用于空調服的制冷系統及控制方法與流程

本發明涉及一種空調制冷系統及控制方法，特別涉及一種用于高溫環境超過60℃的空調服，屬于高溫環境下用于個體防護的降溫系統。

背景技術：

隨著社會的發展，全球變暖問題日益突出，在夏季全國多個城市出現高溫天氣，甚至打破幾十年來的高溫記錄。從事特殊行業的工作人員比如廚師、焊接工人、粉末噴涂工人、煉鋼工人、軍人、交警等，在如此高的環境下工作，人體將產生大量的汗液，如果空氣濕度較高，汗液積聚在人體表面且蒸發緩慢，工作人員會感覺難以忍受，工作效率也會大大降低，嚴重的可能會出現中暑。鑒于此，人們開發了多種用于人體降溫的空調服，其不同于對固定空間例如辦公室等制冷的空調，空調服只需要提供人體需要的冷量，而不用保持人體周圍工作環境的溫度，這大大減少了能源消耗。

目前，市場上大多數空調服是采用微型風扇進行強制對流散熱，但是當外界溫度過高時，其散熱效果也很有限，吹出的熱風仍然不能讓使用者感到涼爽。還有的空調服使用渦流管制冷，但是其壓縮空氣需要由空壓機或氣泵產生，限制了其使用范圍。另外，有的空調服上設置有冰袋，將其縫于衣服內層，并在貼近人體一側設置氣囊，氣囊充氣量少時，冰袋靠近人體，所以吸收人體的熱量多；氣囊充氣量大時，隔熱性能好，人體吸收熱量少，以此方法控制溫度。但該制冷方法需要大量冰塊，如果工作人員長時間工作，則需要頻繁更換冰袋，相當麻煩，這在沒有冰箱的地方更是無法使用。

中國專利，公告號CN 202774237，其公開了一種單兵空調，包括電源、液冷背心、微型制冷裝置。其制冷系統是由壓縮機、平行流冷凝器、毛細管、套管式蒸發器組成。該制冷系統在外界環境超過40℃時，容易發生壓縮機排氣溫度過高，壓縮機過熱或過壓保護，系統不制冷等問題。

中國專利，公告號CN 201591136，其公開了一種水循環半導體空調服，其包括服裝本體和空調主機。空調主機主要由換熱水盒、水泵、半導體制冷片、散熱器以及風機組成，其半導體制冷片緊貼于水盒的外側，制冷片另一側粘貼上散熱片并由風機強制對流散熱。此系統制冷方法結構簡單，不使用制冷劑，但其冷卻速度和制冷溫度通過改變電流大小調節，所以受半導體材料的限制，在大冷量時，其效率比蒸氣壓縮制冷低很多，且降溫速度越快，耗電量越大，蓄電池工作時間將會大大縮短。

中國專利，公布號CN 101849716，其公開了人體微環境控制節能空調服系統，包括恒溫氣囊、快速插氣口、壓縮機、凝結器、節流裝置、風冷蒸發器、高壓送風機等。其制冷主機蒸發器與從高壓送風機送來的風進行換熱，經過換熱后的冷風先進入恒溫氣囊中，并通過快速插氣口流向人體。但該制冷系統流程簡單，無過冷或回熱過程，故制冷效率低，其插氣口為1-50個，故其適合空調主機放在固定位置，冷空氣供給多個工作人員，而不適用于人員大范圍移動的場合。

中國專利，公告號CN 205161946，其公開了一種穿戴式微型電子空調服，包括衣服本體及安裝在衣服本體上的冷熱發生裝置，該裝置包括多片安裝在人體穴位處的空調模塊以及控制模塊和直流電源。其空調模塊使用半導體制冷片，通過改變電極的正負端來產生熱量或冷量。該專利使用的6－8塊半導體制冷片對人體穴位進行冷卻，并通過控制模塊進行控制，雖然使人體局部產生了涼意，但其制冷范圍有限，無法使全身冷卻，當外界環境溫度高時，其制冷量小，無法滿足工作人員的冷負荷要求。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于克服已有技術中存在的不足，提供一種用于空調服的制冷系統及控制方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種用于空調服的制冷系統，由壓縮機、微通道冷凝器、干燥過濾器、控制器、電子膨脹閥、兩個板式換熱器、毛細管組成，其特征在于：所述壓縮機排出的制冷工質進入微通道冷凝器、在微通道冷凝器中制冷劑液化后進入干燥過濾器，然后制冷劑分兩路，一路進入電子膨脹閥節流，并在第一板式換熱器中蒸發，吸收另一路制冷劑的熱量并使其過冷，過冷后的制冷劑經過毛細管節流后進入第二板式蒸發器與水高效換熱，制冷劑吸熱后蒸發并與來自第一板式換熱器的制冷劑混合進入壓縮機，完成制冷劑循環；所述第二板式換熱器通過微型水泵連接空調服的液冷背心，由液冷背心中的冷水管道在人體表面吸收人體散發熱量，通過微型水泵提供水循環的動力，使冷水管道中的水進入板式蒸發器，完成水循環；所述毛細管與板式蒸發器之間設置第一溫度傳感器，壓縮機吸氣口處設置第二溫度傳感器，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別連接控制器，控制器分別連接電子膨脹閥的調節器、壓縮機、冷凝風扇3、微型水泵，所述控制器電子膨脹閥控制壓縮機吸氣溫度，使制冷劑在壓縮機1吸氣處于飽和蒸氣或過熱蒸氣狀態，防止壓縮機發生液擊而損壞，并且當制冷劑過熱度過高時，控制器(5)控制壓縮機(1)的轉速，用于降低吸氣過熱度，防止壓縮機排氣溫度過高。

