论文部分内容阅读
研究目的:研制一种生化防护服适配型降温装备,并在高温模拟环境中评价其对生化防护服穿戴者的降温效果。研究方法:利用文献检索、市场调研和专家咨询等方法,优化设计思路并利用市面可购元件试制原型;模拟多种湿热环境(环境温度40℃,相对湿度50%;环境温度35℃,相对湿度50%;环境温度30℃,相对湿度50%),针对原型中核心部件的工作参数及部件型号进行优化,形成二代产品;在志愿者穿着防护服条件下,分静息和运动两种模拟工作状态,利用高温模拟实验平台,测量受试者穿戴或不穿戴降温装备时体温、心率、反应时和主观感觉等指标,评价降温装置的实际效果。研究结果:1、形成了一套水冷降温背心的设计思路,并制作初步产品,以半导体制冷片、风冷散热器、水冷头、微型高扬程水泵、水冷背心和智能温控等为核心部件,原型产品为亚克力背包式设计,包括:科纳德大容量移动电源、星河XH-C1205半导体制冷片、AVC 6热管双塔散热器、东远SC-C26CPURGB电镀铜喷射式微水道水冷头、东远SC-P67D水冷循环泵、智工W1411高精度数字温控器和网状管路水冷背心,全套重量3.5Kg,可随环境温度调整降温参数,续航1.5-3小时。2、在模拟湿热环境下,XH-C1206型半导体冷片降温效果优于XH-C1206S~2、XH-C1205、XH-C1204、XH-C1203和XH-C1202等型号半导体冷片,差异显著(所有P<0.05);风冷散热器中,AVC6纯铜热管双塔散热器散热效果显著优于SOPLAY6热管均热版散热器、AVC 4热管和超频红海2热管散热器(所有P<0.05),将其喷涂石墨烯进行自身对照,背心内平衡温度比不喷涂时低1℃,差异不显著(P>0.05);水冷头中,东远SC-C26 CPURGB电镀铜喷射式微水道水冷头的导冷效率明显优于铜柱微水道水冷头和铝制粗水道水冷头(所有P<0.05);改变水泵的流速对降温背心的降温效果有影响,发现P67D型号水泵的效果显著优于P90D和JT-160A等型号水泵(所有P<0.05)。综合考虑续航时间、装备重量等因素,优化核心部件参数及外设部件后形成二代产品,包括:品晟大容量移动电源、星河XH-C1205高端半导体制冷片、AVC纯铜6热管双塔散热器、东远SC-C26 CPURGB电镀铜微水道水冷头、东远SC-P67D水冷循环泵、智工W1411高精度数字温控器和网状管路水冷背心,整个装置以碳纤维管为支架装于网状背包中,重2.5Kg,续航3-5小时,在环境温度40℃及以下时,非人体穿着背心内温度比环境温度低12℃。3、人体穿着降温背心进行红外热成像时,背心覆盖区域呈低温状态,背心进出水口温差为3-5℃,整体有效。在环境温度30℃和35℃条件下,试用者在静息状态下穿降温背心时其体温、防护服内微小气候区域温度、人员反应时和主观热感觉等指标均优于不穿降温背心时(所有P<0.05);在环境温度30℃条件下,试用者在运动状态下穿降温背心时其体温、心率、反应时、主观热感觉等指标均优于不穿降温背心时(所有P<0.05);在环境温度35℃条件下,试用者在运动状态下穿降温背心时,其耳蜗温度、主观感觉评分显著低于不穿降温背心时(P<0.05),但其皮肤温度、心率、反应时等指标差异不显著(P>0.05)。研究结论:形成了一款具有较好降温功能的生化防护服适配型降温背心,该降温背心小巧、便携、与生化防护服有较好的适配性,在低于35℃环境下使用有明显降温效果,能够显著提高防护服穿着者的热感觉和舒适度,也能提高穿着者的反应速度,具有一定实用性和潜在的转化开发价值。