ПЕРЧАТКИ С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ

Полезная модель относится к теплозащитной одежде, а именно к перчаткам с активным обогревом, предназначенным для защиты кистей рук от неблагоприятных воздействий окружающей среды при низких температурах (холода, ветра, влажности) и повышения комфорта, работоспособности и безопасности человека, длительное время находящегося вне помещений при низкой температуре окружающей среды, например, альпинистов, охотников, рыболовов, военнослужащих, нефтяников.
Известна перчатка (патент RU №100884, МПК A41D 19/00, опубликован 10.01.2011), содержащая участок хранения портативной грелки, который выполнен внутри корпуса перчатки и хранит множество портативных грелок для обогревания участка кончиков пальцев кисти руки, которая введена в корпус перчатки с портативной грелкой внутри участка хранения портативной грелки, при этом участок хранения портативной грелки имеет отверстие для введения портативной грелки для введения/извлечения портативной грелки и располагается на участке, покрывающем четыре пальца, в месте расположения участка кончиков пальцев четырех пальцев, причем участок хранения портативной грелки может включать в себя первое и второе отделения, по отдельности хранящие две портативные грелки, с возможностью введения пальцев в любое из трех пространств: над, под или между первым и вторым отделениями. В качестве нагревательных элементов используется сменная портативная грелка, в которой для генерирования тепла используется железный порошок, окисляемый на воздухе, размещенный в мешочке из нетканой материи или бумаги, или платиновая каталитическая портативная грелка, в которой для генерирования тепла заставляют медленно окисляться пары бензина, используя каталитическую реакцию платины. Недостатками данного устройства является низкая эффективность обогрева, значительное снижение моторики рук пользователя, невысокая функциональна надежность нагревательных элементов.
Известны перчатки с обогревом (патент RU №72823, МПК А41D 19/00, опубликован 10.05.2008) содержащие соединенные с источником электропитания через коммутационную систему и установленные внутри в районе тыльной стороны пальцев электронагревательные элементы. Нагревательный элемент указательного пальца расположен со стороны его сгиба, а отделение для указательного пальца имеет продольный надрез с разъемным, закрывающим его соединением. Электронагревательные элементы выполнены в виде гибких углеродных волокнистых материалов и соединены между собой параллельно, а источник электропитания расположен в специальной емкости, образованной снаружи на тыльной стороне перчатки. При этом источником электропитания нагревательных элементов являются электрические батареи пластинчатого типа на основе фторуглерод-литий-неводного электролита, собранные в пакет не менее двух штук, и подключенные через разъем. В качестве коммутационного элемента используется термореле. Недостатками данного устройства являются подверженность нагревательных элементов механическим повреждениям в процессе интенсивной эксплуатации и их пожароопасность, низкая эффективность из-за небольшой площади обогрева (нагревательные элементы расположены только на пальцах с одной стороны), невозможность выбора оптимального для пользователя температурного режима, отсутствие кнопки включения/выключения (устройство включается/выключается путем подсоединения/отсоединения источника питания), что снижает удобство использования устройства.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются перчатки обогревающие (патент RU №152780, МПК А41D 19/00, опубликован 26.03.2015), содержащие соединенные с источником электропитания через коммутационную систему и установленные внутри многослойной ткани в районе тыльной стороны дистальных фаланг пальцев, пясти и охватывающей лучезапястный сустав электронагревательные элементы, выполненные в виде многослойных электрически обогреваемых матов, изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, для повышения эффективности работы нагревательных элементов в состав обогреваемых матов включен отражающий слой, выполненный из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления. В качестве коммутационного элемента используется термореле. Датчик присутствия (давления) на краге обеспечивает включение и функционирование устройства для обогрева кисти рук только при надетой и плотно охватывающей руку перчатке. Источником электропитания нагревательных элементов являются встроенные литий-ионные полимерные батареи.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемой полезной модели, являются:
- выполняемая функция - активный и пассивный обогрев кистей рук человека;
- пожаробезопасные гибкие нагревательные элементы на основе металлизированных полимерных нитей;
- автономный источник питания (комплект аккумуляторных батарей).
Недостатками описанных в патенте перчаток обогревающих являются:
- невысокая эффективность обогрева из-за расположения нагревательных элементов только на тыльной части кисти и лучезапястном суставе (обогревается не более 60% поверхности);
- снижение КПД нагревательного провода за счет расположения его внутри многослойного нагревательного мата, с дополнительной изоляцией от кожи человека за счет слоя внутренней ткани перчатки (флиса или джерси);
- значительное снижение мелкой моторики пользователя из-за многослойности перчатки: внутренний слой, слой с многослойными обогревающими матами, изолирующий слой, отражающий слой, наружная тканевая прокладка, верхняя поверхность печатки;
- невозможность выбора оптимального для пользователя температурного режима (нерегулируемая мощность обогрева);
- отсутствие кнопки включения/выключения, что делает невозможным использование устройства при несовпадении размера (если перчатка велика), а также использование перчаток для пассивного обогрева с включением активного обогрева только по желанию пользователя;
- отсутствие индикатора работы устройства.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание эффективного безопасного устройства для электрообогрева кистей рук, способствующего сохранению работоспособности пользователя в условиях низких температур окружающей среды за счет обеспечения теплового комфорта при сохранении мелкой моторики.
