Megacool-Kühlwesten bieten Wärmeschutz für Arbeiter in Umgebungen mit hohen Temperaturen und erhöhen den Komfort im Körper. Derzeit besitzt China über 60 Hochtemperaturbergwerke, wobei in 38 Bergwerken Temperaturen über 30 Grad herrschen. Da die oberflächennahen Kohleressourcen abnehmen, wird sich der künftige Bergbau auf tiefere Lagerstätten konzentrieren, wo thermische Gefahren nach Gas, Feuer, Kohlenstaub, Bodendruck und Wassergefahren das sechste große Risiko darstellen und einen effizienten Tiefbergbau erheblich behindern. Darüber hinaus sind die Arbeiter in Branchen wie der Stahlverhüttung Umgebungstemperaturen von bis zu 50 Grad ausgesetzt. Eine längere Hitzeeinwirkung führt zu Müdigkeit, verringerter Produktivität und physiologischen Risiken wie Elektrolytungleichgewicht und Dehydrierung, was die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer gefährdet. Daher sind kühlende Kleidungsstücke für Umgebungen mit hohen Temperaturen von entscheidender Bedeutung.
1. Klassifizierung der Kühlweste
(1) Nach Kleidungsstruktur
A. Lokalisierte Kühlweste
Basierend auf regionalen Unterschieden in der menschlichen Wärmeproduktion und -ableitung zielen diese Kleidungsstücke auf Bereiche mit hoher Stoffwechselaktivität ab, vor allem auf Kopf und Rumpf. Studien zeigen, dass der Rumpf bei der Arbeit den höchsten Grundumsatz und die höchste Wärmekapazität aufweist. Durch die Nutzung von Temperaturgradienten zwischen Kühlquellen und leitfähigen Medien machen örtlich kühlende Kleidungsstücke externe Stromquellen überflüssig. Aufgrund ihrer einfachen Struktur, Tragbarkeit, effektiven Kühlung und Praktikabilität sind sie in industriellen und täglichen Umgebungen vielseitig einsetzbar.
B. Ganzkörper-Kühlweste-
Diese Kleidungsstücke sorgen für eine umfassende Kühlung des Rumpfes und der Gliedmaßen und sorgen so für einen allgemeinen thermischen Komfort. Sie sind typischerweise für Umgebungen mit extremer Hitze (z. B. Gießereien, Chemiezonen) oder Szenarien reserviert, die einen Ganzkörperschutz vor giftigen Gasen erfordern.
(2) Durch Kühlmedium
A. Luft-gekühlte Weste
Diese Kleidungsstücke nutzen eine aktive Kühlung und Kühleinheiten kühlen die Luft, die gereinigt und durch Schläuche oder Kleidungsschichten geleitet wird, um den Träger zu kühlen. Der Kühlmechanismus beruht auf einer verbesserten Schweißverdunstung und konvektiver Wärmeübertragung.
Vorteile: Reichliche Luftzufuhr, längere Kühlung, hohe Effizienz.
Einschränkungen: Luftgefüllte Schichten schränken die Mobilität ein und beeinträchtigen die betriebliche Effizienz in engen Räumen (z. B. Minen). Kühlsysteme bergen Explosionsrisiken in Umgebungen, die strenge Explosionsschutzmaßnahmen erfordern.
B. Phasenwechsel-Kühlweste
Diese Kleidungsstücke arbeiten mit passiver Kühlung und integrieren Phasenwechselmaterialien (PCMs), die bei Phasenübergängen (z. B. fest zu flüssig) Wärme absorbieren. Zum Beispiel:
Festes zu flüssiges PCM: Wenn die Umgebungstemperatur den Phasenübergangspunkt des PCM überschreitet, schmilzt das Material und absorbiert Wärme, um den Körper zu kühlen. Wenn umgekehrt die Temperaturen unter den Phasenübergangspunkt fallen, verfestigt sich das PCM und gibt gespeicherte Wärme ab, um das thermische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Gängige PCMs: Eis, Trockeneis, Paraffin, Hydrogele und superabsorbierende Polymere, wobei Eis, Hydrogele und Paraffin am häufigsten vorkommen.
Vorteile:
- Niedrige Kosten, einfaches Design, Benutzerfreundlichkeit und doppelte Funktionalität (Kühlung und Isolierung).
