ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК A62B18/02 A62B7/10 

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты органов дыхания и организма человека в целом при работе или пребывании в условиях низких и пониженных, повышенных и высоких температур, а также для возврата влаги, теряемой с дыханием при температуре окружающей среды от -64°С до +350°С и выше. Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в пат. РФ №2167689, кл. А 62 В 18/02, 7/10, заявл. 18.04.2000, опублик. 27.05.01.

Известная маска содержит корпус из материала с низкой теплопроводностью, в котором выполнено отверстие для вдоха и выдоха, патрон с теплообменником из материала с высокой теплопроводностью, сообщенным с отверстием для вдоха и выдоха и теплоизолирующим элементом, размещенным на выходе теплообменника и выполненным в виде противопылевого фильтра.

Маска обеспечивает эффективный подогрев вдыхаемого воздуха и улавливание грубодисперсной пыли при вдыхании запыленного воздуха, однако она имеет сложную конструкцию и малоэффективна при работе в условиях низких температур. Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в одноименном патенте №2045301, кл. А 62 В 18/00, 9/00, заявл. 11.12.92, опублик. 10.10.95. Известная маска имеет корпус, в котором выполнено отверстие для входа и выхода и теплообменник, образующий в корпусе камеру между ним и отверстием для вдоха и выдоха. К камере подсоединена полая насадка, выполненная из эластичного материала, теплопроводность которого выше теплопроводности материала корпуса, а в дне полой насадки выполнено одно или несколько отверстий.

Недостатками известной маски являются ее низкая эффективность, обусловленная отсутствием разделения потоков вдыхаемого и выдыхаемого потоков воздуха и двойной потерей тепла при теплообмене этих потоков с теплообменником, и связанные с этим ограниченные функциональные возможности и неудобство эксплуатации.

Известна тепловая маска, описанная в финском патенте №49241, кл. А 62 В 7/00, 1975 г.

Известная маска содержит эластичный (резиновый) корпус с носовым пазом и выступающей наружу частью с центральным отверстием, не менее, чем одну перфорированную оболочку (сетку), выполненную в виде теплообменника из нескольких сетчатых элементов из теплоемкого материала, например металла, а также включающая ленточные элементы крепления маски.

Известная тепловая маска работает и нагревает вдыхаемый воздух без дополнительной энергии, используя тепло выдыхаемого человеком воздуха. Это осуществляется за счет мелкой теплоемкой металлической сетки, например, выполненной из нержавеющей стали, через которую проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух. Причем в зависимости от температуры окружающей среды и физической нагрузки используют одну или две сетки, что увеличивает теплоемкость теплообменника. Применяемая сетка практически не оказывает сопротивления прохождению воздуха при вдохе и выдохе, что не создает затруднений при дыхании. Одновременно применяемая мелкая сетка является и хорошим фильтром, препятствующим проникновению снега и пылевидных частиц в подмасочное пространство.

К недостаткам маски относятся наличие стягивающего крепления, вызывающего повышенное локальное давление на кожу лица, что в сочетании с корпусом, выполненным из полимерного материала со значительной теплопроводностью, способствует обморожению лица в местах контакта.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является маска для защиты органов дыхания и лица от холода, описанная в одноименном патенте РФ №2039582, кл. А 62 В 7/00, 18/02, заявл. 09.06.92, опублик. 20.07.95 и выбранная в качестве прототипа.

Известная маска содержит корпус с носовым пазом и выступающей наружу частью с центральным отверстием, не менее, чем одну перфорированную оболочку, выполненную в виде теплообменника из нескольких сетчатых элементов из теплоемкого материала, и ленточные элементы для крепления маски, при этом корпус выполнен из текстильного материала, по контуру центрального отверстия выполнен опорный буртик, а элементы крепления маски выполнены в виде двух ленточных пар, соединенных симметрично попарно и в одной плоскости с корпусом с обеих его сторон с возможностью соединения и разъединения свободных концов лент, их перегиба и образования крепления по типу пращевидной повязки.

