一种分区段智能控温防寒服的制作方法

本发明涉及一种防寒服，更具体地，涉及一种分区段智能控温防寒服。

背景技术：

冷环境下，为了维持热平衡，人体需要穿着厚重的多层防寒服，这种穿着通常会限制人体活动自由度，影响人体舒适性。另外，当活动量、环境温度或者冷暴漏时间变化时，人体需要增添服装进行调整以保持热平衡，这对于户外活动群体十分不便，如果调节不及时，会引起身体不适、甚至冻伤等。鉴于此，市场上出现了电加热服装，即在服装内植入电加热片，由电池驱动加热片对人体加热。电热加热服装可以减少穿着服装层数和重量以满足冷环境下人体对服装保暖性的需求，但是存在显著的缺陷如电能消耗大，电池体积大，持续时间短，价格昂贵以及安全问题等，限制了其使用，另外，此种服装对人体的热调节范围有限。

自然界中，静止空气是最佳的隔热材料，其常温下的导热系数为0.025w/m·k。美国专利us20170295860a1公开了一款充气夹克，其原理是将空气通入服装内均匀分布的气囊，通过充入空气量的大小实现不同情况下对服装的保暖性的需求。中国专利cn108741323a考虑了人体工效因素，在后背和侧身部位分别采用竖直和倾斜的充气囊，使充气服装更加贴合人体，提供更佳的保温效果。

这些专利通过对服装气囊厚度和大小进行设计，有效抑制了人体向外界的热对流和热传导散热量，但是并未考虑如何抑制辐射散热量(冷环境下，在热对流较小的情况下，辐射热量比例超过50％)，因此服装的保暖性及调节范围非常有限。除此之外，未考虑人体不同部位受冷后热生理反应的不同(如皮肤温度与出汗量等)，采用均匀分布气囊，这容易造成局部过热或过冷。最后，这些专利未考虑外界温度或人体活动变化时，充气服装能够自行调整其保暖性能，实现智能调温。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种分区段智能控温防寒服，通过设置防辐射层、充气层增加防寒服的保暖性；根据人体热生理特征的变化，自行调整充气量，维持人体在不同温度环境和活动量下的热舒适性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种分区段智能控温防寒服，由内至外依次为衬里层、防辐射层、充气层、防辐射层、外壳层；所述的防辐射层包括红外透射层和反射层，红外透射层位于靠近衬里层的一侧；在所述的衬里层内还设有智能控制模块，所述的智能控制模块包括电路控制模块和气流通道模块，所述的电路控制模块包括温度传感器、微控制器、微型充气泵、微型抽气泵以及电磁阀；温度传感器与微控制器电性连接，所述的微型充气泵和微型抽气泵均与微控制器电性连接，所述的气流通道的一端与充气层的气囊连通，另一端设有电磁阀；所述的微型充气泵的充气口和微型抽气泵的抽气口均与电磁阀连接；所述的电磁阀与微控制器电性连接。

进一步的，所述的温度传感器至少设有三个，分别设于防寒服的胸部区域处、背部区域处、和手臂区域处，三个温度传感器埋设于衬里层内，均与微控制器电性连接。更为优选的，温度传感器设于手臂区域的的上臂位置。

在本发明中，1)本发明的原理：根据辐射传热方程式，环境温度(tambient)一定的条件下，辐射传热量(qrad)正比于服装表面发射率)以及服装表面温度的四次方(tfabric))。可以看出降低热辐射可以通过减少服装表面的发射率实现。另外，服装表面的辐射率可以通过增大服装的透射率和反射率实现，可以推断增加服装的保暖性能可以通过增加面料表面的透射率和反射率实现；2)冷环境下，人体不同部位热生理反应不同，除手、脚部位，后背和上臂处温度下降更加明显，这些部位需要更佳的防寒效果。另外，人体不同部位出汗量不同，腋下和后背显著高于其它部位，这些部位需要配置透湿性好的面料；3)对防寒服分区段智能控制，根据人体皮肤温度信号反馈，微型控制器将温度信号和设定值对比，启动或者关闭充气装置。

