ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВЛАЖНОГО ТЕПЛА
PORTABLE WET HEAT SUPPLY UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Приоритет данной заявки заявляется по дате подачи предварительных заявок на патент США №61/053480, поданной 15 мая 2008, и №61/093009, поданной 29 августа 2008 года, содержание которых полностью включено в данный документ посредством ссылки.
Данное изобретение относится к портативному устройству подачи тепла. В частности, данное изобретение относится к портативному устройству подачи тепла, которое создает водяной пар и обеспечивает влажное тепло. Данное изобретение также относится к способам создания портативного устройства подачи тепла и способам облегчения боли, прогревания глубоких мышц, усиления кровотока, сокращения работы сердца, расслабления, заживления ран, подачи влаги, подачи активных веществ, прогревания тела, облегчения дыхательной деятельности, увлажнения кожи, улучшения сна и физиотерапии.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одноразовые тепловые повязки стали популярным приспособлением для подачи тепла для облегчения дискомфорта, вызванного временными или хроническими ноющими или острыми болями. Указанные повязки обычно содержат экзотермическую композицию, которая предназначена для выработки тепла и обычно содержит металлический порошок, соли и воду, которая обеспечивает возможность выделения тепла экзотермической композицией при окислении металлического порошка. В других одноразовых или многоразовых приспособлениях для генерации тепла может использоваться энергия, полученная при нейтрализации кислот и оснований, тепло, выделенное при гидратации неорганических солей, повторно нагреваемые гели и электроэнергия. Было установлено, что такие приспособления в целом подходят для облегчения ноющих и острых болей, связанных с ригидностью мышц и суставов, невралгической боли, позвоночной боли, ревматизма, симптомов респираторных заболеваний и т.п. Такие приспособления обычно вырабатывают тепло, но содержат мало влаги.
Некоторые одноразовые нагревающие приспособления могут обеспечивать поддерживаемое тепло в течение периодов времени приблизительно от одного часа до суток и в целом считаются менее пачкающими и более удобными для использования, чем другие общепринятые источники тепла, такие как вихревые ванны, горячие полотенца, распределители влаги, грелки-подушки и эластичные компрессионные ленты. Однако имеются преимущества в подаче как тепла, так и влаги, например, с помощью вихревой ванны или горячего полотенца. Влажное тепло часто ощущается как более успокаивающее и комфортное и может обеспечивать более быструю подачу тепла и облегчение боли, чем сухое тепло. Однако обычные способы подачи влажного тепла, например, использование горячих полотенец и вихревых ванн, могут быть громоздкими и неудобными и обычно не являются портативными. Кроме того, некоторые способы, например, использование горячих полотенец и некоторых существующих изделий, которые должны обеспечивать паровой обогрев, могут подавать тепло лишь в течение короткого периода времени, иногда в течение 15 мин или менее.
Различные способы улучшения экзотермических реакций в портативных приспособлениях с тепловым обертыванием для обеспечения большей длительности прогревания и/или обеспечения тепла и влаги включают введение в экзотермические композиции различных углеродистых материалов, например, материалов с активированным или неактивированным углем. Другие способы включают добавление к экзотермической композиции задерживающих или удерживающих воду материалов для обеспечения возможности наличия избытка воды и создания водяного пара.
В других способах создания нагревающих приспособлений, обеспечивающих тепло и влагу, выполняют попытку регулирования скорости и длительности экзотермической реакции, в результате которой образуется водяной пар, а также регулируют температуру водяного пара и изолируют кожу пользователя от температуры водяного пара, которая может повредить ее. Например, см. патент США №6629964 автора Оnо. Однако наиболее известные способы нагрева и приспособления для подачи тепла и влаги создают не отвечающее требованиям количество пара, поскольку известные приспособления либо не подают количество водяного пара, эффективно обеспечивающее достаточное количество тепла и влаги, особенно в ткань глубоких мышц, либо не создают водяной пар в течение длительного периода времени, обычно в течение периода от приблизительно менее 4 часов до 8 часов, часто менее часа и, как правило, около 15 минут. Кроме того, такие известные приспособления предназначены по существу для подачи пара или горячего пара.
Более того, известные приспособления обычно создают водяной пар вследствие испарения воды в экзотермической композиции. Однако известно, что тепловые характеристики обычных экзотермических композиций, содержащих активированный уголь и железо, весьма чувствительны к уровню содержания воды в композиции и зависят от него. В частности, избыточный уровень воды в экзотермической тепловой ячейке может являться причиной низкой скорости нагрева. Это обусловлено тем, что вода ограничивает поступление воздуха, необходимого для возникновения экзотермической реакции. Таким образом, указанное ограничение воздуха приводит к замедлению нагрева и весьма незначительному испарению или его полному отсутствию. Однако при попытке уменьшить уровень содержания воды в такой композиции для повышения скорости нагрева может значительно уменьшиться длительность экзотермической реакции, то есть указанная реакция будет быстро прекращаться вследствие потери активированным углем при высыхании способности поглощать кислород.
Кроме того, для достижения высокой скорости испарения экзотермическая композиция должна достаточно сильно разогреться (до температуры >65°C). Более того, для обеспечения прогревания глубоких мышц, а также эффективного и продолжительного облегчения боли в глубокой мышце температура указанной мышцы должна превышать 38°C. Однако поскольку при повышенных температурах кожи, которые по предположениям специалистов превышают приблизительно 43°C, она может быть повреждена, то нагревающее приспособление должно быть выполнено с возможностью поддержания температуры кожи пользователя ниже приблизительно 43°C с одновременной подачей большого количества тепла к коже и глубокой мышце. Следовательно, приспособление для подачи влажного тепла должно защищать кожу от воздействия высокой температуры экзотермической композиции с одновременным обеспечением высоких уровней нагрева при поддержании температуры кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
Таким образом, несмотря на достижения в области технологии подачи тепла и влаги до сих пор существует необходимость в портативном нагревающем приспособлении, которое обеспечивает быстрое испарение воды и нагрев, обеспечивает длительное испарение воды, подает эффективное количество теплоты для прогревания глубоких мышц и поддерживает температуру кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном изобретении предложено портативное устройство подачи влажного тепла, содержащее:
(a) секцию создания водяного пара, которая содержит источник водяного пара и источник тепла, и
(b) секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха,
причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются,
при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией и подающую влажное тепло в предварительно выбранном температурном диапазоне, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации.
Указанное устройство может подавать смесь водяной пар-воздух к поверхности передачи скрытой теплоты, причем температура конденсации указанной смеси составляет от приблизительно 30°С до приблизительно 50°C.
В данном изобретении также предложено терапевтическое приспособление, которое содержит устройство подачи влажного тепла, содержащее секцию водяного пара, которая содержит источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией и подающую влажное тепло в предварительно выбранном температурном диапазоне, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации. Указанное приспособление может представлять собой изделие, выбранное из группы, в которую входят повязки для поясницы, для колена, для шеи, повязки, используемые при менструации, повязки для суставов, повязки для руки/запястья, шейно-плечевые повязки, повязки для лица, для ступни, для тела, одеяла, бандажи, универсальные повязки, пластыри, подушки и их комбинации.
В данном изобретении предложено терапевтическое приспособление, в котором секция создания водяного пара содержит набор создающих водяной пар тепловых ячеек, содержащих порошковую экзотермическую композицию.
В данном изобретении также предложено терапевтическое приспособление, в котором источник тепла содержит набор тепловых ячеек, причем по меньшей мере часть указанных ячеек расположена в ряд, который покрыт полосой из вспененного материала с обеспечением воздушного промежутка, параллельного указанному ряду тепловых ячеек.
В данном изобретении также предложено терапевтическое приспособление, содержащее (a) портативное устройство подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, причем указанный источник водяного пара представляет собой воду, абсорбированную на регуляторе воды, а указанный источник тепла представляет собой порошковую экзотермическую композицию, содержащую железо, (b) секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит по меньшей мере один слой смешивания водяного пара-воздуха и по меньшей мере один слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанный слой смешивания представляет собой вентилируемую структуру, содержащую по меньшей мере один слой материала, выбранного из группы тканых материалов, нетканых материалов и их комбинаций, а указанный слой распределения содержит по меньшей мере один слой вспененного материала, при этом указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, причем указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией и подающую влажное тепло в предварительно выбранном температурном диапазоне. От приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации.
В данном изобретении также предложен способ оказания благоприятного воздействия на пользователя, включающий обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, содержащего секцию создания водяного пара, которая содержит источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией и подающую влажное тепло в предварительно выбранном температурном диапазоне, наложение указанного устройства на поверхность тела пользователя, причем указанную поверхность располагают проксимально к поверхности тела пользователя, инициирование нагревания указанного устройства и перенос влажного тепла к коже пользователя в предварительно выбранном температурном диапазоне, при этом от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации.
Предложенные устройства и способы, которые обеспечивают влажное тепло, могут повышать скорость облегчения боли, увеличивать температуру глубоких мышц, усиливать кровоток и сокращать работу сердца. Кроме того, предложенные устройства и способы могут способствовать заживлению ран, обеспечивать прогревание тела, подавать активные вещества и влагу к коже, обеспечивать расслабление, облегчать дыхательную деятельность, улучшать сон, способствовать физиотерапии нагреваемой области, ускорять или улучшать послеоперационное восстановление, ускорять или улучшать восстановление после получения ран, а также обеспечивать комбинации указанных действий. Предложенные приспособления и способы также могут использоваться для улучшенного, контролируемого и равномерного наложения косметических и лечебных составов на кожу и их проникновения в кожу и слизистые оболочки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Файл данной заявки содержит по меньшей мере один чертеж, выполненный в цвете. Копии файла заявки на патент с цветными чертежами могут быть получены из Патентного ведомства США после отправки запроса и внесения необходимой пошлины.
Фиг.1 изображает упрощенный схематический разрез варианта выполнения данного изобретения,
фиг.2 изображает упрощенный схематический вид варианта выполнения данного изобретения,
фиг.3 изображает схематический разрез варианта выполнения данного изобретения,
фиг.4 изображает вид сверху варианта выполнения данного изобретения,
фиг.5а и 5b изображают фотоснимки в инфракрасном излучении варианта выполнения приведенного в действие портативного устройства подачи влажного тепла. Фиг.5а изображает вид внешней поверхности, а фиг.5b изображает вид поверхности передачи скрытой теплоты.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В данном изобретении предложено портативное устройство подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, секцию регулирования водяного пара-воздуха, содержащую слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, который имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией регулирования. Указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом водяной пар может проходить в обе указанные секции, а также между ними. Поверхность передачи скрытой теплоты расположена смежно с секцией регулирования водяного пара-воздуха. Указанная поверхность устройства подает влажное тепло в предварительно выбранном температурном диапазоне, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации. В случае устройства подачи влажного тепла, используемого на коже пользователя, предварительно выбранная температура должна быть температурой, не вызывающей повреждения или ожога кожи, предпочтительно ниже приблизительно 43°C.
Предложенное портативное устройство подачи влажного тепла быстрым и безопасным способом подает тепло к телу пользователя. В данном изобретении также предложены способы быстрой и безопасной подачи тепла к телу, способы прогревания глубоких тканей, облегчения боли, заживления травм, снижения работы сердца, расслабления, усиления кровотока, увлажнения, улучшения сна, физиотерапии и снабжения активными веществами. Предложенные приспособления и способы могут обеспечивать непрерывную подачу влажного тепла вплоть до приблизительно 8 часов. Данное устройство может представлять собой одноразовое устройство или может быть встроено в многоразовое или частично многоразовое устройство.
В данном документе приведено описание предложенного портативного устройства в контексте использования на теле пользователя. Однако специалисту в данной области техники должно быть понятно, что описанные в данном документе устройство и способы подачи влажного тепла в равной степени применимы для животных, растений или неодушевленных объектов, принимая во внимание возможность регулирования максимальной температуры поверхности передачи скрытой теплоты и общего количества подаваемого тепла при помощи рассматриваемых в данном документе способов с обеспечением оптимизации эффективности для заданного объекта. Например, температуры и размеры тела животного могут существенно отличаться от температур и размеров тела человека, и, следовательно, может существовать необходимость изменения предварительно выбранного температурного диапазона, и/или количества влаги, преобразуемого в водяной пар, и/или количества используемых тепловых ячеек в соответствии с физиологией и/или анатомией выбранных видов.
Изобретение может содержать элементы и ограничения описанного в данном документе изобретения, состоять или по существу состоять из них, а также может содержать любые дополнительные или возможные ингредиенты, компоненты или ограничения, описанные в данном документе, состоять или по существу состоять из них.
Используемое в данном документе выражение «водяной пар» относится к воде в газообразном состоянии, выражения «смесь водяной пар-воздух» и «смешивание водяного пара-воздуха» относятся к добавлению воздуха к «водяному пару» в соответствии с его определением в данном документе. Для осуществления фазового перехода жидкой воды в водяной пар необходимо добавление энергии. В иллюстративном варианте выполнения, рассмотренном в данном документе, используется тепловая энергия. Энергия, добавляемая для осуществления указанного фазового перехода, является скрытой теплотой парообразования. Скрытая теплота энергии парообразования высвобождается при фазовом переходе вследствие конденсации водяного пара в жидкую воду и рассматривается как скрытая теплота конденсации. Используемый в данном документе термин «пар» также относится к воде в газообразном состоянии, а выражения «водяной пар» и «пар» могут использоваться взаимозаменяемо с учетом того, что термин «пар» относится только к водяному пару, а не к смеси водяного пара и капель жидкой воды.
Используемое в данном документе выражение «температура точки росы» относится к температуре, до которой необходимо охладить смесь водяной пар-воздух до начала конденсации содержащегося в ней водяного пара.
«Коэффициент влажности» представляет собой отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха.
Используемое в данном документе выражение «скрытая теплота» относится к количеству энергии в виде тепла, высвобожденного или поглощенного веществом во время фазового перехода (т.е. перехода в твердое, жидкое или газообразное состояние либо из него).
Используемый в данном документе термин «влага» относится к воде.
Используемое в данном документе выражение «влажное тепло» относится к теплу, в котором от приблизительно 15% до приблизительно 95% передаваемой тепловой энергии находится в виде скрытой теплоты конденсации водяного пара. Поскольку водяной пар и конденсация водяного пара связаны с влажным теплом, то влажное тепло содержит компонент влаги. Устройство подачи влажного тепла также может переносить водяной пар, а при конденсации и высвобождении скрытой теплоты - и жидкую воду. Так как указанное устройство в некоторых вариантах выполнения может работать совместно с устройством подачи тепла другого типа, то следует понимать, что от приблизительно 15% до приблизительно 95% передаваемой тепловой энергии, находящейся в виде скрытой теплоты, предназначено для устройства подачи влажного тепла и что данный уровень создания влажного тепла должен поддерживаться с помощью указанного устройства в течение по меньшей мере приблизительно 10 мин, как вариант, в течение по меньшей мере 20 мин и, как еще один вариант, в течение по меньшей мере 30 мин.
Используемое в данном документе выражение «предварительно выбранная температура» может означать заданную температуру с погрешностью ±1°C или, как вариант, ±2°C, или максимальную температуру (т.е. температуру, не превышающую заданную температуру), или температурный диапазон в предположении, что выражение «предварительно выбранная температура» означает, что поведение температуры является прогнозируемым и воспроизводимым при заданных условиях.
Выражения «активное вещество» или «активный агент» и «лечебное средство» могут использоваться в данном документе взаимозаменяемо и охватывать фармацевтические активные вещества, а также вещества, которые оказывают требуемое или благоприятное воздействие, например, косметические агенты или ароматерапевтические агенты.
Используемый в данном документе термин «поверхность» может означать собственно поверхность или один слой из слоев материала (материалов).
Используемые в данном документе выражения «эффективное количество» или «терапевтически эффективное количество» активного агента определены как количество вещества, по меньшей мере достаточное для обеспечения требуемого терапевтического эффекта.
Выражение «средний размер частиц» означает, что количество частиц, размер которых превышает определяемый средний размер, столь же велико, как и количество частиц, размер которых меньше определяемого среднего размера.
Другие определения приведены при необходимости по мере их появления в описании изобретения.
Все приведенные в данном описании измеренные каверномером толщины, измерены в соответствии со способом №D5729 стандарта ASTM (Американское общество испытания материалов), если не указано иначе.
Все основные массовые значения, приведенные в данном описании, измерены в соответствии со способом №D3776 стандарта ASTM, если не указано иначе.
Все приведенные в данном описании значения воздухопроницаемостей измерены в соответствии со способом №D737 стандарта ASTM, если не указано иначе.
Все приведенные в данном описании значения скоростей проницаемости водяных паров измерены в соответствии со способом №Е96 стандарта ASTM, если не указано иначе.
Все значения процентных содержаний, долей и коэффициентов приведены относительно массы, если не указано иначе. Все такие массы, относящиеся к перечисляемым ингредиентам и компонентам, указаны на основе конкретного уровня ингредиента и, соответственно, не содержат носителей или побочных продуктов, которые могут содержаться в коммерчески доступных материалов, если не указано иначе.
Устройство подачи влажного тепла
Физиологически благоприятное воздействие влажного тепла, такое как быстрое облегчение боли, прогревание глубоких мышц и усиление кровотока, может быть достигнуто только в том случае, если устройство подачи влажного тепла подает конкретное, эффективное количество влажного тепла. Для облегчения и удобства использования желательно, чтобы указанное устройство было портативным. Данное изобретение обеспечивает подачу эффективного количества влажного тепла с помощью портативного удобного безопасного устройства. Указанное устройство содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха, слой распределения водяного пара-воздуха и поверхность передачи скрытой теплоты. Более конкретно, указанная конструкция предназначена для смешивания водяного пара с воздухом и их распределения с обеспечением быстрого, безопасного, эффективного и непрерывного образования и переноса влажного тепла.
На фиг.1 изображен схематический разрез иллюстративного устройства подачи влажного тепла. В соответствии с фиг.1 указанное устройство содержит секцию 10 создания водяного пара и секцию 20 регулирования водяного пара-воздуха. Указанная секция 20 регулирования содержит слой 24 смешивания водяного пара-воздуха и слой 22 распределения водяного пара-воздуха. Как показано на фиг.1, секция 20 расположена между секцией 10 создания водяного пара и поверхностью 30 передачи скрытой теплоты. Устройство подачи влажного тепла, показанное на фиг.1, дополнительно содержит внешний поверхностный слой 40, который расположен проксимально к секции 10 с противоположной стороны от поверхности 30.
В одном варианте выполнения секция создания водяного пара выделяет водяной пар при температуре от приблизительно 50°C до приблизительно 70°C. При образовании водяного пара происходит не только его нагрев, но и аккумуляция тепла в виде скрытой теплоты парообразования. Для создания водяного пара источник водяного пара должен обеспечивать быстрое нагревание и высокую скорость испарения воды в течение периода времени, составляющего по меньшей мере приблизительно 10 мин, предпочтительно 30 мин или более. Аккумулированное при парообразовании тепло высвобождается при конденсации водяного пара. Водяной пар идеально подходит для переноса тепла благодаря интенсивности теплопереноса скрытой теплотой во время его конденсации, а также вследствие простоты создания водяного пара и доступа к нему. В иллюстративных вариантах выполнения, описанных в данном документе, тепло для получения водяного пара вырабатывается с использованием экзотермической тепловой композиции, например, композиции на основе железа, описанной в заявке на патент США №11/233916. Однако специалисту в данной области техники должно быть понятно, что для производства тепла при реализации данного изобретения на практике также могут использоваться другие композиции из тепловых материалов, и/или источники тепла, и/или другие источники энергии.
В иллюстративном варианте выполнения секция создания водяного пара содержит термическую композицию для образования тепла и воду, пригодную для парообразования. Как вариант, данные компоненты могут быть смешаны.
