一种软管液体循环变温服使用的制冷系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及特种功能服装中的软管液体循环变温服技术领域，具体为一种软管液体循环变温服使用的制冷系统。


背景技术：

[0002]
目前，公知的软管液体循环变温服是特种功能服装的一种，不同于消防人员穿着的绝热防护服，软管液体循环变温服具备自主调节温度的功能，主要为在高温环境、剧烈温度变化环境下工作的人员提供体温保护的功能，防止体力不支、体温失衡、热射病、脏器衰竭等严重状况的发生。高温不仅更为普遍，而且对人体的伤害远远大于同等幅度的低温对人体的伤害，所以在软管液体循环变温服中制冷能力极为关键，甚至多数变温服仅需要提供制冷功能即可。目前，常常遭遇的使用环境对液体循环变温服的制冷功能提出了体积小、重量轻、工作时间长、制冷功率大的严苛要求，这是常规冷源及控制系统难以达到的。目前，常见的冷源主要有风冷换热器、半导体制冷单元、微型压缩机制冷单元；其中风冷换热器制冷功率很小，适用环境范围很窄，难以适应高温环境工作；半导体制冷单元和微型压缩机制冷单元可提供有效可控的制冷量，但其都有体积大、重量大、成本高、耗电高、难以携带的缺陷。液体的比热容大、冰块融化时的潜热也极为可观，因此冰块冷源单位体积的储冷量很大，加之其重量小、成本低，是移动便携的软管液体循环变温服良好的冷源选择，但是冰块作为冷源时具有释放速度过快、容易碎裂堵塞管道、制冷功率难以控制的难题。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型所要解决的技术问题在于使用冰块做为软管液体循环变温服的冷源时，冰块快速融化、碎裂、难以控制制冷功率的问题，本发明提出一种具有缓慢释放和定量控能功能的制冷系统，所述的制冷系统具备体积小、重量轻、工作时间长、制冷功率大、制冷功率定量可调的特点。
[0004]
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]
一种软管液体循环变温服使用的制冷系统，系统由冷源模块、定量释放模块和控制模块组成，各模块通过外部循环管路组成一个封闭的循环系统；所述冷源模块由储冰箱、储冰瓶和预置于储冰瓶内部的凝结冰构成，所述凝结冰由不同冰点的液体冻结而成，所述冷源模块工作时所述储冰瓶内部填装所述凝结冰放置于所述储冰箱中作为冷源，循环液体流经储冰箱与储冰瓶之间的循环空间，与所述储冰瓶外壁对流换热完成降温后泵出至变温服上的液体循环软管实现系统制冷，所述储冰瓶对预置于所述储冰瓶内部的所述凝结冰实现的隔热释放和定温释放是系统实现缓慢释放和定量控制的基础；所述定量释放模块由经过内部容积控制的变温服上的液体循环软管和带有固定功能的管路连接器构成，通过控制所述变温服上的液体循环软管容积的方式获得单次冲击时最大制冷量和制冷量衰减数据，以此作为系统实现定量控制的另一基础；所述控制模块由温度控制器、传感器、循环泵和止回阀构成，所述温度控制器由主控模块和电源构成，所述主控模块、传感器和循环泵由所述
电源供电，所述主控模块通过控制线路与所述循环泵连接，所述主控模块通过传感器线路与所述传感器连接，系统工作时，所述循环泵配合所述止回阀实现循环管路的间断冲击效果，所述主控模块根据所述传感器传送的数据和人工指令对所述循环泵实施启停控制，通过启停控制的频率实现系统的完整缓慢释放和定量控制。
[0006]
进一步地，所述储冰瓶为一种薄壁密封容器，系统工作后所述储冰瓶内部的凝结冰缓慢融化形成一层融化液体，所述融化液体将冰块与所述储冰瓶内壁隔离，由于液体的热阻大，会起到缓慢释放的效果；由于液体包裹着冰块，其温度也会稳定在稍高于临界温度之上的区间，起到定温释放的效果，缓慢释放和定温释放是控制系统实现定量控制的基础，即使用所述储冰瓶隔离冰块作为冷源是系统控制的基础。
[0007]
进一步地，通过分析所述冷源模块稳定工作后的循环液输出温度、循环液密度、循环液比热容数据，确定所述变温服上的液体循环软管容积和所述变温服上的液体循环软管与人体的有效接触面积，以此可获得单次驻留在所述变温服上的液体循环软管液体所提供的制冷量数据；由于驻留液体会不断与人体换热升温，其制冷量会不断衰减，后续控制时最大制冷量即为持续接通循环状态；所述系统的安全控制为单次驻留液体的最大制冷量不足以大幅度改变人体体温和造成严重不适感。
[0008]
