ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК A61F7/03 C09K5/00 

Изобретение относится к медицинской технике и химической технологии для использования в качестве внешнего источника тепла при осуществлении процессов, протекающих длительно при сравнительно невысоких температурах.

Для получения компактных медицинских нагревателей известна электрогрелка для уха, содержащая электронагреватель. Другой принцип заложен при получении химических грелок: использование тепла, выделяющегося в процессе прохождения экзотермической реакции. Так, например, состав, включающий смесь порошка железа, алюминия, магния с окислителем, полученным разбавлением водой твердого компонента на основе хлористого железа, содержащего микроколичества меди, никеля или цинка, которая содержит железные опилки, брикетированное горючее, термовыделяющие реактивы и хелатообразователь, регулирующий начальную температуру теплообразования при смещении остальных компонентов состава.

Однако на эффективность химических грелок оказывает также большое влияние их конструктивное исполнение. В химическом обогревателе для получения тепла в тепловыделяющий состав (чугунные стружки, активированный уголь, силикагель, пропитанный раствором хлорида меди), подготовленный заранее и хранящийся в полиэтиленовом пакете, добавляют воду.

Известен также тепловыделяющий состав для обогрева одежды, который содержит древесные опилки, активированный уголь, водный раствор щелочи или неорганической соли щелочного металла, нейтральной соли и порошкообразного железа. Этот состав хранится до использования в герметичных условиях. Для получения тепла с наружной поверхности герметичного пакета снимают пленку, наклеенную на участок пакета, имеющий перфорацию. Тем самым обеспечивается доступ воздуха к составу, в результате чего происходит экзотермическая химическая реакция.

Наиболее близким к изобретению и принятым за прототип является тепловыделяющий элемент, включающий теплогенерирующую композицию, образующую тепло при контакте с кислородом, и емкость, содержащую указанную композицию. Емкость состоит из воздухонепроницаемой пленки, имеющей по меньшей мере одно окно или отверстия, каждое из которых имеет диаметр в диапазоне 0,05-50 мм, микропористой пленки, покрывающей и закрывающей окно или отверстия, с размером микропор 0,05-5 мкм, и наружной оболочки с воздухонепроницаемым покрытием, которое удаляется перед использованием элемента.

К недостаткам прототипа следует отнести длительное время разогрева до рабочей температуры (60 мин), ограниченный интервал рабочих температуре (55-65^оС) и малый срок хранения элемента до его использования.

Целью изобретения является повышение эффективности работы элемента и увеличение длительности его использования.

К недостаткам прототипа следует отнести длительное время разогрева до рабочей температуры (60 мин), ограниченный интервал рабочих температур (55-65^оС) и малый срок хранения элементадо его использования.

Поставленная цель достигается тем, что предложен тепловыделяющий элемент, выполненный в виде трехслойной гибкой емкости, содержащей тепловыделяющую композицию на основе металлов из группы Fe, Mg, Al, Zn, причем емкость имеет внутреннюю тканевую оболочку, обработанную гидрофобизирующим составом, промежуточную воздухонепроницаемую полимерную оболочку и наружную оболочку из декоративной ткани, и состоит из двух камер с легкоразрушающейся перегородкой, а композиция, состоящая из двух компонентов, находящихся в раздельных камерах, в составе второго компонента дополнительно содержит оксид металла переменной валентности из группы Mn. Pb, Ni при соотношении второго компонента от 2,1 до 5,3 мас.ч. на 1 мас.ч. первого компонента.

На чертеже показана схема тепловыделяющего элемента.

Элемент состоит из внутренней тканевой гидрофобной оболочки 1, которая служит для длительного удержания необходимого количества воды в реакционной системе в процессе хранения элемента. Гидрофобная оболочка вложена в гибкую герметичную емкость 2, имеющую две камеры для изолированного хранения компонентов I и II. Перегородкой 3 служит машинная строчка хлопчатобумажными нитками с ослабленным натяжением верхней нити. Выдергиванием нижней нити строчки легко осуществляется разрушение перегородки и контакт компонента I с компонентом II. Гибкая герметичная емкость имеет также выступ 4, который удаляется путем среза после перемешивания компонентов, и через образовавшееся отверстие в емкости к компонентам поступает кислород воздуха. Снаружи гибкая герметичная емкость имеет внешнюю оболочку 5 из декоративной ткани и отверстие для вывода выступа гибкой герметичной емкости и нитей перегородки. Оболочка из декоративной ткани играет роль не только как эстетический компонент, но и предохраняет нагреваемое тело от чрезмерного перегрева при разогреве тепловыделяющего элемента. Габаритные размеры элемента 90 х 150 мм.

Принцип работы тепловыделяющего элемента следующий.

Непосредственно перед употреблением производится удаление перегородки, разделяющей гибкую герметичную емкость на две камеры, и перемешивание компонентов путем перетирания. Затем производится удаление выступа герметичной емкости для подачи в реакционную систему кислорода воздуха, после чего тепловыделяющий элемент накладывают на участок, подлежащий обогреву. При снижении температуры (<60^оС) в процессе использования элемента необходимо повторное перемешивание компонентов.

В табл. 1-3 приведены данные по составу предлагаемого тепловыделяющего элемента и его эффективности по сравнению с прототипом.

