CS259946B1 - ZaHzenf k měření zejména časového průběhu tepelného odporu vlhkých porézních materiálů, například textilií - Google Patents

Abstract

Podstatou řešení je zařízení k měření zejména časového průběhu tepelného odporu vlhkých materiálů pomocí plošného čidla tepelného toku, umístěného meui měřeným materiálem a kovovým blokem, vytápěným na 'konstantní teplotu. Měřený materiál je na počátku měření zavlhčen dávkou kapaliny, předehřáté v ohřívací dutině, umístěné uvnitř kovového bloku a vyústěné do měřeného materiálu pomocí nejméně jednoho kanálu, procházejícího skrz plošné čidlo tepelného toku. Zařízení je vhodné k použití při hodnocení oděvně-fyziologických vlastností plošných textilií nebo v komparačním režimu jako přesný aspirační vlhkoměr.

Description

Předmětem vynálezu je zařízení k měření zejména časového průběhu tepelných ztrát vlhkých porézních materiálů, například textilií, založené na snímání tepelného toku, procházejícího textilií při odpařování vlhkosti dodávané do textilie impulsně nebo kontinuálně skrz plošné čidlo tepelného toku, umístěné mezi měřeným materiálem a kovovým blokem o konstantní teplotě.

Zařízení dle vynálezu je využitelné zejména k objektivizaci oděvně-fyziologických textilií, zvláště dvouvrstvých textilii, u nichž každá vrstva má jiné vlastnosti. Kombinací hydrofobní a hydrofilní vrstvy lze vyrobit textilii se zvýšenými oděvně-fyziologickými vlastnostmi, tj. takovými vlastnostmi, které zajistí pocit komfortu jak při běžných podmínkách, tak i při zvýšené fyzické námaze. Tento pocit se dostaví pouze tehdy, je-li v důsledku činnosti termoregulačního mechanismu organismu a při volbě vhodné struktury oděvních vrstev, zejména však spodního ošacení, tj. prádla, udržována pokožka na teplotě 32 + 1 °C a leži-li vlhkost vzduchu v prostoru mezi pokožkou a první textilní vrstvou v intervalu 40 až 60 %, při mírném proudění vzduchu v této mezlvrstvě.

Při vysoké fyzické zátěži nebo při pohybu v extrémních klimatických podmínkách, například při vysoké teplotě prostřední, se organismus přebytku tepla brání odpařováním potu, které je velmi účinným chladicím mechanismem. Není-li však vhodnou konstrukcí oděvu umožněno rychlé odvádění potu, vzrůstá zejména vlhkost v první vzduchové mezivrstvě nad obvyklou mez a nositel oděvu pocituje značné nepohodlí. Nasytí-li se tímto potem nevhodně konstruované spodní prádlo, pak tepelně izolační schopnost celého oděvu klesá a po ukončeni fyzické zátěže, která je zdrojem tepla, může dojít k podchlazení organismu'. Optimální první textilní vrstva doléhající k tělu musí tedy zajistit odvod potu mimo pokožku, umožnit rychlý prostup vodních par vrstvou a navíc si musí i v podmínkách vysoké fyzické zátěže zachovat co nejvýšší tepelně izolační schopnosti, které rostou s množstvím vzduchu, zadržovaného v textilii.

Uvedené protichůdné vlastnosti již nelze v praxi realizovat běžnými jednotlivými tkaninami a pleteninami. Proto bylo třeba zkonstruovat textilii, jejíž vnitřní strana umožni odvod potu, ale přitom zůstane suchá a jejíž vnější strana je schopna co nejvíce potu akumulovat a současně i co nejvíce vlhkosti předat do vnějšího prostředí. Tyto požadované vlastnosti vykazují pouze dvouvrstvé, vzájemně spojené, tzv. integrované textilie, z nichž z mnoha důvodů nejvýhodnější jsou integrované pleteniny. U těchto výrobků je vnitřní vrstva zpravidla tvořena nenavlhavými tvarovanými POP vlákny, což kromě pocitu sucha i při intenzivním pocení zajišEuje měkký a příjemný kontaktní vjem, zatímco vnější vrstva je vyrobena například z bavlněné příze o vysoké schopnosti akumulovat a odpařovat vlhkost. Ne každá kombinace materiálů však poskytuje požadovaný komfort, značný vliv hraje i konstrukce obou pletených vrstev, způsob jejich spojení, druh finální úpravy a podobně. Je proto nezbytné oděvně-fyziologické vlastnosti těchto textilií měřit a na základě výsledků měření optimalizovat materiálové složení i strukturu těchto dvouvrstvých textilií.

