Прибор независимого теплового комфорта организма человека

Прибор независимого теплового комфорта организма человека

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам индивидуальной защиты организма человека в целом и органов дыхания в условиях теплового дискомфорта при низких и пониженных, повышенных и высоких температурах, а также для возврата теряемой с дыханием влаги с комплексной очисткой вдыхаемого воздуха от пыли, взвеси, пыльцы растений, бактерий, вирусов и газовых примесей при температуре окружающей среды от -64°С до +125°С и выше.

Известна маска для защиты органов дыхания от холода, описанная в патенте РФ №2167689, кл. А62В 18/02, 7/10, з. 18.04.2000, оп. 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.

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. А62В 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 из теплоемкого материала, например металла, а также включающая ленточные элементы крепления маски.

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.

Известна маска для защиты органов дыхания и лица от холода, описанная в одноименном патенте РФ №2039582, кл. А62В 7/00, 18/02, з. 09.06.92, оп. 20.07.95. 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.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является элемент для обеспечения теплового баланса организма, описанный в одноименном патенте РФ №2266765, кл. А62 В 18/02, 7/10, з. 11.10.04, оп. 27.12.05 и выбранный в качестве прототипа.

Известный прибор содержит имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и содержащий на внутренней поверхности центральное отверстие для рабочего дыхания чехол из текстильного материала, не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха, в котором размещен вкладыш из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, образующих теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности.

Недостатком известного прибора является то, что его эксплуатационные возможности несколько ограничены. Он обеспечивает только тепловое равновесие организма в условиях от минимальной до средней физической нагрузки и склонен к перегреву человека до потовыделения с увлажнением одежды на холоде.

Задачей заявляемого прибора является расширение его эксплуатационных возможностей.

Поставленная задача решается тем, что прибор независимого теплового комфорта организма человека, имеющий форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица, и содержащий секцию из имеющего на внутренней поверхности центральное отверстие для рабочего дыхания чехла из текстильного материала, не представляющего пневматического сопротивления потокам воздуха, в котором размещен вкладыш в виде внутренней секции из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, пропитанных затвердевающим компаундом и образующих теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности элемента больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, согласно изобретению дополнительно содержит последовательно расположенные во вкладыше поверх внутренней секции и образующие с ней единый теплоблок среднюю самоувлажняющуюся секцию, которая выполнена из сетчатых элементов, и внешнюю секцию из нескольких наложенных друг на друга перфорированных или сетчатых элементов, пропитанных затвердевающим компаундом, при этом сетчатые элементы каждой из секций выполнены из натуральных тканей, каждая из секций образует теплообменную поверхность в виде изогнутого наружу переменным радиусом пакета толщиной от единиц до десятков миллиметров, причем радиус изгиба и площадь внешней поверхности секции больше радиуса изгиба и площади ее внутренней поверхности, а площадь каждой последующей секции больше площади предыдущей, толщина набора сетчатых элементов в каждой секции и воздушных промежутков между ними составляет несколько миллиметров, причем параллельно рабочему каналу для дыхания, включающему центральное отверстие, имеется дополнительный регулятор снижения коэффициента полезного действия (КПД).

При этом сетчатые элементы средней секции пропитаны компаундом в начале и в конце толщины теплоблока. Дополнительный регулятор снижения коэффициента полезного действия представляет собой канал для прямого сообщения органов дыхания с атмосферой. Дополнительный регулятор снижения коэффициента полезного действия представляет собой устройство подсоса. Внешняя поверхность внешней секции дополнена несколькими слоями плотной плохо продуваемой ткани. Между сетчатыми элементами средней секции размещены элементы из металлической сетки. Теплоблок в приборе расположен в нижней части чехла и сообщен плоским тонким газоходом с отверстием в чехле напротив рта, а также снабжен клапанами для входа и выхода воздуха, а наружная поверхность внешней секции выполнена теплоотражающей и дополнительно закрыта сверху мягкой тканью с низкой теплопроводностью. Средняя секция может быть выполнена из непропитанных компаундом сетчатых элементов и располагаться в пакете из параллельных секций теплоблока с воздушными промежутками между ними, заполненными не имеющими пневматического сопротивления движению воздушного потока тонкими слоями из редковолокнистого материала, либо средняя секция может быть выполнена из сетчатых элементов, которые выполнены из натуральных тканей, имеющих рыхлую структуру с пустотами между волокнами, круглые нити из которых, перекрывая просвет, оставляют прямые микроканалы разного сечения, а пересечения нитей внутри секции создают извилистые непросматриваемые микроканалы, количество и суммарная площадь которых в несколько раз превышает площадь прямых микроканалов.