- Verschiedene PCM-Optionen, darunter organische, anorganische und Hybridmaterialien, ermöglichen Anwendungen in den Bereichen Bergbau, Metallurgie und Industrie.
- Sorgen Sie für ein stabiles „Mikroklima“ im Kleidungsstück und sorgen Sie so für anhaltenden Komfort.
- Forschungsschwerpunkt: PCMs sind aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit und Effizienz ein Hotspot in Wärmemanagementstudien.
2. Forschungsfortschritt bei Phasenwechsel-Kühlwesten
Bei der Untersuchung von Phasenwechsel-Kühlwesten können Fortschritte durch die folgenden Ansätze erzielt werden:
(1) Entwicklung korrosionsbeständiger und formbarer Kapselungsmaterialien
Konzentrieren Sie sich auf die Identifizierung von Einkapselungsmaterialien mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und Plastizität, kombiniert mit fortschrittlichen Einkapselungstechniken, um Materialverformungen und Leckagen zu verhindern.
(2) Optimierung des Kapselbeuteldesigns
Beutelmodifikationen: Führen Sie spezifische Perforationen oder Heißsiegelmuster ein, um die Wärmeableitungsfläche des Materials zu vergrößern und so die Kühleffizienz zu verbessern.
Kontext-Spezifische Beutelauswahl: Für schnelle Kühlanforderungen: Verwenden Sie wärmeleitende Beutel, um das Schmelzen und Abkühlen von PCM zu beschleunigen. Für Umgebungen mit mäßiger Temperatur: Verwenden Sie isolierte Beutel, um das Schmelzen des PCM zu verlangsamen und die Abkühldauer zu verlängern.
(3) Verbesserung der PCM-Wärmeleitfähigkeit
Integrieren Sie nanoskalige Metallpulver (z. B. Aluminium, Kupfer) in Nanokapseln, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Entwickeln Sie Verbund-PCMs mit hoher Wärmeableitungseffizienz und längerer Betriebslebensdauer.
(4) Aktivierungstechnologien für die PCM-Reaktivierung
Erstellen Sie neuartige Materialien oder Geräte, um erschöpfte PCMs schnell zu reaktivieren, um eine Wiederverwendung zu ermöglichen und Ausfallzeiten in hocheffizienten Arbeitsabläufen zu minimieren.
(5) Feste Einkapselung von PCMs
Entwerfen Sie feste Verkapselungsmatrizen mit variablen Wärmeleitfähigkeiten, um flüssige PCMs nach dem Schmelzen einzuschließen und sicherzustellen, dass keine Lecks austreten. Passen Sie die Matrixeigenschaften an die anwendungsspezifischen thermischen Anforderungen an.
(6)Entwicklung integrierter PCM-Kühlbekleidung
Entwickeln Sie multifunktionale Kühlbekleidung, die PCM-Vorteile mit Hilfssystemen für Echtzeit-Temperaturüberwachung und -regulierung kombiniert.
(7) Interdisziplinäre Designoptimierung
Integrieren Sie Prinzipien aus Thermodynamik, Bekleidungshygiene und Ergonomie, um Folgendes zu erreichen: Reduziertes Gewicht; Optimale Kühldauer; Tragekomfort; Einfache Bedienung; Multifunktionale-Funktionen; Betonen Sie ein auf den Menschen ausgerichtetes Design, um die Benutzerbedürfnisse zu priorisieren.
Die Phasenwechsel-Kühlweste hat breite Anwendungsaussichten. Wir sollten nach guten Verpackungsmaterialien und Verpackungsmethoden suchen, die Wärmeleitfähigkeit von Phasenwechselmaterialien verbessern, zusammengesetzte Phasenwechselmaterialien mit guter Wärmeableitungswirkung und langer Batterielebensdauer entwickeln und neue Materialien oder Geräte entwickeln, die Phasenwechselmaterialien schnell aktivieren können. Basierend auf Phasenwechselmaterialien sollten wir neue integrierte Kühlkleidung mit guter Kühlwirkung und Temperaturkontrollfunktion entwickeln und die Entwicklung von Phasenwechsel-Kühlkleidung weiter vorantreiben.