Недостатком известного устройства является его невысокая эффективность, обусловленная тем, что нагрев вдыхаемого холодного воздуха происходит за счет тепла, аккумулированного перфорированной оболочкой при выдохе, количества которого явно недостаточно для заметного нагрева холодного воздуха, т.к. сетчатые элементы не скреплены между собой по всему объему и каналы для прохождения воздуха не совсем "организованы". Кроме того, она не очень удобна в эксплуатации из-за того, что крепление к лицу производится на верхней части головы и за шею. Задачей заявляемого технического решения является повышение эффективности устройства при обеспечении удобства эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что

- в первом варианте выполнения элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий имеющий центральное отверстие для дыхания через рот чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, и к которому прикреплены ленточные элементы крепления, согласно изобретению имеет форму и размеры, повторяющие форму и соотношения размеров нижней части лица, его проходное сечение в десятки раз больше сечения дыхательных путей, центральное отверстие элемента размещено на внутренней поверхности чехла, выполненного из не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха текстильного материала с редко волокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон, внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания через рот, при этом сетчатые элементы вкладыша имеют толщину от единиц до десятков микрон и пропитаны затвердевающим компаундом, образуя изогнутый наружу переменным радиусом пакет, имеющий толщину от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые, расширяющиеся к внешней поверхности микроканалы поверхности теплообмена, ленточные элементы в виде тесьмы прикреплены к нижнему и верхнему краям элемента с каждой из ее боковых сторон и представляют собой петли- заушины или прикреплены к середине боковых сторон, образуя одну петлю для крепления за шею.

При этом за чехол во внутренний объем элемента для обеспечения теплового баланса организма может быть введен пакетик с лекарственными средствами для ингаляции органов дыхания или на внутреннюю поверхность элемента через отверстие для дыхания нанесен слой лекарственного препарата.

Кроме того, к наружной поверхности элемента для обеспечения теплового баланса организма может быть прикреплен тонкий пакет из негорючих металлических сетчатых или рулонных профилированных элементов.

Кроме того, к верхней торцевой поверхности элемента для обеспечения теплового баланса организма может быть прикреплен утеплитель из ткани для носа, исключающий прямой тепловой контакт органов дыхания с атмосферой.

Во втором варианте выполнения элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, согласно изобретению элемент предназначен для дыхания через рот и (или) нос, чехол выполнен по форме и размерам нижней части лица из не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха текстильного материала с редковолокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон и дополнен утеплителем для носа, прикрепленным к верхней торцевой поверхности чехла, направляющим потоки дыхания через носовые отверстия в канал дыхания через рот через дополнительное или расширенное вверх существующее отверстие в чехле во внутренний объем элемента, образованный его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания, при этом в части элемента, предназначенной для дыхания через рот, размещен вкладыш в виде пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые расширяющиеся микроканалы поверхности теплообмена, а ленточные элементы в виде тесьмы прикреплены к нижнему и верхнему краям элемента с каждой из ее боковых сторон и представляют собой петли-заушины.

В третьем варианте выполнения элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, согласно изобретению элемент размещен в сетчатом кармашке, вшитом в часть верхней одежды, имеющей возможность контакта с наружными органами дыхания, причем сетчатые элементы пропитаны затвердевающим компаундом и выполнены в виде узких вертикально расположенных полосок, гибко соединенных между собой длинными сторонами, образуя пакет, при этом сетчатые элементы имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров и укрыт изнутри и снаружи не представляющим пневматического сопротивления потокам дыхания чехлом, выполненным из текстильного материала с редковолокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон.

При этом элемент для обеспечения теплового баланса организма может быть вшит в зависимости от фасона в оба или в один из краев воротника верхней одежды, или в шарф.

Изготовление в первом варианте элемента для обеспечения теплового баланса организма по форме и размерам нижней части лица с проходным сечением в десятки раз большим сечения дыхательных путей в совокупности с выполнением чехла из тонкого слоя материала, не представляющего пневматического сопротивления дыханию, при указанных параметрах сетчатых элементов в пакете, пропитанных компаундом для образования и организации совокупности извилистых микроканалов поверхности теплообмена, расширяющихся наружу за счет больших радиуса и площади внешней и меньших радиуса и площади внутренней поверхностей маски, обеспечивает тепловое равновесие организма в динамике его тепловыделения, делая элемент высокоэффективным, а указанное выше выполнение ленточных элементов для крепления делает удобной ее эксплуатацию. Это объясняется следующим.