进一步地，所述温度控制器的工作是由所述主控模块控制所述循环泵启停，由所述止回阀截停回流并确保循环液驻留在所述变温服上的液体循环软管内部管路中，以此实现循环系统的冲击。
[0009]
进一步地，所述储冰箱具备保温功能，所述储冰瓶工作时放置在所述储冰箱内部，所述储冰箱与所述储冰瓶之间的空间是所述制冷系统液体循环的空间，所述制冷系统工作时循环液体不断冲刷所述储冰瓶外壁实施对流换热给循环液体降温。
[0010]
定量释放模块由变温服内部管路、管路连接器、外部连通管路构成，该模块主要通过控制变温服内部管路容积确认单次冲击的可释放最大制冷量。
[0011]
公式为：
[0012][0013]
其中，单次冲击的最大制冷量为qs、循环液输出温度t
c
、人体健康温度t
b
、循环液密度ρ、循环液比热容c、变温服内部管路容积v、变温服内部管路的内径r
i
、变温服内部管路的外径r
o
、变温服内部管路的总长度l
o
(r
o-r
i
)/2即为循环管路的壁厚，确认变温服内部管路容积v后，变温服内部管路的外径r
o
和变温服内部管路的总长度l即可通过系统优化调整获得，由此，变温服内部管路和人体之间的换热效率即可通过测试数据获得。低于人体温度的循环液体进入变温服内部管路后会与人体皮肤实现换热，换热后的循环液体温度逐渐上升，随着温度的上升制冷功率会逐渐下降，当循环液体温度等同人体温度时，制冷功率降为零，这个过程中的换热总量即为单次冲击的可释放最大制冷量q
s
。
[0014]
由于人体皮肤和皮下组织的比热容较高，因此相对较短时间内的制冷量衰减变化可缓冲为平均的制冷的功率，由此可将控制模块的控制方式表述为：
[0015]
单次冲击的最大制冷量为q
s
，单次冲击截止时的总制冷量q
e
，单次冲击开始时的制冷功率p
b
，单次冲击截止时的制冷功率p
e
，循环液体在变温服内部管路中的驻留时间t,dp
·
dt表示q
e
相对于t的微分。
[0016]
最大制冷功率时，持续接通循环泵，变温服内部管路的循环液一直持续最低的温度，可提供最大的制冷功率，此时单次冲击开始时的制冷功率p
b
就是最大制冷功率。
[0017]
最小制冷功率时，尽可能延长循环液在变温服内部管路的驻留时间，直至功率将至0时结束，这个过程的平均值即为系统可控的最小制冷功率，关停或暂停系统实现的更小功率不属于可持续控制功率。过程表述为：
[0018][0019]
单次冲击的最大制冷量q
s
[0020]
q
s
/t＝最小制冷功率
[0021]
中间功率控制时：
[0022][0023]
单次冲击截止时的总制冷量q
e
[0024]
q
e
/t＝定量控制制冷功率，针对每一个时间截止的单次冲击截止时的制冷功率p
e
和对应单次冲击截止时的总制冷量q
e
的准确数值可根据系统设定通过测试获得。单次冲击的最大制冷量q
s
的确定原则为全部导入人体的情况下能有效压制人体代谢热量又不足以大幅改变人体温度，造成健康风险。控制模块由主控装置、传感器、循环泵、止回阀、电源构成，系统中的变温服内部管路、管路连接器、外部连通管路、循环泵、止回阀、储冰箱连通成一个封闭的液体循环装置；储冰瓶在系统中起到缓慢释放和定温释放效果；定量释放模块主要是通过控制软管液体循环变温服内部管路容积的方式获得单次冲击时最大制冷量和制冷量衰减数据；控制模块主要是通过预先设定程序、传感器数据、人工输入指令来控制水泵的启停，通过控制循环冲击的强度来控制制冷量，以此实现系统以冰块作为冷源时的缓慢释放和定量控制。
[0025]
与现有技术相比，本实用新型具备以下有益效果：
[0026]
1、解决了凝结冰作为软管液体循环变温服冷源使用时的系统集成和控制难题。
[0027]
2、使用此系统的软管液体循环变温服构型简单、使用方便、重量轻、便携性好。
[0028]
3、使用此系统的软管液体循环变温服持续制冷功率大，持续制冷时间长，控温准确，能够提供良好的温度防护能力。
[0029]
4、使用此系统的软管液体循环变温服使用时无需开孔、排热，可以完美的在医学防护服、消防防护服内使用。
附图说明
[0030]
图1为本实用新型整体结构示意图；
[0031]
图2为本实用新型并行循环结构的示意图。
[0032]
其中，1-软管液体循环变温服，2-变温服上的液体循环软管，3-功能袋，4-粘扣带，5-束缚带，6-带有固定功能的管路连接器，7-外部循环管路，8-止回阀，9-循环泵，10-储冰箱，11-储冰瓶，12-储冰箱与储冰瓶之间的循环空间，13-凝结冰，14-控制线路，15-传感器，16-传感器线路，17-温度控制器，18-主控模块，19-电源。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：
