便携式液冷装置及包含其的人体冷却系统的制作方法

1.本发明属于热防护技术领域，具体涉及一种人体热防护用的液冷装置及包含其的人体冷却系统。


背景技术：

人体冷却系统应用于高温或密闭环境下的人体热防护、医用人体降温等领域，一般由液冷服及液冷装置两部分组成。其中液冷服是一种通过循环流动的低温液体与人体换热达到降温效果的功能性服装，主要由服装和附设在服装上的液冷服管道组成，管道内循环流通低温液体为人体降温。液冷装置是产生低温液体的装置，液冷装置为液冷服提供循环流动的低温液体。
2.目前常见的人体冷却系统如医院中使用的人体亚低温治疗仪，其液冷装置的体积一般都很大，且大都是固定安装的，因此只能局限于一个固定场所使用，对于有移动冷却需求的人群来说就无能为力了。


技术实现要素：

3.为了解决现有的人体冷却系统存在的体积大、难于移动的问题，本发明提供了一种便携式液冷装置及包含其的人体冷却系统。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：所述便携式液冷装置包括外壳、背板、上隔板、下隔板、压缩机罩、微型制冷压缩机、冷凝器、风扇、微型节流元件、微型蒸发器、微型泵、排气管、快速接头母头、电源接头、控制器、控制面板和压缩机驱动器。
5.所述外壳和所述背板围合起来形成中空的围护结构，所述上隔板和所述下隔板互相平行且位于所述中空的围护结构内，所述上隔板和下隔板将所述中空的围护结构分成三个区域，分别是：上区、中区、下区。所述微型制冷压缩机、微型蒸发器、微型泵、快速接头母头、电源接头位于所述下区，所述冷凝器、风扇位于所述中区，所述控制器和控制面板位于所述上区。
6.所述外壳的外轮廓为两侧薄、中间厚的流线型，中间厚的部分具有平的表面，两个侧面与中间平的表面之间采用两个大弧度的圆弧面进行过渡。在两个大弧度的圆弧面上且位于所述中区的位置开有数个进风孔，在中间平的表面上且位于所述中区的位置开有出风孔，在中间平的表面上且位于所述下区的位置开有压缩机安装孔。所述外壳的顶面为平面，在顶面开有控制面板安装孔。所述外壳的底面为中间低、两侧高的阶梯形状，在两侧较高的位置分别开有快速接头安装孔，以及电源接头安装孔。
7.所述压缩机罩的外轮廓为两侧薄、中间厚的流线型，所述压缩机罩安装在所述外壳上，且所述压缩机罩罩住所述外壳上的压缩机安装孔。
8.所述冷凝器由两侧的集管、位于集管之间的多条平行布置的扁管，以及扁管之间的翅片构成。在一侧集管的上部设有制冷剂进口，在另一侧集管的底部设有制冷剂出口。
9.所述风扇为轴流式风扇。所述风扇的出风口对准所述外壳中间部位的出风孔，所述风扇的进风口对准所述冷凝器的中间部位并与所述冷凝器的翅片贴紧。
10.所述冷凝器的背面与所述背板之间有一定距离，且在所述冷凝器的两侧集管与背板之间、所述冷凝器的顶面与所述上隔板之间、所述冷凝器的底面与所述下隔板之间填充有密封材料。当所述风扇运转时，空气只能由所述外壳的进风孔进入所述中空的围护结构的中区，然后经过所述冷凝器两侧的翅片流至所述冷凝器的背部，再经过所述冷凝器中间部位的翅片流到所述风扇的进口，最后经过风扇扇叶、外壳上的出风孔流出所述外壳。
11.所述微型制冷压缩机具有吸气口和排气口。所述排气管为由多个u弯构成的具有减震功能的管道，所述排气管穿过所述下隔板，所述排气管的一端和所述微型制冷压缩机的排气口相连，所述排气管的另一端和所述冷凝器的制冷剂进口相连。所述微型蒸发器具有蒸发进口、蒸发出口、液体进口、液体出口，所述微型蒸发器的蒸发出口直接伸入所述微型制冷压缩机的吸气口。所述微型节流元件穿过所述下隔板，所述微型节流元件的一端和所述冷凝器的制冷剂出口相连，所述微型节流元件的另一端和所述微型蒸发器的蒸发进口相连。所述微型节流元件为毛细管、节流短管等节流元件中的任一种。
