ЖИЛЕТ С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ

Полезная модель относится к теплозащитной одежде, а именно к жилетам с активным обогревом, предназначенным для защиты тела пользователя от неблагоприятных воздействий окружающей среды при низких температурах (холода, ветра, влажности) и повышения комфорта, работоспособности и безопасности человека, длительное время находящегося вне помещений при низкой температуре окружающей среды и высокой влажности.
Известна теплозащитная одежда с обогревом (патент RU №72822, МПК A41D 13/00, опубликован 10.05.2008), содержащая установленные в определенном порядке нагревательные элементы, соединенные с источником питания через коммутационный элемент, нагревательные элементы выполнены в виде гибких углеродных волокнистых материалов, соединены между собой параллельно, при этом нагревательные элементы и источник питания расположены во внутренних карманах одежды, а поверхность карманов, обращенная к телу пользователя, выполнена из прочного материала. Недостатками теплозащитной одежды с обогревом являются подверженность нагревательных элементов механическим повреждениям в процессе интенсивной эксплуатации и их пожароопасность, низкая эффективность из-за плохого прилегания одежды к обогреваемому объекту вследствие отсутствия эластичности основы и нагревательных элементов, а также из-за дополнительной изоляции нагревательного элемента материалом кармана, небольшая площадь обогрева, невысокая надежность из-за большого количества разъемных соединений и возможности смещения/выпадения нагревательных элементов при высокой активности пользователя, низкая степень влагозащищенности.
Известна одежда с обогревом (патент RU №166793, МПК A41D 13/00, опубликован 10.12.2016), содержащая гибкие электронагревательные элементы, подключенные через коммутационный элемент и USB-разъем к источнику электропитания, размещенному в кармане одежды, выполненной в виде майки из эластичной сетчатой ткани, при этом задняя часть одежды выполнена двухслойной с размещенными между слоями гибкими электронагревательными элементами, прикрепленными к внутреннему слою, а коммутационный элемент выполнен в виде четырехпозиционного переключателя. Недостатками одежды с обогревом являются недостаточная площадь обогрева, т.к. нагревательные элементы расположены только на спине, низкая эластичность из-за неэластичности нагревательных элементов, низкая степень влагозащищенности.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является обогревающий жилет (патент RU №166533, МПК A41D 13/00, опубликован 27.11.2016), содержащий спинку и полочку, соединенные друг с другом средствами фиксации, размещенными по плечевым краям, краям бортов и нижним частям боковых краев спинки и полочки, гибкие нагревательные элементы, имеющие форму многоугольника и выполненные в виде многослойных пакетов, вставленных в карманы нагрудной и наспинной частей обогревающего жилета с внутренней стороны, при этом гибкие нагревательные элементы выполнены из провода, изготовленного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, и в них установлены датчиками температуры, питание обогревающего жилета осуществляется от аккумуляторных батарей, соединенных коммутационными проводами с колодками со всеми гибкими нагревательными элементами и блоком управления обогрева с кнопкой управления режимами обогрева.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются:
- выполняемая функция - активный обогрев тела человека;
- пожаробезопасные гибкие нагревательные элементы на основе резистивных проводов из металлизированных полимерных нитей;
- большая площадь обогрева в области грудной клетки и поясницы;
- датчики температуры на элементах обогрева, предотвращающие перегрев пользователя;
- автономный источник питания.
Недостатками описанного в патенте обогревающего жилета являются:
- низкая эффективность теплопередачи из-за изоляции нагревательного провода от обогреваемой поверхности внутренним слоем многослойного нагревательного пакета и материалом кармана, в котором располагается нагревательный элемент;
- значительные потери тепла из-за невысокой степени прилегания нагревательных элементов к обогреваемой поверхности (верхней одежде на теле человека) в связи с невысокой гибкостью нагревательных элементов за счет многослойности и использования слоя металлической фольги, а также отсутствия эластичности по всем направлениям из-за большого количества прямых участков нагревательных проводов;
- обогревающий жилет предназначен для использования поверх верхней одежды, использование обогревающего жилета под верхней одеждой или облегающим снаряжением затруднено из-за многослойности и невысокой гибкости нагревательных элементов;
- размещение нагревательных элементов, аккумуляторных батарей и блока управления обогревом в карманах с застежками типа «липучки», что может привести к смещению или выпадению нагревательных элементов, источника питания или блока управления при самопроизвольном раскрытии кармана при высокой активности пользователя;
- большое количество коммутационных проводов и соединений, что снижает надежность изделия в целом;
- низкая степень влагозащищенности.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание эффективного безопасного удобного жилета с электрообогревом, надеваемого как самостоятельный наружный слой экипировки или под верхнюю одежду любого типа и способствующего сохранению работоспособности пользователя в условиях низких температур окружающей среды и влажности до 100% за счет поддержания оптимального для пользователя температурного режима при обеспечении надежности, безопасности и комфорта эксплуатации.
