CN114424847B - 一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服 - Google Patents

Abstract

本发明涉及降温服技术领域，且公开了一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰‑水‑气相变降温服，包括降温服本体，所述降温服本体上嵌设有冰‑水相变低温源，所述冰‑水相变低温源主体为冰袋，所述降温服本体由吸水蒸发吸热层、金属纤维冷传导吸热层和柔性亲肤透气吸汗层复合而成；该基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰‑水‑气相变降温服无需任何动力源，真正实现了零能耗吸热降温，低碳环保，适用于对防爆、机电设备功率等有严苛要求的作业场所；且在无动力系统情况下，整套降温服重量得以大大减轻，穿戴更为舒适方便，不干扰日常作业。本发明设计新颖，结构简单，成本较低，具有便捷易穿戴、降温效果好的优点。

Description

一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服

技术领域

本发明涉及降温服技术领域，具体为一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服。

背景技术

高温环境作业几乎遍布于国民生产的各行各业，如消防员出入火场、深井采煤工人、炉窑及锅炉工人等，夏季户外高温作业的建筑工人、搬运工人、交通警察、清洁工人等。高温作业可对人体循环系统、消化系统、泌尿系统、神经系统等造成不同程度的伤害，导致心跳加快、血压升高、心血管负担增加，食欲不振、消化不良，尿液浓缩、肾脏负担过重，大脑反应速度及注意力降低，最终导致工作效率降低、工伤事故率增加，严重情况下可危及生命。为解决上述问题，针对高温作业的各种降温手段应运而生。

现有针对高温作业的降温手段主要可分为两种：

1)采用工程手段开展区域性的局部作业环境降温措施，此手段通常工程量较大、耗资较高，且仅适用于相对密闭的小空间，对于消防员出入火场以及诸多户外高温作业等开放式场所不适用。

2)采用个体降温服进行个体吸/散热，其中散热降温的面料研发多是围绕提升纤维对人体产热的散热能力展开，即增强或者加快热量由体表向外界环境的扩散能力，而对于高温作业场景中高温空气向体表的辐射或对流传热难以发挥作用，即，此类面料仅可加快体表空气层与外界的热交换，理想化的可达到与外界温度一致，却难以低于外界温度，因此不适用于高温作业场景的个体降温。

而吸热降温目前多是采用传统防护服加装空调系统、冷水循环系统或防护服内局部加装冰袋、冷水袋等方式，其中前者需加装动力系统、空气/水循环系统、供电系统等至少三大机构，这些机构不仅结构复杂、重量较大，会极大的增加作业人员身体负荷，严重影响正常作业，降低作业效率和可工作时长，且较难获得防爆、煤安等特殊作业场所的准入认证许可。防护服内局部加装冰袋、冷水袋等方式通常情况下仅可维持2h以内，不足以支持8h全工班使用，且易造成局部过冷，不够舒适，并且，高温作业会导致人体发汗量增加，相应的所需饮水量大大增加。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，具备便捷易穿戴、降温效果好的优点。

(二)技术方案

为实现上述便捷易穿戴、降温效果好的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，包括降温服本体，所述降温服本体上嵌设有冰-水相变低温源，所述冰-水相变低温源主体为冰袋；

所述降温服本体由吸水蒸发吸热层、金属纤维冷传导吸热层和柔性亲肤透气吸汗层复合而成，所述金属纤维冷传导吸热层与冰-水相变低温源相联导，能够将冰-水相变低温源的冷量传递至金属纤维冷传导吸热层。

作为本发明的一种优选技术方案，所述冰-水相变低温源嵌设在降温服本体的前胸、后背及两侧肩膀上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述冰袋具有夹层保温结构，并在上部设置有拉链开口,方便更换其内部的冰块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述金属纤维冷传导吸热层是用粗金属丝、中金属丝、细金属丝和超细金属纤维交错构成的三维空间网格结构金属纤维面料，形成以超细金属纤维为有效吸热面、以粗、中、细金属丝为冷传导骨干脉络的全身型冷传导吸热金属纤维系统。

作为本发明的一种优选技术方案，所述金属纤维冷传导吸热层的粗金属丝连接于冰袋内侧周壁上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述冰袋的底部设置有吸水管。

作为本发明的一种优选技术方案，所述吸水蒸发吸热层是超吸水纤维面料。

作为本发明的一种优选技术方案，所述柔性亲肤透气吸汗层贴近皮肤的一侧是棉纱纤维面料。

作为本发明的一种优选技术方案，所述吸水蒸发吸热层的内侧还排布有滴漏给水管网，所述滴漏给水管网是由主管路、支管路、分支管路和细支管路纵横交错形成的相互沟通的管网系统。

