ОДЕЯЛО С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к мобильным обогревательным устройствам индивидуального пользования на текстильной основе, предназначенным для защиты пользователя от неблагоприятных воздействий окружающей среды при низких температурах.
Известно электрическое нагревательное текстильное изделие (патент RU №2222119 С2, МПК Н05В 3/34, D04B 21/02, опубликован 20.01.2004), содержащее текстильную структуру, множество расположенных на определенном расстоянии друг от друга резистивных электронагревательных элементов, введенных в упомянутую текстильную структуру и проходящих, как правило, между противоположными краевыми участками упомянутой текстильной структуры, и токопроводящие элементы, содержащие токопроводящую нить или токопроводящую пряжу и наносимые, по меньшей мере, частично в виде токопроводящей пасты, проходящие, в общем, вдоль упомянутых противоположных краевых участков упомянутой текстильной структуры и приспособленные для присоединения упомянутого множества расположенных на определенном расстоянии друг от друга резистивных электронагревательных элементов к источнику электрической энергии. Нагревательное текстильное изделие состоит, по меньшей мере, из двух слоев текстильного материала, предпочтительно эти слои материала имеют разворсованные наружные поверхности и гладкие противоположные внутренние поверхности с нагревательной цепью, расположенной между ними. Либо нагревательная цепь включена в отдельный нагревательный слой, вместе с которым она ламинирована, или другим способом закреплена между наружными слоями материала. Недостатками электрического нагревательного текстильного изделия являются большое количество коммутационных соединений, что значительно снижает надежность изделия в целом, отсутствие влагозащищенности, невысокая эффективность теплопередачи пользователю, т.к. нагревательные элементы изолированы от нагреваемой поверхности внешней разворсованной поверхностью текстильного слоя, и отсутствие возможности управления работой изделия, в том числе выбора оптимальной для пользователя температуры обогрева.
Известен гибкий электронагреватель с автоматической регулировкой температуры под температуру тела пользователя (патент RU 131265 U1, МПК Н05В 3/34, опубликован 10.08.2013), содержащий гибкий электроизолированный нагревательный проводник, установленный внутри оболочки одеяла, подключенный через блок электропитания, содержащий блок измерения температуры, соединенный с логическим блоком управления постепенным снижением температуры, который выполнен с возможностью регулирования подачи напряжения блоком питания, подключенным к стационарной сети (входное напряжение переменное 220 В). В вариантах исполнения электронагревателя блок измерения температуры и логический блок управления постепенным снижением температуры могут быть установлены внутри корпуса блока питания, а датчик температуры блока измерения температуры выведен в зону расположения гибкого электроизолированного нагревательного проводника. Недостатками гибкого электронагревателя с автоматической регулировкой температуры являются невысокая эффективность, т.к. из-за расположения нагревательных элементов внутри оболочки одеяла снижается эффективность теплопередачи, невозможность установки пользователем индивидуальной комфортной температуры, отсутствие защиты от перегрева, т.к. задача блока управления - постепенное снижение температуры нагрева только после достижения порогового значения температуры, а не поддержание ее на заданном уровне, невозможность работы изделия от автономного источника питания.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электрическое обогревательное устройство (патент RU №2709481 С1, МПК Н05В 3/36, опубликован 18.12.2019), содержащее резистивный нагревательный элемент, фиксировано размещенный между двумя слоями тканевой основы, при этом упомянутый резистивный нагревательный элемент расположен между слоями тканевой основы в виде двух симметрично расположенных относительно продольной оси меандров и выполнен в виде одного изолированного или двух соединенных отдельно изолированных проводов, причем концы резистивного нагревательного элемента соединены с контроллером питания, который соединен с гибким кабелем USB коннектора электрического питания, который в свою очередь выведен за пределы электрического обогревательного устройства для получения питания. При подключении USB коннектора электрического питания к вычислительному электрическому устройству заявляемое устройство выполнено для предоставления пользователю возможности управлять обогревом посредством программного обеспечения для управления, установленного на упомянутом вычислительном устройстве.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются:
- выполняемая функция - персональный активный обогрев пользователя;
- текстильная тканая основа для крепления гибких нагревательных элементов;
- электронагревательные элементы на основе резистивных проводов;
- возможность питания от автономного источника.
