CN111750564A - 一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于防护服微环境的电‑热‑气综合能源***，通过气流装置的净化换气功能实现对微环境的气流与湿度参数进行主体调节，通过热能装置双向地制冷/制热可以主动地对防护服微环境的温度参数进行主体调节，而热能装置和气流装置形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给的微环境整体调控；具备集成度高、结构紧凑、便携完备的实用性特点，能够有效改善防护服穿戴作业人员的环境舒适性和工作便利性条件。

Description

一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***
技术领域
本发明属于防护服技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***。
背景技术
着重阻隔性和力学柔韧性的现有各类防护服产品，其内部环境与外界环境之间交流较少，通常呈现为相对密闭隔绝的独立微环境。面对生物污染、核生化、毒害粉尘、高温、高湿和高寒等实际工作环境，被防护人员往往需要较长时间穿着防护服，以开展作业任务。因此，防护服内部微环境对于作业人员的身心健康、工作效率和作业事故等具有重要影响。
防护服微环境是空气温度、相对湿度和气流速度等主要环境参数的总称。具备微环境调节功能的防护服和相关技术的研究主要集中在主动净化送风式的正压防护服、基于液体或气体循环冷却的降温防护服、基于隐纺热能布的电热恒温防护服、集成相变材料的被动调温防护服和基于功能半导体的主动调温防护服等。
在微环境调节功能上，尽管各类新型防护服和其相关技术手段的研发和实践开发已然有了较大的进展，但其尚未解决的关键科学理论和实用技术问题仍然较为突出，主要体现为：其一，各类新型防护服及其相关技术手段都是针对防护服微环境的温度、湿度、气流参数中的某一参数指标采取的调节措施，缺乏综合考虑微环境温度、湿度和气流的整体调控设计；其二，各类新型防护服及其相关技术手段虽然集成了可以存储电能的高能量密度二次电池，但缺失有关热能的存储设计，缺少有关余热和余冷的回收利用，缺乏多能源之间的相互转化，综合能源利用效率低，限制了防护服的有效工作时长；其三，各类新型防护服及其相关技术的外置机构较为复杂，***构成臃肿笨重，穿戴和作业移动的实用有限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，通过整体调控方式实时调节防护服微环境的温度、湿度和气流参数。
为实现上述发明目的，本发明提供一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，其特征在于，包括：电能装置、热能装置和气流装置，热能装置和气流装置形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给的微环境整体调控；
所述电能装置，包括可充电电池、充放电双向直流变换电路、双极性两相全桥直流变换电路和三相全桥逆变电路；其中，可充电电池通过双向电路接口连接充放电双向直流变换电路，然后通过充放电双向直流变换电路实现可充电电池对后续电路的放电供能，以及后续电路对可充电电池的充电蓄能；充放电双向直流变换电路通过双向电路接口连接双极性两相全桥直流变换电路，并通过双极性两相全桥直流变换电路来调控后续电路的电压-电流四象限运行工况，以满足对后续电路的电能供应和电能回收；双极性两相全桥直流变换电路通过双向电路接口连接热能装置，用于调控热能装置的电制冷、电制热和温差发电工作模式；可充电电池通过单向电路接口连接三相全桥逆变电路，通过三相全桥逆变电路将可充电电池的直流电能变换为电压-电流可调控的三相交流电，以满足对后续电路的电能供应；三相全桥逆变电路通过单向电路接口连接气流装置，用于调控气流装置的流速、气压和换气量的运行工况；
所述热能装置，包括相变材料和半导体调温模块；其中，相变材料用于热能的收集存储，并通过双向热路接口与半导体调温模块进行热交换；半导体调温模块工作于电制冷、电制热和温差发电三种工作模式；在电制冷工作模式下，半导体调温模块从电能装置处获取电能，热能从防护服微环境由半导体调温模块通过热路接口流向相变材料；在电制热工作模式下，半导体调温模块从电能装置处获取电能，热能从相变材料由半导体调温模通过热路接口流向防护服微环境；在温差发电模式下，热能通过热路接口在相变材料和半导体调温模块之间从高温部分流向低温部分，半导体调温模块则向电能装置回馈电能；
