基于原電池原理的供暖救生衣設(shè)計(jì)說(shuō)明書

楊志堅(jiān)+向萌+葉加林+唐詩(shī)雨+王彬

摘 要：一種基于原電池原理的供暖救生衣，包括呈人體狀的尼龍防水衣本體以及在尼龍防水衣胸腔部本體外設(shè)計(jì)加裝的呈救生衣?tīng)畹臍饽遥瑑?nèi)壁上設(shè)有保暖層，保暖層包括無(wú)紡紗布、以及填充在無(wú)紡紗布和氣囊防水內(nèi)壁之間的鐵粉、活性碳、鹽、和蛭石等發(fā)熱填充物，最后氣囊防水內(nèi)壁表面設(shè)有一個(gè)用于更換發(fā)熱填充物和排放反應(yīng)廢料產(chǎn)物的止回閥?；谠姵卦淼墓┡壬碌挠幸婕夹g(shù)效果是：落水人員能迅速身穿該救生衣后，手拉動(dòng)充氣閥上的拉索使胸腔部氣囊充氣，便會(huì)在5秒內(nèi)完成充氣產(chǎn)生8～15公斤浮力，向上托起人體。同時(shí)，空氣便會(huì)透過(guò)無(wú)紡紗布與填充物接觸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生原電池化學(xué)反應(yīng)放熱。加上保暖層中蛭石的保溫隔熱作用和無(wú)紡紗布的控制氧氣進(jìn)出率的作用，保暖層就能持續(xù)給人體提供適宜的熱量。進(jìn)一步的，在頭部處設(shè)計(jì)了檔浪板，并采用氯丁橡膠海綿保護(hù)手腳頭等易散熱部位，大大減少了人體的散熱。而且該作品設(shè)計(jì)了防水拉鏈連接上衣和褲頭，一體化輕薄設(shè)計(jì)方便遇難人員穿戴；又加裝有安全扣、救生燈、反光條、吹嘴、哨笛等求生用具?？傊撟髌纺馨踩行槁潆y者維持正常的體溫等待救援，又減少了救援人員搜尋難度，有效降低了海難的危險(xiǎn)系數(shù)，為營(yíng)救延長(zhǎng)了寶貴的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：供暖救生衣；原電池原理；化學(xué)放熱；一體化輕薄設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V445.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0023-02

1 研究背景

不管是 1912年的“泰坦尼克”號(hào)，還是1999年發(fā)生在渤海灣的“大舜”沉船事件，都警示我們：人浸泡在冷水中將會(huì)導(dǎo)致快速死亡?！疤┨鼓峥恕碧?hào)在沉沒(méi)前，有705人乘救生艇或救生筏逃離而獲得生還，1小時(shí)50分鐘后，救援船只趕到了現(xiàn)場(chǎng)，這時(shí)浸在北大西洋0℃海水中的1489人已無(wú)一幸存。1999年11月24日，“大舜”號(hào)因?yàn)榛馂?zāi)沉沒(méi)，當(dāng)時(shí)海水溫度也是接近0℃，船上302名乘客，只有22人生還。從以上兩起海難事故可以發(fā)現(xiàn)：海水溫度過(guò)低，缺乏保暖救生措施，大部分人被凍死，是造成人員大量死亡的直接原因。傳統(tǒng)的水上救生衣一般僅僅是在其內(nèi)裝有泡沫或充氣，雖然方便靈活，但存在不能保溫，使落水人員因寒冷使能量耗盡而亡，救生效果甚微的問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)方案

有鑒于此，本作品基于原電池原理的供暖救生衣包括呈人體狀的尼龍防水衣本體以及在尼龍防水衣胸腔部本體外設(shè)計(jì)加裝的呈救生衣?tīng)畹臍饽?。尼龍防水衣本體從內(nèi)向外依次設(shè)有尼龍布內(nèi)層、保暖層以及尼龍布外層，不僅防水保溫效果好且穿著舒適方便。內(nèi)壁上設(shè)有保暖層，保暖層包括無(wú)紡紗布、以及填充在無(wú)紡紗布和氣囊防水內(nèi)壁之間的鐵粉、活性碳、鹽和蛭石等發(fā)熱填充物。最后，氣囊防水內(nèi)壁表面設(shè)有一個(gè)用于更換發(fā)熱填充物和排放反應(yīng)廢料產(chǎn)物的止回閥。

落難者手拉動(dòng)高壓氣瓶充氣閥上的拉索使救生衣充氣，便會(huì)在5秒內(nèi)完成充氣產(chǎn)生8～15公斤浮力，向上托起人體，空氣便會(huì)透過(guò)無(wú)紡紗布與填充物接觸以驅(qū)動(dòng)保暖層發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生原電池化學(xué)反應(yīng)放熱并將溫度保持在適宜人體承受的范圍。再加上保暖層中蛭石的保溫隔熱作用和無(wú)紡紗布的控制氧氣進(jìn)出率的作用，能有效持續(xù)適宜的給人體供熱，再加上尼龍防水衣保護(hù)頭、腳、手等人體易散熱部位，大大減少了人體的散熱，這樣一來(lái)該產(chǎn)品能使得人體在冰冷的海水中保持熱量，維持正常體溫等待救援，有效降低了海難的危險(xiǎn)系數(shù)。如圖1所示。

