Утюг

Полезная модель относится к ручным электрическим утюгам.
Большинство известных конструкций электрических утюгов содержат электрические резистивные нагреватели, принцип действия которых основан на выделении тепла при прохождении электрического тока через проводники высокого сопротивления по закону Джоуля-Ленца. Электронагреватели изготавливаются в виде спиралей, лент или пластин. Далее тепловая энергия передается на подошву утюга.
Данные решения в области электрических утюгов имеют серьезные конструктивные и потребительские недостатки.
Во-первых, все традиционные электронагревательные резистивные элементы и, соответственно, подошвы утюгов являются инерционными. Прежде всего, это касается процесса охлаждения подошвы утюга.
Во-вторых, нагретая поверхность подошвы утюга представляет большую опасность - от ожога до пожара.
В-третьих, конструкции подобных электрических утюгов являются неэффективными с энергетической точки зрения, так как значительная часть электрической энергии расходуется на нагрев электронагревательного резистивного элемента. И лишь небольшая часть энергии идет на нагрев подошвы утюга, а от подошвы еще меньшая часть энергии поступает уже на разглаживаемую ткань.
Патент [RU 2677079, С2, D06F 75/00, 08.06.2017] описывает конструкцию утюга, содержащего резистивный электронагреватель.
Определенная часть известных конструкций утюгов для получения тепловой энергии использует индукционный нагрев, при котором нагревание электропроводящей подошвы утюга, как правило, металлической, осуществляется вихревыми токами, генерируемыми индуктором. Энергетическая эффективность данного типа утюгов выше, чем у утюгов, использующих резистивный нагрев.
Однако данные решения в области электрических утюгов также имеют серьезные конструктивные и потребительские недостатки.
Во-первых, и при индукционном нагреве подошвы утюгов продолжают оставаться инерционными. Прежде всего, это касается процесса охлаждения подошвы утюга.
Во-вторых, и при индукционном нагреве нагретая поверхность подошвы утюга представляет большую опасность - от ожога до пожара.
В-третьих, конструкции подобных электрических утюгов также являются неэффективными с энергетической точки зрения, так как только небольшая часть тепловой энергии от подошвы утюга поступает на разглаживаемую ткань.
Патент [RU 2559549, C1, D06F 75/08, 06.06.2007] описывает конструкцию утюга, имеющего подошву из индукционно нагреваемого материала, выполненную с возможностью нагрева от блока, включающего в себя, по меньшей мере, одну индукционную катушку.
Наиболее близким техническим решением является система на основе лазерных диодов, предназначенная для прямой подачи теплового инфракрасного излучения с выбранной длиной волны для нагрева целевых компонентов [RU 2430832, С2, В29С 49/64, 10.10.2011].
Однако использование данного решения в конструкции утюгов не представляется возможным по следующим причинам. Лазерные диоды генерируют узконаправленное инфракрасное лазерное излучение. Для его гомогенизации с целью последующего использования в процессе глажки необходимо применять достаточно сложные оптические системы -например, расширители Галилея, интеграторы и т.д. В результате массогабаритные характеристики утюга за счет излишней сложности конструкции, а также сложность потребительской эксплуатации приведут к невозможности его использования в быту.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание утюга, обладающего меньшими энергетическими потерями, то есть, большим коэффициентом полезного действия, и повышенной безопасностью использования.
Требуемый технический результат заключается в уменьшении энергетических потерь и повышении безопасности использования.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в утюге, содержащем корпус, а также закрепленную на корпусе подошву, имеющую гладильную поверхность, согласно полезной модели, в качестве источника тепловой энергии используются инфракрасные светодиоды (infrared LED's), преобразующие электрическую энергию в коротковолновое инфракрасное излучение, направленное в сторону гладильной поверхности подошвы, выполненной из прозрачного для коротковолнового инфракрасного излучения материала.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве источника инфракрасного излучения используются инфракрасные светодиодные СОВ-матрицы с длиной волны (модой) излучения до 5 мкм, исполненные по технологии Multi-COB.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в конструкции утюга предусмотрено использование датчиков (сенсоров) давления и движения. Соответственно, утюг будет включаться при надавливании и движении. И соответственно, автоматически отключаться при отсутствии надавливания и движения. В настоящее время имеется широкий выбор различных датчиков движения и датчиков давления. Технологии их использования в конструкциях утюгов известны из существующего уровня техники.
