СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИНФРАКРАСНОЙ КАБИНОЙ (САУНОЙ)

Полезная модель предназначена для управления работой оборудования в инфракрасных кабинах (сауна), применяемых для проведения оздоровительных тепловых процедур.
Уровень техники
Из уровня техники известны устройства управления инфракрасными кабинами (саунами), содержащие датчик температуры, микропроцессор, табло, органы управления и выходные каскады управления нагревателями: патент США - US 2004188415, дата публикации 30.09.2004, МПК А61Н 33/06; G05D 23/19; Н05В 1/02; A61N 5/06) и патент Японии - JP 2008142397, дата публикации 26.06.2008, МПК A61F 7/00; А61Н 33/06; A61N 5/06). В этих устройствах используется принцип термостата с регулированием по температуре воздуха. Пользователь задает желаемую температуру воздуха в кабине и при достижении, которой термостат отключает нагреватели. При снижении температуры термостат снова включает нагреватели. Управление нагревателями носит релейный характер, т.е. нагреватели могут быть или только подключены к источнику питания, либо - только отключены.
Общим недостатком термостатов является то, что они не учитывают индивидуальную чувствительность людей к инфракрасному излучению и отсутствие зависимости между температурой воздуха и мощностью инфракрасного излучения.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является устройство, содержащее датчик температуры и выходной каскад на семисторах, который осуществляет непрерывное регулирование температуры воздуха внутри кабины (патент Нидерландов - NL1001443, дата публикации 22.04.1997, МПК A61F 7/00; А61Н 33/06; G05D 25/02). В отличие от предыдущих устройств, в этом устройстве поддержание температуры воздуха производится непрерывно, изменением действующего значения тока в цепи нагревателей. Однако, по своей сути, это устройство, так же относится к классу термостатов, потому что так же, как и предыдущие устройства, предназначено для поддержания заданной температуры внутри кабины.
Общим признаком с предлагаемой полезной моделью является непрерывный процесс генерации инфракрасной энергии нагревателями, т.е. не прерывается во времени, а может быть плавно изменен.
Последнее техническое решение принято за прототип.
Как известно, инфракрасное излучение ощущается человеком в виде тепла различной степени. Можно охарактеризовать степень действия ИК излучения следующими терминами:
1. тепло, когда ИК энергия полностью поглощается телом человека;
2. легкое жжение, когда небольшая часть энергии уже не поглощается кожей, а вызывает легкое жжение;
3. боль, когда значительная часть ИК энергии уже не поглощается кожей;
4. нестерпимая боль (ожег) - большая часть ИК энергии не поглощается и приводит к омертвлению клеток кожи;
Таким образом, нагреватели в ИК кабинах должны генерировать такой поток энергии, чтобы человек не ощущал легкого жжения. В этом случае весь поток инфракрасной энергии будет полностью поглощаться телом человека.
Известно, что люди имеют разную чувствительность к теплу, которая может быть проиллюстрирована с помощью следующего рисунка (фиг.1).
2
На этом рисунке наклонные линии показывают разброс чувствительности кожи. Соответственно уровни потока ИК энергии, вызывающие ощущение легкого жжения кожи человека различные для разных людей (Е1 и Е2). Следовательно, для того, что бы избежать риска получения ожога кожного покрова необходимо: или регулировать поток ИК энергии, или применять нагреватели, которые генерируют поток ИК энергии заведомо меньше, чем самый маленький уровень чувствительности кожи (Е2). Уровни чувствительности Е1 и Е2 зависят от пола человека, расы, возраста, физического состояния, степени тренированности и т.д., и могут колебаться в пределах от 700 до 1000 Вт/м.
В инфракрасных кабинах, где применяется регулирование по температуре, как раз и применяются нагреватели с малым потоком энергии. Это обеспечивает возможность приема сеансов в инфракрасной кабине, людям с различной чувствительностью. Принцип работы такой системы регулирования хорошо иллюстрирует приведенный ниже рисунок (фиг.2).
При включении нагреватели непосредственно подключаются к питающей сети и начинают генерировать постоянный поток инфракрасной энергии, уровень которого подобран таким образом, что бы он был ниже самого маленького уровня чувствительности кожи (Е2). Через некоторое время, когда температура воздуха в сауне достигает заданной, устройство отключает нагревательные элементы от сети, в результате чего нагреватели перестают генерировать инфракрасную энергию. В эти моменты времени тело человека получает инфракрасную энергию только от нагретого воздуха, уровень которой значительно ниже, чем при работе нагревателей. Когда же температура воздуха внутри кабины немного понизится, термостат снова включает нагревательные элементы. Таким образом, регулируется действующее значение потока ИК энергии.
Инфракрасные кабины, построенные с применением термостатов в системе управления, имеют следующие недостатки:
1. Не учитывается индивидуальная чувствительность человека к мощности инфракрасного излучения, которая зависит от возраста человека, цвета кожи, пола, физического развития и текущего самочувствия;
2. Снижается общая эффективность нагрева человека, т.к. часть времени (20-25%) человек находится просто в теплом воздухе, а не подвергается инфракрасному нагреву;
3. Мощность инфракрасного излучения зависит от колебаний напряжения питающей сети;
4. Температура, поддерживается термостатом, только в точке установки датчика температуры и не учитывает размеры инфракрасной кабины. Показания температурных датчиков сильно зависят от места установки;
5. Различные типы инфракрасных нагревателей имеют различный коэффициент эмиссии, поэтому в разной степени прогревают воздух.