[0034]
需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0035]
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0036]
一种软管液体循环变温服使用的制冷系统，系统由冷源模块、定量释放模块和控制模块组成，各模块通过外部循环管路7组成一个封闭的循环系统；所述冷源模块由储冰箱10、储冰瓶11和预置于储冰瓶11内部的凝结冰13构成，所述凝结冰13由不同冰点的液体冻结而成，所述冷源模块工作时所述储冰瓶11内部填装所述凝结冰13放置于所述储冰箱10中作为冷源，循环液体流经储冰箱与储冰瓶之间的循环空间12，与所述储冰瓶11外壁对流换热完成降温后泵出至变温服上的液体循环软管2实现系统制冷，所述储冰瓶11对预置于所述储冰瓶内部的所述凝结冰13实现的隔热释放和定温释放是系统实现缓慢释放和定量控制的基础；所述定量释放模块由经过内部容积控制的变温服上的液体循环软管2和带有固定功能的管路连接器6构成，通过控制所述变温服上的液体循环软管2容积的方式获得单次冲击时最大制冷量和制冷量衰减数据，以此作为系统实现定量控制的另一基础；所述控制模块由温度控制器17、传感器15、循环泵9和止回阀8构成，所述温度控制器17由主控模块18和电源19构成，所述主控模块18、传感器15和循环泵9由所述电源19供电，所述主控模块18通过控制线路14与所述循环泵9连接，所述主控模块18通过传感器线路16与所述传感器15连接，系统工作时，所述循环泵9配合所述止回阀8实现循环管路的间断冲击效果，所述主控模块18根据所述传感器15传送的数据和人工指令对所述循环泵9实施启停控制，通过启停控制的频率实现系统的完整缓慢释放和定量控制。
[0037]
具体而言，所述变温服上的液体循环软管2设置在软管液体循环变温服1内壁上，所述软管液体循环变温服1上还设有功能袋3、粘扣带4和束线带5，所述功能袋3位于所述软管液体循环变温服1外表面左侧胸部处，所述束线带5位于所述软管液体循环变温服1中央处，所述束线带5下部左右两侧对称设有所述粘扣带4。
[0038]
具体而言，所述传感器15位于所述软管液体循环变温服1外表面左侧胸部下方。
[0039]
具体而言，所述储冰瓶11为一种薄壁密封容器，系统工作后所述储冰瓶11内部的凝结冰13缓慢融化形成一层融化液体，所述融化液体将冰块与所述储冰瓶11内壁隔离，由于液体的热阻大，会起到缓慢释放的效果；由于液体包裹着冰块，其温度也会稳定在稍高于临界温度之上的区间，起到定温释放的效果，缓慢释放和定温释放是控制系统实现定量控制的基础，即使用所述储冰瓶11隔离冰块作为冷源是系统控制的基础。
[0040]
具体而言，通过分析所述冷源模块稳定工作后的循环液输出温度、循环液密度、循环液比热容数据，确定所述变温服上的液体循环软管2容积和所述变温服上的液体循环软管2与人体的有效接触面积，以此可获得单次驻留在所述变温服上的液体循环软管2液体所
提供的制冷量数据；由于驻留液体会不断与人体换热升温，其制冷量会不断衰减，后续控制时最大制冷量即为持续接通循环状态；所述系统的安全控制为单次驻留液体的最大制冷量不足以大幅度改变人体体温和造成严重不适感。
[0041]
具体而言，所述温度控制器17的工作是由所述主控模块18控制所述循环泵9启停，由所述止回阀8截停回流并确保循环液驻留在所述变温服上的液体循环软管2内部管路中，以此实现循环系统的冲击。
[0042]
具体而言，所述储冰箱10具备保温功能，所述储冰瓶11工作时放置在所述储冰箱内部，所述储冰箱10与所述储冰瓶11之间的空间是所述制冷系统液体循环的空间，所述制冷系统工作时循环液体不断冲刷所述储冰瓶11外壁实施对流换热给循环液体降温。
[0043]
定量释放模块由变温服内部管路、管路连接器、外部连通管路构成，该模块主要通过控制变温服内部管路容积确认单次冲击的可释放最大制冷量。
[0044]
公式为：
[0045][0046]
其中，单次冲击的最大制冷量为q
s
、循环液输出温度t
c
、人体健康温度t
b
、循环液密度ρ、循环液比热容c、变温服内部管路容积v、变温服内部管路的内径r
i
、变温服内部管路的外径r
o
、变温服内部管路的总长度l
o
(ro-ri)/2即为循环管路的壁厚，确认变温服内部管路容积v后，变温服内部管路的外径r
