一种面向户外作业防护服的制冷装置及防护服

本发明涉及室外防护服领域，特别涉及一种基于阵列温度采集和露点蒸发冷却的户外作业防护服的制冷装置及防护服。

背景技术：

1、防护服的使用领域较广，在传染性疾病诊治、消防人员灭火作业、电力工人进行户外生产工作等情况下均需要穿着防护服，用于防御物理、化学和生物外界因素伤害。防护服可以有效保护医务工作者，防止发生新冠病毒感染等传染性疾病的传播。目前主要的防护服材质分别有：聚丙烯纺粘布，聚酯纤维与木浆复合的水刺布，聚丙烯纺粘/熔喷/纺粘复合非织造布，高聚物涂层织物，聚乙烯透气膜/非织造布复合布，这些材料密闭性好，但是舒适性差，尤其在户外炎热环境下密闭不透气，短时间就会造成穿戴防护服的工作人员出现大汗、憋闷等身体不适，长时间可能造成身体损伤并影响正常工作。且目前防护服内的温湿度无法监测，防护服内温湿度过高，严重时会导致工作人员出现中暑、晕厥等危害身体健康的情况发生。

2、为了解决以上问题，现有技术中存在以下两种方案：1、在防护服中设置冰盒和小风扇进行降温；2、防护服连接空调，采用外部空调设备正压降温。以上的两种方法中，采用冰盒加小风扇的方案存在产品仅进行冰块和风扇降温，冰块融化较快、早期温度过低，冰融化后防护服内温度又会快速升高，防护服内温度无法稳定造成舒适感下降，且无法进行防护服内的汗液处理，可能存在湿度较高，且风扇电池供电持续时间有限，不宜用于户外长时间作业。且防护服内的温、湿度无法监测，防护服内温、湿度过高，仍会出现穿着防护服的工作人员身体不适、中暑、晕厥等情况发生。而采用连接空调的方案因存在防护服连接管线较多，且需要额外设备，仅仅适合固定点位的工作人员使用，对于户外作业活动范围较大的工作人员而言，并不具有适用性。

技术实现思路

1、为了解决传统防护服制冷的技术问题，本发明提供一种基于露点蒸发冷却的制冷装置及防护服，可有效替代现有防护服制冷装置。

2、为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种面向户外作业防护服的制冷装置，包括：温度传感模块，包括阵列温度传感器和控制器，所述阵列传感器设置在防护服的多个部位，用于收集人体多个部位的体温信息，实时反馈温度信息供控制器调节风机转速和分配冷气流量；冷源模块，包括基于露点蒸发冷却原理的制冷组件和空气循环组件，用于产生防护服制冷所需冷气和提供冷气输运的分配；能源供应模块，包括可穿戴式太阳能柔性材料和蓄电池组件，用于温度传感模块和冷源模块的供能。

3、作为优选的一种技术方案，所述阵列温度传感器依据人体特征在防护服的头部、躯干和四肢部位按照人体拓扑阵列布置，将采集到的温度信息传递给控制器，控制器根据所述温度信息确定人体热平衡温度。

4、作为优选的一种技术方案，所述控制器根据以下计算公式确定人体热平衡温度：

5、核心层：

6、

7、肌肉层：

8、

9、脂肪层：

10、

11、皮肤层：

12、

13、中枢血液：

14、

15、式中，c(i,1)是节点(i,j)的热容，t(i,j)是其温度，是皮肤表面显式换热量，e(i)是皮肤表面的蒸发热损失，下标“i”(1-17)表示段号，“j”(1-4)表示层划分；q(i,j)是产热率，它是由基础代谢率qb(i,j)和外功w(i,j)的组合，如式(6)所述：

16、q(i,j)＝qb(i,j)+w(i,j)                                        (6)

17、b(i,2)是每个节点和中央血液室之间的热交换率，用式(7)和式(8)表示：

18、b(i,j)＝aρcbf(i,j)(t(i,j)-t(65))                              (7)

19、

20、d(i,j)是通过传导进行的热交换，如式(9)所示

21、d(i,j)＝cd(i,j)(t(i,j)-t(i,j+1))                           (9)