作为本发明的一种优选技术方案，所述主管路连接于冰袋底部，将低温水通过支管路和分支管路输送至细支管路。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，具备以下有益效果：

1、该基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服无需任何动力源，真正实现了零能耗吸热降温，低碳环保，适用于对防爆、机电设备功率等有严苛要求的作业场所；且在无动力系统情况下，整套降温服重量得以大大减轻，穿戴更为舒适方便，不干扰日常作业。

2、该基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服充分利用了冰-水-气多重相变吸热降温技术，借助自主构建的全身型金属丝+金属纤维冷传导吸热系统、滴漏给水管网+超吸水纤维面料蒸发吸热系统，极大的提升了单位体积冰块的吸热降温效果，延缓了可使用时长，前胸后背和两侧肩膀上的集中式冰袋冷源设置，也使得对耗尽的冰块进行及时补充更为便捷，更易实现≥8h是全工班覆盖吸热降温。

3、该基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服创造性的与饮用水供给结合，使得高温岗位作业人员可以随时获取低温饮用水，及时补充体内水分流失，同时起到对身体内外降温、凉爽身心的效果。

附图说明

图1为降温服本体平面结构的示意图。

图2为降温服本体面料结构的示意图。

图3为滴漏给水管网细节放大图。

图4为金属纤维冷传导吸热层细节放大图。

图中：1、吸水蒸发吸热层；2、金属纤维冷传导吸热层；201、粗金属丝；202、中金属丝；203、细金属丝；204、超细金属纤维；3、柔性亲肤透气吸汗层；4、滴漏给水管网；401、主管路；402、支管路；403、分支管路；404、细支管路；5、饮水吸管；6、冰-水相变低温源。

具体实施方式

实施例：

图1-图4示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。

如图1所示，本实施例提供了一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，降温服本体为半高领连体衣样式，在降温服本体上部嵌设有冰-水相变低温源6，该冰-水相变低温源6的主体是冰袋，置于前胸、后背、左侧肩膀和右侧肩膀各一，冰袋带有夹层保温结构，既可以延缓冰块的融化又可以避免冰袋局部过冷对人体造成伤害；

当冰-水相变低温源6内的冰块全部融化为低温水且被使用完毕后，可从放置在作业场所内的储冰箱中取用新的冰块，在冰袋的上部设置了拉链开口，方便更换新的冰块；本实施例中，在前胸处的冰袋底部还设置有饮水吸管5，冰袋内的冰块融化为低温水后可通过饮水吸管5被人体饮用，高温岗位作业人员可以随时获取低温饮用水，及时补充体内水分流失，同时起到对身体内外降温、凉爽身心的效果；

如图2所示，该降温服本体由外向内依次由吸水蒸发吸热层1、金属纤维冷传导吸热层2和柔性亲肤透气吸汗层3复合而成；其中，吸水蒸发吸热层1选用超吸水纤维面料，在吸收水分后，可在外侧高温空气、太阳、热源等作用下，蒸发水分，吸收面料内侧热量；金属纤维冷传导吸热层2为三维空间网格结构的金属纤维面料，吸热、冷传导性能优良；柔性亲肤透气吸汗层3选用棉纱纤维面料，柔性亲肤透气性良好，并且具备吸汗功能；

超吸水纤维依靠结构上的亲水基团和轻度交联的空间网格结构，吸水倍率可达几千倍，并且吸水后形成的凝胶结构能够有效锁水，在加压状态也不易失水，具有重复吸水性；超吸水纤维具有轻度交联的空间网格结构，包括主链骨架、大量的亲水性基团和交联基团，所以具有优越的吸水保水性能；还有一部分物理吸附，就是通过毛细效应，依靠纤维内部微孔、缝隙以及纤维之间的毛细孔隙等结构吸收和传递自由水。在受热或受压时，自由水首先析出，结合水不易丢失。超吸水纤维浸水后，大量的液态水以自由水和结合水的状态被固结在纤维上只有在受热或受压之后才会有水分丢失。受压失水是由于机械外力的作用，受热失水由于液态水吸收热量汽化成为水蒸气散失。

