ОБОГРЕВАЮЩИЙ ЖИЛЕТ

Полезная модель относится к средствам индивидуальной защиты для обогрева человека при низких температурах окружающей среды без риска переохлаждения организма и может использоваться в производственной, медицинской, спортивной, бытовой, специальной и военной рабочей одежде операторов, персонала, заступающего на плановое, боевое дежурство, пилотов и водителей транспортных наземных, водных и воздушных средств, чтобы каждый из них мог своевременно выполнить производственную, плановую, оперативную, тактическую или боевую задачу.
Работа в условиях низких температур, относится к экстремальным видам деятельности человека. Проблема сохранения тепла тела человека весьма актуальна, однако все виды отечественной обогревающей защитной одежды морально устарели. Для создания современного обогревающего жилета учитываются особенности процессов системы «человек-обогревающий жилет-окружающая среда».
Известна одежда, выполненная в виде белья, содержащего блок прогревания с нагревательными элементами, соединенными с блоком питания (патент RU №2192766, 2002 г.). Одежда дополнительно оснащена электрокардиографом, блоком управления. Нагревательные элементы размещены с внутренней стороны правой и левой половин и спины рабочей одежды. По периметру нагревательных элементов размещена влагопоглощающая ткань. Блок прогревания содержит набор нагревательных элементов, предназначенных для наложения на области проекций печени, желчного пузыря, селезенки, грудного лимфатического протока и поджелудочной железы. Блок управления выполнен с возможностью включения нагревательных элементов при обнаружении остро возникающих нарушений ритма сердца, либо при профилактике острых нарушений мозгового кровообращения, кровотока в органах и системах организма. Одежда обеспечивает прогревание указанных областей нагревательными элементами температурой до 42°C.
Недостатком данной одежды является то, что она не обеспечивает терморегуляторные потребности всех температурно-чувствительных зон. Улучшение активности репродуктивных клеток достигается только при использовании одежды, имеющей специальные участки, обеспечивающие эффективную терморегуляцию репродуктивных тканей и органов
Известен жилет комфорт (патент RU №79021, 2008 г.), выполненный из ткани и снабженный карманами для тепло-холодоаккуммулирующих элементов, а тепло-холодоаккуммулирующие элементы выполнены из хлопчатобумажной ткани и наполнены шерстью овец мериносов, предварительно промытой водным настоем корней и листьев папоротника мужского и опрысканной водным раствором коллоидного серебра.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования нагревательных элементов из-за малой локальной теплоотдачи от них, что приводит к неравномерности разогрева тела и как следствие к неравномерности кровоснабжения, и следовательно, увеличивается вероятность возникновения декомпрессионной болезни.
Известен электрообогревающий комплект "Пингвин", включающий электрообогреваемый жилет, тапочки, шнур и три пары низковольтных разъемов. Обогрев человека осуществляется одиннадцатью электронагревательными элементами, вмонтированными в жилет и тапочки. Элементы представляют собой ленты из электропроводной ткани в изоляции из полиэтилена и соединены параллельно (Справочник "Средства индивидуальной защиты" под ред. С.Л. Каминского. Изд. "Химия", 1989 г., с. 163).
Однако, известный электрообогревающий комплекс ненадежен в эксплуатации из-за наличия в конструкции нагревательного элемента большого количества стыковочных узлов. Кроме того, выполнение электронагревательных элементов как единое целое с одеждой ухудшает условия контроля технических параметров и обслуживания в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом является конструкция теплозащитной одежды (патент RU №2177236, 2001 г. ), выполненная в виде жилета, основные детали которого - спинка и полочки - соединены друг с другом сшиванием только по плечевым швам, при этом одежда содержит средства фиксации, размещенные по краям бортов и нижним частям боковых краев спинки и полочек, а теплозащитные вставки, имеющие форму прямоугольника и выполненные в виде многослойных пакетов материалов, прикрепляют настрачиванием на поверхности основных деталей горизонтальными рядами в виде отдельных отсеков с вертикальными промежутками между ними, причем между горизонтальными рядами вставок предусмотрены горизонтальные участки без них, вертикальные промежутки между вставками выполняют в виде кулис с вертикально размещенными, внутри них шнурами и фиксаторами на концах, а многослойные пакеты образованы двумя слоями пухонепроницаемого материала с перопуховой смесью между ними.
