ОДЕЖДА С ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ТКАНЬЮ

ОДЕЖДА С ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ ТКАНЬЮ
Полезная модель относится к швейной промышленности и может быть использована при создании одежды специального и бытового назначения. Данная одежда отличается от традиционной одежды наличием активной части - электронагревательной системы, существенно расширяющей возможности терморегулирования в пределах системы человек-одежда-внешняя среда, и, работающей от низковольтных источников электропитания, как малогабаритных , так и крупногабаритных.
Известна одежда с электрообогревом, изготавливаемая с использованием полотна с электрообогревом, содержащего нагревательные провода, проходящие параллельно или зигзагообразно, закрепленные, например приклеенные, на поверхности неэлектропроводной основы, например, из нейлоновой или хлопчатобумажной ткани, наборы клемм для подключения к полюсам источника тока, соединенные токопроводящими элементами с нагревательными проводами (см. выложенную заявку ФРГ N 3329282, МПК Е05 В 3/34, опубл. 14.06.84).
При этом соответствующее изделие из полотна спецодежды содержит на внутренней стороне участки из полотна с электрообогревом, размещенные, например, в области спины, груди, плеч на куртке и в области бедер и ступней на брюках. Питание осуществляется от батареи, размещенной с внешней стороны на корпусе пользователя. В качестве нагревательных проводов используются очень тонкие металлические провода с малым удельным сопротивлением (например, из стали), что обеспечивает нагрев до относительно невысокой температуры.
В данном изделии предусмотрена система, обеспечивающая снижение
вероятности возникновения перегрева неэлектропроводной текстильной основы на участках в области клемм и токопроводящих элементов, что в свою очередь, может привести к воспламенению одежды. Во избежание нежелательного явления, в одном из вариантов реализации предусмотрено дополнительное введение шунтирующих полосок металлической фольги для отвода избыточного тока.
К недостаткам данного известного решения следует отнести достаточно сложную технологию изготовления нагревательных элементов, их неэластичность. Металлические провода при многократном изгибе могут ломаться, что делает данную конструкцию недостаточно надежной в процессе эксплуатации. Металлические провода, особенно стальные, обладают довольно большой жесткостью, что будет вызывать неудобства при ношении такой одежды с использованием проводов из стали.
Свойство окисления металлов и их сплавов во влажной среде (среда вблизи человеческого тела часто бывает влажной за счет выделения пота) вызывает коррозию при эксплуатации нагревательных элементов без надлежащей упаковки. Дополнительная упаковка, в свою очередь, приводит к усложнению конструкции, а ее отсутствие к ухудшению физических свойств проводников и к неэстетичному виду одежды от выделяющихся окислов, к не обеспечению гигиенических требований к одежде.
Низкое сопротивление металлических проводов нагревательного элемента для осуществления даже небольшого нагрева требует значительного электрического тока, что затрудняет использование в данной конструкции малогабаритных автономных источников электроэнергии. Не оптимальное расположение нагревательных элементов в одежде, не учитывающее физиологические особенности человека, приводит к излишнему расходу электроэнергии, что также затрудняет использование в этой конструкции малогабаритных автономных источников электроэнергии.
Известна одежда с электрообогревом, содержащая собственно одежду в качестве основы, на которой крепится съемный нагревательный элемент, источник электрического тока для подвода электрического тока к электронагревательному элементу и элементы разъемного соединения источника электрического тока с электронагревательной пластиной (см. выложенную заявку ФРГ N 4104098, МПК А 41D13/00, опубл. 14.08.91г.). Электронагревательный элемент представляет собой гибкую токую пластину, включающую в себя нагревательные электропроводящие полоски, соединенные удлиненными электродами, закрытые с обеих сторон накрывающими элементами из диэлектрического материала типа полиамида или полиуретана. Нагревательные электропроводящие полоски вырабатывают тепло за счет подвода электрического тока от источника тока с помощью электродов и соединительных проводов. Электронагревательный элемент крепиться к внутренней поверхности одежды (жилета, брюк, и т.п.), например, с помощью текстильной ворсовой застежки типа велкро и соединяется с источником постоянного тока, например, с батареей или генератором транспортного средства. Предусмотрен регулятор температуры нагревательного элемента, обеспечивающий желательный уровень выделения тепла.