Недостатками описанного в патенте электрического обогревательного устройства являются:
- снижение КПД нагревательного провода за счет его расположения между двумя слоями тканевой основы, изолирующими нагревательные элементы от объекта обогрева (пользователя);
- недостаточная гибкость в поперечном направлении, что снижает удобство и эффективность использования изделия из-за невозможности повторения контуров тела пользователя и достаточно плотного прилегания нагревательных элементов к обогреваемой поверхности;
- невысокая надежность изделия из-за использования только одного нагревательного элемента (не более двух в разных вариантах исполнения);
- отсутствие кнопки включения/выключения;
- отсутствие информационного дисплея для контроля температуры обогрева;
- управление обогревом возможно только при подключении изделия к электронному вычислительному устройству, что значительно снижает удобство использования и мобильность изделия.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание эффективного надежного безопасного мобильного устройства электрообогрева с индивидуальной настройкой температуры обогрева, обеспечивающего в условиях низких температур окружающей среды тепловой комфорт пользователя и удобство эксплуатации как при невысокой активности пользователя (сидит, идет), так и в состоянии покоя.
Техническим результатом является создание одеяла с электрообогревом, гибкого по всем направлениям, с надежной системой обогрева на основе нескольких независимых элементов с эффективной теплоотдачей и высокой пожаробезопасностью, с температурой обогрева, настраиваемой пользователем с высокой точностью в соответствии с его предпочтениями в различных условиях эксплуатации, с питанием от автономного или стационарного источника и возможностью трансформации одеяла в спальный мешок.
Технический результат достигается за счет того, что двухслойное одеяло с несколькими независимыми радиально расположенными нагревательными элементами на основе влагозащищенных резистивных проводов из металлизированных полимерных нитей, закрепленных по волнообразной траектории на внешней стороне внутреннего слоя для непосредственного контакта с обогреваемой поверхностью оснащено интеллектуальным блоком управления, обеспечивающим возможность управления температурой с обратной связью за счет применения пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД-регулятор) и датчика температуры, при этом питание осуществляется от аккумуляторной батареи, размещенной в специальной сумке, или от бортовой сети транспортного средства или стационарной сети переменного тока, а по трем сторонам текстильной основы расположена застежка типа «молния» для возможности трансформации одеяла в спальный мешок.
Размещение нагревательных резистивных проводов на внешней поверхности внутреннего тканого слоя по волнообразной траектории, исключающей прямые участки, обеспечивает высокую гибкость изделия по всем направлениям и позволяет достичь наилучшего контакта нагревательных элементов непосредственно с обогреваемой поверхности, что значительно снижает теплопотери и повышает эффективность изделия в целом. Радиальное расположение нагревательных элементов позволяет обеспечить обогрев почти всей поверхности одеяла при одном коммутационном узле, что упрощает процесс изготовления изделия и повышает его надежность. Использование нескольких независимых нагревательных элементов, подключенных параллельно, также значительно повышает надежность изделия.
Управление обогревом осуществляется при помощи интеллектуального блока управления, включающего/выключающего устройство и реализующего с помощью ПИД-регулирования управление температурой нагревательных элементов с точностью 0,1°С. Блок управления оснащен звуковой и визуальной аварийной индикацией перегрева, кнопками включения/выключения, управления температурой обогрева и информационным дисплеем, на котором отображается текущая и заданная температуры обогрева.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 (общий вид одеяла с электрообогревом).
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - тканевая основа одеяла;
2 - гибкий нагревательный провод;
3 - датчик температуры;
4 - застежка типа «молния»;
5 - блок управления;
6 - кнопки управления;
7 - информационный дисплей;
8 - красный светодиод световой индикации нагрева;
9 - аккумуляторная батарея;
10 - сумка;
11 - зарядное устройство;
12 - блок питания;
13 - вилка автомобильная.
Полезная модель представляет собой одеяло с электрообогревом (см. фиг. 1), состоящее из двухслойной тканевой основы 1 с закрепленными на ней гибкими нагревательными проводами 2, датчиком температуры 3 и застежкой типа «молния» 4 для трансформации одеяла в спальный мешок, блока управления 5 с кнопками управления температурой обогрева 6, информационным дисплеем 7 и световой индикацией нагрева 8, аккумуляторной батареи 9, размещенной в сумке 10, зарядного устройства 11, блока питания 12 для подключения к стационарной сети переменного тока и вилки 13 для подключения к автомобильной бортовой сети.
