ТКАНЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ НАГРЕВОМ
FABRIC WITH ELECTROMAGNETIC HEATING

Изобретение относится к текстильной промышленности, в частности к электронагревательным тканям промышленного и бытового назначения, имеющим в своей структуре электронагревательные нити.
Известна электронагревательная ткань (патент РФ №55782, D03D 15/00, 27.08.2006). Ткань содержит переплетение электроизоляционных основных и уточных нитей и электропроводных углеродных нитей. При этом группы параллельных электропроводных нитей из 2-3 нитей основы, смежных или вплетенных через электроизоляционную нить, переплетены по утку с массивом электропроводных нитей из материала с высокой удельной электропроводностью, образующих токоподводящую ленту.
Недостатком такой ткани является сложность структуры ткани и сложность ее производства, а также необходимость в источнике электрического тока для обеспечения электрического нагрева.
Также известна электронагревательная ткань (патент РФ №2109091, D03D 15/00, 20.04.1998). Данная ткань содержит фоновую часть, образованную переплетением электроизоляционных основных и уточных нитей и электропроводящих нитей. Последние образуют в пределах фоновой части ткани группы из m параллельных электропроводящих нитей. В каждой группе соседние электропроводящие нити расположены на заданном расстоянии b одна от другой, выбранном из условия теплового баланса среды, окружающей электронагревательную ткань при ее функционировании.
Недостатком такой ткани является то, что для использования ткани требуются дополнительные проводники и присоединение к ним каждой электропроводной нити, а также необходимость в источнике электрического напряжения. Это приводит к эксплуатационным издержкам и ухудшает потребительские свойства.
Наиболее близкой к изобретению по числу сходных существенных признаков является электронагревательная ткань (патент РФ №2212120, Н05В 3/34, 10.09.2003). Она представляет собой полотно, выполненное переплетением нитей, и содержит основные неэлектропроводные нити, имеющие первое направление, и электропроводные резистивные нити, имеющие второе направление, перпендикулярное первому. Ткань включает в себя также, по меньшей мере, две основные проводящие шины и распределительные шины, отделенные от электропроводных резистивных нитей диэлектрическими барьерами из неэлектропроводных нитей из хлопкового или синтетического волокна, в которых расположены прерыватели цепи. Средства для подключения токоподводящих соединительных проводов расположены в отверстиях, выполненных в основных неэлектропроводных нитях. Основные неэлектропроводные нити имеют полотняный тип переплетения с упомянутыми неэлектропроводными нитями. Электропроводные резистивные нити при протекании по ним электрического тока будут нагреваться и поэтому могут быть названы нагревательными.
К недостаткам прототипа может быть отнесена необходимость во внешнем источнике электрической энергии, что ограничивает время нагрева, а также увеличивает массу конечного изделия, например одежды из этой ткани.
Задача изобретения состоит в повышении надежности функционирования ткани и расширении функциональных возможностей применения этой ткани.
Технический результат изобретения состоит в автономности работы ткани с электромагнитным нагревом и улучшении ее эксплуатационных и технологических свойств.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что предложена ткань, представляющая собой полотно, выполненное переплетением нитей, и содержащая основные неэлектропроводные нити, имеющие первое направление, и нагревательные нити с электромагнитным нагревом, имеющие второе направление, перпендикулярное первому, согласно изобретению нагревательные нити выполнены в виде электропроводящих немагнитных трубок, внутри которых закреплены намагниченные упругие нити из магнитотвердого материала, а зазор между ними заполнен упругим немагнитными материалом или воздухом.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема устройства нагревательных нитей с электромагнитным нагревом. На фиг. 2 изображена схема образования магнитного поля и вихревых токов в нагревательных нитях с электромагнитным нагревом.
Ткань с электромагнитным нагревом содержит нагревательные нити, представляющие собой трубчатые волокна 1, которые выполнены в виде электропроводящих немагнитных трубок (Фиг. 1). Внутри этих трубчатых волокон 1 с зазором 3 размещены нитевидные постоянные магниты 2, представляющие собой намагниченные упругие нити из магнитотвердого материала, которые имеют места соединения с трубчатыми волокнами 1 (Фиг. 1). Зазор 3 между нитевидными постоянными магнитами 2 и трубчатыми волокнами 1 заполнен эластичным, либо упругим материалом, либо воздухом (Фиг. 1).
Заявляемая ткань с электромагнитным нагревом в отличие от известных электронагревательных тканей работает автономно, без источников электрического напряжения. Объясняется это работой нагревательных нитей с электромагнитным нагревом, которая происходит следующим образом. Нитевидные постоянные магниты 2 создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают электропроводящее трубчатое волокно 1 (Фиг. 2). Во время механических действий человека при ходьбе и беге благодаря инерции и упругой связи нитевидных постоянных магнитов 2 с трубчатыми волокнами 1 возникают их относительные колебания. В общем случае относительные колебания могут иметь продольную и поперечную составляющую.
При продольных колебаниях силовые линии магнитного поля пересекают электропроводящие трубчатые волокна 1, из-за чего в последних возникают вихревые токи (токи Фуко). Направление этих токов таково, что они начинают тормозить относительное движение нитевидных постоянных магнитов 2 и трубчатых волокон 1.
При поперечных колебаниях происходит увеличение индукции поля в приближающейся части трубчатого волокна 1 и уменьшение индукции в отдаляющейся части трубчатого волокна 1 (Фиг. 2). Благодаря этому изменяется магнитный поток через проводящие контуры в трубчатом волокне 1, в котором наводятся вихревые токи, которые также препятствуют взаимному движению.
Протекание вихревых токов сопровождается выделением тепла в соответствии с законом Джоуля-Ленца, что ведет к нагреву трубчатых волокон 1 и всего слоя ткани. Величина выделяющегося количества теплоты, а следовательно, и температура нагрева определяется величинами индукции магнитного поля, амплитуды и частоты относительных колебаний, а также электрическим сопротивлением по пути их протекания.
Преимущества ткани с электромагнитным нагревом в том, что она позволяет улучшить эксплуатационные качества, так как отсутствует необходимость в обеспечении надежности электрических контактов, зарядке аккумуляторных батарей или замене элементов питания и т.п. Ткань с электромагнитным нагревом также обладает большей надежностью, так как величина и равномерность нагрева практически не меняется при локальных повреждениях отдельных нитей, в отличие от известных электронагревательных тканей. Ткань обеспечивает дополнительную тепловую защиту от переохлаждения пользователей и оборудования, находящихся длительное время в условиях низких температур, и может использоваться при производстве спортивно-туристических и военных изделий.