基于原电池原理的供暖救生衣设计说明书

杨志坚+向萌+叶加林+唐诗雨+王彬

摘 要：一种基于原电池原理的供暖救生衣，包括呈人体状的尼龙防水衣本体以及在尼龙防水衣胸腔部本体外设计加装的呈救生衣状的气囊，内壁上设有保暖层，保暖层包括无纺纱布、以及填充在无纺纱布和气囊防水内壁之间的铁粉、活性碳、盐、和蛭石等发热填充物，最后气囊防水内壁表面设有一个用于更换发热填充物和排放反应废料产物的止回阀。基于原电池原理的供暖救生衣的有益技术效果是：落水人员能迅速身穿该救生衣后，手拉动充气阀上的拉索使胸腔部气囊充气，便会在5秒内完成充气产生8～15公斤浮力，向上托起人体。同时，空气便会透过无纺纱布与填充物接触发生反应，产生原电池化学反应放热。加上保暖层中蛭石的保温隔热作用和无纺纱布的控制氧气进出率的作用，保暖层就能持续给人体提供适宜的热量。进一步的，在头部处设计了档浪板，并采用氯丁橡胶海绵保护手脚头等易散热部位，大大减少了人体的散热。而且该作品设计了防水拉链连接上衣和裤头，一体化轻薄设计方便遇难人员穿戴；又加装有安全扣、救生灯、反光条、吹嘴、哨笛等求生用具。总之，该作品能安全有效为落难者维持正常的体温等待救援，又减少了救援人员搜寻难度，有效降低了海难的危险系数，为营救延长了宝贵的时间。

关键词：供暖救生衣；原电池原理；化学放热；一体化轻薄设计

中图分类号：V445.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0023-02

1 研究背景

不管是 1912年的“泰坦尼克”号，还是1999年发生在渤海灣的“大舜”沉船事件，都警示我们：人浸泡在冷水中将会导致快速死亡。“泰坦尼克”号在沉没前，有705人乘救生艇或救生筏逃离而获得生还，1小时50分钟后，救援船只赶到了现场，这时浸在北大西洋0℃海水中的1489人已无一幸存。1999年11月24日，“大舜”号因为火灾沉没，当时海水温度也是接近0℃，船上302名乘客，只有22人生还。从以上两起海难事故可以发现：海水温度过低，缺乏保暖救生措施，大部分人被冻死，是造成人员大量死亡的直接原因。传统的水上救生衣一般仅仅是在其内装有泡沫或充气，虽然方便灵活，但存在不能保温，使落水人员因寒冷使能量耗尽而亡，救生效果甚微的问题。

2 设计方案

有鉴于此，本作品基于原电池原理的供暖救生衣包括呈人体状的尼龙防水衣本体以及在尼龙防水衣胸腔部本体外设计加装的呈救生衣状的气囊。尼龙防水衣本体从内向外依次设有尼龙布内层、保暖层以及尼龙布外层，不仅防水保温效果好且穿着舒适方便。内壁上设有保暖层，保暖层包括无纺纱布、以及填充在无纺纱布和气囊防水内壁之间的铁粉、活性碳、盐和蛭石等发热填充物。最后，气囊防水内壁表面设有一个用于更换发热填充物和排放反应废料产物的止回阀。

落难者手拉动高压气瓶充气阀上的拉索使救生衣充气，便会在5秒内完成充气产生8～15公斤浮力，向上托起人体，空气便会透过无纺纱布与填充物接触以驱动保暖层发生反应，产生原电池化学反应放热并将温度保持在适宜人体承受的范围。再加上保暖层中蛭石的保温隔热作用和无纺纱布的控制氧气进出率的作用，能有效持续适宜的给人体供热，再加上尼龙防水衣保护头、脚、手等人体易散热部位，大大减少了人体的散热，这样一来该产品能使得人体在冰冷的海水中保持热量，维持正常体温等待救援，有效降低了海难的危险系数。如图1所示。

2.1 原电池原理

手拉动充气阀上的拉索使胸腔部气囊充气，空气便会透过无纺纱布与填充物接触发生原电池化学反应放热，利用原电池加快氧化反应速度，将化学能转变为热能。为了使温度能够持续更长，该产品使用了矿物材料蛭石来保温，受热膨胀的蛭石有细小的空气隔层，所以有很好的保温性能。为了控制氧气进出率的作用，无纺布袋是采用微孔透气膜制作的。如果透氧太快，热量一下子就放掉了，而且还有可能烫伤皮肤。如果透氧太慢，就没有什么温度了。且使用后保暖层的反应废料产物为少许黑褐色固体，几乎无重量。如图2所示。

2.2 气囊保暖层的填充物配制及其时效

填充物及其制成的发热体，属利用放热的生热技术领域。本发热剂由铁粉、活性碳、盐、水和蛭石等组成。各组分都是能够产生发热反应的物质，并且发热过程是连锁反应，而且发生原电池反应，因此具有发热迅速、用量体积小、热效高的特点。发热剂组分：由高纯度还原铁粉64%、活性炭15%、盐9%、蛭石12%配制而成。利用此配方的发热剂，一小时可以升温4-6°C，可维持人体正常温度8-9小时，温度适中且稳定。

3 创新特色

（1）一体化轻薄设计，穿戴快速方便；全身尼龙布料包裹，有效减少对流散热。

（2）拉开气阀充气后驱动化学反应，迅速供热；保暖层中蛭石的保温隔热作用和无纺纱布的控制氧气进出率的作用，能有效持续适宜地给人体供热，具有良好的供热时效性。

（3）在囊防水内壁表面设有一个用于更换发热填充物和排放反应废料产物的止回阀，多次更换使用，可回收再利用。

（4）采用氯丁橡胶海绵有效保暖手脚头等易散热部位；设计蛙形手蹼脚蹼，便于落水者游动；可用于江河海洋，适用性广阔。

4 应用前景与推广

（1）船舶航运业日益繁忙的背后，远洋船舶事故数不断攀升，因此，本产品的出现正好有效解决这一问题，具有广阔的开发应用前景及意义。

（2）除海洋外，本产品也可用于高纬度地区江河，适用性广阔。

（3）目前市场上供暖救生衣品类少，价格高，供暖性能平平，存在较大市场空缺。本产品利用化学反应供热，原料易得，整体造价低，易于推广，具有广大的经济前景。

（4）在未来，还可以在本作品的基础上，加装化学电池，供应定位系统发送求救信号，方便救援人员迅速找到遇难人员。进一步的，可设计加装半透膜滤水装置，使之把海水过滤成淡水，解决落难人员缺水问题。

参考文献：

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