Сущность полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является разработка системы управления инфракрасной кабиной (сауной), которая позволит повысить эффективность нагрева человека, в обеспечении безопасности и увеличении комфорта при проведении тепловых сеансов.
При решении указанной задачи достигается технический результат, заключающийся в создании адаптивной системы регулирования инфракрасного излучения.
Для достижения технического результата, предлагается осуществлять регулирование величины потока инфракрасной энергии, генерируемой нагревателями, по заданным программам или при необходимости вручную, путем изменения действующего значения тока в цепи нагревателей. Такая регулировка позволяет учесть индивидуальные особенности переносимости инфракрасного излучения отдельными людьми.
В этом случае максимальную мощность инфракрасных нагревателей, можно выбрать больше, чем необходимо для прогрева самых малочувствительных людей, т.е. большую чем уровень Е1 (фиг.1), потому что система позволит получить необходимый уровень путем уменьшения выходного потока.
Рисунок фиг.3 иллюстрирует принцип регулирования. При включении инфракрасной кабины, нагревательные элементы начинаю генерировать постоянный уровень инфракрасной энергии, который задается на пульте управления и может быть изменен в произвольный момент времени.
Поток ИК энергии при таком способе непрерывен, т.е. он не имеет пропусков, и человек в кабине находится все время под воздействием инфракрасного излучения. Каждый человек может самостоятельно и в зависимости от текущего состояния, во время сеанса изменять поток ИК энергии.
Это позволяет не только индивидуально подобрать уровень инфракрасной энергии под особенности кожного покрова человека, но и под особенности проводимого сеанса, например: глубокий оздоровительный прогрев, когда требуется глубокое прогревание, или легкий косметический, когда требуется незначительный нагрев верхних слоев кожи.
Блок-схема системы управления показана на фиг.4. Система построена по модульному принципу и состоит из следующих компонентов:
Основные компоненты:
1. основной пульт управления (1), устанавливаемый снаружи кабины, состоящий из следующих компонентов:
1.1. процессора (1.1),
1.2. табло (1.2),
1.3. клавиатуры (1.3),
1.4. блока датчиков (1.4) - датчик нахождения людей в кабине (3), датчик ИК энергии (4), датчик влажности (5) и датчика температуры (6),
1.5. интерфейса связи (1.5)
2. Одного или нескольких блоков регулирования мощности (8) инфракрасных нагревателей (13)
3. Шины управления (7), через которую осуществляется передача команд управления и данных от пульта управления к различным блокам.
Процессор (1.1) основного пульта управления (1) запрограммирован для обеспечения 80% уровня мощности нагревателей, т.е. система обеспечивает среднюю мощность между уровнями Е1 и Е2 (фиг.1). В процессоре (1.1) так же содержится таймер, настроенный на среднее время проведения сеанса длительностью 30 мин. Значения выходной мощности нагревателей и времени сеанса, пользователь может изменять с помощь клавиатуры на основном и дополнительном пульте управления в произвольном порядке. Результаты изменений будут отображаться на табло обоих пультов.
К блоку датчиков (1.4) основного пульта управления (1) могут быть подключены следующие вспомогательные датчики:
1. Температуры (6) - для обеспечения контроля температуры воздуха и безопасности, при использовании многоместных кабин в общественных учреждениях;
2. Датчик влажности (5) - для контроля над влажностью воздуха во время сеанса;
3. Датчик уровня инфракрасного излучения (4) - для автоматического управления мощностью нагревателей (9).
4. Датчик нахождения людей в кабине (3) - для проведения безопасных сеансов антибактериальной обработки кабины бактерицидной лампой (16).
Процессор (1.1) может быть запрограммирован на выполнение индивидуальных программ управления мощностью инфракрасных нагревателей для нескольких пользователей, например, членов одной семьи. По шине управления (7) сигналы передаются на все блоки, которые подключаются к ней параллельно. Это позволяет строить систему в зависимости от потребностей конкретного пользователя.
Процессор основного пульта управления может быть запрограммирован на выполнение следующих функций:
1. Функции предварительного разогрева нагревателей перед сеансом и создания необходимого микроклимата;
2. Функции плавного включения нагревателей для предотвращения больших пусковых токов по питающей сети в момент включения;
3. Функции счетчика времени для подсчета времени использования кабины при коммерческом использовании;
4. Функции контроля температуры и влажности во время сеанса и включения исполнительных устройств;
5. Функции звукового или речевого оповещения о событиях
Интерфейс связи позволяет включить кабину с состав единой системы управления подобными кабинами, например, в спортивных клубах, для оперативного управления и сбора информации.
Система может содержать дополнительные компоненты:
1. Дополнительный пульт управления (2) - для установки внутри кабины состоящий из следующих компонентов: процессор (2.1), табло (2.2), клавиатура (2.3).
2. Блока цветотерапии (9) - для проведения цветотерапевтических сеансов, которые заключаются в непосредственном действии цвета от специальных ламп на зоны и акупунктурные точки кожи человека, в результате чего улучнается работа внутренних органов, связанных с этими точками.
3. Блока управления вентилятором (10) - для удаления влажного и горячего воздуха из кабины с помощью вентилятора (15);
4. Блока управления бактерицидной лампой (11) - для проведения очистки помещения кабины от бактерий с поверхностей и воздушного пространства.
5. Блока речевого оповещения и музыки (12) - для речевого предупреждения о повышенной температуре или влажности и окончании времени сеанса, с помощью акустической системы (17), а также управления магнитолой или плеером.