МАТРАС С РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ
MATTRESS WITH CONTROLLED ELECTRIC HEATING

Изобретение относится к матрасам, которые снабжены средствами нагрева, преимущественно - матрасам с независимым регулируемым электрообогревом участков поверхности матраса, обращенной к пользователю.
Из достигнутого уровня техники известен матрас с регулируемым электрообогревом, содержащий пружинную нижнюю часть и выполненную с возможностью съема верхнюю часть, которая включает соединенные между собой обращенный к пользователю лист из упругодеформируемого материала и гибкий плоский электронагреватель, подключаемый к терморегулятору с пультом управления, при этом по периметру листа из упругодеформируемого материала и по периметру верхней стороны пружинной нижней части размещены средства, обеспечивающие разъемное соединение упомянутых выше частей матраса, предпочтительно, элементами застежки молния (см. патент US № 4423308, 1983).
Недостаток этого матраса заключается в том, что он обеспечивает однородный нагрев всей поверхности листа из упругодеформируемого материала до заданной температуры. Это приводит к неудобствам для пользователя, поскольку зоны матраса, соответствующие положению головы и туловища пользователя требуют нагрева до более низкой температуры по сравнению с зоной матраса, соответствующей расположению ног пользователя.
Известен также матрас с регулируемым электрообогревом, взятый в качестве прототипа и содержащий размещенные в общем чехле из воздухопроницаемой обивочной ткани пружинную часть, многослойную часть и подключаемый к терморегулятору трехсекционный гибкий плоский электронагреватель, причем многослойная часть матраса расположена поверх его пружинной части, а гибкий плоский электронагреватель расположен между двумя верхними слоями многослойной части матраса, которые выполнены из пористого упругодеформируемого материала. Многосекционный гибкий плоский электронагреватель содержит кожух, выполненный из двух листов гибкого электроизоляционного материала (стеклоткани), между которыми последовательно вдоль длины кожуха расположены имеющие форму прямоугольного меандра три проволочных нагревательных элемента с образованием трех секций, а именно: секции нагрева зоны головы, секции нагрева зоны туловища и секции нагрева зоны ног пользователя, при этом проволочный нагревательный элемент каждой секции снабжен соответствующим ему терморегулятором, который выполнен в виде отдельного блока, снабженного средствами ручного управления и связанного с ним посредством электрического шнура, а упомянутые выше листы кожуха с помощью термошвов, сформированных из силиконовых волокон, соединены одновременно между собой и с проволочными нагревательными элементами (см. патент US № 4162393, 1979).
Основной недостаток прототипа заключается в неремонтопригодности используемого в нем гибкого плоского электронагревателя. Кроме того, за счет жесткого соединения краев проволочных нагревательных элементов с кожухом гибкого плоского электронагревателя имеет место передача проволочным нагревательным элементам тех же изменений формы и размеров, которые происходят с кожухом в процессе использования матраса пользователем. В результате проволочные нагревательные элементы подвергаются не только изгибным нагрузкам (изменяющим их форму), но и растягивающим нагрузкам, изменяющим их размеры. Остаточные деформации, возникающие при воздействии растягивающих усилий, приводят к уменьшению срока службы гибкого плоского электронагревателя в результате локальных перегревов участков резистивных элементов с остаточными деформациями.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению ремонтопригодности одного из функциональных узлов матраса с регулируемым электрообогревом, а именно гибкого плоского электронагревателя, при одновременном существенном уменьшении величины растягивающих усилий, действующих на резистивные элементы гибкого плоского электронагревателя при использовании матраса пользователем.
