專利名稱：個人冷卻與加熱系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
沒有用于個人例如在熱冷環(huán)境中持續(xù)時間工作的士兵等的可接受的現(xiàn)有技術(shù)的熱應(yīng)激與寒冷天氣暴露緩解系統(tǒng)。例如沙漠條件經(jīng)常使個人在白晝時間處于熱應(yīng)激環(huán)境中而在夜間處于嚴(yán)寒中。熱應(yīng)激能夠?qū)е鲁龊?、疲勞、脫水、眩暈、皮膚溫度過熱、肌肉無力、心率增加、痱子、暈厥、受傷、體重減輕、中暑、中暑衰竭甚至死亡。對于那些穿著核生化(NBC)防護(hù)服的個人以及穿著飛行服的機組成員而言，熱應(yīng)激的危險甚至更大。寒冷天氣暴露會引起不適；疼痛；麻木；心臟、循環(huán)與呼吸問題；肌肉機能與性能衰退；凍傷和可能導(dǎo)致不省人事與死亡的體溫過低。
盡管可便攜、重量輕、低功率的個人冷卻與加熱系統(tǒng)能夠減少熱應(yīng)激、減小冷暴露的不利影響、提高工作性能并減小水消耗，但是現(xiàn)有的主動與被動冷卻系統(tǒng)未能滿足最優(yōu)系統(tǒng)的最低要求。
主動個人冷卻裝置在現(xiàn)有技術(shù)中己公知。主動個人加熱系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中也是已知的。但是，現(xiàn)有技術(shù)看起來缺乏以任何高效率工作更長時間的組合冷卻與加熱系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有的主動冷卻與加熱系統(tǒng)太笨重、龐大、效率低，而且只對有限的時間量有效。這些裝置還消耗太多的能量，并使用潛在危險的物質(zhì)，例如鋰二氧化硫電池或R134a致冷劑。被動冷卻與加熱系統(tǒng)使用包含在使用前需要致冷、冷凍或加熱的相變化學(xué)品、水或凝膠在內(nèi)的包裝，這些被動冷卻與加熱系統(tǒng)不適于滿足如下情況中用戶的需要，例如在熱、冷或熱冷組合的氣候條件下的軍隊野外作業(yè)中無法實現(xiàn)被動冷卻或加熱部件的致冷、冷凍或加熱的情況下。已經(jīng)研制出的現(xiàn)有技術(shù)的主動冷卻與加熱系統(tǒng)包括
1.美國軍用PICS(個人冰冷卻系統(tǒng))的問題該系統(tǒng)使用密實冰。必須每30分鐘換冰，而例如飛行員和野外部署的士兵等用戶可能無法獲得冰來補充該系統(tǒng)。
2.美國軍用PVCS(可便攜蒸氣壓縮冷卻系統(tǒng))的問題整個系統(tǒng)太笨重(27磅)；使用潛在危險的鋰二氧化硫電池，不能在非水平面例如船上使用蒸氣壓縮；R134a容器在高溫下可能破裂，暴露于液體或蒸氣致冷劑中會引起凍傷，高度暴露于氣體中會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)衰弱、心跳不規(guī)則和窒息。
3.美國軍用ALMCs(高級輕質(zhì)微氣候冷卻系統(tǒng))的問題電壓延遲現(xiàn)象可能使得鋰二氧化硫電池不能起動，特別是在貯藏之后；電池可能泄漏會引起呼吸困難的有毒二氧化硫氣體，而且在有意外充電、刺破或施加熱的情況下可能燃燒。這些電池不可再充電、不能暴露于高溫、很容易與水反應(yīng)，而且不能被打開、刺破或壓碎。
4.IMCC(集成中型冷卻環(huán)路)(DARPA美國國防部高級研究計劃局)的問題冷卻不充分。
5.吸收/蒸發(fā)冷卻(DARPA美國國防部高級研究計劃局)的問題根據(jù)內(nèi)蒂克士兵中心的Roger Masadi，典型的干燥劑僅吸收重量約它們的20％的水，而冷卻密度大致與冰相同。
6.美國國家航空航天局和美國空軍(APECS)機組人員個人環(huán)境控制系統(tǒng)的問題這些系統(tǒng)對于步兵團士兵而言太龐大。
7.生命增強技術(shù)的問題用于冷卻單元的冰水混合物必須重新補充。
盡管這些現(xiàn)有技術(shù)的個人冷卻與加熱系統(tǒng)中的每一種個人冷卻與加熱系統(tǒng)可以實現(xiàn)它們各自的特殊目的和需求，而且對于它們的預(yù)定用途而言很可能相當(dāng)有用，注意到所述現(xiàn)有技術(shù)無一公開可便攜、結(jié)實和輕質(zhì)的并能夠用于任何方位或用作為腰帶安裝系統(tǒng)或背包以滿足用戶的操作要求的設(shè)備和/或方法。而且，現(xiàn)有技術(shù)不能以每小時700-1000英制熱單位(BTU)的可調(diào)冷卻或加熱的速率提供連續(xù)若干小時的運行。
就此而言，顯然還存在對于新的改進(jìn)的個人冷卻與加熱系統(tǒng)的需求，即最大化用戶的受益并最小化由其使用引起的傷害危險。
在這方面，這里公開的本發(fā)明大致校正了這些問題，并實現(xiàn)了對這種裝置的需求。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中目前存在的已知類型的個人冷卻與加熱系統(tǒng)中固有的上述局限性，本發(fā)明提供一種設(shè)備，該設(shè)備已經(jīng)設(shè)計用來給用戶提供如下特征最小每小時700-1000英制熱單位(BTU)的可調(diào)加熱或冷卻。
包括背心、冷卻劑和電池電源在內(nèi)8磅的最大系統(tǒng)重量。
最小兩小時的連續(xù)運行。
立即響應(yīng)式冷卻與加熱。
2000小時無故障。
自備電源。
耐化學(xué)試劑。
容易凈化。
便于用最少的手工工具維護(hù)。
觸摸安全。
與其它機場維護(hù)工作區(qū)或飛機系統(tǒng)的電源兼容性。
符合電磁兼容性與接口(EMC/EMI)要求。
該系統(tǒng)能夠通過地面電源車或飛機電源進(jìn)行操作和再充電。
這些特征是與可能已經(jīng)授予專利或市場上可得到的類似裝置和方法在專利角度上截然不同的改進(jìn)。就此而言，隨后將更詳細(xì)描述的本發(fā)明的一般用途是提供一種野外設(shè)計的設(shè)備和結(jié)合了本發(fā)明的使用方法。還有許多另外的新穎特征，這些特征針對解決現(xiàn)有技術(shù)中未解決的問題。
為實現(xiàn)這一點，本發(fā)明大體包括四個主要部件1)冷卻單元(CU)；2)加熱單元(HU)；3)電源(PS)；和4)背心。
本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點是與現(xiàn)有技術(shù)的個人冷卻與加熱系統(tǒng)不同，本發(fā)明提供完全用戶可調(diào)的冷卻與加熱系統(tǒng)，該冷卻與加熱系統(tǒng)在一個裝置中組合了有效的冷卻與加熱，從而最大化用戶舒適度。這些控制容易使用，而且該單元對于包括軍事作業(yè)在內(nèi)的野外使用而言很耐用。
本發(fā)明的這些連同其它目的與表現(xiàn)本發(fā)明特征的各種新穎特征將通過權(quán)利要求中的特征一起指出。為了更好地理解本發(fā)明、其操作優(yōu)點和通過其使用而實現(xiàn)的具體目的，應(yīng)該參考附圖和說明內(nèi)容，其中舉例說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。


圖1是本發(fā)明的個人冷卻與加熱單元的透視圖。
圖2是被用戶穿在腰帶上時的本發(fā)明的腰帶安裝式個人冷卻與加熱單元和背心的透視圖。
圖3是圖4與圖5中描繪的熱電冷卻器(TEC)模塊的圖解分析。
圖4是循環(huán)泵、液體熱交換器、熱電冷卻器(TEC)模塊與空氣熱交換器的透視圖。
圖5是圖1與圖2中描繪的實施方案的個人冷卻與加熱單元的分解透視圖。
圖6的流程圖描繪蒸發(fā)冷卻背心實施方案的元件與運行。
圖7的流程圖描繪化學(xué)/生物防護(hù)服蒸發(fā)冷卻背心實施方案的元件與運行。
圖8的流程圖描繪在圖1、2與5中大體描繪的本發(fā)明的個人冷卻與加熱單元和背心的元件與運行。
圖9的流程圖描繪本發(fā)明的個人冷卻與加熱單元和背心的冷卻翼片實施方案的元件與運行。
圖10的流程圖描繪本發(fā)明的個人冷卻與加熱單元和背心的背心安裝式熱交換器實施方案的元件與運行。
實施本發(fā)明的最佳模式A.優(yōu)選實施方案現(xiàn)在參考附圖特別是附圖的圖1-10，實施本發(fā)明的原理與構(gòu)思的個人冷卻與加熱系統(tǒng)(PCHS)的一種新型新穎的設(shè)備在這些附圖中被描繪為包括兩個主要部件，即背心和個人冷卻與加熱單元(PCHU)，并分別由附圖標(biāo)記21與22大體表示。