Компаунд заполняет поры нитей и тем самым ликвидирует непродуваемые пустоты для скопления влаги, выравнивает поверхности теплообмена - снижает пневматическое сопротивление (трение). Он образует большое число извилистых микроканалов, обладающих очень большой внутренней поверхностью, и создает механическую прочность пористого объема теплоблока. Микроканалы разделяют порции выдоха (теплого влажного воздуха) на огромное количество микропотоков. Во времени микропоток разделяется на микропорции, каждая из которых находится в каждый момент времени от интервала выдоха в микроканале и участвует в теплообмене с содержащейся в ней влагой. Теплообмен происходит на микроуровне, при ничтожно малых объемах газа.

Тонкий слой синтепона (поролона или иного материала), укрывающий внешнюю поверхность элемента, не представляет собой пневматического сопротивления для потоков дыхания и не искажает их направления, являясь для бокового движения атмосферного воздуха преградой и защищая от него свой внутренний объем. Проходное сечение элемента в десятки раз превышает сечение дыхательных путей, поэтому скорость потока воздуха при выдохе падает, а при вдохе вырастает в извилистых микроканалах элемента в десятки раз. Резкое снижение давления с увеличением объема происходит с поглощением тепловой энергии, которая выделяется на коже лица и в теплообменнике (элементе), увеличивая тепловой напор (количество тепловой энергии за единицу времени) в его внутренних слоях. Выдыхаемый воздух охлаждается.

При вдохе холодный воздух атмосферы, проходя через сужающиеся к внутренней поверхности элемента извилистые прогретые микроканалы, прогревается.

Выполнение во втором варианте элемента, предназначенного для дыхания через рот и нос с утеплителем носа, прикрепленным к верхней торцевой поверхности чехла с размещенным внутри пакетом из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при том, что поверхность периметра элемента пропитана затвердевающим компаундом дополнительно для механической прочности, заменяя корпус и основание вместе с внутренней крышкой, а радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые расширяющиеся микроканалы поверхности теплообмена, также обеспечивает высокоэффективную теплопередачу без конденсации влаги из охлаждающегося воздуха.

В этом случае человек дышит через рот и (или) нос. Холодный воздух поступает через извилистые микроканалы в органы дыхания и прогревается. При выдохе теплый воздух выходит через расширяющиеся наружу микроканалы, где давление падает, скорость потока воздуха увеличивается, выдыхаемый воздух охлаждается. В данном варианте отсутствует канал охлаждения через нос. Отсутствует сама возможность охлаждения организма, поскольку доминирующих тепловых потерь с дыханием практически нет, несмотря на низкую температуру окружающей среды и время ее действия на (в этом случае) тепловой элемент.

В третьем варианте выполнения элемент для обеспечения теплового баланса организма вшит в воротник или шарф и дыхание осуществляется через него через рот или нос. В данном случае геометрического расширения микроканалов к наружной поверхности практически нет, однако регулирование тепловых потерь осуществляется. При вдохе холодный воздух поступает через извилистые микроканалы элемента, нагреваясь при этом, к органам дыхания. При этом возрастает давление в микроканалах элемента и происходит поглощение тепловой энергии - вдыхаемый воздух нагревается. При выдохе теплый воздух охлаждается и его объем уменьшается. Микропоток сужается, что эквивалентно расширению микроканала.