Поставленная задача решена тем, что в матрасе о регулируемым электрообогревом, содержащем основание, которое размещено в чехле, охватывающем всю его наружную поверхность, и гибкий многосекционный плоский электронагреватель, подключаемый к терморегуляторам, которые соответствуют каждой его секции, согласно изобретению, гибкий многосекционный плоский электронагреватель включает гибкий кожух, который выполнен из наложенных друг на друга двух одинаковых листов гибкого, электроизоляционного, теплопроводящего материала и соединенных между собой основными швами, образующими расположенные последовательно по длине кожуха ряд двухвходовых карманов, каждый их которых ограничен эквидистантно расположенными и образованными упомянутыми выше основными швами внешним и внутренним П-образными контурами, каждая секция гибкого многосекционного плоского электронагревателя содержит, по крайней мере, два параллельно соединенных электрически между собой П-образных электронагревательных элемента, каждый из которых размещен в соответствующем ему и упомянутом выше двухвходовом кармане, при этом линии входа в каждый двухвходовой карман соответствующей секции расположены на одинаковом расстоянии от продольного края кожуха и параллельны ему, а каждый П-образный электронагревательный элемент сформирован путем сгибания ленточного нагревателя по двум линиям перегиба, которые расположены на одинаковом расстоянии от его концов, под углом φ=90° относительно друг друга и симметрично относительно биссектрисы угла φ, причем ленточный нагреватель включает подложку в виде ленты из стеклоткани и, по крайней мере, два электрически параллельно соединенных между собой электроизолированных гибких провода из эластичных углеродных волокон, которые расположены параллельно друг другу вдоль подложи и соединены с ней путем продевания каждого провода между поперечными нитями стеклоткани с заданным шагом, при этом чехол выполнен с возможностью съема, а гибкий многосекционный плоский электронагреватель с помощью дополнительных швов закреплен на внутренней поверхности чехла, расположенной напротив обращенной к пользователю его поверхности.
Основной технический результат, достигаемый при использовании патентуемого матраса с регулируемым электрообогревом, заключается в обеспечении его ремонтопригодности. Действительно, выполнение чехла съемным обеспечивает удобный доступ к гибкому многосекционному плоскому электронагревателю, который закреплен на внутренней поверхности чехла, расположенной напротив обращенной к пользователю поверхности чехла. Кроме того, размещение каждого П-образного электронагревательного элемента в соответствующем ему двухвходовом кармане без соединения его с кожухом, обеспечивает возможность замены одного из параллельно включенных, но вышедшего из строя, П-образного электронагревательного элемента на новый. Кроме того, патентуемое выполнение П-образных электронагревательных элементов, а также патентуемое размещение их в двухвходовых карманах обеспечивает не только надежную фиксацию их положения в процессе пользования матрасом (без использования каких-либо дополнительных креплений), но и существенное уменьшение величины растягивающих усилий, действующих в процессе эксплуатации матраса на П-образные электронагревательные (резистивные) элементы.
Остальные преимущества патентуемого матраса с регулируемым электрообогревом станут ясными из дальнейшего описания конкретного примера, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения упомянутых выше технических результатов патентуемой совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 схематично изображен матрас с регулируемым электрообогревом, общий вид, частичный разрез; на фиг.2 - гибкий многосекционный плоский электронагреватель, вид сверху, частичный разрез; на фиг.3 - фрагмент фиг.2, увеличено; на фиг.4 - ленточный нагреватель, вид сверху.
Матрас с регулируемым электрообогревом содержит основание 1, которое размещено в чехле 2, охватывающем всю наружную поверхность основания 1, которое включает, по крайней мере, пружинную часть 3 и верхнюю многослойную часть 4, выполненную из мягкого эластичного материала. На внутренней поверхности чехла 2, расположенной напротив поверхности 5 чехла 2, обращенной к пользователю, закреплен гибкий многосекционный плоский электронагреватель (ГМПЭ) 6 (фиг.1). Чехол 2 выполнен с возможностью съема, предпочтительно, за счет использования застежки 7 молния.
ГМПЭ 6 (фиг.2) содержит гибкий кожух, который выполнен из двух одинаковых листов 8 и 9 тканного или нетканного гибкого, электроизоляционного, теплопроводящего материала, например, из укрывного материала "СПАНД БОНД" (ТУ 2282-001-72710572-08), наложенных друг на друга (с обеспечением совмещения соответствующих друг другу кромок) и соединенных между собой основными швами 10 (нитяными, клеевыми или сварными), которые образуют расположенные последовательно по длине кожуха ГМПЭ 6 ряд двухвходовых карманов 11, каждый из которых ограничен эквидистантно расположенными и образованными упомянутыми выше швами 10 внешним 12 и внутренним 13 П-образными контурами, при этом линии 14 входов в каждый карман 11 расположены на одинаковом расстоянии от продольного края 15 кожуха и параллельны ему. Кроме упомянутых выше швов 10 для соединения листов 8 и 9 между собой выполнены и дополнительные продольные швы 16, обеспечивающие также соединение кожуха ГМПЭ 6 с чехлом 2. В предпочтительном воплощении полезной модели вместо расположенного вдоль края 15 кожуха шва 16 могут быть использованы или застежки различных типов (например, застежка в виде шнура, застежка молния или нажимные кнопки).