說明書與附圖中的附圖標(biāo)記的一般說明所列出的任何實際尺寸是優(yōu)選實施方案的實際尺寸。實際尺寸或確切硬件細(xì)節(jié)和裝置可能在最終產(chǎn)品或最優(yōu)選實施方案中有變化，并應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是不使本專利的權(quán)利要求變窄的裝置。
本發(fā)明的部件的目錄與說明(1)可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(2)液體熱交換器框架(2A)背心回路液體熱交換器(2B)冷卻回路液體熱交換器(2C)冷凝器回路液體熱交換器(3)溫度傳感器(4)熱側(cè)硅密封襯片
(5)冷側(cè)硅密封襯片(6)熱側(cè)液體熱交換器后板(7)冷側(cè)液體熱交換器與加熱器傳遞板后板(8)電熱絲(9)熱反射器與絕緣墊(10)絕緣與緩沖墊(11)空氣熱交換器(12)空氣熱交換器排出端蓋(13)無刷風(fēng)扇電動機(14)空氣熱交換器風(fēng)扇端蓋(15)風(fēng)扇葉輪殼(16)空氣熱交換器風(fēng)扇(16A)空氣熱交換器風(fēng)扇葉輪(16B)冷卻翼片風(fēng)扇(17)風(fēng)扇殼蓋(18)布線、管道與控制器附件(19)微控制器、顯示器與鍵區(qū)(20)電池電源(21)背心(22)個人冷卻與加熱單元(PCHU)(23)冷卻回路泵(23A)冷凝器流體泵與流體傳感器(23B)背心回路泵(24)溫度選擇器(25)快速脫扣軟管與配件(26)空氣熱交換器冷卻液通道(27)空氣熱交換器空氣通道(28)背心空氣冷卻器與冷凝器(29)背心空氣風(fēng)扇(30)防護(hù)服
(31)冷卻翼片(32)液體包(33)冷凝液體排放泵(34)背心空氣通道(35)背心排氣管道(36)背心進(jìn)氣管道(37)冷凝盤管I.最優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明如圖2所描繪的那樣，用戶把個人冷卻與加熱單元(PCHU)(22)與電池電源(20)夾到腰帶上，并把來自背心(21)的快速脫扣軟管與配件(25)插入個人冷卻與加熱單元(PCHU)(22)。
如圖1和圖5所描繪的那樣，通過激活在個人冷卻與加熱單元(PCHU)(22)上的微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)的電源開關(guān)來起動冷卻或加熱。用戶能夠通過無線或有線遙控調(diào)節(jié)冷卻或加熱速率。
為了冷卻，微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)檢查電池電源(20)的容量，并開始監(jiān)視該系統(tǒng)的溫度傳感器(3)。在監(jiān)視溫度傳感器(3)的同時，微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)自動地對空氣熱交換器(11)的速度、冷卻回路泵(23)的流量與可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以通過最節(jié)能的設(shè)置滿足用戶的冷卻與/或加熱需求。
微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)給可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)加電，并不斷地監(jiān)視電源消耗和容量?？赡鏌犭娎鋮s器(TEC)模塊(1)通過改變流過背心(21)的液體的溫度來提供冷卻或加熱(按照用戶的選擇)。
背心回路泵(23B)使水基冷卻液循環(huán)經(jīng)過背心(21)與背心回路液體熱交換器(2A)，而在單獨隔離的回路中的冷卻回路泵(23)使冷卻液泵出經(jīng)過空氣熱交換器(11)直到實現(xiàn)用戶選擇的冷卻。
空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器風(fēng)扇(16)根據(jù)需要加電，以提供從空氣熱交換器(11)到環(huán)境空氣的熱傳遞。
為了加熱，通過冷側(cè)硅密封襯片(5)和冷側(cè)液體熱交換器與加熱器傳遞板后板(7)將柔性電熱絲(8)與背心回路液體熱交換器(2A)相連。柔性電熱絲(8)加熱背心回路液體熱交換器(2A)內(nèi)的液體，而背心回路泵(23B)使加熱的液體循環(huán)經(jīng)過快速脫扣軟管與配件(25)到背心(21)并經(jīng)過背心(21)。
電池電源(20)可以在運行兩小時或更長時間后調(diào)換或再充電，這取決于用戶設(shè)置與伴隨的能量需求。
最優(yōu)選實施方案的個人冷卻與加熱系統(tǒng)的部件的說明個人冷卻與加熱系統(tǒng)具有四個主要部件1)冷卻單元(CU)在如圖1、4、5、6、7、8和10所描繪的優(yōu)選實施方案中，冷卻單元(CU)包括九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)，這些可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)與液體熱交換器框架(2)相連以形成背心回路液體熱交換器(2A)，使得這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)形成背心回路液體熱交換器(2A)的側(cè)面，而且這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)還與液體熱交換器框架(2)相連以形成冷卻回路液體熱交換器(2B)，使得這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)形成冷卻回路液體熱交換器(2B)[Hg1]的側(cè)面；兩個冷卻回路泵(23)，這兩個冷卻回路泵(23)能夠把來自冷卻回路液體熱交換器(2B)的冷卻液泵出到兩個空氣熱交換器(11)；這兩個空氣熱交換器(11)中的每個空氣熱交換器(11)都連接其自身的空氣熱交換器風(fēng)扇(16)，其中的每個空氣熱交換器風(fēng)扇(16)由空氣熱交換器風(fēng)扇葉輪(16A)、容納在風(fēng)扇葉輪殼(15)內(nèi)的無刷風(fēng)扇電動機(13)、空氣熱交換器風(fēng)扇端蓋(14)和風(fēng)扇殼蓋(17)組成；微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)，該微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)電連接和/或電子連接到背心(21)內(nèi)的17個內(nèi)部溫度傳感器(3)；所述兩個空氣熱交換器風(fēng)扇(16)；冷卻回路液體熱交換器(2B)；和所述兩個冷卻回路泵(23)。
2)加熱單元(HU)在如圖5、8、9所描繪的優(yōu)選實施方案中，加熱單元采用冷卻單元的下列部件與柔性電熱絲(8)相連的背心回路液體熱交換器(2A)；一個背心回路泵(23B)；所述微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)，所述微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)電連接和/或電子連接到背心(21)內(nèi)的17個內(nèi)部溫度傳感器(3)；背心回路泵(23B)。柔性電熱絲(8)加熱背心回路液體熱交換器(2A)，而背心回路泵(23B)使加熱的液體循環(huán)向上經(jīng)過背心(21)。柔性電熱絲(8)將平均地把熱分配在背心回路液體熱交換器(23B)上，以提供給用戶的最優(yōu)熱傳遞。
3)電源(PS)(20)在如圖1、5、6、7、8、9和10中描繪的優(yōu)選實施方案中，用于冷卻與加熱單元的電池電源(20)通常是現(xiàn)成的I相的可再充電的鋰離子電池。冷卻單元電源重4磅，而加熱單元電源比冷卻單元電源還要重3磅，以在兩個完全小時內(nèi)加熱700英制熱單位(BTU)。系統(tǒng)設(shè)計將確定電池組件是安裝在主單元上還是作為單獨組件。
