CN101022741B - 气体分配服 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于冷却穿着者身体的服装，其包括附连形成一空腔的基本上不透气的第一基层和透气的第二基层。第一和第二基层中至少一个包括在空腔内表面上的多个凸出的突起部，以及透气的第二基层包括在空腔外表面上并靠近穿着者的身体的多个凸出的突起部。空腔适于连接到气体源，使得气体流入空腔和通过透气的第二基层流出空腔。冷却服是轻质且顺从性的，并且是非系留的，以便可携带。

Description

气体分配服
技术领域
本发明涉及一种人身气体分配服，较佳地是通风冷却服。一个实施例针对一种由穿着设计成保护穿着者免受有害的化学、生物或其它环境危害的全部密封服装和呼吸系统的穿着者使用的通风冷却服。适于使用过滤的环境空气作为通风冷却介质也是本发明的通风冷却服的一种功能。该衣服所要求的特征是冷却能力高、重量轻、体积小、顺从性好、以及水蒸气渗透性高，所有这些有益于穿着者的舒适。
背景技术
众所周知，人体经受长期的不充分热消散会导致身体温度上升(热应力)，显示出诸如不舒服、疲劳增加、身体和智力性能降低，且在极端情况下死亡的不良结果。身体中心温度超过38℃会例如导致削弱判定力和增加反应时间，而身体中心温度超过40℃可引起生理伤害和死亡。增加的身体温度可由外部源、由于消耗体力的新陈代谢过程、或两者结合的热量堆积而产生。诸如消防员的职员、诸如从事有毒的或通常有害的清洗操作的“有害物质”操作工、以及处理有害物质的化学工厂操作工是这种热应力的潜在受害者。这些员工已经通常穿上实质上完全密封的服装，这严重地抑制了由于环境空气流过人体皮肤和衣服而自然发生的冷却效果。
一种防止热应力发作的可能措施是吹动冷却气体，通常是空气(可选地被冷却)流过对象的身体，这通过对流和蒸发冷却的结合产生对象的冷却。热应力效应的研究已显示出，为了最小化这种效应，供应到经受中等体力消耗的对象的平均要求冷却量是躯干区域最小100瓦。(参见“用于评估人体空气冷却系统通风要求的技术”(″Techniques for Estimating VentilationRequirements for Personal Air-cooling Systems″)，J.W.Kaufman，海军航空战争中心报告(Naval Air Warfare Center report)NAWCADPAX-99-92-TR.)
已经提出各种方法来实现对象的“空气冷却”。例如，授予Frim等人的美国专利第5,243,706揭示的系统就是一个这样的方法。在该参考中揭示的服装的构造包括空气不可渗透层和与中间的皱纹网孔间隔层附连在一起的空气分配层。另一网孔间隔层位于空气不可渗透层和穿着者身体之间。冷却空气送入空气渗透层和空气不可渗透层之间的空间，排出空气渗透层，并分配通过穿着者的身体。给定服装的多层结构和皱纹间隔层的包含物，使服装的柔性、适合性和舒适性严重地折衷并不太可能符合上述限定的要求标准。同样，网孔织物对空气流动相对高的阻力使得必须要由高压空气源，但这在可携带(或非系留)系统中不容易得到。
授予Elsherif等人的美国专利第5,564,124号揭示了一种人体通风装置，其包括包含诸如开口塑料泡沫的空气渗透材料诸区域以将空气引导到身体所选区域的服装。该系统还包括电池驱动的吹风单元，其可选地包括热电加热或冷却设备或过滤器。给定冷却空气通风的区域相对于躯干的总体区域来说较小，则参考文件中揭示的服装的冷却能力很可能受到严格的限制且不符合前述限定的冷却标准。
授予Weber的美国专利第5,970,519号揭示了一种用于医务人员的冷却服装，其包括一简单的双层结构空气不可渗透层和一空气渗透层，各具有限定空气吹入空腔的最小厚度。除了在肩部区域防止服装在诸如辐射屏蔽的重的外围下穿着该服装时该范围服装塌陷之外该空腔没有间隔物、或中间材料或结构。这种系统的一个显著缺点是缺少任何中间层来控制空腔內的空气流动导致空气分配不均匀。另一个缺点是缺少用于控制内部空气渗透层和穿着者身体之间空气分配的装置。缺少这些机构会引起穿着者身体的一些区域过度冷却，尤其是靠近空气入口的区域，而在其它区域不能提供足够的冷却。本发明的目的是克服上述系统的缺点。
发明内容
本发明针对一种气体分配服，其可用于在有害或有毒环境中，以及诸如消防员、房屋清洁操作工或医院手术室操作人员的对象暴露于热应力条件的其它应用中使用的密封服装。在一较佳实施例中，空气分配冷却服系统极其方便地包括仅向躯干输送冷却空气的背心，但也可以是带有袖子的夹克、带有袖子和裤腿的衣裤连体服、或者将冷却空气输送到身体特定区域的任何其它形式。为了最优化舒适性和冷却效率，要求服装严格地符合穿着者的身体形状。
本发明的一目的是冷却气体可以是环境空气，且可以对空气进行过滤以从冷却空气除去不合要求的成分。冷却气体也可经过热交换器来降低气体的温度或通过除湿器以进一步增强其冷却能力。此外，已经确定最有效的冷却是使用约35℃的环境温度的空气通过约4至8公升/秒(l/s)的空气流速流过对象且流动应限定在从对象的身体不超过约4mm的层次中来实现的。
本发明的另一目的是除了穿着者经历的自然冷却对延长的时间段提供一种对穿着者的高度冷却。较佳地，提供大于50瓦的附加冷却用于至少约3小时的时间；更佳地，在穿着者的躯干上提供大于约80瓦的附加冷却且更进一步优选的是大于约100瓦的附加冷却至少约3个小时的时间。
本发明的又一目的是通过使用气体分配歧管和由包含本发明的基层限定的空腔內多个离散元件，实现穿着者躯干上的基本地均匀冷却。
