CN115845284B - 一种间歇式消防救援冷却降温方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间歇式消防救援服冷却降温方法及其装置，间歇式消防救援冷却降温方法包括将具体设置的间歇式消防救援服冷却降温装置在室外火灾现场，打开开关控制器导通电路产生直流电流并储能电池；温度传感器感测消防救援上衣内部温度并与各阈值对比并控制，然后控制电路断开增大热阻，延缓消防救援服的温度上升。该降温方法整体操作简单，能有效避免能源浪费，提升消防员舒适度，具有极大便利性。

Description

一种间歇式消防救援冷却降温方法及其装置

技术领域

本发明涉及消防安全防护技术领域，具体涉及一种间歇式消防救援冷却降温方法及其装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，火灾发生概率以及火灾发生后对周边各类安全影响也大幅增加。通常消防战士在进行灭火救援时，会面临高温、浓烟和混乱等复杂环境，他们都需要穿着消防救援服等防护装备进行灭火救援。但常见的消防救援服不具备可靠高效的冷却降温功能。现有技术中，中国实用新型专利公开文本CN207186943U公开了一种降温消防服装备，通过将上衣和裤子设置为多层的由外到内依次为耐火布层、隔热布层、防水布层、网格降温层和舒适布层布料构成，从而起到给消防服降温的目的。中国发明专利公开文本CN109924561A公开了一种适用于高温环境的消防降温服，通过在衣服本体内安装冷却水管，以及设置压缩机、毛细管、冷凝散热器、蒸发冷却器、冷却水箱、防过热水箱；压缩机、冷凝散热器、毛细管、蒸发冷却器依次连接构成制冷剂循环回路实现了一定程度的降温。现有技术的上述技术方案主要功能仍是隔热功能，冷却降温的能力有限，并且高效率低成本的降温材料短时间内难以普遍性使用。此外，通过蒸发冷却器内吸热的气态制冷剂经压缩机压缩液化后进入冷凝散热器散热，散热后液态制冷剂经毛细管降压气化后再进入蒸发冷却器吸热，这种冷却剂循环的冷却降温方式需要较多的设备以及较为复杂的结构设计，并且较多的设备意味着消防战士身体需要承受更多的重量，这无疑会降低消防战士救援效率。

中国发明专利公开文本CN114177552A公开了一种基于热电器件的头盔式消防面具降温防护装置及防护方法，通过设置制冷片在头盔上，使得在火灾的环境下能够对头盔进行降温，但是其由于结构精致只适用于头盔或手套之类的防护部件，不适用于对于救援服等这种柔性且性状实时会改变的装备上进行装备，其设置电池可以供头盔手套等各部件进行供电，无法对于防护服这样的面积大但是承重有限的装备进行布置。

因此，有必要提出一种能可靠有效的消防救援冷却降温装置及方法以解决上述问题。

发明内容

本发明提出一种可以根据外界环境实现快速高效降温，并且能够节能储能，自动调温，结构简单，操作便捷，基于太阳能光伏效应可将光能转化为电能，及半导体热电效应可将电能转化为热能的机理，能一方面有效地给消防救援服实现冷却降温，另一方面能节约利用能源，智能实现消防救援冷却降温的方法及装置。具体通过如下技术手段实现：

一种间歇式消防救援冷却降温方法，所述冷却降温方法使用一种间歇式消防救援装置，所述间歇式消防救援装置包括消防救援上衣、消防救援裤和便携模块箱；所述消防救援上衣上设置有柔性薄膜太阳能发电片、制冷组件和温度传感器，所述柔性薄膜太阳能发电片设置于所述消防救援上衣上，所述温度传感器设置于所述消防救援上衣的其中一个袖口处；所述制冷组件包括柔性半导体制冷片、吸热片、散热片和拉扣，所述吸热片的一侧与所述柔性半导体制冷片的制冷一侧相接触，吸热片的另一侧固设于所述消防救援上衣的内侧，所述散热片固设于所述柔性半导体制冷片的散热一侧，散热片与柔性半导体制冷片固定设置于所述消防救援上衣上，所述拉扣与所述吸热片连接，通过所述拉扣的拉推实现所述吸热片与柔性半导体制冷片制冷一侧的贴合和分离；所述便携模块箱内设置有电压控制器、开关控制器、储能电池和存储控制器，所述便携模块箱卡接于消防救援上衣或消防救援裤的外部。