Техническим результатом является создание перчаток с электрообогревом на основе гибких нагревательных элементов с эффективной теплоотдачей, высокой пожаробезопасностью и возможностью выбора оптимального для пользователя температурного режима, обогревающих практически всю поверхность кисти и не ограничивающих движения кистей рук и пальцев пользователя.
Технический результат достигается за счет того, что обогревающая двухслойная перчатка с плотно прилегающими к коже нагревательными резистивными проводами из металлизированных полимерных нитей, закрепленными на эластичной по двум направлениям тканевой основе внутреннего слоя, расположенными по всей поверхности кисти за исключением передней поверхности дистальных фаланг указательного, среднего и безымянного пальцев и передней поверхности большого пальца, оснащена модулем управления, обеспечивающим возможность выбора режима обогрева за счет применения широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления интенсивностью обогрева при сохранении пространственной структуры температурного поля.
Использование только двух слоев: внешнего гибкого защитного водонепроницаемого термостойкого слоя из неопреновой ткани и эластичного нагревателя на тканевой основе - обеспечивает подвижность всех суставов кисти, сохраняя мелкую моторику пользователя. Эластичная по двум направлениям тканевая основа нагревательных элементов и волнообразная траектория расположения резистивного провода обеспечивают плотное прилегание нагревательных проводов к обогреваемой поверхности (коже кистей рук), снижая теплопотери и повышая эффективность работы устройства.
Управление обогревом осуществляется при помощи модуля управления, включающего/выключающего устройство и реализующего с помощью ШИМ один из четырех возможных режимов (с различной мощностью обогрева), при этом площадь обогреваемой поверхности остается неизменной, что позволяет обеспечить равномерный обогрев кисти. Возможные режимы обогрева:
- автоматический режим;
- режим 30% мощности;
- режим 70% мощности;
- режим 100% мощности.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1 (общий вид перчатки с электрообогревом), фиг. 2 (схема раскладки нагревательного провода), фиг. 3 (электрическая схема).
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - верхний защитный слой;
2 - тканевая основа нагревательного элемента;
3 - гибкий нагревательный провод;
4 - модуль управления мощностью обогрева;
5 - комплект аккумуляторных батарей;
6 - затягивающие элементы;
7 - элемент, удерживающий от спадания;
8 - внешний разъем для зарядки аккумуляторных батарей;
9 - разъем для подключения аккумуляторных батарей к нагревательной системе перчатки.
Полезная модель представляет собой двухслойную перчатку с электрообогревом (см. фиг. 1), состоящую из верхнего защитного водонепроницаемого термостойкого слоя из неопреновой ткани 1, эластичной по двум направлениям тканевой основы 2 с закрепленными на ней гибкими нагревательными проводами 3, модуля управления мощностью обогрева 4 и комплекта аккумуляторных батарей 5.
Внешний слой 1 из неопреновой ткани, обладающей такими характеристиками как полная водонепроницаемость, отличные теплоизоляционные свойства, термостойкость (выдерживает температуры от -55°С до +90°), стойкость к соленой воде, маслам и химикатам, легкость, гибкость и пластичность, предназначен для защиты от неблагоприятного воздействия окружающей среды: холода, ветра, влажности, механических повреждений. Внутренний слой 2 - тканевая основа нагревательных элементов - состоит из термостойкого эластичного по двум направлениям флиса высокой плотности («термобифлекс»).
Хорошие теплоизоляционные свойства внешнего 1 и внутреннего 2 тканевых слоев обеспечивают пассивный обогрев кисти, а также повышают эффективность активного обогрева за счет значительного снижения теплопотерь.
Для повышения теплоизоляционных свойств перчатки на запястье расположены затягивающие элементы 6, которые с помощью пряжки и регулируемой текстильной застежкой «велкро», а также шнурка с фиксатором, позволяет плотно охватить руку крагой и зафиксировать перчатку на руке пользователя. Дополнительно перчатка фиксируется на кисти с помощью элемента 7, удерживающего от спадания.
Нагревательный провод, изготовленный из полимерных нитей с резистивным напылением металлов (например, лавсановые нити, металлизированные серебром или медью), характеризуется такими свойствами как быстрая скорость нагрева, гибкость, прочность, пожаробезопасность.