12.所述微型制冷压缩机为微型直流制冷压缩机，所述微型制冷压缩机为无刷无传感器的直流无刷电机驱动的全封闭式压缩机，且具有转速调节能力。所述压缩机驱动器用于驱动所述微型制冷压缩机，并实现微型制冷压缩机的转速调节功能。
13.所述快速接头母头安装在所述外壳底部的快速接头安装孔中，所述快速接头母头具有两个互相独立的端口。所述快速接头母头的一个端口和所述微型泵的泵入口相连，所述微型泵的泵出口和所述微型蒸发器的液体进口相连，所述微型蒸发器的液体出口和所述快速接头母头的另一个端口相连。
14.所述电源接头安装在所述外壳底部的电源接头安装孔中。所述电源接头具有正接线柱和负接线柱，所述正接线柱和负接线柱通过导线分别连至所述压缩机驱动器、控制器以及控制面板的正、负接线端子，从而分别为压缩机驱动器、控制器以及控制面板供给直流电。
15.进一步，所述冷凝器为微通道冷凝器，即所述冷凝器的扁管内部流道为微通道，从而增加制冷剂的冷凝传热系数，因而在实现同样换热量的条件下冷凝器的体积可以更紧凑。
16.进一步地，所述微型蒸发器为微通道蒸发器，即微型蒸发器内部的制冷剂流道和液体流道均为微通道，因而可大大强化制冷剂和液体的传热效率，在实现同样换热量的条件下蒸发器的体积可以更小。
17.所述人体冷却系统除包括所述便携式液冷装置外，还包括液冷服和直流电源。所述便携式液冷装置和直流电源通过挂钩、魔术贴、束带等方式挂在所述液冷服上。
18.所述液冷服包括内部布有微细管道的液冷服本体、进液管、出液管，以及快速接头公头。所述快速接头公头具有两个互相独立的阀口。液冷服进液管的一端和快速接头公头的一个阀口相连，液冷服进液管的另一端和液冷服本体中的微细管道的一端相连；液冷服出液管的一端和快速接头公头的另一个阀口相连，液冷服出液管的另一端和液冷服本体中的微细管道的另一端相连。
19.进一步地，所述液冷服的快速接头公头的两个互相独立的阀口，以及所述便携式
液冷装置的两个互相独立的端口的内部均附有可启闭的阀门，因此均具有自动开启和自动截止功能。当所述液冷服的快速接头公头插入所述便携式液冷装置的快速接头母头时，快速接头公头的两个互相独立的阀口和对应的快速接头母头的两个互相独立的端口自动导通；当所述液冷服的快速接头公头从所述便携式液冷装置的快速接头母头脱离时，快速接头公头的两个互相独立的阀口和快速接头母头的两个互相独立的端口各自截止，从而阻止便携式液冷装置及液冷服管路中的液体泄漏出来。
20.使用时，所述液冷服的快速接头公头插入便携式液冷装置的快速接头母头，所述便携式液冷装置的电源端子和直流电源连接，往所述便携式液冷装置的液体管路中加入一定量的液体，通过所述控制面板启动所述便携式液冷装置的微型制冷压缩机、微型泵、风扇运行，从而在所述微型蒸发器内产生制冷效应，使流经微型蒸发器的液体降温变成低温液体，此低温液体被微型泵输送到液冷服的微细管道中，从而使穿着液冷服的人体被冷却。
21.本发明的有益效果体现在：(1)体积小，重量轻。所述便携式液冷装置采用可变转速微型制冷压缩机，因为压缩机转速较高，在达到同样制冷量条件下需要的排量较小，因而可减小压缩机的体积和重量。同时蒸发器和冷凝器均采用微通道结构，换热效率高，因此可最小化蒸发器和冷凝器的体积和重量。和常规固定式液冷装置相比，本发明所述的便携式液冷装置的体积和重量大大减小。
22.(2)外观轻薄，便于携带和背负。本发明所述的便携式液冷装置采用从冷凝器两侧翅片进风、从冷凝器中间翅片出风的气流布局，气流从不同方向两次流过冷凝器的翅片，这样的气流布局使得气流路径较短，有利于实现较薄的结构设计。而在外壳设计上，采用了两边薄、中间厚的流线型设计，仅在压缩机安装位置另设一个压缩机罩以罩住在厚度方向上向外凸出的微型压缩机，从而在整体上营造了一种轻薄的视觉效果。同时，由于装置的厚度小，且装置背面的表面积较大，因此所述便携式液冷装置特别适合于安装在液冷服上供人作背负使用，因背负时人体的受力面积大，便携式液冷装置不会对人体产生压迫感，不会明显增加穿着液冷服的人体的负重。
