一种应用相变材料和辐射反射膜的高温作业降温除湿背心 |
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| 申请号 | CN201910643131.4 | 申请日 | 2019-07-11 | 公开(公告)号 | CN110393327B | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 南京工业大学; | 发明人 | 牛晓熠; 王瑜; 鲍俊; | ||||
| 摘要 | 一种应用 相变 材料 和 辐射 反射膜的高温作业降温除湿背心，属于个体防护领域。本 发明 解决在高温高热辐射作业环境下，工作热源面临的热应激问题。主要部件包括反射绝热膜、相变模 块 、空气层、吸湿层、 拉链 、前身拉链、背心本体。本发明利用 相变材料 能够蓄冷的特点，结合反射绝热膜和吸湿层，在工作时，反射绝热膜反射周围环境中热辐射，同时能够隔绝背心本身与环境的部分 对流 换热，相变材料受热 熔化 ，发生相变吸收大量的 潜热 ，降低背心内 温度 ，吸湿层吸收人体的汗液，保证人体的干燥。本背心没有动 力 部件，故障率低，能够长期循环使用；造价和维护成本低，能够批量装备为高温环境作业创造舒适的环境。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种应用相变材料和辐射反射膜的高温作业降温除湿背心，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种应用相变材料和辐射反射膜的高温作业降温除湿背心技术领域背景技术[0002] 在消防、冶金以及夏季野外等没有有效降温手段的高温、高热辐射的作业环境中，工作人员面临着在高温作业下的热应激问题。如何采取有效的措施降低热应激，保护作业人员身体健康成为个体防护领域研究的热门。将降温系统应用到工作人员所穿着的服装中，针对单独个体进行散热冷却是一种可行有效的措施。 [0003] 目前对于将降温系统应用到高温场景从业人员的穿着的方式有两大类：第一类为主动式降温系统，一类是气体和液体降温系统，其特点在于将储存罐中的气体或液体冷却剂与服装本体相连接，打开储存罐开关使制冷剂进入服装的空腔内与人体进行热交换，从而达到降温的效果。如专利CN105495762A，发明了一种降温背心，包括背心本体、储存罐、导流管等，在储存罐中存有液态二氧化碳，打开开关后液体二氧化碳通过导流管流入背心中，起到降低人体温度的效果。此专利问题在于降温系统复杂，液态二氧化碳储存罐携带非常不便，涉及到的关于液态二氧化碳的多个配件繁多复杂，在工作人员使用时极易出现故障，导致储存罐内压力过大从而有泄漏风险。另一种主动式降温系统则是通过电力驱动风扇完成降温，如专利CN101375739A所述的一种太阳能吹风降温背心，通过在背心外表面涂覆太阳能发电板给背心内的轻型微型高速风机供电，风机带动背心内管路内的空气给人体降温。此专利问题在于，在没有晴天日照条件的情况下风机不能运行，无法正常给工作人员降温。第二类为蓄冷式被动降温系统，蓄冷类型分为显热蓄冷和相变蓄冷两类。显热蓄冷是利用蓄冷和放热过程中物质本身温度的变化过程来实现冷量的存储和使用；相变蓄冷则是利用相变材料在相变过程中吸收或释放的能量来进行“冷量”的存储和使用。蓄冷式被动降温系统其特点在于将蓄冷材料蓄冷完毕后封装于降温背心中，蓄冷材料与人体接触，降低人体的温度。如专利 CN106165923A所述的一种用于背心、凉枕、防晒帽的降温装置，将水晶泥化合物颗粒作为冷源放置于背心等物品中来起到降温的作用，其缺点在于，所使用的水晶泥化合物无法吸收人体产生热量，仅仅起到增大与外界热源之间的热阻的作用，面对高温时无法保证背心穿着的舒适性。 [0004] 本发明利用蓄冷后的相变材料作为冷源，相变材料受热后发生相变，吸收人体的生理热和环境热量，保证人体处在较为舒适的温度范围；使用除湿剂来吸收人体在高温环境下排除的大量的汗液，解决了工作人员穿着衣物较多的情况下，汗液无法有效排出的问题；使用铝箔隔热卷材覆盖在胸背部发射热辐射，达到隔热保温的作用。本发明穿着舒适，有着相变潜热大，反复使用等优点，能够有效地缓解人体在高温环境下的热应力。 发明内容[0005] 本发明的目的是设计一种应用相变材料和辐射反射膜的高温作业降温除湿背心。 [0006] 背心由前反射绝热膜(1)、前相变模块(2)、第一空气层(3)、第二空气层(4)、吸湿层(5)、后相变模块(6)、第一侧身拉链(7)、后反射绝热膜(8)、前身拉链(9)、背心本体(10)、第二侧身拉链(11)组成； [0007] 由背心本体(10)正面至背面一共分为七层，由正面至背面依次为前反射绝热膜(1)、前相变模块(2)、第一空气层(3)、第二空气层(4)、吸湿层(5)、后相变模块(6)、后反射绝热膜(8)； [0008] 其中前相变模块(2)由第一前相变模块(2‑1)、第二前相变模块(2‑2)、第三前相变模块(2‑3)、第四前相变模块(2‑4)、第五前相变模块(2‑5)、第六前相变模块(2‑6)组成，后相变模块(6)由第一后相变模块(6‑1)、第二后相变模块(6‑2)组成； [0009] 第一前相变模块(2‑1)、第二前相变模块(2‑2)、第三前相变模块(2‑3)、第四前相变模块(2‑4)、第五前相变模块(2‑5)、第六前相变模块(2‑6)均固定于背心本体(10)正面，第一前相变模块(2‑1)位于第二前相变模块(2‑2)的上方，第二前相变模块(2‑2)位于第三前相变模块(2‑3)的上方，第四前相变模块(2‑4)位于第五前相变模块(2‑5)的上方，第五前相变模块(2‑5)位于第六前相变模块(2‑6)的上方，第一前相变模块(2‑1)与第四前相变模块(2‑4)以前身拉链(9)为轴对称布置，第二前相变模块(2‑2)与第五前相变模块(2‑5) 以前身拉链(9)为轴对称布置，第三前相变模块(2‑3)与第六前相变模块(2‑6)以前身拉链(9)为轴对称布置，第一后相变模块(6‑1)、第二后相变模块(6‑2)固定于背心本体(10) 背面，第一后相变模块(6‑1)与第二后相变模块(6‑2)以前身拉链(9)为轴对称布置； [0010] 前反射绝热膜(1)覆盖于背心本体(10)正面，将第一前相变模块(2‑1)、第二前相变模块(2‑2)、第三前相变模块(2‑3)、第四前相变模块(2‑4)、第五前相变模块(2‑5)、第六前相变模块(2‑6)完全覆盖，后反射绝热膜(8)覆盖于背心本体(10)背面，将第一后相变模块(6‑1)、第二后相变模块(6‑2)完全覆盖； [0011] 穿着时，人体位于第二空气层(4)内，人体的正面与前相变模块(2)之间隔有第一空气层(3)，人体的背面与后相变模块(6)之间隔有吸湿层(5)。 [0012] 人员在高温高热辐射环境作业时穿着本背心时，前反射绝热膜(1)和后反射绝热膜(8) 将反射周围环境中大部分的热辐射，降低人体所吸收的热辐射，同时前反射绝热膜(1)和后反射绝热膜(8)的绝热层能够隔绝外界环境的高温空气与人体部分对流传热，起到部分阻隔高温环境影响前相变模块(2)和后相变模块(6)的效果； [0013] 前相变模块(2)和后相变模块(6)受到外界高温环境中的部分热量和人体散发的生理热量时，发生从固态到液态的相变，熔化过程中，相变材料吸收大量的潜热，能够保持降温背心和人体之间的衣内环境处在一个较为舒适的温度范围； [0014] 人员在高温环境下工作时会大量出汗，吸湿层(5)内的高分子树脂材料能够吸收大量的汗液水分，保持人员背部干燥，穿着舒适； [0015] 人体的正面与前相变模块(2)之间隔有第一空气层(3)，人体的背面与后相变模块(6) 之间隔有吸湿层(5)，保证人体不会与前相变模块(2)和后相变模块(6)直接接触，避免人体与相变模块直接接触产生的不适感。 [0016] 在穿着使用背心后，拉开第一侧身拉链(7)和第二侧身拉链(11)，取出其中的前相变模块(2)和后相变模块(6)置于冷冻设备中，降低相变材料的温度至其完全凝固，使用前将前相变模块(2)放置于第一前相变模块(2‑1)、第二前相变模块(2‑2)、第三前相变模块 (2‑3)、第四前相变模块(2‑4)、第五前相变模块(2‑5)、第六前相变模块(2‑6)所在位置，将后相变模块(6)放置于第一后相变模块(6‑1)、第二后相变模块(6‑2)所在位置。 [0017] 在穿着使用背心后，拉开第一侧身拉链(7)，取出其中的吸湿层(5)，放置于烘干机内烘干，去除其中的水分；使用前拉开第一侧身拉链，将吸湿层(5)放置于第二空气层(4) 和后相变模块(6)之间。 [0018] 背心使用的前反射绝热膜(1)和后反射绝热膜(8)材质为铝箔卷材，由铝箔贴面、聚乙烯薄膜、纤维编织物和金属涂膜通过热熔胶层压而成，反射率高，具有优异的隔热保温效果，表面铝箔膜采用高分子材料于铝箔复合而成，不易氧化和碎裂，能够长时间使用。 [0019] 吸湿层(5)的材质为高吸水树脂，能够吸收大量的水分，保水性能优异，受到挤压后也不会渗出，同时无毒、无害、对人体无刺激性。 [0020] 前相变模块(2)和后相变模块(6)中使用相变温度24℃的无机相变材料，其中含有27％的六水氯化钙、6.5％的六水氯化锶、3.5％的氯化钠、3％的丙烯酸、7.5％的三醇、3％的甲酸钠、3.5％的马来酸酐、2.5％的过硫酸钾和43.5％的水，相变过程可逆，无毒无腐蚀性。 附图说明 [0021] 附图1为本发明外部主视图，附图2为本发明外部后视图，附图3为本发明外部左视图，附图4为本发明内部后视图。 [0022] 附图1中的标号名称：2‑1.第一前相变模块、2‑2.第二前相变模块、2‑3.第三前相变模块、2‑4.第四前相变模块、2‑5.第五前相变模块、2‑6.第六前相变模块、9.前身拉链、10.背心本体； [0023] 附图2中的标号名称：6‑1.第一后相变模块、6‑2.第二后相变模块； [0024] 附图3中的标号名称：1.前反射绝热膜、2.前相变模块、3.第一空气层、4.第二空气层、5.吸湿层、6.后相变模块、7.第一侧身拉链、8.后反射绝热膜、11.第二侧身拉链； [0025] 附图4中的标号名称：5.吸湿层。 具体实施方式[0026] 如附图1，附图2，附图3和附图4所示，一种基于相变材料和辐射反射膜的降温除湿背心主要包括1.前反射绝热膜、2.前相变模块、3.第一空气层、4.第二空气层、5.吸湿层、 6.后相变模块、7.第一侧身拉链、8.后反射绝热膜、9.前身拉链、10.背心本体、11.第二侧身拉链。 [0027] 背心由前反射绝热膜1、前相变模块2、第一空气层3、第二空气层4、吸湿层5、后相变模块6、第一侧身拉链7、后反射绝热膜8、前身拉链9、背心本体10、第二侧身拉链11 组成。 [0028] 由背心本体10正面至背面一共分为七层，由正面至背面依次为前反射绝热膜1、前相变模块2、第一空气层3、第二空气层4、吸湿层5、后相变模块6、后反射绝热膜8。 [0029] 其中前相变模块2由第一前相变模块2‑1、第二前相变模块2‑2、第三前相变模块2‑3、第四前相变模块2‑4、第五前相变模块2‑5、第六前相变模块2‑6组成，后相变模块6由第一后相变模块6‑1、第二后相变模块6‑2组成。 [0030] 第一前相变模块2‑1、第二前相变模块2‑、第三前相变模块2‑3、第四前相变模块2‑4、第五前相变模块2‑5、第六前相变模块2‑6均固定于背心本体10正面，第一前相变模块2‑1 与第四前相变模块2‑4以前身拉链9为轴对称布置，第二前相变模块2‑2与第五前相变模块 2‑5以前身拉链9为轴对称布置，第三前相变模块2‑3与第六前相变模块2‑6以前身拉链9为轴对称布置，第一后相变模块6‑1、第二后相变模块6‑2固定于背心本体10背面，第一后相变模块6‑1与第二后相变模块6‑2以前身拉链9为轴对称布置。 [0031] 前反射绝热膜1覆盖于背心本体10正面，将第一前相变模块2‑1、第二前相变模块2‑2、第三前相变模块2‑3、第四前相变模块2‑4、第五前相变模块2‑5、第六前相变模块2‑6完全覆盖，后反射绝热膜8覆盖于背心本体10背面，将第一后相变模块6‑1、第二后相变模块6‑ 2 完全覆盖。 [0032] 在穿着使用背心前，拉开第一侧身拉链7和第二侧身拉链11，取出冷冻设备中备制的前相变模块2放置于第一前相变模块2‑1、第二前相变模块2‑2、第三前相变模块2‑3、第四前相变模块2‑4、第五前相变模块2‑5、第六前相变模块2‑6所在位置，将后相变模块6放置于第一后相变模块6‑1、第二后相变模块6‑2所在位置；拉开第一侧身拉链7，取出置于烘干机内烘干的吸湿层5，将吸湿层5放置于第二空气层4和后相变模块6之间。 [0033] 穿着时，人体位于第二空气层4内，人体的正面与前相变模块2之间隔有第一空气层3，人体的背面与后相变模块6之间隔有吸湿层5。 [0034] 在高温高热辐射环境下穿着本背心时，前反射绝热膜1和后反射绝热膜8将反射周围环境中大部分的热辐射，降低人体所吸收的热辐射，同时前反射绝热膜1和后反射绝热膜8的绝热层能够隔绝环境的高温空气与人体部分对流传热，起到阻隔高温的效果。 [0035] 前相变模块2和后相变模块6受到外界高温环境中的部分热量和人体散发的生理热量时，发生从固态到液态的相变，熔化过程中，相变材料吸收大量的潜热，能够保持降温背心和人体之间的衣内环境处在一个较为舒适的温度范围。 [0036] 工作人员在高温环境下工作时会大量出汗，吸湿层5内的高分子树脂材料能够吸收大量的汗液水分，保持工作人员背部干燥，穿着舒适。 [0037] 人体的正面与前相变模块2之间隔有第一空气层3，人体的背面与后相变模块6之间隔有吸湿层5，保证人体不会与前相变模块2和后相变模块6直接接触，避免人体与相变模块直接接触产生的不适感。 [0038] 在穿着使用背心后，拉开第一侧身拉链7和第二侧身拉链11，取出其中的前相变模块2 和后相变模块6置于冷冻设备中，降低相变材料的温度至其完全凝固，使用前将前相变模块 2放置于第一前相变模块2‑1、第二前相变模块2‑2、第三前相变模块2‑3、第四前相变模块 2‑4、第五前相变模块2‑5、第六前相变模块2‑6所在位置，将后相变模块6放置于第一后相变模块6‑1、第二后相变模块6‑2所在位置。 [0039] 在穿着使用背心后，拉开第一侧身拉链7，取出其中的吸湿层5，放置于烘干机内烘干，去除其中的水分；使用前拉开第一侧身拉链，将吸湿层5放置于第二空气层4和后相变模块 6之间。 [0040] 背心使用的前反射绝热膜1和后反射绝热膜8材质为铝箔卷材，由铝箔贴面、聚乙烯薄膜、纤维编织物和金属涂膜通过热熔胶层压而成，反射率高，具有优异的隔热保温效果，表面铝箔膜采用高分子材料于铝箔复合而成，不易氧化和碎裂，能够长时间使用。 [0041] 吸湿层5的材质为高吸水树脂，能够吸收大量的水分，保水性能优异，受到挤压后也不会渗出，同时无毒、无害、对人体无刺激性，并且生产成本低、工艺简单，可降解。 [0042] 本发明所提供的应用相变材料和辐射反射膜的高温作业降温除湿背心，利用相变材料，结合反射绝热膜和吸湿层，在工作时，反射绝热膜反射周围环境中热辐射，同时能够隔绝背心本身与环境的对流换热；相变材料吸收人体散热量熔化，发生相变吸收大量的潜热，降低背心内温度；吸湿层吸收人体的汗液，保证人体的舒适干燥。本背心无电源和动力部件，安全性强；相变材料和吸湿层模块均可更换，故障率低，能够长期循环使用；造价和维护费用低，环境友好，能够为高温环境下的工作人员提供舒适的人体温湿度环境和穿着体验。 |
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