所述气流装置，包括无刷直流风机净化送风器和气流传输通道接口；无刷直流风机净化送风器通过单向电路接口从电能装置处获取电能，然后转化为可调控的动力空气，再通过气流传输通道接口与防护服微环境进行气流交换，最后通过控制无刷直流风机净化送风器的换气量，实现对微环境的气流、湿度、体感温度等进行调节。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，通过气流装置的净化换气功能实现对微环境的气流与湿度参数进行主体调节，通过热能装置双向地制冷/制热可以主动地对防护服微环境的温度参数进行主体调节，而热能装置和气流装置形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给的微环境整体调控；具备集成度高、结构紧凑、便携完备的实用性特点，能够有效改善防护服穿戴作业人员的环境舒适性和工作便利性条件。
同时，本发明一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***还具有以下有益效果：
(1)、通过集成电能和热能的收集存储单元和温差发电功能可以实现余热、余冷的回收再用和电-热能源的综合高效使用；
(2)、通过电-热-气综合能源***可以对防护服微环境的温度、湿度、气流参数进行能量级的一体化耦合联动调控，可以形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给等舒适性参数的整体调控，且电-热-气综合能源***具备集成度高、结构紧凑、便携完备的实用性特点，能够有效改善防护服穿戴作业人员的环境舒适性和工作便利性条件。
附图说明
图1是本发明一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***原理框图；
图2是图1所示电能装置的原理框图；
图3是图1所示热能装置的原理框图；
图4是图1所示气流装置的原理框图；
图5是用于防护服微环境的电-热-气综合能源***架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***原理框图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，包括：电能装置1、热能装置2和气流装置3。其中，电能装置1通过双向接口电路17实现对热能装置2进行电能供应和从热能装置2进行电能回收；其次，电能装置1通过单向电路接口19对气流装置3进行电能供应；热能装置2对防护服微环境的温度参数进行主体调节；气流装置3对防护服微环境的气流和湿度参数进行主体调节；热能装置2和气流装置3综合形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给等舒适性参数的微环境整体调控。
下面我们对各个具体装置进行详细描述，具体如下：
本实施例中，如图2所示，电能装置1包括可充电电池11、充放电双向直流变换电路12、双极性两相全桥直流变换电路13和三相全桥逆变电路14。其中，可充电电池11用于电能的收集存储，通过双向电路接口15连接充放电双向直流变换电路12；充放电双向直流变换电路12用于实现电池11对后续电路的放电供能和后续电路对电池11的充电蓄能；充放电双向直流变换电路12通过双向电路接口16连接双极性两相全桥直流变换电路13；双极性两相全桥直流变换电路13用于调控后续电路的电压-电流四象限运行工况，以满足对后续电路的电能供应和电能回收；双极性两相全桥直流变换电路13通过双向电路接口17连接热能装置2，以调控热能装置2的电制冷、电制热和温差发电工作模式；可充电电池11通过单向电路接口18连接三相全桥逆变电路14；三相全桥逆变电路14用于将来自电池11的直流电能变换为电压-电流可调控的三相交流电，以满足对后续电路的电能供应；三相全桥逆变电路14通过单向电路接口19连接气流装置3，以调控气流装置3的流速、气压和换气量等运行工况。