23.(3)多功能。所述便携式液冷装置除可以和液冷服连接，用以对人体进行冷却以外，其还可以用在其它多种领域，如可用于移动式光电设备降温、移动式医疗设备控温等。
附图说明
24.图1是所述便携式液冷装置的外观透视图。
25.图2是所述便携式液冷装置的内部结构透视图。
26.图3是所述便携式液冷装置的围护结构的示意图。
27.图4是所述便携式液冷装置的外壳的结构示意图。
28.图5是所述微型蒸发器的结构示意图。
29.图6是所述人体冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
30.如图1和图2所示，根据本发明的一个具体实施例，所述便携式液冷装置100包括外壳1、背板2、上隔板3、下隔板4、压缩机罩5、微型制冷压缩机6、冷凝器7、风扇8、微型节流元
件9、微型蒸发器10、微型泵11、排气管12、快速接头母头13、电源接头14、控制器15、控制面板16和压缩机驱动器17。
31.如图3所示，所述外壳1和所述背板2围合起来形成中空的围护结构，所述上隔板3 和所述下隔板4互相平行且位于所述中空的围护结构内，所述上隔板3和下隔板4将所述中空的围护结构分成三个区域，分别是：上区、中区、下区。所述微型制冷压缩机6、微型蒸发器10、微型泵11、快速接头母头13、电源接头14位于所述下区，所述冷凝器7、风扇8、压缩机驱动器17位于所述中区，所述控制器15和控制面板16位于所述上区。
32.如图4所示，所述外壳1的外轮廓为两侧薄、中间厚的流线型，中间厚的部分具有平的表面1p，两个侧面1c与中间平的表面1p之间采用两个大弧度的圆弧面1h进行过渡。在两个大弧度的圆弧面1h上且位于所述中区的位置开有数个进风孔1a，在中间平的表面1p上且位于所述中区的位置开有1～2个出风孔1b，在中间平的表面1p上且位于所述下区的位置开有压缩机安装孔1y。所述外壳1的顶面为平面，在顶面开有控制面板安装孔1k，在控制面板安装孔1k处安装有所述控制面板16。所述外壳1的底面1d为中间低、两侧高的阶梯形状，在两侧较高的位置分别开有快速接头安装孔1e以及电源接头安装孔1f。
33.所述压缩机罩5的外轮廓为两侧薄、中间厚的流线型，所述压缩机罩5安装在所述外壳1上，且所述压缩机罩5罩住所述外壳1上的压缩机安装孔1y。
34.如图2，所述冷凝器7由两侧的集管7c、位于集管7c之间的多条平行布置的扁管7d，以及扁管之间的翅片(图中未示出)构成。在冷凝器7的一侧集管的上部具有制冷剂进口7a，在冷凝器7的另一侧集管的底部具有制冷剂出口7b。
35.所述风扇8为轴流风扇。所述风扇8的出风口对准所述外壳1中间部位的出风孔1b，所述风扇8的进风口对准所述冷凝器7的中间部位并与所述冷凝器7的扁管和翅片贴紧。
36.所述冷凝器7的背面与所述背板2之间有一定距离，且在所述冷凝器7的两侧集管7c 与背板2之间、所述冷凝器7的顶面与所述上隔板3之间、所述冷凝器7的底面与所述下隔板4之间填充有密封材料。当所述风扇8运转时，空气只能由所述外壳1两侧圆弧面1h上的数个进风孔1a进入所述中空的围护结构的中区，然后经过所述冷凝器7两侧的翅片流到所述冷凝器7的背部，再经过所述冷凝器7中间部位的翅片流到所述风扇8的进口，最后经过风扇8的扇叶、外壳1上的出风孔1b流出所述中空的围护结构。
37.如图5所示，所述微型蒸发器10具有蒸发进口10a、蒸发出口10b、液体进口10c、液体出口10d。