Dalším typem dvouvrstvých textilií, jejichž oděvně-fyziologické vlastnosti je nutno analogicky měřit a optimalizovat jsou textilie svrchní a ochranné.

Při posuzování oděvně-fyziologických vlastností textilií hraje kapalná fáze vlhkosti v podobě potu významnější roli než fáze parní, nebot pouze kapalná fáze vlhkosti vyvolává nepříjemné pocity a významně ovlivňuje, tj. snižuje tepelně izolační vlastnosti textilií.

Je znám přístroj, který je koncipován pro objektivizaci oděvně-fyziologických vlastností textilií v režimu vysoké fyzické zátěže, kdy se vytváří zejména pot v kapalné fázi. Princip tohoto přístroje z Výzkumného ústavu pro oděvní fyziologii v NSR spočívá v měření elektrického příkonu potřebného k udržení kovového, s výjimkou jedné plochy tepelně izolovaného tělesa, na jehož volné ploše je uložen měřený vzorek zavlhčované textilie, na konstantní teplotě.

Vliv vlhkosti na velikost tepelného odporu textilie a vliv výparného tepla se promítá do okamžité vlhkosti elektrického příkonu tělesa. Z časového průběhu příkonu, který je tvořen hladkou křivkou, lze odečíst teplo a dobu potřebnou k odpaření do vzorku vloženého množství vlhkosti.

Výhodou tohoto známého přístroje je dostatečně věrná simulace tepelně vlhkostního děje v textilii při vysoké fyzické zátěži, umožňující kvantitativní testování nových textilií.

Jeho nevýhodou je, z hlediska objektivizace oděvně-fyziologických vlastností textilií, jeho nízká citlivost a nízká rozlišovací schopnost, daná principem zjištování tepelných ztrát měřené soustavy prostřednictvím měření elektrického příkonu základního tělesa. Relativně vysoká tepelná setrvačnost tohoto tělesa neumožňuje promítnutí malých změn v odvodu tepla textilií do příkonu, takže výsledná časová závislost tepelných ztrát má pouze charakter hladké křivky.

Na křivce není patrný vliv sorbčního tepla, nelze rozlišit oblasti, kdy vlhkost má charakter volné vlhkosti a kdy vlhkost vázané, údaj přístroje zahrnuje i parazitní ztráty tělesa bočními izolovanými stěnami do okolí a podobně. Pro zvýšení citlivosti a rozlišovací schopnosti se vzorek textilie zavlhčuje vysokým množstvím vody, jejíž odpaření trvá až 1 h.

Měření je proto zdlouhavé.

Cílem vynálezu je odstranění uvedených nedostatků známého přístroje zařízením k měření zejména časového průběhu tepelného odporu vlhkých porézních materiálů, například textilií, které zahrnuje kovový blok, udržovaný pomocí teplotního čidla a topných prostředků na konstantní teplotě a obsahující duté prostředky spojené se zařízením na dávkování nebo čerpání kapaliny.

K volné ploše bloku, která není opatřená tepelnou izolací, je připevněno plošné čidlo tepelného toku, kterým prochází s dutými prostředky spojený nejméně jeden kanálek vyústěný do vnitřní plochy nejméně jedné porézní vrstvy, který je ve vyhovujícím tepelném kontaktu se zbývajícím povrchem plošného čidla tepelného toku.

