生化防护服适配型降温背心的试制及效果评价
发布时间：2021-04-11 22:12
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。...
【文章来源】：中国人民解放军海军军医大学上海市 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯薄膜材料易损坏、难固定
煊跋旎蝗刃Ч?徽?霰承那昂缶??置水管，使体感更舒适；为减少漏水可能，采用单根管路进出以减少转接头；为尽可能减少在水路循环中的水阻，水管弯曲处使用“U”型弯折；考虑人体穿着防护服时需要进行复杂精密操作，水管从腋窝进出；另外，由于人体皮肤热感受器主要分布于胸部、前臂、手部、大腿等部位[33]，故在设计时将从水冷头经过制冷的液体从前胸部进入背心，更能增加人体舒适度。此外，采用止水快插连接主机与背心本体，确保适配型降温背心穿脱方便，使用完后可以将背心本体与主机分离，单独将主机进行洗消。图1-2适配型降温背心本体管路排设及穿戴效果4、电池及温控器电池是整套降温服装持续时间的决定因素，是所有主动型降温服需要考虑的重大限制条件。所以电池的重量和容量在很大程度上决定了整套设备的总重量和使用时间。理论上，在相同的功率下，电源容量越大持续时间越长，相应的重量也越大，但重量过大，又与便携、小巧、舒适的设计原则相悖。通过比对市场上常见的电源，综合电源容量、重量、输出功率、价格等因素，综合选择两款电源：科纳德便携式移动电源（容量50000mA，重量455g，厚度15mm，价格339元），品晟笔记本移动电源（容量120000mA，重量1250g，厚度24mm，价格689元），两种电源均可以在环境温度-20℃-55℃中使用，均可兼容5V-20V输出，输出功率可调。以科纳德便携式移动电源为例，能持续为12V电压，5A电流半导体片供电至少1.3小时。温控器的主要功能是一方面让系统更加智能舒适，另一方面控制系统功率以增长持续时间。温控器是目前比较成熟的技术，价格便宜，采用单片机微电脑控制，其参数可在控温范围内任意设置，本设计选用智工家居W1411高精度数字温控器，控温
海军军医大学硕士学位论文-16-范围：-19℃-109℃，控制精度±1℃，价格31.5元，适配多种电压，探头灵敏，可校准温度，测温精度±0.3℃。（二）适配型降温背心运行原理鉴于上述研究现状，结合现有生化防护服特殊性能和使用场所降温需求，本设计以半导体制冷技术为核心，利用市场常见电子元件设计一套经济实惠、小型高效、穿着舒适、智能可调的防护服适配型降温背心，其原理如图1-3所示：半导体制冷片冷面贴合水冷头，热面贴合散热器，电源给设备供电，冷面产生的冷量通过水冷头导入水冷液，水冷液通过水泵在散冷水管中循环进而进入背心内部与人体发生热交换，从而对机体产生降温效应；与机体接触发生热交换被机体升温的液体又在水泵的驱动下返回水冷头并再次降温，这样往复循环，实现对机体的持续降温。水管均从腋窝部分进出，不影响人体活动和精密操作，温度传感器设置于背心内，通过感知防护服内部微小气候变化调节半导体制冷片功率，以实现防护服内微小气候的恒定。其特点概括为热传导散热，半导体制冷，温控智能化，整体轻量化。图1-3适配型降温背心运行原理（三）适配型降温背心原型机制作选取电子元件进行原型机试组装，组装示意图如图1-4所示，试组装选用的原材料有：星河XH-C1205半导体片、东远SC-C26微水道喷射式水冷头、东远P67D水泵、AVC6热管双塔散热器、科纳德便携式移动电源、智工家居W1411高精度数字温控器构成，连接于辅以内部具有3mm内径水管“U”型排布的背心。原型机如图1-5所示，全套设备装于亚克力盒并背于身后，外露水管由隔热材料包裹，重量为3.5kg，
【参考文献】：
期刊论文
[1]可降温式消防服的设计与降温效果评价[J]. 牛丽,钱晓明,范金土,张文欢,师云龙. 纺织学报. 2018(06)
[2]高温环境下运动体温调节与热舒适对运动能力的影响[J]. 王朝格,翁锡全. 当代体育科技. 2018(16)