К недостаткам данного известного решения следует отнести то, что оно имеет ограничения по размещению нагреваемых пластин. В частности, их невозможно прикрепить к участкам одежды, которые при надевании на пользователя принимают форму с существенной кривизной или подвержены значительным напряжениям. Данная конструкция имеет довольно сложную технологию изготовления. Нагревательные элементы конструкции рассчитаны на довольно значительную мощность и не могут в таком виде использоваться с малогабаритными автономными источниками электропитания. Не оптимальное расположение нагревательных элементов в одежде, не учитывающим физиологические особенности человека, приводит к излишнему расходу электроэнергии, что также затрудняет использование в этой конструкции малогабаритных автономных источников электроэнергии.
Задачей полезной модели является создание одежды, обеспечивающей не только пассивное сохранение тепла, но и дополнительный активный нагрев при сохранении мобильности пользователя.
Достигаемым при этом техническим результатом является повышение технологичности изготовления, обеспечение оптимальности расположения нагревательных элементов по поверхности участков тела человека с учетом физиологических особенностей человеческого организма, а также между слоями одежды и с учетом физических свойств используемых материалов, что обеспечивает формирование теплового потока, максимально направленного от нагревательного элемента к нагреваемому объекту, что позволяет уменьшить потребляемую мощность нагревательных элементов, и, следовательно, существенно продлить время службы малогабаритных автономных источников электроэнергии, при сохранении уровня нагревательного эффекта; улучшение потребительских свойств, в том числе повышение комфортности; обеспечение высокой надежности нагревательных элементов за счет использования электронагревательной ткани, обладающей хорошими эксплуатационными свойствами, а также за счет многократного дублирования электропроводящих нитей; удовлетворение требований гигиены, предъявляемых к одежде (возможность стирать, гладить и т.д).
Указанный технический результат достигается тем, что в предмете одежды с электрообогревом, содержащем внешний слой одежды, источник электропитания и, по меньшей мере, один нагревательный элемент, закрепляемый съемным образом на внутренней стороне внешнего слоя одежды, снабженный средством разъемного соединения с источником электропитания, согласно полезной модели, упомянутый, по меньшей мере один нагревательный элемент выполнен в виде участка электронагревательной ткани из электропроводящих углеродных нитей и фоновых электроизоляционных нитей из естественного или синтетического волокна, при этом упомянутые нагревательные элементы размещены с максимальным приближением к нагреваемой поверхности человеческого тела и с максимальным удалением от внешней среды на участках внутренней стороны внешнего слоя одежды, соответствующих участкам тела пользователя, выбранным с учетом распределения температуры на поверхности тела и свойств системы кровообращения пользователя.
При этом участки для размещения нагревательных элементов выбраны с учетом способности терморегуляции человека при различных температурных воздействиях, распределения температуры на поверхности тела пользователя и расположения зон активного кровообращения. Предпочтительно в качестве участков для размещения нагревательных элементов выбраны участки внутренней стороны внешнего слоя одежды, соответствующие участкам тела пользователя с наиболее интенсивным кровообращением и наиболее низкотемпературным участкам тела.
Кроме того, предмет одежды предпочтительно содержит тонкую подкладку, обеспечивающую максимальное приближение нагревательных элементов к телу человека, и максимальную передачу тепла от нагревательных элементов к телу человека. В качестве материала подкладки выбран теплопроводящий материал из группы, включающей вискозу, хлопок.
Нагревательные элементы, расположенные между внешним слоем и подкладкой крепятся на внутренней стороне внешнего слоя одежды предпочтительно с помощью текстильного ворсового элемента крепления типа
велкро.
Также предпочтительно, что в качестве материала внешнего слоя одежды выбран теплоизоляционный материал из группы, включающей шерстяную ткань, ткань из полиэфирных волокон, ткань с процентным содержанием шерсти, шелка, полиэфирных волокон. Внешний слой одежды должен иметь максимально возможную толщину в пределах, обеспечивающих функциональное назначение данного вида одежды. Внешний слой одежды служит для создания барьера между нагревательным элементом и телом человека с одной стороны и внешней средой с другой стороны.