Каждая секция ГМПЭ 6 (на фиг.2 изображены две секции, а именно секция 17 нагрева зоны 171 (фиг.1) головы и туловища пользователя и секция 18 нагрева зоны 181 (фиг.1) ног пользователя) содержит по крайней мере два параллельно соединенных электрически между собой П-образных электронагревательных элемента 19, каждый из которых размещен в соответствующем ему двухвходовом кармане 11, при этом линии 14 входов в каждый карман 11 соответствующей секции расположены на одинаковом расстоянии от продольного края 15 кожуха и параллельны ему. Здесь необходимо отметить, что линии 14 входов в каждый карман 11 всех секций 17 и 18 могут быть расположены вдоль одной прямой, параллельной краю 15 кожуха.
Каждый П-образный электронагревательный элемент 19 сформирован путем сгибания ленточного нагревателя 20 (фиг.3 и 4) по двум линиям 21 и 22 перегиба, которые расположены на одинаковом расстоянии от его концов, под углом φ=90° относительно друг друга и симметрично относительно биссектрисы 23 угла φ. Минимальное расстояние А между линиями 21, 22 перегиба соответствует ширине Н внутреннего П-образного контура 13 карманов 11, а ширина В ленточного нагревателя 20 соответствует расстоянию С между образующими каждый карман 11 внешним 12 и внутренним 13 П-образными контурами, иными словами, ширине кармана 11.
Таким образом, П-образная (в плане) полость каждого кармана 11 выполнена с размерами, обеспечивающими размещение с заданным зазором в каждом кармане 11 соответствующего ему П-образного электронагревательного элемента 19.
Ленточный нагреватель 20 содержит подложку 24 в виде ленты из стеклоткани и, по крайней мере, два электроизолированных гибких провода 25 из эластичных углеродных волокон (нитей), которые расположены параллельно друг другу вдоль подложки 24 и соединены с ней путем продевания (вплетения) каждого провода 25 с, предпочтительно, заданным регулярным шагом между поперечными нитями стеклоткани подложки 24. Освобожденные от одно- или двухслойной электроизоляции одноименные концы проводов 25 каждого ленточного нагревателя 20 электрически соединены между собой (в простейшем случае путем их взаимной скрутки), обеспечивая тем самым параллельное электрическое соединение между собой проводов 25 каждого П-образного электронагревательного элемента 19. Соответствующие каждой секции 17 и 18 П-образные электронагревательные элементы 19 электрически соединены между собой параллельно с помощью соответствующих каждой секции, предпочтительно медных, токоподводов 26 и 27 соответственно. Токоподводы 26 и 27 подключены к разъему 28, закрепленному на чехле 2, обеспечивая тем самым возможность подключения каждой секции 17 и 18 ГМПЭ 6 к соответствующему ей терморегулятору, выполненному, например, как в прототипе, в виде управляемого вручную регулятора подводимой к каждой секции ТМПЭ 6 электрической мощности. Для предотвращения перегрева поверхности 5 в патентуемом матрасе могут быть использованы известные из уровня техники (см. патенты US №2376902, 1945; №3380087, 1968) биметаллические термовыключатели, при этом термовыключатели (на чертежах не показаны) размещены в тепловом контакте с одним из П-образных электронагревательных элементов 19 каждой секции 17 и 18 и включены в разрыв одного из их токоподводов 26 и 27.
В патентуемом матрасе могут быть использованы и другие известные в этой же области техники терморегуляторы, например электронные программируемые терморегуляторы, обеспечивающие возможность автоматического поддержания заданной температуры каждой зоны 171 и 181 поверхности 5 чехла 2, обращенной к пользователю (см. патенты RU-U1-№ 21855, 2002; № 83898, 2009). В этом случае соответствующий каждому электронному программируемому терморегулятору датчик температуры устанавливается в тепловом контакте с П-образным электронагревательным элементом 19 соответствующей ему секции 17 и 18. При использовании электронных программируемых терморегуляторов обеспечивается не только возможность поддержания выбранных уровней нагрева различных зон матраса, но и просушивание матраса после сна путем нагрева до 70°С в течение 25-30 мин всей поверхности 5 матраса. Здесь необходимо отметить, что указанные выше температурно-временные параметры обеспечивают не только просушивание матраса, но и уничтожение живых микроорганизмов, которые могут находиться в матрасе. Для повышения комфортности чехол 2 может быть выполнен трехслойным и простеганным, при этом в качестве среднего слоя используется ватин, шерсть или полимерный материал. Крепление ГМПЭ 6 к чехлу 2 осуществляется в местах, не занятых карманами 11.