Дополнительное введение во вкладыш средней и внешней секций позволяет непрерывно дополнительно увеличивать площадь теплообмена или снижать пневматическое сопротивление либо использовать эти возможности в желаемом сочетании. Площадь теплообмена каждой последующей секции из-за большего радиуса искривления превышает предыдущую и содержит больше микроканалов. Растущая площадь и проходное сечение каждого последующего слоя относительно предыдущего снижает пневматическое сопротивление секции и позволяет добавлять сетчатые элементы (поверхность теплообмена). Таким образом, поверхность теплопередачи с охлаждением выдыхаемого потока и снижением его теплосодержания постоянно увеличивается без прироста пневматического сопротивления.

Каждая секция сетчатых элементов состоит из укороченных в данной конструкции, а потому расширенных микроканалов с большим проходным сечением, чем у несекционированной конструкции прототипа. Достигая пространства (зазора) между секциями сетчатых элементов, микропотоки воздуха расформировываются и перемешиваются, создавая в объеме образовавшейся во вкладыше камеры единые, усредненные значения давления и температуры воздуха. В итоге любая секция оказывается между воздушными объемами выровненного давления и перепада по всей площади внутренней и внешней поверхности, или в условиях равномерно распределенного потока на микропорции с обеспеченными векторами движения для движения каждого микропотока.

Наличие большого числа микроканалов в поверхности теплообмена создает такую микроструктуру, которая характеризуется физикой микромира и обеспечивает следующие перечисляемые ниже возможные режимы работы прибора, физические основы которых заявитель считает необходимым пояснить более подробно.

Режим задержки и возврата влаги без ее конденсации, который обеспечивается следующими причинами.

Относительная влажность выдыхаемого воздуха стабильна и приближается к 100%, но количество воды на порцию выдоха в массовом соотношении ничтожно мало и составляет лишь доли процента от объема воздуха.

Выдыхаемый (или вдыхаемый) поток представляет собой непрерывную последовательность составляющих его объемов, находящихся в поступательном движении через теплоблок, т.е. в каждый момент времени в теплоблоке находится лишь малая часть от объема выдыхаемого или вдыхаемого воздуха, отделенная от остальных частей своего потока в пространстве и во времени.

Точно так для теплоблока разделено и ничтожное количество влаги, распределенное в объемно-временную последовательность выдыхаемого потока. В каждый момент времени теплоблок располагает только малой частью от микроколичества влаги в порции выдоха, которую он распределяет сначала на огромное количество микроканалов, а затем с микропотоками по огромной площади теплообмена (квадратные метры), то есть влага в микроскопических количествах равномерно распределяется на огромной площади, и этот процесс растянут во времени.

Отдельные молекулы воды в очень тонком продуваемом сечении микроканала способны перемещаться только по его длине и, разделенные друг от друга расстоянием, не могут соударяться, чтобы соединяться в микрочастицы (цепочки), необходимые для начала процесса конденсации или образования массы в другом агрегатном состоянии.

В основе возможности очистки вдыхаемого воздуха с помощью заявляемого прибора лежит метод отбора чистых газов с последующей доочисткой.

Заложенный в конструкцию прибора теплового комфорта организма принцип реализации высокоэффективного аккумулирования и возврата малых величин тепловой энергии на высоких скоростях реверсивного теплообмена осуществляет равномерное распределение общего потока на микропорции в таких соотношениях рабочих параметров, которые обеспечивают и высококачественную, сверхтонкую очистку вдыхаемого воздуха от всех видов примесей. Поэтому прибор теплового комфорта осуществляет полноценное кондиционирование вдыхаемого воздуха, совмещая возможности сразу всех средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД), а его работоспособность не зависит от температуры среды обитания во всем диапазоне ее изменений, влажности и других условий взаимодействия.

Процедура очистки вдыхаемого воздуха от примесей в заявляемом приборе заменена на новый принцип работы - избирательный отбор из загрязненной среды чистых доминирующих газов (O₂ и N₂) с их последующей доочисткой в однородных ламинарных микропотоках путем отслоения включений молекул иной плотности в турбулентное пространство боковых ловушек с последующей самоочисткой микроканалов реверсивным выдыхаемым потоком чистого воздуха.