在本发明中，充气防寒服在胸腹部、背部和手臂部采用分区智能控制。置于胸部、背部和手臂处的温度传感器测得的温度信号反馈到电路控制区，由pid控制电路比较信号值与设定控温范围，启动和手臂、背部或者胸腹部气囊相连的通气管道上的电磁阀，同时启动微型充气泵或微型抽气泵进行充气或者抽气。

如果三个部位其中两点或者三点均低于设定范围，微型控制器内置的程序启动温度最低的部位进行充气，反之如果三个部位其中两点或者三点均高于设定范围，微控制器内置程序启动温度最高的部位进行抽气，另外，当其中一个部位低于设定范围，其它部位高于设定范围，控制器内置程序首先启动抽气部位。充气和抽气共用通气管道，气流经电磁阀通过通气管道流向胸腹部、背部和手臂。管道可以采用织物气囊(由密闭膜和高密织物层合而成)也可以是柔性软管。

智能控制模块固定于充气防寒服的衬里层。微型充气泵、微型抽气泵、电磁阀可通过缝纫、粘合等方式固定于服装衬里区域。气流通道模块、线路和温度传感器可以通过粘合的方式和服装内层贴合。所有的元件和线路外部包覆面料。

进一步的，所述的充气层分为两层防水透湿pu或pu/ptee膜，两层膜之间分布多个粘结面，通过机械热压、超声波热粘合或热熔胶粘合的方式粘合两层膜从而构成多个气囊；在粘结面处的充气面料上设有激光冲孔，孔洞直径范围为1um～5um，以保证充气面料的非通气部分良好透湿性。

进一步的，粘结面之间形成的气囊大小在人体不同部位配置不同。充气层分为背部区域、胸腹部区域和手臂区域；背部区域充气层、胸腹部区域充气层和手臂区域充气层相互之间不连通；

在不易受冷的胸腹部区域采用面积小、厚度小的气囊，相邻粘结面中心之间距离是2cm～5cm，垂直于人体重心方向，此配置是保证气囊垂直于人体重心方向，更符合人体工效，粘结面宽度为0.5-1.5cm；胸腹部气囊在拉链两侧呈镜像分布。

在容易受冷的背部区域配置面积大、厚度更大的气囊，相邻粘结面之间的垂直距离是5cm～10cm，此配置是保证气囊垂直于人体重心方向，更符合人体工效，粘结面宽度为0.5cm～1.5cm。另外，通过粘结面将后背部气囊分成呈镜像对称的两部分，该粘结面的宽度为1.5cm～3.5cm；

虽然手臂部区域位容易受冷，但是考虑到人体活动自由度，此部位采用厚度小的气囊，粘结面之间的距离为1cm～3cm，粘结面宽度为0.5cm-1.5cm。在距离胳膊肘关节1cm～3cm处，粘结面将上臂气囊封闭，上臂沿着肩缝延伸线粘合，粘合条宽度为1cm～2cm，粘合条分布非粘结空气通道，保证整个上臂的气流通性。另外，考虑人体活动自由性，下臂面料采用起绒织物。腋下容易出汗部位配置透湿性好的织物。袖窟、服装肩线、摆缝、腋下织物和上臂、衣身拼接处以及下摆均采用粘结面密封，粘结面的宽度为0.5cm～1.5cm。

背部区域充气层内的粘结面、胸腹部区域充气层内的粘结面以及手臂区域充气层内的粘结面均在其不同位置处分布有一系列非粘结空气通道，保证各个区域内的相邻气囊之间的连通性。

进一步的，粘结面呈波浪形状，也可以是矩形条。

进一步的，所述的气流通道模块分为背部通气管道、胸腹部通气管道以及手臂部通气管道；背部通气管道的一端与背部区域充气层连通，另一端设有背部电磁阀；胸腹部通气管道一端与胸腹部充气层连通，另一端设有胸腹部电磁阀；手臂部通气管道一端与手臂部充气层连通，另一端设有手臂部电磁阀；所述的背部电磁阀、胸腹部电磁阀以及手臂部电磁阀均分别于微控制器、微型充气泵、微型抽气泵连接。

