Способ защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур

 

Сущность изобретения: способ защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур, состоит в том, что на поверхности элемента одежды или снаряжения, обращенной к нагретому объекту, закрепляют по меньшей мере один предохранительный блок. Блок выполняют либо из пустотелого силового элемента, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом, либо из монолитного силового элемента с подвижно присоединенной к нему посредством теплопроводящего звена капсулой с теплопоглощающим веществом. При этом силовому элементу предварительно придают форму, обеспечивающую минимальную площадь его контакта с нагретым объектом. Силовой элемент выполняют из прочного материала с высоким коэффициентом теплопроводности. 13 ил.

Изобретение относится к защитным средствам и может быть использовано при работе в условиях повышенной температуры.

К элементам одежды, находящимся в контакте с объектами, нагретыми до высокой температуры можно отнести внутренние поверхности рукавиц, в некоторых случаях и для некоторых видов теплозащитных костюмов локти рукавов и колени брюк, а также подошвы обуви. Эти элементы находятся в особенно неблагоприятных с точки зрения подвода тепла условиях в связи с тем, что в отличие от остальных частей костюма, тепло к которым переносится только за счет излучения и конвективной теплоотдачи от горячего воздуха, к этим элементам тепло подводится непосредственно к их поверхности и передается внутрь костюма за счет теплопроводности.

В известных конструкциях теплоотражательных и теплозащитных костюмов для изготовления этих элементов применяют традиционные теплозащитные пакеты, такие же как и для всего костюма, усиленные в основном для повышения механической прочности и износостойкости поверхности контакта, или накладками из специально обработанной кожи (ладонь, перчаток, подошва обуви), или плоскими металлическими пластинами (обувь) (а. с. СССР N 124891 кл. A 41 D 13/06, 1959).

Эти технические решения обеспечивают работу элементов снаряжения в течение нескольких минут (от 3 до 15) в зависимости от температуры рабочей зоны и удовлетворяли поставленным техническим задачам.

В связи с возросшими требованиями к теплозащитным костюмам традиционные технические решения неприемлемы.

Оценим величину теплового потока, проходящего через оболочку теплозащитного костюма при непосредственном контакте с нагретым объектом, например, для температуры окружающей среды 250^o C. Условия выхода из строя пакета теплозащитных материалов нагрев внутренней стенки оболочки до 50^o C.

Тепловой поток через плоскую стенку ккал/ч ("Справочник машиностроителя" под редакцией Н.С.Ачеркана "Машгиз", 1955, с. 128), где λ - коэффициент теплопроводности материала стенки в ккал/м·ч·град. d - толщина стенки в м, F поверхность стенки в м², t_c1 - температура внешней поверхности стенки, в данном случае 250^o C, t_c2 температура внутренней поверхности стенки, равная 50^o C. l для существующих теплоизоляционных материалов обычно не меньше 0,04 ккал/м·ч·град. Принимаем для упрощения расчета толщину слоя изоляции 0,04 м и F 1 м². Тогда Q 0,04/0,04(250-50) · 1=200 ккал/ч·м² или 0,200 кал/ч·см².

Таким образом, проникающее излучение за 1 ч контакта составит 200 кал/см², которые для предотвращения выхода из строя теплозащитного костюма должны быть поглощены системой термостатирования. Для поглощения тепла могут быть использованы различные способы поглощение тепла с фазовым переходом из одного состояния в другое (плавление, испарение, сублимация). Для теплозащитных устройств наибольшее распространение получили способы поглощения тепла при переходе вещества из твердого состояния в жидкое (плавление). Одной из самых высоких удельных теплот плавления обладает вода: q_пл 79,67 кал/г ≈ 80 кал/г ("Справочник машиностроителя" с. 295). Для поглощения 200 кал потребуется размещение на 1 см² ≈ 2,5 г льда, что практически не осуществимо с технической точки зрения. Таким образом, можно прийти к выводу, что использование мягких пакетов материалов с известными свойствами, не обеспечивает тепловую защиту от контактной теплопередачи от нагретых объектов, даже с использованием систем термостатирования. То же самое можно сказать и об использовании плоских жестких подошв для обуви.