38.如图2，所述微型制冷压缩机6具有吸气口6a和排气口6b。所述排气管12为由多个 u弯构成的具有减震功能的管道，所述排气管12穿过所述下隔板4，所述排气管12的一端和所述微型制冷压缩机6的排气口6b相连，所述排气管12的另一端和所述冷凝器7的制冷剂进口7a相连。所述微型蒸发器10的蒸发出口10b直接伸入所述微型制冷压缩机6的吸气口6a。所述微型节流元件9穿过所述下隔板4，所述微型节流元件9的一端和所述冷凝器7 的制冷剂出口7b相连，所述微型节流元件9的另一端和所述微型蒸发器10的蒸发进口10a 相连。在本实施例中，所述微型节流元件为毛细管。
39.所述微型制冷压缩机6为微型直流制冷压缩机，所述微型制冷压缩机的电机为无刷无传感器的直流无刷电机，所述微型制冷压缩机具有转速调节能力。所述压缩机驱动器17安装在背板上，压缩机驱动器17用于驱动所述微型制冷压缩机6，并对微型制冷压缩机6
进行转速调节。
40.所述快速接头母头13安装在所述外壳1底部的快速接头安装孔1e中，所述快速接头母头13具有两个互相独立的端口：端口13a和端口13b。所述快速接头母头13的端口13a和所述微型泵11的泵入口相连，所述微型泵11的泵出口和所述微型蒸发器10的液体进口10c 相连，所述微型蒸发器10的液体出口10d和所述快速接头母头13的端口13b相连。
41.所述电源接头14安装在所述外壳1底部的电源接头安装孔1f中。所述电源接头14具有正接线柱和负接线柱，所述正接线柱和负接线柱通过导线分别连至所述压缩机驱动器、控制器以及控制面板的正、负接线端子，从而分别为压缩机驱动器、控制器以及控制面板供给直流电。
42.所述冷凝器7为微通道冷凝器，即所述冷凝器7的扁管7d内部的流道为微通道，从而增加制冷剂的冷凝传热系数，因而在实现同样换热量的条件下冷凝器的体积可以更紧凑。所述微型蒸发器10为微通道蒸发器，即微型蒸发器内部的制冷剂流道和液体流道均为微通道，因而可大大强化制冷剂和液体的传热效率，在实现同样换热量的条件下蒸发器的体积可以更小。
43.如图6所示，所述人体冷却系统400除包括所述便携式液冷装置100外，还包括液冷服200和直流电源300。所述便携式液冷装置100和直流电源300通过挂钩、魔术贴、束带等方式挂在所述液冷服200上。
44.所述液冷服200包括内部布有微细管道的液冷服本体201、液冷服进液管202、液冷服出液管203，以及快速接头公头204。
45.所述液冷服200的快速接头公头204具有两个互相独立的阀口：阀口204a和阀口204b。液冷服进液管202的一端和快速接头公头204的阀口204b相连，液冷服进液管202的另一端和液冷服本体201中的微细管道的一端相连；液冷服出液管203的一端和快速接头公头204 的另一个阀口204a相连，液冷服出液管203的另一端和液冷服本体201中的微细管道的另一端相连。
46.所述液冷服200的快速接头公头204的两个阀口和所述便携式液冷装置100的快速接头母头13的两个端口均具有自动打开和自动截止功能。当所述液冷服200的快速接头公头 204插入所述便携式液冷装置100的快速接头母头13时，快速接头公头204的端口204a、端口204b分别和对应的快速接头母头13的端口13a、端口13b自动连通；当所述液冷服200的快速接头公头204从所述便携式液冷装置100的快速接头母头13脱离时，快速接头公头204 的阀口204a、阀口204b和快速接头母头13的端口13a、端口13b各自截止，从而阻止便携式液冷装置100及液冷服200管路中的液体泄漏出来。
