渦流管冷卻服能夠?yàn)楦邷刈鳂I(yè)人員提供降溫保護(hù)，提高人體微氣候區(qū)的舒適度。分析了各種類型冷卻服（氣體冷卻服、液體冷卻服和相變冷卻服）的降溫方式、原理、特點(diǎn)及研究進(jìn)展，著重闡述了相變冷卻服的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方向：研究易塑性、耐腐蝕性的封裝材料和相應(yīng)的封裝技術(shù)，解決液相相變材料存在的變形、泄露及水蝕問(wèn)題；將納米技術(shù)與相變材料微膠囊結(jié)合，研制作用時(shí)間長(zhǎng)、散熱良好的復(fù)合相變材料，提高相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)；將相變冷卻技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)作用效果可調(diào)控的新型冷卻服，同時(shí)研制可快速激活相變材料的設(shè)備或新型材料，使相變材料能夠快速蓄冷。

目前，中國(guó)各類高溫礦井多達(dá)60多個(gè)，其中溫度超過(guò)30℃的礦井有38個(gè)。隨著淺部煤炭資源日趨減少，未來(lái)的開采主體將轉(zhuǎn)向深部煤炭資源。因此，高溫?zé)岷σ殉蔀槔^礦井瓦斯、火、煤塵、礦壓、水之后第六大災(zāi)害，嚴(yán)重制約著深部煤炭資源的合理有效化開采。另一方面，像鋼鐵冶煉人員其周圍的環(huán)境溫度有時(shí)可達(dá)到50℃。長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境使人容易產(chǎn)生疲勞、精神不振，影響作業(yè)效率，同時(shí)體內(nèi)水鹽代謝紊亂，一些生理系統(tǒng)會(huì)因高溫大量失水，危害作業(yè)人員的身心健康和人身安全。因此，研究適用于高溫環(huán)境的冷卻服具有重要意義。

冷卻服的分類

按服裝結(jié)構(gòu)分類

渦流管局部性冷卻服。局部性冷卻服是根據(jù)人體不同部位產(chǎn)熱量、散熱量差異而設(shè)計(jì)的。研究表明，身體基礎(chǔ)代謝主要集中在頭部和軀干，人體工作時(shí)，不同部位的出汗、散熱強(qiáng)度不同，軀干部位的基礎(chǔ)代謝最大，熱容量最高。因此，在當(dāng)前局部冷卻服的研究中，針對(duì)頭部設(shè)計(jì)的降溫帽、針對(duì)軀干設(shè)計(jì)的降溫上衣或背心占了很大比例。早期美國(guó)海軍服裝和織物研究所研制的適用于潛艇人員穿著的被動(dòng)式降溫背心，其降溫原理是通過(guò)預(yù)先置于服裝內(nèi)側(cè)的冷凍凝膠，將人體產(chǎn)生的熱量帶走，達(dá)到降低體溫的目的；背心的冷凍凝膠由淀粉、水、酒精、活化劑等一系列原料按一定比例混合而成，-22~-18℃時(shí)為膠狀液體，熱容量較大，柔軟、貼身。郭宇稱發(fā)明了一種無(wú)需另設(shè)電源的降溫服，其主要實(shí)現(xiàn)方法是，首先設(shè)置冷源，在冷源與降溫服之間布置導(dǎo)熱介質(zhì)流道，在導(dǎo)熱介質(zhì)流道與冷源之間設(shè)置溫差發(fā)電片，一面朝向冷源，一面朝向?qū)峤橘|(zhì)流道；在導(dǎo)熱介質(zhì)流道中設(shè)置泵或風(fēng)扇，導(dǎo)熱介質(zhì)可通過(guò)泵或直流風(fēng)扇輸送，泵或風(fēng)扇通過(guò)導(dǎo)線與溫差發(fā)電片連接，同時(shí)泵或風(fēng)扇推動(dòng)導(dǎo)熱介質(zhì)的能量由溫差發(fā)電片提供。此裝置利用冷源與導(dǎo)熱介質(zhì)之間的溫差作為推動(dòng)導(dǎo)熱介質(zhì)流動(dòng)的能量，對(duì)于使用者而言無(wú)需另設(shè)電源，非常方便。

局部性冷卻服因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適宜穿戴、降溫效果良好、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，普遍應(yīng)用于生產(chǎn)與生活各個(gè)領(lǐng)域。