Матрас с регулируемым электрообогревом используется следующим образом. С помощью соединительного электрического шнура (кабеля) каждая секция 17 и 18 ГМПЭ 6 подключается к соответствующему ей терморегулятору, которые, в свою очередь, подключаются к источнику электрической энергии, например, к сети переменного тока. При использовании известных из прототипа терморегуляторов, размещенных в общем корпусе и выполненных в виде управляемых вручную регуляторов электрической мощности, подводимой к соответствующей каждому из них секции ГМПЭ 6, устанавливают величину тока в каждой секции 17 и 18 ГМПЭ 6, которая необходима для предварительного (к моменту, когда пользователь ложится спать) нагрева зоны 171 поверхности 5 чехла 2, соответствующей голове и туловищу пользователя, и зоны 181 поверхности 5 чехла 2, соответствующей ногам пользователя, до заранее выбранных температур.
Выделение тепла при протекании тока через электрически параллельно соединенные между собой П-образные электронагревательные элементы 19 каждой секции 17 и 16 приводит к возникновению тепловых потоков, направленных соответственно к поверхности 5 чехла 2 и к основанию 1. Однако, поскольку ГМПЭ 6 закреплен на внутренней (по отношению к поверхности 5) поверхности чехла 2, то, за счет меньшего теплового сопротивления, тепловой поток в направлении к поверхности 5 чехла 2 будет больше величины теплового потока, направленного к основанию 1 матраса. Это обуславливает (по сравнению с прототипом) повышение эффективности использования тепловой энергии, генерируемой ГМПЭ 6.
Таким образом, к моменту, когда пользователь ложится спать, упомянутые выше зоны 171 и 181 поверхности 5 будут нагреты до заданных температур, что обуславливает, как и в прототипе, удобство пользования матрасом. Далее, в случае необходимости, осуществляется корректировка величины тока в каждой секции 17 и 18 ГМПЭ 6 (как правило, в сторону уменьшения) для обеспечения наиболее комфортных условий для сна. После этого пользователь ложится спать.
Патентуемое выполнение П-образных электронагревательных элементов 19, а также размещение каждого из них в соответствующем ему двухвходовом кармане 11, имеющем полость (в плане) П-образной формы, обеспечивают надежную фиксацию положения П-образных электронагревательных элементов 19 в процессе эксплуатации матраса при отсутствии жесткого крепления их к кожуху ГМПЭ 6. В результате П-образные электронагревательные (резистивные) элементы 19 будут подвергаться, практически, только изгибным нагрузкам в процессе пользования патентуемым матрасом. Однако электроизолированные гибкие провода 25 из эластичных углеродных волокон способны выдерживать большое количество изгибов без образования разрывов, что обеспечивает увеличение срока службы ГМПЭ 6 по сравнению с прототипом.
Поскольку П-образные электронагревательные элементы 19 каждой секции 17 и 18 электрически соединены между собой параллельно, то выход из строя одного из П-образных электронагревательных элементов 19 не приведет к потере работоспособности ГМПЭ 6. Аналогично, за счет параллельного соединения между собой проводов 25 в каждом П-образном электронагревательном элементе 19 образование разрыва в одном из проводов 25 также не приведет к потере работоспособности ГМПЭ 6.
Ремонтопригодность патентуемого матраса с регулируемым электрообогревом обеспечивается тем, что:
- чехол 2 выполнен с возможностью съема;
- ГМПЭ 6 закреплен на внутренней поверхности чехла 2, расположенной напротив его поверхности 5;
- каждый П-образный электронагревательный элемент 19 размещен в соответствующем ему двухвходовом кармане 11, имеющем полость (в плане) П-образной формы;
- П-образные электронагревательные элементы 19 каждой секции 17 и 16 электрически соединены между собой параллельно.
Иными словами, съемность чехла 2 обеспечивает возможность доступа к ГМПЭ 6 в случае его ремонта, а размещение каждого П-образного электронагревательного элемента 19 в соответствующем ему кармане 11 без соединения его с кожухом ГМПЭ 6 обеспечивает возможность замены одного из параллельно включенных, но вышедшего из строя П-образного электронагревательного элемента 19 на новый.
После сна пользователь отключает питание ГМПЭ 6.
Промышленная применимость патентуемого изобретения подтверждается также возможностью изготовления матраса с регулируемым электрообогревом с использованием известного оборудования и материалов.