超吸水纤维可以应用于极端热环境中的服装材料，尤其是自然热源或人工热源引起的高温劳动作业环境，基于水分蒸发原理的降温服是被动式隔热服装的一种，通过水分的蒸发带走热量。降温服在使用前吸收大量的水分，含水量的多少决定了其降温效果的强弱。超吸水纤维不仅具有较高的吸水倍率、吸水速率及保水能力，更具有柔软的纤维状态，适合于柔软、适体性要求较高的降温服。

如图3所示，滴漏给水管网4是由主管路401、支管路402、分支管路403以及细支管路404纵横交错形成的相互沟通的管网系统，该管网系统紧密贴合且排布于吸水蒸发吸热层1的内侧，其中主管路401有四根，分别连接于降温服本体前胸、后背、左侧肩膀和右侧肩膀处冰袋的底部，用于接通低温水源，进而将低温水通过支管路402、分支管路403输送至细支管路404，细支管路404的开口遍布全身且设于吸水蒸发吸热层1超吸水纤维面料内，可为面料补充水分，用于蒸发吸热降温，超吸水纤维面料含水量的多少决定了其降温效果的强弱。该面料单位时间内蒸发水分所吸收的热量计算公式：Q＝ΔH·q，其中，Q为单位时间内水分蒸发吸收的热量，J/s；ΔH为水与空气界面的潜热，J/g；q为水分蒸发速率，g/s。水分蒸发速率计算公式：q＝dG/dt，其中，G为超吸水纤维面料的含水量，g/s；t为水分蒸发时间，s。

如图4所示，金属纤维冷传导吸热层2为粗金属丝201、中金属丝202、细金属丝203以及超细金属纤维204交错构成的三维空间网格结构金属纤维面料，其中多个粗金属丝201连接于冰-水相变低温源6内侧周壁上，将冷量通过中金属丝202、细金属丝203和超细金属纤维204传导于全身并吸收人体不断散发的热量，可形成以超细金属纤维204为有效吸热面，以粗金属丝201、中金属丝202和细金属丝203为冷传导骨干脉络的全身型冷传导吸热系统。一般来说，纤维织物的热吸收能力定义为:

其中，λ为纤维的平均热导率；ρ为纤维的平均体积质量；C为纤维的比热容。该层金属纤维面料选用的材料是镀银锦纶长丝，具有良好导热性，能迅速将皮肤上的热量传导散发以降低体温，其比热容为2.0233J/K，每单位质量的比热为1437.5J/(Kg·K)，纤维轴向等效热导率为6.4719W/(m·K)，纤维径向等效热导率为0.6942W/(m·K)。

Claims (7)

1.一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，包括降温服本体，其特征在于：所述降温服本体上嵌设有冰-水相变低温源(6)，所述冰-水相变低温源(6)主体为冰袋；

所述降温服本体由吸水蒸发吸热层(1)、金属纤维冷传导吸热层(2)和柔性亲肤透气吸汗层(3)复合而成，所述金属纤维冷传导吸热层(2)与冰-水相变低温源(6)相联导，能够将冰-水相变低温源(6)的冷量传递至金属纤维冷传导吸热层(2)；

所述金属纤维冷传导吸热层(2)是用粗金属丝(201)、中金属丝(202)、细金属丝(203)和超细金属纤维(204)交错构成的三维空间网格结构金属纤维面料，形成以超细金属纤维(204)为有效吸热面、以粗、中、细金属丝为冷传导骨干脉络的全身型冷传导吸热金属纤维系统；该金属纤维面料选用的材料是镀银锦纶长丝；

所述吸水蒸发吸热层(1)的内侧还排布有滴漏给水管网(4)，所述滴漏给水管网(4)是由主管路(401)、支管路(402)、分支管路(403)和细支管路(404)纵横交错形成的相互沟通的管网系统；

所述主管路(401)连接于冰袋底部，将低温水通过支管路(402)和分支管路(403)输送至细支管路(404)。

2.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述冰-水相变低温源(6)嵌设在降温服本体的前胸、后背及两侧肩膀上。

3.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述冰袋具有夹层保温结构，并在上部设置有拉链开口,方便更换其内部的冰块。

4.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述金属纤维冷传导吸热层(2)的粗金属丝(201)连接于冰袋内侧周壁上。

5.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述冰袋的底部设置有吸水管。

6.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述吸水蒸发吸热层(1)是超吸水纤维面料。

7.根据权利要求1所述的一种基于纤维冷传导及蒸发吸热的冰-水-气相变降温服，其特征在于：所述柔性亲肤透气吸汗层(3)贴近皮肤的一侧是棉纱纤维面料。

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