一种基于相变材料的适用于坦克内环境的人体防护系统
技术领域
一种基于相变材料的适用于坦克内环境的人体防护系统，属于特种装备环境控制领域。
背景技术
装甲兵是陆军中以坦克和其他装甲车辆为基本装备的战斗兵种。装甲车、坦克现均以中型和微型为主，由于车辆发动机散热、战斗室设备散热、阳光照射、内部空间封闭导致车辆内部温度最高可达60℃左右，因此在装甲车与坦克特定空间如何保障战斗人员体能、解决战斗人员面临着在高温环境下的热应激问题成了当务之急。而将降温系统应用到工作人员所穿着的服装中，针对单独个体进行散热冷却是一种可行有效的措施，目前还未有将相关技术应用到装甲车辆作战中的先例。
目前将降温系统应用到高温场景从业人员的穿着有两类方式：第一类为主动式降温系统，第一类是气体和液体降温系统，其特点在于将储存罐中的气体或液体冷却剂与服装本体相连接，打开储存罐开关使制冷剂进入服装的空腔内与人体进行热交换，从而达到降温的效果。如专利CN105495762A，发明了一种降温背心，包括背心本体、储存罐、导流管等，在储存罐中存有液态二氧化碳，打开开关后液体二氧化碳通过导流管流入背心中，起到降低人体温度的效果。此专利问题在于降温系统复杂，液态二氧化碳储存罐携带非常不便，涉及到的关于液态二氧化碳的多个配件繁多复杂，在使用时极易出现故障，导致储存罐内压力过大从而有泄漏风险。另一种主动式降温系统则是通过电力驱动风扇完成降温，如专利CN101375739A所述的一种太阳能吹风降温背心，通过在背心外表面涂覆太阳能发电板给背心内的轻型微型高速风机供电，风机带动背心内管路内的空气给人体降温此专利问题在于，在没有晴天日照条件的情况下风机不能运行，无法正常给工作人员降温。此类防护服消耗电能且需要电池储备，废旧电池易造成环境的二次污染；整体重量接近10kg，增大了人体负载；并且因为汗液排出会有漏电风险，无法适应装甲车辆特定的环境。
第二类为蓄冷式被动降温系统，蓄冷类型分为显热蓄冷和相变蓄冷两类。显热蓄冷是利用蓄冷和放热过程中物质本身温度的变化过程来实现冷量的存储和使用；相变蓄冷则是利用相变材料在相变过程中吸收或释放的能量来进行“冷量”的存储和使用。蓄冷式被动降温系统其特点在于将蓄冷材料蓄冷完毕后封装于降温背心中，蓄冷材料与人体接触，降低人体的温度。如专利CN106165923A所述的一种用于背心、凉枕、防晒帽的降温装置，将水晶泥化合物颗粒作为冷源放置于背心等物品中来起到降温的作用，其缺点在于，所使用的水晶泥化合物无法吸收人体产生热量，仅仅起到增大与外界热源之间的热阻的作用，面对高温时无法保证背心穿着的舒适性。
本发明摒弃了传统空气循环式通风，直接利用了Na2SO4·10H2O相变反应的特性构建了不需要电源的无源热防护服。相比传统的使用风扇的降温服，本专利涉及的热防护服成本较低，使用时间久，无需电源安全性强，无噪声，可以在50℃以上高温环境下4个小时内有效降低人体体感温度，且单独设计了应用相变材料的坦克帽用于头部辅助降温，整体设计可以给使用者带来更加安全的保障和更加舒适的体验。
发明内容
一种基于相变材料的适用于坦克内环境的人体防护系统由第一反光条1、第二反光条2、第一口袋3、第二口袋4、第三反光条5、第四反光条6、第三口袋7、第四口袋8、背心9、第一相变材料10、口罩11、第一口罩系绳12、第二口罩系绳13、过滤嘴14、头盔15、第二相变材料16组成；
第一反光条1在背心9正面左上方、第二反光条2在背心9正面右上方、第一口袋3在背心9正面中央偏左、第二口袋4在背心9正面中央偏右、第三反光条5在第一口袋3下方、第四反光条6在第二口袋4下方、第三口袋7在背心9左下方、第四口袋8在背心9右下方；
过滤嘴14在口罩11中间、第一口罩系绳12在口罩11左侧、第二口罩系绳12在口罩11右侧；
第二相变材料16在头盔15内部上方。
