基于原電池原理的供暖救生衣設計說明書

楊志堅+向萌+葉加林+唐詩雨+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計加裝的呈救生衣狀的氣囊，內壁上設有保暖層，保暖層包括無紡紗布、以及填充在無紡紗布和氣囊防水內壁之間的鐵粉、活性碳、鹽、和蛭石等發熱填充物，最后氣囊防水內壁表面設有一個用于更換發熱填充物和排放反應廢料產物的止回閥。基于原電池原理的供暖救生衣的有益技術效果是：落水人員能迅速身穿該救生衣后，手拉動充氣閥上的拉索使胸腔部氣囊充氣，便會在5秒內完成充氣產生8～15公斤浮力，向上托起人體。同時，空氣便會透過無紡紗布與填充物接觸發生反應，產生原電池化學反應放熱。加上保暖層中蛭石的保溫隔熱作用和無紡紗布的控制氧氣進出率的作用，保暖層就能持續給人體提供適宜的熱量。進一步的，在頭部處設計了檔浪板，并采用氯丁橡膠海綿保護手腳頭等易散熱部位，大大減少了人體的散熱。而且該作品設計了防水拉鏈連接上衣和褲頭，一體化輕薄設計方便遇難人員穿戴；又加裝有安全扣、救生燈、反光條、吹嘴、哨笛等求生用具。總之，該作品能安全有效為落難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系數，為營救延長了寶貴的時間。

關鍵詞：供暖救生衣；原電池原理；化學放熱；一體化輕薄設計

中圖分類號：V445.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0023-02

1 研究背景

不管是 1912年的“泰坦尼克”號，還是1999年發生在渤海灣的“大舜”沉船事件，都警示我們：人浸泡在冷水中將會導致快速死亡。“泰坦尼克”號在沉沒前，有705人乘救生艇或救生筏逃離而獲得生還，1小時50分鐘后，救援船只趕到了現場，這時浸在北大西洋0℃海水中的1489人已無一幸存。1999年11月24日，“大舜”號因為火災沉沒，當時海水溫度也是接近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現：海水溫度過低，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。傳統的水上救生衣一般僅僅是在其內裝有泡沫或充氣，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，救生效果甚微的問題。

2 設計方案

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計加裝的呈救生衣狀的氣囊。尼龍防水衣本體從內向外依次設有尼龍布內層、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。內壁上設有保暖層，保暖層包括無紡紗布、以及填充在無紡紗布和氣囊防水內壁之間的鐵粉、活性碳、鹽和蛭石等發熱填充物。最后，氣囊防水內壁表面設有一個用于更換發熱填充物和排放反應廢料產物的止回閥。

落難者手拉動高壓氣瓶充氣閥上的拉索使救生衣充氣，便會在5秒內完成充氣產生8～15公斤浮力，向上托起人體，空氣便會透過無紡紗布與填充物接觸以驅動保暖層發生反應，產生原電池化學反應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紡紗布的控制氧氣進出率的作用，能有效持續適宜的給人體供熱，再加上尼龍防水衣保護頭、腳、手等人體易散熱部位，大大減少了人體的散熱，這樣一來該產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系數。如圖1所示。

2.1 原電池原理

手拉動充氣閥上的拉索使胸腔部氣囊充氣，空氣便會透過無紡紗布與填充物接觸發生原電池化學反應放熱，利用原電池加快氧化反應速度，將化學能轉變為熱能。為了使溫度能夠持續更長，該產品使用了礦物材料蛭石來保溫，受熱膨脹的蛭石有細小的空氣隔層，所以有很好的保溫性能。為了控制氧氣進出率的作用，無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，就沒有什么溫度了。且使用后保暖層的反應廢料產物為少許黑褐色固體，幾乎無重量。如圖2所示。

2.2 氣囊保暖層的填充物配制及其時效

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

3 創新特色

（1）一體化輕薄設計，穿戴快速方便；全身尼龍布料包裹，有效減少對流散熱。

（2）拉開氣閥充氣后驅動化學反應，迅速供熱；保暖層中蛭石的保溫隔熱作用和無紡紗布的控制氧氣進出率的作用，能有效持續適宜地給人體供熱，具有良好的供熱時效性。

（3）在囊防水內壁表面設有一個用于更換發熱填充物和排放反應廢料產物的止回閥，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；設計蛙形手蹼腳蹼，便于落水者游動；可用于江河海洋，適用性廣闊。

4 應用前景與推廣

（1）船舶航運業日益繁忙的背后，遠洋船舶事故數不斷攀升，因此，本產品的出現正好有效解決這一問題，具有廣闊的開發應用前景及意義。

（2）除海洋外，本產品也可用于高緯度地區江河，適用性廣闊。

（3）目前市場上供暖救生衣品類少，價格高，供暖性能平平，存在較大市場空缺。本產品利用化學反應供熱，原料易得，整體造價低，易于推廣，具有廣大的經濟前景。

（4）在未來，還可以在本作品的基礎上，加裝化學電池，供應定位系統發送求救信號，方便救援人員迅速找到遇難人員。進一步的，可設計加裝半透膜濾水裝置，使之把海水過濾成淡水，解決落難人員缺水問題。

參考文獻：

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