一种智能液冷服的制作方法

本发明属于个体冷却服装领域，更具体地，涉及一种智能液冷服。

背景技术：

恶劣的高温工作环境存在于多个行业，如夏天露天作业的建筑工地、交通指挥、道路清洁、军队露天训练场等，常常面临35℃以上的高温；封闭式坦克和装甲车在夏季日照下车内温度可高达50℃；玻璃制造、冶金、炼钢等行业车间温度经常在50℃～70℃以上。由于工作场所和环境的限制，这些行业基本不可能配置空调等常用的室内控温装置，而普通的风冷受其方式固有的冷却效果的限制，无法满足现场人员的散热需求。另外一些行业如消防和传染病防护，工作人员必须穿着封闭式的防护服，在出入火灾现场的消防员所处的火场温度更是基本都在80℃以上，也面临热量蓄积无法排热降温的问题。

随着人们对舒适性要求的提高，已经有一些冷却服来应对一些高温的工作环境，这些冷却服装使用冷却工质建立了围绕人体表面的微环境来降低人体表面温度。冷却服装可以有多种分类方式，根据所使用的冷却介质的不同，冷却服装可以分为液体冷却服、气体冷却服和相变材料冷却服。

液体冷却服具有较强的冷却能力，能够保证穿着者较强的安全性与舒适性，在保证一定的可持续工作时间的同时，又能维持适中的重量，降低了穿着者的负重负担。但是现有的液冷服装只考虑了高温对人体的影响，湿度的影响则很少涉及，而且都不具备智能调控功能。在一个较舒适的温度范围内，空气湿度对人体舒适性的影响很小。但当温度升高一定程度后，湿度的影响开始显现出来，甚至人体感受上等同于高温对人体的影响。当外界环境湿度较高时，人体皮肤表面的水分蒸发速度下降，人体散热减小，人体就会感觉到越来越热。例如，当温度为26度，相对湿度高达90％时，人体就觉得仿佛处于温度31度的温度。而在相对湿度20％的环境中，长时间处于热应激状态也会造成人体热调节机能失调，水盐代谢失衡，引发高温中暑或热衰竭症状，甚至导致心血管疾病加重乃至死亡。

随着人体对舒适性的要求越来越高，液体冷却服固定的工作方式或简单的调节冷却工质流量的方式已不能满足要求。由于存在个体差异，每个人对温度和湿度的感觉不一样，而且由于环境的变化，个人对冷却效果的需求也发生变化。但是目前的液冷服冷却功率不能随环境自动变化，不能对湿度进行控制，已不能适应不同人群和变化环境的需求。

所以一种既可降低人体温度、湿度，又能自动调节的液冷服对于提高人体热舒适性是非常重要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一款拥有降温和除湿两大功能的智能液冷服，能够提高人体在高温高湿环境下的热舒适性，可以自动调节体表温度及湿度。

为了解决上述问题，本发明提出一种智能液冷服，包括：基础服装、配风系统(1)、液冷系统(2)和传感及主控系统(3)；配风系统(1)包括鼓风机(1a)和配风管网(1b)，其中配风管网(1b)的管路上开设多个出风口，由鼓风机(1a)驱动空气在配风管网(1b)中循环；液冷系统(2)包括冷源(2c)、微型水泵(2a)、液冷管网(2d)、循环冷却液，由微型水泵(2a)驱动循环冷却液在液冷管网(2d)和冷源(2c)之间循环；传感及主控系统(3)，包括分布在人体表面的温度传感器(3a)和湿度传感器(3b)，温度传感器(3a)和湿度传感器(3b)监测温湿度指标并反馈给控制主板(3c)，控制主板(3c)根据检测的温湿度结果智能控制鼓风机(1a)、微型水泵(2a)的工作；基础服装包括外衣(4)、隔热层(5)、透气内衬(6)；液冷管网(2d)和配风管网(1b)设置在隔热层(5)及透气内衬(6)之间。

进一步地，外衣(4)采用弹性材料制成。

进一步地，透气内衬(6)为网眼布制成。

进一步地，控制主板(3c)通过通讯模块与移动设备互联，用户使用移动设备实时向控制主板(3c)发送指令调节温湿度。

进一步地，配风管网(1b)的管路和液冷管网(2d)的管路均是沿透气内衬(6)表面迂回设置，管路间距大于管路的最小弯曲半径。

进一步地，配风管网(1b)的管路间距是其外径尺寸的2.5～3.5倍。

进一步地，液冷管网(2d)的管路间距是其外径尺寸的2.5～3.5倍。

进一步地，传感及主控系统(3)包括分布在人体表面的多个温度传感器(3a)和多个湿度传感器(3b)，控制主板(3c)的温湿度监测芯片为多路复用芯片。

进一步地，冷源(2c)采用冰块蓄冷，以水作为循环冷却液。

进一步地，微型水泵(2a)、和液冷管网(2d)之间设有逆止阀(2b)。

本发明的智能液冷服通过配风系统，将外部干燥的空气引入至人体表面降低人体湿度，冷却工质经换热管网吸收人体热量降低人体温度，并且通过控制主板实现对液冷服的智能控制。该智能液冷服可以满足不同人体的舒适性需求，并且可以适应各种突变的高温高湿环境。