4)背心(21)在如圖2、6、7、8、9和10中所描繪的優(yōu)選實施方案中，系統(tǒng)將與背心(21)一起使用，該背心(21)包含管或通道，冷卻/加熱液能夠流過這些管或通道。背心(21)配備有快速脫扣軟管與配件(25)，以允許用戶在不脫掉背心(21)的情況下拆除冷卻單元與加熱單元。背心(21)包括液體與連接器在內(nèi)的重量約兩磅。冷卻單元使水基熱交換液循環(huán)經(jīng)過背心(21)內(nèi)的管。用戶的身體所溫暖的液體通過被背心回路泵(23B)泵入背心回路液體熱交換器(2A)而離開背心(21)。液體熱交換器框架(2)內(nèi)的通道引導(dǎo)被溫暖的液體，使得該液體與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)接觸，從而把熱從該液體傳遞給這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的形成背心回路液體熱交換器(2A)的側(cè)面的冷側(cè)。熱從該液體直接傳遞給所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)。這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)內(nèi)的佩利蒂()接頭把熱從可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)傳遞給可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)。來自可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)的熱被傳遞給冷卻回路液體熱交換器(2B)。當(dāng)冷卻液循環(huán)經(jīng)過冷卻回路液體熱交換器(2B)時，冷卻回路液體熱交換器(2B)把熱傳遞給冷卻液。空氣熱交換器(11)位于冷卻回路液體熱交換器(2B)的兩側(cè)。當(dāng)冷卻液循環(huán)經(jīng)過空氣熱交換器冷卻液通道(26)時，冷卻液把熱攜帶到所述兩個空氣熱交換器(11)，并把熱傳遞給空氣熱交換器(11)。位于這些空氣熱交換器(11)中每個空氣熱交換器(11)頂部的空氣熱交換器風(fēng)扇(16)把環(huán)境空氣吹過空氣熱交換器空氣通道(27)，以提供對空氣熱交換器(11)的強制對流冷卻。熱被傳遞給環(huán)境空氣，并從空氣熱交換器(11)的底部引出?？赡鏌犭娎鋮s器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)使背心(21)內(nèi)的液體維持在用戶所要求的冷卻溫度，該溫度由用戶在微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)上設(shè)置。
該裝置的如附圖中所描繪的各個部件組成與運行如下1.可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)也稱為佩利蒂(Pelitier)裝置，是用作為熱泵的小型裝置。可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)通常由夾在兩個陶瓷板之間的小的碲化鉍立方體組成。當(dāng)對可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)中的一個TEC模塊施加直流電時，熱從該TEC模塊的一側(cè)移到另一側(cè)。為了產(chǎn)生更大的效率并減小個人冷卻與加熱單元(PCHU)(22)的尺寸與重量，當(dāng)微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)激活冷卻單元時，所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)形成背心回路液體熱交換器(2A)的側(cè)面，而所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)形成冷卻回路液體熱交換器(2B)的側(cè)面。為了效率最高，通過可逆直流激活可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)，該可逆直流由微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)脈沖調(diào)制，用于該可逆直流的電能由電池電源(20)供應(yīng)。
2.背心回路液體熱交換器(2A)和冷卻回路液體熱交換器(2B)在該優(yōu)選實施方案中，背心回路液體熱交換器(2A)和冷卻回路液體熱交換器(2B)中的每個液體熱交換器都由液體熱交換器框架(2)和九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)組成，這九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)形成冷卻回路液體熱交換器(2B)和背心回路液體熱交換器(2A)的側(cè)面。為了冷卻，使得離開背心(21)的溫暖的液體循環(huán)經(jīng)過背心回路液體熱交換器(2A)，并通過與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)直接接觸而冷卻。為了加熱，使得離開背心(21)的冷的液體循環(huán)經(jīng)過背心回路液體熱交換器(2A)，并通過與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)直接接觸而加熱。最初液體熱交換器框架(2)將由塑料制造，但是也可以由任何合適的材料構(gòu)成。所述液體熱交換器框架(2)可以被分成兩個單獨通道，所述兩個冷卻回路泵(23)從這兩個單獨通道中抽出冷卻液并最終使冷卻液返回各個單獨通道。該設(shè)計提供了從液體到液體熱交換器(2)的更有效的熱傳遞速率。
3.背心回路泵(23B)與冷卻回路泵(23)在一個封閉環(huán)路中，背心回路泵(23B)使液體循環(huán)經(jīng)過背心回路液體熱交換器(2A)與背心(21)，而在另一個封閉環(huán)路中，冷卻回路泵(23)使液體循環(huán)經(jīng)過冷卻回路液體熱交換器(2B)與所述兩個空氣熱交換器(11)內(nèi)的空氣熱交換器冷卻液通道(26)。如圖4所描繪的那樣，背心回路泵(23B)與冷卻回路泵(23)設(shè)計成具有兩個齒輪。變速無刷直流電動機將給一個齒輪提供動力，所述一個齒輪驅(qū)動另一個齒輪，從而提供對冷卻/加熱液體循環(huán)的精確管理。
4.空氣熱交換器(11)空氣熱交換器(11)安裝在個人冷卻與加熱單元(PCHU)(22)的包含所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)、背心回路液體熱交換器(2A)與冷卻回路液體熱交換器(2B)在內(nèi)的相對側(cè)。每個空氣熱交換器(11)都是圓柱形的，并在其內(nèi)形成有一些空氣熱交換器冷卻液通道(26)和一些空氣熱交換器空氣通道(27)?？諝鉄峤粨Q器冷卻液通道(26)由環(huán)繞空氣熱交換器(11)頂部周邊的一系列圓孔組成，這些圓孔垂直地延伸到空氣熱交換器(11)的底部。當(dāng)用作為冷卻裝置時，被用戶的身體所溫暖的液體從背心泵出經(jīng)過背心回路液體熱交換器(2A)。當(dāng)該液體經(jīng)過背心回路液體熱交換器(2A)時，該液體被冷卻?？赡鏌犭娎鋮s器(TEC)模塊(1)給背心回路液體熱交換器(2A)提供冷卻。冷卻回路液體熱交換器(2B)排除來自可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱量。空氣熱交換器(11)吸收來自冷卻回路液體熱交換器(2B)的熱量。當(dāng)采用兩個空氣熱交換器時，每個空氣熱交換器(11)吸收來自冷卻回路液體熱交換器(2B)的與該空氣熱交換器(11)對應(yīng)側(cè)的一半熱量，冷卻回路液體熱交換器(2B)由分開的兩個單獨通道液體熱交換器(2)和所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)組成。