一种基于中空纤维膜的液态冷却调湿服及方法 |
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| 申请号 | CN202310518678.8 | 申请日 | 2023-05-09 | 公开(公告)号 | CN116538599A | 公开(公告)日 | 2023-08-04 |
| 申请人 | 南京工业大学; | 发明人 | 周君明; 赵进铭; 钟玉婷; 刘瑾; 牛晓峰; 王发明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于中空 纤维 膜的液态冷却调湿服及方法，属于溶液除湿 空调 技术领域，包括冷却调湿服、除湿溶液和背包。本发明还公开了其冷却和调湿方法。所述基于中空纤维膜的液态冷却调湿服包括服装内嵌的中空纤维膜管道和接头；所述背包包括除湿溶液储液袋、微型 数据处理 系统、PVC软管、 蓄 电池 、微型溶液 泵 、除湿溶液蓄液盒、单向 阀 以及三通阀，所述冷却调湿服通过接头与背包相连；所述冷却调湿服具有温湿度测量系统，温湿度测量系统将检测到的人体体表 温度 、湿度信息传递给微型 数据处理系统 ，微型数据处理系统再通过三通阀调控中空纤维膜管道内除湿溶液的温度对冷却调湿服内进行制冷和除湿。一种基于中空纤维膜的液态冷却调湿服可穿于医用防护服、赛车服、生化服、消防服等特殊的密闭工作服内部，通过调控特殊工作服内部温湿度环境，可极大地改善穿着者的舒适性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于中空纤维膜的液态冷却调湿服及方法，其特征在于：由冷却调湿服、除湿溶液和背包组成； |
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| 说明书全文 | 一种基于中空纤维膜的液态冷却调湿服及方法技术领域背景技术[0002] 在夏季炎热的高温高湿的环境下，存在着许多必须在密闭的防护服下进行的作业，如防疫人员、排爆队员、消防员、生化部队等，传统的空调无法对工作人员进行降温除湿工作。当人体长时间处在高温高湿的环境中，输入身体的热量大于身体的散热量时，体内储热达到某种程度后，将诱发热痉挛、热衰竭、中暑等热疾病。目前市面的空调服主要是利用液冷，气冷和相变材料降低衣下微环境的温度来缓解人体热应力。液冷服较管道气冷服制冷效果好，且成套系统较轻便，较相变材料空调服制冷持续时间长；气冷服只适用于湿度低的环境条件，而液冷服的制冷效果不受环境限制；液冷服更适合严密工作服。但对于特殊工作人员如防疫人员、排爆队员、消防员、生化部队等，人体在严密防护服下工作时人体排出的汗液无法排到外界，使得防护服内湿度较高，传统的液冷服无法除湿。不仅影响工作服下人体热舒适的状况，还会影响其工作效率和身体健康。 [0003] 另外，目前已有的液冷服只能按设定好的液体流速给人体制冷，不能对人体实时生理状态进行监测，并根据个体实时生理状态进行有针对性地调节制冷，因此降低了人体穿着空调服的舒适感，限制了空调服在工作热环境上的应用。为了缓解人体热应力，利用液冷、气体和相变材料降低衣下微环境的温度是一种可行的方法。然而，这种方法只解决了衣下微环境的温度问题，而忽略了在高度劳动强度下降低人体皮肤的湿润度的重要性。因此，如何有效地降低微环境中的相对湿度，以缓解人体的热应激，是空调服的关键所在。 发明内容[0004] 发明目的：夏季炎热的环境下，存在着许多必须穿着密闭工作服作业的工作人员，如防疫人员、排爆队员、消防人员等，传统的空调无法对工作人员进行降温除湿工作。为了解决户外作业时严密工作服下人体的热应激，提高微环境下人体舒适性，本发明提供一种基于中空纤维膜的冷却调湿服，本发明还提供了用该空调服进行除湿冷却的方法。 [0005] 技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案： [0006] 所述基于中空纤维膜的液态冷却调湿服，包括冷却调湿服、除湿溶液和背包；所述冷却调湿服通过PVC软管与背包的接头相连，背包的接头与包内的微型溶液泵和除湿溶液蓄水盒相连；除湿溶液蓄液盒通过单向阀与除湿溶液储液袋相连；所述除湿溶液储液袋下接头连接三通阀；所述温湿度传感器将信号传递给三通阀，微型数据处理系统与三通阀相连；微型溶液泵与三通阀相连；所述微型数据处理系统、微型溶液泵和三通阀均与蓄电池连接。 [0007] 进一步的，本发明所述的基于中空纤维膜的冷却调湿服中的管道分为两组，一组是：冷却调湿服内均匀分布中空纤维膜管，所述中空纤维膜管材质为PVDF或PTFE等有机中空纤维膜，中空纤维膜管具有强选择性，只允许水蒸气透过，而防止除湿溶液透过。另一组是：连接背包和冷却调湿服的PVC软管，所述PVC软管进行了保温处理，用于将背包中的除湿溶液输送到冷却调湿服中。 [0009] 本发明所述的背包包括除湿溶液储液袋、微型数据处理系统、PVC软管、蓄电池、微型溶液泵、除湿溶液蓄液盒、单向阀以及三通阀。蓄电池给微型数据处理系统、微型溶液泵和三通阀供电，微型数据处理系统将信号传递给三通阀。 [0010] 本发明所述的冷却调湿服可穿于医用防护服、赛车服、防化服、消防服等特殊密闭的工作服内。 [0011] 利用所述的一种基于中空纤维膜的冷却调湿服进行除湿和冷却的方法，包括下述步骤： [0012] (a)将可拆卸除湿溶液储液袋中装满温度较低的浓盐溶液(氯化锂、溴化锂等盐溶液)，浓盐溶液不仅具有较好的除湿性能且储能效果较好。将除湿溶液储液袋安装在背包中，冷却调湿服穿于医用防护服等特殊密闭的工作服内，再将背包背在肩上。 [0013] (b)打开蓄电池开关给微型数据处理系统、微型溶液泵和三通阀供电，除湿溶液储液袋中的除湿较冷溶液和除湿溶液蓄液盒中的除湿较高温溶液经过三通阀比例混合，变速微型溶液泵带动混合后的除湿溶液流动，除湿溶液通过PVC软管流至中空纤维膜管内，除湿溶液在微型溶液泵、中空纤维膜管、除湿溶液储液袋和除湿溶液蓄水盒之间循环流动。中空纤维膜管内流动的除湿溶液与防护服内人体微环境发生传热传质现象，去除人体微环境中多余的热量和湿度，以保证防护服等特殊密闭的工作服内人体的舒适性。 [0014] (c)温湿度传感器将防护服内人体微环境中的温度、湿度信息转变为电信号传递给微型数据处理系统；所述微型数据处理系统通过比较实时温湿度和目标温湿度的大小控制三通阀开度大小，通过调控除湿溶液的温度对密闭的工作服内进行制冷和除湿。 [0015] 发明原理：本发明通过微型数据处理系统与三通阀控制中空纤维膜管道中除湿溶液的温度。其中，中空纤维膜管道均匀地嵌于具有一定的透气性、防水性和耐磨性的衣服内，多个温湿度传感器分别植入在冷却调湿服的前胸、腹部、肩胛和脊椎处等位置。温湿度传感器实时检测密闭的工作服内人体微环境中的温湿度，微型数据处理系统适时采集读取传感器检测到的温度和湿度数据，并对这些数据进行比较、分析、处理、存储和显示，根据所采集到的人体微环境下的温度和湿度，通过三通阀开度大小，达到调节中空纤维膜内的除湿溶液温度的目的。上述根据人体的实时生理状态有针对性地对人体进行制冷和除湿，可以极大的提高人体穿着冷却调湿服时的舒适性。 [0016] 有益效果： [0017] 1.与现有技术相比，本发明将溶液除湿技术和膜分离技术相结合，充分发挥各自技术优势改善高温高湿环境下严密的防护服下的工作条件。一种基于中空纤维膜的冷却调湿服通过在服装中植入温湿度传感器实时监测人体微环境中的温度和湿度，通过三通阀控制流入冷却调湿服的除湿溶液温度，针对性地给人体进行制冷和除湿，可极大的改善穿着者的舒适性。 [0018] 2.溶液储液袋、微型溶液泵等冷却和除湿装置均设置于背包中，减轻了成套冷却系统的重量，提高了冷却调湿服的便携性能。基于中空纤维膜的冷却调湿服中的微型数据处理系统、微型溶液泵和三通阀可由蓄电池或者外部电源提供能量，蓄电池增加了冷却调湿服的便携性，可利用的外部电源延长了冷却调湿服的冷却和除湿持续时间。 [0019] 3.除湿溶液储液袋更换方便，只需取出背包中的除湿溶液储液袋更换即可。背包内有绝热层避免除湿溶液储液袋与周围环境换热，使用时间更加持久。