进一步的，所述的防辐射层内，红外透射层为多孔聚酯膜，膜的厚度范围为10μm～20μm，表面分布均匀的孔隙，尺寸范围为50μm～1000nm，可允许7μm～14μm红外线通过，此尺度可保证红外透过率高于90％，同时水汽分子也可以通过(小于1nm)；或，红外透射层为多孔聚酯纤维形成的非织造布、机织布或者针织布；聚酯纤维直径范围为200μm～1000nm，纤维表面孔洞尺寸范围在10μm～100nm之间；或，红外透射层为脱胶的多孔野蚕茧纤维形成的无纺布层，纤维素的直径范围为20μm～100μm，纤维内部孔洞尺寸范围为500μm～1000nm；所述的反射层为反射性高的材料构成，如化学镀银、铜、镍或铝。

作为优选的，所述的防辐射层内，反射层可以是化学镀银、铜、镍或铝等反射性高的材料。为了使反射层牢固地和红外透射层结合，在红外透射层表面进行高速等离子气流垂直轰击，增加膜表面粗糙度，然后在金属电镀液中进行镀层。为了增加红外透射层与反射层的粘合性，直接在红外透射层上直接亲水集团使疏水层变为亲水层。金属镀层厚度范围是100nm～200nm，孔隙范围为50nm～300nm。

作为优选的，所述的衬里层、防辐射层、充气层、防辐射层、外壳层之间通过热熔胶粘合。

另外，还可以采用手动智能控制，将三个电磁阀更换为三个气囊，根据人体生理反应，手动充气，另外，放气口装于人体胸腹部、背部和手臂三个部位，手动放气。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种分区段智能控温防寒服，通过在充气防寒服内配置高红外透射率材料和高反射率材料的层合材料，显著降低了辐射热量通过人体向外界环境的传递，增加了充气服装保暖性及适用温度范围。针对冷环境下人体不同部位热生理反应不同，同时考虑人体工效，在不同部位配置不同面积、大小的气囊与面料，增加了人体热舒适性。最后，引入智能控制系统，可以根据人体不同区段实时生理指标自行调节充放气，从而有效提高了穿着者的最大穿着热舒适性。

附图说明

图1是本发明防寒服的结构图示意图。

图2是本发明防热辐射层结构示意图。

图3是本发明充气层结构示意图。

图4是本发明分区段控温的充气防寒服的气囊配置图。

图5是本发明智能控制模块结构示意图。

图6是本发明智能控制模块连接关系示意图。

图7是本发明实施例与对比例防寒服的整体热阻和局部热阻。

图中，1-防热辐射层，11-红外透射层，12-反射层；2-充气层，21-气囊，22-粘结面，23-充气膜，24-激光冲孔，211-胸腹部气囊，221-胸腹部粘结面，2211-胸腹部粘结面中的非粘结通气孔，212-背部气囊，222-背部粘结面，2221-背部粘结面中的非粘结通气孔，223-背部中部粘结面，2231-背部中部粘结面的非粘结通气孔，213-上臂气囊，224-上臂粘结面，2241-上臂部位粘结面中的非粘结通气孔，225-上臂肘部粘结面；3-衬里层；4-外壳层，41-下臂面料，42-腋下织物，43-上臂沿着肩缝延伸线，431-上臂非粘结通气孔，44-肩线，45-袖窟，46-腋下面料与衣身拼接处，47-摆缝，48-下摆；5-智能控制模块，511-胸腹部温度传感器，512-背部温度传感器，513-上臂温度传感器，514-微控制器，521-胸腹部通气管道，522-背部通气管道，523-手臂部通气管道，524-胸腹部电磁阀，525-背部电磁阀，526-手臂部电磁阀，527-微型充气泵，528-微型抽气泵。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

图1为分区段控温的充气防寒服的结构图。充气防寒服包括防热辐射层1、充气层2、衬里层33、外壳层4和智能控制模块5，防热辐射层1包括红外透射层11和反射层12，其置于充气层2和衬里层3以及充气层2和外壳层4之间，充气层2包括气囊21和分割气囊21的粘结面22，粘结面22上有激光冲孔24，智能控制模块5包括电路控制模块和气流管道模块。