本发明的又一目的是提供一种“非系留”且轻质的人体冷却系统。在一较佳实施例中，该系统的总重量小于3kg。
本发明的又一目的是提供一种冷却服，其包括具有高水-蒸气-渗透性的基层，由此，甚至在不向服装提供冷却气体时，使穿着者身体上排汗的增加最小。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于冷却穿着者身体的服装，包括：围绕基层周界连接、在其间形成空腔的基本上不透气的第一基层和透气的第二基层，所述第一和第二基层中至少一个包括在所述空腔内的表面上的多个凸出的突起部，以及所述透气的第二基层包括在所述空腔外的表面上并靠近所述穿着者的身体的多个凸出的突起部；所述透气的第二基层相对于所述不透气的第一基层更靠近穿着者，并且所述突起部呈离散元件的形式；其中所述空腔适于连接到气体源，使得所述气体流入所述空腔并通过所述透气的第二基层流出所述空腔。
本发明还提供了一种用于冷却穿着者身体的系统，包括服装，所述服装包括围绕基层周界附连、在其间形成空腔的基本上不透气的第一基层和透气的第二基层，所述第一和第二基层中至少一个包括在所述空腔内的表面上的多个凸出的突起部，所述突起部呈离散元件的形式；以及至少一个附加基层，插入在所述穿着者身体和服装的所述透气的第二基层之间，所述至少一个附加基层在基层表面上包括多个凸出的突起部，所述凸出的突起部呈离散元件的形式；其中所述空腔适于连接到气体源，使得所述气体流入所述空腔并通过所述透气的第二基层流出所述空腔。
包括本发明的气体分配服的一实施例包括密封的第一和第二基层以限定至少一个空腔。第一基层基本上是空气不可渗透但水-蒸气-可渗透的。第二基层是透气的且较佳地是水-蒸气-可渗透的。定向成朝向空腔内部的基层之一或两者的表面设有多个离散元件形式的凸出的突出部，且该空腔适于包含与气体供应系统流体连通的气体分配歧管。空腔外部第二基层的表面也设有多个离散元件形式的凸出的突起部。
在一较佳实施例中，服装是背心形式，且使用时第二基层会形成背心的内侧使得通过透气的第二基层流出空腔的气体流过穿着者的躯干。空腔外部的第二基层表面上多个离散元件提供了基层和穿着者身体或穿在其上的任何其它服装之间的空间。离散元件的高度选择成使得穿着者身体，或紧接于穿着者身体穿着的任何其它服装和透气的第二基层之间的空间足够宽以允许冷却气体的均匀流动，但又不宽到降低气体的冷却效果。优化离散元件之间的平面內间隔以分配流出空腔的气流并给予躯干基本均匀的冷却。
空腔內基层的一个或两个表面上的多个离散元件提供了表面之间的空间，由此允许空腔內冷却气体的优化分配，并因此越过穿着者的身体。
在另一实施例中，气体分配服系统包括设置在置于穿着者身体和形成空腔的第二基层外表面之间另一基层上的空腔外部突起部。插入的基层较佳地是水-蒸气-可渗透的且可以是透气的。插入层可附连到形成空腔的基层上或从空腔基层上脱离。
与利用网孔或网孔状间隔物的现有技术服装相比，多个离散元件通过在突起部之间弯曲有助于增加本发明服装的顺从性(合身)。适于用在本发明中的、具有图案或其上的多个离散元件基层的柔性，基本上不小于没有任何离散元件的基层的柔性。相反，现有技术的网孔或网孔状间隔物的三维结构缺少弯曲点且它们通常体积大而硬；因此这些结构的使用产生了柔性和顺从性差的服装。
此外，与利用网孔或网孔状材料作为间隔物的现有技术服装相比，多个离散元件还产生具有对气体流动较低阻力的服装结构。网孔间隔物用与气流干扰的材料构成，而本发明的材料没有离散元件之间的干涉材料来干扰空气流动。由离散元件提供的对气体流动的低阻力便于使用低功率风机来向本发明供应气体并消除了将服装“系”到电源或高压冷却器体源的需要。因此，较佳实施例包括“可携带”或“非系留”的气体分配服系统，其如这里使用的那样，指不系到(静止)电源或高压气体源的系统。冷却气体可以是由电池驱动的风机吹进空腔的环境空气，其可选地装有过滤元件或其它气体处理系统以去除有害的或其它不合要求的污染成分。
附图说明
图1表示背心形式的本发明的一实施例，且包括风机作为驱动环境空气通过歧管进入服装空腔的装置。
图2是背心身体侧的平面图，示出了基层上离散元件的相对位置和所述基层内的穿孔。
图3是图2中区域“X”的放大视图，其中离散元件包括圆形突起部。
图4是本发明一实施例的截面图，其中空腔內的离散元件设置在不透气的基层上。
图5是在图2的Y-Y′方向上本发明实施例的截面图，其中离散元件设置在透气的基层的任一侧。
图6是用于本发明实施例的气体分配歧管的视图。
图7是用于本发明实施例的气体分配歧管另一构造的视图。
图8示出了在本发明实施例的评估试验中人体对象的心率(跳/分钟)相对于时间(小时)的图表。
图9示出了在本发明实施例的评估试验中人体对象的身体中心温度的图表。
具体实施方式
参见图1，示出了本发明的优选实施例，气体分配冷却服1包括围绕其周界附连到透气的基层3以限定空腔的基本上不透气的基层2，空腔的一部分由剖开部分A代表性地示出。基层3在空腔外部且靠近穿着者身体的其表面上具有离散元件形式的多个凸出的突起部4。基层3通过在基层上所述凸出的突起部之间打孔来给出气体可从空腔排出并经过穿着者身体的多个孔5而透气。在一实施例中，冷却气体是环境空气，其由风机6通过过滤器7吸入，并通过导管8馈送到空气分配歧管9，并之后基本上均匀地通过整个空腔体积，通过穿孔5排出。冷却服通过紧固部分10而保持与穿着者身体的紧密接触，紧固部分10可使用“钩和环”系统或其它本技术领域已知的适当方法来紧固。