В объеме вдыхаемого потока через существующие СИЗОД содержатся механические, газовые примеси, аэрозоли и микроорганизмы. Такой способ подачи делает крайне неэффективным, громоздким, затратным и нелогичным любой способ очистки, поскольку заставляет выполнять ее в объеме, многократно превышающем необходимый (при отсутствии захвата загрязнений). Кроме того, через фильтр любой конструкции пропускается до 99÷99,5% полезных газов (азот и кислород). То есть из огромного объема газа приходится выделять и задерживать ничтожное количество содержащихся в нем примесей, а значит необходимо обеспечивать противоречивое требование - фильтр тонкой очистки должен иметь большую производительность, или приходится искать иголку в стоге сена. Подающий поток - это составная часть загрязненного объема среды, которая выделена из него границами движущегося потока вместе с примесями, которые подаются в фильтр для очистки от них. То есть при обычной подаче воздуха на очистку все примеси в полных пропорциях захватываются из загрязненного объема окружающей среды лишь для того, чтобы было от чего очищать воздух.

Суть эффективной защиты органов дыхания от любых примесей во вдыхаемом воздухе заключается не в его очистке с накоплением в фильтре загрязняющих веществ, а в их максимальном неучастии в процессе забора газа для дыхания из окружающей среды. Стабильность теплового режима и отсутствие конденсации влаги из выдыхаемого воздуха обеспечивает работа конструкции по основному назначению как прибора теплового комфорта организма человека. То есть тепловой режим работы самого прибора всегда стабилен и не зависит от температуры, давления, влажности и подвижности атмосферы. При этом не может отклониться от нормы и режим влажности прибора, который является составным в процессе теплообмена и основным при избирательном отборе с дальнейшей очисткой воздуха.

Конструкция теплоблока представляет собой универсальный, самоочищающийся фильтр сразу от всех и любых примесей. Критерием отделения вещества от потока как примеси является отличие его молекулярной массы в большую или меньшую сторону при условии его малого процентного содержания в объеме смеси доминирующих газов O₂ и N₂.

Избирательный отбор или первая ступень очистки воздуха основаны на следующем.

Исключая случаи сильной загазованности, кислород и азот в воздухе составляют более 99%, а все примеси от 0,5 до 1 процента и равномерно распределены в объеме среды.

В этом объеме находится внешняя поверхность прибора теплового комфорта, по которой равномерно распределено ничтожно малое разряжение в доли Па. Оно не способно создавать всасывающие потоки, а может лишь втягивать микрообъемы газа из тонкого слоя воздуха на своей поверхности или те его микропорции, что уже находятся во входах микроканалов. То есть здесь отсутствуют потоки воздуха или поток, захватывающий в загрязненной среде объем газа с примесями, которые обязательно попадут в фильтр как составная часть воздуха.

Ничтожно малое разряжение на поверхности прибора теплового комфорта не ограничивает непрерывное движение частиц и молекул примесей в примыкающем пространстве, что позволяет им не задерживаться во всасываемых микропорциях и не попадать в очищаемый микроканалами теплоблока объем воздуха, а продолжать свое хаотичное движение в атмосфере.

Таким образом, степень загрязнения поступающего в теплоблок воздуха оказывается значительно ниже без какой-либо очистки, исключительно за счет способа его подачи в устройство.

Работа поверхности прибора теплового комфорта по отбору газов объясняется следующим.

Представим куб, заполненный воздухом: азот+кислород=99% и 1% все остальные газы и примеси. Они равномерно распределены по всему объему. Если мысленно установить в середине проницаемую перегородку, то молекулы и частицы примесей будут пересекать ее в обоих направлениях в равных количествах, поскольку состав смеси в частях замкнутого объема измениться не может.

Итак, число частиц и молекул слева N (лев) в каждый момент времени равно их числу справа N (прав), то есть число молекул и частиц примесей, находящихся в момент времени в плоскости перегородки равно 2N. При нулевой толщине перегородки число 2N стремится к нулю, а с ростом толщины в реальном измерении (0,1; 0,2; 0,3 мм...) начнет расти в пропорциях соотношений объема куба и микрообъема толщины перегородки. Полученное число 2N, отнесенное к содержанию примесей в данном замкнутом объеме воздуха, составит ничтожный процент. Кроме того, внешняя поверхность прибора теплового комфорта не является проницаемой перегородкой и подвергается загрязнению только с одной стороны, то есть число 2N для его реального случая будет вдвое меньше. Кроме того, внешняя поверхность прибора состоит из выходных граней микроканалов, которые составляют до 20% ее площади (отражающая поверхность), заметно понижая возможность проникновения молекул и частиц примесей в поступающий воздух.

