用于在内部微环境和外部环境之间提供空气交换的元件

技术领域

本发明涉及用于在内部微环境和外部环境之间提供空气交换的元件，并且可用于生产用于防虫保护的透气衣服、衣服元件、毯子、睡袋、帐篷或防凝结材料。

背景技术

为个人防雨和/或防虫设计的衣服通常提供最小的空气流通。这导致人体出汗增加和凝结形成，以及体温升高，使得穿着这种衣服不太舒适。

已知几种解决方案在衣服中提供空气流通。一组解决方案提出由几个透气层制造衣服，这些透气层防止昆虫螫针(sting)接触人或动物皮肤，因为其比昆虫螫针(例如，如在WO2011/063489、US 3783451、US 4716594或DE 10241024中所公开的)的长度厚。然而，这些解决方案不能提供足够的防雨保护。

已知可透气的衣服可以防止昆虫螫针(US 7140048)。已知的材料由四层组成：外部和内部透气织物，例如棉织物，以及两个螫针不能穿过的包含孔的夹层，其中两个夹层的孔横向偏移，使得孔不相互面对，并且不在夹层之间形成直接的通孔。虽然这种技术解决方案可以被认为是成功的，但它不够有效，因为它不能提供足够的空气流通，尤其是在炎热的天气里。

另一组解决方案提出在服装中插入透气元件，透气元件确保空气流通。例如，在CN202774219、WO 2016/199322或EP1194049中公开的解决方案。

已知一种通风元件(US 4576087)，其包括具有非同轴开口的两个弯曲壁，其中两个壁相互连接以形成具有内腔的元件；所述元件定位在服装中，使得一个不平坦的壁面向穿着者的身体，并且其开口的中心高于另一个壁的开口的中心。该元件的第二壁基本上是服装外部的遮篷，其覆盖元件中的通风口，防止雨水进入。这种解决方案的主要缺点是有限的空气流通和相对较大的材料消耗。

US 4270227公开了用于插入防雨衣服中的服装通风元件。已知的通风元件包括指向上方的通风通道。为了连接至织物上，该元件的一小部分也突出到服装外层之外。与入口开口相对的是元件的弯曲L形部分，它将气流向上引导。当流动方向垂直于入口开口平面时，空气阻力较低，但当流动来自侧面时，元件的垂直壁会导致显著的空气阻力和显著的流动能量损失。由于人体的形状以及气流基本上不直接垂直于开口平面的事实，身体的通风明显受到阻碍。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，并提供服装元件或物品，例如毯子、帐篷和元件，其在不增加材料厚度的情况下，保持良好的透气性和机械性能，在内部微环境和外部环境之间提供空气交换，并保护人或动物皮肤免受各种昆虫的螫针或叮咬。

该目的通过所提出的元件来实现，该元件包括：具有至少一个空气入口开口的基本平坦的部分和具有至少一个空气出口的基本弯曲的部分，该空气出口与平坦部分的入口开口不同轴，其中弯曲部分的内表面的形状包括由环的水平横截面、平行于环的质心轴的垂直圆形横截面获得的环表面的至少一部段，该弯曲部分连接至平坦部分，使得所有平坦部分的入口开口被弯曲部分的环部段的壁覆盖，并且与弯曲部分的一个或多个出口连通，具有空气交换的可能性。根据本发明的一个实施方案，所述环表面部段可以通过径向穿过环的原点(即环的对称中心)的另外两个垂直横截面获得，横截面之间的角度为9°至355°，优选为30°至180°。环的水平和/或垂直圆形横截面可以沿着环的质心轴。根据本发明的另一个实施方案，该元件可以包括内部分壁，该内部分壁形成该元件的空气通道并将空气通道彼此分开。弯曲部分的内表面的形状可以包括几个不同几何体的部段，并且在出口侧，弯曲部分的内表面可以具有基本上直的形状、向出口侧变宽的形状或者向出口侧变窄的形状。

附图说明

图1示出了具有在本发明的描述中使用的设计的环体，其中O是该环的对称中心(环的原点)，R

图2示出了所提出的具有环表面部段的元件的一个实施方案，该环面表面部段是通过沿着环的质心轴的环的水平横截面和平行于环的质心轴的垂直圆形横截面获得的；图2A示出了来自微环境侧的元件出口，但是图2B示出了来自外部环境的入口开口；

图3示出了具有一个入口开口和三个出口的另一个实施方案，图3A示出了来自微环境侧的元件的弯曲部分，但是图3B是该来自侧面的元件的弯曲部分，示出了平坦部分的入口开口；

图4示出了另一个实施方案，其中环表面的部段由径向穿过环对称中心的另外两个垂直横截面获得；图4A示出了具有终止于出口的三个扩散器形通道的元件的弯曲部分，但是图4B是来自外部环境的具有内部分壁的元件，其中入口开口被分成三个通道；

图5示出了具有环表面的部段的另一实施方案，其中出口开口侧的弯曲部分形成三个直通道；图5A示出了该元件的弯曲部分，其具有两个终止于出口的直通道，但是图5B是来自外部环境的具有四个入口开口的元件；