通过系统的空气流动的方向大致由一系列块状箭头表示，包括这些箭头是为了帮助本发明的理解而不解释为对本发明范围的限制。
图2是本发明一实施例的平面图，示出了靠近穿着者身体穿着的透气的基层3的表面。离散元件4和穿孔5的分布在图3中更清楚的表示并详细示出，图3是图2的“X”区域的放大图。说明本发明一实施例的图3示出了基层3表面上离散元件4和穿孔5的相对分布(不是按比例)。在该示出的实施例中，在平面图中示出离散元件具有圆形横截面，这不应看作对本发明的限制。凸出的突出部可包括诸如立方形的、圆锥形的、棱锥形的、多面体的、半球形的或截球形的形状。“离散元件”意思是基本上或实质上不连续或不连接的多个单个元件。离散元件4较佳地是柔软的且有弹性的但是具有有限的可压缩性用于优化舒适性和保持空气流动。离散元件可包括能够保持基层之间，或基层和穿着者身体之间空间的任何材料，但较佳地包括(例如)从但不限于硅树脂、聚酯、聚亚氨酯、聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物或对本技术领域的技术人员已知的其它类似材料中选择的热塑性或热固性聚合物。凸出的突起部4可通过方便的方法，诸如挤压或丝网印刷术或例如对表面涂敷技术领域的技术人员已知的其它方法应用到基层3上。
为了优化气体流动和冷却凸出的突起部，较佳地覆盖靠近穿着者身体的基层3的50％或更少的表面面积，优选的覆盖小于30％表面面积且更加优先的覆盖小于20％。据发明人发现，令人吃惊的是，最佳冷却是在凸出的突起部(较佳地是离散元件4的形式)的高度，在约1mm至20mm的范围内，较佳地在约2mm至10mm范围内且最佳地在约2mm至4mm范围内。较佳地，凸出的突起部4在基层3的外表面和穿着者之间限定具有深度等于突起部高度的多个通道。通过穿孔5流出的冷却空气流动通过上述通道并基本上均匀地分布在穿着者的身体上。
示出为圆形截面的穿孔5还可以是其它截面并较佳地均匀地分布在基层3的表面上以确保气流均匀越过穿着者的身体。单个穿孔的横截面积较佳地等于具有的直径在约1mm至2mm之间的圆形穿孔的横截面积。穿孔对于基层3的数量应当足以在100Pa的压降下较佳地具有约10至100l/m2/s之间，且更佳地在约100Pa的压降下具有约60至70l/m2/s之间的透气度。
图4示出了本发明实施例在图2的Y-Y′方向上的截面图的放大细节。基层2和3限定了冷却空气从气体分配歧管(未示出)通过进入的空腔11。包括具有半球形轮廓离散元件的凸出的突起部4设置在基层3的外表面上，即空腔11外部的表面。当穿上服装时，突起部4与穿着者的身体接触或与穿着者所穿的诸如内衣或T恤的一件衣服接触。
再参见图4，可以看出该实施例包括与基层2的表面整合一体的、设置在空腔11内部的多个凸出的突起部。这些是均匀的分布在空腔11内的基层2的表面上的半球形离散元件12。凸出的突起部较佳地覆盖空腔内部基层2表面小于50％的面积，更佳地小于30％。设置在空腔内的离散元件12的功能是用作间隔件以当重的诸件衣服或自包含的呼吸装置穿在本发明的冷却服上时防止空腔11塌陷。离散元件12的另一功能是有助于冷却空气在整个空腔11的均匀分布。
空腔内离散元件12的高度较佳地在约1mm至20mm范围内。为了最小化背心的厚度，并最大化其顺从性和柔性，并为了确保冷却气体通过空腔11的均匀分布，离散元件的较佳高度可以从约2mm至10mm变化。位于空腔内的离散元件12可包括任何适当的材料但较佳地是具有有限可压缩性的柔软、有弹性的聚合体。该聚合体可以是热硬化性的或热塑性塑料，并可从以下范围中选择：硅树脂、聚亚氨酯、聚酯、聚酰氨、聚烯烃、含氟聚合物或由本技术领域的技术人员认为适合的其它聚合体，并通过挤压、丝网印刷术或本技术领域的技术人员已知的适当方法应用到支撑基层上。
图5中示出了本发明的另一实施例，这是具有空腔11内离散元件12形式的凸出的突起部另一种布置的服装的横截面。在该实施例中离散元件12位于基层3的内表面上并设置成从位于基层3的相反表面上的突起部4偏移。在又一实施例中，基层3内表面上的离散元件12可与基层的外表面上突起部4的位置对齐，同时保持气流通过穿孔5。
基层2较佳地是基本上不透气的；“基本上不透气”意思是具有少于透气的第二基层的气体渗透性的约10％的基层。优选的基层在100Pa的压降下具有的透气度少于10l/m2/s。较佳地，基层2还是水蒸气可渗透的。基层3可以是穿孔的不透气层，或可以是固有的透气层，诸如一叠层多微孔的PTFE、紧密的纺织织物、或稠密的无纺织物、具有包括如前所述约10至100l/m2/s之间范围空气可渗透性的较佳结构。基层3在穿孔的地方可由于穿孔5而产生一些水-蒸气-可渗透性，但较佳地基层3的构成材料固有地是水-蒸气可渗透的。
基层2和3可包括单一的整体式构造或可包括选择以赋予基层诸如空气渗透性和水蒸气渗透性的所要求特征的多层不同材料。较佳的构造是一编织或纺织织物和用水蒸气可渗透聚合体涂敷的膨胀的聚四氟乙烯隔膜的叠层。这种薄膜以根据美国特拉华州Newark的W.L.Gore and Associates Inc.命名的GORE-
Figure G200580031328901D00081
商标出售。用在本发明基层中的优选水蒸气可渗透材料包括不透气的基层和透气的基层，可由诸如聚亚氨酯、聚酯或多微孔聚亚氨酯的一层水-蒸气可渗透聚合体组成，或者可包括这种聚合体涂敷在或层压在织物构造上。优选的材料是根据ISO11092测量的那些水蒸气蒸发阻力值(Ret)小于20m2PaW-1的材料。更加优选的材料是根据ISO11092测量的那些Ret小于15m2PaW-1的材料。