22、假设呼吸引起的热量损失仅发生在胸段节点(3，1)的核心层，由式(10)表示：

23、

24、式中，ta(1)和pa(1)分别是头部的空气温度和蒸汽压。

25、作为优选的一种技术方案，所述的阵列温度传感器作为信号输入源和所述的冷气源模块作为执行器，通过单片机微控制器实现温度监测、制冷量调节和冷气流量分配。

26、作为优选的一种技术方案，所述冷源模块包括湿通道和干通道，传热隔板和保温材料将湿通道和干通道分隔开并平行排列，吸水性材料布置于湿通道内，新风通过干热空气入口进入干通道预冷，部分一次空气进入湿通道蒸发冷却成为二次空气，在湿通道的多个位置处的二次空气以不同的基准温度进行绝热加湿，同时吸收干通道中的一次空气热量，进一步降低干通道中一次空气温度，经过多次叠加，最终一次空气温度降至低于入口空气温度，一次空气等湿降温，直至接近露点温度。

27、作为优选的一种技术方案，所述干通道的出口连接有冷气输送软管，所述冷气输送软管延伸到防护服的各个部位并设置有多个出风口。

28、作为优选的一种技术方案，干通道的出口连接有风机循环组件，风机循环组件的出风口与冷气输送软管连通。

29、作为优选的一种技术方案，所述制冷装置的供能模块由柔性太阳能电池和蓄电池组合供电。

30、作为优选的一种技术方案，所述柔性太阳能电池贴敷防护服表面。

31、另一方面，本发明还提供一种防护服，包括上述任意一技术方案记载的制冷装置。

32、本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供的制冷装置可根据人体不同部位温度传感信号综合分析来调节制冷量，可在保障人体温度在允许范围内有效控制风机功耗，从而实现最小能耗情况下的温度调控，同时依据基于中国人体生理参数修正的多节点人体热调节模型可更加精准的调控体表温度，提高人员的舒适性；另外，露点蒸发冷却装置仅利用蒸发冷却原理，无需压缩机等高能耗设备，可方便设备在户外环境中使用，同时特殊的露点蒸发冷却原理拥有较高制冷效率，可提高装置的紧凑型便于同户外防护服匹配；本装置也采用太阳能和蓄电池耦合供电的方式，提高了制冷设备对户外环境的适用性，本发明装置可有效提升户外防护服的温度调控能力，提高穿戴防护服人员的舒适性，便于户外环境作业。

技术特征：

1.一种面向户外作业防护服的制冷装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：所述阵列温度传感器依据人体特征在防护服的头部、躯干和四肢部位按照人体拓扑阵列布置，将采集到的温度信息传递给控制器，控制器根据所述温度信息确定人体热平衡温度。

3.根据权力要求2所述的控制装置，其特征在于，所述控制器根据以下计算公式确定人体热平衡温度：

4.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：所述的阵列温度传感器作为信号输入源和所述的冷气源模块作为执行器，通过单片机微控制器实现温度监测、制冷量调节和冷气流量分配。

5.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：所述冷源模块包括湿通道和干通道，传热隔板和保温材料将湿通道和干通道分隔开并平行排列，吸水性材料布置于湿通道内，新风通过干热空气入口进入干通道预冷，部分一次空气进入湿通道蒸发冷却成为二次空气，在湿通道的多个位置处的二次空气以不同的基准温度进行绝热加湿，同时吸收干通道中的一次空气热量，进一步降低干通道中一次空气温度，经过多次叠加，最终一次空气温度降至低于入口空气温度，一次空气等湿降温，直至接近露点温度。

6.根据权利要求5所述的制冷装置，其特征在于：所述干通道的出口连接有冷气输送软管，所述冷气输送软管延伸到防护服的各个部位并设置有多个出风口。

7.根据权利要求6所述的制冷装置，其特征在于：干通道的出口连接有风机循环组件，风机循环组件的出风口与冷气输送软管连通。

8.根据权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：所述制冷装置的供能模块由柔性太阳能电池和蓄电池组合供电。

9.根据权利要求8所述的制冷装置，其特征在于：所述柔性太阳能电池贴敷防护服表面。

10.一种防护服，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的制冷装置。

技术总结本发明公开了一种面向户外作业防护服的制冷装置及防护服，其中制冷装置包括：温度传感模块，包括多个温度传感器和控制器，所述多个传感器收集人体不同部位体温信息，实时反馈温度信息控制器调节制冷功率和分配冷气流量；冷源模块，包括基于露点蒸发冷却原理的制冷组件和空气循环组件，用于产生防护服温度调节的冷气和提供冷气输运的动力；能源供应模块，包括可穿戴式太阳能柔性材料和蓄电池组件；本发明提供的制冷装置可实现户外作业防护服的温度控制，通过冷气流量分配和参数调节可实现人体温度实时分区调控，可满足人体不同部位的温度舒适性要求，并通过蓄电池与太阳能柔性材料耦合供电方式应对各种复杂户外环境。技术研发人员：朱光亚,许芷霖,余自立,迟恒冉受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6