所述冷却降温方法包括以下步骤：

S1：使用者进入室外火灾现场，打开开关控制器，柔性薄膜太阳能发电片基于太阳能光伏效应产生直流电流，电流经电压控制器调压并储存至储能电池中。

S2：导通电路后的温度传感器感测消防救援上衣的内部温度，并将检测到的温度数值传递至存储控制器，检测到的温度数值与预设的第一温度阈值进行对比，如果检测到的温度数值低于预设的第一温度阈值，则不进行任何操作，如果检测到的温度数值大于等于第一温度阈值，则通过电压控制器将此时通过柔性半导体制冷片的电流设定为第一恒定电流，同时推动拉扣使柔性半导体制冷片与吸热片紧密接触，实现对消防救援上衣的内部进行降温。

S3：当温度传感器感测到消防救援上衣的内部温度值超过预设的第二温度阈值，所述电压控制器则调节通过柔性半导体制冷片的电流为第二电流，第二电流按电压控制器(107)内预设的下降波形电流逐步从第二电流的最高值线性式下降，实现温度骤降且因下降的电流波形在热电制冷器瞬态制冷的过程中，相比较恒定电流，能延缓热量的扩散，实现温度骤降且维持低温状态。

S4：当温度传感器感测到消防救援上衣的内部温度值低于预设的第一温度阈值后，则开关控制器断开电路，同时手动拉松所述拉扣，使得吸热片与柔性半导体制冷片实现分离，延缓因瞬态制冷过后柔性半导体制冷片的内部热量迅速上升导致制冷面温度骤升的情况，延缓消防救援上衣内部的温度上升。

作为优选，所述柔性薄膜太阳能发电片以魔术贴的方式设置于所述消防救援上衣的胸前和背部中间位置；所述温度传感器设置于所述消防救援上衣的左袖口处；所述拉扣设置于所述柔性半导体制冷片的侧面；所述消防救援裤上设置有定位器。

作为优选，所述电压控制器与所述柔性半导体制冷片相连，电压控制器用于调节向所述柔性半导体制冷片传送电流和施加电压的大小；所述开关控制器用于通过手动开关而控制电路的导通与断开；所述存储控制器(111)用于对温度传感器(105)传送来的温度数值与设置的阈值进行对比，继而相电压控制器(107)发出信号。

作为优选，所述柔性薄膜太阳能发电片由绝缘层、光伏发电芯片层和抗高温表面层通过聚合物层压顺次压制而成，其中绝缘层的厚度为0.1～0.3mm，所述抗高温表面层的厚度为0.3～0.5mm；所述柔性薄膜太阳能发电片与所述电压控制器通过导线相连后与所述储能电池电连接；所述定位器与所述储能电池之间通过导线相连接；所述柔性半导体制冷片与所述存储控制器电连接；所述温度传感器和所述存储控制器通过导线相连后与所述储能电池电连接。