为了最大化对穿着者的身体形状的柔性和顺从性，基层2和3应当尽可能的薄同时具有足够的坚固性来承受使用压力。基层3可包括整体式单层结构或多层或一包括选择用于基层2的相同或不同材料的叠层。
在本发明的另一构造中，形成气体分配服系统，其中空腔外部的多个凸出的突起部不直接设置在外部空腔表面上。空腔表面外部凸出的突起部设置在插入于穿着者身体和空腔外表面之间的附加基层上。在该另一构造的第一实施例中，空腔表面外部的多个凸出的突出部设置在位于外部空腔基层和穿着者皮肤之间的附加基层上，且凸出的突起部主要朝向皮肤定向。附加基层可以是任何适当的空气可渗透的纺织、无纺或编织织物。例如，与空气分配服分开穿着的编织贴身衣可包括设置在在贴身衣内侧多个直接朝向穿着者皮肤的多个凸出的突起部。在该较佳实施例中，包括凸出的突起部的附加基层是空气可渗透的以使来自空气可渗透空腔基层的空气流能够流动通过附加基层进入靠近穿着者的皮肤。
在该另一构造的第二实施例中，包括多个空腔外突起部的附加基层还位于穿着者的身体和空腔的外表面之间。在该实施例中多个凸出的突起部主要沿远离皮肤方向设置在附加基层上。附加基层可以是水蒸气可渗透的任何适当的纺织、无纺或编织织物，例如诸如T恤的编织贴身衣。在该实施例中，附加基层是水蒸气可渗透的以允许水从皮肤蒸发进入空气可渗透空腔基层和包括凸出的突起部的附加基层之间空腔外部形成的气流。在该实施例中，附加基层可选地是空气可渗透的。在本发明的另一构造的一实施例中，附加基层可以永久地固定到形成空腔的基层之一或两者上，或者附加基层可以可脱离地固定到基层上，或者附加基层可以与形成空腔的基层分开。
由基层形成的空腔适于与气体源连接，以使气体流动进入空腔并通过透气的基层流出空腔。用于这种顺从性的优选装置包括横截面基本上是中空的气体分配歧管，其与气体源流体连接并包括一系列穿孔以允许气体分配在至少一部分空腔内。图6是用于本发明一实施例的气体分配歧管构造的视图。图6的歧管包括横截面基本上矩形的中空细长构件13，但是应当理解其它横截面形状也适用于本发明。中空构件13设有沿着侧面15和16的一些列穿孔14和气体馈送导管17。使用时中空构件13放置在具有空腔外部导管17的服装空腔内。冷却气体通过导管17的内腔18馈送并通过穿孔14分配到服装的空腔内。
图7是用于本发明服装并对应于图1的物件9的气体分配歧管的另一和优选构造。该构造包括两个中空的、横截面基本上是圆柱形的细长构件19和20并具有沿着边缘22、23、24和25的一系列穿孔21。中空构件19和20通过联结件27连接到气体馈送导管26，且构件19和20远离联结件27的端部由闭塞件28和29封闭。
在使用中，构件19和20较佳地放置在服装的空腔内，以使一构件在覆盖穿着者躯干前部的服装区域内且另一构件在服装的后部区域内。气体馈送导管26是服装空腔外部的代表性实施例。馈送进入导管26的冷却空气被馈送到两构件19和20内并通过穿孔21分配进入空腔。
构件19和20可由本技术领域的技术人员已知的任何适当材料构成，但为了优化穿着者的舒适性，该材料应当柔软且有柔性并较佳地有弹性仅具有轻度的可压缩性。适当的材料包括诸如聚亚氨酯、聚酯、或诸如EPDM或SBR的人造橡胶的弹性体材料。材料较佳地具有55-65肖氏A范围的硬度。
实例
实例1
为了证明本发明一实施例的功效，根据本说明书的讲述构造一服装且在由在踏车上行走的人体对象穿上时评估其冷却效力。
第一和第二基层包括一热压粘合的无纺织物和涂有均匀地分布在表面上多个泡沫硅树脂橡胶突起部的空气不可渗透水蒸气可渗透的膨胀的聚四氟乙烯的叠层。该叠层可从德国Putzbrunn的W.L.Gore andAssociates GmbH商标名为
Figure G200580031328901D00103
部件号为No.AIRL 002000购买得到。硅树脂橡胶突起部大约3mm高并覆盖叠层表面约13％的面积。
根据图2切割和定尺寸两片
Figure G200580031328901D00104
AIRL002000叠层，以给出约0.45m2的身体覆盖物。相应于本发明第二基层的叠层用1.34mm直径针穿孔以形成6mm宽100mm长间隔的孔的栅格图案。由于穿孔形成的叠层的空气可渗透性是在约100Pa压降下约60l/m2/s。
叠层的切割片根据图4的设置定向并通过缝合环绕它们的周界附连，由此形成空腔。图7的总体设置的气体分配歧管由相应于图7的构件19和20的两段25mm内径的圆柱形电缆导管(英国Northants，Corby的RS ComponentsLtd.部件号No.364-3458)形成。每个构件的长度约460mm。在相应于图7的表面22、23、24和25的导管表面上钻出一系列均匀的约4mm直径的孔以给予每个构件92个孔。空腔内导管的端部用闭塞件密封，且另一端终止于相应地对应于图7的标号27和26联结件和的气体进入导管。将电驱动的风机(英国Egham，Surrey的Acal Radiatron的部件号U97EM-012KK-3)连接到气体导管以完成该组装。在评估试验中，为了方便，风机由弯曲安装的电源单元驱动、调节该电源单元以向风机提供约15伏直流电。用该装配，通过测量跨过风机的压降并将该压降与风机的制造商数据单的压降对流速关系相比较来计算风机的气流量。该流速确定为约10升/秒。
为了评估试验，对象以以下方式穿着。对象靠近皮肤穿上棉质T恤和棉质紧身裤。实例1的冷却服提供在T恤上。在冷却服上，提供英国军队Mk IV保护套装。最后，在保护套装的上面，提供英国军队MK I碎裂背心。脚上覆盖有短袜和笨重的靴子，且手上在橡胶手套下覆盖有轻质棉手套。在对象脸上放上呼吸面罩。
