冷却衣的制作方法

专利名称：冷却衣的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于冷却身体的衣服。具体地，尽管如此但不是排他地，本发明涉及可 以按要求产生冷却吸热反应的衣服。
背景技术：
当人进行身体活动(工作或锻炼)时，身体因肌肉活动而产生热量。另外，身体可 以通过食用影响(也就是食物的热影响)、基础代谢率以及通过辐射和传导从环境中获取 热量。这些热源的组合确定了人承受的总的热负荷。热量增益的程度还受身体失热能力的 影响。身体可以获得的冷却机制包括辐射、传导、对流和蒸发。身体利用这些冷却机制通过 平衡热增益与热损失来保持安全的核心体温。这些状态的不平衡(热增益比热损失更大) 将导致核心体温的升高，这样如果一直未经检查将导致热疾病例如热衰竭和中暑(有可能 致死的状态)。在周围温度高于体温的环境状态下，身体散热的能力被限制为传导的热损失机 制，对流和辐射无效。在这些状态下，身体实际上通过与被设计用于损失热量的这些相同 机制获取热量。在这样的状态下，身体可以获得的热损失机制仅有蒸发。然而，这一热损失 机制的有效性取决于露出的皮肤表面面积、空气在身体周围的移动能力以及周围温度和湿 度。对于更高的周围温度和湿度，和对于降低的对流水平和露出的皮肤表面面积，热损失变 得有效性更差。因而，当身体穿着与他或她工作或训练所处的环境不相适应的衣服时，身体的冷 却机制受到损害。这一点在要求采用防护衣服的职业或运动中尤其明显。例如，当暴露于 化学溢出物或危险的风成材料中时，要求消防员穿着由多种无孔材料制成的可以完全包围 身体(包括手和脸)的防护服。穿着这种服装会在皮肤和衣服层之间创造一个微环境，并 会由于有限的暴露于外的皮肤表面积和身体周围的对流而使身体散热的能力大幅减缓。这 种情形会因在极端气候条件(例如在夏天处于热带当环境温度超过35°C以及湿度上升到 80-90%以上时)进行身体活动而变得更糟。在这样的状态下，穿着所述服装进行活动所持 续的时间被限制为最多大致15-20分钟，因为防护服内的温度会基本上超过服装外部环境 的温度。因此，为了降低热增益以及发生热相关疾病的机会的同时在高温环境下进行身体 活动，已经提出多种外部的冷却系统帮助身体有效冷却。已经描述了用于运动和职业情形 的可以提供冷却效果多种冷却系统。这些系统包括以下 利用在使用者穿用的背心或服装内的管路中得到泵送和循环的冷却剂的外部 存储的热储系统。 依靠从衣服中蒸发湿气的蒸发背心和衣领。 利用预冷却材料例如冰或凝胶体的插入件作为冷却源的冷却上衣或背心。 在指定温度下改变相(例如从液态到固态)并容纳在上衣或背心内部的相改变 材料。
同时，目前可以获得多个非预冷却的包装，它们利用反应物例如尿素或二氨基甲 醛与水之间的吸热反应。这些包装一直与多种材料组合以生产可以在制服、衣服或防护服 下穿着的衣服，从而有助于提供冷却效果并因此有助于防止发生过度热增益。具体地，现有技术包括以下几方面热反应包装在1976年4月13日公布的授予Gossett的名称为“装备有具有打孔密封的内部 包的尿素冷却包”的美国专利No. 3，950，158和在2002年5月28日公布的授予Kohout的 名称为“延长生命的热包”的美国专利No. 6，393，843。这些专利概述了热反应材料(例如 尿素)的使用，其容纳在具有多孔接缝的包囊中，当施加压力时其使反应材料可以与容纳 在封装包囊的外部包中的液体(水)混合。两种材料的混合产生吸热反应。热反应背心或类似的装置在1986年3月18日公布的授予Williams的名称为“舒适领”的美国专利 No. 4，576，169描述了一种由毛巾状材料包围并可以容纳冷却包的细长隔热和柔软的薄膜 衣领。该装置被设计成绕人的颈部穿戴。在1991年11月5日公布的授予Siegel的名称为“一次性身体冷却器”的美国专 利No. 5，062，269描述了以平梯构造布置并在小袋内包含热反应材料的一系列互连管的使 用。而后向管内加水以引起吸热反应。这些管具有使装置能够绕使用者颈部得到穿戴的软 绳。在1992年9月15日公布的授予Steele的美国专利No. 5，146，625概述了使用具 有多个细长水平隔热的后袋和前袋的背心，所述袋被设计成容纳凝胶形式的冷却包装。该 背心沿肩部并绕身体的侧面紧固。在2006年2月16日公开的授予Cordani等人的名称为“热衣系统及其使用方法” 的美国专利公开号No. 2006/0036304A1描述了一种包括多个袋的衣状装置，所述袋被设计 成容纳可以在需要时得到活化的一个或多个吸热材料的袋。蒸发冷却装置在1998年5月26日公布的授予Silvas的名称为“具有细长条状的包含聚合物吸 收材料的冷却背心”描述了一种采用背心设计的装置，其具有包含可以吸收水以形成凝胶 体的吸收材料(聚丙烯酰胺球珠)的一系列细长分隔件。随之产生的效果是通过蒸发进行 冷却。相变装置在1989年8月15日公布的授予Scaringe等人的名称为“微气候控制背心”的美 国专利No. 4，856，294描述了具有形成隔热袋的两层的外衣的使用，所述隔热袋包含传热 材料，其在承受一定温度变化时从固态变为液态，由此从穿用者身上吸走热量。所述材料可 以与冰组合以增大冷却应用。然而，上述现有技术的构思和装置存在相关的多个问题。许多装置的固有问题是 它们依赖于在冷却材料在使用之前的预冷却或冻结。这一做法在紧急情况下或在远离冷却 装置(例如冰箱或冷冻器)时(这是在应急车辆或远程位置上常见的情况)不总是可行的。 同样，与依赖于蒸发作为提供冷却的方法的装置相关的缺陷是它们需要暴露在外部环境中 并因此不能穿着在外衣里面或在封闭服装里面。