Ничтожно малое разряжение воздуха на внешней поверхности прибора теплового комфорта обеспечивает:

- значительное кратное расширение проходного сечения газохода, который представляет собой внутренний объем теплоблока;

- организованную в объеме теплоблока структуру расширяющихся микроканалов, обеспечивающую равномерное распределение расхода среды по всему внутреннему объему и площадям внутренней и внешней поверхностей прибора;

- комфортный режим дыхания, исключающий повышение объема вентиляции легких в условиях теплового дискомфорта.

По отдельности длинные и сверхтонкие извилистые микроканалы имеют для своих микропотоков огромное пневматическое сопротивление, и поэтому, даже при малом общем или суммарном пневматическом сопротивлении всех параллельно расположенных микроканалов (теплоблока в целом) и заметном перепаде давления на нем до 300 Па и выше, разряжение у внешней поверхности (состоящей из окончаний микроканалов) может достигать лишь отличных от нуля, ничтожно малых величин. Этот эффект объясняется одновременным проявлением следующих конструктивных особенностей и свойств теплоблока в сочетании:

- большая длина микроканалов;

- ничтожно малое проходное сечение и пропускная способность микроканалов;

- малозаметная скорость движения газа в микроканалах;

- способность к изменению давления газа при изменении объема (Закон Бойля-Мариотта P₁V₁=P₂V₂ сжимаемость газа);

- наличие буферного внутреннего объема теплоблока в жестких, параллельных микрообъемах микроканалов с общим входом внутри и выходом снаружи;

- наличие внутренней воздушной камеры как буферной емкости для сглаживания пульсаций;

- наличие большей наружной и меньшей внутренней поверхности;

- наличие сухих и увлажненных участков микроканалов;

- разница плотности и скорости воздуха по длине микропотоков, а также при вдохе и выдохе.

Работа микроканалов

В ничтожно малом объеме микроканала находится микропорция воздуха, которая не может перемещаться с заметной скоростью из-за быстрого роста силы трения или пневматического сопротивления, сопутствующего ускорению движения.

При вдохе грудная диафрагма создает разряжение в легких и воздухоносных путях внешних органов дыхания, а также в дополняющей этот объем внутренней камере теплоблока. То есть при вдохе разряжение по нарастающей создается в объеме порции вдоха, которая может достигать ЖЕЛ (жизненная емкость легких) 3-х и более литров.

Во внутренней камере теплоблока создается разряжение, которое в однородной среде равномерно распределяется на внутренней поверхности теплоблока или узких окончаниях микроканалов. Их количество может достигать 1 миллиона и более, поэтому разряжение на каждом из них в отдельности очень мало.

По длине микроканалов давление еще не изменилось и равно атмосферному, поэтому на ограниченных начальных участках микроканалов создается перепад давления, под действием которого прилегающие отрезки микропотоков начинают перемещаться во внутреннюю камеру.

В каждом микроканале образуется движущийся участок микропотока, давление газа в котором с удалением вглубь теплоблока падает, а внешний участок микропотока под атмосферным давлением постоянно укорачивается до исчезновения.

Процесс "разгона" микропотоков происходит плавно и занимает некоторое время в зависимости от текущих параметров дыхания человека.

Когда разряжение достигает внешней поверхности теплоблока, то оно компенсируется подсосами из тонкого поверхностного слоя воздуха однородных по молекулярной массе газов - азота (28 г/моль) и кислорода (32 г/моль), которые и определяют плотность поверхностного слоя в силу своей подавляющей массы в составе воздуха.

Огромное количество микроканалов с высоким пневматическим сопротивлением расположено и работает параллельно, поэтому суммарное сопротивление теплоблока дыханию невелико и не превышает значений, допустимых для типовых и широко распространенных противопылевых респираторов.

В данной конструкции прибора чистый воздух для дыхания поступает увлажненным до 100% и прогретым до комфортной температуры +25°С и выше, то есть он проходит полный цикл кондиционирования, что позволяет внешним органам дыхания организма полноценно усваивать кислород и избегать в любых условиях среды обитания необходимости усиления дыхания от воздействия холода или недостатка кислорода.