V jednom provedení je možno vytvořit porézní vrstvu přímo ze zkoušěného porézního materiálu. Je však rovněž možno uložit zkoušený porézní materiál na tuto porézní vrstvu s vyhovujícím tepelným kontaktem mezi nimi. Kapalinu je možno dávkovat po částech, přičemž lze použít dávkovacího zařízení v podobě dávkovači byrety.

Bližší vysvětlení podstaty a činnosti zařízeni podle vynálezu je patrné z připojených výkresů, které znázorňují na obr. 1 příkladné provedení s funkčními celky v řezu a na obr.

časový průběhu tepelného toku, tj. tepelných ztrát v příkladném zápisu.

Podle bor. 1 je kovový blok 1_ předmětného zařízení po uvedení do činnosti vytápěn topným prostředkem v podobě elektrické topné vložky 3, ovládané neznázorněným regulátorem teploty, který ve spojení s. čidlem teploty 2, umístěným v kovovém bloku _1 jej udržuje na teplotě např.

+ 0,1 °C. V ohřívací dutině £ se nachází kapalina například voda, tepelně stabilizovaná na stejnou úroveň jako kovový blok K Takto se s výhodou realizuje podmínka stejné teploty potu a pokožky.

Pro snížení tepelných ztrát je celý kovový blok 1_ s výjimkou horní plochy opatřen tepelnou izolací 7· Měřicí plocha kovového bloku i, s výhodou vypouklá pro zajištění dobrého tepelného kontaktu všech vrstev, je v tepelném kontaktu s tenkým plošným čidlem jJ tepelného toku, kterým je ve výhodném provedeni diferenciální multitermočlánek. Zbývající plocha čidla tepelného toku j! může být pokryta porézní vrstvou 10, zajištující rozvod kapaliny 6 po šířce a délce vzorku textilního nebo jiného vyšetřovaného materiálu 11, který je přiložen na porézní vrstvu 10, a neznázorněným upínacím zařízením je připevněn k celé měřicí hlavici. Volná plocha vyšetřovaného vzorku materiálu 11 je vystavena působení vzduchu,, proudícího ve vzduchovém kanále 14. Vzduch je uváděn do pohybu ventilátorem 15 a jeho teplota je měřena teploměrem 12.

Po ustálení teploty lze započít s vlastním měřením. Měření začíná vstřiknutím potřebné dávky kapaliny 6, například vody, dávkovacím zařízením 5. do ohřívací dutiny 4_, z níž unikne stejný objem ohřáté kapaliny 6, a to kanálkem 9. Kapalina 6 se rovnoměrně rozmístí v porézní vrstvě 10 a poté začne procházet vzorkem materiálu 11. Dosáhne-li kapalina 6 vnější plochy vzorku materiálu 11, začne se odpařovat do vnějšího proudícího prostředí.

Po celou dobu měření je zapojen neznázorněný zapisovač, na jehož vstupní svorky se přivádí zesílený signál z čidla .8 tepelného toku. Toto čidlo JB tepelného toku zaznamenává tepelný tok z kovového bloku 1^ simulujícího lidskou pokožku do vnějšího prostředí o nižší teplotě.

Rozdíl mezi teplotou vnějšího prostředí, měřenou teploměrem 12 a teplotou kovového bloku 1^ měřenou teploměrem 13, umístěným v kovovém bloku 1^ může být pomocí neznázorněného regulátoru udžován na konstantní úrovni.

V příkladném zápisu časového průběhu tepelného toku £, zobrazeném na obr. 2 lze pak nalézt hodnoty, použitelné k vyhodnocení oděvně-fyziologických vlastností textilie při simulované vysoké fyzické zátěži a při zjednodušeném nerespektování vzduchových mezer mezi oděvními vrstvami a tělem. Hodnota q_A na obr. 2 značí tzv. tepelnou propustnost textilie v suchém stavu, vyjádřenou ve wattech na 1 m^ plochy při teplotním rozdílu 15 °C. Standardní hodnota se pak