具有可以用于提供人工冷却的冷却插入件的外衣通常由尼龙状材料制成。这种外 衣通常与皮肤接触而穿用不舒服，因较大单个或多个袋插入件而导致体积庞大，不是一次 性的(除了插入件之外)，并且不是被设计用于特定设备例如背面安装的包装或呼吸器。因 而，它们的用途局限于不需要在人的背部承载物品的应用。另外，插入件通常需要大表面面 积的吸热材料包，如果在与皮肤接触时太冷其会形成降低冷却装置有效性的冷凝物。与现有技术的衣服例如由消防员穿用并具有防潮层(例如消防战斗服)或由无孔 材料制成(例如核生化服装)相关的另一问题是其会导致产生大量出汗。该出汗又会浸透 在外衣/服装里面穿着的衣服以及积聚在穿用者的鞋袜内。这种情形降低了外衣/服装的 舒适性甚至可能进一步产生伤害(例如擦伤和跌倒相关的伤害)。因此需要提供一种改进的冷却外衣，其可以被穿着无需另外的上体外衣仍然可以 向穿用者提供舒适性，同时可以吸收大量出汗以防止其浸透下体外衣和蓄积在穿用者鞋袜 中。此外，需要提供一种改进的冷却外衣，其可以立即获得而与环境条件无关、不依赖于来 自外部源头的预冷却、可以贴合使用者的身体以及无论其被用作特定应用装置(例如被穿 着用于呼吸器)或在从热增益环境复原过程中被用作一般冷却外衣都可以提供有效的冷 却。

发明内容
根据一方面，本发明涉及一种冷却衣，包括用于放置冷却剂的至少一个管路基体(tubing matrix)；其中管路基体是格状设计(waffle design)形式的。通常存在多个管路基体。优选地，管路基体的格状设计向所述衣服提供结构支承并贴合各个体形。格状设计包括多个压窝(indentation)。孔可以穿过一个或多个压窝定位。孔尺 寸是可变的。通常，孔是圆形的。孔直径通常在3毫米到20毫米之间。孔直径可以在7毫 米到15毫米之间。孔的组合表面面积应该不小于冷却衣的总表面面积的并且不大于其 20%。孔的组合表面面积通常不小于冷却衣的总表面面积的7%并且不大于其15%。通常，冷却衣包括垫底材料(underlay material) 0管路基体连接在垫底材料上。 垫底材料可以是背心形式的。可以设想垫底材料和管路基体可以在单次操作中形成。优选地，冷却剂由第一反应物和第二反应物构成。第一反应物可以是固体的并且 第二反应物可以是液体的。固体可以是尿素同时液体可以是水。应该认识到所采用的冷却 剂可以由多种不同的反应物构成。例如反应物中的一种可以是无水盐例如硝酸铵、硝酸钾、 氯化铵、氯化钾、溴化钠、硫酸镁或硝酸钠。第一反应物可以在第二反应物被放置在管路基体内之前置于所述管路基体内。至少一个固定开口机构可以与管路基体流体连通(fluidly connected)以将第二 反应物放置在管路基体内。至少一个存储区域可以被用于连接固定开口机构与管路基体。第一反应物还可以 位于存储包装(storage garment)内。至少一个存储包装可以与管路基体相连。该存储包装可以填装有第二反应物。优 选地，打开管路基体面积与存储包装之间的连接包括使包含第二反应物并包括在存储包装中的易碎包囊破裂。优选地，冷却衣还包括颈部衣领。该颈部衣领可以包含第一反应物。此外，颈部衣 领可以包括第二反应物的可破裂包囊。备选地，颈部衣领可以包括至少一个固定开口机构 以使第二反应物位于颈部衣领内。冷却衣可以包括一个或多个紧固机构以将冷却衣紧固在使用者的身体上。冷却衣可以包括外部隔热层以使所述衣服与外部热源隔热。


为了有助于理解本发明并使本领域普通技术人员能够具体实施本发明，下文仅参 照附图通过举例方式描述本发明的优选实施方式，图中图1是表示根据本发明第一实施方式的未折叠通用冷却/复原衣的部件的顶视 图；图2是进一步表示图1所示的通用冷却/复原衣的部件的后视图；图3是进一步表示图1所示的通用冷却/复原衣的部件的正视图；图4是表示根据本发明第二实施方式的未折叠通用冷却/复原衣的部件的顶视 图；图5是进一步表示图4所示的通用冷却/复原衣的部件的后视图；图6是进一步表示图4所示的通用冷却/复原衣的部件的正视图；图7是图4所示的冷却/复原衣的样件的顶视图；图8是由使用者穿着的图7所示的通用冷却/复原衣样件的正视图；图9是由使用者穿着的图7所示的通用冷却/复原衣样件的后视图；图10是由使用者穿着的图7所示的通用冷却/复原衣样件的侧视图；图11是图7所示的通用冷却/复原衣样件的近视图；图12是图7所示的通用冷却/复原衣样件的剖视图；图13-19是表示第一研究结果的曲线图；图20-27是表示第二研究结果的曲线图；图28-35是表示第三研究结果的曲线图；图36是表示根据本发明备选实施方式的呼吸器(breathing apparatus)冷却衣 的部件的正视图；以及图37是表示图36所示的呼吸器冷却衣的其他部件的后视图。
具体实施例方式本发明的实施方式包括冷却衣。在附图中以简要概括形式示出了本发明的要素， 附图仅仅表示理解本发明的实施方式所需的那些具体细节，而不是要混淆具有本领域普通 技术人员根据本说明书的教导显而易见的额外细节的公开内容。在本发明的说明书中，形容词例如第一和第二、上和下、前和后、顶和底等仅被用 于限定一个元件或方法步骤区别于另一元件或方法步骤，而不必要求由该形容词描述的特 定相对位置或顺序。术语例如“包括”或“包含”不被用于限定排他的一组元件或方法步骤。 另外，这些术语仅仅限定了包含在本发明具体实施方式