Секция регулирования, входящая в состав указанного устройства, выполняет множество задач и функций. Первая функция заключается в обеспечении возможности поступления достаточного количества воздуха в секцию создания водяного пара для поддержания экзотермической реакции. Обеспечение достаточного количества воздуха для поддержания экзотермической реакции является важным обстоятельством, поскольку проницаемая часть портативного устройства подачи влажного тепла изнашивается при контакте с телом пользователя. Для испарения воды в экзотермической композиции температура указанной композиции может быть доведена до 70°C. Однако поскольку кожа пользователя может получить ожог при температуре приблизительно 43°C, то возникает необходимость в защите кожи от воздействия горячей экзотермической композиции. Таким образом, в предложенном устройстве по мере образования пар выходит из секции создания водяного пара через/в секцию регулирования водяного пара-воздуха. При прохождении водяного пара через указанную секцию регулирования он смешивается с воздухом и распределяется так, что температура конденсации смеси водяной пар-воздух понижается до предварительно выбранного температурного диапазона. В случае основного применения для человека такой температурой предпочтительно является температура, которая не повреждает кожу или другие ткани. Обычно считается, что температура, не вызывающая ожога кожи, составляет приблизительно 43°C или меньше. Однако следует понимать, что контакт кожи с источником высокой температуры приводит к ожогу только в том случае, если кожа не способна рассеивать получаемую энергию. Таким образом, перенос энергии, также как и температура, определяет вероятность повреждения тканей. Как правило, при переносе сухого тепла или кондуктивной передаче тепла ожог возникает, когда температура кожи превышает приблизительно 43°C. Однако, если не ограничиваться теорией, считается, что в случае влажного тепла большая часть энергии переносится при помощи скрытой теплоты конденсации. Таким образом, температура смеси водяной пар-воздух может иметь более высокое значение, например, приблизительно 50°C, при этом на коже не возникает ожога, если количество энергии, переносимое водяным паром, является недостаточным, и/или переносится со скоростью, недостаточной для поднятия температуры кожи выше 43°C, и/или рассеивается со скоростью, достаточной для поддержания температуры кожи на уровне приблизительно 43°C или ниже.
Предложенное устройство обеспечивает возможность использования температур, превышающих приблизительно 43°C, без вреда для тканей тела человека. Ранее считалось, что собственно температура водяного пара, выходящего из устройства подачи влажного тепла, должна быть понижена до значения меньше чем приблизительно 50°C, измеренного сухим термометром или термопарой, для предотвращения ожога кожи. Однако заявителями было установлено, что возможность повреждения ткани и/или перенос энергии не отражаются достоверно температурой, измеренной обычным сухим термометром или термопарой, а скорее, более достоверно относятся к температуре точки росы водяного пара. В отличие от температуры, измеренной по сухому термометру, температура точки росы зависит от количества водяного пара в газообразной смеси. Температура точки росы определяется значением удельной влажности смеси водяной пар-воздух, которое представляет собой абсолютное значение уровня влажности воздуха. Связь между температурой точки росы и удельной влажностью выражается в повышении указанной температуры при увеличении удельной влажности. На содержание энергии в смеси водяной пар-воздух большее влияние оказывает количество водяного пара (т.е. аккумулированная скрытая теплота), чем его температура по сухому термометру (т.е. физическая теплота). При регулировании соотношения водяной пар-воздух возможно случайное понижение температуры по сухому термометру смеси водяной пар-воздух. Однако регулирование указанной температуры не требуется, поскольку величина энергии, полученной или потерянной при изменении температуры, значительно меньше величины энергии, присутствующей в виде скрытой теплоты. Таким образом, количество энергии, переносимой с помощью скрытой теплоты, может контролироваться путем регулирования соотношения водяного пара и сухого воздуха. Такое соотношение может быть выражено в виде отношения фунт водяного пара/фунт сухого воздуха или кг водяного пара/кг сухого воздуха.
В качестве иллюстрации важности регулирования температуры точки росы вместо регулирования температур по сухому термометру рассмотрим состояния А и В с одинаковой энтальпией или запасом энергии, но с различными количествами водяного пара. В состоянии А смесь водяной пар-воздух находится в точке насыщения (максимальное количество водяного пара) и имеет температуру по сухому термометру приблизительно 43,3°C (приблизительно 110°F). Поскольку указанная смесь является насыщенной, то температура по сухому термометру и температура точки росы являются одинаковыми. Соотношение водяной пар-воздух в состоянии А составляет приблизительно 0,6 фунт водяного пара/фунт сухого воздуха (0,027 кг водяного пара/кг сухого воздуха).
В состоянии В влажность понижена или смесь водяной пар-воздух является менее насыщенной, а соотношение водяной пар-воздух составляет приблизительно 0,052 фунт воды/фунт сухого воздуха (0,026 кг воды/кг сухого воздуха). Для получения такого же запаса энергии, как в состоянии А, в состоянии В должна иметь место более высокая температура по сухому термометру (около 60°C), чем в состоянии А. Соотношение водяной пар-воздух приблизительно 0,052 фунт воды/фунт сухого воздуха (0,026 кг воды/кг сухого воздуха) в состоянии В соответствует температуре точки росы приблизительно 40,6°C. Когда смесь водяной пар-воздух такая, как в состоянии В, входит в контакт с кожей, она не обжигает кожу при температуре 60°C, поскольку скорость теплопередачи очень невысока. При контакте с кожей смесь водяной пар-воздух охлаждается и конденсируется на коже при температуре приблизительно 40,6°C (приблизительно 105°F). При конденсации указанной смеси скорость передачи энергии очень высока, однако ожога кожи не происходит, так как температура конденсации или температура точки росы смеси составляет лишь 40,6°C. В отличие от данного состояния в состоянии А смесь водяной пар-воздух конденсируется на коже при температуре приблизительно 43,3°C (приблизительно 110°F) и быстро передает свой запас скрытой теплоты. В результате риск возникновения ожога кожи в состоянии А выше, чем в состоянии В, даже несмотря на то, что температура по сухому термометру в состоянии А значительно меньше температуры смеси водяной пар-воздух в состоянии В.
Таким образом, в отличие от известного уровня техники данное изобретение обеспечивает регулирование соотношения компонентов смеси водяной пар-воздух, а не регулирование ее температуры по сухому термометру. Путем регулирования соотношения водяной пар-воздух обеспечивается контроль температуры конденсации или температуры точки росы. Когда соотношение водяной пар-воздух регулируется с получением значения меньше чем приблизительно 0,085 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,042 кг водяного пара/кг сухого воздуха), температура точки росы составляет менее 50°C. Предпочтительно регулирование соотношения водяной пар-воздух с получением значения менее чем приблизительно 0,06 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,027 кг водяного пара/кг сухого воздуха) понижает температуру точки росы смеси водяной пар-воздух до значения менее 43°C. Одно из преимуществ регулирования температуры точки росы повязки, подающей влажное тепло, заключается в том, что термодинамика указанного устройства обеспечивает изменение температуры, при котором изменение переноса скрытой теплоты определяется температурой кожи (т.е. скрытая теплота передается при температуре точки росы; таким образом, перенос теплоты не происходит до тех пор, пока температура кожи не примет значение на уровне или ниже температуры точки росы водяного пара). Это особенно полезно в случае пациентов, входящих в группу риска, кожа которых не может рассеивать тепло так же, как кожа здоровых людей, вследствие медленного кровотока, высокого содержания жиров и т.п. Путем регулирования температуры точки росы с получением значения менее 43°C можно предотвратить ожоги кожи для лиц, входящих в группу риска, поскольку перенос скрытой теплотой прекращается, когда температура кожи достигает температуры точки росы.
Таким образом, для предотвращения ожога кожи необходимо регулировать количество водяного пара или отношение водяного пара к сухому воздуху с обеспечением конденсации водяного пара при температуре, не причиняющей вреда ткани. В случае кожи человека повреждение ткани не возникает при температуре точки росы, например, меньше чем приблизительно 43°C.
В областях применения, в которых требуется более высокая температура точки росы, например, для некоторых терапевтических применений, соотношение водяной пар-воздух может быть более высоким. В этих случаях температура кожи может оставаться на уровне ниже 43°C, поскольку заявителями было неожиданно установлено, что при использовании предложенного устройства подачи влажного тепла наблюдается значительное усиление кровотока. При желании также возможно использование более высокой температуры точки росы при условии короткого времени вхождения в контакт с кожей смеси водяной пар-воздух с высоким содержанием водяного пара и/или обеспечения возможности лишь частичной конденсации водяного пара на коже. Короткое время контакта ограничивает количество водяного пара, имеющегося в распоряжении для вступления в контакт с кожей. Как вариант, устройство может быть выполнено так, что часть водяного пара направляется к коже, а другая часть может выходить из устройства на расстоянии от кожи. На время контакта и/или количество смеси водяной пар-воздух, входящей в контакт с кожей, может оказывать влияние конструкция повязки и положения тепловых ячеек в повязке.
Предложенное портативное устройство подачи влажного тепла избирательно направляет водяной пар. В устройстве, предназначенном для использования человеком, вода направляется к коже пользователя. В этом случае температура точки росы водяного пара, достигающего кожи, соответствует требуемой терапевтической температуре точки росы, составляющей от приблизительно 36°C до приблизительно 50°C, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 45°C, или, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 43°C, или, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 42°C, или, как вариант, от приблизительно 38°C до приблизительно 42°C и, как вариант, от приблизительно 38°C до приблизительно 40°C. Указанное устройство может направлять водяной пар к выбранной мишени в течение периода времени, составляющего от приблизительно 20 секунд до приблизительно 8 часов, как вариант, от приблизительно 20 минут до приблизительно 5 часов и, как вариант, от приблизительно получаса до приблизительно 2 часов. При использовании человеком максимальная температура кожи и продолжительность поддержания температуры кожи на уровне указанного максимального значения могут быть соответственно выбраны для пользователя, нуждающегося в таком лечении, таким образом, что благоприятные воздействия достигаются без каких-либо вредных воздействий, например, ожогов кожи. Секция регулирования водяного пара-воздуха обеспечивает подачу к коже пользователя терапевтического количества влажного тепла без вредных воздействий.
Указанная секция регулирования, входящая в состав устройства подачи влажного тепла, содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха. Кроме того, поскольку назначение регулятора водяного пара-воздуха заключается в регулировании количественного отношения водяного пара к воздуху, то указанная секция регулирования должна проточно сообщаться с секцией создания водяного пара при свободном прохождении водяного пара между указанными секцией создания водяного пара и секцией регулирования. В иллюстративном варианте выполнения секция регулирования расположена смежно с секцией создания водяного пара. Кроме того, секция регулирования требует подачи воздуха для осуществления регулирования соотношения водяной пар-воздух, однако при необходимости особого соотношения или диапазона соотношений желательно выполнение регулирования подачи воздуха. Подача воздуха может регулироваться, например, путем регулирования плотности и/или пористости материалов, используемых для изготовления устройства или, как вариант, при помощи каналов и отверстий в водо- и/или воздухонепроницаемых материалах.
Поверхность контакта между секцией регулирования водяного пара-воздуха и пользователем представляет собой поверхность передачи скрытой теплоты. В иллюстративном случае использования человеком указанная поверхность является поверхностью устройства подачи влажного тепла, расположенной проксимально к коже пользователя. В некоторых вариантах выполнения эта поверхность передачи скрытой теплоты может контактировать или частично контактировать с поверхностью кожи. В других вариантах выполнения может быть желательным наличие небольшого воздушного зазора между указанной поверхностью и кожей. В устройстве подачи влажного тепла создаваемый водяной пар предпочтительно направляется к поверхности передачи скрытой теплоты. Водяной пар может проводиться через указанную поверхность к пользователю, при этом он может конденсироваться на указанной поверхности, переносящей энергию скрытой теплоты к пользователю, или, как вариант, может иметь место комбинация конденсации водяного пара и переноса водяного пара.
В данном документе выбрано выражение «поверхность» передачи скрытой теплоты. Однако предполагается, что поверхность не ограничена какой-либо геометрической формой, а охватывает, но без ограничения этим, плоские поверхности, фасонные поверхности и поверхности неправильной формы. Поверхность передачи скрытой теплоты может содержать слой материала. При желании указанная поверхность может быть неразъемно присоединена к секции регулирования водяного пара-воздуха и/или к участку поверхности указанной секции регулирования. Как вариант, поверхность передачи скрытой теплоты может быть частью, например, многоразового держателя устройства.
Секция создания водяного пара
Секция создания водяного пара в соответствии с данным изобретением содержит по меньшей мере один источник водяного пара и источник тепла. Указанный источник водяного пара может создавать энергию и водяной пар любым числом способов. К неограничивающим примерам источников тепла относятся химическая энергия, энергия, полученная при нейтрализации кислот и оснований, тепло, выделенное при гидратации неорганических солей, повторно нагреваемые гели и электроэнергия. Источники водяного пара могут быть объединены с источником тепла. Например, в качестве секции создания водяного пара устройства подачи влажного тепла экзотермическая тепловая ячейка может содержать смесь горючего (т.е. источника тепла) и воды и/или воды, удерживаемой в регуляторе воды. Как вариант, вода и горючее (т.е. источник тепла) могут быть разделены, при этом вода подается из резервуара или наносится на поверхность, например, на кожу, а затем вводится в контакт с теплом, созданным источником тепла. В секциях создания водяного пара, которые содержат источники энергии, не совместимые с водой, например, электрический элемент, источник энергии может использоваться для нагревания отдельных водосодержащих элементов для создания водяного пара. В неограничивающем примере секции создания водяного пара, используемой в данном изобретении, применяется экзотермическая композиция, содержащая воду в регуляторе воды, выполненном в по меньшей мере одной тепловой ячейке, создающей водяной пар. Устройство подачи влажного тепла может содержать одну тепловую ячейку или набор тепловых ячеек. В предложенном устройстве особенно выгодно использование набора тепловых ячеек. Наличие набора тепловых ячеек обеспечивает возможность создания гибких устройств различных размеров и формы. Кроме того, использование набора тепловых ячеек обеспечивает возможность удобного регулирования соотношения компонентов смеси водяной пар-воздух для контроля температуры точки росы. Например, в конструкции с фиксированным смешиванием вода-пар и вентилированием температура точки росы может быть повышена/понижена путем увеличения/уменьшения количества тепловых ячеек. Кроме того, заявителями было неожиданно установлено, что продолжительность нагревания и общее количество подаваемой энергии могут регулироваться путем изменения числа тепловых ячеек на единицу площади секции создания водяного пара. Чем больше число тепловых ячеек на единицу площади, тем больше обеспечиваемая продолжительность нагревания. Чем меньше число тепловых ячеек на единицу площади, тем меньше обеспечиваемая продолжительность нагревания. В некоторых вариантах выполнения может быть желательным использование комбинации устройства подачи влажного тепла и тепловых ячеек других типов, например ячеек, обеспечивающих сухое тепло.
Экзотермическая композиция
В одном иллюстративном варианте выполнения тепловая энергия для создания водяного пара обеспечивается экзотермической тепловой ячейкой, содержащей конкретную экзотермическую композицию. Указанная экзотермическая композиция содержит текучую порошковую предварительно приготовленную смесь и концентрированный соляной раствор. Примерами подходящих экзотермических горючих композиций являются экзотермические композиции, описанные в заявке на патент США №11/233916.
Порошковые экзотермические композиции обладают требуемыми свойствами и обеспечивают определенные условия, которые необходимы для достижения требуемых свойств. Например, размер частиц порошковых компонентов экзотермической композиции может оказывать влияние на характеристики экзотермической тепловой ячейки по двум основным направлениям. Во-первых, колебания размера частиц порошковых компонентов экзотермической композиции может привести к разделению или сегрегации частиц в экзотермической композиции. Размер частиц оказывает непосредственное влияние на их подвижность, при этом может изменяться подвижность порошковых компонентов, что приводит к разделению или сегрегации частиц. Изменения в экзотермической композиции, обусловленные сегрегацией частиц, могут привести к характеру реакции хуже оптимального и/или требуемого.
Экзотермические композиции, описанные в данном документе, содержат порошковые компоненты с определенными пределами среднего размера частиц, так что в указанных композициях предотвращается разделение или сегрегация частиц. Однако предполагается, что порошковые компоненты со средним размером частиц больше или меньше пределов, указанных в данном документе, подходят для использования в описанных экзотермических композициях.
Второе направление возможного влияния размера частиц порошковых компонентов экзотермической композиции на характеристики экзотермической тепловой ячейки выражается в том, что размер частиц влияет на возможность прохождения воздуха через порошковую экзотермическую композицию. Для поддержания непрерывной интенсивной экзотермической реакции для высвобождения водяного пара порошковая экзотермическая композиция должна быть пористой для обеспечения возможности свободного прохождения воздуха к реагентам указанной композиции. Порошковая экзотермическая композиция должна быть пористой даже при исходном высоком содержании воды (для создания большого количества водяного пара) и оставаться пористой на протяжении всей реакции. Для обеспечения и поддержания пористости порошковой экзотермической композиции она должна содержать эффективный водорегулирующий компонент, а размеры частиц компонентов указанной композиции должны обеспечивать состояние неплотной упаковки частиц. Однако, если не ограничиваться теорией, считается, что истинная пористость и поддерживаемая пористость являются важными факторами при создании тепловых ячеек с продолжительными периодами образования тепла (т.е. образования тепла в течение приблизительно 8-24 часов), а также при создании композиции, которая имеет единообразные, воспроизводимые характеристики в наборе тепловых ячеек.
В одном варианте выполнения тепловые ячейки в соответствии с данным изобретением содержат порошковую экзотермическую композицию, которая обеспечивает надежное нагревание и, соответственно, надежное и существенное образование водяного пара на протяжении интервала продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов, когда тепловые ячейки встроены в портативное устройство подачи влажного тепла. Иллюстративная порошковая экзотермическая композиция содержит порошковую предварительно приготовленную композицию и концентрированный соляной раствор.
К компонентам указанной предварительно приготовленной композиции могут относиться железный порошок, уголь, абсорбирующий гелеобразующий материал и вода, указанные компоненты подробно рассмотрены ниже. К компонентам указанного соляного раствора могут относиться соль металла, вода и, при желании, ингибитор газообразного водорода, например, тиосульфат натрия. Описанные в данном документе порошковые экзотермические композиции в целом приготовляются путем составления порошковой предварительно приготовленной композиции и быстрого дозированного введения в нее концентрированного соляного раствора с образованием в результате экзотермической композиции.
В случае применения в устройстве подачи влажного тепла порошковая экзотермическая композиция должна обеспечивать быстрое первоначальное нагревание, а также подачу тепла в течение продолжительного периода времени. Стандартные известные экзотермические тепловые приспособления могут либо быстро обеспечивать высокие степени нагревания, которое, однако, длится лишь несколько минут, либо обеспечивать тепло в течение длительного периода времени, но нагревание при этом занимает приблизительно 30 минут. Данное изобретение обеспечивает как быстрое, так и продолжительное нагревание, достигаемое частично благодаря выбору компонентов порошковой экзотермической композиции. В качестве неограничивающего примера путем изменения размера частиц компонентов могут регулироваться скорость нагревания, продолжительность нагревания и температура экзотермической реакции.
В качестве иллюстрации, один конкретный способ изменения экзотермической реакции включает использование железного порошка со средним размером частиц приблизительно 200 мкм и абсорбирующего гелеобразующего материала со средним размером частиц приблизительно 300 мкм, при этом соотношение средних размеров частиц указанных гелеобразующего материала и железного порошка составляет приблизительно 1,5:1. Данное конкретное соотношение между гелеобразующим материалом и железным порошком обуславливает экзотермическую композицию, обеспечивающую быстрое начальное нагревание и создание водяного пара, что трудно получить с помощью обычных экзотермических композиций. Если не ограничиваться теорией, считается, что попытки обеспечить высокую степень влаги в обычных экзотермических композициях приводят к наличию воды в промежуточных пустотах между частицами, что ограничивает поток кислорода и снижает скорость начального нагревания. Для предотвращения поступления воды в промежуточный объем пустот между частицами в экзотермические композиции часто вводят регулятор воды, обеспечивающий поглощение избыточной влаги. Однако размер частиц большинства регуляторов воды, таких как вермикулит и поглощающий гелеобразующий материал, значительно превышает размер частиц железа, что обусловлено общепринятой практикой использования в данной области техники очень малых частиц железа на основании предположения о том, что реакция окисления железа ограничена площадью поверхности частиц железа. Таким образом, традиционно считается, что малые частицы железа увеличивают площадь поверхности железа.
Однако, как было установлено заявителями и как изложено в заявке на патент США №11/233916, важным фактором, влияющим на скорость реакции, является пористость. Соответственно, несоразмерность частиц регулятора воды и железа может способствовать сегрегации частиц и их плотной упаковке, что замедляет реакцию. Например, если отношение размера частиц регулятора воды к размеру частиц железа превышает приблизительно 7:1, то может возникнуть плотная упаковка частиц и произойти замедление реакции.