Недостатком данной конструкции является то, что при изменении погодных условий, необходимо вручную изменять расстояние между теплозащитными вставками и возникает сложность удержания этого расстояния при эксплуатации, замкнутость конструкции регулируется с помощью средств фиксации посередине полочки и боковым краям деталей, что создает сложности эксплуатации при выполнении специальных задач.
Задачей полезной модели является: обеспечение нормальной работы в условиях низких температур, увеличение времени работы специалиста без риска для его жизни в условиях пониженных температур окружающей среды, повышение удобства в эксплуатации, снижение пожароопасности нагревательных элементов, повышение КПД обогревающего жилета.
Технический результат заключается в исключение перекоса в температурном балансе обогрева.
Технический результат достигается тем, что обогревающий жилет, содержащий спинку и полочку, соединенные друг с другом средствами фиксации, размещенными по плечевым краям, краям бортов и нижним частям боковых краев спинки и полочки, гибкие нагревательные элементы, имеющие форму многоугольника и, выполненные в виде многослойных пакетов, вставленных в нагрудную и наспинную части обогревающего жилета с внутренней стороны, а гибкие нагревательные элементы выполнены из провода, изготовленного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, с установленными в них датчиками температуры, питание обогревающего жилета осуществляется от аккумуляторных батарей, соединенных проводами с гибкими нагревательными элементами и подключенными к блоку управления обогрева с кнопкой управления режимами обогрева.
Более конкретно поставленная задача решается тем, что:
а) увеличивается теплообмен с помощью ослабленной изоляции в температурно-чувствительных зонах, при этом изоляция ослабляется в местах, незащищенных жировым покровом, для улучшения реакции на усиление метаболизма по потребности и усиления теплообмена, например, через проводимость и излучение в сторону поверхности кожного покрова;
б) обеспечением усиленного парообмена путем особой вентиляции температурно-чувствительных зон с обеспечением гибкости для быстрой интенсификации выработки тепла с помощью улучшения парообмена, например, при отдаче избытка нагретого воздуха или влаги, например, через конвекцию и испарение пота с поверхности кожного покрова.
Сущность полезной модели заключается в том, что обогревающий жилет, основные детали которого - спинка и полочки - соединены друг с другом средствами фиксации, размещенными по плечевым краям, краям бортов и нижним частям боковых краев спинки и полочки, а гибкие нагревательные элементы, имеющие форму многоугольника и, выполненные в виде многослойных пакетов, вставленных в нагрудную и наспинную части обогревающего жилета с внутренней стороны, выполнены из провода, изготовленного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра.
Вмонтированные термодатчики обеспечивают автоматическое поддержание температуры при формировании многофункционального и зонального температурного поля обогревающего жилета. Максимальное улучшение активности репродуктивных клеток человека достигается за счет размещения гибких нагревательных элементов с учетом температурно-чувствительных зон человека.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Нагревательные элементы располагаются децентрализовано, т.е. со смещением, что позволяет подключать его ступенчато с учетом создания зонального адаптивного обогрева, и имеют встроенную систему терморегуляции и термоотключения, что полностью исключает возможность перегрева человека, даже если условия эксплуатации были нарушены.
Зональное температурное поле обогревающего жилета позволяет учитывать расположение температурно-чувствительных зон человека и обеспечивать эффективную терморегуляцию репродуктивных тканей и органов.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах:
- на фиг. 1 представлен общий вид обогревающего жилета;
- на фиг. 2 представлен вид человека с местами размещения гибких нагревательных элементов с учетом температурно-чувствительных зон;
- на фиг. 3 представлена лицевая и тыльная стороны нагрудной части жилета;
- на фиг 4 представлена лицевая и тыльная стороны наспинной части жилета;
- на фиг. 5 представлена послойная схема гибких нагревательных элементов.