中的最小一组元件或方法步骤。
参照图1，顶视图表示根据本发明一种实施方式的未折叠通用冷却/复原衣100的 部件。衣服100被设计成穿着在防护服(例如消防战斗服)的下面，并使穿用者能够按要 求实现对他或她的身体立即和加速的冷却。备选地，衣服100可以被穿用作单个服装用品 以有助于在身体活动之前、过程中或之后的冷却。衣服100是完全模制成一体的背心设计，包括垫底材料101、管路基体125、存储包 装130、颈部衣领145和紧固机构150，155。垫底材料101具有前部105、包括头孔115的肩部110以及后部120。管路基体 125连接在垫底材料101上。垫底材料101可以由网状布料制成以使衣服100贴合身体表 面，同时避免形成小气候。所述网状材料可以沿前部105和后部120向下延伸，从而提供粘 结管路基体125的表面。在形成管路基体125时采用格状设计126以提供结构完整性和最大贴合度，同时 避免由聚合物表面覆盖的较大不可渗透的面积相对穿用者的皮肤形成小气候。格状设计 126还可以使衣服100对身体表面具有最大贴合度。管路基体125的外表面得到隔热以确 保最大冷却持续时间。在使用衣服100之前，尿素形式的固体反应物被抽真空并采用热敏聚合物热密封 在管路基体125中的相应位置，优选大体上沿前部105和后部120定位。液体反应物例如 水容纳在存储包装130中，该存储包装优选在前部105和后部120的顶部附近靠近肩部110 连接在衣服100上。采用固体反应物和液体反应物的混合产生吸热反应并提供冷却剂。管 路基体125和存储包装130还延伸到右侧翼片135和左侧翼片140以使穿用者的躯干能够 完全由基体面积125和存储包装130包围。当衣服100的穿用者需要额外冷却他或她的身体时，水存储包装130可以破裂或 由穿用者打开，并且液体冷却剂流过管路基体125，从而引发冷却身体的吸热反应。衣服100还包含颈部衣领145，其可以采用与管路基体125类似的吸热反应并且可 以由类似的热敏聚合物制成并具有外隔热衬里。固体反应物例如尿素可以容纳在颈部衣领 和管路基体125内的真空/热密封易碎包囊中，一旦包囊破裂则尿素与周围的液体反应物 混合ο衣服100被设计成布置在穿用者的头部并采用分别设置在衣服100的前部105和 后部120的顶部、中间和底部的紧固机构150，155固定在相应位置。紧固机构150，155还 使衣服100能够调节达到舒适并确保在衣服100与穿用者身体之间形成最大接触。参照图2，后视图进一步表示根据本发明一种实施方式的通用冷却/复原衣100的 部件。存储包装130被示为在穿用者臂所用开口下面的每一侧延伸，由此围绕身体提供增 强冷却同时不会阻碍穿用者的移动能力。存储包装130是液体反应物在与存储在管路基体125中的固体反应物混合之前所 处的位置。存储包装130可以通过热密封连接与管路基体125相连，当向存储包装130施 加压力时，所述热密封连接断裂。第二反应物随后将流过管路基体125，与第一反应物混合 并引发吸热反应。存储包装130可以仅沿包装130的下边缘与管路基体125和衣服100相 连。这样使存储包装130在排空时能折叠在管路基体125的顶部上以消除在存储包装130 排空时在包装130的聚合物衬里的表面下形成的小气候。与紧固机构155相连的紧固机构150使衣服100可以绕穿用者身体得到紧固，从
7而能够与皮肤接触同时还提供舒适性调节。紧固机构150，155可以由多种装置制成(例如
连接在钩环系统上的布带材料，Velcro 布带、弹性件、钮扣、线束夹子或其他类似的紧固
装置)。优选地，紧固机构150，155不具有任何可能割伤穿用者、衣服管路基体125、存储包 装130或任何材料的衬里或穿着在衣服100上的防护服的锋利边缘。无论选择何种方法， 紧固机构150，155都可以很容易得到调节并仅花几秒钟就可以固定。参照图3，正视图进一步表示根据本发明一种实施方式的通用冷却/复原衣100的 部件。如图所示，管路基体125的格状设计126表示冷却剂(例如尿素和水)在混合之后 所处的位置。格状设计126使小的管状系统能够以任何定向(例如垂直、水平或对角)得 到布置并为与身体相互作用的液体冷却材料提供增大的强度、更大的表面面积，以及通过 消除任何从没有冷却剂的面积处暴露在聚合物表面下的方式来避免形成小气候。如图所示，右侧翼片135被设计成使冷却表面延长并由此通过尽可能利用所述表 面面积来提供更有效的身体冷却。绕身体侧面的冷却系统的延长还有利于核心身体冷却， 因为通常存在更少的外层柱组织(outer post tissue)，从而使冷却可以在血管的大面积 上有效吸收热量。颈部衣领145可以采用与衣服100别处所采用的相同的热敏聚合物与衣服100的 垫底材料的肩部110相连。颈部衣领145可以包括反应物的易碎包囊或多个包囊，在向包 囊(多个包囊)施加压力并使材料之间的连接断裂时反应物将与衣领145的液体成分混 合。衣领145可以完全环绕头孔115并且可以包括外隔热衬里。