Тепловая модель человека

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВПДЬСТВУ Союз СоеетскииСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет М. Кл.еС 01 М 25/3 осударственный иомитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий 5,03.77.Бюллетень Ю) Дата опубликования описания 2 7(72) Автор изобретения А. Глуш(71) Заявитель ико-биологических проблем исти 4) ТЕПЛОВАЯ МОД ЧЕЛОВЕКА ются., что ших с золир меюш ет ры- приближенный характер имитации теловой мощности, отдаваемой во внешнююсреду, из-за тепловых потерь на гранпанелей электронагревателей и ощутимой5 величины тепла, аккумулирован о собсвенно манекеном, обладающим значимассой и теплоемкостью,- отсутствие имитации потовыдечеловека, которые в значительной м0 ют на характер тепло, -массообменодежном пространстве СИЗ;- измерение и регулирование выделяеманекеном тепловой мощности путерации напряжения на концах нагреваИ тока, протекающего в его цепи, в идах ног тельно ленийере влияа в подм регисътелей и установивИзобретение относится к области технологической физики и медицины, например, к средствам исследования теплового состояния человека, находящегося, в частности, в изолирующих средствах индивидуальной зашиты (СИЗ), например, водолазных костюмах, авиационных и космических скафандрах, комбинезонах для зашиты человека, работающего в условиях загрязнения воздушной среды различными токсическими веществами. 10Устройства подобного типа известны и обычно представляют собой обогреваемый манекен, с помощью которого имитируется теплопродукция человека, однако они не позволяют моделировать термотопографию и потовыдэления человеками.Ближайшим технологическим решением к изобретению является т;пловая модель человека, позволяющая имитировать тепло- обмен отдельных зон поверхности тела чело р века: головы, плеч, туловища и т.д состоящая из манекена, наполняемого воздухом, регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчиков температуры, тепломеров, стабилизи рованных источников питания, измерительнсхемы 12,Недостатками известного устройства явткость метрических характеристикисключает размещение его в редствах зашиты человека, ограниченный распах, и не позвоьировать объем манекена и разменешней поверхности;TС ТС 1ехР11 45 01 О 1 01 01 51 01 шемся тепловом режиме, что существенно увеличивает продолжительность теплотехнических экспериментов вследствие тепловой инерционности ситемы и делает невозможным использование последнего при имита ции входного воздействия определенной длительности и формы, например, в виде регулярных режимов 1, 2, 3 родов.Целью изобретения является повышение точности и чувствительности тепловой моде ли при имитации тепло, -влаговыделений и термотопографии поверхности тела человека,Указанная цель достигается созданием наполняемого воздухом манекена с гермооболочкой нэ эластичного материала, состоя щего иэ регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчнхов температуры поверхности тепловой модели, тепломеров, стабилизированных источников питания и измерительной схемы, 29 на котором последовательно укреплены в радиальном направлении. нагревательный, термоградиентный и сорбирующий слои, выполняющие роли соответственно имитаторов тепловыделеннй, температуры поверхности тела и 25 потовыделений человека. При этом нагрева- тельный слой выполнен в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бнфнллярно размещены токопроводящие элементы30 из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления (порядка 10 Омград),-6 например константановая проволока илн электропроводяшие нити. Токопроводяшие элементы секционированы таким образом, чтобы нх электрические сопротивления соот 35 ветствовали распределению лохальных тепло- выделений человека О;, например, в диапазоне от 70 до 500 вт,Термоградиентный слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности=О, 2-:О, 5 Вт/м град, 40 например прорезиненного капрона, черненного сажей, толщина отдельных элементов которого 3 о;, соответствующая заданной термотопографии поверхности телачеловека, определяется из выражения: где Го- радиус 1 - го элемента модели, ), - перепад температур на ь -ом участГС 1ке термограднэнтного слоя.Поверхность термоградиентного слоя выполнена в виде сорбирующего слоя, например, иэ бязи, к хоторому подведены гибкие, например полихлорвиниловые,/трубки с водой или физиологичесхим раствором.На чертеже показана принципиальная схема тепловой модели человеха, представляющей собой наполняемый воздухом манехен 1, выполненный по форме и в соотнес ствии с антропометрическими параметрами человека. цля контроля и стабилизации избыточного давления и обьема воздуха внутри манекена, а также плошади его внеш ней поверхности в гермооболочку 2, выполненную из эластичной тхани, например прорезиненного хапрона, смонтирован регулятор избыточного давления 3, работающий в диа назоне 0,00202 атм, проградуированиый в единицах плошади внешней поверхности гермооболочки. Это позволяет при необходимости варьировать геометрические характеристики манекена и его секции в пределах, представленных в таблице.На поверхности гермооболочки 2 монти ровались электронагреватели 4, выполненные в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бифиллярно размещены токопроводящие элементы 5 из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления (порядка 10Ом/град,) например константановая проволока типа МнМц 4 ОЮ,5 ГОСТ 5307-69 или электропроводящие ни ти. Йля обеспечения заданной топографии тепловыделений электронагреватели секииони рованы таким образом, чтобы их элехтри ческне сопротивления соответствовали распределению локальных тепловыделений чело века (;, например, в диапазоне от 70 до 500 вт. Отдельные секции электронагрева тепей подключены к стабилизированному ис точнику питания постоянного тоха, Поверх электронагревателей клеевым способом закреплен термоградиентный слой 6, выполнен ный из материала с коэффициентом теплопро водности Л= 0,2-0,5 Вт/м.