在一個閉合回路中，來自冷卻回路液體熱交換器(2B)的一個單獨通道的液體被一個冷卻回路泵(23)向下泵出經(jīng)過所述空氣熱交換器(11)中的一個空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器冷卻液通道(26)。液體沿著空氣熱交換器冷卻液通道(26)向下穿過空氣熱交換器(11)的罐的長度，然后環(huán)繞空氣熱交換器(11)的罐的內(nèi)部上下來回。液體然后從空氣熱交換器(11)的罐的底部引出，并回到冷卻回路液體熱交換器(2B)中。類似地，在一個閉合回路中，來自冷卻回路液體熱交換器(2B)的另一個單獨的腔室的液體被第二個冷卻回路泵(23)向下泵出經(jīng)過相對的空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器冷卻液通道(26)，該空氣熱交換器冷卻液通道(26)位于該相對的空氣熱交換器(11)的頂部。液體沿著該相對的空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器冷卻液通道(26)向下穿過該相對的空氣熱交換器(11)的罐的長度，然后環(huán)繞該相對的空氣熱交換器(11)的罐的內(nèi)部上下來回。液體然后從該相對的空氣熱交換器(11)的罐的底部引出，并回到冷卻回路液體熱交換器(2B)中。
5.空氣熱交換器風(fēng)扇(16)空氣熱交換器風(fēng)扇(16)是可變(0-180)CFM風(fēng)扇，用于通過空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器空氣通道(27)提供強制對流冷卻?？諝鉄峤粨Q器風(fēng)扇(16)將由16mm直徑的Maxon無刷風(fēng)扇電動機(13)提供動力。在最佳模式中，空氣熱交換器風(fēng)扇(16)將由高溫塑料制造?？諝鉄峤粨Q器風(fēng)扇(16)與無刷風(fēng)扇電動機(13)將安裝在空氣熱交換器(11)的頂部的中心處。
空氣熱交換器風(fēng)扇(16)推動環(huán)境空氣經(jīng)過包括位于頂部的空氣熱交換器空氣通道(27)在內(nèi)的孔，并經(jīng)過空氣熱交換器(11)的罐。這些孔位于包括空氣熱交換器冷卻液通道(26)在內(nèi)的圓孔的周邊內(nèi)部，并從該頂部垂直地延伸穿過空氣熱交換器(11)罐的底部?？諝鉄峤粨Q器風(fēng)扇(16)將推動空氣向下經(jīng)過空氣熱交換器(11)的空氣熱交換器空氣通道(27)并推出空氣熱交換器(11)罐的底部，從而產(chǎn)生有效的氣流和熱量排除。當(dāng)空氣流過空氣熱交換器(11)時，熱傳遞給環(huán)境空氣或傳遞自環(huán)境空氣。
6.控制器微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)安裝到背心回路液體熱交換器(2A)和冷卻回路液體熱交換器(2B)的頂部。微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)監(jiān)視電池電源(20)的剩余電容量，并獲取來自17個溫度傳感器(3)的測量結(jié)果，這些溫度傳感器(3)位于1)連接空氣熱交換器(11)與冷卻回路液體熱交換器(2B)的四個管的每個管中；2)可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的熱側(cè)和冷側(cè)上；3)背心回路液體熱交換器(2A)與冷卻回路液體熱交換器(2B)中；4)兩個空氣熱交換器(11)中；5)背心(21)和用于背心回路液體熱交換器(2A)與冷卻回路液體熱交換器(2B)的液體進(jìn)口與出口中。
通過監(jiān)視這些溫度，微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)將選擇最優(yōu)冷卻與加熱所需的動力結(jié)構(gòu)。微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)將讀取由用戶通過溫度選擇器(24)指定的所需加熱或冷卻水平，并提供該精確量的冷卻或加熱。用戶將手動地把恒溫器設(shè)置到英制熱單位(BTU)數(shù)在700-1000英制熱單位(BTU)范圍內(nèi)的要求的溫度。
微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)將控制冷卻回路泵(23)、背心回路泵(23B)、空氣熱交換器風(fēng)扇(16)與無刷風(fēng)扇電動機(13)、和可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的溫度，以對流過背心(21)的液體提供最有效的冷卻與加熱。加熱該液體的溫度必須達(dá)到最小100華氏度，并優(yōu)選為110華氏度，以提供足夠的加熱，而所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)不能夠獨自產(chǎn)生該熱量。在加熱期間需要的操作部件將是所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)；柔性電熱絲(8)或燃料燃燒器；一個背心回路液體熱交換器(2A)；一個背心回路泵(23B)；微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)；和背心(21)。在加熱期間將關(guān)閉冷卻單元。
無味、清潔燃燒、無煙的液體燃料例如液體汽油、純無鉛汽油或更輕的流體可以用在燃料燃燒實施方案中，作為柔性電熱絲(8)的代替物。燃燒器將安裝在與背心(21)相連的背心回路液體熱交換器(2A)上。使用該燃燒器的缺點是用戶將需要攜帶可燃液體、將不得不為該燃燒器點火以點燃該燃燒器，而背心(21)必須穿在用戶其它衣服的外面，使其不適用于危險物質(zhì)防護(hù)服。設(shè)計帶有電子點火與控制的燃燒器是可行的，該燃燒器將不需要用戶手動為該燃燒器點火或關(guān)閉該燃燒器。對于該系統(tǒng)的重量而言，這種設(shè)計將提供最大的熱，但是潛在地對于在例如機場維護(hù)工作區(qū)維護(hù)等活動中的使用是非常危險的，因為這些活動通常在接近飛機燃料蒸氣處進(jìn)行。
7.電熱絲(8)柔性電熱絲(8)是與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的冷側(cè)相連的電加熱器，該冷側(cè)包括背心回路液體熱交換器(2A)的以工作方式又與背心(21)相連的側(cè)面。當(dāng)用戶設(shè)置本發(fā)明以給該裝置輸送熱時，柔性電熱絲(8)加熱所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的包括背心回路液體熱交換器(2A)的所述側(cè)面的冷側(cè)，通過所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)升高或增加其熱，該熱隨后加熱與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的包括背心回路液體熱交換器(2A)的所述側(cè)面的熱側(cè)接觸的液體，然后背心回路泵(23B)將使加熱的液體循環(huán)向上經(jīng)過背心(21)，從而溫暖該用戶。本發(fā)明可以制造成使得背心回路液體熱交換器(2A)的面積與面積的規(guī)格可以改變，從而允許通過恒溫與電子控制精確調(diào)節(jié)背心(21)的溫度。
8.電池電源電池電源(20)是目前可得到的可再充電的鋰離子電池的電池組，該電池組重4磅，并供應(yīng)7.2伏電壓，以提供至少兩個小時的連續(xù)運行。電池電源(20)的可再充電電池組具有一小時的再充電周期時間。目前可得到的非可再充電電池與一次性燃料電池能夠提供更小的重量或高達(dá)6.5小時的更長運行時間的連續(xù)運行。例如，3伏的鋰/二氧化錳電池重0.242磅/電池。對于4小時的冷卻，將使用10個電池，總重量為2.磅。對于6.5小時的冷卻，將使用16個電池，總重量為3.88磅。5.2伏的鋅/空氣燃料電池重1.7磅/電池。對于4小時的冷卻，將使用14個電池，總重量為2.38磅。對于6.5小時的冷卻，將使用22個電池，總重量為3.74磅。但是，鋰/二氧化錳或燃料電池組都不可再充電。