同时，衣领145可以是柔 性的以提供对穿用者颈部轮廓更大的贴合度并因此可以被制成具有与更大的前和后管路 基体125类似的图案但更小的形式。图4-6表示冷却衣200的第二实施方式。图7-12表 示根据图4-6的示意图生产的冷却衣200的样件。因此，采用相同的附图标记描述冷却衣。 冷却衣的第二实施方式实质上与冷却衣100的第一实施方式本质上非常类似。冷却衣200 也是模制一体的背心设计形式并包括垫底材料201、管路基体225、存储区域230、颈部衣领 245和紧固机构250，255。垫底材料201提供用于冷却衣200的样板并具有前部205、包括头孔215的肩部 210和后部220。垫底材料201由网状材料制成，其上附着管路基体225。该垫底材料201 提供冷却衣200的衬里并将与皮肤接触。垫底材料201将由柔性材料制成。尽管垫底材料 201是一体的，但肩部210将具有从衣服(garment)的外边缘延伸到头孔215的内边缘以使 使用者的头可以从侧面进入的侧开口 211。前部205和后部220都将具有短的侧部212，其 将绕身体以及在臂下方折叠并相交以连接前部205和后部220。管路基体225由能够容纳冷却剂的一系列管或通道构成。冷却剂可以处于多种不 同的形式但通常是混合在一起的两种反应物(例如尿素混合水)。尿素可能位于在相应位 置粘附有热敏聚合物的管路基体225内或处于可透水的包囊内。管路基体225处于格状设计226的形式。格状设计226形成了以任何定向(例如 垂直和水平或对角)布置的通道或管系统并使衣服200具有增大的强度。格状设计226被 用于形成用于冷却剂运送的通道或管以及有助于防止因布设压窝而产生的小气候的压窝。 可以在压窝上也就是附着的侧面冲压出孔228。孔228可以由多个形状构成(例如圆形、三 角形、正方形、矩形)。然而，圆形是优选的形状，因为消除了附加连接(additional joints) 或交角(corners)并由此有助于实现冷却衣200的完整性。
孔228的表面面积应该不小于冷却衣200的总表面面积的1 %并且不大于其 20%。孔228的尺寸(除去绕孔构成压窝的一部分的密封边)可以是直径范围3-20毫米 并且可以改变以反映衣服的应用，例如穿着作为工作或复原冷却衣。例如，在极热且封闭环 境下，例如完全封闭的防护服由消防员在在需要更大冷却效果的热带地区穿着，此时通过 采用更小尺寸的孔可以使更多的冷却剂被用于与皮肤接触。备选地，当衣服200被用于接 触外界较低温度和空气流动的复原衣时，可以利用更大的孔尺寸以使更大的辐射、蒸发和 对流冷却发生。格状设计226的采用能够使冷却剂具有与使用者身体相互作用的更大表面面积， 同时通过消除暴露在没有冷却剂的聚合物表面面积下而避免形成小气候。另外，格状设计 226的使用使冷却衣200的深度能够保持最小，由此避免因大面积无支承的聚合物表面被 推向前而导致的“膨胀效应”(与用水填充塑料袋的效果类似)，同时使身体能够不受限制 地移动。格状设计226还定向成使得位于管路基体225内的管或通道的尺寸和间隔可以根 据冷却衣200的尺寸和在身体不同部位所需的冷却效果而改变。这一点通过改变压窝227 的间隔或压窝227在格状设计226中的尺寸或二者的组合来实现。在管路基体225内采用 不同密度的通道或管的优势在于可以控制沿冷却衣200移动的反应物的通过。这样通过利 用残留反应物能力(反应物与冷却剂的比例提高)以及提供在身体存在较大热积聚/散发 的顶部提供大量冷却而使衣200能够保持更长的冷却效果。冷却衣200的存储区域270是大比例尿素在与水混合以形成冷却剂之前所处的位 置。存储区域270将通过多个小通道251与管路基体225的上边缘相连。固定开口机构260形成在存储区域270中的每个的顶部以使水可以添加到存储区 域270。固定开口机构260可以利用多个装置(例如单向阀、螺帽或推拔帽或其他类似的 固定开口装置)但必须不带有任何锋利边缘以确保不会对穿用者、冷却衣200或任何材料 的衬里或穿着在其上的防护服产生任何危险。固定开口机构260应该足够大以允许进行最 大速度的填装并适应多种填装方法(例如带、软管或容器)。无论选择何种装置，开口机构 260都将易于操作并仅花费几秒钟添加液体冷却剂以及固定闭合。颈部衣领245将采用与衣服200其余部分相同的热敏聚合物与衣服200的网状部 件相连。其包含将与水混合以形成冷却剂的尿素。除了侧面进入开口 211处以外颈部衣领 245将完全包围头孔215。与所述用于存储区域270的类似的开口机构260可以被用于使 水位于颈部衣领245内。颈部衣领245将被成形为提供对颈部轮廓的贴合度。紧固机构250，255使冷却衣200可以绕身体得到紧固以确保冷却衣200接触使用 者的皮肤。此外，同时还提供舒适性调节。紧固机构250，255可以由多种装置制成(例如 连接在钩环系统上的布带材料，VekiO 布带、弹性件、钮扣、线束夹子或其他类似的紧固 装置)，但必须不具有任何锋利边缘以确保不对穿用者、冷却衣200或任何材料的衬里或穿 着在其上的防护服产生任何危险。相同的紧固机构将被用于将衣服200固定在肩部进入点 216上以及使颈部衣领245与皮肤表面保持接触。无论选择何种方法，紧固机构250，255将 很容易得到调节并且仅花费几秒钟实现固定。衣服200利用常见的尿素和水(但不局限于尿素和水)的吸热化学反应提供显著 的冷却效果。用于这些反应物的常见比例是一份尿素比一份水。