град, например из прорезиненного капрона, черненного сажей, толщина отдельных элементов которого до соответствующая заданной термотопографии поверхности тела человека, определяется иэ выражения; где 01 - радиус 1 -го элемента модели,9, - перепад температур на а -ом учютгске тэрмогуадиентного слоя.Периферийная часть последнего выполнена в виде сорбирующего слои 7, например из бязи, х которому подведены гибкие, например полихлорвиниловые, трубки 8, соединенные,а- гидронасосом 9 малой до 2000 мл/час) производительности, обеспечивакь щим подачу выверенных порций жидкости, например воды или физиологического раствора, нэ емкости 10. На внешней поверхнос549721 ТуловищеВерхние конечностиНижние конечностиМанекен цилиндрУс. конусУс. конус 0,5 9-0,620,14 0,1530,3-0,3351,57-1,7 ти сорбирующего слоя 7 размещены эластичные тепломеры 11 и контактные термометры 12, с помощью которых индицируетсяотдаваемая во внешнюю среду тепловая мощность, а также температура поверхности 5манекена. Эластичные тепломеры выполненыв виде термоэлектрической, например, медно-константановой дифференциальной батареи,намотанной на эластичную ленту таким образом, чтобы "горячиеф спаи 13 ее плотно при легали к сорбируюшему слою 7, а фхолодныефспаи 14 - контактировали с охружаюшей средой, например воздушной средой термостатированной камеры, в которой размещается исследуемое изолирующее защитное снаряжение 1515,Устройство работает следующим образом,Перед экспериментом устанавливают заданное значение избыточного давления нарегуляторе 3, размещают манекен 1 внутри 20изолирующего снаряжения 15 и поддуваютдо момента сброса воздуха через регулятор;соединяют через проходные герморазьемывнутренние электрические и технологическиекоммуникации: электронагревателей 4, системы увлажнения (трубки 8 с насосом 9 ),тепломеров 11, термометров 12, герметиформула изобретения 1. Тепловая модель человеха для имитации тепло, - влаговыделений и термотопо 45 графни человека, состоящая из наполняемого воздухом манекена с гермооболочкой из эластичного материала, регулятора избыточного давления, электронагревательных элементов, контактных датчиков темпера-.туры поверхности модели, тепломеров, стабилизированных источников питания и измерительной схемы, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, на гермооболочкеИ последовательно укреплены в радиальном направлении нагревательный, термоградиентный и сорбируюший слои, выполняющие роли соответственно имитаторов тепловыделений, температуры поверхности тела и потовыделе 60 ний человека. зируют СИЗ, в пододежном пространстве которого устанавливают и поддерживают выбранные значения скорости вентиляции, температуры и влажности воздуха; коммутируютвнешние электрические и технологическиекоммуникации, проверяют работоспособностьканалов измерения и питания электронагревателей,С началом эксперимента все секции электронагревателей 4 одновременно подключают к источникам питания постоянного тоха, напряжение на каждый секции соответствует расчетному значению вносимой тепловой мощности с и контролируется по образцовому вольтметру, например типа Л; открывают затвор гидронасоса 9, обеспечивая подачу во все области пододежного пространства СИЗ 15 выверенных порций жидкости и производят непрерывную регистрацию и запись на диаграммную ленту самописцев сигналов, поступающих от тепломеров 1 1, датчиков температуры - термометров 12 в виде кинетических кривых, соответствующих распределению температур и интенсивности теплоотдачи от отдельных элементов тепловой модели человека,2, Тепловая модель человека по п, 1, о тл и ч а ю ш а я с я тем, что нагревательный слой выполнен в виде набора эластичных лент, в тканой основе которых бифиллярно размещены токопроводяшие элементы из материала с низким порядка 10 Ом/град) температурным коэффициентом сопротивления, например константановая проволока или электропроводяшие нити, при этом токопроводяшие элементы секционированы таким образом, чтобы их электрические сопротивления соответствовали распределению лохальных тепловь делений человека, например, в диапазоне от 70 до 500 Вт.3. Тепловая модель человека, по и. 1, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что термоградиентный слой выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности Л =0,2-; ":0,5 Вт/м град, например, прорезиненного капрона, черненного сажей, толщина отдель549721 гс гсхрЧф "о еловека по и. 1тем, что поверх 15слоя выполнена 7ных элементов которого 8 о 1, соответствующая заданной термотопографии поверхности тела человека, определяется из выражения: о, - радиус ь -го элемента модели, 1. - перепад температур на 1. -омсучастке термоградиентного слоя. 4. Тепловая модельотличающаясность термоградиентного 8в виде сорбирующего слоя, например, из бязи, к которому подведены гибкие, например полихлорвиниловые, трубки с водой или физиологическим раствором,Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе;1, Несю 1 Ъег М.2 аий, АРоИо 5 иН ьоМОп 11 аИ гес 3 ез 1 рей,"М 15 ь 1 Реь алд Яос 3 сеЬ, 1965, 16, Йо, 17,26,28-29.2, Лившиц А. Н., Кузнецов И. Т. Метод моделирования общей и локальной теплоотдачи человека при помощи теплового имитатора. Материалы Всесоюзной научной ков. ференции по "Методам исследования 1 теплообмена и терморегуляции, Москва, 1968 г., стр. 100, 101.Составитель А. ПлатоваРедактор Т, Орловская Техред М. Ликович Корректор В. Куприян тент", г. Ужгород, ул. Проектная,Фл П з 344/117 ЦНИИПИ Государс по 113035, МоскваТираж 1052 венного комитетделам изобретен Ж, Раушска ПодписноеСовета Министров Си открытийнаб., д. 4/5