一種調節人體溫度的系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及人體溫度調節技術領域，具體涉及一種調節人體溫度的系統及其方法。
【背景技術】
[0002]人體溫度調節系統又稱空調服，其概念最早是由F.H.Green在1958年提出，目的是為了調節太空服內部的溫度，使之適合人體。八十年代至今，空調服快速發展，產生出幾種典型的空調服產品，其中某些產品已批量配備軍隊。空調服產品主要分為三個類型。第一類是基于渦流管制冷原理的非獨立式空調服，需要外部設備提供壓縮空氣才能正常工作。第二類是水循環空調服，依靠水泵把冷水打入到空調服內部的微型管道中進行循環，起到降低體溫的作用。第三類是相變物質空調服，即在空調服內部放入若干低熔點、高潛熱的固態物質，固態物質吸熱融化，達到降溫的目的。
[0003]這三類空調服能夠在一定范圍內滿足人體溫度調節的需求，但存在一些嚴重的缺點:(1)調節能力差。系統缺乏主動調節能力，換熱過程不可控導致人體皮膚過冷或過熱，人體感受變差；(2)使用時間短。三類產品的連續使用時間都不超過4小時，無法應對長期連續工作的情況。(3)某些制冷劑需要滿足低熔點、高潛熱的要求，材料本身含有毒性，對人體和環境有一定危害，環保性較差。
[0004]綜上所述，目前的空調服產品都存在一定缺陷，發展一款集高效、環保于一體的新型空調服成為市場需求。
【發明內容】
[0005]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種調節人體溫度的系統及其方法，具有調節能力強、制冷效果好、使用時間長、綠色環保等特點。
[0006]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是:
[0007]—種調節人體溫度的系統，包括渦流管4，為渦流管4提供壓縮空氣的空壓機2，驅動空壓機2產生壓縮空氣的電池組1，所述渦流管4的冷端6與設置在人體8上的空調服7中的微型管連通，渦流管4的熱端5置于空氣中。
[0008]還包括設置在空壓機2與渦流管4間的儲氣罐3。
[0009]所述儲氣罐3上設置有調節進入渦流管4空氣流量的閥門。
[0010]所述渦流管4的冷端6與空調服7中微型管的噴射口處位置設置熱電偶。
[0011]所述渦流管4的熱端5上設置有調節渦流管4產生冷氣量的閥門。
[0012]所述空調服7中的微型管為蛇行排列。
[0013]上述所述調節人體溫度的系統的調節方法，電池組I驅動空壓機2將空氣壓縮后存儲在儲氣罐3中，儲氣罐3中的壓縮空氣進入渦流管4，渦流管4將壓縮空氣分離成冷氣流和熱氣流；熱空氣從渦流管熱端5排放到環境中，冷氣流從渦流管冷端6流出，進入空調服7的微型管中，冷空氣通過微型管與人體8進行熱交換，最后噴射在人體8受熱敏感區域，完成制冷過程。
[0014]實際應用時先把儲罐3充滿壓縮空氣，等剩余空氣量不足時再啟動空壓機2，達到延長使用時間的目的。
[0015]本發明和現有技術相比，具有如下優點:
[0016]本發明使用壓縮空氣作為制冷劑，對人體和環境沒有危害，環保性高；采用電池組驅動空壓機為渦流管提供壓縮空氣的形式，使用時間延長；渦流管和儲氣罐均可調節冷氣流量，找到最適合人體的溫度，系統整體調節性能優秀；空調服內部采用定點噴射冷氣至人體熱敏感區的方法，冷卻效果好，人體感受舒適。
【附圖說明】
[0017]附圖為本發明系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步的詳細描述。
[0019]如附圖所示，本發明一種調節人體溫度的系統，包括渦流管4，為渦流管4提供壓縮空氣的空壓機2，驅動空壓機2產生壓縮空氣的電池組1，所述渦流管4的冷端6與設置在人體8上的空調服7中的微型管連通，渦流管4的熱端5置于空氣中。
[0020]作為本發明的優選實施方式，該系統還包括設置在空壓機2與渦流管4間的儲氣罐3。進一步地，所述儲氣罐3上設置有調節進入渦流管4空氣流量的閥門。
[0021]作為本發明的優選實施方式，所述渦流管4的冷端6與空調服7中微型管的噴射口處位置設置熱電偶。
[0022]作為本發明的優選實施方式，所述渦流管4的熱端5上設置有調節渦流管4產生冷氣量的閥門。
[0023]作為本發明的優選實施方式，所述空調服7中的微型管為蛇行排列，增大冷卻面積。