然而，像对于冷却衣200来 说通过提高尿素/水的比例(任何地方都达到2 1)以及通过物理隔层(格状设计226)，在发生反应的过程中产生多种新的成分。尽管尿素的体积绕衣服200平均分布/散布以产生即时的冷却效果，但尿素在前 胸和背部上的存储区域270起到延长冷却效果的作用。这是因为不是所有的尿素在初始添 加水时(因为所采用的尿素比水的比例提高)都溶解以及粒状尿素由管路基体225的格状 设计226容纳。当尿素溶解时，尿素的各个颗粒开始穿过管路基体225的格状设计226落 下，由此提供进一步的冷却。可以在水中溶解的尿素数量由(a)衣服200中的液体数量和(b)衣服200内液体 的温度来确定。当衣服200初始使用时，衣服200内的尿素将在大致3摄氏度下形成饱和溶 液。当衣服200由使用者穿用时，使用者身体的温度将使衣服200内的冷却剂的温度提高。 这时，更多的尿素可以溶解在冷却剂内直至其再次达到饱和(取决于液体温度的提高)，由 此提供进一步的冷却。如果衣服200的穿用者从事中等剧烈的工作，则从事该工作的使用者的身体运动 也有助于溶解包含在存储区域上的残留尿素(与摇动衣服类似)，从而提供进一步的冷却。提高尿素/水的比例的另一优势在于在更高的周围温度(>35摄氏度)下，当衣 200初始使用时，需要更多的尿素使衣服200的温度降到3摄氏度。在使用时，通过位于颈部衣领245和存储区域270上的固定开口添加水。水和尿 素混合以促使吸热反应发生并形成冷却剂。冷却剂穿过管路基体225的格状设计226的通 道行进。如上所述，格状设计226 —直被用于提供强度同时避免由聚合物表面下大的未破 裂面积形成小气候。格状设计226还能够使衣服200对身体表面具有最大贴合度。随后从一侧进入衣服200以使颈部衣领245能够在不越过头部的情况下封闭颈 部并利用设置在衣服的顶部、中间和底部以及在颈部衣领245上的紧固机构固定在相应位 置。紧固机构250，255还使衣服200能够得到舒适性调节并确保在衣服200与身体201之 间形成最大接触。侧面入口被设计成消除颈部衣领245在前部或后部上的连接(由此降低 了冷却衣200的有效性)并在身体位置(颈部的侧面)具有对冷却产生最小影响的连接。 此外，衣服200的侧翼片235，240被设计成使冷却表面绕身体延伸并由此利用尽可能大的 表面面积提供更有效的身体冷却。冷却系统绕身体侧面的延伸还有利于核心冷却，原因是 通常存在更少的外层柱组织，从而可以使冷却沿血管的大面积更有效地吸收热量。为了系统地验证冷却装置的有效性，针对上述冷却衣200的样件。必须通过多种活动和在热/潮湿环境中的复原情形包括模拟的消防战斗行动测 试冷却衣200的样件。验证过程的一部分包括将冷却衣样件与现有市场销售的提供类似冷 却受益的冷却装置相比，该过程一直被用于其他冷却装置发明。为了适应这种验证过程，计 划包括一系列渐进式研究，提高活动的强度或热负荷和任务的复杂性。研究1——复原衣比较第一研究仅在热和潮湿环境下的活动之后的复原过程中将冷却衣的样件与另一 市场上销售的冷却装置进行比较。在表3中示出其他细节。在一段熟悉期后，八个对象在 2-3周时间内以自由顺序参与三个试验期。在试验期之间仅有最少的3-4天以消除从一个 时期到另一时期产生任何可能的延期生效。一个试验期是对象完成活动并在之后不借助于 冷却装置复原的控制试验。其余试验期包括仅在复原过程中采用冷却衣的样件或市场上销 售的冷却装置。让对象穿着常规跑步/体育服装(包括跑步鞋)。
测试规程在开始试验期的活动部分之前有10分钟的周期由所有对象承担在气候室中适应 和采集静止数据的工作以消除由空调实验室中做准备而带来的任何冷却效果的影响。在整 个适应期内，对象保持在就座位置。在适应/静止周期之后，对象在市场上销售的具有可控 速度和坡度的旋踏器上立即开始30分钟的活动。用于控制和介入试验的30分钟活动期包括在指定工作负荷下交替进行极限下 (sub-maximal)的步行(6km/h)和跑步(10km/h)的周期，如下表所示。 步行和跑步的周期与斜度变化(0和6% )组合以提供提高对象完成工作的强度和 量的能力(由此提高身体温度)。步行和跑步周期与斜度变化的交替有助于降低对象的肌 肉疲劳同时能够控制体温的升高。30分钟活动周期的意图是使对象的核心体温升高到中 等水平(38°C以上但39°C以下)。如果对象达到39°C则所有的测试立即停止并开始复原程 序。交替步行和跑步的周期的程式对所有对象都相同，但相应交替周期的速度可以改变以 提供足够的工作使该对象的体温产生所需升高同时适应它们相应的健康水平。一旦对象的 程式在第一次试验过程中建立，则对象在每个随后的试验中重复相同的程式。在活动周期之后，对象立即安静地坐在气候室内的椅子上同时它们的复原在30 分钟周期内受到监控。对于控制试验，对象不具有任何冷却装置以确定他们的身体在热/ 潮湿条件下多快复原。在介入试验过程中，向对象提供冷却衣的样件或市场上销售的冷却 装置同时监控他们的复原。研究2——防飞溅服(Splash Suit)模拟第二研究测试在由昆士兰州火灾和救援工作(QFRS)队员在受控的热和潮湿环境 下穿着防飞溅服进行活动过程中和之后作为冷却装置的冷却衣的样件的有效性。在表4中 示出了其他细节。在熟悉期之后，六个QFRS队员在两周时间内参与了两个试验期。在试验 期之间仅有最少的七天以消除从一个时期到另一时期产生任何可能的延期生效。一个试验 期是对象穿着包括承载17kg呼吸器单元的防飞溅服完成活动期并在之后不借助冷却装置 完成复原期的控制试验。另一试验期包括在活动和复原时间穿着冷却衣的样件。对象在防 飞溅服里面穿着他们标准的统一衣服。