Вторая ступень очистки.

Внешнюю поверхность теплоблока составляют кромки большего сечения огромного числа микроканалов, противоположные и меньшие торцы которых образуют внутреннюю поверхность теплоблока. Ничтожно малая, стремящаяся к нулю, пропускная способность каждого отдельного микроканала объясняется огромной по отношению к его "диаметру" длиной, большой поверхностью трения - высоким пневматическим сопротивлением микроканала. Отдельный микроканал имеет извилистую траекторию и состоит из продуваемого канала и окружающих его тупиковых пустот. В продуваемой трассе движется ламинарный микропоток, состоящий из кислорода или азота. Этот микропоток имеет плотность 32 или 28 г/моль и в нем нет легких частиц, поскольку они еще на поверхности не смогли проникнуть в плотную для них среду более тяжелых молекул. Движущийся ламинарный слой окружен слоем более тяжелого углекислого газа, который и заполняет пространство боковых лабиринтов - пустот.

Чем тяжелее частица и длиннее цепочка молекул вещества проникшей в микроканал примеси, тем труднее ей перемещаться по стенкам лабиринтов за ограниченное время вдоха. Продвижение по микроканалу тяжелых молекул и частиц примеси - это их перемещение с некоторыми задержками из одной ловушки в следующую, расположенную в векторе движения.

Таким образом, очистка воздуха здесь заменена на отделение от потока попавших в него примесей, которые на время вдоха "запираются" микропотоками в многочисленных боковых ловушках, а при выдохе обратными микропотоками возвращаются в атмосферу. В процессе работы происходит самоочистка прибора теплового комфорта.

Возможность процесса самоочищения ловушек микроканалов обеспечивается за счет разницы плотности и скоростей микропотоков при вдохе и выдохе. Микроканалы теплоблока представляют собой сужающиеся к внутренней поверхности длинные конусы.

Поэтому при вдохе из-за постоянного уменьшения проходного сечения микроканала скорость микропотока и его плотность растут, а этот процесс усиливает прогрев воздуха секциями теплоблока и соответственно его объемное расширение при продвижении по микроканалу к внутренней, наиболее нагретой поверхности теплоблока. Разницу скоростей микропотоков в реверсе увеличивает и дыхание человека. Вследствие физиологических особенностей газообмена организма вдох всегда короче выдоха, или скорость вдыхаемого потока выше, чем выдыхаемого, то есть необходимые для процесса самоочищения теплоблока параметры, обусловленные его конструкцией, синхронизированы с дыханием.

Итак, при выдохе проходное сечение микроканала постоянно увеличивается и растет его физический объем, что приводит к снижению скорости и плотности микропотока. Кроме того, теплый выдыхаемый воздух при продвижении по микроканалам теплоблока отдает тепло в поверхности теплообмена, то есть охлаждается и сжимается, что вместе с физиологической составляющей дыхания дополнительно и значительно снижает плотность и скорость микропотока при выдохе. Вследствие этих причин, ослабляющих микропотоки особенно сильно в последней трети длины микроканалов, при реверсивном движении микропоток уже не способен удерживать в боковых ловушках более тяжелые молекулы газовых примесей и микрочастиц, поскольку продуваемый микроканал и боковые ловушки-пустоты теперь представляют единый объем для турбулентного микропотока низкой, равномерно снижающейся плотности и давления среды. Поэтому микровключения и примеси активно перемешиваются с общим микропотоком всего объема микроканала и вместе с ним, как составная часть, продвигаются к выходу.

Описанный механизм отделения загрязнений от очищаемого потока, их задержка и удаление с реверсивным потоком, относится к сухой части микроканалов теплоблока, то есть от трети до половины толщины теплоблока с внешней стороны (наружной секции). Здесь задерживается и сбрасывается назад в атмосферу от наибольшего до подавляющего количества примесей, проникших в микроканалы с внешней поверхности теплоблока при заборе воздуха для дыхания. Эта часть теплоблока является сухим отделителем и работает (в привычном понимании) как самоочищающийся фильтр тонкой очистки. В этой внешней части теплоблока влага в выдыхаемом воздухе уже отсутствует, поскольку она задерживается и возвращается при вдохе благодаря соответствующему режиму работы внутренней трети (до половины толщины) части микроканалов или секций теплоблока. Внешняя половина длины микроканалов и должна быть сухой, так как на увлажненной поверхности неизбежно проявление свойств поверхностного натяжения воды, и микровключения, попавшие в боковые ловушки, прилипнут к их поверхностям, и тогда самоочищение микроканалов при выдохе будет невозможно.