В сравнении с прототипом в первом варианте заявляемый элемент для обеспечения теплового баланса организма обладает новизной, отличаясь от него такими существенными признаками, как выполнение его повторяющим форму нижней части лица и проходным сечением в десятки раз больше сечения дыхательных путей, с центральным отверстием элемента на его внутренней поверхности для дыхания через рот, выполнением чехла из тонкого слоя, не представляющего пневматического сопротивления потокам дыхания, нитевидного влагостойкого материала плотностью 75-300 мг/л, толщиной 5-30 мм, пропиткой сетчатых элементов затвердевающим компаундом с образованием изогнутого переменным радиусом пакета, образованием внутреннего объема элемента его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, при том, что сетчатые элементы имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, внешняя поверхность элемента больше его внутренней поверхности, образуя расширяющиеся извилистые микроканалы теплообменной поверхности, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Во втором варианте заявляемый элемент обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как предназначение элемента для дыхания через рот и (или) нос, выполнение чехла по форме и размерам нижней части лица, дополнением его утеплителем для носа, прикрепленным к верхней торцевой поверхности чехла, направляющим потоки дыхания через носовые отверстия в канал дыхания через рот через дополнительное или расширенное вверх существующее отверстие в чехле во внутренний объем элемента, образованный его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания через рот, размещением в части элемента, предназначенной для дыхания через рот, вкладыша в виде пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые расширяющиеся микроканалы поверхности теплообмена, а ленточные элементы прикреплены к нижнему и верхнему краям элемента с каждой из ее боковых сторон и представляют собой петли-заушины, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

В третьем варианте заявляемый элемент обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как размещение элемента в сетчатом кармашке, вшитом в часть верхней одежды, имеющей возможность контакта с наружными органами дыхания, причем сетчатые элементы пропитаны затвердевающим компаундом и выполнены в виде узких вертикально расположенных полосок, гибко соединенных между собой длинными сторонами, образуя пакет, при этом сетчатые элементы имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров и укрыт изнутри и снаружи не представляющим пневматического сопротивления потокам дыхания чехлом, выполненным из текстильного материала с редковолокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанной совокупностью отличительных признаков во всех трех указанных выше вариантах, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение во всех его вариантах соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый элемент для обеспечения теплового баланса организма во всех его вариантах может найти широкое применение в армии, МВД, в быту, в других отраслях народного хозяйства, где человеку приходится длительное время находиться на холоде, а потому соответствует критерию "промышленная применимость". Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на

фиг.1, 1а и 1б - общий вид элемента для обеспечения теплового баланса организма по первому варианту выполнения;

- фиг.2, 2а и 2б - общий вид элемента для обеспечения теплового баланса организма по второму варианту выполнения;

- фиг.3, 3а и 3б - общий вид элемента для обеспечения теплового баланса организма по третьему варианту выполнения (различные варианты размещения его в воротнике).

В первом варианте выполнения (фиг.1, 1а и 1б) элемент для обеспечения теплового баланса организма имеет форму, повторяющую форму нижней части лица. Его проходное сечение в десятки раз больше сечения дыхательных путей. На внутренней поверхности элемента выполнено центральное отверстие 1 для дыхания через рот. Корпус 2 выполнен из тонкого слоя, не представляющего пневматического сопротивления потокам дыхания, нитевидного влагостойкого материала плотностью 75-300 мг/л, толщиной 5-30 мм и имеет отверстие для дыхания через рот. Сетчатые элементы 3, составляющие вкладыш в корпус 2, пропитаны затвердевающим компаундом, образуя изогнутый переменным радиусом пакет. При этом сетчатые элементы 3 имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров. Радиус внешней поверхности маски больше радиуса ее внутренней поверхности, что приводит к образованию расширяющихся микроканалов теплообменной поверхности. Внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания через рот. К верхним и нижним краям элемента прикреплены ленточки 4 из тесьмы для закрепления на голове человека - за ушами.

Поскольку первый вариант выполнения элемента для обеспечения теплового баланса организма является базовым, то для понимания физики процесса в первом варианте стоит принять во внимание следующее.

Тракт дыхания человека состоит из двух параллельных каналов: через рот (обогреваемый дополнительным элементом) и через нос (холодный).На разных частотах дыхания (разных скоростях потоков воздуха)элемент оказывает разное сопротивление движению воздуха через себя (равно как любое другое пневматическое сопротивление или сужающее устройство), тем самым изменяя его количество по обогреваемому тракту.

Ограничение потока через рот приводит к увеличению параллельного потока через нос (и наоборот), поскольку объем порции воздуха, затребованной легкими для вдоха, должен быть обеспечен полностью.

