Megacool-koelvesten bieden thermische bescherming voor werknemers in omgevingen met hoge- temperaturen, waardoor het comfort in het lichaam wordt verbeterd. Momenteel bezit China meer dan 60 hoge{3}temperatuurmijnen, waarvan 38 mijnen met een temperatuur boven de 30 graden Celsius. Naarmate de ondiepe steenkoolvoorraden afnemen, zal de toekomstige mijnbouw zich richten op diepere afzettingen, waar thermische gevaren het zesde grote risico zijn geworden, na gas-, brand-, kolenstof-, gronddruk- en watergevaren, waardoor efficiënte diepe mijnbouw ernstig wordt belemmerd. Bovendien stellen industrieën zoals staalsmelterijen werknemers bloot aan omgevingstemperaturen tot 50 graden. Langdurige blootstelling aan hitte leidt tot vermoeidheid, verminderde productiviteit en fysiologische risico's zoals verstoorde elektrolytenbalans en uitdroging, waardoor de gezondheid en veiligheid van werknemers in gevaar komen. Daarom zijn verkoelende kledingstukken voor omgevingen met hoge-temperaturen van cruciaal belang.
1. Classificatie van koelvesten
(1) Op kledingstructuur
A. Gelokaliseerd koelvest
Gebaseerd op regionale variaties in de menselijke warmteproductie en -afvoer, richten deze kledingstukken zich op gebieden met een hoge metabolische activiteit, voornamelijk het hoofd en de romp. Uit onderzoek blijkt dat de romp tijdens het werk de hoogste basale stofwisseling en warmtecapaciteit vertoont. Door gebruik te maken van temperatuurgradiënten tussen koelbronnen en geleidende media, elimineren plaatselijke koelkleding de noodzaak van externe stroombronnen. Hun eenvoudige structuur, draagbaarheid, effectieve koeling en bruikbaarheid maken ze breed toepasbaar in industriële en dagelijkse omgevingen.
B. Koelvest voor het volledige-lichaam
Deze kledingstukken bieden uitgebreide koeling voor de romp en ledematen, waardoor algeheel thermisch comfort wordt gegarandeerd. Ze zijn doorgaans gereserveerd voor omgevingen met extreme hitte (bijvoorbeeld gieterijen, chemische zones) of scenario's waarbij volledige-lichaamsbescherming tegen giftige gassen vereist is.
(2) Door koelmedium
A. Lucht-gekoeld vest
Deze kledingstukken maken gebruik van actieve koeling en maken gebruik van koeleenheden om de lucht te koelen, die wordt gezuiverd en door buizen of kledinglagen wordt geleid om de drager te koelen. Het koelmechanisme is afhankelijk van verbeterde zweetverdamping en convectieve warmteoverdracht.
Voordelen: overvloedige luchttoevoer, langdurige koeling, hoog rendement.
Beperkingen: Met lucht-gevulde lagen beperken de mobiliteit en belemmeren de operationele efficiëntie in besloten ruimtes (bijvoorbeeld mijnen). Koelsystemen brengen explosierisico's met zich mee in omgevingen die strenge anti-explosiemaatregelen vereisen.
B. Faseverandering koelvest
Deze kledingstukken werken via passieve koeling en bevatten faseovergangsmaterialen (PCM's) die warmte absorberen tijdens faseovergangen (bijvoorbeeld van vast naar vloeistof). Bijvoorbeeld:
Vaste tot vloeibare PCM's: Wanneer de omgevingstemperatuur het faseveranderingspunt van de PCM overschrijdt, smelt het materiaal en absorbeert het warmte om het lichaam af te koelen. Omgekeerd, wanneer de temperatuur onder het faseveranderingspunt daalt, stolt de PCM, waardoor opgeslagen warmte vrijkomt om het thermisch evenwicht te behouden. Veel voorkomende PCM's: ijs, droogijs, paraffine, hydrogels en superabsorberende polymeren, waarbij ijs, hydrogels en paraffine het meest voorkomen.
