УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОБОГРЕВА

Полезная модель относится к области автономных химических источников тепла, применяемых для нагревания устройств и оборудования, и может быть использована в любых сферах деятельности, при возникновении необходимости обогрева внешней поверхности малогабаритных устройств или оборудования энергонезависимым способом.
Из уровня техники известен ряд устройств с термообогревом внешней оболочки (см. напр., ПМ RU №№21855, 69721, 83898). Данные устройства представляют собой матрасы с возможностью регулируемого термообогрева посредством электронагревательных элементов. Известны конструкции обогреваемых панелей, включающих взаимосвязанные между собой и с узлом обогрева блоки (Политехнический словарь, М.С.Э. 1989, стр. 362, ПМ RU №№21377; 94519). Общим недостатком этих устройств является невозможность их применения в полевых или иных условиях, в которых отсутствует доступ к источникам электрического тока.
Имеется ряд устройств для обогрева с использованием тепла экзотермических реакций (см. напр., ПМ RU №43157, US №№4516564, 5042544, 5046479). В данных и аналогичных им устройствах используются экзотермические составы термитного типа, основным реагентом в которых служат оксиды металлов. Существуют также солевые и известковые грелки. В одних экзотермический эффект инициирует взаимодействие насыщенного солевого раствора с активатором, в других - за счет взаимодействия оксида кальция с водой. Общим недостатком таких устройств является коррозионная активность их компонентов. При использовании в гибком корпусе для обогревания металлических устройств или приборов с выступающими или острыми деталями возможно повреждение гибкой оболочки и попадание химически агрессивного наполнителя на поверхность обогреваемого прибора или устройства, с провоцированием деструктивных процессов.
Целью настоящей полезной модели является создание автономного энергонезависимого переносного устройства для термохимического обогрева устройств и оборудования, с использованием доступных, недорогих материалов и компонентов, обладающих низкой химической агрессивностью, с возможностью восстановления свойств для многократного использования.
Указанная цель достигается за счет:
- использования в качестве независимого источника тепла экзотермического эффекта, возникающего при адсорбции воды узкопористыми адсорбентами;
- использования для изготовления внешнего контура устройства материалов, обладающих повышенной устойчивостью к высокотемпературным воздействиям;
- модульной конструкции устройства, создающей замкнутый контур вокруг обогреваемого объекта при помощи крепежных элементов;
- небольших габаритов и гибкости модулей, способствующих компактному размещению в сушильной камере или иных устройствах аналогичного назначения для восстановления активности нагревающего элемента - адсорбента.
Сущность полезной модели состоит в том, что заявляемое устройство для термохимического обогрева, согласно полезной модели, включает в себя гибкий модуль, содержащий гранулированный наполнитель, в качестве наполнителя используют микропористый адсорбент, обладающий низкой химической агрессивностью и способный восстанавливать свои свойства, адсорбент нагревается при адсорбции воды, он расположен в изолированных отсеках, сформированных внешней водопроницаемой термостойкой оболочкой модуля, при этом отсеки выполнены горизонтальными, шириной 1,5-2 см, длина модуля предпочтительно кратна 35 см, по вертикали вдоль длинной стороны отсеки могут быть разделены на независимые камеры, разделенные внутри термостойкой влагонепроницаемой тканью, а восстановление активности адсорбента осуществляют в сушильном шкафу в два этапа, первый при температуре 100-120°С, второй при температуре 350-450°С.
На фиг. 1 показана конструкция устройства для термохимического обогрева, где:
1 - отсек сменного модуля;
2 - сменный модуль;
3 - внешняя влагопроницаемая оболочка сменного модуля;
4 - внутренняя влагоизолирующей перегородка сменного модуля;
5 - клапан;
6 - наполнитель;
7 - фиксирующее устройство клапана;
8 отсек 1 сменного модуля 2, образованный пространством между внешней влагопроницаемой оболочкой 3 сменного модуля и его внутренней влагоизолирующей перегородкой 4 при открытом клапане 5 засыпается наполнитель 6. Клапан герметизируется фиксирующим устройством 7. Сменные модули крепежными элементами (на фигуре не показаны) соединяются между собой. На поверхность водопроницаемой внешней оболочки 3 из пульверизатора подается вода, в результате чего в устройство разогревается. Контроль за температурой осуществляют термометром. После остывания одной стороны устройства вода распыляется на его противоположную сторону, разделенную изнутри влагонепроницаемой перегородкой, и устройство используется повторно. После использования активность адсорбента восстанавливается термической активацией в сушильном шкафу.