При увеличении физической нагрузки (ускорении шага) увеличивается тепловыделение организма и ему требуется рост тепловых потерь. Для этого организм учащает дыхание, что вызывает увеличение пневматического сопротивления элемента как регулирующее воздействие организма на исполнительный механизм (элемент), а в результате поток воздуха по обогреваемому каналу через рот становится меньше и снижает теплообмен. Холодный поток через нос, дополняя порцию дыхания до нормы, увеличивается вместе с тепловыми потерями и предоставляет желаемый результат.

С увеличением физической нагрузки организма дыхание становится чаще, объем воздуха в цикле вдох-выдох падает. Элемент для обеспечения теплового баланса организма прогревается уже меньшим объемом и за недостаточное время, поэтому накапливает меньше тепловой энергии. Кроме того, снижается коэффициент полезного действия (КПД) и сокращается время теплообмена при возврате тепла. Таким образом, организм через режимы дыхания снижает эффективность работы элемента, уменьшая его КПД и возврат тепловой энергии составного теплообменника в целом, осуществляя процесс регулирования. Функция дыхания организма (при вдохе) для элемента - выходной, регулируемый параметр (значение и стабильность температуры воздуха), а при выдохе - источник тепловой энергии, критерий взаимодействия с окружающей средой (измеряемые параметры) и источник регулирующего воздействия, а также исполнительный механизм. Элемент для обеспечения теплового баланса организма заявляемой конструкции является дополнительным, промежуточным и регулируемым участником конвективного теплообмена в канале доминирующих потерь (дыхательной вентиляции организма), способным накапливать энергию в режиме теплового резонанса между ним и существующим теплообменником - трактом дыхания.

Реально при теплообмене в процессе дыхания работает уже другой составной, более совершенный теплообменник, адаптированный под условия взаимодействия с окружающей средой в широком диапазоне температур при различном тепловыделении организма и обеспечивающий тепловые потери на необходимом (минимальном) уровне, достаточном для теплового равновесия.

Этот составной теплообменник разделяет тепловую энергию каждой порции дыхания на составляющие: внутреннюю и полную. Он устанавливает промежуточную температуру для порции вдоха на оптимальном для организма значении +20°С, а разница температур выдыхаемого (36, 5°С) и окружающего воздуха (текущий градиент), умноженный на теплоемкость и массу порции выдоха, есть полная составляющая. Она (полная) накапливается и задерживается в элементе для обеспечения теплового баланса организма при выдохе. Ее большая часть возвращается в организм с порцией вдоха, а излишки для обеспечения необходимых тепловых потерь сбрасываются в атмосферу.

Часть тепловой энергии (внутренняя составляющая), выделенная элементом для обеспечения теплового баланса организма из порции выдоха и возвращаемая в организм при вдохе, существует и работает внутри составного теплообменника и является нерастрачиваемой частью его теплосодержания или теплового ресурса. Вместе с тем это циклический буфер, наличие которого и позволяет устранять избыточные потери тепла (или добавлять недостающие) во внутреннем теплообменнике - тракте дыхательной вентиляции организма.

Существование буфера обеспечено способностью элемента для обеспечения теплового баланса организма накапливать тепловую энергию в режиме теплового резонанса (максимальной эффективности) на частотах работы составного теплообменника, обусловленных ритмами дыхания организма. Элемент для обеспечения теплового баланса организма функционирует следующим образом.

Человек, находящийся на холоде, надевает элемент для обеспечения теплового баланса организма, выполненный в виде маски, фиксирует ее на органах дыхания, закрепляя за ушами или за шею ленточные элементы 4 так, чтобы центральное отверстие 1 на внутренней поверхности располагалось напротив рта.