人员穿着该防护服时，将背心9穿着于躯干部位，头盔15装备于头部，口罩11覆盖面部；设空气温度T0，人体温度T1，降温服温度T2，第一相变材料10和第二相变材料16的相变温度为32.4℃；当T1、T0＞T2时，降温服积聚热量；当T2＝32.4℃时，第一相变材料10、第二相变材料16中的Na2SO4·10H2O开始发生相变；当T2继续升高，第一相变材料10、第二相变材料16中的Na2SO4·10H2O相变继续直至相变完全；第一相变材料10、第二相变材料16中的羧甲基纤维素、晶控剂和水混合物通过导热和对流的方式导出热量。
第一相变材料10、第二相变材料16材质相同，由冰沙Na2SO4·10H2O混合凝胶羧甲基纤维素、晶控剂和水组成，相变温度为32.4℃。
第一相变材料10、第二相变材料16的外表面利用热复合PVC面料经高压融合而成的双层压边分块网格式密闭封装。
第一反光条1、第二反光条2、第三反光条5、第四反光条6应用于坦克内乘员穿着该防护服离开坦克走至夜间环境4中，在夜间反射周围的光线，对周围的人和车辆起到警示作用；反光条是可拆卸部件，在训练时不会有所妨碍。
过滤嘴14材料为活性炭纤维，有效阻挡粒径较小的有害气体或微粒侵入人体。
防护服背心9能够在三小时内保证穿戴者的体感舒适温度。
坦克乘员在进入坦克之前需穿戴背心9、口罩11、头盔15，训练结束后将背心9和头盔15更换下来使其冷却恢复相变。
当外界空气通过过滤嘴14时，滤嘴内活性炭纤维不仅能有效阻隔空气中的苯、氨、甲醛、异味、恶臭等有害气体，还能阻隔空气中的灰尘颗粒，降低有害气体对人体呼吸系统造成的伤害。
附图说明
图1为防护服正面视图。
图1中的标号名称：1.第一反光条、2.第二反光条、3.第一口袋、4.第二口袋、5.第三反光条、6.第四反光条、7.第三口袋、8.第四口袋、9.背心。
图2为防护服侧面视图。
图2中的标号名称：3.第一口袋、7.第三口袋、10.第一相变材料。
图3为口罩正面视图。
图3中的标号名称：11.口罩、10.第一口罩带子、11.第二口罩带子、14.过滤嘴。
图4为头盔正面视图。
图4中的标号名称：15.头盔、16.第二相变材料。
具体实施方式
一种基于相变材料的适用于坦克内环境的人体防护系统由由第一反光条1、第二反光条2、第一口袋3、第二口袋4、第三反光条5、第四反光条6、第三口袋7、第四口袋8、背心9、第一相变材料10、口罩11、第一口罩系绳12、第二口罩系绳13、过滤嘴14、头盔15、第二相变材料16组成。
人员在登上坦克之前穿着该防护服时，将背心9穿着于躯干部位，头盔15装备于头部，口罩11覆盖面部，背心9中的第一相变材料10、头盔15中第二相变材料16材质相同，由Na2SO4·10H2O混合羧甲基纤维素、晶控剂和水组成，相变温度为32.4℃；第一相变材料10和第二相变材料16的初始状态为固态。相变材料工作过程如下：空气温度T0，人体温度T1，降温服温度T2，第一相变材料10和第二相变材料16的相变温度为32.4℃；当T1、T0＞T2时，降温服积聚热量；当T2＝32.4℃时，第一相变材料10、第二相变材料16中的Na2SO4·10H2O开始发生相变液化；当T2继续升高，第一相变材料10、第二相变材料16中的Na2SO4·10H2O相变继续直至相变完全变为液态。同时，第一相变材料10、第二相变材料16中的羧甲基纤维素、晶控剂和水混合物通过导热和对流的方式导出热量。此防护服背心9、头盔15能够在三小时内保证穿戴者的体感舒适温度。
背心9中的第一反光条1、第二反光条2、第三反光条5、第四反光条6应用于坦克内乘员穿着该防护服离开坦克走至夜间环境4中，在夜间反射周围的光线，对周围的人和车辆起到警示作用；反光条是可拆卸部件，在训练时不会有所妨碍。
口罩11中的过滤嘴14材料为活性炭纤维，有效阻挡粒径较小的有害气体或微粒侵入人体。当外界空气通过过滤嘴14时，滤嘴内活性炭纤维不仅能有效阻隔空气中的苯、氨、甲醛、异味、恶臭等有害气体，还能阻隔空气中的灰尘颗粒，降低有害气体对人体呼吸系统造成的伤害。
坦克乘员训练结束后将背心9、头盔15更换下来使其冷却恢复固态，以供下次训练的时候使用。