Третья ступень очистки.

Окончательная или полная очистка вдыхаемого воздуха происходит во внутренней половине объема теплоблока. Эта его часть (по возврату тепла) работает с использованием влаги выдыхаемого воздуха. То есть сетчатые элементы увлажнены и тем сильнее, чем ближе они расположены к внутренней поверхности теплоблока, которая постоянно находится в среде теплого воздуха со 100%-ной относительной влажностью. Здесь та же структура микроканалов с обилием ловушек, но эта часть теплоблока образована сетчатыми элементами меньших радиусов искривлений, имеющих поэтому меньшую площадь поверхности, чем в секциях внешней части. Но здесь значительно меньшее количество и "диаметры" микроканалов, а воздух уже прогрет и его температура на описываемом участке поднимается до +20 ÷ +25 градусов и выше. То есть при вдохе во внутренней половине теплоблока значительно выше скорость и плотность микропотоков, а поверхности микроканалов увлажнены. Кроме того, в течение вдоха в этой части теплоблока осуществляется возврат влаги, то есть сухой подогретый воздух омывает турбулентными микропотоками увлажненные поверхности микроканалов и забирает у них влагу, не допуская излишнего увлажнения.

Теперь в микропотоках с более высокой скоростью и плотностью среды присутствует влага, молекулы которой могут соударяться с остатками примесей непосредственно в воздушной среде, представляя дополнительное сопротивление их продвижению по микроканалу и заставляя их чаще касаться увлажненной поверхности, способной из-за свойств поверхностного натяжения воды удерживать остатки микрочастиц из микропотока. Таким образом, внутренняя половина теплоблока является фильтром сверхтонкой или полной очистки вдыхаемого воздуха. Она улавливает остатки примесей в ничтожно малых количествах и удерживает их во время применения прибора.

Наличие здесь влаги делает невозможной функцию самоочистки, что не может быть существенно для работы самого прибора в целом или в пользовании им.

Технический результат применения заявляемого прибора - это полноценное кондиционирование вдыхаемого воздуха, то есть его одновременный прогрев, увлажнение и очистка без загрязнения самого прибора благодаря непрерывной самоочистке микроканалов при каждом выдохе.

Заявляемое техническое решение обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как дополнение вкладыша двумя последовательно расположенными секциями, предварительно собранными из сетчатых элементов в образующие теплоблок параллельные секции с воздушными промежутками между ними, выполнение площади каждой последующей секции больше площади предыдущей при толщине набора сетчатых элементов в каждой секции и воздушных промежутков между ними в несколько миллиметров, выполнение сетчатых элементов из натуральных тканей, имеющих рыхлую структуру с пустотами между волокнами, круглые нити из которых, перекрывая просвет, оставляют прямые микроканалы разного сечения, а пересечения нитей внутри секции создают извилистые непросматриваемые микроканалы, количество и суммарная площадь которых в несколько раз превышает площадь прямых микроканалов, наличие параллельно рабочему каналу для дыхания, включающему центральное отверстие, дополнительного регулятора коэффициента полезного действия (КПД), обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанной совокупностью отличительных признаков, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый прибор соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый прибор независимого теплового комфорта человека может найти широкое применение в армии, МВД, МЧС, в быту, в других отраслях народного хозяйства, где человеку длительное время приходится находиться на жаре или на холоде, а также в условиях загрязненной вредными примесями атмосферы, и потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показаны на:

- фиг.1 - общий вид прибора в сборе с условно прозрачным чехлом;

- фиг.2 - вид секций в поперечном разрезе;

- фиг.3 - выполнение секций с пропиткой сетчатых элементов компаундом и условно увеличенными воздушными зазорами между сетчатыми элементами - вид в разрезе сбоку;

- фиг.4 - возможное выполнение средней секции 5 с пропиткой внешнего слоя, непропитанными сетчатыми элементами и увеличенными воздушными зазорами между ними - вид в разрезе сбоку;

- фиг.5 - вид в разрезе сбоку секции 5 с чередованием непропитанных сетчатых элементов и редковолокнистым материалом, заполняющим воздушные зазоры между ними;

- фиг.6 - вид в разрезе сбоку секции 5 с наличием между сетчатыми элементами металлических элементов для режима с аккумулированием избытка тепловой энергии;

- фиг.7 - вид сбоку секции 6 с дополнительными слоями снаружи из плотной непродуваемой ткани;

- фиг.8 - схематичный вид увеличенных микроканалов;

- фиг.9 - схематичный вид прибора для режима работы со сбросом избыточного тепла под одежду при вдохе (а) и выдохе (б).