11
测试规程在研究2中采用与研究1中所述大多相同的规程除了改进例如降低活动速度以适 应防飞溅服的穿着。在开始试验期的活动部分之前有10分钟的周期由所有对象承担在气 候室中适应和采集静止数据的工作。在整个适应期内，对象保持在“准备位置”，包括穿着达 到腰部的防飞溅服和手套，但服装的上部自由悬在座位的后部。在适应期结束之前的两分 钟，对象完成穿衣并戴上呼吸器。对于介入试验，在服装封闭之前穿上冷却衣的样件。在适 应/静止周期之后，对象立即开始30分钟的活动程式。用于控制和介入试验的30分钟活动期包括在指定工作负荷下交替进行极限下的 步行(5-6.5km/h)的周期。样例程式如下表所示。 平直和倾斜步行的交替周期有助于降低对象的肌肉疲劳同时能够控制体温的升 高。与研究1相同，30分钟活动周期的意图是使对象的核心体温升高到中等水平(38°C以 上但39°C以下)。如果对象达到39°C则所有的测试立即停止并开始复原程序。所述程式对 所有对象都相同，但速度可以改变以提供足够的工作使该对象的体温产生所需升高同时适 应步幅长度和健康水平的差异。一旦对象的程式在第一次试验过程中建立，则对象在每个 随后的试验中重复相同的程式。在训练周期之后，对象立即安静地坐在气候室内的椅子上同时它们的复原在30 分钟周期内受到监控。对于控制试验，对象不具有任何冷却装置以确定他们的身体在热/ 潮湿条件下多快复原。在介入试验过程中，向对象提供新的冷却衣的样件同时监控他们的复原。研究3——化学溢出物(Chemical Spill)模拟第三研究包括利用QFRS队员实地在模拟现实消防演习(化学溢出物模拟)中穿 着冷却衣的样件。在表5中示出了其他细节。在熟悉/介绍之后，四个QFRS队员在两周时 间内参与了两个试验期。在试验期之间仅有最少的七天以消除从一个时期到另一时期产生 任何可能的延期生效。在每个试验过程中，两个对象作为控制目标完成所述时期的任务，其 中他们穿着包括承载17kg的呼吸器单元的防飞溅服完成模拟的消防演习并随后不借助冷却装置完成复原周期(因为在轮班投入真实的紧急情况时他们通常是那样的)。其余两个 对象完成相同的模拟消防演习但在训练和恢复周期内使用冷却衣的样件。对象成对(一对 具有冷却衣的样件并且另一对不具有冷却衣的样件)完成演习，这是QFRS投入化学品方面 的紧急情况时标准的操作程序。随后，所有人员在两周时间内完成对给定演习的控制和介 入试验。QFRS队员在防飞溅服里面穿着他们标准的统一衣服。测试规程对象在阴凉处完成10-15分钟的预活动适应期，在此时间内为他们准备监控设 备。在封闭防飞溅服并戴上呼吸器之前，为完成介入试验的那些对象安装冷却衣的样件。模 拟真实的消防演习包括消防队员(4个消防队员)中的一个完成“仿造”化学溢出物的污染 (包括危险材料的移去)。该任务包括消防员在铲沙以形成阻隔层之前使26X20升液体圆 筒从一个位置到另一位置移动20m距离。演习的活动部分的总持续时间是20分钟。之后 四分钟模拟干去污过程，包括在移动到阴凉的复原区域之前站在太阳下。一旦摘掉呼吸器 并且防飞溅服的上半部分落下，则对象安静地坐在阴凉处同时他们的复原在30分钟周期 内得到监控。对于控制试验，对象不具有任何冷却装置以确定他们在热/潮湿条件下多快 复原。对于完成介入试验的那些对象，所使用的冷却衣的样件被脱下并安装新的冷却衣。对象在参与之前，采用病史筛查调查表对所有对象的健康状况和危险因素进行排查， 并执行包括测量静止心率和血压的标准预训练程序以确认和排除对测试程序具有禁忌的 任何对象。向每个对象提供描述测试目的、测试程序和研究所涉及的危险的情报资料。还 要求每个对象在参与任何研究之前签署告知同意单。由于这些研究在冷却衣样件的产品设计、待审专利申请和之后的商品化方面具有 机密的属性，因此要求研究1中的所有对象在能够参与研究之前签定保密协议。QFRS在成 为参与研究2和3的对象之前也签定保密协议。设备研究1禾口 2所有测试在得到控制的35°C和70%湿度环境条件下的Cairns，James Cook大学 的体育及运动科学学院的气候室内进行。上述温度被用于模拟在热的地方经历的典型热/ 潮湿条件。类似的温度还被其他调查者广泛用于在测试类似冷却装置时模拟热/潮湿条 件。研究3在Cairns Central Fire Station进行模拟真实的消防演习。市场上的冷却装置在研究1中被用于对比目的的市场上销售的冷却装置是通常所称的“预冷却上 衣”，其在被放置在对象身上之前采用冰水使该外衣冷却到所需温度(在本申请中是与样件 温度相匹配的_6°C )。市场上销售的冷却装置被广泛用于运动环境中，如英式橄榄球、冲浪 救生、骑脚踏车活动和网球比赛。在控制和介入期内的测量在三个研究过程中测量多个参数以监控对象的身体状态并确保他们的安全。在所 有三个研究的适应期结束和整个活动和复原期的三分钟间隔记录数据。生理数据包括核心体温、体表温度(胸部、背部和前臂)、心率和失重。还监控两个主观参数，包括感觉运用 (仅研究2和3)和热舒适性。下文给出对这些测量的详细描述。