Внешний слой двухслойной тканевой основы 1 изготовлен из плотной синтетической ткани с влагостойкой пропиткой. Внутренний слой - из мягкой синтетической ткани (например, флиса высокой плотности) с закрепленными на ней нагревательными элементами 2. Теплоизоляционные свойства внешнего и внутреннего слоев тканевой основы 1 обеспечивают ветро-, влагозащиту и пассивный обогрев пользователя, а также повышают эффективность активного обогрева за счет значительного снижения потерь тепла. По трем краям тканевой основы расположена застежка типа «молния» 4, застегнув которую, можно легко трансформировать одеяло в спальный мешок. На внутренней стороне тканевой основы 1 имеется карман для размещения блока управления 5.
Нагревательный элемент представляет собой нагревательный провод, токопроводящий шнур которого изготовлен из полимерных нитей с резистивным напылением металлов (например, лавсановые нити, металлизированные серебром или медью) с изоляцией на основе полиолефинов. Такие нагревательные элементы безопасны и удобны в использовании благодаря следующим свойствам нагревательного провода на основе металлизированных полимерных нитей:
- пожаробезопасность;
- влагозащищенность;
- технологичность при коммутации;
- быстрая скорость нагрева;
- небольшой диаметр сечения;
- высокая гибкость;
- прочность.
Несколько независимых нагревательных элементов на основе резистивных проводов 2 расположены на внешней поверхности внутреннего слоя из флиса и благодаря сохранению гибкости тканевой основы с нагревательными элементами за счет волнообразной траектории провода, исключающей прямые участки, находятся в непосредственном контакте с обогреваемой поверхностью, что позволяет снизить теплопотери и повысить эффективность теплопередачи, что значительно повышает КПД изделия в целом.
Блок управления 5 позволяет пользователю с помощью кнопок управления 6 включать/выключать устройство и устанавливать необходимую температуру обогрева, которая отображается на информационном дисплее 7. Также на информационном дисплее 7 отображается текущая температура на нагревательных проводах, которая определяется с помощью датчика 8. Во время нагрева до заданной температуры на блоке управления горит красный светодиод 8. При достижении заданной температуры, нагрев выключается и отключается красный светодиод. При температуре выше плюс 45°С включается визуальная (мигание информационного дисплея) и звуковая аварийные индикации перегрева.
Интеллектуальное управление с обратной связью, реализуемое блоком управления 5 на основе ПИД-регулирования с использованием датчика 8 позволяет пользователю с высокой точностью (до 0,1°С) выбирать комфортную температуру нагревательных элементов, сохраняя равномерность обогрева поверхности, т.к. при любой заданной температуре обогрева используются все элементы гибких нагревателей.
Для удобства эксплуатации питание одеяла с электрообогревом может осуществляться:
- от аккумуляторной батареи 9 (12,0÷16,8 В);
- от внешнего источника питания переменного тока с напряжением 100÷220 В, которое посредством блока питания 12 преобразуется в напряжение 12 В;
- от сети транспортного средства с напряжением 12,0÷14,0 В посредством автомобильной вилки 13.
Аккумуляторная батарея оснащена платой балансировки с контроллером заряда-разряда и защитой от короткого замыкания. Литий-полимерные батареи обладают более высокой пожаробезопасностью по сравнению с литий-ионными батареями, что повышает безопасность изделия в целом. Аккумуляторная батарея помещена в специальное отделение сумки 10 с выведенным наружу коммутационным разъемом. Для зарядки аккумуляторной батареи необходимо подсоединить разъем к зарядному устройству 11, работающему от сети переменного тока 220 В.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого одеяла с электрообогревом заключается в высокой полезной теплоотдаче нагревательных элементов за счет непосредственного контакта с обогреваемой поверхностью сложной формы, повышении надежности изделия в целом за счет использования нескольких независимых нагревательных элементов и снижения количества коммутационных узлов до минимума, при этом возможность высокоточного регулирования температуры обогрева позволяет обеспечить тепловой комфорт пользователя в течение длительного времени в различных условиях окружающей среды.
Полезная модель одеяла с электрообогревом является промышленно воспроизводимой с использованием стандартного швейного оборудования, может использоваться как самостоятельное изделие или совместно с другими устройствами для обеспечения персонального теплового комфорта пользователя, показала при реализации положительные результаты и характеризуется соответствием критерию «Промышленная применимость» в легкой промышленности.
Предлагаемую полезную модель можно применять для поддержания теплового комфорта пользователя в течение длительного времени в условиях низких температур окружающей среды.