图2为防热辐射层11的结构。防热辐射层11包括红外透射层11和反射层12，其中红外透射层11位于靠近衬里层3的一侧内测。红外透射层11采用多孔聚酯膜，膜的厚度范围为10μm-20μm，表面分布均匀的孔隙，尺寸范围为50nm-1000nm，可允许7μm～14μm红外线通过，此尺度可保证红外透过率高于90％，同时水汽分子也可以通过(小于1nm)；还可以是多孔聚酯纤维形成的非织造布、机织布或者针织布，其中，聚酯纤维直径范围为200nm-1000nm，纤维表面孔洞尺寸范围在10nm-100nm之间；也可以是脱胶的多孔野蚕茧纤维形成的无纺布层，纤维素的直径范围为20μm-100μm，纤维内部孔洞尺寸范围为500nm-1000nm。采用高速等离子对红外透射层11进行冲击以增加其的粗糙度，接着接枝亲水基团以增加对金属的亲和度，最后，将该层在银、铜、镍或铝金属电镀液中进行镀层金属镀层厚度范围是100nm～200nm，孔隙范围为50纳米-300纳米，水汽分子可以通过。

图3为充气层2的结构图。充气层2为两层防水透湿膜形成气囊，其之间分布的粘结面可以采用机械热压，超声波热粘合，热熔胶粘合等方式。粘结面处充气面料有激光冲孔24，孔洞直径范围为1μm-5μm，以保证充气面料的非通气部分良好透湿性。

将防热辐射层11、充气层2、衬里层3和外壳层4通过热熔胶粘合，热熔胶的温度低于100℃。

图4为分区段控温的充气防寒服的气囊配置图。气囊大小在人体不同部位配置不同。在不易受冷的胸腹部区域采用面积小、厚度小的气囊，相邻粘结面221中心之间距离是2cm-5cm，粘结面221宽度为0.5cm-1.5cm。胸腹部气囊211在拉链两侧呈镜像分布。在容易受冷的背部区域配置面积大、厚度更大的气囊，相邻粘结面222之间的垂直距离是5cm-10cm，粘结面222宽度为0.5cm-1.5cm。通过粘结面223将后背部气囊分成呈镜像对称的两部分，该粘结面223的宽度为1.5cm-3.5cm，粘结面223上分布一系列非粘结气孔2231，保证两侧气囊的连通性。虽然手臂部区域位容易受冷，但是考虑到人体活动自由度，此部位采用厚度小的气囊，粘结面224之间的距离为1cm-3cm，粘结面224宽度为0.5cm-1.5cm。在距离胳膊肘关节2cm处，粘结面225将上臂气囊封闭，上臂沿着肩缝延伸线43粘合，粘合条宽度为1cm-2cm，上臂延伸线43粘合面分布非粘结空气通道431，保证整个上臂的气流通性。另外，考虑人体活动自由性，下臂面料采用起绒织物。腋下容易出汗部位配置透湿性好的织物。胸腹部、背部和上臂处粘结面接近中间位置处设有非粘结通气口：背部粘结面中的非粘结通气孔2221、胸腹部粘结面中的非粘结通气孔2211、上臂部位粘结面中的非粘结通气孔2241，保证相邻气囊之间的气体流通性，这些粘结面可以是波浪形，也可以是矩形条形。这些部位的气囊垂直于人体重心方向，此配置是保证气囊垂直于人体重心方向，更符合人体工效。

袖窟45、服装肩线44、摆缝47、腋下织物42和上臂、衣身拼接处46、摆缝47以及下摆48均采用粘结面密封，粘结面的宽度为0.5cm-1.5cm。

图5和图6所示，智能控制模块包括电路控制模块和气流通道模块，电路控制模块包括温度传感器、微控制器514、微型充气泵527、微型抽气泵528以及电磁阀；温度传感器至少设有三个，分别为胸部温度传感器511、背部温度传感器512、上臂温度传感器513，分别设于防寒服的胸部区域处、背部区域处、和手臂区域处，三个温度传感器埋设于衬里层3内，均与微控制器514电性连接；气流通道模块分为背部通气管道522、胸腹部通气管道521以及手臂部通气管道523；背部通气管道522的一端与背部区域充气层2连通，另一端设有背部电磁阀525；胸腹部通气管道521一端与胸腹部充气层2连通，另一端设有胸腹部电磁阀521；手臂部通气管道523一端与手臂部充气层2连通，另一端设有手臂部电磁阀526；背部电磁阀525、胸腹部电磁阀521以及手臂部电磁阀526均分别于微控制器514、微型充气泵527、微型抽气泵528连接。微型充气泵527和微型抽气泵528均与微控制器514电性连接。温度传感器粘贴于衬里层3，对应胸部、背部和上臂部位，测得的温度信号反馈到微控制器514，内置的pid控制电路比较信号值与设定控温范围，启动和手臂部通气管道523、背部通气管道522或者胸腹部通气管道521上的电磁阀，同时启动微型充气泵527或微型抽气泵528进行充气或者抽气。如果三个部位其中两点温度或者三点温度均低于设定温度范围，微控制器514内置的程序启动温度最低的部位进行充气，反之如果三个部位其中两点或者三点均高于设定温度范围，微控制器514内置程序启动温度最高的部位进行抽气，另外，当其中一个部位低于设定温度范围，其它部位高于设定温度范围，微控制器514内置程序首先启动抽气部位。