作为优选，所述柔性半导体制冷片的材质为碲化铋；所述吸热片和所述散热片的材质均为纯铜；所述拉扣的材质为不锈钢。

作为优选，所述制冷组件也设置于所述消防救援裤的裤腿上；所述消防救援裤的腰部设置有所述定位器。

作为优选，所述定位器为微型GPS定位器；所述储能电池为储能锂电池。

作为优选，所述第二电流为所述第一恒定电流的1.1～3倍。

作为优选，所述第一温度阈值为35～40℃，所述第二温度阈值为45～50℃。

一种间歇式消防救援冷却降温装置，其特征在于：所述间歇式消防救援冷却降温装置为上述冷却降温方法所使用的的间歇式消防救援冷却降温装置。

本发明的技术效果在于：

本发明通过将柔性薄膜太阳能发电片和柔性半导体制冷片配合吸热片和散热片整体设置于消防服上，通过与其配合工作的储能电池和各控制器，使得在火灾情况下，消防员身处高温恶劣环境中，通过启动控制开关，整个装置开始工作，基于太阳能光伏发电效应将会产生直流电，依靠安装的柔性薄膜太阳能发电片产生电流，通过设置的柔性半导体制冷片配合其他部件，使得通过储能电池输出后能够促使柔性半导体制冷片按照热电制冷器原理工作，从而能够使得在火灾情况下，消防员的消防服装整体内部温度能够控制在适宜消防员的温度内，并且通过设置柔性太阳能薄膜发电片和设置可以手动分离和接触的吸热片，使得结构相对简单的半导体制冷部件能够在消防服这样柔性和大面积的消防装备上应用，并且可以使得储能电池的尺寸不用过大也能够满足消防服这样大面积制冷部件的电能需求。

本发明通过对各个步骤进行具体设置，通过温度传感器与电压控制器的配合，使得电压控制器通过温度传感器感测到的消防救援服内部温度而调节控制储能电池供给的电压大小，利用半导体热电制冷器的稳态和瞬态制冷机理，施加不同于常见稳定电流的下降式脉冲电流，实现对消防救援服进行短时间内的迅速冷却降温。且当后期消防救援上衣(和消防救援裤)内部温度过低时，通过拉松所述拉扣，分离所述吸热片与所述柔性半导体制冷片的接触来增大热阻，实现所述消防救援服内部的温度缓升。通过具体设置第一温度阈值和第二温度阈值，且将检测到的温度在不同阶段分别与二者进行对比然后进行具体的操作，并合理设置第二电流与第一恒定电流的关系，使得充分在消防服这样(不同于头盔或手套)的大面积且形状不完全固定的装备上合理利用了半导体热电制冷器原理(并且通过拉扣设置简化了现有半导体热电制冷器的结构，使得其能够适用于消防服这样不同的装备)，使得消防装备整体能够高效的实现火灾环境下的降温。

通过对整个装置进行合理配置，尤其是柔性薄膜太阳能发电片、电压控制器、温度传感器、拉扣和柔性半导体制冷片的设置和合理配合，使得装置整体结构轻便，操作及安装简单，无噪音，节能环保，成本低廉，安全性高。一方面实现了对能源的有效利用，另一方面可以很好地降低高温恶劣的火灾环境对消防员造成的系列安全风险。且通过设置定位器，且安装在所述消防救援裤左侧腰部位置用于火灾情况下定位消防战士自身位置。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明间歇式消防救援冷却降温装置一种实施方式的结构示意图。

图3为本发明制冷组件的结构示意图。

图4为本发明柔性薄膜太阳能发电片结构示意图。

图5为本发明在感测温度依次达到第一温度阈值、第二温度阈值再低于第一温度阈值时的施加电流示意图。

其中：101-柔性薄膜太阳能发电片；102-柔性半导体制冷片；103-吸热片；104-散热片；105-温度传感器；106-导线；107-电压控制器；108-开关控制器；109-储能电池；110-便携模块箱；111-存储控制器；112-定位器；113-拉扣；114-绝缘层；115-光伏发电芯片层；116-抗高温表面层；1-消防救援上衣；2-消防救援裤。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

如图2所示是本实施例所述的间歇式消防救援冷却降温装置的结构示意图。本实施例所述的间歇式消防救援冷却降温装置主要由消防救援上衣1、消防救援裤2和便携模块箱110构成，消防救援上衣1的前部和后部均设置有柔性薄膜太阳能发电片101，海设置有导线106、电压控制器107、开关控制器108、储能电池109、定位器112、温度传感器105、存储控制器111、柔性半导体制冷片102、吸热片103和散热片104。本实施例中的柔性薄膜太阳能发电片101为三结柔性非晶硅薄膜太阳能电池，本实施例中单片电池长为365mm，宽85mm，厚0.8mm，输出功率2W，可以采用多个单片电池相连提升输出功率，柔性薄膜太阳能发电片101与消防救援上衣1之间通过魔术贴的方式相连接，方便添加或卸取。柔性薄膜太阳能发电片101由绝缘层114、光伏发电芯片115和抗高温表面层116通过聚合物层压组成，其中绝缘层和抗高温表面层厚度均为轻薄层。且如图2所示，本实施例的制冷组件设置于消防救援上衣1的前部(除了柔性薄膜太阳能发电片部位之外的部位)、后部(除了柔性薄膜太阳能发电片部位之外的部位)、两袖子部(腋窝和腕口处)，以及消防救援裤2的裤腿部(例如大腿裤管和小腿裤管处)。

