毛细管8与板式蒸发器10之间设置第一温度传感器9，压缩机1吸气口处设置第二温度传感器13，第一温度传感器9和第二温度传感器13分别连接控制器5，控制器5分别连接电子膨胀阀6的调节器、压缩机1、冷凝风扇3、微型水泵11.第一温度传感器9所测温度与第二温度传感器13所测温度之间的关系应满足：。

制冷系统的工作流程是微型压缩机1压缩制冷工质成为高温高压蒸气，制冷剂蒸气进入微通道冷凝器2并由冷凝风扇3使其与空气强制对流换热，经过冷凝器2后，制冷剂蒸气变为高压制冷剂液体，然后经过干燥过滤器4过滤掉液体中存在的杂质和水分，防止出现管道堵塞。经过干燥过滤器4后，制冷剂管道分为两路，一路少量制冷剂经过电子膨胀阀6，由于电子膨胀阀6通过调节器的节流作用，使制冷剂变为两相状态并进入第一板式换热器7，并与另一路来的大量制冷剂高效换热，然后该路大量制冷剂被过冷，其从第一板式换热器7对角出口流出并随后进入毛细管8节流，过冷液体经节流降压变为两相的湿蒸气并进入第二板式蒸发器10，第二板式蒸发器10使用板式换热器型式，制冷剂充分吸收水的热量变为低压饱和蒸气并从板式蒸发器10对角出口流出，然后与来自第一板式换热器7的少量制冷剂混合，最后被压缩机1吸入并压缩，完成制冷剂循环。

空调服的水循环是在板式蒸发器10中，水与制冷剂高效换热，并从第二板式蒸发器10对角出口流出，产生的冷水通过软管与液冷背心12连接，液冷背心12由三层组成，最外层为防水隔热层，中间为蛇形塑料管道层，内层为透气网布层，其中软管和塑料管道材料可以为PVC或PU塑料。由于液冷背心12中布满了塑料换热管道，冷水管道在人体表面充分吸收人体散发的热量，然后进入微型水泵11，水泵11提供水循环的动力，使其进入第二板式蒸发器10，完成水循环。

本发明系统的控制方法是使用第一、二温度传感器9、13分别检测板式蒸发器10入口和压缩机1吸气口的制冷剂温度参数，通过控制器5计算过热度并控制电子膨胀阀6的开度。制冷系统的控制方法是使用电子膨胀阀控制压缩机1吸气温度，使制冷剂在压缩机1吸气处于饱和蒸气或过热蒸气状态，防止压缩机1发生液击而损坏。并且当制冷剂过热度过高时，控制器5起作用降低吸气过热度，防止压缩机1排气温度过高。电子膨胀阀6包括控制器5、调节器、第一温度传感器9和第二温度传感13，第二温度传感器13设置在压缩机1吸气口处，第一温度传感器9设置在毛细管8与板式蒸发器10之间。第一、二温度传感器9、13检测两点的温度参数，通过信号线15传输到控制器5中，通过电信号在控制器5内算出过热度，使实际的过热度与在控制器5内预先设定的过热度相比较，当实际过热度大于或小于设定过热度时，从控制器5输出信号至电子膨胀阀6的调节器，使电子膨胀阀6进行无级开启或闭合动作，实现自动控制制冷剂在第一板式换热器7内的流量，从而实现压缩机(1)吸气口的过热度控制。

制冷系统的供电系统，如图2所示，蓄电池16提供24V或48V直流电，通过导线14给控制器5供电，控制器5将直流电转换后分别给压缩机1、冷凝风机3、微型水泵11提供交流电源。第一、二温度传感器9、13通过信号线15将温度电信号传递给控制器5。

本发明研制了一种用于空调服的制冷系统及控制方法，其系统结构紧凑，制冷效果好；其节流前先过冷与蒸发后两路制冷剂混合的方法使压缩机1进气过热度减小，在外界环境60℃时仍能正常工作，使制冷效率提高；其使用微通道冷凝器和第一、二板式换热器7、10，使制冷剂与空气之间、制冷剂之间和制冷剂与水之间的换热更充分，制冷系统工作更稳定；使用电子膨胀阀6控制压缩机1吸气过热度，保护压缩机安全，并使温度控制精度提高，调节范围加大，信号反馈及时，可以获得非常稳定的温度，提高了空调服的舒适性。