[3]石墨烯在纺织领域的应用[J]. 周倩瑜,褚曰环. 化工设计通讯. 2018(04)
[4]热防护服降温效果评价体系研究[J]. 李紫含,王世杰,徐伯乐,谢恬,张英. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2018(01)
[5]基于几种降温方法的降温服的研究[J]. 张钱潮,周伟,金鑫达,陈伊,赖宇银,呼格吉乐. 科技风. 2018(04)
[6]聚硅氧烷/石墨烯导热散热涂层的制备及表征[J]. 梁天元,王朝生,江振林. 涂料工业. 2017(10)
[7]高导热石墨烯薄膜的制备方法及研究进展[J]. 宋凌志,徐鹏,戴思畅. 广州化工. 2017(09)
[8]半导体降温服交盖效应的实验研究[J]. 文虎,丁喜梅,刘长春,李贝. 制冷学报. 2017(02)
[9]冷却服发展进展[J]. 周觅,钱晓明,黄顺伟. 纺织科技进展. 2017(02)
[10]生化防护服的研究现状及发展趋势[J]. 刘宝成,赵晓明. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(04)
博士论文
[1]液冷服中的流动与传热及其系统研制[D]. 郭庭辉.华中科技大学 2015
[2]室内均匀热环境中的人体热反应（偏热条件）[D]. 杨宇.重庆大学 2015
[3]极端热环境下人体热耐受力研究[D]. 吕石磊.天津大学 2007
硕士论文
[1]新型半导体降温防护服研究与设计[D]. 丁喜梅.西安科技大学 2018
[2]热习服过程中血液和尿液代谢物质变化规律的研究[D]. 梁涵.第二军医大学 2017
[3]涡流式降温服在矿井下应用基础研究[D]. 王前进.西安科技大学 2015
[4]基于相变材料热缓冲作用的高温防护服设计[D]. 陈柔羲.苏州大学 2013
[5]特殊环境下军人心理与生理健康状况的研究[D]. 白云峰.新疆医科大学 2011
[6]影响室内热舒适参数的理论与实验研究[D]. 曹晓庆.重庆大学 2008
[7]热管用于笔记本电脑散热的研究[D]. 黄庆.东南大学 2005
本文编号：3132049
【文章来源】：中国人民解放军海军军医大学上海市 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯薄膜材料易损坏、难固定
煊跋旎蝗刃Ч?徽?霰承那昂缶??置水管，使体感更舒适；为减少漏水可能，采用单根管路进出以减少转接头；为尽可能减少在水路循环中的水阻，水管弯曲处使用“U”型弯折；考虑人体穿着防护服时需要进行复杂精密操作，水管从腋窝进出；另外，由于人体皮肤热感受器主要分布于胸部、前臂、手部、大腿等部位[33]，故在设计时将从水冷头经过制冷的液体从前胸部进入背心，更能增加人体舒适度。此外，采用止水快插连接主机与背心本体，确保适配型降温背心穿脱方便，使用完后可以将背心本体与主机分离，单独将主机进行洗消。图1-2适配型降温背心本体管路排设及穿戴效果4、电池及温控器电池是整套降温服装持续时间的决定因素，是所有主动型降温服需要考虑的重大限制条件。所以电池的重量和容量在很大程度上决定了整套设备的总重量和使用时间。理论上，在相同的功率下，电源容量越大持续时间越长，相应的重量也越大，但重量过大，又与便携、小巧、舒适的设计原则相悖。通过比对市场上常见的电源，综合电源容量、重量、输出功率、价格等因素，综合选择两款电源：科纳德便携式移动电源（容量50000mA，重量455g，厚度15mm，价格339元），品晟笔记本移动电源（容量120000mA，重量1250g，厚度24mm，价格689元），两种电源均可以在环境温度-20℃-55℃中使用，均可兼容5V-20V输出，输出功率可调。以科纳德便携式移动电源为例，能持续为12V电压，5A电流半导体片供电至少1.3小时。温控器的主要功能是一方面让系统更加智能舒适，另一方面控制系统功率以增长持续时间。温控器是目前比较成熟的技术，价格便宜，采用单片机微电脑控制，其参数可在控温范围内任意设置，本设计选用智工家居W1411高精度数字温控器，控温
