[发明专利]水循环加热干态假人

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种利用水循环加热方法模拟人体表面温度场的干态暖体假人装置，该装置可在站姿和坐姿之间切换。

(二)背景技术

用于室内环境舒适性评测的暖体假人需要假人具有和人体类似的发热特点和温度场分布。这需要假人在冷热宽温度区间内具有普适性。目前绝大多数暖体假人采用电加热的方法对假人体表进行加热，这种加热方法的主要缺点是不能进行降温过程的模拟。一种解决方法是增设一套冷却结构(一般为液冷)，但电和液体之间存在不兼容的问题，会导致假人的工作稳定性和寿命降低。本发明利用水的热特性，结合金属的导热特点，设计了一种水循环加热的干态假人，可以有效的解决一般假人温度调节的缺陷，提高了假人的模拟效果。

(三)发明内容

本发明是一种主要用于室内环境舒适性测试的暖体假人，其工作环境参数为温度20-35℃，湿度40-60％，风速小于0.1m/s。在此环境下，该发明可以模拟正常人体的发热情况(升降温均可)，精度可达到0.1℃。但是该假人不能出汗，不能进行更高温度的模拟，否则会失真。

该发明是一种模拟人体在舒适环境温度下体表温度的设备，如图1所示，本发明分为3个主要部分：骨架和关节A，水循环加热系统B，控制系统C。

骨架和关节A是模仿175cm身高标准男性人体的几何尺寸和解剖结构，利用金属制作的仿人体外壳，主要包括七个解剖节段1和六个活动关节2。七个解剖节段1包括：头颈、胸背、左(右)臂，左(右)腿，腰臀。每个解剖节段1具有相似的结构：最外层是厚度0.3mm的金属壳3，金属壳3的曲线根据人体的肌理构造，金属壳3的中央是直径10mm的不锈钢骨架4，起到结构支撑作用。二者之间通过支架5连接。水循环加热系统B使用的4mm内径金属管6用焊接的方式连接在金属壳内壁上，间距40mm，缝隙用导热胶封装。解剖节段1之间以及金属壳3内部空间用隔热材料进行处理，保证解剖节段1之间不产生热交换。六个活动关节2模拟三种人体关节的活动：肩关节、髋关节、膝关节。六个活动关节2的活动面平行于矢状面，活动角度为0-100°。

水循环加热干态假人的工作原理是利用水比金属更大的热容，作为积蓄热量的媒介。但由于水的比热大，温度的变化不如金属敏感。因此利用金属作为热量的散发介质，可以提高的温度的传导速度。另一方面，水可以积蓄热量，可以连续模拟升温和降温过程。水循环加热系统B是利用冷热水按比例混合的方法，配比出与所需的体表温度相同的水温，并使其在金属管6中进行流动。金属壳3吸收金属管6中液体的热量，使其达到目标皮肤温度，这种方法的控制精度在0.1℃以下。水循环加热系统B的主要结构包括：热水恒温水槽7、冷水恒温水槽8、微型泵9、电子流量计10、分流器11、金属管6、硅胶管12，除了热水恒温水槽7和冷水恒温水槽8之外，其他部件每个节段独立配置的。各结构的功能为：热水恒温水槽7和冷水恒温水槽8是分别提供40℃和20℃恒定温度热水和冷水的定标仪器。2台仪器规格相同，仅设定温度不同，在整个循环过程中2台仪器供应的水温是不变的。仪器的容积至少为10L，以保证温度不产生波动。在每个节段上配置两台微型泵9分别从热水恒温水槽8和冷水恒温水槽9中抽取液体，并通过电子流量器10对流量进行更精细的监控。微型泵9可以接受外界信号。配合控制系统C中的数字仪表14，可以在0.3-1.8L/s之间调节泵的流量，精度为10mL。冷热水经过合流在管路中均匀混合达到目标温度，并到达分流器11。分流器11是直径50mm-100mm的中空封闭球体，球壳厚度1mm。球壳上方与合流管路相连，下方根据各节段1分布的金属管6数量，设置输出管路。为了保证活动关节2的正常运动，管路之间所有的连接均采用对应尺寸的硅胶管12。

控制系统C配合水循环加热系统B对流量和温度进行精确的测控，主要元件包括温度传感器13、数字仪表14、上位机15。温度传感器13布置在个节段1表面，测量体表的温度，并以此温度作为基准对假人进行调节。调节的主要参数是热水恒温水槽7和冷水恒温水槽8之间的流量比。不同节段1可为微型泵7的控制端设置不同的流量比数值以模拟肢体之间的温度差异。微型泵7的信息输入以及温度传感器13的信息输出均通过数字仪表14作为中转，与上位机15相连接。水循环加热干态假人的主要参数可通过上位机15调整。

(四)附图说明

图1水循环加热干态假人装置示意图

1 解剖节段            2 活动关节          3 金属壳

4 骨架                5 支架              6 金属管