Voordelen:
- Lage kosten, eenvoudig ontwerp, gebruiksgemak en dubbele functionaliteit (koeling en isolatie).
- Diverse PCM-opties, waaronder organische, anorganische en hybride materialen, maken toepassingen mogelijk in de mijnbouw, metallurgie en industriële sectoren.
- Zorg voor een stabiel ‘microklimaat’ in het kledingstuk, waardoor langdurig comfort wordt gegarandeerd.
- Onderzoeksfocus: PCM's zijn een hotspot in onderzoek naar thermisch beheer vanwege hun aanpassingsvermogen en efficiëntie.
2. Onderzoeksvoortgang in faseveranderingskoelvest
Bij de studie van faseveranderingskoelvesten kunnen vorderingen worden nagestreefd via de volgende benaderingen:
(1) Ontwikkeling van corrosie--bestendige en kneedbare inkapselingsmaterialen
Focus op het identificeren van inkapselingsmaterialen met superieure corrosieweerstand en plasticiteit, gecombineerd met geavanceerde inkapselingstechnieken om materiaalvervorming en lekkage te voorkomen.
(2) Optimalisatie van het ontwerp van de inkapselingszakjes
Aanpassingen aan zakjes: Introduceer specifieke perforaties of warmteafdichtingspatronen- om het warmteafvoeroppervlak van het materiaal te vergroten, waardoor de koeling efficiënter wordt.
Context-Specifieke zakkeuze: voor snelle koeling: gebruik thermisch geleidende zakken om het smelten en afkoelen van PCM te versnellen. Voor gematigde thermische omgevingen: gebruik geïsoleerde zakjes om het smelten van PCM te vertragen, waardoor de afkoelduur wordt verlengd.
(3) Verbetering van de thermische geleidbaarheid van PCM
Integreer metaalpoeders op nanoschaal (bijvoorbeeld aluminium, koper) in nanocapsules om de thermische geleidbaarheid te verbeteren. Ontwikkel samengestelde PCM's met een hoge warmteafvoerefficiëntie en een langere operationele levensduur.
(4) Activeringstechnologieën voor PCM-reactivering
Creëer nieuwe materialen of apparaten om uitgeputte PCM's snel te reactiveren, waardoor hergebruik mogelijk wordt en de downtime in uiterst-efficiënte workflows wordt geminimaliseerd.
(5) Solide inkapseling van PCM's
Ontwerp solide inkapselingsmatrices met variabele thermische geleidbaarheid om vloeibare PCM's na het-smelten op te sluiten, zodat er geen lekkage ontstaat. Stem de matrixeigenschappen af op de toepassing-specifieke thermische eisen.
(6)Ontwikkeling van geïntegreerde PCM-koelkleding
Ontwikkel multifunctionele -functionele koelkleding die PCM-voordelen combineert met hulpsystemen voor realtime- temperatuurbewaking en -regeling.
(7) Interdisciplinaire ontwerpoptimalisatie
Integreer principes uit de thermodynamica, kledinghygiëne en ergonomie om het volgende te bereiken: Gewichtsreductie; Optimale koelduur; Draagcomfort; Operationele eenvoud; Multi-functionele mogelijkheden; Benadruk het mens-centrische ontwerp om prioriteit te geven aan de behoeften van gebruikers.
Faseverandering koelvest heeft brede toepassingsmogelijkheden. We moeten zoeken naar goede verpakkingsmaterialen en verpakkingsmethoden, de thermische geleidbaarheid van faseveranderingsmaterialen verbeteren, composiet faseveranderingsmaterialen ontwikkelen met een goed warmtedissipatie-effect en een lange levensduur van de batterij, en nieuwe materialen of apparatuur ontwikkelen die faseveranderingsmaterialen snel kunnen activeren. Op basis van faseveranderingsmaterialen moeten we nieuwe geïntegreerde koelkleding met een goed koeleffect en temperatuurcontrolefunctie ontwikkelen, en de ontwikkeling van faseveranderingskoelkleding verder bevorderen.