Таким образом, в соответствии с данным изобретением для достижения требуемой упаковки частиц используются экзотермические композиции, имеющие конкретное соотношение средних размеров частиц абсорбирующего гелеобразующего материала и железного порошка. Выбранное распределение размера частиц и соотношение их размеров препятствует образованию избытка воды в объеме промежуточных пустот между частицами, а также препятствует сегрегации частиц и обеспечивает упаковку с объемами пустот, так что достигаются более высокие скорости начального нагревания. В данном изобретении соотношение средних размеров частиц абсорбирующего гелеобразующего материала и железного порошка лежит в диапазоне от приблизительно 10:1 до приблизительно 1:10, как вариант, от приблизительно 7:1 до приблизительно 1:7, как вариант, от приблизительно 5:1 до приблизительно 1:5 и, как вариант, от приблизительно 3:1 до приблизительно 1:3.
Железо
Предполагается, что иллюстративные порошковые экзотермические композиции, описанные в данном документе, высвобождают тепло при окислении железного порошка. На чистоту, сорт, размер и т.д. железного порошка не налагается никакого конкретного ограничения при условии, что он может использоваться для образования тепла вследствие окислительной реакции под воздействием воды и воздуха.
3
Предложенные порошковые экзотермические композиции содержат один или более компонентов железного порошка в концентрациях, составляющих от приблизительно 10% до приблизительно 90%, как вариант, от приблизительно 30% до приблизительно 88% и, как вариант, от приблизительно 50% до приблизительно 87% от массы сухой предварительно приготовленной композиции. Как вариант, предложенное устройство может содержать железный порошок в количестве, превышающем приблизительно 0,1 г/см тепловой ячейки.
К неограничивающим примерам подходящих источников железного порошка относятся чугунный порошок, порошок восстановленного железа, порошок электролитического железа, порошок железного лома, губчатое железо, чугун в болванках, кованое железо, различные сорта стали, железные сплавы, обработанные разновидности данных источников железа и их комбинации.
Губчатое железо является одним из источников железного порошка, который может быть особенно преимущественным вследствие большой площади внутренней поверхности губчатого железа. Поскольку площадь внутренней поверхности на порядки превышает площадь внешней поверхности, то реакционная способность может не регулироваться размером частиц. К неограничивающим примерам коммерчески доступного губчатого железа относятся марки М-100 и F-417, поставляемые компанией Hoeganaes Corporation, расположенной в штате Нью-Джерси, США.
Для использования в данном изобретении подходит, например, железный порошок со средним размером частиц в диапазоне от приблизительно 50 мкм до приблизительно 400 мкм, как вариант, от 100 мкм до приблизительно 400 мкм и, как вариант, от приблизительно 150 мкм до приблизительно 300 мкм. Другие размеры также могут использоваться при условии, что отношение среднего размера частиц железа к среднему размеру частиц абсорбирующего гелеобразующего материала таково, что размер и распределение частиц обеспечивают упаковку частиц с достаточными объемами пустот для обеспечения возможности по существу свободного прохождения воздуха.
Средний размер частиц железного порошка и любого другого порошкового компонента, описанного в данном документе, может быть определен с помощью ситового анализа, например, описанного в стандарте ASTM В214 (Американского общества испытания материалов). Обычно частицы просеивают через ряд сетчатых фильтров различных размеров и измеряют массовую долю частиц, задержанных на каждом фильтре. Значение массовой доли частиц, измеренное на каждом фильтре, затем используют для построения кривой распределения суммарной массы. Указанную кривую получают путем построения графика зависимости размера частиц от процента добавленной массы частиц, размер которых меньше размера частиц, удержанных на следующем фильтре наибольшего размера. Из кривой распределения суммарной массы определяют среднее значение диаметра частиц, определяемое как размер частиц, который соответствует 50% от суммарной массы. Подробно построение такой кривой описано в статье Terrence Allen «Methods of Presenting Size Analysis Data» в журнале «Particle Size Measurement», стр.153-156, 4-е издание (1990).
Углерод
Иллюстративные порошковые экзотермические композиции в варианте выполнения данного изобретения содержат один или более углеродных компонентов в концентрациях, составляющих от приблизительно 1% до приблизительно 25%, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 15% и, как вариант, от приблизительно 1% приблизительно 10% от веса композиции.
К неограничивающим примерам углерода, подходящего для использования в данном случае, относятся активированный уголь, неактивированный уголь и их смеси. Средний размер частиц углеродного компонента лежит в диапазоне от приблизительно 25 мкм до приблизительно 200 мкм и, как вариант, от приблизительно 50 мкм до приблизительно 100 мкм. Активированный уголь является особенно эффективным. Кроме того, эффективными также являются комбинации различных углеродов.
Активированный уголь имеет чрезвычайно высокую пористость внутренней структуры, придающую ему весьма высокую способность поглощения кислорода. По существу, активированный уголь, когда он увлажнен, может чрезвычайно хорошо поглощать кислород, что обеспечивает возможность действия активированного угля в качестве катализатора в окислительной реакции. При наличии материала с высокой водопоглощающей способностью, например, абсорбирующего гелеобразующего материала или вермикулита, поступление воды к углю может быть ограничено. Следовательно, важным фактором является предварительное увлажнение активированного угля перед добавлением материалов с высокой водопоглощающей способностью. Если не ограничиваться теорией, считается, что активированный уголь необходимо предварительно увлажнять вследствие его неспособности эффективно конкурировать с указанными материалами при дозированном введении концентрированного соляного раствора в порошковую предварительно приготовленную смесь. При предварительном увлажнении активированного угля происходит высвобождение поглощенного тепла, так что вода, поглощенная активированным углем, находится в низкоэнергетическом состоянии с точки зрения термодинамики и, соответственно, не мигрирует от активированного угля к материалу с высокой водопоглощающей способностью. Таким образом, активированный уголь остается увлаженным при добавлении указанного материала и может действовать в качестве катализатора для поглощения кислорода.
В дополнение к каталитическому действию активированный уголь может обладать преимуществом, которое заключается в его действии в качестве вспомогательного регулятора воды при экзотермической реакции и/или поглощении запахов, например, возникающих в результате окисления железного порошка.
К неограничивающим примерам подходящих для использования в данном изобретении углеродов относятся активированный уголь, полученный из скорлупы кокоса, дерева, древесного угля, угля, костного угля и т.п., а также их комбинации, однако эффективными также являются углероды, полученные из другого сырья, например, продуктов животноводства, природного газа, жиров, масел, смол и их комбинаций. На типы используемого активированного угла не налагается ограничений. Однако предпочтительный активированный уголь обладает хорошей способностью поглощения кислорода. Примером коммерчески доступного активированного угля является активированный уголь, поставляемый компанией MeadWestvaco, расположенной в г.Ковингтон, штат Вирджиния, США.
Кроме того, количество углерода в описанных порошковых экзотермических композициях должно быть минимальным для обеспечения максимального объема пустот между частицами. Обычно углерод представляет собой компонент, состоящий из мельчайших частиц, и его избыток может привести к заполнению углеродом объема пустот между более крупными частицами других материалов. Таким образом, количество углерода в экзотермической композиции, необходимое для образования влажного тепла, в целом значительно меньше количества углерода, используемого в обычных экзотермических композициях, вследствие относительно высокого уровня содержания гелеобразующего материала, используемого в данном случае. Соответственно, углерод в данном случае используется в основном для действия в качестве катализатора и в минимальной степени - для удерживания воды.
Низкое содержание предварительно увлажненного угля также является весьма желательным для высокоскоростного производства тепловых ячеек в соответствии с данным изобретением, поскольку низкое содержании угля обеспечивает возможность быстрого поглощения соляного раствора предварительно приготовленной смесью. При высоком содержании угля поглощение соляного раствора замедляется вследствие смачивания угля. Таким образом, низкое содержание предварительно увлажненного угля значительно повышает скорость производства тепловых ячеек, описанных в данном документе.
Абсорбирующий гелеобразующий материал
Порошковые экзотермические композиции в соответствии с данным изобретением содержат один или более абсорбирующих гелеобразующих материалов в концентрациях, составляющих от приблизительно 1% до приблизительно 25%, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 15% и, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 10% от веса композиции.
Абсорбирующий гелеобразующий материал (АГМ), подходящий для использования в данном изобретении, обеспечивает возможность удерживания воды в предложенных порошковых экзотермических композициях физическим или химическим способом. В частности, назначение абсорбирующего гелеобразующего материала заключается в аккумулировании воды для ее высвобождения, а также высвобождения воды управляемым способом. Во время нагревания аккумулированная вода высвобождается из АГМ и преобразуется в водяной пар вследствие поглощения тепла с накоплением, таким образом, тепловой энергии в форме скрытой теплоты парообразования в водяном паре. Кроме того, часть аккумулированной воды может использоваться для поддержания уровня влажности активированного угля. Благодаря аккумулированию избытка воды в АГМ, а не в объеме пустот между частицами, экзотермическая композиция в тепловой ячейке может быстро окислять железо и создавать внутреннюю температуру, достаточно высокую для обеспечения образования водяного пара из воды, аккумулированной в АГМ. Вследствие высокой способности АГМ к удерживанию воды экзотермическая композиция в тепловой ячейке сохраняет химически высокоактивное состояние на протяжении длительного периода времени. Если не ограничиваться теорией, считается, что АГМ может предотвращать или сдерживать поступление жидкой воды в пустоты между частицами порошковых экзотермических композиций и/или ее удерживания в них, что содействует предотвращению «затопления» экзотермической композиции.
К неограничивающим примерам подходящих абсорбирующих гелеобразующих материалов относятся такие материалы, которые обладают свойствами поглощения текучих сред и могут образовывать гидрогели при контакте с водой. Примером такого абсорбирующего гелеобразующего материала является образующий гидрогель абсорбирующий материал на основе поликислоты, например, полиакриловой кислоты. К образующим гидрогель полимерным материалам данного типа относятся материалы, которые при контакте с жидкостями, например, с водой, впитывают такие текучие среды и таким образом образуют гидрогель. Эти особенно эффективные абсорбирующие материалы обычно содержат по существу нерастворимые в воде, слабосвязанные, частично нейтрализованные, образующие гидрогель полимерные материалы, полученные из полимеризуемых, ненасыщенных, кислотосодержащих мономеров. В таких материалах полимерный компонент, полученный из ненасыщенных кислотосодержащих мономеров, может содержать чистое гелеобразующее вещество или может быть привит к полимерным веществам других типов, например, к крахмалу или целлюлозе. К последнему типу относятся крахмальные вещества с привитой акриловой кислотой. Таким образом, к конкретным подходящим абсорбирующим гелеобразующим материалам относятся крахмал с привитым гидролизованным акрилнитрилом, крахмал с привитой акриловой кислотой, полиакрилат, сополимер на основе малеинового ангидрида и их комбинации. Полиакрилаты и крахмальные материалы с привитой акриловой кислотой являются особенно эффективными. К неограничивающим примерам коммерчески доступных полиакрилатов относятся полиакрилаты, поставляемые компанией Nippon Shokubai, расположенной в г.Чаттануга, штат Теннесси, США.
Средний размер частиц абсорбирующего гелеобразующего материала составляет от приблизительно 300 мкм до приблизительно 800 мкм, как вариант, от приблизительно 400 мкм до приблизительно 800 мкм и, как вариант, от приблизительно 500 мкм до приблизительно 800 мкм. Было показано, что абсорбирующие гелеобразующие материалы со средним размером частиц 300 мкм или более способствуют минимальной сегрегации частиц или ее отсутствию. Уменьшение явлений сегрегации обеспечивает улучшенное поддержание температуры, так что достигается благоприятное воздействие лечебного тепла без возникновения отрицательных эффектов, например, ожогов кожи. Снижение явлений сегрегации также обеспечивает возможность высокоскоростного производства устройств подачи тепла, содержащих набор тепловых ячеек и обеспечивающих создание влажного лечебного тепла в течение периода продолжительностью до пяти часов.
Как изложено выше, порошковые экзотермические композиции, описанные в данной заявке, имеют конкретные соотношения средних размеров частиц абсорбирующего материала и железного порошка. Было установлено, что экзотермические композиции, имеющие заданные соотношения выбранных средних размеров частиц указанных компонентов, демонстрируют минимальные явления сегрегации или их отсутствие, в результате чего получают экзотермические композиции, которые удовлетворяют предполагаемому характеру реакции, обеспечивающему необходимое благоприятное терапевтическое воздействие влажного тепла.
В дополнение к абсорбирующим гелеобразующим материалам предложенные порошковые экзотермические композиции могут при желании содержать другие удерживающие воду материалы, которые обладают капиллярным действием и/или гидрофильными свойствами. Эти необязательные удерживающие воду материалы могут входить в состав порошковых экзотермических композиций в концентрациях, составляющих от приблизительно 0,1% до приблизительно 25%, как вариант, от приблизительно 0,5% до приблизительно 20% и, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 15% от веса композиции. К неограничивающим примерам таких необязательных материалов относятся вермикулит, пористые силикаты, древесный порошок, древесная мука, хлопок, бумага, вещества растительного происхождения, соли карбоксиметилцеллюлозы, неорганические соли и их комбинации. Абсорбирующие гелеобразующие материалы и необязательные удерживающие воду материалы более подробно описаны в патентах США №5918590 и 5984995.
Соль металла
Порошковые экзотермические композиции в соответствии с данным изобретением содержат одну или более солей металлов в концентрациях, составляющих от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, как вариант, от приблизительно 0,5% до приблизительно 7% и, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 5% от веса композиции.
К неограничивающим примерам солей металлов, подходящих для использования в данном изобретении, относятся такие соли металлов, которые служат в качестве ускорителей реакции, предназначенных для активирования поверхности железного порошка с обеспечением содействия реакции окисления воздухом и для обеспечения электрической проводимости к экзотермической композиции с поддержанием реакции коррозии (т.е. окисления). В целом существует несколько подходящих солей щелочных, щелочноземельных и переходных металлов, которые могут использоваться по отдельности или в сочетании для поддержания реакции окисления железа.
К неограничивающим примерам подходящих солей металлов относятся сульфаты, хлориды, карбонатные соли, ацетатные соли, нитраты, нитриты и их комбинации. К конкретным неограничивающим примерам сульфатов относятся сульфат железа, сульфат калия, сульфат натрия, сульфат марганца, сульфат магния и их комбинации. К конкретным неограничивающим примерам хлоридов относятся хлористая двухвалентная медь, хлорид калия, хлорид натрия, хлорид кальция, хлорид марганца, хлорид магния, хлористая одновалентная медь и их комбинации. Особенно эффективными солями металлов являются хлористая двухвалентная медь, хлорид натрия и их комбинации. Примером коммерчески доступного хлорида натрия является хлорид натрия, поставляемый компанией Mortan Salt, расположенной в г.Чикаго, штат Иллинойс, США.
Вода
Порошковые экзотермические композиции в соответствии с данным изобретением содержат воду в концентрациях, составляющих от приблизительно 1% до приблизительно 50%, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 35% и, как вариант, от приблизительно 5% до приблизительно 33% от веса композиции. Подходящая для данного изобретения вода может быть получена из любого соответствующего источника, к неограничивающим примерам которых относятся водопроводная вода, дистиллированная вода, деионизированная вода или любые их смеси.
Известно, что тепловые характеристики экзотермических тепловых ячеек весьма чувствительны к уровню влажности, причем малое количество воды обеспечивает реакцию в течение лишь малого времени, а слишком большое количество воды замедляет требуемое нагревание и/или «затапливает» тепловую ячейку и прекращает реакцию. В приспособлении для создания влажного тепла эта проблема становится еще острее, поскольку для создания водяного пара с влажным теплом необходимо обеспечить подачу воды. Однако было установлено, что порошковые экзотермические композиции с промежуточными пустотами, образованными вследствие выбора размера и распределения размера частиц железа и АГМ в соответствии с данным изобретением, обеспечивают тепловые ячейки, которые не только высоко эффективны в создании больших количеств водяного пара, превосходящих величину 0,25 г водяного пара на тепловую ячейку за все время реакции, но также обеспечивают ускоренное начальное нагревание для быстрого достижения требуемых температур. Это достигается путем обеспечения необходимого массового соотношения воды и абсорбирующего гелеобразующего материала, при котором порошковые композиции обладают высокой способностью удерживания внутренней воды (предпочтительно при действии АГМ в качестве основного аккумулятора воды) и имеют большие объемы промежуточных пустот между частицами. Массовое соотношение воды и абсорбирующего гелеобразующего материала в предложенных порошковых экзотермических композициях составляет от приблизительно 3:1 до приблизительно 9:1 и, как вариант, от приблизительно 4:1 до приблизительно 7:1 по весу композиции.
Предложенные композиции могут содержать большое количество воды и при этом могут быть выполнены с тепловыми ячейками, имеющими более низкую массу по сравнению с существующими тепловыми ячейками. Таким образом, предложенные порошковые экзотермические композиции используются более эффективно при высокой концентрации воды, при этом для получения требуемого количества водяного пара в течение заданного времени требуется меньшее количество композиции.
Необязательные компоненты
Экзотермические композиции в соответствии с данным изобретением могут дополнительно содержать один или более необязательных известных или иным образом эффективных для использования в экзотермических композициях компонентов при условии, что указанные необязательные компоненты физически и химически совместимы с описанными выше композиционными компонентами или же не ухудшают чрезмерно устойчивость продукта, его эстетические или эксплуатационные характеристики.
К необязательным компонентам, подходящим для использования в данном изобретении, относятся такие материалы, как агломерационные вспомогательные средства для агломерации частиц, к неограничивающим примерам которых относятся кукурузная патока, солодовая патока, патока из кристаллизующегося сорбита и патока из аморфного сорбита; сухие связующие вещества, к неограничивающим примерам которых относятся микрокристаллическая целлюлоза, мелкодисперсная целлюлоза, мальтодекстрин, аэрозольная лактоза, сокристаллизованные сахароза и декстрин, модифицированная декстроза, маннит, предварительно желатинизированный крахмал, дикальцийфосфат и карбонат кальция; усилители реакции окисления, к неограничивающим примерам которых относятся элементарный хром, марганец, медь и соединения, содержащие указанные элементы; ингибиторы углеводородного газа, к неограничивающим примерам которых относятся неорганические и органические щелочные соединения, и щелочные соли слабой кислоты, конкретными неограничивающими примерами которых являются тиосульфат натрия, сульфит натрия, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, гидроксид кальция, карбонат кальция и пропионат натрия; наполнители, к неограничивающим примерам которых относятся фрагменты природной целлюлозы, в том числе древесная пыль, хлопковый линтер и целлюлоза, синтетические волокна во фрагментированном виде, в том числе волокна полиэстера, вспененные синтетические смолы, например, вспененный полистирол и полиуретан, неорганические соединения, в том числе кварцевый порошок, пористый силикагель, сульфат натрия, сульфат бария, окиси железа и алюминия; предотвращающие слеживание агенты, к неограничивающим примерам которых относятся трикальцийфосфат и силикоалюминат натрия, а также их смеси.
К таким компонентам также относятся загустители, неограничивающими примерами которых являются кукурузный крахмал, картофельный крахмал, карбоксиметилцелюллоза и альфа-крахмал, и поверхностно-активные вещества, неограничивающими примерами которых являются анионные, катионные, неионные, цвиттер-ионные и амфотерные поверхностно-активные вещества. При необходимости в описанные композиции или устройства могут быть введены другие необязательные компоненты, в том числе наполнители, к неограничивающим примерам которых относятся метасиликаты, цирконий и керамические материалы, а также их смеси. Необязательные компоненты могут быть введены в порошковые экзотермические композиции в концентрациях, составляющих от приблизительно 0,01% до приблизительно 35% и, как вариант, от приблизительно 0,1% до приблизительно 30% от веса композиции.
Для обеспечения реакции окисления требуется кислород. Однако в иллюстративных вариантах выполнения, представленных в данном документе, внутренний источник кислорода не требуется. Как вариант, в других вариантах выполнения, находящихся в рамках объема изобретения, в порошковую экзотермическую композицию во время ее приготовления может быть введено химическое вещество, выделяющее кислород. К неограничивающим примерам источников кислорода, подходящих для использования в данном изобретении, относятся воздух и искусственно полученный кислород различной чистоты. Воздух является особенно эффективным вследствие удобства его использования и дешевизны.
Тепловые ячейки
Тепловые ячейки секции создания водяного пара в соответствии с данным изобретением могут содержать порошковые экзотермические композиции, в которых для обеспечения источника водяного пара используется экзотермическая реакция окисления железа. Тепловая ячейка, содержащая порошковую экзотермическую композицию и используемая в качестве источника водяного пара для подачи влажного тепла, должна содержать экзотермическую композицию, способную оставаться химически высокоактивной даже при большом содержании воды. Большое содержание воды обеспечивает высокую скорость создания водяного пара в течение длительного периода времени. Порошковая экзотермическая композиция обеспечивает быстрое создание водяного пара, когда она встроена в секцию создания водяного папа портативного устройства подачи влажного тепла. Указанная секция сообщается с секцией регулирования водяного пара-воздуха, которая регулирует температуру точки росы водяного пара с получением предварительно выбранной температуры путем регулирования соотношения водяного пара и воздуха в смеси водяной пар-воздух. При использовании человеком предварительно выбранная температура точки росы предпочтительно является температурой, не наносящей вред ткани пользователя.