Организация внутреннего пространства устройства для термохимического обогрева обеспечивает равномерность нагрева поверхности обогреваемого устройства или оборудования, а возможность восстановления активности непосредственно в оболочке обеспечивает минимальное истирание в процессе эксплуатации, целостность гранул адсорбента при длительном и многократном использовании.
В качестве наполнителя используются любые гетерогенные адсорбенты, обладающий низкой коррозионной активностью к металлическим поверхностям, проявляющий экзотермический эффект в результате физико-химического процесса адсорбции воды, способный к восстановлению активности. Преимущественно в качестве наполнителя используют мелкопористые цеолиты типа КА, NaA. Данные материалы представляют собой гранулированные алюмосиликаты с упорядоченной кристаллической структурой, имеющей микропоры размером 3-5 ангстрем. Благодаря размеру пор эти цеолиты являются «молекулярными ситами» для молекул воды. Процесс адсорбции воды на цеолитах NaA, КА сопровождается экзотермическим эффектом. Следует отметить, что выделение теплоты характерно при увлажнении только свежепрокаленных цеолитов. Например, адсорбционная емкость (АЕ) по воде составляет 10-15 г/100 г. При увлажнении порции прокаленного цеолита КА рассчитанным по АЕ количеством воды происходит их разогрев до 100-120°С, для цеолита NaA до 65-70°С.
Наполнитель расположен в изолированных отсеках, представляющих собой замкнутый контур, состоящий из внешней и внутренней оболочек. Контур разделен на несколько горизонтальных зон засыпки цеолита шириной 1,5-2 см. Доступ к отсекам для загрузки-выгрузки адсорбента обеспечивается через специальные клапаны, закрывающиеся при помощи замков-молний, крепежных средств типа «Велкро», фрикционных крепежных средств типа «липучка», иных средств аналогичного назначения, используемых как в качестве фиксаторов крышки клапанов загрузки наполнителя, так и для соединения между собой отдельных сегментов устройства. При последующей эксплуатации устройства, включая стадии восстановления активности, выгрузка наполнителя не требуется, до его полной дезактивации.
Внешняя оболочка устройства может быть изготовлена из термостойкой, выдерживающей многократный нагрев до 500°С, пористой ткани объемного плетения, преимущественно из хлопка, льна, с огнезащитной пропиткой различными видами перренов. Также могут быть использованы иные виды термостойких водо- и паропроницаемых тканных материалов, обладающие высокой прочностью на разрыв, износостойкостью, гибкостью.
Внутренняя влагоизолирующая вставка может быть изготовлена из термостойких пленочных материалов, выдерживающих нагрев до 500°С без усадки, таких как силиконовые, тефлоновые, ткани с металлизированными подложками.
Для восстановления активности наполнителя сегменты устройства помещаются в сушильный шкаф, где выдерживаются сначала при температуре 100-120°С для удаления основной массы воды, во избежание растрескивания гранул наполнителя большим объемом водяных паров, затем активируются при температуре 350-450°С для восстановления активности внутренней поверхности пор адсорбента. При этом адсорбент восстанавливает свой свойства, и может быть использован повторно. После активации устройство хранится в эксикаторе, транспортируется к месту применения в герметичном полиэтиленовом пакете во избежание его увлажнения извне.
Пример.
Для обогрева баллонов для отбора проб газа в холодное время года, непосредственно на объекте оператор увлажняет верхнюю часть одной стороны устройства водой, используя пульверизатор, либо через ряд отверстий и каналов, снабженных клапанами и расположенных внутри устройства, и накладывает устройство на обогреваемое оборудование. С одной стороны, в устройство загружен цеолит NaA, с противоположной - КА. Вода проходит сверху вниз через поры адсорбента, разогревая его. На первом этапе оборудование нагревают со стороны NaA, на втором, для достижения более высокой температуры, накладывают сторону устройства, наполненную КА. Нагрев происходит в течение 1-2 минут, после чего температура поддерживается за счет теплоизолирующих свойств тканевой оболочки еще около 10 минут. Для поддержания тепла более длительный промежуток времени увлажнение осуществляют сегментами, сверху вниз, в несколько этапов. После остывания одной стороны устройства вода распыляется с противоположной стороны, отделенной от увлажненной стороны водонепроницаемой перегородкой. Для контроля степени нагрева служит термометр, входящий в состав устройства. При необходимости сегменты устройства соединяются между собой посредством крепежных элементов, увеличивая размеры устройства, для возможности использования на крупногабаритном оборудовании.
Предлагаемое устройство обеспечивает быстрый локальный нагрев, безопасно, экологично, обеспечивает возможность многократного использования после восстановления активности узкопористых адсорбентов, выступающих в данном случае в роли нагревательного элемента.