另一方面，盐溶液具有高密度的储能，储能能力高达1300‑1400MJ/m3(高于冰蓄冷)，因此有效降低了对冷源持续供应的依赖程度。附图说明 [0020] 图1：优选实施例中冷却调湿服的基本构架图； 具体实施方式[0022] 下面结合附图和具体实施实例对本发明进一步说明。 [0023] 如图1所示，附图标记为：冷却调湿服1、中空纤维膜管2、温湿度传感器3、背包4、除湿溶液储液袋5、蓄电池6、微型溶液泵7、微型数据处理系统8、PVC软管9、除湿溶液蓄液盒11、单向阀12、三通阀13。 [0024] 一种基于中空纤维膜的冷却调湿服包括冷却调湿服、除湿溶液、背包和相互连接的PVC软管；具体连接方式如下：冷却调湿服1包括中空纤维膜管2、温湿度传感器3。所述冷却调湿服通过PVC软管与背包的接头相连。所述的冷却调湿服内分布多个温湿度传感器，分别植入在冷却调湿服的前胸、腹部、肩胛和脊椎处等位置，以便获得冷却调湿服内人体微环境中实时温湿度参数。 [0025] 其中，所述冷却调湿服内均匀分布中空纤维膜管，所述中空纤维膜管材质为PVDF或PTFE等有机中空纤维膜，中空纤维膜管具有强选择性，只允许水蒸气透过，而防止除湿溶液透过，中空纤维膜直径在3mm‑5mm之间。 [0026] 背包4内包括除湿溶液储液袋5、蓄电池6、微型溶液泵7、微型数据处理系统8、PVC软管9、除湿溶液蓄液盒11、单向阀12、三通阀13。所述背包4的接头与包内的微型溶液泵7相连；所述背包4的接头与包内的微型溶液泵7和除湿溶液蓄液盒11相连；除湿溶液蓄液盒11通过单向阀12与除湿溶液储液袋5相连；所述除湿溶液储液袋5下接头连接三通阀13；所述温湿度传感器3将信号传递给三通阀13，微型数据处理系统8与三通阀13相连；微型溶液泵7与三通阀13相连；所述微型数据处理系统8、微型溶液泵7和三通阀13均与蓄电池6连接。 [0027] 其中，所述PVC软管9进行了保温处理，用于将背包4中的除湿溶液输送到冷却调湿服1中。PVC软管9和中空纤维膜管2内流动溶液除湿剂，溶液除湿剂可为温度较低的氯化锂、溴化锂、氯化钙等除湿溶液。 [0028] 本发明所述的冷却调湿服可穿于医用防护服、赛车服、防化服、消防服等特殊密闭的工作服内，根据人体的实时生理状态有针对性的对人体进行制冷和除湿，可以极大的提高人体穿着冷却调湿服时的舒适性。 [0029] 利用所述的基于中空纤维膜的冷却调湿服进行除湿和冷却的方法，包括下述步骤： [0030] (a)将可拆卸除湿溶液储液袋5中装满温度较低的浓盐溶液(氯化锂、溴化锂等盐溶液)，浓盐溶液不仅具有较好的除湿性能且储能效果较好。将除湿溶液储液袋5安装在背包4中，冷却调湿服1穿于医用防护服等特殊密闭的工作服内，再将背包4背在肩上。 [0031] (b)打开蓄电池6开关给微型数据处理系统8、微型溶液泵7和三通阀13供电，除湿溶液储液袋5中的除湿较冷溶液和除湿溶液蓄液盒11中的除湿较高温溶液经过三通阀13比例混合，变速微型溶液泵7带动混合后的除湿溶液流动，除湿溶液通过PVC软管9流至中空纤维膜管2内，除湿溶液在微型溶液泵7、中空纤维膜管2、除湿溶液储液袋5和除湿溶液蓄液盒11之间循环流动。中空纤维膜管2内流动的除湿溶液与防护服内人体微环境发生传热传质现象，去除人体微环境中多余的热量和湿度，以保证防护服内人体的舒适性。 [0032] (c)温湿度传感器3将防护服内人体微环境中的温度、湿度信息转变为电信号传递给微型数据处理系统8；所述微型数据处理系统8通过比较实时温湿度和目标温湿度的大小控制三通阀13开度大小，通过调控除湿溶液的温度对密闭的工作服内进行制冷和除湿。 [0033] 以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当注意的是，在不脱离本发明技术原理的前提下，本技术领域的普通技术人员可以进行若干改进和变形。这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 |
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