Предложенные экзотермические композиции являются порошковыми экзотермическими композициями. Используемый в данном документе термин «порошковый» относится к отдельным частицам, содержащимся в указанных композициях. Описанные в данном документе порошковые экзотермические композиции содержат отдельные частицы, причем средний размер каждой частицы изменяется в диапазоне от приблизительно 25 мкм до приблизительно 800 мкм. Разброс величин размеров частиц является предпочтительным для получения композиции с промежуточными пустотами.
В иллюстративном варианте выполнения экзотермическая композиция подготавливается путем предварительного приготовления смеси увлажненного углеродистого железа и АГМ, которая затем обрабатывается концентрированным соляным раствором. В одном иллюстративном варианте выполнения указанная композиция содержит железный порошок в количестве от приблизительно 10% до приблизительно 90% по весу, уголь, выбранный из группы, в которую входят активированный уголь, неактивированный уголь или их смеси, в количестве от приблизительно 1% до приблизительно 25% по весу, абсорбирующий гелеобразующий материал в количестве от приблизительно 1% до приблизительно 25% или, как вариант, от приблизительно 2% до приблизительно 12% по весу и воду в количестве от приблизительно 1% до приблизительно 50%, как вариант, от приблизительно 1% до приблизительно 35% или, как вариант, от приблизительно 15% до приблизительно 35% по весу. Одна иллюстративная тепловая ячейка в соответствии с данным изобретением может содержать предварительно приготовленную смесь в количестве от приблизительно 0,4 г до приблизительно 2,5 г на ячейку и концентрированный соляной раствор в количестве от приблизительно 0,4 г до приблизительно 1,5 г на ячейку. Полная масса одной предложенной тепловой ячейки может составлять от приблизительно 0,8 г до приблизительно 10,0 г, как вариант, от приблизительно 1,5 г до приблизительно 3,5 г и, как вариант, от приблизительно 2,5 г до приблизительно 3,0 г. В иллюстративном варианте выполнения устройства подачи влажного тепла для создания указанного устройства может использоваться набор тепловых ячеек.
Как изложено выше, выбор размера частиц порошковых компонентов, в частности, железа и АГМ экзотермических композиций, является важным для сведения к минимуму разделения или сегрегации частиц в указанной композиции. Размер частиц непосредственно влияет на их подвижность, при этом может изменяться подвижность порошковых компонентов, в результате чего возникает разделение или сегрегация частиц. Описанные в данном документе экзотермические композиции предпочтительно содержат порошковые компоненты, имеющие заданные диапазоны средних размеров частиц, так что предотвращается разделение или сегрегация частиц в указанной композиции. Однако предполагается, что порошковые компоненты, диапазоны средних размеров частиц которых выходят за верхнюю или нижнюю границу указанных в данном документе диапазонов, являются пригодными для использования в описанных экзотермических композициях.
Предложенные тепловые ячейки являются небольшими по сравнению с большинством обычных коммерческих тепловых ячеек, так как выбор размера частиц сводит к минимуму необходимость в избыточных количествах экзотермической композиции для компенсации явлений сегрегации частиц. Как описано выше, в предложенной порошковой экзотермической композиции явления сегрегации частиц сокращены благодаря использованию конкретного соотношения железного порошка и абсорбирующего гелеобразующего материала. Кроме того, без ограничения теорией, предполагается, что скорость реакции окисления таких экзотермических композиций регулируется пористостью композиции. Возможность прохождения кислорода через порошковую экзотермическую композицию определяется характером упаковки частиц, т.е. объемом промежуточных пустот, а также количеством воды, присутствующей в указанной композиции. Характер упаковки частиц по меньшей мере частично определяется относительными размерами частиц и распределением размеров частиц.
В иллюстративном варианте выполнения тепловая ячейка выполнена в виде единой структуры, содержащей по меньшей мере две противолежащие поверхности: предпочтительно одну воздухонепроницаемую и влагонепроницаемую поверхность, например, пленочный материал-подложку, и одну вентилируемую поверхность, обладающую высокой воздухопроницаемостью и влагопроницаемостью, например, полимерный нетканый материал. Для направления водяного пара к коже воздухо- и влагопроницаемая сторона тепловой ячейки обращена к стороне передачи скрытой теплоты устройства подачи влажного тепла. В одном варианте выполнения указанная проницаемая поверхность расположена между тепловой ячейкой и секцией регулирования водяного пара-воздуха указанного устройства, а указанная секция расположена между тепловой ячейкой и поверхностью передачи скрытой теплоты. По существу воздухонепроницаемая поверхность может быть либо внешней поверхностью, либо поверхностью, ориентированной проксимально к внешней поверхности.
Равномерное нагревание и образование водяного пара может быть получено путем использования набора тепловых ячеек. Также при использовании набора тепловых ячеек может быть уменьшен размер отдельной ячейки. Относительно небольшой размер тепловых ячеек, а также их разнесение в предложенном устройстве обеспечивает возможность равномерного прохождения воздуха к тепловым ячейкам. Кроме того, образование водяного пара может регулироваться количеством и разнесением используемых тепловых ячеек. В качестве неограничивающего примера, в одном иллюстративном варианте, где, например, имеется два портативных устройства подачи тепла одинакового размера и состава (например, устройства, одинаковые во всех отношениях, за исключением количества тепловых ячеек и промежутков между ними), скорость образования водяного пара в устройстве с 24 тепловыми ячейками превышала скорость образования водяного пара в устройстве с 12 тепловыми ячейками меньше чем в два раза, однако время работы было в четыре раза больше. Без ограничения теорией, предполагается, что нелинейная зависимость между образованием водяного пара и его продолжительностью определяется фиксированной площадью поверхности устройства, через которую может проходить воздух. Соответственно, скорость реакции, скорость образования пара и продолжительность создания тепла могут контролироваться с помощью количества используемых тепловых ячеек и их разнесения в пределах заданной площади.
Вентилируемая поверхность
Вентилируемая поверхность тепловых элементов может выполнять двойную функцию: проводить воздух к порошковой экзотермической композиции в секции создания водяного пара и предотвращать вытекание указанной композиции из тепловой ячейки, а также образовывать слой смеси водяной пар-воздух, являющийся компонентом секции регулирования водяного пара-воздуха. Вентилируемая поверхность влияет на регулирование смешивания водяного пара и воздуха, особенно при использовании устройства в вертикальном положении относительно кожи, поскольку в иллюстративном варианте выполнения вентилируемая поверхность обращена к коже. Таким образом, изменение вентилируемой поверхности, обращенной к коже, может использоваться для регулирования количества воздуха, смешиваемого с создаваемым водяным паром, для содействия понижению температуры точки росы смеси водяной пар-воздух. Однако вследствие высокой воздухопроницаемости вентилируемой поверхности она не оказывает ограничивающего действия на скорость реакции и, в частности, на скорость образования водяного пара в устройстве.
2
2
2
2
Вентилируемая поверхность тепловых ячеек может быть выполнена из SMMS (спанбонд-мелтблаун-мелтблаун-спанбонд) материала, SMS (спанбонд-мелтблаун-спанбонд) материала, спанбонд материала, мелтблаун материала, сетки тканого материала и их комбинаций, массовая плотность которых может изменяться от приблизительно 15 г/м до приблизительно 90 г/м и, как вариант, от приблизительно 15 г/м до приблизительно 76 г/м. В SMMS материале «S» слои структуры обеспечивают прочность и поступление воздуха, тогда как два «М» слоя выполнены из волокон более высоких номеров, которые служат для предотвращения просачивания более мелких частиц угля из ячеек. К неограничивающим примерам подходящих материалов, используемых для слоя SMMS материала, относятся полипропилен, полиэтилен, полиэстер или другие подходящие полимерные материалы, известные специалистам в данной области техники.
3
2
2
Воздухопроницаемость вентилируемой поверхности тепловых ячеек может превышать приблизительно 25 см/см/с, а ее скорость проницаемости водяных паров может превышать приблизительно 5000 г/м/сутки. Толщина вентилируемой поверхности может составлять от приблизительно 0,05 мм до приблизительно 1 мм, как вариант, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 0,8 мм и, как вариант, приблизительно 0,4 мм.
Противолежащая поверхность тепловой ячейки
Противолежащая, непроницаемая или полупроницаемая для воздуха/влаги поверхность тепловой ячейки может быть выполнена из пленок или пленок, нанесенных на нетканые материалы с образованием подложки с пленочным слоем. В целом, подходящими пленками являются пленки, которые обладают способностью к термосклеиванию и могут легко плавиться под действием тепла. Нетканые материалы, в случае их использования, обеспечивают опору и целостность подложкам с пленочным слоем. К неограничивающим примерам подходящих пленок относятся полиэтилен, полипропилен, нейлон, полиэстер, поливинилхлорид, винилиденхлорид, поливинилиденхлорид, полиуретан, полистирол, сополимер омыленного этилена и винилацетата, сополимер этилена и винилацетата, природный каучук, регенерированный каучук и синтетический каучук, а также их комбинации. Толщина указанной подложки лежит в диапазоне от приблизительно 1 мкм до приблизительно 300 мкм, причем проницаемость подложки для воздуха и влаги может изменяться от полной непроницаемости до полупроницаемости. В случае использования нетканых материалов подходящими являются материалы, предпочтительными особенностями которых являются малый вес и высокая прочность на растяжение, например, нейлон, вискоза, целлюлоза, производные поливинила, полиолефины, полиамиды или полиэстеры.
2
2
Неограничивающим примером предпочтительного нетканого материала является ламинированная SMMS структура с массовой плотностью от приблизительно 15 г/м до приблизительно 100 г/м. Такие нетканые материалы в целом описаны в Riedel «Nonwoven Bonding Methods and Materials)), Nonwoven World (1987). Примером коммерчески доступного нетканого полотна является материал № W502FWH, серийно выпускаемый компанией FQN (First Quality Nonwoven), расположенной в г.Haxle Township, штат Пенсильвания, США.
К неограничивающим примерам подходящих пленочных подложек относятся полипропиленовые нетканые полотна, нанесенные на пленку из поли(этиленвинилацетата) или полиэтилена низкой плотности (ПЭНП) толщиной от приблизительно 5 мкм до приблизительно 100 мкм. Примером коммерчески доступной пленки из полипропилена/этиленвинилацетата является материал № DH245, серийно выпускаемый компанией Clopay Plastic, г.Цинциннати, штат Огайо, США.
Тепловая ячейка может быть выполнена путем склеивания противоположных поверхностей материала с вентилируемой поверхностью и непроницаемой/полупроницаемой пленки по периферии с образованием в результате мешка, конверта или кармана. Карманы также могут быть выполнены в непроницаемой/полупроницаемой для воздуха и влаги подложке с помощью вакуума, путем горячего формования, механического тиснения, вакуумного тиснения или другими приемлемыми способами. Для использования в данном изобретении предпочтительным является способ горячего формования, описанный в «Termoforming», The Wiley Encyclopedia of Packing Technology, стр.669-675, 1986, Marilyn Bakker, Ed.
При заполнении порошковой экзотермической композицией каждая тепловая ячейка имеет объем заполнения, объем пустот и объем ячейки. Выражение «объем заполнения», используемое в данном документе, обозначает объем порошковой композиции в заполненной тепловой ячейке. Выражение «объем пустот», используемое в данном документе, означает объем ячейки, оставшийся незаполненным порошковой композицией в готовой тепловой ячейке, измеренный при отсутствии перепада давления в ячейке и дополнительного растягивания или деформации материалов подложки. Выражение «объем ячейки», используемое в данном документе, означает сумму объема заполнения и объема пустот тепловой ячейки. Соотношение объема заполнения и объема ячейки составляет от приблизительно 0,7 до приблизительно 1, как вариант, от приблизительно 0,75 до приблизительно 1, как вариант, от приблизительно 0,8 до приблизительно 1, как вариант, от приблизительно 0,85 до приблизительно 1 и, как вариант, от приблизительно 0,9 до приблизительно 1.
Тепловая ячейка также может быть измерена с точки зрения ее высоты или толщины в точке максимальной толщины. В иллюстративном варианте выполнения толщина тепловых ячеек в точке максимальной толщины составляет от более чем приблизительно 0,2 см до приблизительно 1 см, предпочтительно от более чем приблизительно 0,3 см до приблизительно 0,9 см, как вариант, от более чем приблизительно 0,4 см до приблизительно 0,8 см и, как вариант, от более чем приблизительно 0,5 см до приблизительно 0,7 см.
3
3
3
3
Готовая тепловая ячейка может иметь любую геометрическую форму, например, форму диска, треугольника, пирамиды, конуса, сферы, квадрата, куба, прямоугольника, прямоугольного параллелепипеда, цилиндра, эллипсоида и т.п. Тепловая ячейка может иметь удлиненную форму с продольной осью, проходящей параллельно подложкам, и иметь высоту от приблизительно 0,2 см до приблизительно 5 см, как вариант, от более чем приблизительно 0,5 см до приблизительно 1 см, ширину от приблизительно 0,2 см до приблизительно 20 см, как вариант, от приблизительно 5 см до приблизительно 10 см и длину от приблизительно 1 см до приблизительно 20 см, как вариант, от приблизительно 5 см до приблизительно 10 см, в результате чего получается ячейка объемом от приблизительно 0,4 см до приблизительно 30 см и, как вариант, от приблизительно 1,25 см до приблизительно 10 см.
3
3
3
3
Как вариант, ячейка может быть выполнена в форме диска диаметром от приблизительно 0,2 см до приблизительно 5 см, от приблизительно 1 см до приблизительно 4 см, как вариант, от приблизительно 2 см до приблизительно 3 см и высотой от приблизительно 0,2 см до приблизительно 1 см, как вариант, от приблизительно 0,3 см до приблизительно 0,9 см, как вариант, от приблизительно 0,4 см до приблизительно 0,8 см и, как вариант, от приблизительно 0,5 см до приблизительно 0,7 см, в результате чего получается ячейка объемом от приблизительно 0,0045 см до приблизительно 20 см и, как вариант, от приблизительно 0,2 см до приблизительно 1 см.
2
2
2
2
2
2
Площадь плоской поверхности тепловой ячейки может составлять от приблизительно 0,03 см до приблизительно 20 см, как вариант, от приблизительно 0,1 см до приблизительно 20 см и, как вариант, от приблизительно 1 см до приблизительно 20 см на ячейку. Тепловые ячейки с указанным значением площади на ячейку легко встраиваются в гибкие устройства, которые обеспечивают улучшенное соответствие формам тела, равномерное единообразное прогревание целевого участка и повышают удобство пользователя.
Масса предварительно приготовленной смеси в тепловой ячейке может составлять от приблизительно 0,4 г до приблизительно 0, 25 г на ячейку, как вариант, от приблизительно 1 г до приблизительно 2,4 г на ячейку и, как вариант, от приблизительно 1,5 г до приблизительно 2,3 г на ячейку. Тепловые ячейки с указанным значением массы предварительно приготовленной смеси на ячейку легко встраиваются в гибкие устройства, которые обеспечивают улучшенное соответствие формам тела, равномерное единообразное прогревание целевого участка и повышают удобство пользователя.
В одном иллюстративном варианте выполнения устройства подачи влажного тепла используется набор тепловых ячеек. Все указанные ячейки могут представлять собой генераторы влажного тепла или компонент генератора влажного тепла либо, как вариант, часть тепловых ячеек может быть генераторами влажного тепла или компонентом генератора влажного тепла, используемым в комбинации с ячейками сухого тепла.
В иллюстративной подающей влажное тепло повязке, содержащей одно или более устройств подачи влажного тепла, в которых источник водяного пара встроен в тепловые ячейки, планарная площадь указанного источника может составлять от приблизительно 25% до приблизительно 90%, как вариант, от приблизительно 25% до приблизительно 75% и, как вариант, от приблизительно 25% до приблизительно 60% от общей планарной площади повязки.
Секция регулирования водяного пара-воздуха
Предложенное устройство подачи влажного тепла содержит, как изложено выше, секцию создания водяного пара. Указанная секция предпочтительно выборочно направляет водяной пар к секции регулирования водяного пара-воздуха. Как описано выше в иллюстративном варианте выполнения, это может быть достигнуто с помощью расположения проницаемой пленки на одной стороне устройства создания водяного пара и расположения непроницаемой пленки на другой его стороне. Секция регулирования водяного пара-воздуха обеспечивает регулирование температуры точки росы. Секция создания водяного пара проточно сообщается с указанной секцией регулирования и понижает температуру точки росы смеси водяной пар-воздух, выходящей из устройства, до безопасной температуры для подачи скрытой теплоты к конечному пользователю. В описанных вариантах выполнения проточное сообщение достигается с помощью проницаемого материала, такого как пленка или другой проницаемый материал. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для облегчения проточного сообщения также могут использоваться другие средства, обеспечивающие проточное сообщение, например, каналы или отверстия.
При желании секция регулирования может направлять водяной пар, образующийся в секции создания водяного пара, к поверхности передачи скрытой теплоты и наконец - к пользовательскому объекту. В случае использования для терапевтических и косметических задач это означает подачу к поверхности тела пользователя. Предпочтительно поверхность передачи скрытой теплоты либо удобно удерживается на коже пользователя, либо, как вариант, удерживается очень близко к коже при регулируемой и заданной величине зазора между указанной поверхностью и кожей. Соответственно, устройство подачи влажного тепла может удерживаться на месте путем прикрепления к коже клеящим веществом или, как вариант, помещено в держатель, например, карман, повязку или фасонное средство, которое удерживается на месте по меньшей мере частично благодаря соответствию контуру поверхности тела. Указанный держатель может удерживать секцию создания водяного пара и/или секцию регулирования водяного пара-воздуха на месте вплотную к требуемой части тела. В одном иллюстративном варианте выполнения секция регулирования водяного пара-воздуха или, как вариант, ее часть входит в состав конструкции держателя. Держатель может представлять собой одноразовый или многоразовый держатель, при этом он может удерживаться на месте с помощью любых из разнообразных известных средств, к которым относятся, но без ограничения этим, клеящие вещества, крепежные средства, соединения, замковые элементы, кнопки, защелки или их комбинации.
В иллюстративном варианте выполнения секция регулирования водяного пара-воздуха может содержать по меньшей мере один слой смешивания водяного пара-воздуха и по меньшей мере один слой распределения водяного пара-воздуха. Указанные слои расположены так, что водяной пар и воздух могут проходить между ними и секцией создания водяного пара. Секция регулирования также может способствовать равномерному прохождению воздуха в секцию создания водяного пара и равномерному выходу из нее водяного пара, в частности, при использовании устройства в условиях его сжатия. Для сведения к минимуму влияния сжимающего усилия желательно использовать слой смешивания водяного пара-воздуха, устойчивый к воздействию усилию сжатия. Примером такого материала является иглопробивной нетканый материал. Кроме того, секция регулирования водяного пара-воздуха может содержать одну или более поверхностей передачи скрытой теплоты. Указанная поверхность может быть по существу поверхностью части секции регулирования или, как вариант, сдержать слой или слои материала.
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
2
Воздухопроницаемость секции регулирования, содержащей слой смешивания водяного пара-воздуха, слой распределения водяного пара-воздуха и поверхность передачи скрытой теплоты, составляет от приблизительно 25 см/см/с до приблизительно 8000 см/см/с, как вариант, от приблизительно 300 см/см/с до приблизительно 8000 см/см/с и, как вариант, от приблизительно 500 см/см/с до приблизительно 7000 см/см/с при измерении по способу №D737 стандарта ASTM. Скорость проницаемости водяных паров секции регулирования составляет от приблизительно 500 г/м/сутки до приблизительно 2500 г/м/сутки, как вариант, от приблизительно 1000 г/м/сутки до приблизительно 2000 г/м/сутки и, в частности, превышает приблизительно 1400 г/м/сутки при измерении по способу №Е96 стандарта ASTM. В иллюстративном варианте выполнения секция регулирования водяного пара-воздуха может содержать один или более слоев смешивания водяного пара-воздуха и один или более слоев распределения водяного пара-воздуха.