Человек, надев элемент-маску, дает возможность организму частично или полностью дышать через нее. При выдохе теплый воздух проходит через расширяющиеся наружу извилистые микроканалы маски, разделяясь на десятки и сотни тысяч микропотоков, которые, в свою очередь, разделены на микропорции во времени, и охлаждается. В теплообмене в каждый момент интервала выдоха участвует только часть микрообъема от протяженности микропотока и содержащейся в ней влаги. Такой тонкий и "длинный" микропоток охлаждающегося воздуха содержит ничтожное, недостаточное для конденсации в условиях теплообмена количество влаги, поэтому маска не увлажняется. Кроме того, буферный слой воздуха, выходящий из теплоблока маски, образует на ее внешней поверхности влагозащитный слой внешней поверхности маски. Поскольку оболочка 2 из тонкого слоя синтепона, укрывающая внешнюю поверхность маски, не представляет пневматического сопротивления для потоков дыхания и не искажает тем самым их векторов направленности, то векторы движения микропотоков за выходной кромкой микроканалов сохраняются на расстоянии нескольких миллиметров, создавая тепловой экран внешней поверхности маски, позволяющий ей прогреваться, как и всем внутренним слоям, устраняющим ее тепловой контакт с атмосферой, не допуская возникновения условий конденсации влаги на поверхности маски из более теплого выдыхаемого воздуха. Температура поверхности теплообмена и эффективность теплопередачи при этом возрастают.

Проходное сечение маски в десятки раз превышает сечение дыхательных путей, поэтому скорость потока воздуха при выдохе падает, а при вдохе вырастает в микроканалах элемента в десятки раз. Резкое снижение давления с увеличением объема происходит с поглощением тепловой энергии, которая выделяется на коже лица и в теплообменнике (маске), увеличивая тепловой напор (количество тепловой энергии за единицу времени) в его внутренних слоях - выдыхаемый воздух охлаждается.

При вдохе холодный воздух из атмосферы поступает через сужающиеся к внутренней поверхности элемента микроканалы. При этом возрастает давление в микроканалах элемента и происходит поглощение тепловой энергии - вдыхаемый воздух нагревается.

В общем случае, чтобы быстрее согреться, надо возвращать в организм больше тепловой энергии. Тогда человек дышит только через рот. Чем больше тепловой энергии поступает из организма в прибор, тем больше он может вернуть и возвращает в соответствии с сиюминутной необходимостью. Согреваясь, организм замедляет (нормализует) дыхание, поскольку восстанавливается его способность поглощать кислород и, соответственно, падают затраты влаги на дыхание, энергетические затраты на само дыхание (собственные нужды) и тепловые потери дополнительно в связи с уменьшением объема дыхания. В "согревающем" режиме максимального возврата тепловой энергии нет необходимости регулирования (снижения) эффективности работы. И оно не происходит, поскольку отсутствует канал охлаждения через нос. Отсутствует сама возможность охлаждения организма, поскольку доминирующих тепловых потерь с дыханием практически нет, несмотря на низкую температуру окружающей среды и время ее действия на (в этом случае) тепловой элемент.

Зато из-за резкого (в несколько - 3-4-5- раз) снижения потерь на морозе появляется избыток тепловыделения организма (равный условиям теплого помещения), который сейчас и необходим для восстановления тепловою ресурса организма до нормы (согревания).

Элемент совместно с организмом не изменяет уровень тепловыделения организма, а добавляясь к его текущему теплосодержанию, восстанавливает тепловой ресурс, попутно снижая расход влаги с дыханием (при меньшей частоте дыхания падает объем воздуха и необходимость сильного увлажнения). Теперь через теплоблок идет весь (повышенный) поток дыхания, встречая из-за увеличенной скорости микропотоков максимальное пневматическое сопротивление и, когда организм согревается (требуются тепловые потери), он задействует носовой канал, в том числе и для того, чтобы восстановить комфорт дыхания.

Тепловой элемент не влияет на тепловыделение организма в зависимости от его физической нагрузки, а отслеживает и ставит ему в соответствие через режимы дыхания необходимые тепловые потери (сброс) для предотвращения теплового разбаланса, избытка потери влаги и появления недостатка (или избытка) теплового ресурса (дискомфорта) организма.

Во втором варианте выполнения (фиг.2, 2а и 2б) элемент для обеспечения теплового баланса организма содержит чехол 1, в котором размещены вкладыш 2 из сетчатых элементов, ленточки-тесемки 3 для крепления и утеплитель 4 для носа, прикрепленный к верхней торцевой поверхности элемента. Внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания.