Гибкий нагревательный провод 3 расположен на внутренней поверхности второго слоя из флиса и находится в непосредственном контакте с поверхностью кожи за счет плотного прилегания эластичной тканевой основы, что позволяет снизить теплопотери и повысить эффективность теплопередачи (нагревательный элемент передает тепло непосредственно обогреваемому объекту - кисти руки), что приводит к росту КПД перчатки в целом. При этом нагревательный элемент безопасен и удобен в использовании благодаря свойствам нагревательного провода на основе металлизированных полимерных нитей:
- пожаробезопасность;
- комфортная для кожи максимальная температура нагрева (не более 45°С);
- небольшой диаметр сечения, высокая гибкость. Нагревательные элементы расположены по всей поверхности кисти за
исключением передней поверхности дистальных фаланг указательного, среднего и безымянного пальцев и передней поверхности большого пальца. Такое расположение нагревательных элементов обеспечивает обогрев более 85% поверхности кисти, при высокой степени сохранения тактильных ощущений пользователя и отсутствии риска повреждения провода в местах наиболее вероятного сильного механического воздействия при выполнении пользователем различных действий. Траектория укладки (фиг. 2) нагревательного провода 3 рассчитывается с учетом длины провода, необходимой для обеспечения заданной максимальной температуры обогрева и обеспечивает равномерный обогрев кисти при сохранении высокой гибкости перчатки, что способствует сохранению мелкой моторики пользователя. Электрическая схема перчатки с обогревом представлена на фиг. 3.
Модуль управления 4 расположен на тыльной стороне ладони в районе пястной кости указательного пальца, что обеспечивает удобство управления работой устройства и позволяет избежать случайного воздействия на элемент управления (кнопку). Для включения/выключения устройства необходимо удерживать кнопку управления обогрева в нажатом состоянии в течение 3 секунд. После включения устройства на кнопке появляется световая индикация, свидетельствующая о работоспособности устройства, соответствующая выбранному режиму работы. Путем последовательного нажатия на кнопку управления обогрева можно выбрать один из четырех режимов.
Первый режим - автоматический: быстрый нагрев при 100% мощности в течение 5 минут с последующим переходом в экономичный режим при 30% мощности. Оптимален при использовании перчаток с электрообогревом в случае уже наступившего значительного охлаждения кистей рук, позволяет быстро восстановить тепловой комфорт и поддерживать его в течение длительного времени в экономичном режиме. Режим сопровождается красной мигающей световой индикацией в течение 5 минут обогрева на максимальной мощности и синей индикацией после перехода в экономичный режим.
Второй режим соответствует использованию 30% мощности - экономичный режим обогрева. Режим сопровождается синей световой индикацией.
Третий режим соответствует использованию 70% мощности. Режим сопровождается зеленой световой индикацией.
Четвертый режим соответствует использованию 100% мощности - режим максимального обогрева. Режим сопровождается красной световой индикацией.
Управление мощностью обогрева с помощью ШИМ-контролллера позволяет сохранить равномерность обогрева поверхности кисти при смене интенсивности, т.к. при любом режиме обогрева используются все элементы гибких нагревателей, изменяется только их температура в зависимости от величины тока.
Источником питания является комплект из двух литий-полимерных батарей (3,7 В), оснащенных платой балансировки с контроллером заряда-разряда и защитой от короткого замыкания. Литий-полимерные батареи обладают более высокой пожаро- и взрывобезопасностью по сравнению с литий-ионными батареями, что повышает безопасность изделия в целом. Комплект аккумуляторных батарей помещен в специальный карман на внешней поверхности краги с лицевой стороны кисти, закрываемый с помощью водонепроницаемой застежки типа «молния». Для зарядки аккумуляторных батарей необходимо расстегнуть застежку «молния» и подсоединить разъем для зарядки батарей 8 к зарядному устройству, работающему от сети переменного тока 220 В. Время работы перчаток с электрообогревом от комплекта аккумуляторных батарей составляет от 1,5 до 6 часов, в зависимости от выбранного режима работы.
Технико-экономическая эффективность предлагаемых перчаток с электрообогревом заключается в увеличении зоны обогрева (более 85% поверхности кисти) при высокой полезной теплоотдаче нагревательного элемента за счет прямого контакта с обогреваемой поверхностью, при этом возможность выбора оптимального для пользователя режима обогрева позволяет обеспечить тепловой комфорт в течение длительного времени.
Полезная модель перчаток с электрообогревом является промышленно воспроизводимой с использованием стандартного швейного оборудования, может использоваться в составе комплектов обогреваемой одежды и как самостоятельное изделие, показала при реализации положительные результаты и характеризуется соответствием критерию «Промышленная применимость» в легкой промышленности.
Предлагаемую полезную модель можно применять для поддержания теплового комфорта кистей рук пользователя в течение длительного времени при сохранении мелкой моторики, что способствует сохранению работоспособности пользователя в условиях низких температур окружающей среды.