В одном иллюстративном варианте выполнения особенно эффективным является использование одного слоя распределения водяного пара-воздуха и одного слоя смешивания водяного пара-воздуха. В этом варианте выполнения устройство подачи влажного тепла встроено в повязку и/или прокладку для подачи влажного тепла. Особенно важно скрепить повязку или прокладку по периферии термосвариванием с обеспечением герметизации периферии указанного одного слоя распределения и одного слоя смешивания в пределах периферии повязанной прокладки. В предпочтительном варианте выполнения слой распределения водяного пара-воздуха выполнен из вспененного материала, в котором основной материал пены по существу является непроницаемым для воздуха и водяного пара, однако имеет каналы и/или отверстия, обеспечивающие возможность прохождения воздуха и/или водяного пара. Указанный слой распределения, содержащий перфорированный вспененный слой, теплоизолированный по периферии, ограничивает поступление воздуха внутрь подающей влажное тепло повязки. В результате размер и количество отверстий и/или каналов в указанном слое обеспечивают регулирование устройства путем предоставления достаточного количества воздуха для образования водяного пара с одновременной возможностью легкого выведения выходящего водяного пара из повязки к коже и регулированием тем самым скорости реакции и, следовательно, количества создаваемого водяного пара. При регулировании количества создаваемого водяного пара секция регулирования водяного пара, входящая в состав повязки, может быть упрощена. Кроме того, в вариантах выполнения, в которых используются тепловые ячейки, регулирование количества воздуха, необходимого для реакции, также способствует контролю нагрева тепловых ячеек, так что указанные ячейки не нагреваются до чрезмерно высокой температуры. В одном иллюстративном варианте выполнения для обеспечения как высокой характеристики производства и переноса влажного тепла, так и безопасного ручного обращения с заменяемой подающей влажное тепло прокладкой для ее удаления из воздухонепроницаемой упаковки, которая обеспечивает приведение в действие и установку в многоразовую тепловую повязку или держатель, требуется лишь один слой пены толщиной 1/32 дюйма (0,08 см). Тонкая подающая влажное тепло прокладка, удобная в обращении, является желательной для использования в подающей влажное тепло повязке или другом устройстве подачи влажного тепла с ограниченным сроком пользования, поскольку при этом обеспечивается возможность безопасного обращения с указанной одноразовой прокладкой и удобного повторного использования части повязки.
В одном иллюстративном варианте выполнения особенно эффективным является использование двух слоев смешивания водяного пара-воздуха и двух слоев распределения водяного пара-воздуха, расположенных с чередованием, при этом первый слой смешивания расположен смежно с секцией создания водяного пара. Как вариант, указанный слой распределения может быть расположен смежно с секцией создания водяного пара. При желании, как изложено выше, слой смешивания также может быть выполнен за одно целое с указанной секцией.
Предложенное устройство выполнено с обеспечением возможности работы экзотермического источника водяного пара при высокой температуре, составляющей от приблизительно 50°C до приблизительно 70°C, для обеспечения максимального производства водяного пара с одновременной подачей пользователю скрытой теплоты и влаги при температуре, выбранной для случая использования человеком. В случае использования человеком указанная выбранная температура обычно является температурой, при которой не наносится вред коже. Поскольку водяной пар и конденсация водяного пара с высвобождением скрытой теплоты являются важными факторами для переноса энергии в устройстве подачи влажного тепла, то в предпочтительном варианте выполнения указанного устройства предварительно выбранная температура является температурой точки росы смеси водяной пар-воздух, находящейся вблизи поверхности передачи скрытой теплоты. В иллюстративном варианте выполнения для использования человеком температура точки росы может составлять приблизительно 45°C, или, как вариант, приблизительно 43°C, или, как вариант, приблизительно 40°C, где выражение «приблизительно» означает включение значений температуры в пределах ±1°C или, как вариант, ±2°C. Таким образом, устройство обеспечивает защиту пользователя от теплового повреждения и поддерживает идеальные условия для создания водяного пара, который аккумулирует и затем высвобождает тепловую энергию.
Заявителями было неожиданно обнаружено, что температуры точки росы, превышающие приблизительно 43°C, могут использоваться в некоторых случаях без нанесения вреда ткани пользователя. Без ограничения теорией считается, что это возможно, поскольку достаточное количество энергии скрытой теплоты, подаваемое к телу пользователя, стимулирует циркуляцию и способствует рассеиванию тепловой энергии с обеспечением предотвращения повреждений. Как вариант, конструкция повязки может изменять время контакта водяного пара с кожей так, что указанное время является недостаточным для конденсации всего водяного пара, в результате чего снижается перенос энергии к коже.
В иллюстративном варианте выполнения безопасность водяного пара при контакте с кожей обеспечивается путем регулирования смеси водяного пара и воздуха до получения соотношения водяного пара и сухого воздуха, не превышающего приблизительно 0,085 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,042 кг водяного пара/кг сухого воздуха). При регулировании соотношения водяного пара и воздуха водяной пар в смеси водяной пар-воздух конденсируется при температуре точки росы, так что тепло может быть оптимально и безопасно перенесено к коже пользователя без риска получения термического ожога. Используемое в данном документе выражение «сухой воздух» относится к воздуху без существенного содержания воды.
В данное описание включен иллюстративный вариант выполнения, в котором используются две пары слоев смешивания водяного пара-воздуха и две пары слоев распределения водяного пара-воздуха. Однако специалисту должно быть понятно, что при реализации изобретения также могут использоваться один или несколько, то есть два или более слоев смешивания и один или несколько, то есть два или более слоев распределения или некоторая их комбинация. В вариантах выполнения, содержащих несколько слоев смешивания и/или слоев распределения, для создания подходящих тепловых условий и условий для смешивания воздуха может быть желательным согласование расположения, толщины, воздухопроницаемости и скорости проницаемости водяных паров каждого слоя и/или типа материала.
В одном иллюстративном варианте выполнения соотношение водяного пара и сухого воздуха может регулироваться путем использования одной или более продольных полос, расположенных параллельно ряду из нескольких тепловых ячеек. Данная полоса (полосы) может действовать в качестве части секции регулирования водяного пара-воздуха. В соответствии с упрощенным схематическим изображением на фиг.2 в иллюстративном варианте выполнения тепловые ячейки 50 расположены рядами на корпусе повязки 52. Каждый ряд тепловых ячеек 50 в продольном направлении покрыт полосой 54 из вспененного материала с образованием воздушных каналов 56. Предпочтительно в устройстве подачи влажного тепла полоса 54 расположена между тепловыми ячейками 50 и поверхностью передачи скрытой теплоты. Указанные продольные полосы могут служить для создания воздушного промежутка, параллельного ряду из нескольких тепловых ячеек. Указанный воздушный промежуток может способствовать равномерному прохождению воздуха в секцию создания водяного пара, а также смешиванию водяного пара и воздуха. Высота продольных полос может быть отрегулирована так, что соотношение водяного пара и воздуха составляет менее 0,085 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,042 кг водяного пара/кг сухого воздуха) и, как вариант, менее 0,060 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,027 кг водяного пара/кг сухого воздуха). Без ограничения теорией считается, что полоса, расположенная поверх набора тепловых ячеек, обеспечивает возможность их совместного действия и/или воздействия на них. Нет необходимости в группировании и/или расположении в ряды всех тепловых ячеек и их покрытии полосой. В некоторых вариантах выполнения полосой может быть покрыт лишь один ряд или группа либо часть рядов или группы тепловых ячеек.
Слой смешивания водяного пара-воздуха
2
2
2
2
В одном иллюстративном варианте выполнения указанный по меньшей мере один слой смешивания водяного пара-воздуха может содержать вентилируемую структуру с плотностью от приблизительно 18 г/м до приблизительно 430 г/м и, как вариант, от приблизительно 50 г/м до приблизительно 150 г/м. Толщина указанного по меньшей мере одного слоя, измеренная каверномером по способу №D5729 стандарта ASTM, может составлять от приблизительно 1 мм до приблизительно 19 мм, как вариант, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 4 мм, как вариант, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 5 мм и, как вариант, от приблизительно 1 мм до приблизительно 4 мм.
К неограничивающим примерам материалов, подходящих для слоя смешивания водяного пара-воздуха, относятся тканые материалы; нетканые материалы, в том числе полотна, полученные способами гидравлического и аэродинамического холстоформирования, точечного скрепления, иглопробивания, и термически соединенные нетканые материалы; материи; полиэтилен; полипропилен; полиэстер; древесное волокно; вискоза; материалы на основе растительных волокон, в том числе целлюлоза, шерсть, шелк, джут, конопля, хлопок, лен, сизаль, рами; и их комбинации.
3
2
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
Воздухопроницаемость указанного по меньшей мере одного слоя смешивания, измеренная по способу №D737 стандарта ASTM, составляет от приблизительно 400 см/см/с до приблизительно 17000 см/см/с и, как вариант, от приблизительно 1000 см/см/с до приблизительно 1500 см/см/с, а скорость проницаемости водяных паров, измеренная по способу №Е96 стандарта ASTM, составляет от приблизительно 5000 г/м/сутки до приблизительно 7000 г/м/ сутки и, как вариант, от приблизительно 5500 г/м/ сутки до приблизительно 6500 г/м/ сутки.
Слой распределения водяного пара-воздуха
2
2
2
2
2
2
В одном иллюстративном варианте выполнения указанный по меньшей мере один слой распределения водяного пара-воздуха может содержать слой изоляционного материала, толщина которого, измеренная каверномером по способу №D5729 стандарта ASTM, составляет от приблизительно 1 мм до приблизительно 13 мм, как вариант, от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 6 мм и, как вариант, от приблизительно 1 мм до приблизительно 2 мм. Плотность указанного по меньшей мере одного слоя, измеренная по способу №D3776 стандарта ASTM, может составлять от приблизительно 5 г/м до приблизительно 430 г/м, как вариант, от приблизительно 5 г/м до приблизительно 50 г/м и, как вариант, от приблизительно 5 г/м до приблизительно 25 г/м. Материал указанного слоя является по существу воздухо- и влагонепроницаемым и может оказывать сопротивление сжатию.
К неограничивающим примерам материалов, подходящих для слоя распределения водяного пара-воздуха, относятся вспененный материал на основе полиэтилена, полипропилена, полиэстера, полистирола, полиуретана, полотно из вспененной пластмассы, пластмассовая пленка, фольга, фольговый ламинат, бумага, нетканый материал, поропласт, стекловата, стекловолокно и их комбинации.
3
2
2
3
3
Воздухопроницаемость указанного воздухо- и влагонепроницаемого материала, измеренная по способу №D737 стандарта ASTM, может составлять менее чем приблизительно 0,025 см/см/с, а скорость проницаемости водяных паров, измеренная по способу №Е96 стандарта ASTM, может составлять менее чем приблизительно 200 г/м/сутки. Указанный материал также может иметь теплопроводность от приблизительно 0,5 Вт/(м·К) до приблизительно 285 Вт/(м·К) (К - градусы по шкале Кельвина) и плотность от приблизительно 5 кг/м до приблизительно 150 кг/м. Теплопроводность данного материала может быть получена из следующего источника: «For computer heat-conduction properties data» A.L.Edwards, UCRL-505 Copyright K&K Associated, 1997.
В некоторых вариантах выполнения может быть желательным избирательное перфорирование воздухо- и влагонепроницаемого материала для образования слоя распределения водяного пара-воздуха и обеспечения возможности прохождения через него воздуха и водяного пара к пользователю, а также поступления воздуха к секции создания водяного пара и достижения им указанной секции, в частности, в случае использования экзотермической реакции окисления в качестве механизма создания водяного пара. Как вариант, для обеспечения возможности прохождения воздуха и смесей воздух-водяной пар могут использоваться отверстия и/или каналы.
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
Несмотря на то, что материалы, используемые для слоя распределения водяного пара-воздуха, могут быть по существу непроницаемыми для воздуха и водяного пара, их сборка, конструирование или компоновка должны обеспечивать общую воздухопроницаемость указанного слоя, измеренную по способу №D737 стандарта ASTM, от приблизительно 500 см/см/с до приблизительно 2500 см/см/с, как вариант, от приблизительно 1000 см/см/с до приблизительно 2500 см/см/с и, как вариант, от приблизительно 1500 см/см/с до приблизительно 2300 см/см/с. Скорость проницаемости водяных паров указанного слоя, измеренная по способу №Е96 стандарта ASTM, составляет от приблизительно 6000 г/м/сутки до приблизительно 9000 г/м/сутки, как вариант, от приблизительно 7000 г/м/сутки до приблизительно 8500 г/м/сутки, как вариант, от приблизительно 7500 г/м/сутки до приблизительно 8500 г/м/сутки и предпочтительно приблизительно 8100 г/м/сутки.
Продольные полосы
Как описано выше для одного варианта выполнения, секция регулирования водяного пара-воздуха также может содержать продольные полосы. Продольные полосы могут использоваться для подачи дополнительного воздуха к устройству для прохождения реакции и для обеспечения дополнительного перемешивания водяного пара-воздуха. Продольные полосы могут содержать любой гибкий несжимаемый материал. Высота продольных полос может быть подобрана с обеспечением достижения требуемого соотношения водяного пара и воздуха, составляющего менее чем приблизительно 0,085 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,042 кг водяного пара/кг сухого воздуха) и, как вариант, менее чем приблизительно 0,060 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,027 кг водяного пара/кг сухого воздуха). К неограничивающим примерам материалов, подходящих для использования в продольных полосах, относятся вспененный материал на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиуретана, полотно из вспененной пластмассы, пластмассовая пленка, фольга, фольговый ламинат, нетканые материалы, поропласт, стекловата, стекловолокно и их комбинации. Продольные полосы могут быть расположены проксимально к поверхности передачи скрытой теплоты в устройстве, независимо от того, является ли указанное устройство одноразовым или многоразовым. Как вариант, в случае многоразового устройства, содержащего одноразовую часть, продольные полосы могут входить в состав либо одноразовой, либо многоразовой части.
Поверхность передачи скрытой теплоты
2
2
2
2
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
При эксплуатации устройства поверхность передачи скрытой теплоты сообщается с секцией регулирования водяного пара-воздуха и примыкает к целевой поверхности пользователя или расположена смежно с ней. Указанная поверхность может входить в контакт с поверхностью пользователя (например, с кожей, в случае использования человеком) или, как вариант, может быть расположена с образованием заранее заданного зазора между указанной поверхностью и поверхностью пользователя. Поверхность передачи скрытой теплоты может представлять собой поверхность на участке секции регулирования водяного пара-воздуха или, как вариант, может быть отдельным слоем. В иллюстративном варианте выполнения указанная поверхность может представлять собой, например, слой материала, плотность которого составляет от приблизительно 20 г/м до приблизительно 100 г/м, как вариант, от приблизительно 40 г/м до приблизительно 90 г/м и, в частности, от приблизительно 80 г/м до приблизительно 82 г/м. В иллюстративном варианте выполнения толщина указанной поверхности, измеренная каверномером, может составлять, например, от приблизительно 0,05 мм до приблизительно 12 мм, как вариант, от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 5,0 мм и, как вариант, от приблизительно 0,2 мм до приблизительно 2 мм. Воздухопроницаемость поверхности передачи скрытой теплоты, измеренная по способу №D737 стандарта ASTM, может составлять от приблизительно 200 см/см/с до приблизительно 500 см/см/с, как вариант, от приблизительно 300 см/см/с до приблизительно 400 см/см/с и, в частности, приблизительно 314 см/см/с. Скорость проницаемости водяных паров указанной поверхности, измеренная по способу №Е96 стандарта ASTM, может превышать приблизительно 5000 г/м/сутки.
К неограничивающим примерам материалов, подходящих для поверхности передачи скрытой теплоты, относятся нейлон, вискоза, эфир целлюлозы, производные поливинила, полиолефины, полиамиды, полиэстеры, полипропилены, целлюлоза, шерсть, шелк, джут, хлопок, лен, сизаль, рами и их комбинации.
Внешний поверхностный слой устройства
Предпочтительно внешний поверхностный слой устройства, противоположный стороне с поверхностью передачи скрытой теплоты (т.е. в иллюстративном варианте выполнения, предназначенном для использования человеком, внешняя сторона секции создания водяного пара или наиболее удаленная от кожи поверхность) может содержать изоляционный слой, который препятствует слишком сильному нагреванию стороны, обращенной не к коже, а также может направлять тепло вниз к обращенной к коже стороне устройства.
К неограничивающим примерам материалов, подходящих для указанного изоляционного слоя, относятся вспененный материал на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиэстера, полиуретана, полотно из вспененной пластмассы, пластмассовая пленка, фольга, фольговый ламинат, нетканые материалы, поропласт, стекловата, стекловолокно и их комбинации.
Толщина такого изоляционного слоя, измеренная каверномером по способу №D5729 стандарта ASTM, может составлять от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 3 мм, как вариант, от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 2,5 мм, как вариант, от приблизительно 1 мм до приблизительно 2 мм и, как вариант, приблизительно 1 мм.
3
2
2
3
3
Воздухопроницаемость такого изоляционного слоя, измеренная по способу № D737 стандарта ASTM, составляет менее чем приблизительно 0,025 см/см/с, а скорость проницаемости водяных паров, измеренная по способу №Е96 стандарта ASTM, составляет менее чем приблизительно 250 г/м/сутки. Изоляционный слой также имеет теплопроводность от приблизительно 0,5 Вт/(м·К) до приблизительно 285 Вт/(м·К) (К - градусы по шкале Кельвина) и плотность от приблизительно 5 кг/м до приблизительно 150 кг/м. Теплопроводность данного материала может быть получена из следующего источника: «For computer heat-conduction properties data» A.L.Edwards, UCRL-505 Copyright K&K Associated, 1997.
Смежно с изоляционным слоем может быть расположен один или более дополнительных наиболее удаленных от центра слоев материала. К неограничивающим примерам такого материала относятся материалы, указанные выше для контактирующих с кожей слоев. Изоляционный слой и наиболее удаленный от центра материал также могут быть выполнены в виде предварительно составленного ламината. При желании указанный наиболее удаленный от центра слой материала может выполнять функцию покрытия и/или составлять часть конструкции, предназначенной для удерживания устройства на месте при использовании.
Различные слои секции создания теплоты и/или регулирования водяного пара-воздуха и/или поверхности передачи скрытой теплоты могут быть скреплены любым из множества способов, известных специалистам в данной области техники. К неограничивающим примерам подходящих способов прикрепления относятся термосваривание по периферии слоев, введение термоплавкого клея или адгезионного вещества между соседними слоями, напыление адгезионного вещества, соединение ультразвуковой сваркой, соединение прессованием, обжатие или их комбинации. В некоторых вариантах выполнения может быть желательным выборочное скрепление только некоторых из слоев.
Пластичная часть
Предложенное устройство также может дополнительно содержать пластичную часть или может быть расположено в пластичной конструкции. Пластичная часть может обеспечивать дополнительную гибкость и устойчивость при использовании устройства на частях тела, где получение хорошего прилегания может быть затруднительным, например, на лице и/или голове.
К неограничивающим примерам материалов, из которых может быть выполнена указанная часть, относятся металлическая фольга, металлическая проволочная каркасная конструкция, гибкая пластмассовая конструкция, гибкая ламинатная конструкция и их комбинации. Такая пластичная часть может быть встроена в конструкцию устройства или может представлять собой внешнюю конструкцию, прикрепляемую с возможностью или без возможности отсоединения к внешней поверхности.
Тепловые повязки
Повязки, прокладки или пластыри, содержащие устройство подачи влажного тепла, могут быть автономными или, как вариант, помещены в держатель. Автономный вариант выполнения может быть прикреплен непосредственно к пользователю, например, с помощью адгезионного вещества или надставок из материала, которые образуют повязку и могут быть скреплены внахлестку, связаны или соединены крепежными элементами. Кроме того, следует понимать, что указанное устройство может представлять собой одноразовое, многоразовое или частично многоразовое устройство. В случае многоразовых устройств заменяемые компоненты, например, источник тепла, должны заменяться удобным способом, но при этом быть выполнены с возможностью закрепления на месте при использовании.
К подходящим материалам для держателей относятся, но без ограничения этим, материалы, перечисленные выше как подходящие для поверхности передачи скрытой теплоты и/или внешнего поверхностного слоя.
Способ создания тепловых ячеек с экзотермической композицией
Порошковые экзотермические композиции в соответствии с данным изобретением могут быть приготовлены любым известным или другим эффективным способом, подходящим для создания экзотермической композиции, которая обеспечивает благоприятное терапевтическое воздействие влажного тепла. Предложенные композиции предпочтительно готовят с использованием обычных способов смешивания, например, способа смешивания, описанного в данном документе. Другие подходящие способы смешивания компонентов порошковой экзотермической композиции в соответствии с данным изобретением более полно описаны в патенте США №4649895 авторов Yasuki и др., выданном 17 марта 1987 г.