Обогревающий жилет состоит из нагрудной 1 и наспинной 2 частей обогреваемого жилета 3 с внутренней стороны, которых вставлены гибкие нагревательные пластины 4, выполненные из провода, изготовленного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, что обеспечивает многофункциональность и зональность температурного поля обогревающего жилета 3.
Размещение гибких нагревательных элементов 4, выполненных из провода, изготовленного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, для нагрудной 1 и наспинной 2 частей показано на фиг. 3, 4. Кроме электрического провода, выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, в гибких нагревательных элементах 4 устанавливаются, датчики температуры 5, позволяющие автоматически поддерживать заданную температуру обогрева.
Система "липучек" 6 позволяет плотно закрепить поверх верхней одежды нагрудную 1 и наспинную 2 части обогревающего жилета 3.
Питание обогревающего жилета 3 осуществляется от литий-ионных полимерных аккумуляторных батарей 7, выполненных в виде плоского блока, который размещается в карманах 8 обогревающего жилета 3, для фиксации положение аккумуляторных батарей 7 в кармане 8 используется клапан 9, закрываемый на "липучке". Все это размещается поверх верхней одеждой.
Размещение аккумуляторных батарей 7 на нагрудной стороне 1 жилета 3 гарантирует, что аккумуляторные батареи 7 не мешают при работе. Например, внешние карманы 8 для аккумуляторных батарей 7 могут быть размещены более вперед (назад) для удобства. Место размещения аккумуляторных батарей 7 также предусматривает легкий доступ к ним. Например, можно использовать одну руку, чтобы легко удалить (заменить) аккумуляторные батареи. Следует отметить, что аккумуляторные батареи 7 могут быть размещены там, где это необходимо.
Аккумуляторные батареи 7, соединены проводами с гибкими нагревательными элементами 4 и подключены к блоку управления обогревом 10.
Под одеждой находится и блок управления обогревом 10 жилета 3 с кнопкой управления режимами обогрева. Предварительная зарядка аккумуляторных батарей 7 осуществляется с помощью зарядного устройства от сети 220 V при нахождении в стационарном сооружении. После включения гибких нагревательных элементов 4, подогрев работает не непрерывно, а только в случае необходимости.
В обогреваемом жилете 3 предусмотрены внутренние полости (карманы), закрываемые клапанами на "липучках", для размещения гибких нагревательных элементов 4 в нагрудных 1 и наспинных 2 частях обогревающего жилета 3. Гибкие секции нагревательных элементов 4 изготовлены из эластичных материалов с вшитыми нагревательными проводами, выполненными из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, и соединяются с аккумуляторными батареями 7 с помощью коммутационных проводов и колодок 11.
Гибкие нагревательные элементы 4 выполнены из четырех слоев, расположенных в следующей последовательности (сверху вниз) в соответствии с фиг. 5:
первый слой А - предназначен для интенсивной передачи тепла к телу, а также обеспечивает плотное прилегание нагревательных элементов 4 к обогреваемой поверхности, достаточно тонкая часть первого слоя нагревательных элементов обеспечивает минимальный тепловой зазор;
второй слой Б - слой с размещенными нагревательными элементами 4, которые могут подключаться ступенчато и группами, на этом же слое размещаются датчики температуры 5 гибких нагревательных элементов 4;
третий слой В - защитный изолирующий слой, с малой теплопроводностью и высокой проницаемостью для теплового излучения;
четвертый слой Г - отражающий слой размещен с наружной стороны гибкого нагревательного элемента 4. Отражающая поверхность слоя сопряжена непосредственно с материалом изолирующего слоя, например, путем наложения металлической фольги на изолирующий слой способом вакуумного испарения. Этот слой предназначен для уменьшения теплопередачи тепла от нагревательного элемента к внешней среде, с размещением по его периметру заземляющего контура (на рисунке не показан).
Использование адиабатической прокладки обеспечивает удержание тепла и увеличивает выделение тепловых лучей гибкими нагревательными элементами.
Свойства каждого из слоев гибкого нагревательного элемента 4 в совокупности позволяют обеспечить заявленный технический результат.