47.使用时，所述液冷服200的快速接头公头204插入所述便携式液冷装置100的快速接头母头13，所述液冷装置100的电源端子14通过导线301和直流电源300进行连接，往所述便携式液冷装置100的液体管路中加入一定量的液体，通过所述控制面板16启动所述便携式液冷装置100的微型泵11、微型制冷压缩机6、风扇8运转，从而在所述微型蒸发器10内产生制冷效应，使流经微型蒸发器10的液体降温变成低温液体，此低温液体被微型泵11输送到液冷服100的微细管道中，从而使穿着液冷服的人体被冷却。
48.具体地，所述直流电源300提供的直流电由电源端子14引入，分别供给控制面板16、控制器15、压缩机驱动器17。在控制面板16上可设定液体温度及发送开关机指令。控制
器 15根据实时液体温度、设定液体温度以及控制器内部的控制逻辑来进行判断，以分别控制风扇8、微型泵11、微型制冷压缩机6的运转。当微型泵11运转时，它从液冷服100中吸入液体，并使液体在微型蒸发器10和液冷服100的微细管道之间不断循环。此时液体的循环路径是(参见图2、图6)：快速接头母头13的端口13a
→
微型泵11的泵出口
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微型蒸发器10的液体进口10c
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微型蒸发器10的液体出口10d
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快速接头母头13的端口13b
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快速接头公头 204的阀口204b
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液冷服进液管202
→
液冷服100中的微细管道
→
液冷服出液管203
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快速接头公头204的阀口204a
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快速接头母头13的端口13a。当微型制冷压缩机6运转时，由压缩机吸气口6a进入压缩机的制冷剂气体被压缩成高温高压的气体，从压缩机排气口6b排出，经过排气管12进入冷凝器7。在冷凝器7中，高温高压的制冷剂气体向由风扇8所强迫对流的、流经冷凝器翅片的空气放热，制冷剂冷凝，变成高温高压的制冷剂液体。此高温高压的制冷剂液体经过节流元件9时压力降低，部分制冷剂液体闪发出来，变成低压的气液混合物。低压的制冷剂混合物由蒸发进口10a进入微型蒸发器10，在微型蒸发器10中，低压制冷剂混合物继续蒸发并吸收液体的热量，使液体的温度降低，而吸收了热量的制冷剂混合物则全部蒸发，变成完全气态的制冷剂。气态制冷剂从蒸发出口10b流出微型蒸发器10，又从吸气口6a被吸入到微型制冷压缩机6中，重新被压缩，如此循环往复。
49.本文中图示的液冷服为半身的液冷背心形式，但应理解，此种图示仅是为了清楚描述本发明的技术方案而采用的一种简化图示，本发明所述的液冷服对于外形和可被冷却的人体部位没有任何限制，除对人体上半身进行冷却的液冷背心以外，所述的液冷服也可以包括对人体进行全身冷却的液冷服。
50.在上文中，凡涉及到液体及制冷剂的“相连”，是指通过中空的管路进行连接。在本文中，所涉及的内、外、顶、底、上、下、前面、背面、中间、侧面等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
51.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。