В предпочтительном варианте выполнения конкретный способ смешивания компонентов порошковой экзотермической композиции включает добавление угля в смеситель или миксер с последующим добавлением небольшого количества от общего объема воды и смешиванием состава уголь/вода. Обычно добавляют количество воды, достаточное для содействия смешиванию, но при этом не вызывающее преждевременного возникновения экзотермической реакции. Затем смешивание прекращают, к составу уголь/вода добавляют абсорбирующий гелеобразующий материал и возобновляют смешивание до тех пор, пока все компоненты не будут тщательно перемешаны, после чего добавляют и перемешивают железный порошок. Полученную композицию затем тщательно перемешивают до образования порошковой предварительно приготовленной смеси. Отдельно смешивают хлорид натрия, при желании - ингибитор углеводородного газа, например, тиосульфат натрия, и оставшуюся воду с образованием концентрированного соляного раствора, который затем добавляют к предварительно приготовленной смеси из железного порошка для образования порошковой экзотермической композиции, которая является эффективной при создании тепловой ячейки в соответствии с данным изобретением.
В иллюстративном варианте выполнения тепловые ячейки с двумя противолежащими поверхностями могут быть изготовлены путем добавления фиксированного количества порошковой предварительно приготовленной композиции в карман в полотне пленочной подложки, например, в карман в полотне пленочной подложки из соэкструдированного полипропилена/поли(этилен-винилацетата) (ЭВА). При этом процессе воду или соляной раствор быстро дозированно вводят сверху на предварительно приготовленную композицию, а поверх ячейки располагают вентилируемую структуру, например структуру, выполненную из полипропиленовой SMMS нетканой подложки, которая служит в качестве поверхности, противоположной стороне из ЭВА пленки на полотне с карманом и обращенной к указанной стороне. Пленочный слой и нетканый слой скрепляют путем низкотемпературного нагрева с образованием единой конструкции. Полученная в результате тепловая ячейка содержит порошковую экзотермическую композицию, запечатанную в карман между пленочным слоем и вентилируемой структурой.
Было установлено, что тепловые ячейки, изготовленные описанным в данном документе способом, являются особенно эффективными при создании больших количеств водяного пара на начальной стадии, а также на всем протяжении требуемой тепловой обработки при условии, что тепловые ячейки содержат экзотермическую композицию с выбранным соотношением средних размеров частиц абсорбирующего гелеобразующего материала и железного порошка, указанным в данном документе.
Как вариант, отдельные тепловые ячейки могут быть изготовлены с использованием вакуума для образования кармана. То есть вакуум используют для втягивания поверхности пленочной подложки в форму при помещении порошковой композиции сверху на поверхность пленочной подложки непосредственно поверх указанной формы. Указанная композиция падает в образованный вакуумом карман, который удерживается на месте вследствие воздействия вакуума на пленку в нижней части формы. Затем сверху на предварительно приготовленную композицию быстро дозированно добавляют концентрированный соляной раствор. Затем на первую поверхность пленочной подложки помещают вентилируемую структуру, например, поверхность полипропиленовой SMMS нетканой подложки, с образованием поверхности, противоположной указанной первой поверхности пленочной подложки, так что порошковая экзотермическая композиция находится между указанными двумя противолежащими поверхностями. Далее порошковую композицию запечатывают между первой и второй противолежащими поверхностями. После формирования и запечатывания тепловых ячеек воздействие вакуумом прекращают. Данные конкретные структура и способ изготовления тепловых ячеек являются наиболее преимущественными для подающей влажное тепло повязки, поскольку они исключают необходимость в наличии отдельной влагонепроницаемой пленки, обеспечивающей направление созданного водяного пара к обращенной к коже стороне устройства.
Полученные тепловые ячейки могут использоваться по отдельности или в виде набора тепловых ячеек. Для терапевтической тепловой обработки обычно желательно использование набора ячеек. Использование одной тепловой ячейки может быть эффективным, например, при доставке лекарственного вещества. Тепловые ячейки могут быть встроены в различные портативные приспособления, например, в нательные одноразовые и/или многоразовые повязки, универсальные повязки, бандажи, одеяла и т.п. Некоторые нательные повязки, которые могут содержать устройства подачи влажного тепла, например, повязки для спины, колен, шеи, повязки, используемые при менструации, повязки для суставов, для руки/запястья, шейно-плечевые повязки, повязки для лица, ступней, повязки для тела, одеяла, бандажи, пластыри, прокладки, универсальные повязки и их комбинации, могут содержать средства для удерживания указанных повязок на месте вокруг различных частей тела/вплотную к ним. К удерживающим средствам могут относиться, без ограничения этим, адгезионные вещества и/или крепежное устройство, например, крепежное устройство, содержащее двухкомпонентный крючок и петлю и выполненное с возможностью многократного закрытия, завязки, крепежные элементы и т.п.
Как вариант, секция создания водяного пара, например, образованная набором тепловых ячеек, может быть одноразовой и выполненной с возможностью установки в многоразовое устройство, так что одна часть устройства является одноразовой, а другая - многоразовой. В качестве неограничивающего примера секция создания водяного пара может быть одноразовой, а секция регулирования водяного пара-воздуха может быть многоразовой.
Полученные тепловые ячейки упаковывают в течение 1-5 мин после дозированного добавления соляного раствора во вторичную воздухонепроницаемую упаковку для обеспечения предотвращения нежелательного слишком раннего возникновения реакции окисления, как описано в вышеупомянутом патенте США №4649895. Тепловые ячейки также могут быть упакованы позже при условии, что они поддерживаются в свободной от кислорода среде с помощью средств, известных специалистам в данной области техники, например, с помощью азотной оболочки.
На обращенную к коже сторону устройства, противолежащую сторону или на обе указанные стороны могут быть помещены дополнительные слои, либо расположенные на указанных сторонах слои могут быть видоизменены, в соответствии с необходимостью достижения различных эффектов и параметров. Например, но без ограничения этим, нетканый обращенный к коже слой может быть текстурирован для придания мягкости или может быть пропитан ароматическим или активным веществом.
В качестве неограничивающего примера, как описано ниже, как к обращенной к коже стороне, так и к противолежащей стороне могут быть добавлены один или более изоляционных слоев. Как вариант или дополнительно, к обращенной к коже стороне устройства могут быть добавлены, как описано ниже, различные другие слои. Готовая конструкция может быть заделана по периферии через все слои с выполнением периферийного шва, либо каждый слой может быть приделан к смежному слою с помощью заделывающих средств, к неограничивающим примерам которых относятся напыление адгезионного вещества, ультразвуковая сварка, устройства полимерной сварки, введение термоплавкого клея или адгезионного вещества между соседними слоями, соединение прессованием, обжатие и их комбинации.
В одном иллюстративном варианте выполнения тепловые ячейки могут иметь различную теплоотдачу. Например, возможна комбинация тепловых ячеек, характеризующихся высоким количеством влажного тепла/коротким временем действия, с тепловыми ячейками, характеризующимися низким количеством тепла/длительным временем действия. Длительность нагревания тепловой ячейки может регулироваться, например, но без ограничения этим, количеством вещества экзотермической порошковой композиции, содержащегося в ячейке, и/или количеством влаги, доступной для образования водяного пара. Другим иллюстративным вариантом является использование одной или более термических ячеек устройства подачи влажного тепла в комбинации с одним или более обычными проводящими термическими ячейками в одном устройстве.
Предложенное устройство может дополнительно содержать вводимый через кожу терапевтический компонент, который содержит ароматические соединения, неактивные ароматические соединения, косметические активные вещества, фармацевтические активные вещества, увлажняющие активные вещества, оздоровительные активные вещества, пищевые добавки, ароматерапевтические агенты, другие терапевтические агенты и их комбинации.
Количества таких активных веществ могут меняться в зависимости от конкретного активного вещества. Количества активных веществ, предусмотренные в вариантах выполнения данного изобретения, в целом меньше количеств, необходимых для дозирования через кожу в сухой среде, например, при использовании принципа сухого тепла.
Необязательный терапевтический компонент может быть встроен в секцию создания водяного пара в виде отдельного слоя подложки, встроен в по меньшей мере один из слоев подложки, образующих тепловые ячейки, включен в химический состав, содержащийся в тепловых ячейках, введен в отдельные, содержащие активное вещество ячейки или встроен в отдельное дискретное приспособление, используемое с секцией создания водяного пара и секцией регулирования водяного пара-воздуха. Тепловые ячейки также могут содержать отдельный слой подложки или быть встроены в по меньшей мере одну из противолежащих поверхностей, самоклеящийся компонент и/или абсорбирующий выпот компонент.
В данном изобретении может применяться широкий спектр активных веществ различного типа, в том числе, но без ограничения этим, летучие вещества, водорастворимые вещества, вещества с ограниченной водорастворимостью при окружающей температуре и их комбинации. Более того, в некоторых случаях в предложенном устройстве могут использоваться нерастворимые в воде вещества, например, если они присутствуют в указанном устройстве в сочетании с подходящими растворителями или растворяющими веществами.
К неограничивающим примерам активных ароматических соединений относятся ароматерапевтические агенты, ментол, камфара, эвкалипт и их смеси. К неограничивающим примерам неактивных ароматических соединений относятся бензальдегид, цитраль, деканаль, альдегид и их кобинации. К неограничивающим примерам активных косметических веществ относятся активные вещества, повышающие влажность, сокращающие морщины, улучшающие цвет кожи, осветляющие кожу, делающие кожу более темной, и их комбинации. К неограничивающим примерам фармацевтических активных веществ/терапевтических агентов относятся антибиотики, витамины, пищевые добавки, растительные агенты, антивирусные агенты, анальгетики, противовоспалительные агенты, противозудные средства, жаропонижающие средства, болеутоляющие агенты, противоотечные средства, муколитические средства, противокашлевые средства, антигистаминные средства, обезболивающие активные вещества, противогрибковые средства, противомикробные средства и их комбинации. В частности, к неограничивающим примерам обезболивающих активных веществ относятся аспирин, салсалат, дифлунизал, ибупрофен, кетопрофен, набуметон, приоксикам, напроксен, диклоенак, индометацин, сулиндак, толметин, этодолак, кеторолак, оксапроксин, целекоксиб и их комбинации.
Данное изобретение имеет множество назначений, к неограничивающим примерам которых относятся обеспечение устойчивого, безопасного, эффективного и продолжительного влажного тепла, облегчение боли, прогревание глубоких мышц, усиление кровотока, улучшение работы сердца, заживление ран, прогревание тела, снабжение активными веществами, увлажнение, облегчение дыхательной деятельности, увлажнение кожи, улучшение сна, физиотерапия и их комбинации. Форма, размер и вид устройства могут изменяться с обеспечением содействия конкретной выбранной задаче, т.е. оно может представлять собой повязку для тела, повязку для лица, универсальную повязку, бандаж, одеяло и т.п.
При использовании человеком предложенное устройство безопасным и эффективным способом обеспечивает большое количество скрытой теплоты с одновременным поддержанием температуры поверхности кожи от приблизительно 36°C до приблизительно 50°C, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 45°C, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 42°C, как вариант, от приблизительно 36°C до приблизительно 43°C, как вариант, от приблизительно 38°C до приблизительно 42°C и, как вариант, от приблизительно 38°C до приблизительно 40°C. Указанное устройство также обеспечивает температуру поверхности кожи приблизительно 36°C в течение 5 мин начальной стадии нагревания. Кроме того, в одном варианте выполнения устройство обеспечивает температуру поверхности кожи, измеренную термопарой, по меньшей мере 38°C в течение по меньшей мере 60 мин.
В одном варианте выполнения предложенное устройство может обеспечивать подачу безопасного тепла путем регулирования температуры точки росы смеси водяной пар-воздух, подаваемой к поверхности кожи. Температура точки росы регулируется путем изменения соотношения водяного пара и воздуха или удельной влажности. В иллюстративном варианте удельная влажность смеси водяной пар-воздух составляет менее 0,065 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,029 кг водяного пара/кг сухого воздуха) и, как вариант, менее 0,060 фунта водяного пара/фунт сухого воздуха (0,027 кг водяного пара/кг сухого воздуха), что соответствует температуре точки росы в диапазоне от приблизительно 40°C до приблизительно 50°C.
Поскольку температура смеси водяной пар-воздух устройства при использовании на теле человека всего лишь на несколько градусов превышает нормальную температуру кожи, составляющую от приблизительно 32°C до приблизительно 35°C, а температура точки росы смеси водяной пар-воздух при достижении кожи приблизительно равна нормальной температуре кожи, то тепло может быть безопасно передано коже с помощью скрытой теплоты конденсации воды из смеси водяной пар-воздух. Таким образом, предложенное устройство может безопасным способом подавать большое количество тепла к коже, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95%, как вариант, от приблизительно 20% до приблизительно 80% и, как вариант, от приблизительно 40% до приблизительно 75% тепла подается в виде скрытой теплоты. В одном варианте выполнения указанное устройство подает от приблизительно 15% до приблизительно 95% тепла в виде скрытой теплоты конденсации в течение по меньшей мере 10 мин, как вариант, по меньшей мере 30 мин или, как вариант, в течение по меньшей мере приблизительно 1 часа, как вариант, в течение по меньшей мере приблизительно 3 часов или, как вариант, в течение по меньшей мере приблизительно 5 часов.
В дополнение к подаче тепла предложенное устройство может также обеспечивать увлажнение тканей, так как водяной пар конденсируется с образованием воды и передает ткани скрытую теплоту конденсации.
Температура поверхности кожи может быть измерена следующим способом. Измерения температуры могут производиться с использованием термопары, которую помещают между кожей и поверхностью передачи скрытой теплоты. В иллюстративном варианте выполнения измерения температуры выполняют с помощью термопар К-типа (Omega, компонент # 5SRTC-TT-K-40-72), а результаты измерений записывают с помощью регистратора температурных данных (Omega, КН84). Для измерения температуры поверхности кожи пациент находится в помещении при температуре 22°C в течение приблизительно 20 минут для адаптации кожи к температуре и условиям помещения. В течение этого времени термопару помещают на кожу пользователя и закрепляют лентой, обращая внимание на то, чтобы указанная лента не покрывала чувствительную область термопары. По истечении времени установления равновесия температура может измеряться и регистрироваться в течение требуемого периода времени.
Для облегчения стандартизации результатов испытаний в некоторых вариантах выполнения желательно создание устройства подачи влажного тепла, для которого проводят измерения, заделывание его в непроницаемый контейнер и выдерживание в течение 24 часов для приведения в равновесное состояние перед испытаниями. При необходимости испытания устройства его извлекают из непроницаемого контейнера/защитной упаковки для приведения в действие тепловой ячейки и помещают на часть тела пользователя, обычно на предплечье или спину, вместе со средством измерения температуры, например, термопарой и/или датчиком теплового потока, при этом устройство соприкасается с указанной частью тела между ней и измерительным средством. С течением времени может быть выполнены одно измерение или, как вариант, ряд измерений. Обычно перед наложением испытываемого устройства и/или после его наложения может быть измерена температура кожи для определения отсчетного значения. Это может быть осуществлено путем помещения измерительного средства на кожу.
Все измерения предпочтительно выполняют при условиях окружающей среды, т.е. в лаборатории или помещении, где выполняют измерения, температура составляет от приблизительно 21°C до приблизительно 23°C, а относительная влажность составляет от приблизительно 38% до приблизительно 42%.
Температуру точки росы предпочтительно измеряют, когда устройство подачи влажного тепла приведено в действие и установлено на пользователе, так как температура точки росы, представляющая особый интерес, связана с количеством водяного пара между телом и подающей влажное тепло повязкой. Указанное количество водяного пара между телом и повязкой зависит от разности между количеством водяного пара, создаваемого указанной повязкой, и суммой количества конденсированного водяного пара и количества водяного пара, выходящего из повязки.
Температура точки росы может быть измерена с помощью датчика точки росы Vaisala HUMICAP НМТ337 (Vaisala) с фильтром HM47453SP из нержавеющей стали. Этот аппарат выпускается компанией Vaisala и поставляется из ее офиса в США по адресу 10D Gill St. Woburn, Massachusetts 01801, тел. 1-888-824-7252. Данный аппарат содержит датчик влажности, нагреваемый с предотвращением образования на нем конденсата в окружающих условиях с повышенной влажностью. Для регистрации температуры точки росы подающую влажное тепло повязку приводят в действие для запуска процесса образования тепла и водяного пара и помещают на поверхность пользователя. При использовании человеком удобной поверхностью является кожа на спине или предплечье, однако измерения могут выполняться на любой поверхности, на которой может использоваться предложенное устройство. Перед началом измерений устройству предпочтительно дают возможность «стабилизироваться» в течение 1-5 минут. Для проведения измерения датчик влажности вводят между подающей влажное тепло прокладкой и поверхностью пользователя и дают ему возможность стабилизироваться. Температура точки росы отображается на передатчике измерительного средства. Измерение температуры точки росы производят после получения ее устойчивого значения в течение приблизительно 90 с. Датчик выполняет измерение на весьма локализованном участке, вследствие чего может быть желательным проведение многочисленных измерений в различных местоположениях между указанными повязкой и поверхностью.
2
2
2
2
2
2
2
2
Предложенное устройство, описанное в данном документе, может создавать и доставлять тепловой поток в диапазоне от приблизительно 75 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м, как вариант, от приблизительно 100 Вт/м до приблизительно 200 Вт/м, как вариант, от приблизительно 200 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м и, как вариант, от приблизительно 300 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м при безопасной для кожи температуре.
При желании возможно выполнение текущего контроля и/или измерения параметров создаваемого и/или переносимого тепла путем формирования ИК-изображений, например, с помощью ИК-камеры FLIR Systems SC660, производимой компанией FLIR System, снабженной программным обеспечением FLIR examinIR для анализа изображений и MX 350 24" Tabletop Tripod и т.п.
Устройство подачи влажного тепла создает и доставляет тепло к поверхности кожи, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95%, как вариант, от приблизительно 20% до приблизительно 80% и, как вариант, от приблизительно 40% до приблизительно 75% доставляемого к поверхности кожи тепла подается в виде скрытой теплоты во время конденсации смеси водяной пар-воздух. Если не ограничиваться теорией, считается, что оставшаяся часть тепла, передаваемая пользователю, является теплом, переносимым вследствие проводимости. Поскольку основной перенос тепла осуществляется в результате конденсации на/в теле вследствие регулирования температуры точки росы путем смешивания водяного пара-воздуха, то предложенное устройство может доставлять максимальные количества тепла к телу пользователя, которые в 2-5 раз превышают максимальные количества тепла в обычной подающей сухое тепло повязке, с одновременным поддержанием постоянной температуры кожи на уровне приблизительно 43°C или менее, что обеспечивает пользователю условия безопасного использования.
2
Указанное устройство во время реакции создает тепло с различными интенсивностями. На начальной стадии устройство создает водяной пар при очень высокой интенсивности, приближающейся к 2,0 мг/мин/см. Во время этого периода интенсивность переноса тепла к коже очень высока, так как скрытая теплота конденсации указанного количества водяного пара на протяжении приблизительно первых 30 мин работы устройства вызывает сильное увеличение теплового потока, поступающего к коже, в результате чего происходит очень быстрое возрастание температуры глубокой мышцы и кожи. То, что указанное тепло передается скрытой теплотой конденсации, доказывает устойчивая температура кожи, возникающая в течение приблизительно 10 - 60 мин применения устройства, а затем устанавливающаяся на уровне равновесного значения температуры точки росы между водяным паром и конденсирующимся водяным паром на поверхности кожи. Продолжающееся поступление интенсивного теплового потока к коже при постоянной температуре указывает на то, что скрытая теплота содействует переносу по меньшей мере от приблизительно 15% вплоть до приблизительно 95% тепла к ткани глубокой мышцы с одновременным поддержанием постоянной выбранной температуры, которая меньше температуры, способной вызвать повреждение кожи. В иллюстративном варианте выполнения, предназначенном для использования человеком, температура составляет менее чем приблизительно 43°C, как вариант, менее чем приблизительно 41°C или, как вариант, менее чем приблизительно 39°C.
2
2
Повышенное содержание влаги кожи также повышает ее теплопроводность и интенсивность переноса тепла через кожу и далее в нижележащую ткань. Секция создания водяного пара выполнена таким образом, что после повышения температуры кожи и глубоко расположенной ткани до терапевтического уровня вследствие образования водяного пара с первоначальной интенсивностью происходит снижение интенсивностей образования водяного пара до более низкого уровня в диапазоне от приблизительно 0,05 мг/мин/см до приблизительно 1 мг/мин/см. При указанной более низкой поддерживаемой интенсивности устройство продолжает создавать водяной пар, который обеспечивает достаточное количество скрытой теплоты для поддержания температуры кожи и глубоко расположенной ткани на уровне заданной терапевтической температуры, достигаемой в течение первых 10-30 мин использования устройства, в течение всего времени использования.