При этом нагревательные элементы, размещенные на различных участках внутренней поверхности внешнего слоя одежды, предпочтительно соединены многожильными проводами, имеющими на свободных концах первый и второй элементы разъемного соединения для соединения между собой нагревательных элементов, находящихся на нагрудной и спинной частях одежды, и источника электропитания.
Кроме того, на внешней поверхности корпуса блока электропитания размещен выключатель для подключения/отключения нагревательных элементов к источнику электроэнергии, причем блок электропитания может иметь разъем для соединения с зарядным устройством и регулятор температуры нагрева, орган регулирования которого может быть размещен на внешней поверхности корпуса блока электропитания и/или внутренней поверхности внешнего слоя одежды.
Кроме того, предмет одежды предпочтительно выполнен с возможностью подсоединения к стационарному источнику электроэнергии и содержит наружный соединительный провод, снабженный на концах элементами разъемного соединения для осуществления соединения соответственно с упомянутым многожильным проводом и с внешним источником питания, причем соединение между электропроводящими нитями нагревательного элемента и многожильным проводом выполнено в виде многократного контакта.
Полезная модель поясняется на примере ее осуществления, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - упрощенное представление жилета с электрообогревом, выполненного согласно полезной модели, в развернутом виде,
Фиг. 2 А, Б - диаграммы распределения температуры на поверхности тела человека в условиях холода и тепла.
Как показано на фиг. 1, жилет с электрообогревом выполнен из ткани 1, образующей внешний слой жилета, и имеет подкладку 2. Жилет имеет нагрудную часть 3, спинную часть 4 и отверстие 5 для головы. На нагрудной части 3 и спинной части 4 под подкладкой 2 на внутренней стороне ткани 1 закреплены, например с помощью текстильных ворсовых элементов крепления типа велкро, нагревательные элементы 6 в виде участков электронагревательной ткани из электропроводящих углеродных нитей и фоновых изоляционных нитей. Электронагревательная ткань выполнена, например, как описано в заявке на патент РФ N 97101314 от 30.01.97 г., по которой принято решение о выдаче патента. В качестве ткани 1 может быть выбрана шерсть, ткань из полиэфирных волокон или ткань с процентным содержанием шерсти, шелка или полиэфирных волокон. В качестве материала подкладки 2 может быть выбран теплопроводящий материал, например хлопок, вискоза. Нагревательные элементы б соединены между собой многожильными проводами 7, имеющими на свободных концах первый и второй элементы разъемного соединения (на чертеже не показаны).
Автономный источник электропитания, выполненный, например, на базе малогабаритного аккумулятора (на чертеже не показан), размещен в кармане 8 на наружной стороне жилета, например на его спинной части 4,
и снабжен третьим элементом разъемного соединения. Подключение нагревательных элементов 6 к источнику электропитания может быть обеспечено посредством наружного соединительного провода, снабженного на своем конце четвертым элементом разъемного соединения 9. Источник электропитания может быть снабжен выключателем для подключения/отключения нагревательных элементов к источнику электропитания и выполняющего одновременно функции ручного регулятора температуры, а также возможно использование автоматического регулятора температуры нагрева с органом регулирования, размещенного в области нагрева.
Принцип выбора мест размещения нагревательных элементов иллюстрируется с помощью фиг.2, где показано распределение температуры по различным областям тела человека в условиях холода. Механизмы терморегуляции человека обеспечивают постоянство температуры только лишь ядра тела. Это прежде всего мозг и совокупность внутренних органов. Температура крови, омывающей ядро тела, практически не отклоняется от константного значения. В правом желудочке сердца она равняется 37 град. С. Температура поверхности тела - оболочки, напротив, варьирует в довольно широких пределах - от 24,4 до 34 град. С. Паиболее низкая температура отмечается в пальцах нижних конечностей, самая высокая - в подмышечной впадине, где она всего лишь на 0,5 град. С оказывается ниже температуры ядра тела. Температурные параметры различных участков поверхности тела зависят от уровня обмена веществ, кровообращения региона, от температурных влияний внешней среды на соответствующий участок тела и многих других факторов.