[0024]如附圖所示，本發明調節人體溫度的系統的調節方法，電池組I驅動空壓機2將空氣壓縮后(6-8bar)存儲在儲氣罐3中，儲氣罐3中的壓縮空氣進入渦流管4，渦流管4將壓縮空氣分離成冷氣流和熱氣流；熱空氣從渦流管熱端5排放到環境中，冷氣流從渦流管冷端6流出，進入空調服7的微型管中，冷空氣通過微型管與人體8進行熱交換，最后噴射在人體8受熱敏感區域(前胸、后背、腋下，頭部等)，完成制冷過程。
[0025]作為本發明的優選實施方式，實際應用時可以先把儲罐3充滿壓縮空氣，等剩余空氣量不足時再啟動空壓機2，達到延長使用時間的目的。
[0026]以下是本系統關于制冷量的計算過程。研宄表明，人體從事一般活動時(代謝率小于250W)，10ff的制冷量能夠在較長時間內保證人體體溫不高于38°C。所以，10ff的制冷量能夠滿足人體正常需要，一個正常人的體表面積約1.8m2，那么人體制冷所需要的冷量密度為 100W/1.8m2 = 56W/m2。
[0027]從渦流管冷端流出的冷氣溫度是TMld，通過微型管與人體充分換熱后，以T-噴出，則壓縮氣體的能量方程為
[0028]Q = CXmX(Tout-Tcold) (I)
[0029]其中:Q為制冷量(W)，c為空氣的比熱容(kj/kg.K)，m為冷端空氣的質量流量(kg/s)。假設渦流管冷端氣溫是_5°C，即TMld=-5°C，噴出溫度Trat= 15°C。參考溫度取平均值5 °C，空氣比熱容c = 1.003kJ/kg.K，制冷量取100W。把上述數值代入式(1)，得到冷端空氣流量m = 0.005kg/so假設壓縮空氣壓力為0.7MPa(7bars)，則冷端空氣流量為0.00055m3/s,或32.8L/min。上述計算結果表明，冷端輸出的空氣流量32.8L/min (溫度-5°C)即可滿足制冷量要求。
【主權項】
1.一種調節人體溫度的系統，其特征在于:包括渦流管(4)，為渦流管(4)提供壓縮空氣的空壓機(2)，驅動空壓機(2)產生壓縮空氣的電池組(1)，所述渦流管(4)的冷端(6)與設置在人體(8)上的空調服(7)中的微型管連通，渦流管(4)的熱端(5)置于空氣中。
2.根據權利要求1所述的一種調節人體溫度的系統，其特征在于:還包括設置在空壓機⑵與渦流管⑷間的儲氣罐(3)。
3.根據權利要求2所述的一種調節人體溫度的系統，其特征在于:所述儲氣罐(3)上設置有調節進入渦流管(4)空氣流量的閥門。
4.根據權利要求1所述的一種調節人體溫度的系統，其特征在于:所述渦流管(4)的冷端(6)與空調服(7)中微型管的噴射口處位置設置熱電偶。
5.根據權利要求1所述的一種調節人體溫度的系統，其特征在于:所述渦流管(4)的熱端(5)上設置有調節渦流管(4)產生冷氣量的閥門。
6.根據權利要求1所述的一種調節人體溫度的系統，其特征在于:所述空調服(7)中的微型管為蛇行排列。
7.權利要求2所述調節人體溫度的系統的調節方法，其特征在于:電池組(I)驅動空壓機(2)將空氣壓縮后存儲在儲氣罐(3)中，儲氣罐(3)中的壓縮空氣進入渦流管(4)，渦流管(4)將壓縮空氣分離成冷氣流和熱氣流；熱空氣從渦流管熱端(5)排放到環境中，冷氣流從渦流管冷端(6)流出，進入空調服(7)的微型管中，冷空氣通過微型管與人體(8)進行熱交換，最后噴射在人體(8)受熱敏感區域，完成制冷過程。
8.根據權利要求7所述的調節方法，其特征在于:實際應用時先把儲罐(3)充滿壓縮空氣，等剩余空氣量不足時再啟動空壓機(2)，達到延長使用時間的目的。
【專利摘要】一種調節人體溫度的系統及其方法，該系統包括渦流管，為渦流管提供壓縮空氣的空壓機，驅動空壓機產生壓縮空氣的電池組，所述渦流管的冷端與設置在人體上的空調服中的微型管連通，渦流管的熱端置于空氣中；還可以包括設置在空壓機與渦流管間的儲氣罐；其調節方法為：利用渦流管把壓縮空氣分離成冷端的冷空氣和熱端的熱空氣，冷空氣通入空調服中進行制冷，熱空氣從熱端排放到環境中；本發明具有調節能力強、制冷效果好、使用時間長、綠色環保等特點。
【IPC分類】A41D13-005
【公開號】CN104720147
【申請號】CN201510130549
【發明人】孫曉陽
【申請人】中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月24日