Скрытая теплота может обеспечивать благоприятное воздействие тепла, выделяемого устройством, на пользователя благодаря большому объему теплового потока, например, благодаря способности подачи достаточного количества тепла для повышения температуры толщи ткани тела до уровня терапевтической температуры за 10-30 мин начального нагревания устройства без подвергания кожи воздействию повреждающей температуры, т.е. с поддержанием температуры кожи на уровне ниже приблизительно 43°C. В противоположность этому в обычных подающих сухое тепло повязках, в которых перенос тепла обеспечивается вследствие проводимости, для достижения температуры глубоких мышц, равной 38°C, менее чем за один час, требуется повышение температуры кожи до значения выше 50°C.
2
2
2
2
2
2
2
2
В одном иллюстративном варианте выполнения выходная энергия предложенного устройства подачи влажного тепла составляет от приблизительно 75 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м, как вариант, от приблизительно 100 Вт/м до приблизительно 300 Вт/м и, как вариант, от приблизительно 150 Вт/м до приблизительно 250 Вт/м теплового потока по сравнению с обычной сухой повязкой, которая обычно обеспечивает тепловой поток от приблизительно 50 Вт/м до приблизительно 100 Вт/м. То есть тепло, доставляемое к телу на протяжении одного и того же периода времени при температуре безопасного использования, отличается почти в 3 раза.
2
Тепловой поток может быть измерен с использованием датчика теплового потока PU-22 (Huksaflux, HuksefluxSA, Inc. P.O. Box 850, Manorville, New York 11949). Сигналы от указанного датчика считывают с помощью регистратора OM-DAQPRO-5300 (Omega Engineering Inc., адрес: One Omega DR., Box 4047 Stamford, CT, USA, тел. (203)359-1660). Указанная установка запрограммирована на преобразование сигналов в милливольтах, полученных от датчика теплового потока, в сигналы, выраженные в Вт/м. Для передачи данных от регистратора к компьютеру используют USB интерфейс. В иллюстративном варианте проведения измерений данные регистрируют в течение 1 часа с интервалами в 10 с. При выполнении измерений сначала к регистратору подключают датчик(и) теплового потока и начинают запись данных с помощью программного обеспечения. Испытываемое устройство подачи влажного тепла извлекают из запечатанного пакета для хранения или контейнера и приводят в действие путем обеспечения его контакта с воздухом. Указанное устройство размещают так, что его сторона, выпускающая водяной пар, располагается сверху на датчике теплового потока. После размещения нагревающего устройства на датчике начинают прием данных, после чего производят регистрацию измерений в течение требуемого периода времени. Полученные значения теплового потока сводят в таблицу с возможностью построения их зависимости от времени. Такая зависимость особенно помогает в определении временных интервалов, на которых имеет место максимальный тепловой поток, устойчивый тепловой поток, а также интервала, на котором происходит уменьшение теплового потока.
Измерение скрытой теплоты
На основе данных, полученных при определении теплового потока и интенсивности потерь/создания воды, может быть определено количество выделенной скрытой теплоты. Для определения значения скрытой теплоты, выраженного в процентах от общего количества тепла устройства, тепловую мощность (например, тепловой поток) подающей влажное тепло повязки измеряют при размещении устройства проницаемой стороной вверх. Это делают для обеспечения возможности свободного выхода влаги из повязки без ее повторного поглощения повязкой. Для измерения полного теплового потока указанную повязку помещают сверху на датчик теплового потока, прикрепленный к поверхности пластины, поддерживаемой при постоянной температуре 36°C в окружающей среде с температурой 23°C и относительной влажностью 40%. Температуру указанной пластины поддерживают на постоянном уровне путем циркуляции воды, поступающей из терморегулируемой водяной бани с циркуляцией, поставляемой компанией VWR Scientific, г.Сувани, штат Джорджия, США, модель 1157, со скоростью 1,3 л/мин. Подходящая для использования пластина с постоянной температурой описана в Японском промышленном стандарте JIS S 4100 (Японской ассоциации стандартов).
Скорость образования водяного пара определяют путем измерения изменения веса устройства подачи влажного тепла. Ниже приведено описание способа определения скорости образования водяного пара. Для вычисления скрытой теплоты значение скорости потерь воды умножают на величину скрытой теплоты воды, которая составляет 2,261 кДж/г воды.
Строят графики теплового потока и скорости потерь воды. Вычисление процентной доли полного теплового потока, создаваемой скрытой теплотой, может быть выполнено путем анализа графиков теплового потока и скорости испарения воды с определением для каждого из них временных интервалов, на которых наблюдается максимальный тепловой поток и наиболее продолжительное устойчивое состояние. Для вычисления диапазона создаваемого теплового потока может использоваться несколько временных точек, поскольку в одном варианте выполнения обеспечивается как быстрые нагревание и образование водяного пара, так и продолжительные нагревание и образование водяного пара. Таким образом, тепловой поток и образование водяного пара могут изменяться на протяжении экзотермической реакции.
2
2
2
2
2
В одной иллюстративной подающей влажное тепло повязке с 24 ячейками, в которой количество теплоты измеряли на пяти равномерно разнесенных интервалах на протяжении временного периода в 60 мин, процентная доля полного тепла, представляющая собой скрытую теплоту, изменялась в диапазоне от приблизительно 42% до приблизительно 61%. Более конкретно, указанная процентная доля полного тепла для измерений с первого по пятое составляла соответственно 49%, 61%, 61%, 42% и 47%. Полное количество тепла составляло соответственно приблизительно 750 Вт·мин/м, приблизительно 2400 Вт·мин/м, приблизительно 5000 Вт·мин/м, приблизительно 3400 Вт·мин/м и приблизительно 1500 Вт·мин/м для измерений с первого по пятое. Данный пример приведен исключительно в иллюстративных целях и не должен считаться ограничивающим, так как возможны многочисленные изменения данного изобретения.
Для вычисления процентной доли теплового потока, создаваемой скрытой теплотой, в каждом временном интервале используют значения теплового потока и скорости потерь водяного пара. Используемое для вычисления уравнение приведено ниже:
где 1 Вт = 1 Дж/с.
Предложенные устройства и способы обеспечивают перенос к пользователю от приблизительно 15% до приблизительно 95%, как вариант, от приблизительно 20% до приблизительно 80% и, как вариант, от приблизительно 40% до приблизительно 75% тепла, вырабатываемого в виде скрытой теплоты.
Процесс создания и количество скрытой теплоты, переносимой устройством подачи влажного тепла, отличают указанное устройство от существующих приспособлений, известных как «паровые» нагревающие приспособления, в которых обычно при испытаниях данным способом не наблюдается переноса заметных количеств скрытой теплоты.
Предложенное портативное устройство подачи влажного тепла при его использовании на теле человека также сильно влияет на температуру кожи и мышц, вызывая усиление кровообращения/кровотока в зоне применения указанного устройства. Благодаря применению устройства снижается общая работа сердечно-сосудистой системы даже несмотря на сильное повышение локального кровотока.
Предложенное устройство за время, в течение которого оно наложено на участок кожи пользователя, обеспечивает повышение скорости кровотока на участке кожи пользователя в состоянии покоя приблизительно в 3-9 раз по сравнению с кровотоком до наложения устройства на кожу. В иллюстративном варианте выполнения с 24 подающими влажное тепло ячейками указанное устройство повышает кровоток приблизительно в 5 раз по сравнению с подающей сухое тепло повязкой, а в варианте с 12 ячейками указанное устройство повышает кровоток приблизительно в 2 раза по сравнению с подающей сухое тепло повязкой. Использование варианта выполнения предложенного устройства с 24 ячейками в течение часа повышает кровоток сравнимо с обычным лечением при помощи распределителя влаги и сильнее, чем при лечении вихревыми ваннами. Данный пример приведен исключительно в иллюстративных целях и не должен считаться ограничивающим, так как возможны многочисленные изменения данного изобретения.
При измерении работы сердца в виде произведения значений среднего артериального давления и средней частоты сердечных сокращений в течение некоторого периода времени было обнаружено снижение работы сердца на по меньшей мере приблизительно 4% при использовании предложенного портативного устройства подачи влажного тепла на коже пользователя. При использовании подающих сухое тепло повязок или при других обычных способах нагревания, например, с помощью распределителя влаги работа сердца поддерживается по существу постоянной. В случае использования вихревой ванны работа сердца значительно возрастает более чем на 20% в течение 15 мин применения. Облегчение работы сердца, обеспечиваемое предложенным изобретением, ранее было недостижимо при использовании портативных устройств подачи влажного тепла.
Большинство устройств подачи влажного тепла может повышать температуру глубоких мышц до температуры приблизительно 38°C на глубине 2,5 см под поверхностью кожи, что значительно превышает обычную температуру в состоянии покоя, составляющую приблизительно 36°C. Кроме того, устройство обеспечивает температуру ткани по меньшей мере приблизительно 38°C на глубине приблизительно 2,5 см под внешней поверхностью кожи пользователя в течение приблизительно 60 мин с момента начала нагревания с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
Более того, указанное устройство обеспечивает повышение температуры ткани на глубине по меньшей мере приблизительно 2,5 см под внешней поверхностью кожи пользователя по меньшей мере приблизительно на 1°C относительно первоначально измеренной температуры ткани в течение приблизительно 20 мин с момента начала нагревания, с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C; по меньшей мере приблизительно на 2°C относительно первоначально измеренной температуры в течение приблизительно 40 мин с момента начала нагревания, с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C; и по меньшей мере приблизительно на 3°C относительно первоначально измеренной температуры ткани в течение приблизительно 60 мин с момента начала нагревания, с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
Температура глубоких мышц и температура кожи пользователя во время использования иллюстративных вариантов выполнения предложенных устройств с 12 и 24 подающими влажное тепло ячейками сравнивались с температурами глубоких мышц и кожи в случае устройства с обычными подающими сухое тепло ячейками. Иллюстративное устройство с 24 ячейками нагревало глубокую мышцу до приблизительно 38°C при максимальной температуре кожи приблизительно 40°C. Иллюстративное устройство с 12 ячейками нагревало глубокую мышцу до приблизительно 37,5°C при максимальной температуре кожи приблизительно 40°C. Традиционное устройство с подающими сухое тепло ячейками нагревало глубокую мышцу менее чем на приблизительно 36,5°C после 60 мин нагревания при максимальной температуре кожи приблизительно 35°C. Данный пример приведен исключительно в иллюстративных целях и не должен считаться ограничивающим, так как возможны многочисленные изменения данного изобретения.
Такая температура глубоких тканей является типичной для нагревания, ранее достигаемого только при использовании вихревых ванн. Нагревательная способность, обеспечиваемая данным изобретением, ранее была недостижима при использовании портативных устройств подачи влажного тепла.
Температура кожи и температура глубокой ткани могут быть измерены следующими способами.
Температуру кожи измеряют с помощью термисторного датчика TSD202A, выпускаемого компанией BiOPAC, Inc., г.Голета, штат Калифорния. Такой датчик представляет собой быстродействующий датчик с временем срабатывания 0,6 с и имеет диаметр 1,7 мм. Выходные сигналы указанного датчика преобразуют в цифровую форму с помощью преобразователя МР100 16 bit A/D и сохраняют в памяти компьютера.
Температуру глубоких мышц измеряют с помощью датчика и провода термопары Т-типа, серия №IT-18, выпускаемой компанией Physitemp Instruments, Inc., г.Клифтон, штат Нью-Джерси, США. Указанная термопара имеет 24 калибр с постоянной времени 0,3 с и вводится в ткань с иглой 22 калибра.
Перед выполнением измерения температуры глубокой мышцы пациент находится в течение 20 мин в помещении с температурой в 22°C. В течение этих 20 мин термистор и термопару помещают соответственно на кожу и под кожу. Область пациента, в которой размещены термистор и термопара, сканируют лазерным доплеровским формирователем изображений для измерения кровотока в коже. Затем применяют испытываемое нагревающее устройство или средство (например, обычную подающую сухое тепло повязку, предложенное устройство, вихревую ванну, распределитель влаги и т.д.) в течение периода времени, которое соответствует стандарту клинического терапевтического протокола для используемого нагревающего средства. После завершения периода испытания термистор и термопару удаляют, а область, в которой была расположена термопара, обследуют и очищают. Каждые 5 мин в течение эксперимента пациента просят указать на 10-балльной визуальной аналоговой оценочной шкале его восприятие тепла и степень удовлетворения нагревающим средством.
Термопару помещают в ткань четырехглавой мышцы на глубину 2,5 см от поверхности кожи с использованием иглы для проникновения в кожу. Для размещения термопары в указанной ткани иглу вводят под углом 60° к коже, при этом глубину введения проверяют с помощью ультразвукового формирователя изображений. После введения термопары иглу извлекают, а стерильную термопару оставляют на месте в ткани. Во время испытания конечность пациента находится в неподвижном состоянии для сведения к минимуму любого возможного ее повреждения. Для обеспечения стерильности узел термопары стерилизуют с помощью CIDEX в течение часа до использования, а затем промывают в стерильном соляном растворе.
Термопару помещают в ткань глубокой мышцы, а не в жировой слой. Размещение проверяют замером, выполняемым в верхней части бедра пользователя при помощи ультразвукового датчика (Sonosite 180, г.. Сиэтл, штат Вашингтон, США).
Выходные сигналы термопары преобразуют с помощью цифрового термометра Iso-thermex, сертифицированного для использования человеком и в клиниках. Такое устройство имеет погрешность 0,1% и выпускается компанией Columbus Instruments, г.Колумбус, штат Огайо, США.
Термопару оставляют на месте на протяжении тестирования и в течение 15 мин после извлечения нагревающего средства. Предложенное устройство оставляют на месте в течение 1 часа.
2
3
Кровоток в коже может быть измерен с помощью лазерного допплеровского расходомера, работающего в ИК-диапазоне (датчик TST 140, выпускаемый компанией Biopac systems, г.Голета, штат Калифорния, США). Указанный аппарат содержит плоский 3G датчик с площадью активной поверхности 1 см. Указанный датчик включают в усилитель LDF 100С и получаемые данные преобразуют в цифровую форму с частотой 2000 проб в секунду при помощи 16-битового аналого-цифрового преобразователя (Вioрас systems, NP150, г.Голета, штат Калифорния, США). Блок прогревают в течение 30 минут перед проведением измерений кровотока. Датчик потока калибруют перед завершением и в конце эксперимента. Объем ткани, исследуемый датчиком, составляет 1 мм. Испытуемый пациент находится в помещении при 22°C в течение 20 минут до проведения эксперимента, во время которого измеряют кровоток.
Измерения выполняют до применения нагревающего средства, сразу после его удаления и через 5, 10 и 15 минут после его удаления.
Затем могут быть проанализированы изменение температуры кожи и мышцы во времени и кровоток в коже.
Работа сердца представляет собой расчетное выражение сердечного усилия, затраченного телом в определенных условиях. Работу сердца определяют как произведение значения частоты сердечных сокращений и среднего математического значения диастолического и систолического артериального давления.
Начальная работа сердца = средняя начальная частота сердечных сокращений × среднее начальное артериальное давление.
Начальное среднее артериальное давление = ((среднее начальное систолическое артериальное давление - среднее начальное диастолическое артериальное давление)×0,33 + среднее начальное диастолическое артериальное давление)/100.
Конечная работа сердца = средняя конечная частота сердечных сокращений × среднее конечное артериальное давление.
Конечное среднее артериальное давление = ((среднее конечное систолическое артериальное давление - среднее конечное диастолическое артериальное давление)×0,33 + среднее конечное диастолическое артериальное давление)/100.
Отличие в рабочей нагрузке сердца = Начальная рабочая нагрузка сердца - Конечная рабочая нагрузка сердца.
Частоту сердечных сокращений измеряют в количествах ударов в минуту путем индивидуального прощупывания пульсации лучевой артерии испытуемого пользователя в течение 1 мин.
Артериальное давление измеряют путем прослушивания правой руки испытуемого пользователя с помощью воздушного сфигмоманометра. Систолическое и диастолическое давления определяют в соответствии с процедурой и стандартами Американской ассоциации кардиологов и выражают в мм ртутного столба, причем систолическое давление определяется первым легким звуковым ударом, а диастолическое давление - изменением от легкого удара до заглушенного звука. Манжету для измерения давления накачивают до достижения давления 200 мм ртутного столба, а затем это давление сбрасывают со скоростью 3 мм ртутного столба в секунду.
Предложенное устройство также может обеспечивать достижение ощущения комфорта и облегчения боли приблизительно за 10 мин с момента начала первоначального нагревания устройства. Для определения степени комфорта и облегчения боли используют 10-балльную визуальную аналоговую оценочную шкалу, обеспечивающую определение субъективного ощущения комфорта. Такая шкала может использоваться, например, во время вышеописанного испытания на глубокой мышце ноги пациента. Степень комфорта и облегчения боли оценивают перед применением нагревающего средства и каждые 5 мин в течение первого часа, а при более длительном эксперименте возможно выполнение измерений каждый последующий час. После удаления нагревающего средства степень комфорта и облегчения боли оценивают спустя 5, 10 и 15 мин. Как вариант, степень облегчения боли может быть определена путем оценки амплитуды движений до и после лечения устройством подачи влажного тепла.
2
2
2
2
Секция создания водяного пара предложенного устройства также обеспечивает от приблизительно 0,05 мг водяного пара/мин/см до приблизительно 2,5 водяного пара/мин/см и, как вариант, от приблизительно 0,1 мг водяного пара/мин/см до приблизительно 2,0 водяного пара/мин/см, причем указанный водяной пар доставляет влагу к поверхности кожи путем конденсации на указанной поверхности.
Количество созданного водяного пара и скорость образования водяного пара могут быть оценены путем измерения изменения веса предложенного устройства, или другого экзотермического нагревающего приспособления, с момента перед началом нагревания и до момента после использования устройства, а также на протяжении времени использования устройства. Для измерения и регистрации изменения веса к компьютеру с программным обеспечением Toledo BalanceLink (Mettler Toledo AG, CH-8606 Greaifensee, тел. +41 44 944 22 11) при помощи интерфейсного кабеля RS232C подключают устройство Mettler-Toledo Balance Model PG503-S. До проведения испытания весы калибруют в соответствии с инструкциями производителя. На верхнюю часть шкалы весов помещают лист стирофома толщиной 4 дюйма (10,2 см) и устанавливают их на ноль.
Испытываемое устройство извлекают из воздухонепроницаемого мешка из фольги, в котором оно хранится после изготовления, помещают в центр листа стирофома так, что поверхность передачи скрытой теплоты обращена вверх с возможностью выхода водяного пара, и приступают к регистрации данных. Первоначальный вес экзотермического нагревающего средства и его последующий вес регистрируют до тех пор, пока устройство не будет использовано, в результате чего может быть измерена потеря влаги с самого начала до конца реакции.
Количество потерянного веса находится в соответствии с количеством потерь воды, которое позволяет оценить количество водяного пара, образованного во время реакции. При использовании экзотермической композиции в соответствии с данным изобретением, вследствие отсутствия потерь каких-либо других компонентов экзотермической композиции во время реакции, а также отсутствия расхода воды в качестве компонента реакции, потеря веса может быть соотнесена с количеством потерянной воды и созданного водяного пара. Измерения на основе потери веса и расчеты количества созданного водяного пара являются приблизительными, поскольку на протяжении реакции образуется окись железа, вследствие чего также имеет место некоторый прирост веса во время реакции. Однако при этом образуется минимальное количество окиси железа, поэтому вес увеличивается на незначительную величину. Таким образом, величина потерянного веса приближается к величине потерянной воды.
Количество созданного водяного пара, приходящегося на площадь участка кожи пользователя, может быть вычислено путем деления общего количества водяного пара, созданного устройством, на площадь участка кожи, на котором используется указанное устройство. Также может быть вычислено количество водяного пара, создаваемого в единицу времени, путем деления количества водяного пара, созданного устройством, на время создания указанного водяного пара. Специалисту должен быть понятен способ выполнения таких вычислений либо вручную, либо с использованием компьютерного программного обеспечения.
Кроме того, предложенное устройство может повышать уровень влажности кожи по меньшей мере приблизительно на 300% по сравнению с влажностью кожи до применения указанного устройства за период времени менее чем приблизительно 30 мин.