按以下方式进行了三个评估试验。
试验1-对象如上穿着，风机运行(即，运行冷却)。
试验2-对象如上穿着，风机关闭(即，无冷却)。
试验3-对象如上穿着，但移去冷却服(即，保留由军事人员使用的服装整体)。
对对象分派任务在踏车上以约4.5km/hr的速度行走并监视和记录对象的身体中心温度和心率。每次试验过程由约100分钟的行走期间接着约30分钟的休息期间组成。评估试验在环境温度约35℃且相对适度50％的环境条件空间中进行。
三次试验的心率相对时间的关系图和身体中心温度相对时间的关系图相应地在图8和9中示出。参见图8，心率(跳/分钟)相对时间(小时)的关系图示出了本发明服装的高的显著冷却影响。对应于试验1的穿有服装的、冷却模式的心率对时间图(“冷却”图)显示出在试验的整个过程中心率的轻微总体上升(从约80跳每分钟到约100跳每分钟)。图中规则的峰值对应于锻炼期间，但在冷却运行中，心率在休息期间降回到基本上底部水平。但是相反，用于“非冷却”和“无背心”模式的心率图(试验2和3)导致整个试验过程中心率的规则上升，从约80跳每分钟到高得不合要求的心率160跳每分钟。
但是试验2和3图之间的紧密相关性的确说明本发明的另外高的合意特征，即，即使当穿着该服装而不冷却时，与不包括冷却服的服装整体相比较，其也对穿着者几乎不或不增加热生理负担。
图9中身体中心温度图进一步确定了本发明冷却服的效果。“冷却”图示出了对象的身体中心温度中的非常小的上升(小于约0.5℃)。相反，对应于试验2和3的“非冷却”和“无背心”图示出了高达几乎约2℃的不合要求的增加。但是，使用该心率图，身体中心温度图证明了当穿着而不进行冷却时服装的可忽略热生理学特性。
本发明的诸目的还明显地通过以上实例的服装实现。然而在前述试验中，风机由弯曲安装的电源单元驱动，已经示出，可使用电池驱动风机并可达到相同的空气流率。实例的风机由仅需要5伏直流电源的风机替代(英国Surrey的Acal Radiatron，Egham，部件号no.U97LM-005K1)且替代风机由具有5.0伏的低负载电压的名义额定6.4伏电池驱动(英国Oxfordshire Abingdon的Ultralife Batteries Ltd.的部件号no.U3356H/2/7)。该风机给出超过9小时的约6升/秒的输出。
该实例的服装具有重约2.1kg的附连的风机和电池，其远小于用于轻质系统的3kg的目标。
实例2
冷却
为了评估基本上根据实例1准备的冷却服的冷却能力，其须经由加拿大诺瓦苏格兰的达特默思的The Cord Group Ltd.试验的热测量人体模型。
冷却服与前述实例1中使用的标准英国军队Mk IV保护套装结合并在以下表1详细列出的各种情况下进行测试。测试在具有环境温度设定在35℃且相对湿度设定50％的温度和湿度控制空间下进行。测试方法的细节如下。
测试方法
使用英国标准套装整体的冷却背心原型的评估使用热测量人体模型的测试系统进行。在测试期间，记录了环境温度、皮肤温度和功率消耗。
热人体模型测试系统由装备有连接到计算机系统的温度传感器和电子加热器的中空铝人体模型组成。人体模型穿上需要测试的人体使用的衣服并放置到适当的环境中。计算设备控制加热器以将人体模型的皮肤维持在设定温度并测量要求测量的电功率。该功率等于由于跨越其的温度差而通过衣服逸散的热量。然后使用该功率和温度差，与人体模型的已知表面面积一起来计算由衣服提供的热阻。
服装的热性能通过在与实际操作情况相同或类似的情况下在整体服装上通过无人测试进行评估。该系统采用能够被加热并保持在所选温度的实际尺寸水密封人体模型。
该系统包括一热测量人体模型(TIM)、一控制模块、一计算机、诸环境温度传感器和连接这些部件的电缆。该人体模型是适合于装到测试服装内的人体形状。人体模型的铝壳体和其内加热器的输出的组合提供了人体模型表面大致均匀的温度。该温度由嵌入人体模型壳体的传感器检测并然后送到控制模块。
控制模块容纳有编程的数据获取系统、加热器继电器和其它电路元件。数据获取系统接收来自人体模型上温度传感器的数据并控制加热继电器使得人体模型表面温度维持恒定。其还测量环境温度和供应到人体模型的功率并用人体模型的表面面积进行编程。使用该温度、功率和面积数据，其计算该服装的绝缘值并将其随着其它有关数据送到计算机。计算机用作控制和显示终端以及后处理器。
使用以下衣服组合进行测试。人体模型首先穿上组装到由两面编织编织物(高伸缩性)、100％纯棉织物制成的衣裤连体服(表皮)内的具有长袖子的衬衫和裤子。用于分配水的管子被缝合到服装上。根据人体模型装配所描述的测试装置，表1的A至E，根据实例1(两种类型)准备的冷却服选择地或可选地提供在衣裤连体服上。一种类型的冷却服包括单一的进入口歧管(图6)，且第二种类型的冷却服设有分开歧管(图7)。外层包括英国标准保护套装整体顶部和底部，以及在冷却服上提供Mk I冲击背心，或者根据测试情况，直接在衣裤连体服(表皮)上。服装开口固定如下。袖口用弹性皮带卷起并固定；前部拉链固定到顶部上，且腿的底部用弹性皮带固定。固定在冲击背心上的张紧皮带。
将人体模型举起到竖直位置并从头部螺栓悬挂在测试腔内，使脚部轻轻接触地板。环境传感器悬挂在人体模型周围以探测环境温度。人体模型温度设定在35.0℃。腔体的环境温度设定在约35℃，且被测量的实际温度约在34.16-34.31℃。腔体的环境相对湿度设定在约50％且在约48.5-56.0％测量，通过设定以模拟汗湿的管道馈送入棉质服装。提供变暖期间以允许人体模型达到设定温度并进入测试期间。对于所有计算部分监视长期功率直到达到稳定状态情况，并重新开始测试。