本实施例中的电压控制器107为DC/DC模块，分别与柔性薄膜太阳能发电片101和柔性半导体制冷片102相连，安装于便携模块箱110中，一方面用于调节柔性薄膜太阳能发电片101输出的电流电压至储能电池109所需的输入电压大小，另一方面用于调节电流电压给柔性半导体制冷片102。本实施例的储能电池109为额定电压12V，容量50Ah的锂电池。本实施例中的定位器112为微型GPS定位器，安装在所述消防救援裤2左侧裤腰部位，用于火灾情况下定位消防战士自身位置。本实施例的温度传感器105为红外线温度传感器，安装于消防救援上衣1左袖口处上，用于检测消防救援上衣1内部温度，并将感测值反馈给存储控制器111，通过与所设温度的第一阈值(例如35℃)对比，精准地调控电压，实现不同的制冷状态，保证人体的舒适感。本实施例的柔性半导体制冷片102材质为碲化铋。吸热片103为常见铜质材料，固定于消防救援上衣的内侧；散热片104为常见铜质材料，固定贴合于柔性半导体制冷片散热一侧，并与柔性半导体制冷片一起固定在消防救援上衣内；拉扣113为不锈钢材料，固定安装于柔性半导体制冷片的侧面，拉扣的拉钩用于与吸热片连接，控制吸热片与柔性半导体制冷片制冷一侧的贴合和分离。

实施例2

如图1所示是本实施例所述的间歇式消防救援冷却降温方法，使用实施例1所述的间歇式消防救援冷却降温装置来实施本实施例的方法，包括以下步骤：

S1：消防战士进入室外火灾现场，打开开关控制器108导通电路，柔性薄膜太阳能发电片101基于太阳能光伏效应产生直流电流，电流经电压控制器107调压储存至储能电池109中。

S2：导通电路后的温度传感器105感测消防救援上衣1内部温度，并实时将测量值反馈给存储控制器111，与预先设置的第一温度阈值(例如本实施例为35℃)进行对比，如果测量温度没有超过第一温度阈值，则不进行任何提醒和操作，若是测量温度超过第一温度阈值，则通过电压控制器调节此时的电流为第一恒定电流，并推动拉扣113使柔性半导体制冷片102与吸热片103紧密接触，实现降温。

S3：当温度传感器感105测到消防救援上衣1内部温度值超过预先设置的第二温度阈值(例如本实施例为45℃)，电压控制器则瞬间调节电流为2于第一恒定电流的第二电流并逐步线性式下降，实现温度骤降的同时，较长时间维持低温状态。

S4：若骤降后的温度传感器105感测到消防救援上衣1内部温度值低于预先设置的第一温度值，则控制器断开电路，并手动拉松拉扣113分离吸热片103与柔性半导体制冷片102的接触来增大热阻，延缓因瞬态制冷过后柔性半导体制冷片102的内部热量迅速上升导致制冷面温度骤升的情况，延缓消防救援上衣1内部的温度上升。

对比例1

本对比例其它设置方式与实施例2相同，不同之处在于在S3步骤时，设置第二电流为第一恒定电流的4倍(不在本发明数值范围内)，经过相同条件下的对比性试验发现：消防救援上衣或消防裤内的持续温度为5℃，但持续温度的时间不足1min，且随着时间的推移，柔性半导体制冷片制冷面的温度最高可达60℃，而实施例2的持续温度为12℃，持续温度的时间近5min，从而本对比例的设置无法满足消防服在火灾环境下的应用。