全身性冷卻服。全身性冷卻服的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)軀干、四肢等部位全面降溫，使人體整體處于較舒適狀態(tài)。全身性冷卻服一般適用于特殊作業(yè)或特殊環(huán)境，如航天航空工作人員、極端高熱需要全身保護(hù)的環(huán)境、有毒有害氣體的環(huán)境等。例如，張吉洲設(shè)計(jì)的一種既適用于高溫環(huán)境又適應(yīng)于低溫環(huán)境，同時(shí)還可在有害氣體的環(huán)境中使用的恒溫防護(hù)服，此防護(hù)服由4部分組成，分別為服裝本體、恒溫源、空壓機(jī)以及可在有害氣體環(huán)境中使用的頭盔，按人體造型特點(diǎn)在服裝內(nèi)設(shè)置有若干塊帶S形排列和螺旋形盤繞的液流管道的恒溫板，采用雙室雙四通結(jié)構(gòu)的分配器，將胸與左臂、背與右臂、兩腿部安放的恒溫板管道串接呈3個(gè)支回路，恒溫源、分配器、恒溫板之間均用軟管連接，構(gòu)成閉路循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)恒溫液體在閉路管道中循環(huán)流動(dòng)時(shí)，服裝內(nèi)的溫度保持平衡。但是，全身性冷卻服也存在缺點(diǎn)，如應(yīng)用于消防、井下采礦、軋鋼等工作范圍大、強(qiáng)度大的高溫作業(yè)人員，會(huì)影響其工作效率、工作方便性、著裝舒適性。

按降溫介質(zhì)分類

渦流管氣體冷卻服。氣體冷卻服屬于主動(dòng)式降溫。氣體冷卻服首先由制冷裝置將空氣冷卻，經(jīng)過(guò)凈化后，再通過(guò)管道或服裝夾層將冷氣排入服裝內(nèi)，流動(dòng)的冷空氣對(duì)人體進(jìn)行散熱降溫，使得人體微氣候區(qū)處于相對(duì)舒適的狀態(tài)。其散熱原理是加速汗液的蒸發(fā)，增強(qiáng)空氣對(duì)流，從而達(dá)到降溫目的。

按照散熱方式的不同，氣體冷卻服分為蒸發(fā)型氣體冷卻服和對(duì)流型氣體冷卻服。蒸發(fā)型氣體冷卻服對(duì)通風(fēng)溫度沒有要求，主要利用水氣壓梯度促進(jìn)汗液蒸發(fā)散熱。例如，英國(guó)的MK1、K2及美國(guó)的MA-3型蒸發(fā)式全身通風(fēng)服，人體在受熱出汗時(shí)，其冷卻效果好。對(duì)流型氣體冷卻服主要利用風(fēng)流在微小空間內(nèi)的對(duì)流作用把熱量帶走，要求通風(fēng)氣體溫度低于平均皮膚溫度，因此需提前對(duì)風(fēng)進(jìn)行預(yù)冷。USN開發(fā)的“制冷盔甲”背心式空調(diào)系統(tǒng)，采用空氣調(diào)節(jié)器將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的低溫空氣輸入飛行服內(nèi)的導(dǎo)管，為人體降溫，這套系統(tǒng)可以把飛行員周邊溫度降低18℃；系統(tǒng)采用電池獨(dú)立供電，與飛機(jī)的供電系統(tǒng)無(wú)關(guān)，即使飛行員離開后也可以使用。但在通常情況下，通風(fēng)系統(tǒng)更好地發(fā)揮其通風(fēng)散熱效果是在人體出汗的狀態(tài)下進(jìn)行的，因此在冷源不充足時(shí)，通風(fēng)溫度不宜過(guò)低，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需求合理選取。而以微型風(fēng)扇、渦流管技術(shù)為核心的冷卻服也是氣體冷卻服的一大特色，例如曾彥彰等研發(fā)的微型風(fēng)扇陣列系統(tǒng)人體降溫服，柳源等等設(shè)計(jì)的氣冷式個(gè)體防護(hù)服。

氣體冷卻服具有氣源豐富、降溫時(shí)間長(zhǎng)、降溫效果良好等優(yōu)點(diǎn)。但是，氣體冷卻服也有自身的局限性，例如，服裝夾層充滿空氣影響作業(yè)人員的靈活性、可操作性，從而影響井下作業(yè)效率；另一方面井下裝置設(shè)備對(duì)防爆要求非常高，氣體冷卻服及其附屬裝備存在這方面的危險(xiǎn)性。因此，若要在井下推廣氣體冷卻服，還需進(jìn)行大量深入的研究工作。

液體冷卻服。液體冷卻服同氣體冷卻服一樣，屬于主動(dòng)式降溫，通常在服裝內(nèi)部布置管路，然后將低溫液體輸入管路中，循環(huán)流動(dòng)帶走人體的熱量，達(dá)到對(duì)衣內(nèi)微環(huán)境降溫的目的。液體冷卻服的冷卻介質(zhì)主要有水、冰水混合物、相變?nèi)闋钜杭拔⒛z囊乳狀液等。液體冷卻服一般由基礎(chǔ)服裝部分和預(yù)冷裝置組成。

1962年，Burton等開發(fā)研制出世界第一件以水作為降溫介質(zhì)的液體冷卻服，如圖1所示。隨后，液體冷卻服被應(yīng)用到美國(guó)宇航局（NASA）的阿波羅登月計(jì)劃，而阿波羅液冷服奠定了現(xiàn)代冷卻服發(fā)展的基礎(chǔ)。