具有和没有本发明的气体分配背心和标准英国保护套装整体的热测量人体模型的稳态长期功率结果如下。
表1
Figure G200580031328901D00141
前部*-包括人体模型的胸部和腹部
后部**-包括人体模型的背部和臀部
表1示出了当在冷却模式下通电时本发明冷却服的重要的整体冷却功率。此外，人体模型设置A和B的比较说明，当没有为冷却通电时，由本发明的冷却服系统对热测量的人体模型增加了最小限度的附加热应力。
顺从性
测试本发明服装的顺从性并与代表现有技术服装使用的那些网状间隔材料相比较。根据实例1的具有多个突起部和穿孔的空气可渗透第二基层准备包括
Figure G200580031328901D00151
叠层的AIRL02000的样品，并进行测试并与来自德国MuellerTextile的Mueller部件号no.5911的间隔材料相比较。
测试方法
使用的测试方法基本上如ASTM D 4032-94(2001年再次认证的)标准描述的那样进行-通过圆弯曲程序的用于织物硬度的标准测试方法，具有如下修改。测试样品的尺寸是4英寸X4英寸(100mmX100mm)，用Instron Series9软件运行的茵斯朗模型拉力/压力测试仪替代力测量表；且活塞速度设定在500mm/min。
Figure G200580031328901D00152
叠层在三种模式下进行测试，这三种模式如下：
试验1：在具有突起部的叠层本身面向下方与测试平台接触时进行叠层的测试；
试验2：在具有突起部的叠层本身面向上方与活塞接触时进行叠层的测试。
试验3：叠层与84g/m2的纺织聚酯面织物结合进行测试来模拟本发明的服装结构。
对每种材料的五个样品进行顺从性测试，且结果总结如下。
表2
  材料：(试验#)  AIRL02000(试验1)  AIRL02000(试验2)  AIRL02000(试验3)   间隔物材料(Mueller5911)
  平均峰值力(kg)  0.010  0.011  0.009   0.049
与其它间隔材料相比，本发明材料的顺从性之间的差别通过该测试得到了明显的说明。认为具有较低平均峰值力的材料比具有较高峰值力的材料更有顺从性。因此，当根据这里提供的方法进行测试时，对于在基层表面上包括多个凸出的突起部的基层，本发明的较佳实施例包括较佳地小于或等于0.03kg，更佳地小于或等于0.02kg，且最佳地小于或等于0.1kg的顺从性峰值力。
但是，前述实例是对本发明具体实施例的说明，而不应当认为是对范围的限制。本技术领域的技术人员会选择为具体使用目的涉及的其它实施例。例如用于消防员和其它经受火或其它高温情况操作的本发明的实施例可包括非熔化和不可燃材料。
尽管在此对本发明的具体实施例进行了说明和描述，本发明不应限制于这些说明和描述，很明显那些改变和更改应当包括和包含为本发明的一部分。

Claims (78)

1.一种用于冷却穿着者身体的服装，包括：
围绕基层周界连接、在其间形成空腔的基本上不透气的第一基层和透气的第二基层，所述基本上不透气的第一基层的气体渗透性比所述透气的第二基层的气体渗透性的约10％少；
所述第一和第二基层中至少一个包括在所述空腔内的表面上的多个凸出的突起部，以及
所述透气的第二基层包括在所述空腔外的表面上并靠近所述穿着者的身体的多个凸出的突起部，所述凸出的突起部具有1mm至20mm之间的高度；
所述透气的第二基层相对于所述不透气的第一基层更靠近穿着者，并且所述突起部呈离散元件的形式；
其中所述空腔适于连接到气体源，使得所述气体流入所述空腔并通过所述透气的第二基层流出所述空腔。
2.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一基层包括叠层。
3.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括叠层。
4.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一和第二基层都包括叠层。
5.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一和第二基层是水蒸气可渗透的。
6.如权利要求2所述的服装，其特征在于，所述第一和第二基层是水蒸气可渗透的叠层。
7.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括穿孔。
8.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括多微孔隔膜。
9.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括纺织物。
10.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括无纺织物。
11.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一和第二基层具有小于20m2PaW-1的蒸发阻力值。
12.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一和第二基层具有小于15m2PaW-1的蒸发阻力值。
13.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层具有在100Pa的压力下10至100l/m2/s之间的透气度。
