ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ ГРЕЛКА

Полезная модель относится к области автономных химических источников тепла, применяемых для защиты человека от переохлаждения при выполнении работ в условиях воздействия холода, при авариях и катастрофах на суше и на море, для использования в качестве медицинских грелок и компрессов.
К термохимическим относятся, в частности, грелки, тепловыделение которых основано на экзотермической реакции окисления порошкообразного железа кислородом воздуха в присутствии активного угля, нейтрального сорбента и электролита. Указанные компоненты, называемые шихтой, помещают в закрытую емкость, выполненную с возможностью доступа в нее воздуха для проведения окислительной реакции.
Известна конструкция термохимической грелки (US №4516564, 1985), состоящая из воздухонепроницаемой пленки с отверстиями и заслонки, открывающей эти отверстия для проведения термохимической реакции.
К недостаткам грелки относятся: перегрев на начальной стадии работы; относительно малое время, от 2 до 8 часов, устойчивой работы.
По настоящее время изобретения, касающиеся устройства грелок, включают ссылки на вышеуказанный патент и являются модернизацией этого изобретения, направленной на улучшение показателей стабильности тепловыделения путем подбора состава шихты, либо путем совершенствования системы доступа кислорода воздуха.
Известна грелка для подогрева биологических жидкостей, крови и плазмы, используемых при переливаниях (US №5042455, 1991), которая состоит из контейнера с экзотермической композицией, к которой при работе открывается доступ воздуха.
Недостатком грелки, обусловленным недопустимостью перегрева биологических жидкостей, является заведомо заниженное содержание основного реагента (железа), что, при ее использовании для обогрева тела человека, приводит к неудовлетворительным температурно-временным показателям (30-32°С не более 2 часов).
Известна грелка (US №5046479, 1991), представляющая собой сумку из воздухопроницаемого материала, внутри которой находится экзотермическая композиция.
К недостаткам грелки относится то, что, во избежание перегревов, в качестве воздухопроницаемого материала используют микропористую пленку, существенно ограничивающую доступ воздуха, что приводит к замедленному, до одного часа, выходу на заданный температурный режим.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является грелка (US №5233981, 1993) (прототип), состоящая из плоского воздухопроницаемого пакета из перфорированной полимерной пленки, внутри которого находится экзотермическая композиция.
К недостаткам грелки относится то, что во избежание перегревов, она дополнительно содержит конструктивный элемент, регулирующий доступ воздуха, а именно, второй слой перфорированной пленки с возможностью ее смещения относительно поверхности пакета, также перфорированной. Эта особенность предопределяет наличие определенных навыков у пользователя, а также ограничивает возможность использования грелки под одеждой, например в скафандре водолаза.
Состав шихты указанной грелки содержит, масс.%:
порошок железа
40-75%;
уголь активный
1-10%;
сорбент
1-40%;
NaCl
1-10%;
воду
10-40%,
и позволяет обеспечить работу в интервале температур 38-55°С, однако, при неправильном регулирования доступа воздуха, в процессе работы грелки происходит значительный разогрев смеси, в результате повышается давление паров воды, которые конденсируются на перфорированной пленке с более низкой температурой и стекают на поверхность рабочей смеси, «затапливая» ее, что препятствует диффузии кислорода и грелка прекращает работать.
Технической задачей является создание энергоемких грелок с устойчивой и длительной работой в интервале заданных температур, при этом надежная работа грелки определяется не только составом тепловыделяющей смеси, но и оптимальной площадью перфорации.
Целью полезной модели является разработка грелки с быстрым, до 10 минут, выходом на устойчивую работу в интервале температур 45-55°С на протяжении 12-16 часов, путем оптимизации площади перфорации поверхности, доступной для поступления воздуха, а также путем предотвращения появления конденсата воды на перфорированной поверхности.
Указанная цель достигается тем, что предлагается термохимическая грелка, представляющая собой плоский пакет внутри которого находится экзотермическая композиция, содержащая 50-65 масс.% порошка железа, одна из плоскостей пакета выполнена из двух слоев перфорированной пленки, отличающаяся тем, что между двумя слоями перфорированной пленки дополнительно помещают влагоудерживающий сорбент с толщиной слоя 0,5-1,5 мм, при этом площадь перфорации пленки составляет 0,1-0,3% от площади перфорированной поверхности.
Целесообразно, что плоский пакет с экзотермической композицией снабжен внутренними перегородками.
Целесообразно, что влагоудерживающий сорбент выбирают из ряда: вермикулит, силикагель, перлит.
Толщина слоя влагоудерживающего сорбента определяется тем, что при ее значении менее 0,5 мм в начальной стадии работы грелки не удается поглотить пары воды и образующийся конденсат «затапливает» тепловыделяющую смесь, а при значении более 1,5 мм не удается извлечь поглощенную воду, что необходимо для устойчивой работы грелки после выхода на требуемый температурный режим.
Площадь перфорации пленки определяется тем, что при ее значениях менее 0,1% от перфорированной площади для заявленного содержания порошка железа выход на заданный температурный режим превышает 10 минут, а при значениях более 0,3% наблюдается перегрев и сокращается время стабильной работы грелки.
На Фиг.1 представлены температурно-временные характеристики грелки, содержащей 57 масс.% порошка железа, при различных относительных площадях перфорации (S перф.).
2
Для грелок, площадь обогревающей поверхности которых превышает 10 см, целесообразно плоский пакет снабдить внутренними перегородками для обеспечения равномерного распределения экзотермической композиции внутри пакета.
Дополнительный сорбент технологично использовать из тех, что присутствуют и в экзотермической композиции.
Заявленная термохимическая грелка, Фиг.2, работает следующим образом: после удаления упаковки кислород воздуха через два слоя перфорированной пленки 1 поступает во внутрь плоского пакета 2 с экзотермической композицией 3. С началом реакции окисления железа происходит испарение содержащейся в композиции воды, пары которой поглощаются дополнительным сорбентом 4, расположенным в пространстве между двумя слоями перфорированной пленки. При достижении заданных температурных параметров вода из сорбента возвращается в состав композиции, что обеспечивает устойчивую работу грелки.
Ниже приведен пример наилучшего исполнения термохимической грелки, достигающей рабочего режима Т=50°С менее чем через 10 минут и устойчиво работающей на протяжении 14 часов.
3
Пример: экзотермическая композиция включающая (масс.%): порошкообразное железо - 57; уголь активный - 12; сорбент - 6; электролит (2% водный раствор NaCl с добавкой 2% трилона Б) - 25, величина тепловыделения которой составляет 850 кал/г при плотности смеси 2,8 г/см, помещается в плоский пакет. Толщина слоя дополнительного сорбента - вермикулита составляет 1 мм. Площадь перфорации составляет 0,2%. Температурный режим достигается через 8 минут, а после 14-часовой работы грелки наблюдается плавное снижение температуры до 45°С в течение последующих двух часов.