尿样采集和分析在所有研究中的每个试验期之前要求所有对象提供尿样进行尿比重(Usg)测试。 Usg值被用于确定对象的水合水平以及确保足够的水合状态以容许在高热和湿度环境下进 行活动。核心体温在整个预活动适应、活动和复原期内采用胃肠无线电丸(澳大利亚和许多外国军 事力量常用的监控作战士兵的方法)实时连续监控和记录核心体温。对象在每个试验期之 前四个小时吞服所述丸。体表温度小的温度/湿度热敏电阻固定在胸部(第二肋间隙的水平)、背部(C7下方9cm) 和前臂上(上1/3)的相应位置以测量局部体表温度。在整个试验过程中通过装置记录数 据并在每个试验之后立即下载数据。心率采用极性心率监控器连续测量和记录心率，其中发送器绕胸部搭接并且记录装置 连接在手腕上。重量损失采用在每个试验期的开始之前获取的裸体重量和在每个试验期完成之后立即获 取的最终体重评估体重损失。对于任何研究来说在预活动、活动或复原期内不消耗任何流 体。主观评估包括标准活动标度、感觉运用等级(RPE，表1)和热舒适性(表2)。这些标度要求 对象评价他们身体工作的努力程度(RPE)和他们感觉的热舒适程度(热舒适性)。表ζI感觉运用等级标度
6
7非常非常微弱
8
9非常微弱
10
11相当微弱
12
13略微强烈
14
15强烈
16
17非常强烈
18
19非常非常强烈
14
20表5热舒适性标度1.0 舒适1.52.0略微不舒适2.53.0不舒适3.54.0非常不舒适4.55.0极为不舒适其他细节和结果已经通过图表提供了每个测试的其他细节和结果以表示冷却衣样件的有效性。图 13-20表示第一研究的其他细节和结果。图21-29表示第二研究的其他细节和结果。图 30-39表示第三研究的其他细节和结果。参照图40，正视图表示根据本发明备选实施方式的呼吸器冷却衣400的部件。呼 吸器冷却衣400的整体设计与上述通用冷却衣100类似，除了下文所述的几处改进。包含吸湿材料(例如干硅胶化合物)的材料带405可以绕衣服400的底部得到连 接，并且可以贴合使用者的身体形状。材料带405可以吸汗并防止其行进到穿用者腿部区 域。为了确保材料带405保持接触身体，可以包括诸如弹性衬里或软绳的机构以使衣服400 的边缘被拉入身体内。与图1-3所示的冷却衣100类似，衣服400还包括格状设计411形 式的管路基体410、位于衣服400胸部的高位置的存储包装415和包括反应物包囊或多个包 囊的颈部衣领420。参照图41，后视图表示根据本发明备选实施方式的呼吸器冷却衣400的其他部 件。一体模具525位于衣服400的背部中间以使呼吸器系统(未示出)可以由使用者穿上 而呼吸器不必压在管路基体410上或存储包装415上。这样防止呼吸器系统在使用者的背 部上形成不稳定的负荷，并且还降低了管路基体410和存储包装415中的管或包囊破裂的 几率。模具525可以由布、泡沫、聚合物或其他适当材料制成以有助于将呼吸器系统定位在 使用者的背部上同时为使用者的背部提供软垫。本领域普通技术人员将会认识到，除了呼 吸器系统之外，模具525还可以被设计用于要求承载背包的任何职业或活动，同时支承件 在肩部、中间背部或腰部处与背部接触。因此本发明的一些实施方式例如衣服100或衣服400的优势包括以下几方面无需从外部来源实施预冷却，因而衣服100，200，400易于运输并可以长期保持在 待用状态(可长保存期)。因此衣服100，200,400理想地用于热/潮湿和/或无法获得其 他冷却形式的遥远紧急情形下。同时，衣服100，400可以简单地通过这样的方式在几秒钟之内投入使用，即向封 装在连接于衣服100，400的前部和后部上的颈部衣领145，420或液体存储包装130，415中 的反应物包囊施加压力以使连接接缝裂开，随后在使用之前摇动衣服100，400短时间(例 如30秒)。备选地，冷却衣200可以利用固定开口机构250被快速填装上水并也摇动30秒以使衣服200准备待用。这种快速准备因素使衣服100，400理想地用于需要即时冷却效果 的情形(例如在治疗高热症的过程中或在威胁材料防护服下使用)。此外，衣服100，400可以通过管路基体125,225,410的格状设计126,226,411辅 助冷却，无论它们有没有被穿着在衣服制品下(例如对于从身体活动中复原来说)，这样提 高了暴露在环境下的皮肤表面面积，以及与身体的实质面积接触以在使用者的臂和颈部下 进行有效冷却。此外，衣服100，200，400可以很容易贴合使用者的体形并包含有限的材料以使它 们能够被穿着在其他衣服之下而不会限制移动。衣服100，200，400还易于在几秒钟内改 变、更换和脱掉而无需更换插入件或冷却剂。衣服100，200，400还可以由暴露在潜在提高 核心体温的环境下并在活动过程中或之后立即需要冷却的任何人担负费用和使用。还设想冷却衣因该衣服绕使用者的整个躯干延伸而提供额外的冷却效果以及具 有衣领以绕使用者的颈部提供特定冷却。本领域普通技术人员还将认识到根据本发明多种实施方式的冷却衣不局限于例 如所示的那些背心，还包括其他类型的衣服，例如短袖衫、长袖衫、服装、裤子和帽子。应该认识到上述冷却衣可以包括外隔热层以使衣服与外部热源隔热。这样可以增 强冷却剂的冷却效果以及提高冷却剂的有效时间。为了描述向相关领域的普通技术人员提供了本发明多种实施方式的以上描述。