图6示出了具有环表面部段的另一个实施方案，其中出口开口侧的弯曲部分形成管导片形状的通道；图6A示出了元件的弯曲部分，其中一个管导片形状的通道终止于出口开口；图6B是入口开口的位置以及可能的形状；图6C是来自出口侧的元件的侧视图；

图7是使用弯曲部分的内表面的三种不同构造的通风元件的对比气流模拟，其中：7A是具有环表面部段构造的弯曲部分(如权利要求所述)，7B是具有柱面表面部段构造的弯曲部分，以及7C是具有环弧旋转体表面部段构造的弯曲部分；

图8是使用对称地位于三条平行垂直线中的十二个要求保护的通风元件(每条垂直线中有四个通风元件)的气流分布模拟。

具体实施方式

设计成便于内部微环境和外部环境之间的空气交换以及防止昆虫的元件1包括：具有至少一个入口开口3的基本平坦部分2和具有至少一个空气出口5的基本弯曲部分(偏转器)4，空气出口5与平坦部分的入口开口3不同轴。平坦部分2被设计成与材料(衣服、毛毯、睡袋、帐篷、防凝结材料等)的表面接触。弯曲部分4的内表面，即气流边界表面的形状(在空气入口开口3处)包括由环的水平横截面、平行于环的质心轴的垂直圆形横截面获得的环表面10的至少一部段。弯曲部分4连接至平坦部分2，使得平坦部分2的所有入口开口3被弯曲部分4的环部段10的壁覆盖，并且与弯曲部分4的一个或多个出口5连通，具有空气交换的可能性。因此，元件1适于在内部微环境和外部环境之间提供空气交换。此外，弯曲部分4相对于空气入口开口3布置，使得进入的空气最初接触元件的弯曲部分4的壁，弯曲部分4具有环部段10的表面形状。环表面10的形状为进入的空气提供了一定的轨迹，以使其进一步朝着出口开口5运动。由于风和/或人的运动产生的气流通常不直接垂直于外层的入口开口3。所提出的元件1的形状确保了气流到出口的有效导向，即使当入口开口3中的气流被导向例如与入口开口3的平面成45°角时。

根据本发明的一个实施方案，元件1防止雨滴进入内部微环境。在这种情况下，弯曲部分4的出口5指向上方，即出口5的中心高于入口开口3的中心。

根据本发明的另一实施方案，环表面部段10可通过径向穿过环对称中心(环原点)的两个附加垂直横截面获得，横截面之间的角度为9°至355°，优选为30°至180°。环的水平横截面可以沿着环的质心轴或者在另一个水平面上(在环的质心轴之上或之下)。

环的垂直圆形横截面也可沿着环的环体轴或在质心轴的任一侧。

根据本发明的另一个实施方案，元件1可包括内部分壁6，该内部分壁6将元件的平坦部分2和弯曲部分4之间的空间分隔开，形成独立的通道，用于通过入口开口3将气流从外部环境通过出口5引导至内部微环境。内部分壁6可以直接连接至元件1的平坦部分2，或者连接至固定到平坦部分2的基板7。

根据本发明的实施方案，以弯曲部分4的内表面的形式使用的环的长半径R

元件弯曲部分4内表面的形状可包括若干不同几何体的部段。此外，出口开口5侧上的弯曲部分4的内部20可以具有直的形状，例如平行于其中心纵轴并垂直于中心纵轴切割的柱面；平行于其中心纵轴并垂直于中心纵轴切割的棱镜。根据另一实施方案，出口开口5侧的弯曲部分4的内部20可以具有管导片或扩散器的形状。弯曲部分4的管导片形状加速了空气流出，而扩散器形状降低了气流速率并增加了静态气流压力，以及在更大的区域上均匀地引导气流。

根据本发明的优选实施方案，特别是对于衣服，元件1由弹性材料制成，但是其它材料也可以用于制造刚性的、非柔性的元件。元件1可以用于制造防止昆虫螫针的透气衣服、其部分、毯子、睡袋、帐篷和/或防凝结材料，其中所述元件1放置在衣服、其部分、毯子、帐篷和/或防凝结材料中，使得元件4的弯曲部分面向内部微环境(例如服装的穿着者)，而平坦部分2面向外部环境。在使用防雨元件(即根据一个实施方案的防止雨滴进入内部微环境的元件)的情况下，该元件被定位成使得弯曲部分4的出口5的中心在空间上位于平坦部分2的所有入口开口3的中心上方。

所提出的元件1相对容易通过热成型、铸造、3D打印或其它技术来制造。由于节省了材料，元件相对较小的重量降低了生产成本，也降低了防护服的重量，这是最重要的参数之一。元件1可以由聚合物制成，例如聚氨酯、硅树脂、聚氯乙烯。用于生产元件的材料的技术性能取决于元件所需的尺寸、几何形状、在衣服中的位置和其它因素。元件与服装外层的连接可以通过胶粘、热胶粘、高频焊接或其它已知方法来实现，这取决于材料的类型、性质、对生产过程的适用性。该材料的外层可以是纺织的、针织的、由聚合材料、复合材料等制成的。

