RU2019160C1

RU2019160C1 - Heat-liberating element

Info

Publication number: RU2019160C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Засыпкин; Ю.Е. Раскин; Е.Е. Муханова; В.Н. Пригородов; Е.А. Павлов
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: heat-liberating element is manufactured as flexible double-chamber sealed tank having easily destroyed partition and inner hydrophobic envelope. Two components are displaced separately inside said tank. Heat is liberated during contact between said components. Powder Fe, or Ng, or AI, or Zn are used as the first component. Mixture of metal (e. g. Mn, Pb, Ni) oxide, activated coal, graphite, inorganic salt and water are used as the second component. Ratio of said components, mass parts is 2.1-5.3:1. EFFECT: improves efficiency of operating elements, increases their life.

Description

Изобретение относится к медицинской технике и химической технологии для использования в качестве внешнего источника тепла при осуществлении процессов, протекающих длительно при сравнительно невысоких температурах. The invention relates to medical equipment and chemical technology for use as an external heat source in the implementation of processes that occur for a long time at relatively low temperatures.

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. To obtain compact medical heaters, an electric heating pad for an ear containing an electric heater is known. Another principle is laid in the production of chemical heating pads: the use of heat released during the exothermic reaction. For example, a composition comprising a mixture of iron, aluminum, magnesium powder with an oxidizing agent obtained by diluting with water a solid component based on iron chloride containing micro amounts of copper, nickel or zinc, which contains iron filings, briquetted fuel, heat-releasing reagents and a chelating agent that regulates the initial heat generation temperature with the displacement of the remaining components of the composition.

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. However, the effectiveness of chemical heating pads is also greatly influenced by their design. In a chemical heater, water is added to the heat-generating composition (cast iron shavings, activated carbon, silica gel, impregnated with a solution of copper chloride), prepared in advance and stored in a plastic bag.

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. Also known is a fuel composition for heating clothes, which contains sawdust, activated carbon, an aqueous solution of alkali or inorganic salt of an alkali metal, neutral salt and powdered iron. This composition is stored until it is sealed. To obtain heat from the outer surface of the sealed package, a film is glued to a portion of the package having perforation. This ensures access of air to the composition, resulting in an exothermic chemical reaction.

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. Closest to the invention and adopted for the prototype is a fuel element comprising a heat-generating composition that generates heat upon contact with oxygen, and a container containing the specified composition. The container consists of an airtight film having at least one window or holes, each of which has a diameter in the range of 0.05-50 mm, a microporous film covering and closing the window or holes, with a micropore size of 0.05-5 μm, and outer shell with an airtight coating that is removed before using the element.

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.The disadvantages of the prototype should include a long warm-up time to operating temperature (60 min), a limited interval of operating temperature (55-65 ^about C) and a short shelf life of the element before use.

Целью изобретения является повышение эффективности работы элемента и увеличение длительности его использования. The aim of the invention is to increase the efficiency of the element and increase the duration of its use.

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.The disadvantages of prototype should include a long heating time to operating temperature (60 min), the limited operating temperature range (55-65 ° ^C) and short term storage elementado use.

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. This goal is achieved by the fact that the proposed fuel element made in the form of a three-layer flexible container containing a fuel composition based on metals from the group of Fe, Mg, Al, Zn, moreover, the container has an inner fabric shell treated with a hydrophobic composition, an intermediate air-tight polymer shell and an outer the shell is made of decorative fabric, and consists of two chambers with an easily destroyed wall, and the composition, consisting of two components located in separate chambers, is composed of orogo component further comprises a variable valence metal oxide from the group of Mn. Pb, Ni with a ratio of the second component from 2.1 to 5.3 parts by weight per 1 part by weight the first component.

На чертеже показана схема тепловыделяющего элемента. The drawing shows a diagram of a fuel element.

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. The element consists of an internal tissue hydrophobic shell 1, which serves for long-term retention of the required amount of water in the reaction system during storage of the element. The hydrophobic shell is embedded in a flexible sealed container 2 having two chambers for the isolated storage of components I and II. The partition 3 is a machine line with cotton threads with a weakened tension of the upper thread. Pulling out the bottom thread of the stitch easily destroys the septum and contacts component I with component II. The flexible sealed container also has a protrusion 4, which is removed by cutting after mixing the components, and through the hole formed in the container, oxygen enters the components. Outside, the flexible sealed container has an outer shell 5 of decorative fabric and a hole for outputting the protrusion of the flexible sealed container and the threads of the partition. A shell made of decorative fabric plays a role not only as an aesthetic component, but also protects the heated body from excessive overheating when the fuel element is heated. The overall dimensions of the element are 90 x 150 mm.