其 不意味着是排他的或将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本发明的多个备选 和变化对以上教导的领域中的普通技术人员是显而易见的。因而，尽管已经具体论述了一 些备选的实施方式，但其他实施方式也是本领域普通技术人员显而易见或相对易于开发 的。本发明的说明书要包含已经在此得到描述的本发明的所有备选、修改和变化，以及落入 上述发明的精神和范围内的其他实施方式。表 1研究1——复原衣比较 参与者-8个身体活跃的大学学生 设计3个时期-控制——在活动或复原过程中没有任何冷却衣-JCU——仅在复原过程中有冷却衣-Arctic——仅在复原过程中有蒸发的冷却衣-随机顺序-在落座位置10分钟的适应-30分钟间歇的平直步行(6km/h)和斜坡跑步(在6%下10km/h)或30°C核心(无 论先实现哪一个)-30分钟的落座复原 气候——采用气候室得到控制-35 °C 和 70% 的湿度表 2研究2——防飞溅服模拟
参与者6 个 QFRS 队员 设计2个时期-控制——在活动或复原过程中没有任何冷却衣-介入——在活动和复原过程中都有冷却衣-在落座的“准备位置”10分钟的适应-30分钟的间歇的承载BA系统的平直/倾斜(6%和5_6. 5km/h)步行或39°C的核 心(无论先实现哪一个)-30分钟的落座复原(再次处于准备位置)-整个70分钟测试过程中没有任何饮用 气候——采用气候室得到控制-35 °C 和 70% 的湿度表 3研究3——化学溢出物模拟 参与者-4 个 QFRS 队员 设计以任意顺序的2日试验_ Jgctiki式I-^t Cairns Central Station-控制日——在活动或复原过程中没有任何冷却衣-介入日——在活动和复原过程中都有冷却衣-在阴凉处准备10分钟-随机顺序-20分钟的承载BA系统的活动或39°C的核心(无论先实现哪一个)，包括 在20米距离上运输圆筒10分钟· 10分钟铲沙· 4分钟模拟去污(站在太阳下4分钟)-30分钟的就座复原 气候——不受控制(场地试验)-第1 日-26°C (地球(globe) 30°C )和 37% 的湿度-第2 日-29°C (地球(globe) 34°C )和 46% 的湿度
权利要求
一种冷却衣，包括用于放置冷却剂的至少一个管路基体；其中管路基体是格状设计形式的。
2.如权利要求1所述的冷却衣，其特征在于，所述格状设计包括多个压窝，其中孔穿过 一个或多个所述压窝定位。
3.如权利要求2所述的冷却衣，其特征在于，所述孔是圆形的。
4.如权利要求3所述的冷却衣，其特征在于，所述孔直径在3毫米到20毫米之间。
5.如权利要求2所述的冷却衣，其特征在于，所述孔直径在7毫米到15毫米之间。
6.如权利要求2-5中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，所述孔的组合表面面积不 小于所述冷却衣的总表面面积的并且不大于其20%。
7.如权利要求2-5中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，所述孔的组合表面面积不 小于所述冷却衣的总表面面积的7%并且不大于其15%。
8.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，包括其上连接所述至少一 个管路基体的垫底材料。
9.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，至少一种反应物在第二反 应物被放置在所述管路基体内之前置于所述至少一个管路基体内。
10.如权利要求9所述的冷却衣，其特征在于，所述至少一种反应物是尿素。
11.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，包括与所述至少一个管路 基体流体连通的至少一个固定开口机构。
12.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，至少一个存储区域与所述 至少一个管路基体相连。
13.如权利要求12所述的冷却衣，其特征在于，至少一个固定开口机构与所述至少一 个存储区域相连。
14.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，还包括颈部衣领。
15.如权利要求14所述的冷却衣，其特征在于，颈部衣领包含第一反应物。
16.如权利要求14或权利要求15所述的冷却衣，其特征在于，所述颈部衣领包括至少 一个固定开口机构。
17.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，至少一个存储包装与至少 一个所述管路基体流体连通。
18.如在前权利要求中任意一项所述的冷却衣，其特征在于，还包括一个或多个固定机构。
全文摘要
本发明涉及一种冷却衣，其包括用于放置冷却剂的至少一个管路基体；其中管路基体是格状设计形式的。
文档编号A62B17/00GK101909470SQ200880124780
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月17日 优先权日2007年11月15日
发明者G·迪金, R·恩尼斯-托马斯, W·阿姆斯特朗 申请人:詹姆斯库克大学