对比例2

本对比例其它设置方式与实施例2相同，不同之处在于在S3步骤时，设置第二电流为第一恒定电流的0.5倍(不在本发明数值范围内)，经过相同条件下的对比性试验发现：消防救援上衣或消防裤内的持续温度只会比第一恒定电流作用后的温度高，甚至可达35℃，而实施例2的持续温度为12℃，持续温度的时间近5min，从而本对比例的设置无法满足消防服在火灾环境下的应用。

对比例3

本对比例其它设置方式与实施例1相同，不同之处在于没有设置拉扣，而是设置为现有的环形制冷单元和半导体制冷单元，经过相同条件下的对比性试验发现，本对比例的消防服装备整体重量是实施例1的1.5倍，并且本对比例在对比性试验过程中由于消防服的整体移动和相互位置的移动而使得部分制冷单元失效情况的出现，而实施例1没有这种情况的出现。

本发明提供的一种间歇式消防救援冷却降温方法及其装置，带来的有益效果是：室外火灾情况下，穿着消防救援服的消防战士身处高温恶劣环境时，可利用半导体热电制冷器的稳态与瞬态制冷机理，施加下降式脉冲电流对消防救援服进行短时间内的高效冷却降温。且当消防救援上衣内部温度分别过高和过低时，通过分别拉紧和拉松所述拉扣，聚合和分离所述吸热片与所述柔性半导体制冷片的接触来增大热阻，实现所述消防救援上衣内部的温度缓升。方法切实可行，节能环保，不但实现了对能源的高效利用，也解决高温热环境下闷热的消防救援服对消防战士产生的身心影响，具有很大的实际便利性。

本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述冷却降温方法使用一种间歇式消防救援装置，所述间歇式消防救援装置包括消防救援上衣（1）、消防救援裤（2）和便携模块箱(110)；所述消防救援上衣（1）上设置有柔性薄膜太阳能发电片（101）、制冷组件和温度传感器（105），所述柔性薄膜太阳能发电片（101）设置于所述消防救援上衣（1）上，所述温度传感器（105）设置于所述消防救援上衣（1）的其中一个袖口处；所述制冷组件包括柔性半导体制冷片（102）、吸热片（103）、散热片（104）和拉扣（113），所述吸热片（103）的一侧与所述柔性半导体制冷片（102）的制冷一侧相接触，吸热片（103）的另一侧固设于所述消防救援上衣（1）的内侧，所述散热片（104）固设于所述柔性半导体制冷片（102）的散热一侧，散热片（104）与柔性半导体制冷片（102）也共同固定设置于所述消防救援上衣（1）上，所述拉扣（113）与所述吸热片（103）连接，通过所述拉扣（113）的拉推实现所述吸热片（103）与柔性半导体制冷片（102）制冷一侧的贴合和分离；所述便携模块箱（110）内设置有电压控制器（107）、开关控制器（108）、储能电池（109）和存储控制器（111），所述便携模块箱（110）卡接于消防救援上衣（1）或消防救援裤（2）的外部；

所述冷却降温方法包括以下步骤：

S1：使用者进入室外火灾现场，打开开关控制器（108），柔性薄膜太阳能发电片（101）基于太阳能光伏效应产生直流电流，电流经电压控制器（107）调压并储存至储能电池（109）中；

S2：导通电路后的温度传感器（105）感测消防救援上衣（1）的内部温度，并将检测到的温度数值传递至存储控制器（111）中，检测到的温度数值与预设的第一温度阈值进行对比，如果检测到的温度数值低于预设的第一温度阈值，则不进行任何操作，如果检测到的温度数值大于等于第一温度阈值，则通过电压控制器（107）将此时通过柔性半导体制冷片（102）的电流设定为第一恒定电流，同时推动拉扣（113）使柔性半导体制冷片（102）与吸热片（103）紧密接触，实现对消防救援上衣（1）的内部进行降温；

S3：当温度传感器（105）感测到消防救援上衣的内部温度值超过预设的第二温度阈值，所述电压控制器（107）则调节通过柔性半导体制冷片（102）的电流为第二电流，第二电流通过电压控制器（107）的控制逐步从第二电流的最高值线性式下降，实现温度骤降且因下降的电流波形在制冷组件中热电制冷器瞬态制冷的过程中，延缓热量的扩散，维持低温状态；