14.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述气体以1至10升/秒之间的速度流过所述穿着者的身体。
15.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述气体以4至8升/秒之间的速度流过所述穿着者的身体。
16.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述凸出的突起部包括热塑性聚合物。
17.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述凸出的突起部包括热固性聚合物。
18.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在所述第二基层上的所述凸出的突起部具有2mm至4mm之间的高度。
19.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述呈离散元件形式的突起部之间的间隔在5mm至25mm之间。
20.如权利要求18所述的服装，其特征在于，所述凸出的突起部是离散元件且离散元件之间的间隔在5mm至25mm之间。
21.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在所述空腔内的所述凸出的突起部位于所述第一基层上。
22.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在所述空腔内的所述凸出的突起部位于所述第二基层上。
23.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第一基层包括聚四氟乙烯。
24.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述第二基层包括聚四氟乙烯。
25.如权利要求23所述的服装，其特征在于，所述聚四氟乙烯包括膨胀的聚四氟乙烯。
26.如权利要求24所述的服装，其特征在于，所述聚四氟乙烯包括膨胀的聚四氟乙烯。
27.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在表面上包括多个凸出的突起部的基层具有小于或等于0.03kg的顺从性峰值力。
28.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在表面上包括多个凸出的突起部的所述透气的第二基层具有小于或等于0.03kg的顺从性峰值力。
29.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在表面上包括多个凸出的突起部的所述透气的第二基层具有小于或等于0.02kg的顺从性峰值力。
30.如权利要求1所述的服装，其特征在于，在表面上包括多个凸出的突起部的所述透气的第二基层具有小于或等于0.01kg的顺从性峰值力。
31.如权利要求1所述的服装，其特征在于，流入所述空腔的气体包括环境空气。
32.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述服装是不系到系统外静止的电源或高压气体源上的。
33.如权利要求1所述的服装，其特征在于，所述空腔包括气体分配歧管。
34.如权利要求1所述的服装，其特征在于，包括不可燃材料。
35.如权利要求1所述的服装，其特征在于，包括非熔化材料。
36.一种用于冷却穿着者身体的系统，包括
服装，所述服装包括围绕基层周界附连、在其间形成空腔的基本上不透气的第一基层和透气的第二基层，所述基本上不透气的第一基层的气体渗透性比所述透气的第二基层的气体渗透性的约10％少；
所述第一和第二基层中至少一个包括在所述空腔内的表面上的多个凸出的突起部，所述突起部呈离散元件的形式，所述凸出的突起部具有1mm至20mm之间的高度；以及
至少一个附加基层，插入在所述穿着者身体和服装的所述透气的第二基层之间，所述至少一个附加基层在基层表面上包括多个凸出的突起部，所述凸出的突起部呈离散元件的形式，所述凸出的突起部朝向穿着者身体定向或远离穿着者身体定向；
其中所述空腔适于连接到气体源，使得所述气体流入所述空腔并通过所述透气的第二基层流出所述空腔。
37.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层固定在所述服装上。
38.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层可分离地固定到所述服装上。
39.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层和所述服装是分离的。
40.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第一基层包括叠层。
41.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二基层包括叠层。
42.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层包括叠层。
43.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第一和第二基层都包括叠层。