智能控制模块固定于充气防寒服的衬里层3。电路控制模块和气流通道模块通过缝纫、粘合等方式固定于服装衬里区域。所有的元件和线路外部包覆面料。

智能控制区可以采用手动智能控制，将电磁阀更换为三个气囊，根据人体生理反应，手动充气和放气，另外，放气口装于人体胸腹、背部和上臂三个部位。

实施例1

红外透射层11采用多孔聚酯膜，膜的厚度范围为20μm，表面分布均匀的孔隙，尺寸范围为100nm-200nm，可允许7μm～14μm红外线通过，此尺度可保证红外透过率高于90％；采用高速等离子对红外透射层11进行冲击90s，接着接枝多巴胺，最后，将该层在银电镀液中进行镀层，金属镀层厚度范围是100nm，孔隙范围为100-200纳米。充气层2采用公司的防水透湿聚氨酯薄膜，两层膜之间采用波浪形eva(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)热熔胶粘合，粘合宽度为1cm，在粘结面中间位置留有开口(非粘合)，开口宽度为0.5cm，粘结面内的孔洞直径在3微米左右。粘结面之间的距离根据人体部位调节，即胸腹部、背部和上臂部粘结面之间的距离分别为3cm、5cm和2cm。

衬里层3使用单向导湿coolmax鸟眼针织物。外壳层4使用高密度涤纶机织物。

胸腹部、背部和上臂处形成的气囊大小分布不同：胸腹部粘结面中心之间的距离为3cm，背部粘结面之间的距离为5cm，上臂粘结面之间的距离为2cm。下臂面料采用普通起绒面料。腋下拼接透湿性好的起绒织物。

置于胸部、背部和上臂位置的pt100电阻式温度传感器检测到温度信号，通过线路反馈到内置的pid控制电路的微控制器514，控制器驱动mpa1003微型充气泵527进行充气或tk-p06v2703微型抽气泵528进行抽气，气体流速为2l/min，两种气泵共用通气管道导通气流。

实施例2

红外透射层11层采用多孔聚酯纤维形成的针织面料，面料厚度为50μm，纤维表面孔洞尺寸范围在50nm-100nm之间。在常压下对针织面料进行等离子处理90s，接着在等离子处理面接枝多巴胺。然后，在铜电镀液中进行镀层，控制金属铜层厚度范围在100nm，孔径范围100nm-200nm。充气层2采用公司的防水透湿聚氨酯/聚四氟乙烯复合薄膜，薄膜之采用超声波粘合，粘合宽度为1cm，在粘合条中间位置非粘合口宽度为0.5cm，粘合面孔洞直径为3-5μm，粘结面之间的距离根据人体部位调节：胸腹部粘结面之间间距为5cm，背部粘结面间距为8cm，上臂粘结面间距为2cm。其余与实施例1同。

实施例3

去掉充气智能控制系统，保留气流管道，将电磁阀更换为三个气囊，根据人体冷感觉，手动控制充放气。其余与实施例1同。

实施例4

采用“newton”出汗假人测试了本实施例充气服在不同充气量下的整体热阻和局部热阻，同时测试了对比例普通充气服装(没有热辐射层和分区控温)的整体热阻，另外，两种充气服的热阻均是在穿着棉秋衣、短裤、棉袜和球鞋的情况下测得。图7为测试结果，可见本实施例充气服装的整体热阻显著高于没有热辐射层的普通充气服装，并且保暖性调节范围大。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。