海军军医大学硕士学位论文-16-范围：-19℃-109℃，控制精度±1℃，价格31.5元，适配多种电压，探头灵敏，可校准温度，测温精度±0.3℃。（二）适配型降温背心运行原理鉴于上述研究现状，结合现有生化防护服特殊性能和使用场所降温需求，本设计以半导体制冷技术为核心，利用市场常见电子元件设计一套经济实惠、小型高效、穿着舒适、智能可调的防护服适配型降温背心，其原理如图1-3所示：半导体制冷片冷面贴合水冷头，热面贴合散热器，电源给设备供电，冷面产生的冷量通过水冷头导入水冷液，水冷液通过水泵在散冷水管中循环进而进入背心内部与人体发生热交换，从而对机体产生降温效应；与机体接触发生热交换被机体升温的液体又在水泵的驱动下返回水冷头并再次降温，这样往复循环，实现对机体的持续降温。水管均从腋窝部分进出，不影响人体活动和精密操作，温度传感器设置于背心内，通过感知防护服内部微小气候变化调节半导体制冷片功率，以实现防护服内微小气候的恒定。其特点概括为热传导散热，半导体制冷，温控智能化，整体轻量化。图1-3适配型降温背心运行原理（三）适配型降温背心原型机制作选取电子元件进行原型机试组装，组装示意图如图1-4所示，试组装选用的原材料有：星河XH-C1205半导体片、东远SC-C26微水道喷射式水冷头、东远P67D水泵、AVC6热管双塔散热器、科纳德便携式移动电源、智工家居W1411高精度数字温控器构成，连接于辅以内部具有3mm内径水管“U”型排布的背心。原型机如图1-5所示，全套设备装于亚克力盒并背于身后，外露水管由隔热材料包裹，重量为3.5kg，
【参考文献】：
期刊论文
[1]可降温式消防服的设计与降温效果评价[J]. 牛丽,钱晓明,范金土,张文欢,师云龙. 纺织学报. 2018(06)
[2]高温环境下运动体温调节与热舒适对运动能力的影响[J]. 王朝格,翁锡全. 当代体育科技. 2018(16)
[3]石墨烯在纺织领域的应用[J]. 周倩瑜,褚曰环. 化工设计通讯. 2018(04)
[4]热防护服降温效果评价体系研究[J]. 李紫含,王世杰,徐伯乐,谢恬,张英. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2018(01)
[5]基于几种降温方法的降温服的研究[J]. 张钱潮,周伟,金鑫达,陈伊,赖宇银,呼格吉乐. 科技风. 2018(04)
[6]聚硅氧烷/石墨烯导热散热涂层的制备及表征[J]. 梁天元,王朝生,江振林. 涂料工业. 2017(10)
[7]高导热石墨烯薄膜的制备方法及研究进展[J]. 宋凌志,徐鹏,戴思畅. 广州化工. 2017(09)
[8]半导体降温服交盖效应的实验研究[J]. 文虎,丁喜梅,刘长春,李贝. 制冷学报. 2017(02)
[9]冷却服发展进展[J]. 周觅,钱晓明,黄顺伟. 纺织科技进展. 2017(02)
[10]生化防护服的研究现状及发展趋势[J]. 刘宝成,赵晓明. 成都纺织高等专科学校学报. 2016(04)
博士论文
[1]液冷服中的流动与传热及其系统研制[D]. 郭庭辉.华中科技大学 2015
[2]室内均匀热环境中的人体热反应（偏热条件）[D]. 杨宇.重庆大学 2015
[3]极端热环境下人体热耐受力研究[D]. 吕石磊.天津大学 2007
硕士论文
[1]新型半导体降温防护服研究与设计[D]. 丁喜梅.西安科技大学 2018
[2]热习服过程中血液和尿液代谢物质变化规律的研究[D]. 梁涵.第二军医大学 2017
[3]涡流式降温服在矿井下应用基础研究[D]. 王前进.西安科技大学 2015
[4]基于相变材料热缓冲作用的高温防护服设计[D]. 陈柔羲.苏州大学 2013
[5]特殊环境下军人心理与生理健康状况的研究[D]. 白云峰.新疆医科大学 2011
[6]影响室内热舒适参数的理论与实验研究[D]. 曹晓庆.重庆大学 2008
[7]热管用于笔记本电脑散热的研究[D]. 黄庆.东南大学 2005
本文编号：3132049
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