Заявляемый прибор выполнен следующим образом.

Заявляемый прибор теплового комфорта организма человека имеет форму и размеры, повторяющие форму и соотношение размеров нижней части лица.

Он (фиг.1) содержит чехол 1 из текстильного материала, не представляющий пневматического сопротивления потокам воздуха, имеющий на внутренней поверхности отверстие 2 для дыхания и содержащий вкладыш 3 с теплоблоком, использующим для высокоэффективного теплообмена влагу выдыхаемого воздуха, который состоит из трех и более секций:

- внутренней или укрепляющей секции 4 с функцией теплового резерва;

- средней секции 5 из набора непропитанных пористых сетчатых элементов;

- наружной (внешней) секции 6 из набора пропитанных элементов, и имеющих некоторую теплоемкость, теплопроводность, и необходимую для длительной эксплуатации прочность.

Секции 4-6 последовательно расположены одна за другой и каждая из них состоит из сетчатых элементов 7. Сетчатые элементы 7 в каждой секции предварительно собраны в единый пакет.

При этом внутренняя секция 4 (фиг.2) имеет механическую прочность и выполнена из пропитанных тканевых сетчатых элементов 7, поры нитей которых заполнены гигиеническим клеящим компаундом 8 и поэтому не представляют поверхность для "запыления" влагой.

Средняя секция 5 выполнена из тонкой неплотной ткани и/или марли и представляет собой набор (от единиц до десятков) пористых сетчатых элементов 7, хорошо впитывающих и удерживающих влагу, с толщиной набора от единиц до десятков мм. Поскольку сама самоувлажняющаяся секция 5 (далее СуС) не может иметь механической прочности, то конструкция в ее габаритах упрочняется со всех сторон:

а) по периметру, как и прежде, пропиткой (фиг.4);

б) площадь внешней поверхности непропитанной и неплотной средней секции упрочняется наложенной на нее внешней пропитанной и прочной секцией;

в) площадь внутренней поверхности СуС 5 упрочняется секцией пропитанных элементов или набором из нескольких сетчатых элементов 7 из пластика толщиной до 0,5 мм или специально изготовленной пластмассовой решеткой, толщина которой определяется механической прочностью и может достигать 1 мм и более (на чертежах не показано).

В зависимости от предполагаемого режима работы секция 5 может быть выполнена по-разному. В одном случае (фиг.4) параллельные подсекции 5' из сетчатых элементов 7 в секции 5 чередуются с воздушными промежутками 9 между ними, заполненными не имеющими пневматического сопротивления движению воздушного потока тонкими слоями 10 из редковолокнистого материала (фиг.5). Толщина набора сетчатых элементов 7 в каждой секции 5 и воздушных промежутков 9 между ними составляет несколько миллиметров. В другом случае (фиг.6 - в режиме работы с аккумулированием избытка тепловой энергии) между непропитанными тканевыми сеточными элементами 7 (через один или несколько) размещают сетчатые металлические элементы 11 (2-10 шт. толщиной 0,1-1,0 мм). Элементы 11 дополнительной емкости теплового аккумулятора выполнены из тонкой металлической сетки (нержавеющая сталь), применяемой в приспособлениях для приготовления пищи, например дуршлаг, сито для просеивания муки, ситечко для чайника и т.п.

В третьем случае сетчатые элементы 7 в секции 5 также пропитаны компаундом 8 (см. фиг.3). Наружная секция 6 также состоит из тканевых сетчатых элементов 7, пропитанных компаундом 8 (также фиг.2). Кроме того, для работы в режиме комфортной ликвидации глубокого дыхания наружная поверхность внешней секции 6 дополнена несколькими слоями 13 из плотной непродуваемой ткани - натуральной или синтетической: саржи, сукна, трикотажа, продуваемой бумаги и т.п (см. фиг.7). Допускается применение электростатической ткани, продуваемых сортов бумаги и других плотных материалов. При этом площадь каждой последующей секции 4, 5, 6 больше площади предыдущей секции, толщина набора сетчатых элементов 7 в каждой секции 5 и во