Предложенный утюг используется следующим образом.
В корпусе утюга в качестве источника тепловой энергии используются инфракрасные светодиоды, преобразующие электрическую энергию в направленное коротковолновое (до 5 мкм) инфракрасное излучение.
Известные технологии СОВ (Chip-on-board) и Multi-COB позволяют обеспечить требуемый уровень мощности. Это излучение направлено в сторону гладильной поверхности подошвы. В качестве материала подошвы утюга целесообразно использовать материал с максимально высоким коэффициентом пропускания коротковолнового (до 5 мкм) инфракрасного излучения, чтобы тепловая энергия напрямую поступала через гладильную поверхность подошвы на изделие для глажки, не нагревая подошву утюга.
Для изготовления подошвы утюга можно использовать германий или кремний - как в монокристаллической, так и в поликристаллической форме. Кроме того, для изготовления подошвы можно использовать также поликристаллические материалы, получаемые путем горячего прессования в вакууме смеси исходных порошков из соответствующих кристаллических материалов, известные под маркой «Иртран», которые по оптическим характеристикам в инфракрасном диапазоне являются аналогами кристаллов германия и кремния, а по термомеханическим свойствам значительно их превосходят.
Для производства подошвы можно также использовать и прозрачные в диапазоне 0,6÷14 мкм композиционные материалы ZnSe/ZnS. Для повышения механической прочности изделий из поликристаллического селенида цинка, получаемого химическим осаждением из газовой фазы, на их поверхность наносят тонкий (0,5÷1 мм) слой сульфида цинка. Это повышает одновременно и влагостойкость таких деталей. В настоящее время освоено производство заготовок из композита ZnSe-ZnS диаметром до 400 мм.
К числу других современных материалов можно отнести SiC, из которого методом вакуумного химического осаждения удается изготавливать крупногабаритные изделия, прозрачные в инфракрасном диапазоне до 5÷6 мкм и стойкие к термическим, механическим и другим внешним воздействиям.
Все вышеперечисленные материалы (а также многие другие) наряду с высокой прозрачностью в инфракрасном диапазоне обладают высокой твердостью и механической прочностью. Высокая твердость предохранит поверхность подошвы от царапин и истирания, а высокая механическая прочность позволит существенно уменьшить толщину и вес подошвы.
Важнейшее преимущество предложенного устройства заключается в том, что у него практически отсутствует инерционность, так как время срабатывания инфракрасных светодиодов измеряется микросекундами.
Другое важное преимущество настоящего устройства заключается в том, что светодиодный утюг не надо включать и выключать. С учетом практически полного отсутствия инерционности интерфейс утюга можно сделать максимально интеллектуальным и комфортным (smart iron). Утюг будет включаться при надавливании и движении. И соответственно, автоматически отключаться при отсутствии надавливания и движения. Данное преимущество устраняет возможность возникновения пожароопасной ситуации.
Другое преимущество настоящего устройства заключается в том, что светодиодный утюг - это холодный утюг, так как тепловая энергия напрямую поступает на ткань, практически не нагревая подошвы. Данное преимущество практически полностью исключает возможность ожога и пожара, так как тепловая энергия напрямую поступает на ткань, практически не нагревая подошвы.
Еще к одному преимуществу предложенного устройства следует отнести малые энергетические затраты, так как тепловая энергия в виде направленного коротковолнового инфракрасного излучения напрямую поступает на ткань, практически не нагревая подошвы. То есть, коэффициент полезного действия предложенного утюга намного выше, чем у традиционных утюгов.
Преимущество настоящего технического решения состоит и в том, что режимы функционирования данного утюга достаточно просто перепрограммируются. В частности, это касается регулировки спектральных характеристик инфракрасного излучения - требуемой мощности и длины волны (моды) излучения.
Конструктивно-дизайнерское исполнение светодиодных утюгов аналогично конструктивно-дизайнерскому исполнению известных технических решений. Главное отличие - в качестве источников тепловой энергии используются коротковолновые инфракрасные светодиоды.
Лучшим вариантом полезной модели является использование СОВ-матриц, исполненных по технологии Multi-COB.
Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, заключающийся в уменьшении энергетических потерь и повышении безопасности использования.