所述液冷背心由三層組成，最外層為防水隔熱層，中間為蛇形塑料管道層，內層為透氣網布層。

所述毛細管與板式蒸發器之間設置第一溫度傳感器，壓縮機吸氣口處設置第二溫度傳感器，第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別連接控制器，控制器連接電子膨脹閥的調節器。

所述第一溫度傳感器所測溫度與所述第二溫度傳感器所測溫度之間的關系應滿足：。

一種用于空調服的制冷系統的控制方法，使用第一、二溫度傳感器分別檢測板式蒸發器入口和壓縮機吸氣口的制冷劑溫度參數，通過信號線傳輸到控制器中，在控制器內算出過熱度，使實際的過熱度與在控制器內預先設定的過熱度相比較，當實際過熱度大于或小于設定過熱度時，從控制器輸出信號至電子膨脹閥的調節器，使電子膨脹閥進行無級開啟或閉合動作，自動控制制冷劑在第一板式換熱器內的流量，從而實現壓縮機吸氣口的過熱度控制。

本發明的有益效果是：

1、使用板式換熱器使部分制冷劑節流并使另一路制冷劑過冷，然后該部分制冷劑吸熱后與從蒸發器出來的制冷劑混合，減小了壓縮機吸氣過熱度，降低排氣溫度，防止潤滑劑碳化、變質分解造成壓縮機的損壞，使機組在60℃高溫環境下可穩定運行。

2、使用電子膨脹閥控制吸氣過熱度，保證壓縮機吸氣口溫度大于蒸發器入口溫度，防止壓縮機發生液擊，使機組更安全可靠。

3、使用微通道冷凝器和高效板式換熱器可使介質之間換熱充分，提高了制冷效率。

4、制冷劑與水換熱時使用高效板式換熱器，使蒸發器的冷量充分傳遞給冷卻水，增強對人體的制冷效果，制冷機組結構也更緊湊。

本發明的空調服能在高溫環境下可靠工作，提高了高溫環境下工作人員的安全性。坦克乘員、賽車手、重型機車駕駛員處在密閉工間下，高溫會使人頭暈、頭痛、惡心、神志不清，當溫度升至41℃以上時，甚至會出現痙攣或昏迷，有生命危險。印度、非洲等地每年高溫都會造成一百多人死亡，印度首都新德里出現氣溫高達43℃的天氣，首都旁邊城市甚至出現51℃的氣溫。所以本發明的空調服能在高溫環境下工作，保證了工作人員的生命健康。制冷機組結構緊湊，具有很大的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的用于空調服的制冷系統示意圖；

圖2為本發明的用于空調服的制冷系統的供電系統示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。

如圖1所示，一種用于空調服的制冷系統，由壓縮機1、微通道冷凝器2、干燥過濾器4、控制器5、電子膨脹閥6、第一、二板式換熱器7、10以及毛細管8等組成。本發明系統的控制方法是使用第一、二溫度傳感器9、13分別檢測板式蒸發器10入口和壓縮機1吸氣口的制冷劑溫度參數，通過控制器5計算過熱度并控制電子膨脹閥6的開度。

壓縮機1排出的制冷工質經微通道冷凝器2、干燥過濾器4后分成二路：一路經電子膨脹閥6、第一板式換熱器7進入壓縮機1的制冷工質進口，第二板式換熱器10，另一路經第一板式換熱器7、毛細管8進入第二板式換熱器10，第二板式換熱器10的制冷工質出口連接壓縮機1的制冷工質進口，形成制冷劑循環回路；第二板式換熱器10通過微型水泵11連接空調服的液冷背心12，由液冷背心12中的冷水管道在人體表面吸收人體散發熱量，通過微型水泵11提供水循環的動力，使冷水管道中的水進入第二板式蒸發器10，完成水循環。