S4：当温度传感器（105）感测到消防救援上衣的内部温度值低于预设的第一温度阈值后，则开关控制器（108）断开电路，同时手动拉松所述拉扣（113），使得吸热片（103）与柔性半导体制冷片（102）实现分离，延缓因瞬态制冷过后柔性半导体制冷片（102）的内部热量迅速上升导致制冷面温度骤升的情况，延缓消防救援上衣内部的温度上升；

所述第二电流的最高值为所述第一恒定电流的1.1~3倍；

所述第一温度阈值为35~40℃，所述第二温度阈值为45~50℃。

2.根据权利要求1所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述柔性薄膜太阳能发电片（101）以魔术贴的方式设置于所述消防救援上衣（1）的胸前和背部中间位置；所述温度传感器（105）设置于所述消防救援上衣（1）的左袖口处；所述拉扣（113）设置于所述柔性半导体制冷片（102）的侧面；所述消防救援裤（2）上设置有定位器（112）。

3.根据权利要求2所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述电压控制器（107）与所述柔性半导体制冷片（102）相连，电压控制器（107）用于调节向所述柔性半导体制冷片（102）传送电流和施加电压的大小；所述开关控制器（108）用于通过手动开关或自动开关而控制电路的导通与断开；所述存储控制器（111）用于对温度传感器（105）传送来的温度数值与设置的阈值进行对比，继而向电压控制器（107）发出信号。

4.根据权利要求3所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述柔性薄膜太阳能发电片（101）由绝缘层（114）、光伏发电芯片层（115）和抗高温表面层（116）通过聚合物层压顺次压制而成，其中绝缘层（114）的厚度为0.1~0.3mm，所述抗高温表面层（116）的厚度为0.3~0.5mm；所述柔性薄膜太阳能发电片（101）与所述电压控制器（107）通过导线（106）相连后与所述储能电池（109）电连接；所述定位器（112）与所述储能电池（109）之间通过导线（106）相连接；所述柔性半导体制冷片（102）与所述存储控制器（111）电连接；所述温度传感器（105）和所述存储控制器（111）通过导线（106）相连后与所述储能电池（109）电连接。

5.根据权利要求3所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述柔性半导体制冷片（102）的材质为碲化铋；所述吸热片（103）和所述散热片（104）的材质均为纯铜；所述拉扣（113）的材质为不锈钢。

6.根据权利要求5所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述制冷组件也设置于所述消防救援裤（2）的裤腿上；所述消防救援裤（2）的腰部设置有所述定位器（112）。

7.根据权利要求6所述的间歇式消防救援冷却降温方法，其特征在于，所述定位器（112）为微型GPS定位器；所述储能电池（109）为储能锂电池。

8.一种间歇式消防救援冷却降温装置，其特征在于：所述间歇式消防救援冷却降温装置为权利要求1~7任一项所述的间歇式消防救援冷却降温方法所使用的间歇式消防救援冷却降温装置；

导通电路后的温度传感器（105）感测消防救援上衣（1）的内部温度，并将检测到的温度数值传递至存储控制器（111）中，如果检测到的温度数值低于预设的第一温度阈值，则不进行任何操作，如果检测到的温度数值大于等于第一温度阈值，则通过电压控制器（107）将此时通过柔性半导体制冷片（102）的电流设定为第一恒定电流；

当温度传感器（105）感测到消防救援上衣的内部温度值超过预设的第二温度阈值，所述电压控制器（107）则调节通过柔性半导体制冷片（102）的电流为第二电流，第二电流通过电压控制器（107）的控制逐步从第二电流的最高值线性式下降，实现温度骤降且因下降的电流波形在制冷组件中热电制冷器瞬态制冷的过程中，延缓热量的扩散，维持低温状态；

所述第二电流的最高值为所述第一恒定电流的1.1~3倍；

所述第一温度阈值为35~40℃，所述第二温度阈值为45~50℃。