Техническим результатом является создание жилета с электрообогревом на основе гибких нагревательных элементов с эффективной теплоотдачей и высокой безопасностью, при обеспечении комфортной носки в течение длительного времени без стеснения движений пользователя при физической активности как под, так и поверх любой одежды, совместно с различной экипировкой.
Технический результат достигается за счет того, что жилет с электрообогревом представляет собой основу из неопрена с закрепленными на внутренней стороне нагревательными резистивными проводами из металлизированных полимерных нитей, плотно прилегающими к телу пользователя и расположенными на всей поверхности жилета, за исключением области живота, по волнообразной траектории, исключающей прямые участки, с интегрированным модулем управления на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), обеспечивающим возможность выбора режима обогрева для управления интенсивностью обогрева при сохранении пространственной структуры температурного поля, с питанием от аккумуляторной батареи, размещенной в кармане с застежкой «молния» и подключаемой к системе обогрева через влагозащищенный разъем, причем все элементы нагрева соединяются с модулем управления и источником питания через один влагозащищенный коммутационный узел.
Эластичная основа из неопрена и размещение нагревательных проводов на внутренней поверхности жилета по волнообразной траектории, исключающей прямые участки, обеспечивает плотное прилегание нагревательных элементов к обогреваемой поверхности с практически нулевым воздушным зазором, низкие потери тепла благодаря теплоизоляционным и ветрозащитным свойствам неопрена, а также возможность использования жилета под одеждой и совместно с различным снаряжением, что повышает эффективность передачи тепла целевому объекту обогрева (телу человека) при очень низких теплопотерях, увеличивает степень комфорта пользователя при использовании жилета с электрообогревом и значительно расширяет сферу его применения.
Эластичность системы обогрева по всем направлениям, большая площадь обогрева, управление интенсивностью обогрева на основе ШИМ обеспечивают равномерный обогрев всей поверхности торса пользователя за исключением области живота при любом выбранном режиме обогрева.
Использование влагозащищенного разъема для подключения системы обогрева к аккумуляторной батарее и влагозащищенного коммутационного узла повышает надежность и безопасность эксплуатации жилета с электрообогревом в условиях высокой влажности окружающей среды, обеспечивает возможность его использования при попадании брызг, во время дождя.
Сокращение количества коммутационных соединений (используется только одно разъемное соединение - для подключения системы обогрева жилета к аккумуляторной батарее) и исключение возможности смещения в ходе эксплуатации нагревательных элементов, модуля управления и аккумуляторной батареи повышают безопасность, надежность и удобство эксплуатации изделия в целом.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 (общий вид жилета с электрообогревом).
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - эластичная основа из неопрена;
2 - гибкий нагревательный провод;
3 - модуль управления мощностью обогрева;
4 - аккумуляторная батарея;
5 - карман для аккумуляторной батареи;
6 - застежка типа «молния» кармана для аккумуляторной батареи;
7 - передняя застежка типа «молния»;
8 - боковая застежка типа «молния»;
9 - регулировочные ремешки с пряжками;
10 - влагозащищенный коммутационный узел.
11 - влагозащищенный разъем для подключения аккумуляторной батареи к нагревательной системе жилета.
Полезная модель представляет собой жилет с электрообогревом (см. фиг. 1), состоящий из эластичной основы 1 из неопрена с закрепленными на ней гибкими нагревательными проводами 2, модуля управления мощностью обогрева 3 и аккумуляторной батареи 4, размещенных в кармане 5 с застежкой «молния» 6.
Основа жилета выполнена из неопрена, обладающего такими характеристиками, как ветронепродуваемость, довольно высокая степень водоупорности, отличные теплоизоляционные свойства, термостойкость (выдерживает температуры от - 55°С до + 90°), стойкость к соленой воде, легкость, гибкость и эластичность. Для основы жилета может использоваться любой другой материал со схожими свойствами. Для удобства надевания жилета с электрообогревом на лицевой части основы в районе горловины расположена передняя застежка типа «молния» 7 и боковая застежка типа «молния» 8 вместо одного бокового шва. Размер жилета регулируется с помощью ремешков с пряжками 9, расположенных по бокам.