2
2
Степень влажности кожи и ее увеличение измеряют с помощью емкостного корнеометра для измерения влажности кожи Corneometer 810 (Courage Khazaka Electronics, г.Кельн, Германия). Указанный корнеометр определяет степень влажности рогового слоя кожи исходя из емкостного сопротивления. Изменение степени увлажнения кожи приводит к изменению емкостного сопротивления. Емкостной датчик помещают на кожу на одну секунду при давлении 7,1 Н/см. Степень емкостного сопротивления кожи определяют в единицах от 1 до 100. Одна единица измерения указывает на содержание воды в роговом слое кожи в количестве 0,02 мг/см при глубине измерения 20 нм. Очень сухая кожа характеризуется менее чем 30 единицами, сухая кожа характеризуется 30-45 единицами, а достаточно увлаженная кожа характеризуется значением, превышающим 45 единиц.
Емкостное сопротивление ткани (т.е. в данном случае кожи) измеряют путем воздействия электромагнитными волнами при частоте 100000 периодов/с (Гц) на глубине 20 нм с обеспечением получения изображения поверхности кожи. Датчик помещают на кожу испытуемого пациента в месте, которое необходимо подвергнуть исследованию. До проведения испытания пациент находится в помещении при температуре около 22°C и относительной влажности в 40% в течение 20 мин для приведения кожи в нормализованное состояние. Емкостное сопротивление, на основании которого вычисляют влажность кожи, измеряют перед удалением нагревающего средства и непосредственно после его удаления.
Способы использования
Тепловое средство может быть самостоятельным устройством подачи влажного тепла или устройством подачи влажного тепла, используемым в соединении с обычным проводящим нагревающим устройством. Например, тепловое средство может содержать по меньшей мере одну подающую влажное тепло ячейку и по меньшей мере одну встроенную в него, подающую сухое тепло ячейку. Такая конфигурация может быть эффективной, например, при подаче тепла и влажного тепла регулируемым способом с обеспечением облегчения доставки ароматического вещества или лечебного агента.
Данное изобретение может обеспечивать способы подведения совместимого, безопасного, эффективного и длительного тепла при помощи портативной конструкции с обеспечением облегчения боли, прогревания глубоких мышц, усиления кровотока, снижения работы сердца, расслабления, заживления ран, подачи влаги, снабжения активными веществами, прогревания тела, облегчения дыхательной деятельности, увлажнения кожи, улучшения сна, физиотерапии и их комбинаций в зависимости от формы, размера и вида устройства, которое может быть повязкой для тела, повязкой для лица, бандажом, одеялом и т.п.
В одном варианте данного изобретения предложен способ прогревания глубоких тканей, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на кожу пользователя,
(c) подачу смеси водяной пар-воздух, создаваемой указанным устройством, к коже пользователя, и
(d) перенос тепла к коже пользователя, который осуществляют с помощью указанного устройства, причем от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного тепла поступает к пользователю в виде скрытой теплоты конденсации с одновременным поддержанием температуры кожи на уровне менее чем приблизительно 43°C.
2
2
2
2
2
2
2
2
Указанный способ может обеспечивать тепловой поток от приблизительно 75 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м, как вариант, от приблизительно 100 Вт/м до приблизительно 200 Вт/м, как вариант, от приблизительно 200 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м и, как вариант, от приблизительно 300 Вт/м до приблизительно 500 Вт/м.
Кроме того, указанный способ может включать этап обеспечения температуры поверхности кожи по меньшей мере приблизительно 36°C в течение приблизительно 5 мин с момента начала нагревания указанного устройства. Способ также может обеспечивать температуру ткани по меньшей мере 38°C на глубине по меньшей мере приблизительно 2,5 см под внешней поверхностью кожи пользователя в течение приблизительно 60 мин с момента начала нагревания, с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
В одном варианте выполнения данного изобретения также предложен способ быстрого обезболивания, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на кожу пользователя,
(c) инициирование нагревания устройства и
(d) подачу смеси водяной пар-воздух, создаваемой указанным устройством, к коже пользователя, причем устройство обеспечивает облегчение боли в течение приблизительно 60 мин с момента начала нагревания устройства, с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
Указанный способ может дополнительно включать этапы обеспечения обезболивающего активного вещества и введения указанного активного вещества через кожу. Указанное обезболивающее активное вещество может содержаться в секции создания водяного пара, в источнике водяного пара или в секции регулирования водяного пара-воздуха. Обезболивающее активное вещество также может содержаться в отдельном приспособлении, используемом совместно с предложенным устройством для обеспечения введения указанного вещества через кожу.
В одном варианте выполнение данного изобретения также предложен способ усиления кровотока, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на кожу пользователя,
(c) инициирование нагревания устройства и
(d) усиление кровотока на участке кожи пользователя, на котором применяют указанное устройство, приблизительно в 2-9 раз по сравнению с кровотоком на указанном участке до применения устройства, в течение времени применения устройства на коже пользователя с одновременным поддержанием температуры внешней поверхности кожи на уровне ниже приблизительно 43°C.
В данном изобретении также предложен способ снижения работы сердца и расслабления, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на кожу пользователя,
(c) инициирование нагревания устройства и
(d) снижение работы сердца по меньшей мере приблизительно на 4% в течение времени применения указанного устройства на коже пользователя с одновременным поддержанием температуры кожи ниже приблизительно 43°C. Период времени применения устройства на коже пользователя может составлять по меньшей мере приблизительно 1 час.
В одном варианте выполнения данного изобретения также предложен способ подачи влаги к коже, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на кожу пользователя, инициирование нагревания устройства и
2
2
(c) образование указанной секцией создания водяного пара от приблизительно 0,05 мг водяного пара/мин/см до приблизительно 10 мг водяного пара/мин/см, причем указанный водяной пар доставляет влагу к поверхности кожи путем конденсации на поверхности кожи.
Указанный способ может дополнительно включать этап повышения уровня влажности кожи по меньшей мере на 300% по сравнению со степенью влажности кожи до применения указанного устройства, за период времени менее чем приблизительно 60 мин. Способ также может включать этапы обеспечения косметического активного вещества и подачи указанного вещества к коже.
В одном варианте выполнения данного изобретения также предложен способ оказания благоприятного воздействия на пользователя, включающий:
(a) обеспечение портативного устройства подачи влажного тепла, которое содержит секцию создания водяного пара, содержащую источник водяного пара и источник тепла, и секцию регулирования водяного пара-воздуха, которая содержит слой смешивания водяного пара-воздуха и слой распределения водяного пара-воздуха, причем указанные секция создания водяного пара и секция регулирования водяного пара-воздуха проточно сообщаются, при этом указанная секция регулирования имеет поверхность передачи скрытой теплоты, расположенную смежно с указанной секцией,
(b) наложение указанного устройства на поверхность пользователя, причем поверхность передачи скрытой теплоты располагают проксимально к указанной поверхности пользователя,
(c) инициирование нагревания указанного устройства и
(d) перенос влажного тепла к коже пользователя в предварительно выбранном температурном диапазоне, при этом от приблизительно 15% до приблизительно 95% указанного влажного тепла является скрытой теплотой конденсации.
Указанный способ может дополнительно включать этап оказания на пользователя благоприятного воздействия, выбранного из группы, в которую входят снижение работы сердца по меньшей мере приблизительно на 4% в течение времени применения указанного устройства на коже пользователя, усиление кровотока на участке кожи указанного пользователя, на который наложено указанное устройство, приблизительно в 3-9 раз по сравнению с кровотоком на указанном участке до применения устройства, обеспечение расслабления, заживления травм, облегчения дыхательной деятельности, обеспечение прогревания тела, увлажнения кожи, улучшения сна, физиотерапии, ускорение или улучшение послеоперационного восстановления, ускорение или улучшение восстановления после получения ран и их комбинации.
Примеры
Нижеследующие примеры дополнительно описывают и иллюстрируют варианты выполнения, находящиеся в рамках объема данного изобретения. Указанные примеры приведены исключительно в иллюстративных целях и не должны считаться ограничивающими, так как возможны их многочисленные изменения без отклонения от сущности и объема изобретения. Все примерные значения концентраций приведены в процентах по весу, если не указано иначе.
Примеры 1-3 источника водяного пара
Приведенный ниже в качестве примера источник водяного пара представляет собой экзотермические тепловые ячейки, заполненные порошковой экзотермической композицией и предназначенные для использования в секции создания водяного пара, входящей в состав предложенного устройства.
Приведенные ниже в качестве примера порошковые экзотермические композиции приготавливаются с помощью обычных способов смешивания, обеспечивающих образование порошковых экзотермических композиций, при этом полученные композиции используются при создании тепловых ячеек в соответствии с данным изобретением.
Предварительно приготовленную смесь готовят путем введения активированного угля и воды в смеситель или миксер, например Littleford Day Mixer, и их перемешивания в течение приблизительно 10 мин. Затем добавляют полиакрилатовый абсорбирующий гелеобразующий материал и перемешивают указанную смесь в течение приблизительно 10 мин. Далее в миксер добавляют губчатый железный порошок и получившуюся смесь перемешивают в течение приблизительно 5 мин.
2
В каждый выполненный карман вводят приблизительно 2,2 г полученной предварительно приготовленной композиции, причем указанные карманы создают с помощью вакуума в полотне пленки из соэкструдированного полипропилена/ЭВА (например, соэкструдированной пленки 60%ПП/40%ЭВА RMS#GCA10045989 плотностью 24,7 г/см и толщиной 1,4 тысячных дюйма (3,5 мм) (Clopay, г.Огаста, штат Кентукки)).
Затем готовят концентрированный соляной раствор путем введения в миксер воды, хлорида натрия и, при желании, тиосульфата натрия и перемешивания в течение приблизительно 15 мин. После этого полученный соляной раствор быстро дозированно добавляют к предварительно приготовленной композиции.
2
Поверх указанных карманов, содержащих предварительно приготовленную смесь и соляной раствор, помещают вентилируемую поверхность нетканого SMMS материала из 100% пропилена, готовый компонент #СТМ4417064 плотностью 44,1 г/см (First Quality Material, McElhatten, PA) так, что она обращена к ЭВА стороне подготовленного вмещающего кармана. Пленочное полотно и SMMS материал скрепляют вместе путем низкотемпературного нагрева с образованием единой структуры. Полученная единая структура содержит тепловые ячейки, в которых находится порошковая экзотермическая композиция, заделанная в карман между противолежащими вентилируемой поверхностью и поверхностью пленочного слоя.
Указанные тепловые ячейки начинают создавать тепло вскоре после добавления соляного раствора к порошковой композиции, в результате чего происходит скрепление верхней и нижней поверхностей и быстрое упаковывание готовых тепловых ячеек в воздухонепроницаемую вторичную упаковку для будущего использования.
В Таблице 1 приведены примеры различных порошковых композиций тепловых ячеек в соответствии с данным изобретением.
Таблица 1
Компонент
Композиция 1 (% по весу)
Композиция 2 (% по весу)
Композиция 3 (% по весу)
Железный порошок (F-417, Hoeganaes Corp., Нью-Джерси)
60,40
56,75
58,70
Активированный уголь (Nuchar-SN, MeadWestvaco, Ковингтон, Вирджиния)
4,05
3,81
3,94
Абсорбирующий гелеобразующий материал (полиакрилат натрия, Nippon Shokubai, Чаттануга, Теннесси)
5,09
4,78
4,94
Хлорид натрия
3,02
3,47
1,38
Тиосульфат натрия
0,38
0,43
-
Вода
27,06
30,76
31,04
Ниже приведено описание иллюстративных вариантов выполнения данного изобретения со ссылкой на фиг.3 и 1. На всех чертежах одинаковые номера позиций обозначают одинаковые конструктивные элементы.
На фиг.3 изображен вариант выполнения устройства подачи влажного тепла, содержащего два слоя смешивания водяного пара-воздуха и два слоя распределения водяного пара-воздуха в виде компонента секции регулирования водяного пара-воздуха. В соответствии с фиг.3 секция 110 создания водяного пар содержит тепловую ячейку 180. Указанная ячейка 180 выполнена в соответствии с Примером 1, в котором используется композиция из приведенной выше Таблицы 1. Смежно с секцией 110 расположена секция 120 регулирования водяного пара. Смежно со второй стороной секции 110 расположена внешняя поверхность 140, содержащая изоляционный слой и наиболее удаленный от центра внешний слой.
2
2
2
2
2
2
Тепловая ячейка 180 содержит порошковую экзотермическую композицию, дозированно введенную в карман 111, выполненный на противолежащей поверхности 160 воздухо- и водонепроницаемого слоя пленки из полипропилена/ЭВА (например, соэкструдированной пленки 60%ПП/40%ЭВА RMS#GCA10045989 плотностью 24,7 г/см и толщиной 1,4 тысячных дюйма (3,5 мм) (Clopay, г.Огаста, штат Кентукки)), расположенной напротив вентилируемой поверхности 170 из SMMS полипропилена (например, 100% полипропилен, спанбонд материал 34 г/см/мелтблаун материал 4 г/см/мелтблаун материал 4 г/см/спанбонд материал 34 г/см, Code W502FWH634, 76 г/см (Polymer Group Inc., г.Уэйнсборо, штат Вирджиния)).
2
Внешняя поверхность 140 расположена смежно с противолежащей поверхностью 160 и содержит два слоя, к которым относятся изоляционный пенопропиленовый слой 162 толщиной 1/16 дюйма (0,16 см) (например, 100%ПП 1/16" (0,16 см), MicroFoam RMS#95818584, 16 г/см (Pregis, г.Вуртланд, штат Кентукки)) и наиболее удаленный от центра полипропиленовый нетканый слой 164.
2
2
2
Смежно с вентилируемой поверхностью 170 расположен первый слой 124 смешивания водяного пара-воздуха толщиной 3 мм из высокоэластичного полиэтилен/полиэстерового нетканого ватина (например, 70% 9dpfPET/PE BICO/30%, 12 денье в нить полые полиэтилентерафталат волокна RMS#95169555 плотностью 84 г/см с прямым воздушным скреплением (Libeltex, г.Мейлебеке, Бельгия). Смежно с первым слоем 124 смешивания водяного пара-воздуха расположен первый слой 122 распределения водяного пара-воздуха из перфорированного пенопропилена толщиной 1/16 дюйма (0,16 см) (например, 100%ПП 1/16" (0,16 см), MicroFoam RMS#95818584, 16 г/см (Pregis, г.Вуртланд, штат Кентукки), внутренне измененный с помощью вырубного штампа с обеспечением выполнения перфорации). Смежно с указанным первым слоем 122 распределения расположен второй слой 125 смешивания водяного пара-воздуха толщиной 3 мм из высокоэластичного полиэтилен/полиэстерового нетканого ватина, выполненного из того же материала, что и первый слой 124 смешивания. Смежно с указанным вторым слоем 125 смешивания расположен второй слой 123 распределения водяного пара-воздуха из перфорированного пенопропилена толщиной 1/16 дюйма (0,16 см), выполненного из того же материала, что и первый слой 122 распределения. К указанному второму слою 123 прикреплена поверхность 130 передачи скрытой теплоты, содержащая два контактирующих с кожей слоя из полипропиленового нетканого материала (например, 50/50 полипропилен/полиэтилен BICO Компонент # 236YLJO09P 80 г/см (Fibrweb, г.Вашоугал, штат Вашингтон), внутренне измененный путем механической деформации). Указанные слои герметично соединяют друг с другом по периферии с обеспечением создания устройства.
2
2
На фиг.1 изображен вариант выполнения устройства подачи влажного тепла, содержащего только один слой смешивания и один слой распределения водяного пара-воздуха. Изображенная на фиг.1 тепловая ячейка 80 выполнена в соответствии с Примером 1, в котором используется композиция из приведенной выше Таблицы 1. Тепловая ячейка 80 содержит порошковую экзотермическую композицию, дозированно введенную в карман 11, выполненный на противолежащей поверхности слоя 60 пленки из полипропилена/ЭВА (например, соэкструдированной пленки 60%ПП/40% ЭВА RMS#GCA10045989 плотностью 24,7 г/см и толщиной 1,4 тысячных дюйма (3,5 мм) (Clopay, г.Огаста, штат Кентукки)), расположенной напротив вентилируемой SMMS поверхности 70 из 100% полипропилена (т.е. готовый компонент # СТМ4417064б 44,1 г/см SMMS (First Quality Material, McElhatten, штат Пенсильвания)).
2
Внешняя поверхность 40 расположена смежно с противолежащей поверхностью 60 и содержит два слоя, к которым относятся изоляционный пенопропиленовый слой толщиной 1/16 дюйма (0,16 см) (например, MicroFoam RMS#95818584 16 г/см (Pregis, г.Вуртланд, штат Кентукки)) и наиболее удаленный от центра полипропиленовый нетканый слой.
2
2
2
Смежно с вентилируемой поверхностью 70 расположен слой 24 смешивания водяного пара-воздуха, который содержит слой 20 смешивания водяного пара-воздуха толщиной 3 мм из высоко эластичного полиэтилен/полиэстерового нетканого ватина (например, 70% 9dpfPET/PE BICO/30%, 12 денье в нить полые полиэтилентерафталат волокна RMS#95169555 плотностью 84 г/см с прямым воздушным скреплением (Libeltex, г.Мейлебеке, Бельгия). Смежно со слоем 24 смешивания расположен слой 22 распределения водяного пара-воздуха из перфорированного пенопропилена толщиной 1/16 дюйма (0,16 см) (например, 100% ПП 1/16" (0,16 см), MicroFoam RMS#95818584, 16 г/см (Pregis, г.Вуртланд, штат Кентукки), внутренне измененный с помощью вырубного штампа с обеспечением выполнения перфорации). Смежно с указанным слоем 22 расположена поверхность 30 передачи скрытой теплоты, содержащая два контактирующих с кожей слоя из полипропиленового нетканого материала (например, 50/50 полипропилен/полиэтилен BICO Компонент # 236YLJO09P 80 г/см (Fibrweb, г.Вашоугал, штат Вашингтон), внутренне измененный путем механической деформации). Указанные слои герметично соединяют друг с другом по периферии с обеспечением создания устройства.
На фиг.4 изображен вид сверху варианта выполнения предложенного терапевтического приспособления 500, содержащего набор тепловых ячеек 580 (например, двадцать четыре (24) тепловые ячейки), образующих секцию создания водяного пара, которая содержит порошковую экзотермическую композицию с источником воды и источником тепла.
Примеры формирования ИК-изображения
На фиг.5А и 5В показаны ИК-изображения иллюстративного варианта выполнения терапевтического приспособления, входящего в состав приведенного в действие предложенного устройства подачи влажного тепла. Фиг.5А изображает вид внешней поверхности указанного приспособления. Как показано на фиг.5А, на внешней поверхности в ИК-изображении видны контуры отдельных тепловых ячеек. Фиг.5В изображает вид поверхности передачи скрытой теплоты указанного приспособления. Как показано на фиг.5В, секция регулирования водяного пара-воздуха способствует рассеиванию и равномерности распределения тепла по указанной поверхности приведенного в действие устройства. Как показано на фиг.5В, формы периферии отдельных тепловых ячеек не видны в ИК-изображении поверхности передачи скрытой теплоты приведенного в действие устройства, которое проводит тепло к указанной поверхности вследствие рассеивания тепла.
Указанные в данном документе величины и значения не следует считать строго ограниченными приведенными точными численными значениями. Вместо этого, если не указано иначе, предполагается, что каждая такая величина означает как приведенное значение, так и эквивалентный с функциональной точки зрения диапазон в окрестности данного значения. Например, предполагается, что приведенная величина «40 мм» означает «приблизительно 40 мм».
Содержание каждого процитированного в данной заявке документа, в том числе любой перекрестной ссылки либо родственного патента или заявки, полностью включено в данный документ посредством ссылки, если не сделано специального исключения или иного ограничения. Ссылка на любой документ не является признанием того, что он является предшествующим уровнем техники по отношению к любому изобретению, описанному или заявленному в данном документе, или что он один или в любом сочетании с любой другой ссылкой или ссылками, объясняет, предлагает или раскрывает любое такое изобретение. Более того, в случае, когда какое-либо значение или определение термина в данном документе входит в противоречие с каким-либо значением или определением того же термина в документе, включенном посредством ссылки, значение или определение, присвоенные этому термину в данном документе, должно считаться определяющим.
Несмотря на то, что проиллюстрированы и описаны конкретные варианты выполнения данного изобретения, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что возможно выполнение различных других изменений и модификаций без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, подразумевается, что прилагаемая формула изобретения охватывает все такие изменения и модификации, находящиеся в рамках объема данного изобретения.