電池技術(shù)持續(xù)改進(jìn)，而可再充電電池、非可再充電電池與燃料電池的制造商們已經(jīng)宣布在2003年末，他們將提供重量小50％并具有性能為他們現(xiàn)有產(chǎn)品的兩到三倍的產(chǎn)品，這可能使得本發(fā)明的尺寸和重量減少35％。
圖3圖示了可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的具體結(jié)構(gòu)，對于46瓦的電能輸入，這些可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)將提供125瓦的冷卻。對于該結(jié)構(gòu)的可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)而言，性能系數(shù)為270％。
II.蒸發(fā)冷卻實施方案的詳細(xì)說明在圖6和7中大體描繪了現(xiàn)有發(fā)明的蒸發(fā)冷卻實施方案。除了用被分成兩個腔室的冷凝器回路液體熱交換器(2C)來代替背心回路液體熱交換器(2A)之外，在這些蒸發(fā)冷卻實施方案的每個實施方案中采用最優(yōu)選實施方案的冷卻單元。兩個單獨的冷凝器流體泵(23A)通過其位于其自身的背心空氣冷卻器與冷凝器(28)內(nèi)的自身的單獨的冷凝盤管(37)來抽出加熱的冷凝器流體，并把加熱的冷凝器流體泵入冷凝器回路液體熱交換器(2C)的各個單獨的腔室，使得加熱的冷凝器流體與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的形成冷凝器回路液體熱交換器(2C)的側(cè)面的冷側(cè)直接接觸，從而使冷凝器流體在通過冷凝盤管(37)泵回之前冷卻。
背心(21)具有包含在其中的一系列背心空氣通道(34)，這些背心空氣通道(34)與兩個背心進(jìn)氣管道(36)相連，這兩個背心進(jìn)氣管道(36)位于與兩個背心排氣管道(35)相對處。在這兩個背心進(jìn)氣管道中的每個背心進(jìn)氣管道上安裝背心空氣風(fēng)扇(29)。當(dāng)那些溫度傳感器(3)指示用戶選定溫度比背心(21)內(nèi)的溫度低時，空氣風(fēng)扇冷卻的空氣然后進(jìn)入相應(yīng)的背心進(jìn)氣管道(36)，然后該冷卻的空氣在那里返回背心(21)的背心空氣通道(34)，以從背心(21)中排除更多熱，從而冷卻用戶。
當(dāng)冷凝物聚積在這些背心空氣冷卻器與冷凝器(28)中的一個或兩個背心空氣冷卻器與冷凝器(28)中時，冷凝器流體泵與流體傳感器(23A)由其傳感器激活，從而使聚積的冷凝物從背心空氣冷卻器與冷凝器(28)中泵出離開。
在那些溫度傳感器(3)指示用戶選定溫度比背心(21)內(nèi)的溫度高的情況下，微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)關(guān)閉冷卻單元，然后電激活與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的包括冷卻回路液體熱交換器(2B)的側(cè)面在內(nèi)的冷側(cè)相連的柔性電熱絲(8)，并激活所述兩個單獨的冷凝器流體泵(23A)，現(xiàn)在這兩個冷凝器流體泵(23A)把冷卻的冷凝器流體抽出經(jīng)過其位于其自身的背心空氣冷卻器與冷凝器(28)內(nèi)的自身的單獨的冷凝盤管(37)，并把該冷卻的冷凝器流體泵入冷凝器回路液體熱交換器(2B)的各個單獨的腔室，使得加熱的冷凝器流體與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的形成冷凝器回路液體熱交換器(2B)的側(cè)面的現(xiàn)在的熱側(cè)直接接觸，從而在冷凝器流體經(jīng)過冷凝盤管(37)泵回之前加熱冷凝器流體。所述微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)同時電激活所述兩個背心空氣風(fēng)扇(29)把背心空氣通道(34)內(nèi)的冷空氣抽出經(jīng)過那些背心排氣管道(35)進(jìn)入相應(yīng)的背心空氣冷卻器與冷凝器(28)，由此使得冷空氣在其內(nèi)的現(xiàn)在是熱的冷凝盤管(37)中環(huán)繞經(jīng)過，從而在冷空氣經(jīng)過時溫暖該冷空氣。溫暖的空氣然后進(jìn)入相應(yīng)的背心進(jìn)氣管道(36)，然后該溫暖的空氣在那里返回背心(21)的背心空氣通道(34)，以從背心(21)中排除更多寒冷，從而使用戶溫暖。
除了由危險物質(zhì)防護(hù)服(30)形成背心進(jìn)氣管道(36)之外，圖7中所描繪的化學(xué)-生物危險物質(zhì)防護(hù)服(30)實施方案合并了上述蒸發(fā)冷卻實施方案的所有特征。所述危險物質(zhì)防護(hù)服(30)被用戶穿著，并在和用戶一起的防護(hù)服(30)內(nèi)部包含所述兩個背心空氣冷卻器與冷凝器(28)、所述兩個冷凝盤管(37)、所述兩個背心空氣風(fēng)扇(29)、由防護(hù)服(30)的內(nèi)部形成的背心進(jìn)氣管道(36)、所述兩個背心排氣管道(35)、所述溫度傳感器(3)和所述背心(21)。
III.空氣冷卻的冷卻單元實施方案的詳細(xì)說明在圖9中大體描繪了現(xiàn)有發(fā)明的空氣冷卻的冷卻單元實施方案，而除了所述冷卻回路液體熱交換器(2B)、所述兩個冷卻回路泵(23)和所述兩個空氣熱交換器組件(11、12、13、14、15、16、16A與17)之外，該實施方案采用了最優(yōu)選實施方案的所有相同的部件和特征；當(dāng)所述微控制器、顯示器與鍵區(qū)(19)指示背心(21)需要冷卻時，這些部件都由與所述九個可逆熱電冷卻器(TEC)模塊(1)的形成背心回路液體熱交換器(2A)的側(cè)面的熱側(cè)相連的冷卻翼片(31)來代替。冷卻翼片風(fēng)扇(16B)然后把環(huán)境空氣吹過冷卻翼片(31)，從而使冷卻翼片(31)冷卻，冷卻翼片(31)又使流入背心(21)的液體冷卻，由此冷卻用戶。
在圖9中大體描繪了現(xiàn)有發(fā)明的空氣冷卻的冷卻單元實施方案的加熱單元，而該加熱單元毫無例外地采用了最優(yōu)選實施方案的所有相同的部件和特征。
盡管我對本發(fā)明、其部件和操作的以上說明包含許多特殊性，但是這些特殊性不應(yīng)該解釋為對本發(fā)明范圍的限制，而是應(yīng)該解釋為其現(xiàn)有實施方案的范例。許多其它變體是可行的，例如該裝置的其它實施方案、形狀和尺寸可以構(gòu)造成與用戶匹配，并采用設(shè)計成根據(jù)本發(fā)明的原理工作的單元工作；在該單元的設(shè)計中可以采用各種材料、泵、顏色和結(jié)構(gòu)，這將提供有趣的用戶實施方案差異，包括例如隱藏該單元等實際設(shè)計。
因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該由隨附提交的權(quán)利要求與它們的合法等同物確定，而不是由所述實施方案來確定。
權(quán)利要求
1.一種個人冷卻與加熱系統(tǒng)，包括背心；至少一個溫度傳感器；該背心所包含的溫度傳遞介質(zhì)；冷卻單元；加熱單元；溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置；所述溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置能夠把來自背心的溫度傳遞介質(zhì)傳送到冷卻單元內(nèi)，在冷卻單元處可以由一個或多個冷卻裝置冷卻溫度傳遞介質(zhì)，然后一旦冷卻后，溫度傳遞介質(zhì)就被溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置傳送回背心；所述溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置能夠把來自背心的溫度傳遞介質(zhì)傳送到加熱單元內(nèi)，在加熱單元處可以由一個或多個加熱裝置加熱溫度傳遞介質(zhì)，然后一旦加熱后，溫度傳遞介質(zhì)就被溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置傳送回背心；用戶可調(diào)電子控制器，該用戶可調(diào)電子控制器與溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