Во втором варианте выполнения элемента для обеспечения теплового баланса организма для дыхания через рот и через нос одновременно создается параллельный основному (через рот) поток теплого воздуха при выдохе и прогретого воздуха при вдохе - через нос. Канал охлаждения в данном случае отсутствует и полный объем выдыхаемого воздуха имеет и большее теплосодержание за неизменный интервал времени каждого цикла вдох-выдох и скважности полуциклов дыхания. Возрастает поступление энергии и тепловой напор в режиме аккумулирования. Вырастает и без того избыточный коэффициент в полуцикле накопления. Потребность в возврате тепла падает, т.к. возрастает необходимость сброса. При частотах дыхания от 12 циклов в минуту и ниже элемент для обеспечения теплового баланса организма работает с максимальной эффективностью и возвращает тепловую энергию полностью.

При вложении в пакет лекарственных средств или нанесении слоя лекарственного препарата на внутреннюю поверхность через отверстие для дыхания элемент для обеспечения теплового баланса организма может использоваться для лечения пациентов.

При использовании элемента с наложенной поверх чехла накладкой-пакетом негорючих сетчатых элементов он может применяться для дыхания в условиях повышенных температур. Этот пакет-накладка применяется при температурах свыше +100°С и срабатывает дополнительный перепад температур и дополнительная теплоемкость реагента при значительном увеличении градиента. Соответственно увеличивается масса элемента, чтобы было в чем задержать избыток теплопоступления и не допустить роста температуры порции вдоха или обеспечить достаточный рост недостающих тепловых потерь.

В третьем варианте выполнения (фиг.3, 3а и 3б) при использовании элемента для обеспечения теплового баланса организма для дыхания через воротник или шарф элемент выполнен из узких вертикальных, скрепленных между собой шарнирно или гибко полосок 1, пропитанных затвердевающим компаундом, помещенных в чехол 2 из тонкого слоя, не представляющего пневматического сопротивления потокам дыхания, нитевидного влагостойкого материала плотностью 75-300 мг/ л, толщиной 5-30 мм и помещен в сетчатый кармашек 3, вшитый соответственно в края (либо в один край) воротника или шарф.

При вдыхании холодного воздуха через элемент для обеспечения теплового баланса организма холодный воздух проходит через длинные извилистые микроканалы, образованные в пакете из сетчатых элементов, и согревается. При этом, поскольку объем холодного воздуха всегда меньше объема более теплого воздуха, то увеличение его объема при согревании увеличивает давление воздуха и равнозначно сужению микроканалов. При выдохе теплого воздуха из легких происходит его постепенное охлаждение и уменьшение объема; теплообмен при этом не снижается.

В сравнении с прототипом заявляемый элемент для сохранения теплового баланса организма во всех его вариантах обладает более высокой эффективностью и более удобен в эксплуатации.