44.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第一基层是水蒸气可渗透的。
45.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二基层是水蒸气可渗透的。
46.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二基层包括穿孔。
47.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二基层包括多微孔隔膜。
48.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层包括编织的、纺织的或无纺织物。
49.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层是水蒸气可渗透的。
50.如权利要求49所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层是透气的。
51.如权利要求50所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层包括穿孔。
52.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层是透气的。
53.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层包括贴身衣。
54.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层包括T恤。
55.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层具有小于20m2PaW-1的蒸发阻力值。
56.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层具有小于15m2PaW-1的蒸发阻力值。
57.如权利要求50所述的系统，其特征在于，所述至少一个附加基层在100Pa压力下具有10至100l/m2/s之间的透气度。
58.如权利要求36所述的系统，其特征在于，流过所述穿着者身体的气体流量在1至10l/s之间。
59.如权利要求36所述的系统，其特征在于，流过所述穿着者身体的气体流量在4至8l/s之间。
60.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述凸出的突起部包括聚合物。
61.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述凸出的突起部包括热塑性聚合物。
62.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述凸出的突起部包括热固性聚合物。
63.如权利要求36所述的系统，其特征在于，在所述至少一个附加基层上的所述凸出的突起部具有2mm至4mm之间的高度。
64.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述凸出的突起部之间的间隔在5mm至25mm之间。
65.如权利要求63所述的系统，其特征在于，所述凸出的突起部之间的间隔在5mm至25mm之间。
66.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第一基层包括聚四氟乙烯。
67.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二基层包括聚四氟乙烯。
68.如权利要求66所述的系统，其特征在于，所述聚四氟乙烯包括膨胀的聚四氟乙烯。
69.如权利要求67所述的系统，其特征在于，所述聚四氟乙烯包括膨胀的聚四氟乙烯。
70.如权利要求36所述的系统，其特征在于，包括多个凸出的突起部的基层具有小于或等于0.03kg的顺从性峰值力。
71.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述透气的第二基层包括多个凸出的突起部并具有小于或等于0.03kg的顺从性峰值力。
72.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述透气的第二基层包括多个凸出的突起部并具有小于或等于0.02kg的顺从性峰值力。
73.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述透气的第二基层包括多个凸出的突起部并具有小于或等于0.01kg的顺从性峰值力。
74.如权利要求36所述的系统，其特征在于，流入所述空腔的气体包括环境空气。
75.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述空腔包括气体分配歧管。
76.如权利要求36所述的系统，其特征在于，包括不可燃材料。
77.如权利要求36所述的系统，其特征在于，包括非熔化材料。
78.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述系统是不系到系统外静止的电源或高压气体源上的。
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