Как уже отмечалось кровеносная система принимает участие в терморегуляции, способствует выравниванию температуры в различных участках тела. При нахождении человека на холоде кровеносные сосуды кожи рефлекторно сужаются. В этом случае снижается кровоснабжение капиллярных сосудов, снижается уровень обмена веществ. С помощью одежды с электрообогревом происходит нагрев участков тела, расположенных, в первую очередь, напротив нагревательных элементов. Кровеносные сосуды на этих участках тела расширяются. В результате увеличивается количество крови, протекающей по капиллярам, улучшается обмен веществ, кроме того, происходит нагрев крови. Нагретая кровь, состояние системы кровообращения и уровень обмена веществ обеспечивают поддержание температуры тела человека при различных изменениях окружающей среды. Так как уровень энергии, вырабатываемый малогабаритным аккумулятором, ограничен и не может обеспечить при современном уровне развития техники работу нагревательных элементов, размещенных па всей поверхности тела, то требуется оптимизация расположения нагревательных элементов. Исходя из вышесказанного, нагревательные элементы 6, показанные на фиг.1, следует размещать прежде всего напротив областей тела, наиболее подверженных охлаждению и зон активного кровообращения.
При использовании жилета с электрообогревом в соответствии с его назначением жилет надевают поверх легкой одежды, как можно ближе к телу пользователя. Чем меньше слой одежды, отделяющей жилет от тела, и чем лучше термоизоляционные свойства внешнего слоя одежды, отделяющего нагревательный элемент от внешней среды, тем эффективней будет происходить нагревание. Текстильные ворсовые застежки типа велкро закрепляются так, чтобы нагревательные элементы б на нагрудной части 3 и на спинной части 4 равномерно прилегали к телу. Заряженный блок питания укладывается в карман 8 жилета. При этом панель корпуса блока питания, на которой размещены элемент разъема и выключатель, ориентированы вверх, к клапану кармана 8. Выключатель находится в положении выкл..
Наружный соединительный провод с помощью разъема соединяется с блоком питания. Выключатель на блоке питания переводится в положение вкл., и нагревательные элементы 6 начинают нагреваться. Заряженный блок питания обеспечивает непрерывный нагрев элементов в течение 4 часов. При ощущении избыточного тепла, пользователь отключает блок питания, а при необходимости нагрева - включает его. При выполнении блока питания со средствами автоматического регулирования нагрева пользователь получает возможность автоматического регулирования температуры нагрева посредством регулятора, размещенного в области нагрева.
После 4 часов непрерывной работы блок питания отключают с помощью выключателя, отсоединяют от нагревательных элементов 6 жилета и вынимают из кармана 8 для дополнительной подзарядки от зарядного устройства.
При зарядке сразу всего блока питания его подключают с помощью разъемного соединения к внешнему зарядному устройству. Зарядное устройство с помощью вилки включают в розетку сети переменного тока напряжением 220 в. Выключатель на корпусе блока питания переводят в положение вкл., устанавливают ток заряда на уровень 0,8 - 0,9 А с помощью настроечного резистора зарядного устройства, вынимают из розетки сети, и отсоединяют блок питания от зарядного устройства с помощью разъема. Блок питания готов к работе.
При зарядке отдельных аккумуляторов, входящих в состав блока питания, его разбирают, достают отдельные аккумуляторы и их заряжают от стандартных зарядных устройств.
В процессе эксплуатации допускается стирка и глажение жилета. Перед стиркой нагревательные элементы, провода, разъемы и блок питания удаляют из жилета. Повторное размещение указанных элементов производится после полной просушки жилета и его глажения.
Описанное выше техническое решение, соответствующее заявленной полезной модели, может быть использовано в различных устройствах, предназначенных для нагрева человека, например, грелках, обогреваемых простынях, одеялах, обогреваемых чехлах и подушках для автомобилистов и т.д., в которых расположение нагревательных элементов будет осуществляться в соответствии с рассмотренными выше принципами и с учетом дополнительных условий.