Нагревательные элементы представляют собой гибкий нагревательный провод, изготовленный из полимерных нитей с резистивным напылением металлов (например, лавсановые нити, металлизированные серебром или медью), закрепленный на основе из неопрена по волнообразной траектории, исключающей прямолинейные участки, таким образом, сохраняется эластичность основы по всем направлениям и обеспечивается плотное прилегание жилета к телу пользователя.
Гибкий нагревательный провод 2 расположен на внутренней поверхности основы 1 из неопрена и находится в непосредственном контакте с обогреваемой поверхностью за счет плотного прилегания эластичной основы, что позволяет снизить теплопотери и повысить эффективность теплопередачи (электронагревательный элемент передает тепло непосредственно обогреваемому объекту), что приводит к росту КПД изделия в целом. При этом электронагревательный элемент безопасен и удобен в использовании благодаря следующим свойствам нагревательного провода на основе металлизированных полимерных нитей:
- влагозащищенность;
- пожаробезопасность;
- прочность;
- небольшой диаметр сечения, высокая гибкость;
- быстрая скорость нагрева.
Волнообразная траектория укладки нагревательного провода 2, исключающая прямолинейные участки, рассчитывается с учетом длины провода, необходимой для обеспечения заданной максимальной температуры обогрева и обеспечивает равномерный обогрев всей заданной поверхности при сохранении высокой эластичности жилета, что способствует как повышению эффективности обогрева, так и обеспечению комфорта двигательной деятельности. Эластичность и незначительная толщина жилета с электрообогревом позволяет использовать его как внутренний слой под различными видами одежды или как наружный слой (поверх верхней одежды), совместимый с различными видами экипировки.
Модуль управления мощностью обогрева 3 расположен в районе ключицы, что обеспечивает удобство управления работой устройства и позволяет избежать случайного воздействия на элемент управления (кнопку). При необходимости модуль управления мощностью обогрева может быть размещен в любом месте основы жилета. Для включения/выключения системы обогрева необходимо удерживать кнопку управления обогрева в нажатом состоянии в течение 3 секунд. После включения устройства на кнопке появляется световая индикация, свидетельствующая о работоспособности устройства, соответствующая выбранному режиму работы. Путем последовательного нажатия на кнопку управления обогрева можно выбрать один из четырех режимов:
- автоматический режим (нагрев при 100% мощности в течение 5 минут с последующим переходом в режим нагрева 70% мощности);
- экономичный режим (35% мощности обогрева);
- средний режим (70% мощности обогрева);
- максимальный режим (100% мощности обогрева).
Управление мощностью обогрева осуществляется с помощью ШИМ-контроллера, что позволяет сохранить равномерность обогрева поверхности при смене интенсивности, т.к. при любом режиме обогрева используются все гибкие электронагревательные элементы, изменяется только их температура в зависимости от величины силы тока.
Все электронагревательные элементы соединены с модулем управления обогревом и проводом для подключения источника питания через один неразъемный влагозащищенный коммутационный узел 10, что повышает надежность и безопасность изделия в процессе эксплуатации, даже при высокой физической активности пользователя.
Источником питания жилета с электрообогревом является аккумуляторная батарея 4, представляющая собой комплект литий-полимерных элементов, оснащенных платой балансировки с контроллером заряда-разряда и защитой от короткого замыкания. Зарядка аккумуляторной батареи осуществляется с помощью соответствующего зарядного устройства от сети переменного тока 220 В. Аккумуляторная батарея размещается в районе живота во внутреннем кармане 5 жилета с застежкой типа «молния» 6. Для подключения аккумуляторной батареи к обогревательной системе жилета используется влагозащищенный разъем 11, расположенный внутри кармана 5 для размещения аккумуляторной батареи.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого жилета с электрообогревом заключается в повышении надежности и безопасности изделия в целом за счет уменьшения количества разъемных коммутационных соединений и использования влагозащищенных коммутационных соединений, расширении сферы применения изделия за счет возможности использования жилета как под, так и поверх одежды совместно с различным снаряжением, в условиях высокой влажности (до 100%), при обеспечении эффективной теплопередачи и повышении удобства эксплуатации.
Полезная модель жилета с электрообогревом является промышленно воспроизводимой с использованием стандартного швейного оборудования, может использоваться под любой верхней одеждой или поверх верхней одежды, совместно с различным снаряжением, показала при реализации положительные результаты и характеризуется соответствием критерию «Промышленная применимость» в легкой промышленности.
Предлагаемую полезную модель можно применять для поддержания теплового комфорта тела пользователя в течение длительного времени при разных видах физической активности, в условиях низких температур окружающей среды и высокой влажности.