-2 -1 získá vydělením teplotním rozdílem, to znamená, že bude mít rozměr W.m .K

Po vniku vlhkosti do textilie v bodě A tepelné ztráty vzrostou na úroveň bodu B. Minimum ’ v bodě C je dáno účinkem sorbčního tepla. V bodě D tento účinek končí. Až do bodu E se zachovává volná vlhkost, která nejvíce snižuje tepelný odpor textilie. Do bodu F se zachovává volná vlhkost v malých· kapilárách. V další fázi volná vlhkost mizí, což je doprovázeno prudkým snížením tepelných ztrát, viz bod G. V úseku bodů G až H, kdy existuje po odpaření volné vlhkosti pouze adhezně vázaná vlhkost, jsou tepelné ztráty zhruba stejné. V bodě H se začíná adhezně vázaná vlhkost ztrácet, v bodě I již existuje suchý vzorek.

Doba sušení mezi body A až I je pak důležitým parametrem oděvně-fyziologických vlastností textilie, právě tak, jako tepelná propustnost suché textilie c[_A, nejvyšší tepelné ztrátové toky g_E vlhké textilie a tepelné ztrátové toky textilie při adhezní vlhkosti. Plocha pod křivkou mezi body AB až 2 P^a^ charakterizuje teplo, potřebné k odpaření vlhkosti, které je odváděno z povrchu těla. Čím rychleji textilie předá vlhkost vnějšímu prostředí, tím je z hlediska oděvně-fyziologického přijatelnější. Dále je výhodné, jsou-li ztrátové toky ^a co nejnižší.

Zařízení podle vynálezu umožňuje racionálnější návrh struktury textilií, volbou optimálních materiálů, optimální způsob vrstvení textilií, výběr pojivých materiálů, umožní kontrolu rovnoměrnosti těchto vlastností apod. Oproti známému přístroji je zařízení podle vynálezu elektricky jednodušší a spolehlivější, má podstatně vyšší rozlišovací schopnost a je zejména velmi rychlé. Jedno měření trvá nejvýše 6 až 10 minut, což je 5 až lOkráte méně než u výše ₄ popsaného známého přístroje.

Svým principem je zařízení podle vynálezu použitelné i jako aspirační vlhkoměr, je-li výstup čidla tepelného toku ocejchován ve °C jako tzv. mokrý teploměr. Teploměr 12 pak slouží jako tvz. suchý teploměr. Z hodnot suchého a vlhkého teploměru lze známým způsobem stanovit vlhkost vzduchu ve vzduchovém kanále 14.

Claims (6)

1. předmEt vynálezu

   1. Zařízení k měření zejména časového průběhu tepelného odporu vlhkých porézních materiál například textilií, vyznačené tím, že sestává z kovového bloku /1/, opatřeného po stranách a zespodu tepelnou izolací /7/, udržovaného pomocí čidla teploty /2/ a topných prostředků /3/ na konstantní teplotě a obsahujícího ohřívací dutinu /4/, spojenou se zařízením /5/ pro dávkování nebo čerpání kapaliny /6/, přičemž je k horní volné ploše kovového bloku /1/ připevněno ploché čidlo /8/ tepelného toku, kterým prochází nejméně jeden kanálek /9/, spojený s ohřívací dutinou /4/, vyústěný do vnitřní plochy nejméně jedné porézní vrstvy /10/, která je v definovaném tepelném kontaktu se zbývajícím povrchem plošného čidla /8/ tepelného bloku.
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tim, že porézní vrstva /10/ je vytvořena ze zkoušeného porézního materiálu.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že zkoušený porézní materiál /11/ je v definovaném tepelném kontaktu s povrchem porézní vrstvy /10/.
4. 4. Zařízení podle bodu 1 a 2 nebo 3, vyznačené tím, že volný povrch porézní vrstvy /10/ nebo zkoušeného porézního materiálu /11/ je vystaven vzduchu proudícímu rychlostí nejméně „ c ~1

   0,5 m. s
5. 5. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že dávkovači zařízení /5/ je upraveno pro dodávání kapaliny /6/ po částech.
6. 6. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že dávkovači zařízení /5/ tvoří dávkovači byreta