Предназначено для индивидуальной защиты органов дыхания и организма человека в целом при работе или пребывании в условиях низких и пониженных, повышенных и высоких температур, а также для возврата влаги, теряемой с дыханием. В первом варианте выполнения элемент имеет форму, повторяющую форму нижней части лица. Его проходное сечение в десятки раз больше сечения дыхательных путей. На внутренней поверхности элемента выполнено центральное отверстие для дыхания через рот. Корпус выполнен из тонкого слоя, не представляющего пневматического сопротивления потокам дыхания, нитевидного влагостойкого материала плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм и имеет отверстие для дыхания через рот. Сетчатые элементы, составляющие вкладыш в корпус, пропитаны затвердевающим компаундом, образуя изогнутый переменным радиусом пакет. При этом сетчатые элементы имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров. Внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания через рот. Радиус внешней поверхности маски больше радиуса ее внутренней поверхности, что приводит к образованию расширяющихся микроканалов теплообменной поверхности. К верхним и нижним краям элемента прикреплены ленточки из тесьмы для закрепления на голове человека - за ушами. Во втором варианте выполнения элемент содержит чехол, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, ленточки-тесемки для крепления и утеплитель для носа. Внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания. В третьем варианте при использовании элемента для дыхания через воротник или шарф элемент выполнен из узких вертикальных, скрепленных между собой шарнирно или гибко полосок, пропитанных затвердевающим компаундом, помещенных в чехол из тонкого слоя, не представляющего пневматического сопротивления потокам дыхания, нитевидного влагостойкого материала плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм и помещен в сетчатый кармашек, вшитый соответственно в края или в один край воротника или шарф. Обеспечивается повышение эффективности устройства при обеспечении удобства пользования. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий имеющий центральное отверстие для дыхания через рот чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, и к которому прикреплены ленточные элементы крепления, отличающийся тем, что он имеет форму и размеры, повторяющие форму и соотношения размеров нижней части лица, его проходное сечение в десятки раз больше сечения дыхательных путей, центральное отверстие элемента размещено на внутренней поверхности чехла, выполненного из не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха текстильного материала с редковолокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон, внутренний объем элемента образован его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания через рот, сетчатые элементы вкладыша имеют толщину от единиц до десятков микрон и пропитаны затвердевающим компаундом, образуя изогнутый наружу переменным радиусом пакет, имеющий толщину от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые, расширяющиеся к внешней поверхности микроканалы поверхности теплообмена, ленточные элементы в виде тесьмы прикреплены к нижнему и верхнему краям элемента с каждой из его боковых сторон и представляют собой петли-заушины или прикреплены к середине боковых сторон, образуя одну петлю для крепления за шею.2. Элемент для обеспечения теплового баланса организма по п.1, отличающийся тем, что за чехол во внутренний объем элемента для обеспечения теплового баланса организма введен пакетик с лекарственными средствами для ингаляции органов дыхания.3. Элемент для обеспечения теплового баланса организма по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность элемента для обеспечения теплового баланса организма через отверстие для дыхания нанесен слой лекарственного препарата для ингаляции органов дыхания.4. Элемент для обеспечения теплового баланса организма по п.1, отличающийся тем, что к его наружной поверхности прикреплен тонкий пакет из негорючих металлических сетчатых или рулонных профилированных элементов.5. Элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, отличающийся тем, что он предназначен для дыхания через рот и/или нос, чехол выполнен по форме и размерам нижней части лица и дополнен утеплителем для носа, прикрепленным у верхней торцевой поверхности чехла, направляющим потоки дыхания через носовые отверстия в канал дыхания через рот через дополнительное или расширенное вверх существующее отверстие в чехле во внутренний объем элемента, образованный его внутренней поверхностью меньшего радиуса и внутренней крышкой дополнительной жесткости элемента с максимальным расстоянием между ними в середине, уменьшающимся к периметру до нуля, и отверстием для дыхания, при этом в части элемента, предназначенной для дыхания через рот, размещен вкладыш в виде пакета из пропитанных затвердевающим компаундом сетчатых элементов, которые имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров, при этом радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, образуя извилистые, расширяющиеся микроканалы поверхности теплообмена, а ленточные элементы прикреплены к нижнему и верхнему краям элемента с каждой из его боковых сторон и представляют собой петли-заушины.6. Элемент для обеспечения теплового баланса организма, содержащий чехол из текстильного материала, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих поверхность теплообмена, отличающийся тем, что он размещен в сетчатом кармашке, вшитом в часть верхней одежды, имеющей возможность контакта с наружными органами дыхания, причем сетчатые элементы пропитаны затвердевающим компаундом и выполнены в виде узких вертикально расположенных полосок, гибко соединенных между собой длинными сторонами, образуя пакет, при этом сетчатые элементы имеют толщину от единиц до десятков микрон, а пакет - от единиц до десятков миллиметров и укрыт изнутри и снаружи не представляющим пневматического сопротивления потокам дыхания чехлом, выполненным из текстильного материала с редковолокнистым слоем плотностью 75-300 мг/л, толщиной 3-30 мм из водостойких нитей толщиной от единиц до десятков микрон.7. Элемент для обеспечения теплового баланса организма по п.5, отличающийся тем, что он вшит в зависимости от фасона в оба или в один из краев воротника верхней одежды.8. Элемент для обеспечения теплового баланса организма по п.5, отличающийся тем, что он вшит в шарф.