毛細管8與板式蒸發器10之間設置第一溫度傳感器9，壓縮機1吸氣口處設置第二溫度傳感器13，第一溫度傳感器9和第二溫度傳感器13分別連接控制器5，控制器5分別連接電子膨脹閥6的調節器、壓縮機1、冷凝風扇3、微型水泵11.第一溫度傳感器9所測溫度與第二溫度傳感器13所測溫度之間的關系應滿足：。

制冷系統的工作流程是微型壓縮機1壓縮制冷工質成為高溫高壓蒸氣，制冷劑蒸氣進入微通道冷凝器2并由冷凝風扇3使其與空氣強制對流換熱，經過冷凝器2后，制冷劑蒸氣變為高壓制冷劑液體，然后經過干燥過濾器4過濾掉液體中存在的雜質和水分，防止出現管道堵塞。經過干燥過濾器4后，制冷劑管道分為兩路，一路少量制冷劑經過電子膨脹閥6，由于電子膨脹閥6通過調節器的節流作用，使制冷劑變為兩相狀態并進入第一板式換熱器7，并與另一路來的大量制冷劑高效換熱，然后該路大量制冷劑被過冷，其從第一板式換熱器7對角出口流出并隨后進入毛細管8節流，過冷液體經節流降壓變為兩相的濕蒸氣并進入第二板式蒸發器10，第二板式蒸發器10使用板式換熱器型式，制冷劑充分吸收水的熱量變為低壓飽和蒸氣并從板式蒸發器10對角出口流出，然后與來自第一板式換熱器7的少量制冷劑混合，最后被壓縮機1吸入并壓縮，完成制冷劑循環。

空調服的水循環是在板式蒸發器10中，水與制冷劑高效換熱，并從第二板式蒸發器10對角出口流出，產生的冷水通過軟管與液冷背心12連接，液冷背心12由三層組成，最外層為防水隔熱層，中間為蛇形塑料管道層，內層為透氣網布層，其中軟管和塑料管道材料可以為PVC或PU塑料。由于液冷背心12中布滿了塑料換熱管道，冷水管道在人體表面充分吸收人體散發的熱量，然后進入微型水泵11，水泵11提供水循環的動力，使其進入第二板式蒸發器10，完成水循環。

本發明系統的控制方法是使用第一、二溫度傳感器9、13分別檢測板式蒸發器10入口和壓縮機1吸氣口的制冷劑溫度參數，通過控制器5計算過熱度并控制電子膨脹閥6的開度。制冷系統的控制方法是使用電子膨脹閥控制壓縮機1吸氣溫度，使制冷劑在壓縮機1吸氣處于飽和蒸氣或過熱蒸氣狀態，防止壓縮機1發生液擊而損壞。并且當制冷劑過熱度過高時，控制器5起作用降低吸氣過熱度，防止壓縮機1排氣溫度過高。電子膨脹閥6包括控制器5、調節器、第一溫度傳感器9和第二溫度傳感13，第二溫度傳感器13設置在壓縮機1吸氣口處，第一溫度傳感器9設置在毛細管8與板式蒸發器10之間。第一、二溫度傳感器9、13檢測兩點的溫度參數，通過信號線15傳輸到控制器5中，通過電信號在控制器5內算出過熱度，使實際的過熱度與在控制器5內預先設定的過熱度相比較，當實際過熱度大于或小于設定過熱度時，從控制器5輸出信號至電子膨脹閥6的調節器，使電子膨脹閥6進行無級開啟或閉合動作，實現自動控制制冷劑在第一板式換熱器7內的流量，從而實現壓縮機(1)吸氣口的過熱度控制。

制冷系統的供電系統，如圖2所示，蓄電池16提供24V或48V直流電，通過導線14給控制器5供電，控制器5將直流電轉換后分別給壓縮機1、冷凝風機3、微型水泵11提供交流電源。第一、二溫度傳感器9、13通過信號線15將溫度電信號傳遞給控制器5。

本發明研制了一種用于空調服的制冷系統及控制方法，其系統結構緊湊，制冷效果好；其節流前先過冷與蒸發后兩路制冷劑混合的方法使壓縮機1進氣過熱度減小，在外界環境60℃時仍能正常工作，使制冷效率提高；其使用微通道冷凝器和第一、二板式換熱器7、10，使制冷劑與空氣之間、制冷劑之間和制冷劑與水之間的換熱更充分，制冷系統工作更穩定；使用電子膨脹閥6控制壓縮機1吸氣過熱度，保護壓縮機安全，并使溫度控制精度提高，調節范圍加大，信號反饋及時，可以獲得非常穩定的溫度，提高了空調服的舒適性。