Вместе с тем в технике широко используются способ уменьшения количества тепла, подводимого к термостатируемому объекту за счет уменьшения площади контакта с нагретой поверхностью. Например, конструкция сосуда Дьюара, подвеска емкостей со сжиженным газом внутри теплоизоляции на лентах или цепях, что также обеспечивает минимальный контакт с нагретой поверхностью. (Глизманенко Д.Л. "Получение кислорода". "Химия", 1972, с. 512, 514).

Таким образом, мягкий пакет материалов непригоден для длительной работы в условиях контакта с нагретыми объектами, в связи с тем, что этот контакт неизбежно происходит по значительнойплощади пакета и вызывает быстрый прогрев теплозащитного пакета. То же самое можно сказать и о плоской подошве обуви.

Известна защитная рукавица, состоящая из ладонной и тыльной части, выполненных в виде разъемного футляра, причем на внутренней стороне ладонной и тыльной частей размещены прямоугольные решетчатые карманы с водоледяными охлаждающими элементами (SU, 1736397 кл. A 41 D 13/08, 1992). Устройство обеспечивает снятие значительного количества проникающего теплового излучения. Однако конструкция не предусматривает использования ее в качестве устройства для защиты от перегрева при непосредственном контакте с нагретым объектом. Футляр имеет плоские стенки, и при контакте возможно взаимодействие на всей поверхности стенки футляра.

Авторами не обнаружено в известном уровне техники способа защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур, аналогичного предложенному, поэтому предложенное решение рассматривается авторами как на имеющее ближайшего аналога.

Задачей изобретения является разработка такого способа защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с нагретыми объектами, который обеспечил бы возможность увеличения времени их работы в экстремальных условиях и многократность применения с сохранением удобства при использовании.

Задача решается за счет того, что в способе защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур, на поверхности элемента одежды или снаряжения, обращенной к нагретому объекту, закрепляют по меньшей мере один предохранительный блок, который выполняют либо из пустотелого силового элемента, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом, либо из монолитного силового элемента с подвижно присоединенной к нему посредством теплопроводящего звена капсулой с теплопоглощающим веществом, при этом силовому элементу предварительно придают форму, обеспечивающую минимальную площадь его контакта с нагретым объектом и выполняют из прочного материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

На фиг. 1 представлен способ защиты рукавицы теплопроводящее звено выполняют в виде шарнирно соединенных элементов; на фиг.2 то же, что на фиг.1, теплопроводящее звено выполняют в виде гибких элементов; на фиг.3 - сечение по силовому элементу рукавицы; на фиг.4 то же, что на фиг.3, но силовой элемент соединен с капсулой, заполненной теплопоглощающим веществом; на фиг.5 то же, что на фиг.3, но с пустотелым силовым элементом, полость которого заполнена теплопоглощающим веществом; на фиг.6 представлен вариант крепления силового элемента на наружной поверхности рукавицы; на фиг.7 схема захвата рукоятки инструмента рукавицей с монолитными силовыми элементами; на фиг.8 съема контакта монолитного силового элемента, установленного на коленной (локтевой) зоне поверхности теплозащитного костюма, с нагретым объектом; на фиг. 9 вид по стрелке В на фиг.8; на фиг.10 сечение по монолитному силовому элементу, установленному в коленной (локтевой) зоне костюма и соединенному с капсулой, заполненной теплопоглощающим веществом, расположенной вне зоны контакта; на фиг.11 пустотелый силовой элемент, полость которого заполнена теплопоглощающим веществом; на фиг.12 схема контакта предохранительного блока, выполненного из нескольких, шарнирно связанных между собой пустотелых силовых элементов, заполненных теплопоглощающим веществом, и установленного в области расположения колена или локтя на костюме, с нагретым объектом; на фиг.13 схема контакта подошвы обуви с нагретой поверхностью.

Предложенный способ рассматривается на примере защиты рукавицы, области колена брюк (локтя рукава) костюма и подошвы обуви.