Из табл. 1 видно, что тепловыделяющий элемент, содержащий в качестве компонентов железо (I) и двуокись марганца, графит, активированный уголь, неорганическую соль, воду (II) при соотношении от 2,1 до 5,3 мас.ч. второго компонента на 1 мас.ч. первого компонента (примеры 1-3), имеет время разогрева до рабочей температуры, равное 15-30 мин, и работает в интервале температур 55-65^оС в течение 8-24 ч. При уменьшении содержания второго компонента менее 2,1 мас.ч. (пример 4) время разогрева элемента снижается до 10 мин, но при этом происходит снижение работоспособности элемента до 6 ч. Увеличение количества второго компонента свыше 5,3 мас.ч. (пример 5) приводит к снижению эффективности тепловыделяющего элемента: время разогрева до рабочей температуры достигает 60 мин, а длительность работы элемента составляет всего 4 ч.

Использование в составе тепловыделяющего элемента других пар окислитель - восстановитель: магний - двуокись марганца (пример 6), алюминий - двуокись марганца (пример 7)0 цинк - двуокись марганца (пример 8), цинк - двуокись свинца (пример 9), железо - двуокись свинца (пример 10), цинк - трехокись никеля (пример 11), железо - трехокись никеля (пример 12) при соотношении от 2,1 до 5,3 мас.ч. второго компонента на 1 мас.ч. первого компонента позволяет получать элемент с малым временем разогрева (5-15 мин) и длительной работоспособностью при 55-65^оС (8-20 ч). Элемент с составом, описанным в прототипе (пример 13), имеет большую длительность разогрева (60 мин) и работает в диапазоне температур 55-65^оС в течение всего 1-1,5 ч.

Преимуществами предлагаемого тепловыделяющего элемента в отличие от прототипа (табл,2) являются повышение эффективности работы элемента и увеличение длительности его использования, заключающиеся в снижении времени разогрева элемента в 2-4 раза, повышении максимальной температуры работы до 130-160^оС, значительном увеличении срока хранения элемента до использования с 7 дней до 6 месяцев. Это достигается путем введения в состав тепловыделяющей композиции окислителя в виде порошкообразного оксида металла переменной валентности из группы Mn, Pb, Ni, определенного соотношения компонентов (табл.3), а также конструктивных особенностей предлагаемого тепловыделяющего элемента, состоящего из внутренней хлопчатобумажной тканевой оболочки (выдерживает многократное перегибание без разрушения), предварительно прошедшей гидрофобную обработку кремнийорганическим соединением; промежуточной воздухонепроницаемой оболочки из полимерной пленки; наружной оболочки из декоративной ткани, которая не удаляется с элемента при использовании.

Приготовление компонентов и их размещение в камерах элемента осуществляется на воздухе и не требует особых условий в отличие от прототипа, где заполнение производится в отсутствие воздуха в среде азота. Одним из недостатков элемента-прототипа является также и то, что наряду с малым сроком хранения до использования малейшие проколы или дефекты гибких полимерных оболочек приведут к преждевременному поступлению окислителя - кислорода воздуха - к реагенту, что приведет к необратимой порче элемента, в то время как перемешивание или перетирание компонентов заявляемого элемента непосредственно во внутренней оболочке после удаления перегородки приводит к восстановлению работоспособности элемента. Перечисленные в табл.3 соотношения компонентов тепловыделяющих композиций дают представление о технических возможностях применения заявленного элемента, которые позволяют использовать его не только в медицинских целях, но и в качестве внешнего источника тепла при осуществлении процессов химической технологии, например при отверждении клеев, герметиков и других материалов, когда использование нагревателей других типов исключено.

Использование: в медицинской технике и химической технологии в качестве внешнего источника тепла. Сущность изобретения: тепловыделяющий элемент, выполненный в виде гибкой двухкамерной герметичной емкости с легкоразрушающейся перегородкой, содержащий изолированно два компонента и выделение тепла в котором происходит при контакте компонентов, имеет внутреннюю гидрофобную оболочку, а первый компонент представляет собой порошкообразный металл из группы Fe, Mg, Al, Zn, второй - смесь оксида металлов переменной валентности из группы Mn, Pb, Ni, активированного угля, графита, неорганической соли и воды, при соотношении второго компонента от 2,1 до 5,3 мас.ч. на 1 мас.ч. первого компонента. Положительный эффект: повышается эффективность работы элемента и увеличивается длительность его использования. 1 ил. 3 табл.

ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, выполненный в виде трехслойной гибкой емкости, содержащей тепловыделяющую композицию на основе металлов из группы Fe, Mg, Al, Zn, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности в работе элемента и увеличения длительности его использования, емкость имеет внутреннюю тканевую оболочку, обработанную гидрофобизирующим составом, промежуточную воздухонепроницаемую полимерную оболочку и наружную оболочку из декоративной ткани и состоит из двух камер с легкоразрушающейся перегородкой, а композиция, состоящая из двух компонентов, находящихся в раздельных камерах, в составе второго компонента дополнительно содержит оксид металла переменной валентности из группы Mn, Pb, Ni при соотношении второго и первого компонентов 2,1-5,3 : 1 мас.ч. соответственно.