本实施例中，如图3所示，热能装置2包括相变材料21和半导体调温模块22。其中，相变材料21用于热能的收集存储，并通过双向热路接口23与半导体调温模块22进行热交换；半导体调温模块22用于对防护服微环境温度进行制冷/制热双向主动调控，通过双向热路接口23与相变材料21进行热交换，通过双向热路接口24与防护服微环境进行热交换，通过双向电路接口17与电能装置1进行电能交换，交换过程具体为：半导体调温模块22可工作于电制冷、电制热和温差发电三种工作模式；在电制冷工作模式下，半导体调温模块22从电能装置1获取电能，热能从防护服微环境经由半导体调温模块22通过热路接口24和热路接口23流向相变材料21；在电制热工作模式下，半导体调温模块22从电能装置1获取电能，热能从相变材料21经由半导体调温模块22通过热路接口24和热路接口23流向防护服微环境；在温差发电模式下，热能通过热路接口24和热路接口23，在相变材料21和半导体调温模块22之间从高温部分流向低温部分，半导体调温模块22可向电能装置1回馈电能。
在本实施例中，如图4所示，气流装置3包括无刷直流风机净化送风器31和气流传输通道接口32。无刷直流风机净化送风器31通过单向电路接口19从电能装置1获取电能转化为可调控的动力空气，通过气流传输通道接口32与防护服微环境进行气流交换，通过控制送风器的换气量对微环境的气流、湿度、体感温度等进行调节。
结合上述各个装置的子部件，搭建出图5所示的电-热-气综合能源***，其中，通过气流装置的净化换气功能可以对微环境的气流与湿度参数进行主体调节，通过热能装置双向地制冷/制热可以主动地对防护服微环境的温度参数进行主体调节，通过集成电能和热能的收集存储单元和温差发电功能，可以实现余热、余冷的回收再用。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，其特征在于，包括：电能装置、热能装置和气流装置，热能装置和气流装置形成针对穿戴人员体表湿度、体感温度和新风供给的微环境整体调调控；
所述电能装置，包括可充电电池、充放电双向直流变换电路、双极性两相全桥直流变换电路和三相全桥逆变电路；其中，可充电电池通过双向电路接口连接充放电双向直流变换电路，然后通过充放电双向直流变换电路实现可充电电池对后续电路的放电供能，以及后续电路对可充电电池的充电蓄能；充放电双向直流变换电路通过双向电路接口连接双极性两相全桥直流变换电路，并通过双极性两相全桥直流变换电路来调控后续电路的电压-电流四象限运行工况，以满足对后续电路的电能供应和电能回收；双极性两相全桥直流变换电路通过双向电路接口连接热能装置，用于调控热能装置的电制冷、电制热和温差发电工作模式；可充电电池通过单向电路接口连接三相全桥逆变电路，通过三相全桥逆变电路于将可充电电池的直流电能变换为电压-电流可调控的三相交流电，以满足对后续电路的电能供应；三相全桥逆变电路通过单向电路接口连接气流装置，用于调控气流装置的流速、气压和换气量的运行工况；
所述热能装置，包括相变材料和半导体调温模块；其中，相变材料用于热能的收集存储，并通过双向热路接口与半导体调温模块进行热交换；半导体调温模块工作于电制冷、电制热和温差发电三种工作模式，在电制冷工作模式下，半导体调温模块从电能装置处获取电能，热能从防护服微环境由半导体调温模块通过热路接口流向相变材料；在电制热工作模式下，半导体调温模块从电能装置处获取电能，热能从相变材料由半导体调温模通过热路接口流向防护服微环境；在温差发电模式下，热能通过热路接口在相变材料和半导体调温模块之间从高温部分流向低温部分，半导体调温模块则向电能装置回馈电能；
所述气流装置，包括无刷直流风机净化送风器和气流传输通道接口；无刷直流风机净化送风器通过单向电路接口从电能装置处获取电能，然后转化为可调控的动力空气，再通过气流传输通道接口与防护服微环境进行气流交换，最后通过控制无刷直流风机净化送风器的换气量，从而实现对微环境的气流、湿度、体感温度等进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种用于护服微环境的电-热-气综合能源***，其特征在于，所述的电能装置和无刷直流风机净化送风器集成封装为一体，绑缚于防护服外部。
3.根据权利要求1所述的一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，其特征在于，所述半导体调温模块镶嵌于防护服的内衬，接触防护服微环境；所述相变材料与防护服口袋集成为一体，镶嵌于防护服表面。
4.根据权利要求1所述的一种用于防护服微环境的电-热-气综合能源***，其特征在于，所述的相变材料和半导体调温模块通过导热硅脂粘连，通过调节口袋的覆盖程度，控制相变材料与外界环境之间的热交换，从而调节相变材料的热能存储量。
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