根据所使用的材料，入口开口3可以通过激光切割或其它技术形成。入口开口3的尺寸可以为0.1mm至10mm，优选2mm至5mm。元件1本身的尺寸可以为1mm至100mm，优选5mm至20mm。元件壁的优选厚度为0.1mm至0.5mm。

实施例1。图2A-2B中所示的元件1包括由沿着环质心轴的水平环横截面和平行于环质心轴的垂直圆形横截面获得的环表面部段10。该元件具有六个空气入口开口3(图2B)和六个空气出口开口5(图2A)。在出口开口5的一侧，弯曲部分4的内部20(通道的内表面)具有基本上直的形状。从外部环境流过入口开口3的空气接触凹入部分环部段10的内表面，并通过直通道被进一步引导至出口开口5。元件1可以连接至昆虫颚不可刺透的服装材料上，确保服装的内部微环境和外部环境之间的空气交换。

实施例2。图3A-3B中所示的元件1包括由沿着环质心轴的水平环横截面和平行于环质心轴的垂直圆形横截面获得的环表面部段10。该元件具有一个入口开口3和三个出口5。出口开口5侧的弯曲部分4具有基本上直的形状，并且出口开口5侧的弯曲部分4的壁朝向平坦部分2，使得元件的形状更圆。

实施例3。图4A-4B中所示的元件1包括环表面的部段10，每个部段10由环沿着环的质心轴的水平横截面、平行于环的质心轴的垂直圆形横截面以及另外两个径向穿过环的对称中心的垂直横截面获得，平面之间的角度为75°。该元件具有一个空气入口开口3。元件1包括内部分壁6，其形成终止于出口开口5的三个通道。通道的横截面朝着出口5延伸，因此它们具有扩散器形状。

实施例4。图5A-5B所示的元件1包括环表面部段10，该环表面部段10由沿质心轴环的水平横截面、平行于环质心轴的垂直圆形截面和另外两个穿过环对称中心的垂直径向截面获得，截面平面之间的角度为237°。出口开口5侧的弯曲部分4形成两个直通道。在外侧，该元件具有四个空气入口开口3。根据该实例的元件1可用于生产通风防雨服，因为它提供了内部微环境和外部环境之间的自由空气交换，同时由于面朝上的空气出口5(即，空气出口5的中心位于空气入口开口3的中心上方)，防止水滴从外部环境进入内部微环境。此外，与空气入口开口3相对的弯曲部分4的环形内表面允许进入空气入口开口3的水滴流回外部环境。

实施例5。图6A-6C所示的元件1包括环表面部段10，该环表面部段10由沿环质心轴的环水平截面、平行于环质心轴的垂直圆形截面和另外两个径向穿过环对称中心的垂直截面获得，平面之间的角度为315°。出口开口5侧的弯曲部分4形成一个管导片形状的通道。根据该实例的元件1也可以用于生产通风防雨服、其元件、毯子、睡袋、帐篷或防凝结材料。

同时，元件1还用作服装外层和人体之间的间隔物，形成相对较大的空间，空气流通或人体通风在该空间内更自由地进行。

在衣服生产中使用提出的元件1实际上不会改变衣服的柔韧性，也不会损害衣服的功能。元件1也可以彼此连接或者以一定的顺序排列以形成通风系统。在元件1和人体之间可以有另一透气层(衬里)，以提高穿着者的舒适性和服装的功能性。

元件1及其部分的圆形形状和各种强度元件提高了所需的人体工程学和机械性能，例如抗压强度和柔韧性。

与现有技术解决方案相比，使用本发明可在内部微环境和外部环境之间提供更有效的空气交换，显著提高材料弹性和柔韧性，这对于在衣服中使用该元件非常重要。对比了通风元件的弯曲部分的内表面的三种不同构造所确保的空气交换效率(图7A-7C)。图7A示出了具有弯曲部分4的环部段形状的内表面的通风元件的气流模拟；图7B是具有弯曲部分4的柱面部段形状的内表面的通风元件的气流模拟；图7C是具有弯曲部分4的环弧旋转体形状的内表面的通风元件的气流模拟。其中一个重要的参数是最大动压，因为它表示在某些地方流动的“压紧”，这导致流动中的能量损失。在图7中，最大压力的位置和强度由流动轨迹线表示。在所有三种考虑的变型中，元件内表面的压力是由流动方向改变90°引起的，然而，图7A显示了最低的最大压力。根据图7B的实施方案显示了最大压力，其比图7A的实施方案的最大压力高6.76Pa；其中根据图7C的实施方案示出了最大压力，其比图7A的实施方案的最大压力高14.27Pa。因此，所要求的形状更有效地扩散气流(表1)。

表1.通过三个元件的气流对比

图8示出了使用对称地位于三条平行垂直线中的十二个通风元件的气流分布，每条垂直线中有四个通风元件。

与已知解决方案相比，所提出的元件的生产工艺在技术上更简单。这也降低了元件的生产成本。在所提出的元件中，在材料内部的元件的面向上的部分和外层(织物)之间，不会像许多现有技术的解决方案那样产生难以清洗的区域。