置、冷卻裝置和加熱裝置電連接；用戶可調(diào)電子控制器與溫度傳感器電子連接，其中當(dāng)溫度傳感器電子通知用戶可調(diào)電子控制器背心處于與用戶可調(diào)電子控制器上的用戶選定溫度設(shè)置不同的溫度時，用戶可調(diào)電子控制器自動地電激活溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置，從而使得溫度傳遞介質(zhì)從背心中傳送；當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，用戶可調(diào)電子控制器自動地僅電激活冷卻裝置，從而使得已經(jīng)從背心傳送的溫度傳遞介質(zhì)在被溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置傳送回背心之前被冷卻裝置冷卻；當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低時，用戶可調(diào)電子控制器自動地僅電激活加熱裝置，從而使得已經(jīng)從背心傳送的溫度傳遞介質(zhì)在被溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置傳送回背心之前被加熱裝置加熱；和與可調(diào)電子控制器電連接的電源裝置，用于為與溫度傳感器通信的可調(diào)電子控制器提供激活溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置和冷卻裝置或加熱裝置所需的電能。
2.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中溫度傳遞介質(zhì)是水。
3.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中背心還包括柔性通道裝置，該柔性通道裝置能夠在其內(nèi)循環(huán)溫度傳遞介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻裝置包括至少一個可逆熱電冷卻器模塊，所述可逆熱電冷卻器模塊與可逆直流電電連接并由該可逆直流電激活，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，由用戶可調(diào)電子控制器在一個方向上脈沖調(diào)制該可逆直流電，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向；所述可逆熱電冷卻器模塊具有電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)，通過用戶可調(diào)電子控制器逆轉(zhuǎn)脈沖調(diào)制的可逆直流的方向使得電可逆熱側(cè)變成電可逆冷側(cè)而電可逆冷側(cè)變成電可逆熱側(cè)，從而逆轉(zhuǎn)電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)；至少一個背心回路液體熱交換器，所述背心回路液體熱交換器與溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置相連，其中當(dāng)激活溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置時，溫度傳遞介質(zhì)從背心泵出經(jīng)過所述背心回路液體熱交換器并回到背心；所述背心回路液體熱交換器具有前側(cè)與后側(cè)，前側(cè)與后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)形成，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，溫度傳遞介質(zhì)在泵出經(jīng)過所述背心回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)直接接觸，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向，使得可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)變成可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)，該電可逆熱側(cè)保持與溫度傳遞介質(zhì)直接接觸；至少一個空氣熱交換器；所述空氣熱交換器具有在其內(nèi)的至少一個冷卻液通道；在空氣熱交換器冷卻液通道內(nèi)包含的冷卻液；所述空氣熱交換器具有從中經(jīng)過的至少一個空氣通道；與所述空氣熱交換器相連的至少一個空氣熱交換器風(fēng)扇；至少一個冷卻回路液體熱交換器；至少一個冷卻回路泵裝置，所述冷卻回路泵裝置能夠把來自冷卻回路液體熱交換器的冷卻液泵出到并經(jīng)過空氣熱交換器冷卻液通道，然后回到冷卻回路液體熱交換器；所述冷卻回路泵裝置與用戶可調(diào)電子控制器相連，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活；所述冷卻回路液體熱交換器具有冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)，冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)形成，可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)用來形成所述背心回路液體熱交換器的所述前側(cè)與后側(cè)中的一側(cè)或兩者，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，冷卻液在泵出經(jīng)過所述冷卻回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)直接接觸；而且所述空氣熱交換器風(fēng)扇與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活，用戶可調(diào)電子控制器電激活所述空氣熱交換器風(fēng)扇把環(huán)境空氣吹過空氣熱交換器的已經(jīng)通過其內(nèi)冷卻液的循環(huán)加熱的空氣通道，然后把現(xiàn)在加熱的吹出的環(huán)境空氣排出到周圍的環(huán)境空氣中。
5.如權(quán)利要求4的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中加熱裝置包括至少一個電熱絲，所述電熱絲與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)相連，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低時，所述電可逆冷側(cè)作為電可逆冷側(cè)。
6.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻裝置是冰。
7.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻裝置是致冷氣體。
8.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中加熱裝置是燃料的燃燒。
9.如權(quán)利要求4的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中可逆熱電冷卻器模塊是至少一個佩利蒂(Pelitier)裝置。
10.如權(quán)利要求4的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中可逆熱電冷卻器模塊由夾在兩個陶瓷板之間的至少一個碲化鉍立方體組成。
11.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻單元、冷卻裝置、加熱單元、加熱裝置、溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置和電源與能夠被用戶穿著的載體相連，從而使得個人冷卻與加熱系統(tǒng)成為便攜式的。