Способ защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур, состоит в том, что на поверхности элемента одежды или снаряжения, обращенной к нагретому объекту (на фиг. 3, 8, 12 он обозначен как Т_окр), закрепляют по меньшей мере один предохранительный блок, который выполняют либо из пустотелого силового элемента 1, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом 2, либо из монолитного силового элемента 3 с подвижно присоединенной к нему посредством теплопроводящегозвена 4 с капсулой 5 с теплопоглощающим веществом 2, силовому элементу 1, 3 предварительно придают форму, обеспечивающую минимальную площадь его контакта с нагретым объектом и выполняют из прочного материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

Термическое сопротивление силового элемента 1, 3 и звена 4 обеспечивает передачу тепла к теплопоглощающему веществу без значительного нагрева силового элемента 1, 3.

Монолитные силовые элементы 3 закрепляют, например, на ладони рукавицы 6 в возможных местах контакта с нагретым объектом. При работе с инструментом, рукоятка 7 (фиг.7) которого выполнена цилиндрической формы, обеспечивается контакт с нагретым объектом по линии (для каждого силового элемента). Площадь контакта мала, и, следовательно, значительно уменьшается контактный подвод тепла к материалу рукавицы. Теплопроводящее звено 4 выполняют из металла либо в виде шарнирно соединенных элементов (фиг.1), либо в виде гибких элементов (фиг.2) пружин из алюминиевой или медной проволоки или из графитового полотна. Тепло от контактного взаимодействия передается за счет высокой теплопроводности материала от силовых элементов 3 через теплопроводящее звено 4 к капсуле 5 с теплопоглощающим веществом 2.

Силовые элементы для защиты рукавицы 6 для более сложных случаев взаимодействия с нагретыми объектами могут быть выполнены со сферическими выступами 8 (фиг. 4), что обеспечивает контакт с нагретым объектом по ряду точек. При незначительных тепловых нагрузках на рукавице 6 (фиг.1, 2) закрепляют пустотелые силовые элементы 1, полость которых заполненатеплопоглощающим веществом 2 (фиг.5). Силовые элементы 1, 3 закрепляют непосредственно к материалу верха 9 или при помощи термостойких клеев, или пришивают термостойкими нитками 10 (фиг. 6), после чего этот шов герметизируют приклеиванием полосы герметичной ткани или пленки 11.

Аналогично защищают и другие части поверхности теплозащитного костюма, подверженные контактному взаимодействию с нагретыми объектами.

На фиг.8 пpедставлен способ защиты области колена брюк или локтя рукава. Предохранительный блок 12, охватывающий коленную (локтевую) часть поверхности костюма выполняют сферической или эллиптической формы и закрепляют по периметру охватываемой поверхности ниточным швом 13.

Этот блок выполняют либо из пустотелого силового элемента 1, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом 2 (фиг.11), либо из монолитного силового элемента 3 с присоединенной к нему капсулой 5 с теплопоглощающим веществом 2 (фиг. 10). Силовой элемент 3 соединен с капсулой 5 посредством звена 4.

Ниточный шов 13 герметизируют приклеиванием герметичной накладки 14. Для увеличения подвижности коленного (локтевого) суставов оператора пустотелые силовые элементы 1 с полостью, заполненной теплопоглощающим веществом 2 выполняют в виде дуг 15 (фиг.12) трубчатого сечения. Дуги 15 устанавливают на оси 16 и шарнирно соединяют между собой. Шарниры и дуги крепят неподвижно на верхней оболочке костюма 17. Подвижность коленного (локтевого) сустава обеспечивается за счет смятия материала костюма. Подошву обуви (фиг.13) защищают путем закрепления на ней пустотелого силового элемента 1, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом 2. В этом случае (при абсолютно жесткой поверхности контакта) также реализуется контакт с поверхностью по линии.

Формула изобретения

Способ защиты элементов одежды и снаряжения от перегрева при контакте с объектами, находящимися в зоне высоких температур, состоящий в том, что на поверхности элемента одежды или снаряжения, обращенной к нагретому объекту, закрепляют по меньшей мере один предохранительный блок, который выполняют либо из пустотелого силового элемента, полость которого заполняют теплопоглощающим веществом, либо из монолитного силового элемента с подвижно присоединенной к нему посредством теплопроводящего звена капсулой с теплопоглощающим веществом, при этом силовому элементу предварительно придают форму, обеспечивающую минимальную площадь его контакта с нагретым объектом, и выполняют из прочного материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13