o
和变温服内部管路的总长度l即可通过系统优化调整获得，由此，变温服内部管路和人体之间的换热效率即可通过测试数据获得。低于人体温度的循环液体进入变温服内部管路后会与人体皮肤实现换热，换热后的循环液体温度逐渐上升，随着温度的上升制冷功率会逐渐下降，当循环液体温度等同人体温度时，制冷功率降为零，这个过程中的换热总量即为单次冲击的可释放最大制冷量q
s
。
[0047]
由于人体皮肤和皮下组织的比热容较高，因此相对较短时间内的制冷量衰减变化可缓冲为平均的制冷的功率，由此可将控制模块的控制方式表述为：
[0048]
单次冲击的最大制冷量为q
s
，单次冲击截止时的总制冷量q
e
，单次冲击开始时的制冷功率p
b
，单次冲击截止时的制冷功率p
e
，循环液体在变温服内部管路中的驻留时间t,dp
·
dt表示qe相对于t的微分。
[0049]
最大制冷功率时，持续接通循环泵，变温服内部管路的循环液一直持续最低的温度，可提供最大的制冷功率，此时单次冲击开始时的制冷功率p
b
就是最大制冷功率。
[0050]
最小制冷功率时，尽可能延长循环液在变温服内部管路的驻留时间，直至功率将至0时结束，这个过程的平均值即为系统可控的最小制冷功率，关停或暂停系统实现的更小功率不属于可持续控制功率。过程表述为：
[0051][0052]
单次冲击的最大制冷量q
s
[0053]
q
s
/t＝最小制冷功率
[0054]
中间功率控制时：
[0055][0056]
单次冲击截止时的总制冷量q
e
[0057]
q
e
/t＝定量控制制冷功率，针对每一个时间截止的单次冲击截止时的制冷功率p
e
和对应单次冲击截止时的总制冷量q
e
的准确数值可根据系统设定通过测试获得。单次冲击的最大制冷量q
s
的确定原则为全部导入人体的情况下能有效压制人体代谢热量又不足以大幅改变人体温度，造成健康风险。控制模块由主控装置、传感器、循环泵、止回阀、电源构成，系统中的变温服内部管路、管路连接器、外部连通管路、循环泵、止回阀、储冰箱连通成一个封闭的液体循环装置；储冰瓶在系统中起到缓慢释放和定温释放效果；定量释放模块主要是通过控制软管液体循环变温服内部管路容积的方式获得单次冲击时最大制冷量和制冷量衰减数据；控制模块主要是通过预先设定程序、传感器数据、人工输入指令来控制水泵的启停，通过控制循环冲击的强度来控制制冷量，以此实现系统以冰块作为冷源时的缓慢释放和定量控制。
[0058]
参见图1，图1介绍了本实用新型整体结构，系统由冷源模块、定量释放模块和控制模块组成，各模块通过外部循环管路7组成一个封闭的循环系统；所述冷源模块由储冰箱10、储冰瓶11和预置于储冰瓶11内部的凝结冰13构成，所述凝结冰13由不同冰点的液体冻结而成，所述冷源模块工作时所述储冰瓶11内部填装所述凝结冰13放置于所述储冰箱10中作为冷源，循环液体流经储冰箱与储冰瓶之间的循环空间12，与所述储冰瓶11外壁对流换热完成降温后泵出至变温服上的液体循环软管2实现系统制冷，所述储冰瓶11对预置于所述储冰瓶内部的所述凝结冰13实现的隔热释放和定温释放是系统实现缓慢释放和定量控制的基础；所述定量释放模块由经过内部容积控制的变温服上的液体循环软管2和带有固定功能的管路连接器6构成，通过控制所述变温服上的液体循环软管2容积的方式获得单次冲击时最大制冷量和制冷量衰减数据，以此作为系统实现定量控制的另一基础；所述控制模块由温度控制器17、传感器15、循环泵9和止回阀8构成，所述温度控制器17由主控模块18和电源19构成，所述主控模块18、传感器15和循环泵9由所述电源19供电，所述主控模块18通过控制线路14与所述循环泵9连接，所述主控模块18通过传感器线路16与所述传感器15连接，系统工作时，所述循环泵9配合所述止回阀8实现循环管路的间断冲击效果，所述主控模块18根据所述传感器15传送的数据，发送人工指令对所述循环泵9实施启停控制，通过启停控制的频率实现系统的完整缓慢释放和定量控制。
[0059]
实施例1
[0060]
参见图2，本实用新型的另一种并行循环结构，通过再增加一套定量释放模块，两个定量释放模块并行排列共用冷源模块和控制模块组成。此种并行循环结构，能够更加迅速的达到预期效果。
[0061]
上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
[0062]
不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。