12.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置以工作方式與具有自密封速斷連接器的背心相連。
13.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻單元、冷卻裝置、加熱單元、加熱裝置、溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置、電源和溫度傳感器都通過無線方式由用戶可調(diào)電子控制器控制并與用戶可調(diào)電子控制器通信。
14.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻裝置包括至少一個可逆熱電冷卻器模塊，所述可逆熱電冷卻器模塊與可逆直流電電連接并由該可逆直流電激活，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，由用戶可調(diào)電子控制器在一個方向上脈沖調(diào)制該可逆直流電，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向；所述可逆熱電冷卻器模塊具有電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)，通過用戶可調(diào)電子控制器逆轉(zhuǎn)脈沖調(diào)制的可逆直流的方向使得電可逆熱側(cè)變成電可逆冷側(cè)而電可逆冷側(cè)變成電可逆熱側(cè)，從而逆轉(zhuǎn)電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)；至少一個背心回路液體熱交換器，所述背心回路液體熱交換器與溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置相連，其中當(dāng)激活溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置時，溫度傳遞介質(zhì)從背心泵出經(jīng)過所述背心回路液體熱交換器并回到背心；所述背心回路液體熱交換器具有前側(cè)與后側(cè)，前側(cè)與后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)形成，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，溫度傳遞介質(zhì)在泵出經(jīng)過所述背心回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)直接接觸，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向，使得可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)變成可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)，該電可逆熱側(cè)保持與溫度傳遞介質(zhì)直接接觸；至少一個冷卻翼片，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，所述冷卻翼片與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)相連；和至少一個冷卻翼片風(fēng)扇，所述冷卻翼片風(fēng)扇與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活，從而把環(huán)境空氣吹過冷卻翼片以從冷卻翼片吸收熱，然后把現(xiàn)在加熱的吹出的環(huán)境空氣排出到周圍的環(huán)境空氣中。
15.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中背心包括至少一個液體包；所述液體包具有包含在其中的液體包液體；所述液體包具有液體包冷側(cè)與液體包熱側(cè)；至少一個可逆熱電冷卻器模塊，所述可逆熱電冷卻器模塊與可逆直流電電連接并由該可逆直流電激活，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，由用戶可調(diào)電子控制器在一個方向上脈沖調(diào)制該可逆直流電，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向；所述可逆熱電冷卻器模塊具有電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)，通過用戶可調(diào)電子控制器逆轉(zhuǎn)脈沖調(diào)制的可逆直流的方向使得電可逆熱側(cè)變成電可逆冷側(cè)而電可逆冷側(cè)變成電可逆熱側(cè)，從而逆轉(zhuǎn)電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)；液體包的液體包熱側(cè)由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)形成，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，液體包流體與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)直接接觸，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向，使得可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)變成可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)，該電可逆熱側(cè)保持與液體包流體直接接觸；而且如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)的冷卻裝置還包括至少一個空氣熱交換器；所述空氣熱交換器具有從中經(jīng)過的至少一個空氣通道；與所述空氣熱交換器相連的至少一個空氣熱交換器風(fēng)扇；至少一個冷卻回路液體熱交換器；至少一個冷卻回路泵裝置，所述冷卻回路泵裝置能夠把來自冷卻回路液體熱交換器的冷卻液泵出到并經(jīng)過空氣熱交換器冷卻液通道，然后回到冷卻回路液體熱交換器；所述冷卻回路泵裝置與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活；所述冷卻回路液體熱交換器具有冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)，冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)形成，可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)用來形成液體包的液體包熱側(cè)，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，冷卻液在泵出經(jīng)過所述冷卻回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)直接接觸；而且所述空氣熱交換器風(fēng)扇與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活，用戶可調(diào)電子控制器電激活所述空氣熱交換器風(fēng)扇把環(huán)境空氣吹過空氣熱交換器的已經(jīng)通過其內(nèi)冷卻液的循環(huán)加熱的空氣通道，然后把現(xiàn)在加熱的吹出的環(huán)境空氣排出到周圍的環(huán)境空氣中。
16.如權(quán)利要求15的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中加熱裝置包括至少一個電熱絲，所述電熱絲與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)相連，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低時，所述電可逆冷側(cè)作為電可逆冷側(cè)。