Принцип работы тепловыделяющего элемента следующий. The principle of operation of the fuel element is as follows.

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.Immediately before use, a partition is removed that separates the flexible sealed container into two chambers, and the components are mixed by grinding. Then, the protrusion of the sealed container is removed to supply air oxygen to the reaction system, after which the fuel element is applied to the area to be heated. With decreasing temperature (<60 ° ^C) during the use of the element must be re-mixing of the components.

В табл. 1-3 приведены данные по составу предлагаемого тепловыделяющего элемента и его эффективности по сравнению с прототипом. In the table. 1-3 shows data on the composition of the proposed fuel element and its effectiveness compared with the prototype.

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.From the table. 1 shows that the fuel element containing as components iron (I) and manganese dioxide, graphite, activated carbon, inorganic salt, water (II) in a ratio of from 2.1 to 5.3 parts by weight the second component per 1 parts by weight the first component (examples 1-3) has a heat-up time to an operating temperature equal to 15-30 min, and works in the temperature range of 55-65 ^{° C} for 8-24 hr. When reducing the content of the second component is less than 2.1 wt. hours (example 4) the heating time of the element is reduced to 10 minutes, but at the same time there is a decrease in the efficiency of the element to 6 hours. An increase in the amount of the second component in excess of 5.3 wt.h. (example 5) leads to a decrease in the efficiency of the fuel element: the heating time to operating temperature reaches 60 minutes, and the duration of the element is only 4 hours

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.The use of other pairs of oxidizing agent - reducing agent in the fuel element: magnesium - manganese dioxide (example 6), aluminum - manganese dioxide (example 7) 0 zinc - manganese dioxide (example 8), zinc - lead dioxide (example 9), iron - dioxide lead (example 10), zinc - nickel trioxide (example 11), iron - nickel trioxide (example 12) in a ratio of 2.1 to 5.3 parts by weight the second component per 1 parts by weight the first component allows you to get an element with a short heating time (5-15 min) and long-term performance at 55-65 ^about C (8-20 h). The element with the composition described in the prototype (example 13) has a long heating time (60 min) and operates in the temperature range of 55-65 ^about C for only 1-1.5 hours

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.The advantages of the proposed heat-emitting element, unlike prior art (Table 2) are to increase the efficiency of the element and increase in duration of its use, is to reduce the time of heating element 2-4 times, increasing the maximum working temperature to 130-160 ^{° C,} a significant increase in life Storage item before use from 7 days to 6 months. This is achieved by introducing into the composition of the fuel composition of the oxidizing agent in the form of a powdered metal oxide of variable valency from the group Mn, Pb, Ni, a certain ratio of components (Table 3), as well as the design features of the proposed fuel element, consisting of an inner cotton fabric shell (can withstand multiple bending without destruction), previously hydrophobic treated with an organosilicon compound; an intermediate airtight shell made of a polymer film; outer shell of decorative fabric that is not removed from the element when used.

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. The preparation of the components and their placement in the cells of the element is carried out in air and does not require special conditions, unlike the prototype, where filling is carried out in the absence of air in a nitrogen environment. One of the disadvantages of the prototype element is that, along with a short shelf life before use, even the smallest punctures or defects in flexible polymer shells will lead to the premature ingress of an oxidizing agent - atmospheric oxygen - to the reagent, which will lead to irreversible damage to the element, while mixing or grinding the components of the claimed element directly in the inner shell after removal of the septum leads to the restoration of the operability of the element. The ratios of the components of the fuel compositions listed in Table 3 give an idea of the technical possibilities of using the claimed element, which make it possible to use it not only for medical purposes, but also as an external heat source in the implementation of chemical technology processes, for example, in the curing of adhesives, sealants and other materials when other types of heaters are excluded.

Claims

THERMAL FUEL ELEMENT, made in the form of a three-layer flexible tank containing a fuel composition based on metals from the group of Fe, Mg, Al, Zn, characterized in that, in order to increase the efficiency of the element and increase the duration of its use, the tank has an inner tissue shell, treated with a hydrophobic composition, an intermediate airtight polymer shell and an outer shell of decorative fabric and consists of two chambers with an easily collapsible partition, and a composition consisting of two the components in the separate chambers, the second component additionally contains metal oxide of variable valency from the group Mn, Pb, Ni with a ratio of the second and first components of 2.1-5.3: 1 wt.h. respectively.