2.1 原電池原理

手拉動(dòng)充氣閥上的拉索使胸腔部氣囊充氣，空氣便會(huì)透過(guò)無(wú)紡紗布與填充物接觸發(fā)生原電池化學(xué)反應(yīng)放熱，利用原電池加快氧化反應(yīng)速度，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋榱耸箿囟饶軌虺掷m(xù)更長(zhǎng)，該產(chǎn)品使用了礦物材料蛭石來(lái)保溫，受熱膨脹的蛭石有細(xì)小的空氣隔層，所以有很好的保溫性能。為了控制氧氣進(jìn)出率的作用，無(wú)紡布袋是采用微孔透氣膜制作的。如果透氧太快，熱量一下子就放掉了，而且還有可能燙傷皮膚。如果透氧太慢，就沒(méi)有什么溫度了。且使用后保暖層的反應(yīng)廢料產(chǎn)物為少許黑褐色固體，幾乎無(wú)重量。如圖2所示。

2.2 氣囊保暖層的填充物配制及其時(shí)效

填充物及其制成的發(fā)熱體，屬利用放熱的生熱技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)熱劑由鐵粉、活性碳、鹽、水和蛭石等組成。各組分都是能夠產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)的物質(zhì)，并且發(fā)熱過(guò)程是連鎖反應(yīng)，而且發(fā)生原電池反應(yīng)，因此具有發(fā)熱迅速、用量體積小、熱效高的特點(diǎn)。發(fā)熱劑組分：由高純度還原鐵粉64%、活性炭15%、鹽9%、蛭石12%配制而成。利用此配方的發(fā)熱劑，一小時(shí)可以升溫4-6°C，可維持人體正常溫度8-9小時(shí)，溫度適中且穩(wěn)定。

3 創(chuàng)新特色

（1）一體化輕薄設(shè)計(jì)，穿戴快速方便；全身尼龍布料包裹，有效減少對(duì)流散熱。

（2）拉開(kāi)氣閥充氣后驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，迅速供熱；保暖層中蛭石的保溫隔熱作用和無(wú)紡紗布的控制氧氣進(jìn)出率的作用，能有效持續(xù)適宜地給人體供熱，具有良好的供熱時(shí)效性。

（3）在囊防水內(nèi)壁表面設(shè)有一個(gè)用于更換發(fā)熱填充物和排放反應(yīng)廢料產(chǎn)物的止回閥，多次更換使用，可回收再利用。

（4）采用氯丁橡膠海綿有效保暖手腳頭等易散熱部位；設(shè)計(jì)蛙形手蹼腳蹼，便于落水者游動(dòng)；可用于江河海洋，適用性廣闊。

4 應(yīng)用前景與推廣

（1）船舶航運(yùn)業(yè)日益繁忙的背后，遠(yuǎn)洋船舶事故數(shù)不斷攀升，因此，本產(chǎn)品的出現(xiàn)正好有效解決這一問(wèn)題，具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景及意義。

（2）除海洋外，本產(chǎn)品也可用于高緯度地區(qū)江河，適用性廣闊。

（3）目前市場(chǎng)上供暖救生衣品類少，價(jià)格高，供暖性能平平，存在較大市場(chǎng)空缺。本產(chǎn)品利用化學(xué)反應(yīng)供熱，原料易得，整體造價(jià)低，易于推廣，具有廣大的經(jīng)濟(jì)前景。

（4）在未來(lái)，還可以在本作品的基礎(chǔ)上，加裝化學(xué)電池，供應(yīng)定位系統(tǒng)發(fā)送求救信號(hào)，方便救援人員迅速找到遇難人員。進(jìn)一步的，可設(shè)計(jì)加裝半透膜濾水裝置，使之把海水過(guò)濾成淡水，解決落難人員缺水問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃小紅.暖寶寶神奇發(fā)熱貼.這個(gè)冬天不再冷[J].生意通，2010（11）：39.

[2]王旭東.海難死因分析及求生對(duì)策[J].中國(guó)水運(yùn)，2011（3）.

[3]A. Inceclk etc.，“Experimental Investigation of Resistance and Seakeeping Characteristics of a Catamaran Design”，F(xiàn)AST 91， Norway.

[4]佚名.使用暖寶寶的注意事項(xiàng)[J].安全與健康，2014（02）.

[5]姜旭胤.單人常壓潛水裝具軀體結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].船舶力學(xué)，2013（08）.