17.如權(quán)利要求1的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中背心還包括與其相連的至少一個背心空氣通道；所述背心空氣通道具有輸入端與輸出端；與所述背心空氣通道輸出端相連的至少一個背心排氣管道；與所述背心空氣通道輸入端相連的至少一個背心進(jìn)氣管道；與所述背心排氣管道相連的至少一個背心空氣冷卻器與冷凝器；至少一個背心空氣風(fēng)扇，所述背心空氣風(fēng)扇能夠輸送來自背心的空氣經(jīng)過所述背心空氣通道、接著經(jīng)過所述輸出端、接著經(jīng)過所述背心排氣管道、接著經(jīng)過空氣冷卻器與冷凝器、接著經(jīng)過所述背心進(jìn)氣管道、然后經(jīng)過所述輸入端；所述背心空氣風(fēng)扇與用戶可調(diào)電子控制器相連，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活；背心空氣冷卻器與冷凝器具有至少一個冷凝盤管，當(dāng)激活背心空氣風(fēng)扇時，輸送空氣經(jīng)過所述冷凝盤管；背心空氣冷卻器與冷凝器具有至少一個廢冷凝流體泵，所述廢冷凝流體泵能夠泵出可能由經(jīng)過背心空氣冷卻器與冷凝器的輸送空氣所冷凝的任何廢冷凝流體；在所述冷凝盤管內(nèi)包含的冷凝器流體；至少一個可逆熱電冷卻器模塊，所述可逆熱電冷卻器模塊與可逆直流電電連接并由該可逆直流電激活，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，由用戶可調(diào)電子控制器在一個方向上脈沖調(diào)制該可逆直流電，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向；所述可逆熱電冷卻器模塊具有電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)，通過用戶可調(diào)電子控制器逆轉(zhuǎn)脈沖調(diào)制的可逆直流的方向使得電可逆熱側(cè)變成電可逆冷側(cè)而電可逆冷側(cè)變成電可逆熱側(cè)，從而逆轉(zhuǎn)電可逆熱側(cè)和電可逆冷側(cè)；至少一個冷凝器回路液體熱交換器；與所述冷凝器回路液體熱交換器相連的至少一個冷凝器流體泵；所述冷凝器流體泵與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活，使得當(dāng)激活冷凝器流體泵時，冷凝器流體從冷凝盤管泵出經(jīng)過冷凝器回路液體熱交換器，然后回到冷凝盤管；所述背心回路液體熱交換器具有前側(cè)與后側(cè)，前側(cè)與后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)形成，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，冷凝器流體在泵出經(jīng)過所述冷凝器回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)直接接觸，而在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低的情況下，用戶可調(diào)電子控制器自動地逆轉(zhuǎn)由用戶可調(diào)電子控制器脈沖調(diào)制的可逆直流電的方向，使得可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)變成可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)，該電可逆熱側(cè)保持與冷凝器流體直接接觸；至少一個空氣熱交換器；所述空氣熱交換器具有在其內(nèi)的至少一個冷卻液通道；在所述空氣熱交換器冷卻液通道內(nèi)包含的冷卻液；所述空氣熱交換器具有從中經(jīng)過的至少一個空氣通道；與所述空氣熱交換器相連的至少一個空氣熱交換器風(fēng)扇；至少一個冷卻回路液體熱交換器；至少一個冷卻回路泵裝置，所述冷卻回路泵裝置能夠把來自冷卻回路液體熱交換器的冷卻液泵出到并經(jīng)過空氣熱交換器冷卻液通道，然后回到冷卻回路液體熱交換器；所述冷卻回路泵裝置與用戶可調(diào)電子控制器相連，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活；所述冷卻回路液體熱交換器具有冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)，冷卻前側(cè)與冷卻后側(cè)中的一側(cè)或兩者由可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)形成，可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)用來形成冷凝器回路液體熱交換器的前側(cè)與后側(cè)中的一側(cè)或兩者，使得當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時，冷卻液在泵出經(jīng)過所述冷卻回路液體熱交換器時與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆熱側(cè)直接接觸；而且所述空氣熱交換器風(fēng)扇與用戶可調(diào)電子控制器電連接，并在溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度高時由用戶可調(diào)電子控制器激活，用戶可調(diào)電子控制器電激活所述空氣熱交換器風(fēng)扇把環(huán)境空氣吹過空氣熱交換器的已經(jīng)通過其內(nèi)冷卻液的循環(huán)加熱的空氣通道，然后把現(xiàn)在加熱的吹出的環(huán)境空氣排出到周圍的環(huán)境空氣中。
18.如權(quán)利要求17的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中背心、背心空氣冷卻器與冷凝器、背心空氣風(fēng)扇、背心進(jìn)氣管道和背心排氣管道包含在能夠被用戶穿著的防護(hù)服內(nèi)，其中進(jìn)氣管道把經(jīng)過背心空氣冷卻器與冷凝器的輸送空氣排出到防護(hù)服內(nèi)，該輸送空氣又通過背心空氣風(fēng)扇的動作被抽入背心空氣通道的輸入端。
19.如權(quán)利要求16的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中加熱裝置包括至少一個電熱絲，所述電熱絲與可逆熱電冷卻器模塊的電可逆冷側(cè)相連，當(dāng)溫度傳感器通知用戶可調(diào)電子控制器背心的溫度比用戶選定溫度低時，所述電可逆冷側(cè)作為電可逆冷側(cè)。
20.如權(quán)利要求2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15、16、17、18或19的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，其中冷卻單元、冷卻裝置、加熱單元、加熱裝置、溫度傳遞介質(zhì)傳送裝置和電源與能夠被用戶穿著的載體相連，從而使得個人冷卻與加熱系統(tǒng)成為便攜式的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種完全可調(diào)的個人冷卻與加熱系統(tǒng)，該個人冷卻與加熱系統(tǒng)特別設(shè)計用于在被用戶穿著和操作時提供若干小時的高效冷卻或加熱。該組合的個人冷卻與加熱系統(tǒng)發(fā)明能夠在不使用腐蝕或有毒化學(xué)品的情況下提供若干小時的高效個人冷卻或加熱，從而實際上沒有與其使用相關(guān)的傷害的危險。該個人冷卻與加熱系統(tǒng)發(fā)明重量輕且結(jié)構(gòu)耐用，并特別設(shè)計用于其中致冷和加熱的接近受到限制或無法獲得的令人難受的氣候條件下。
文檔編號A61F7/00GK1761847SQ200480006976
公開日2006年4月19日 申請日期2004年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月14日
發(fā)明者馬克·R·哈維 申請人:馬克·R·哈維