Провод из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра в гибких нагревательных элементах 4 размещен в основном горизонтально. Горизонтальный характер размещения лавсановых нитей с резистивным напылением серебра приводит к более эффективному нагреванию человека. В частности, горизонтальное размещение лавсановых нитей с резистивным напылением серебра в гибких нагревательных элементах 4 создает более равномерное температурное поле, чем другие конфигурации размещения лавсановых нитей с резистивным напылением серебра. Лавсановые нити с резистивным напылением серебра вшиты во внутренний слой гибких нагревательных элементов 4.
Таким образом, нагревательные элементы 4 из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра не только являются мягкими, легкими и гибкими, но и абсолютно безопасны с точки зрения возможности поражения электротоком и пожароопасности.
Обогревающий жилет работает следующим образом.
Обогревающий жилет 3 одевается поверх одежды.
При подаче напряжения на гибкие нагревательные элементы 4 жилета 3 электрический ток проходит по лавсановым нитям с резистивным напылением серебра, размещенным в нагрудной 1 и наспинной 2 частях жилета 3 в гибких нагревательных элементах 4, они (элементы) нагреваются до расчетной температуры, тем самым нагревательный элемент 4 выделяет тепло для обогрева.
Гибкие нагревательные элементы 4 жилета 3 при нагреве обеспечивают оптимальное температурное поле нагрева. Плотное прилегание обогревающего жилета 3 к верхней одежде обеспечивается с помощью "липучек" 6, что предотвращает потерю тепла, обеспечивая поддержание постоянной температуры в одежде.
Децентрализованное размещение гибких нагревательных элементов 4 обеспечивает возможность ступенчатого регулирования нагрева частей тела в зависимости от температуры окружающего воздуха. Создание равномерного температурного поля обогрева осуществляется применением гибких нагревательных элементов 4 жилета 3, что обеспечивает многофункциональность и зональность температурного поля обогревающего жилета 3.
При достижении заданной температуры нагрева гибких нагревательных элементов 4 жилета 3, срабатывают датчики температуры 5 и отключаются гибкие нагревательные элементы 4, обеспечивая многофункциональность и зональность температурного поля обогревающего жилета 3.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить зональность температурного поля обогрева и повысить эффективность использования гибких нагревательных элементов 4 за счет эффективной теплоотдачи от них и увеличения теплообменной поверхности.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что применение обогревающего жилета 3 позволяет обеспечить лучший термический контакт между двумя средами, за счет плотного прилегания обогревающей поверхности к верхней одежде и соответственно повысить коэффициент полезного действия гибких нагревательных элементов 4.
Максимальная температура гибкого нагревательного элемента, выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, не превышает плюс 25-28°C, а в случае перегорания электрического провода, выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, он не возгорается, что повышает пожаро- и взрывобезопасность обогревающего жилета в целом.
Создание адаптивного температурного поля обогрева обеспечивает многофункциональность и зональность температурного поля обогревающего жилета. Ядро нагревательных элементов может иметь различную форму. В гибких нагревательных элементах, лавсановые нити с резистивным напылением серебра выкладываются зигзагообразно или горизонтально, с использованием, по крайней мере, двух электрических проводников соединенных параллельно, что повышает надежность обогрева в процессе эксплуатации.
Для регулирования прогрева обогревающего жилета гибкие нагревательные элементы могут подключаться ступенчато и группами, в зависимости от температуры окружающей среды, что существенно снижает затраты энергии на поддержание заданной температуры и позволяет максимально использовать тепловую энергию электронагревателей для нагрева.
Повышение КПД достигается за счет того, что в конструкции обогревающего жилета применяются гибкие нагревательные элементы 4, что позволяет существенно увеличить площадь зонального температурного поля, обеспечивая создание более комфортного существования человека в различных суровых экстремальных условиях.
Данный вариант обогревающего жилета 3 отличается мобильностью процесса одевания за счет применения застежек на "липучках" 6. Обогревающий жилет очень удобен при вынужденном длительном пребывании на холоде. Это относится к таким профессиям, как водолазы, буровики, нефтяники, газовики, сотрудники МЧС, ГАИ, военнослужащие, охранники и др. Используется обогревающий жилет и спортсменами - экстремалами, охотниками и рыболовами.