附图说明

图1图1智能液冷服整体结构示意图

图2液冷服内部结构图

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1配风系统 1a鼓风机 1b配风管网 2液冷系统

2a微型水泵 2b逆止阀 2c冷源 2d液冷管网

3传感及主控系统 3a湿度传感器 3b温度传感器 3c控制主板

4外衣 5隔热层 6透气内衬

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，整件衣服分为：配风系统1、液冷系统2和传感及主控系统3。配风系统1包括鼓风机1a和配风管网1b，其中配风管网1b是在通风管路上均匀开设出风口，将外界干燥空气引入人体表面，降低人体表湿度。液冷系统2包括冷源2c、微型水泵2a、液冷管网2d、逆止阀2b等部件，由微型水泵2a驱动冷却工质在体表循环，从而降低人体表温度。传感及主控系统，它通过均布在人体表面的温度传感器3a和湿度传感器3b监测温湿度指标并由控制主板3c进行智能控制。鼓风机1a、冷源2c、微型水泵2a、逆止阀2b、控制主板3c等部件外挂在衣服外部(在其他实施例中，也可以在衣服内部集成容纳这些部件的空间，但应当注意配重)。温度传感器3a、湿度传感器3b、液冷管路和配风管路布置在衣服隔热层和透气内衬之间，且温度传感器3a、湿度传感器3b沿体表分布。

衣服整体采用背心式设计，基础服装采用三层结构，从外到内依次为外衣4、隔热层5、透气内衬6。外衣4采用弹性优良的莱卡棉布，中间为隔热层5，透气内衬6采用网眼布。液冷管网2d为内径4mm，外径6mm的硅胶管。配风管网1b采用内径6mm，外径8mm的硅胶管。配风管网的管路液冷管网的管路采用之字形缝纫在外基础服装上，管路布置间隔在20mm左右。管路在布置时布置得越密集，人体表面与管路系统的接触面积也越大，换热性能也越有效，但要考虑管路最小弯曲半径、管路重量以及对人体活动的影响。管路的最小弯曲半径是在管路布置中涉及到的一个重要参数，其代表在没有引起管路截面径向变形的前提下，管路可以弯曲得到的最小曲率半径。如果管路弯曲段的半径小于最小弯曲半径，就会引起管路被压瘪的情况，使得管内流动阻力急剧增加，并且会造成管路损坏，使用寿命缩短。冷源2c装置采用冰块蓄冷，以水作为循环冷却液，所用冷源装置采用600g的-2～0℃的冰块。在通风管路上开设了多个出风口，以实现对人体表面的均匀送风。微型水泵2a、鼓风机1a和传感及主控系统3均由移动电源供电。

在液冷服中间布置了温度传感器3a和湿度传感器3b，它把温湿度信号传给控制主板3c，对液冷服进行精确控制，控制主板3c通过蓝牙与手机互联。可以通过控制主板(3c)对液冷服进行自动控制，也可以用手机实时控制液冷服的运行状态。温湿度传感器采用标准的I2C通信协议，在发出测量命令之后，MCU等待测量完成，采用的主控制板为ATmega328P。设备地址SHT2x Address：0x40，在启动传输后，先传输7位设备地址(1000 000)和一个SDA方向位(读R:1,写W:0)。指令集为温度测量：1110 0011，相对湿度测量：1110 0101。相对湿度可以由以下公式计算得到(RH％)：

RH＝6+125*SRH/2¹⁶

其中，SRH是芯片读取到的原始数据。

由于温湿度传感器的设备地址是固定的，无法通过设备地址选择不同的从机，所以I2C总线上挂多路温湿度测量会发生信号冲突，于是选择了TCA954I2C多路复用芯片进行多路测量。在选择了TCA954的通道后，就可以按照温湿度传感器的指令集对其进行温湿度测量。使用蓝牙串口进行数据传输，设备配对成功后，打开蓝牙串口开始数据传输，默认传输速率9600bps，一件智能液冷服只能与一部手机连接。蓝牙串口连接后开始接收数据，根据手机反馈给控制板选择不同的智能算法。单机状态下，该智能液冷服可以敏感察觉出人体和环境的温湿度变化并及时做出调整，时刻维持良好的人体舒适值。当与手机互联后，用户可方便定义适应自身的温湿度指标，可以及时了解和调节服装工作状态。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。