КОМБИНЕЗОН С ЭЛЕКТРООБОГРЕВОМ
ELECTRICALLY HEATED JUMPSUIT

Изобретение относится к теплозащитной одежде, а именно к комбинезонам с активным обогревом, предназначенным для защиты тела пользователя 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, операторов специальной техники, нефтяников, водолазов, альпинистов, охотников, рыболовов.
Известна электрообогревательная водолазная одежда (патент RU №2072939, МПК В63С 11/28, Н05В 3/36, опубликован 10.02.1997), содержащая электрообогревательные элементы, размещенные между пластинами пористого эластичного материала, пропитанного термоаккумулирующим диэлектриком с температурой фазового перехода 35-38°С, упакованные в герметичные секции-пакеты из эластичного не токопроводного материала, закрепленные на трикотажном комбинезоне. Недостатками электрообогревательной водолазной одежды являются невысокая эффективность теплоотдачи нагревательных элементов, отсутствие возможности управления обогревом, значительное снижение подвижности пользователя из-за многослойности и плотности расположения секций-пакетов, невозможность использования с облегающей верхней одеждой, например, спортивным снаряжением.
Известен теплокомбинезон водолаза (патент RU №140820, МПК В63С 11/24, опубликован 20.05.2014), надеваемый непосредственно на термобелье водолаза и содержащий нагрудную и наспинную части обогреваемого жилета с внутренней стороны которого вставлены гибкие нагревательные пластины, а руки и ноги водолаза (в районе дельтовидных мышц, предплечий, бедер и икр ног) обогреваются адаптированными съемными дополнительными секциями гибких нагревательных пластин, устанавливаемых при необходимости с помощью застежек на «липучках».
Гибкие нагревательные пластины состоят из четырех слоев: внутренний слой, слой с размещенными нагревательными проводами из тепловолокна, защитный изолирующий слой, отражающий слой из металлической фольги. Блок управления с кнопкой управления режимами обогрева обеспечивает выбор одной из заданных предельных температур, при достижении которой срабатывают датчики температуры и отключается обогрев. Недостатками теплокомбинезона являются снижение эффективности теплопередачи из-за изоляции нагревательного провода от обогреваемой поверхности внутренним слоем нагревательной пластины, небольшая площадь обогрева (не более 65% при использовании дополнительных элементов), неэластичность нагревательных элементов (в том числе снижение гибкости за счет многослойности и использования слоя металлической фольги), что снижает степень прилегания нагревательных элементов к обогреваемой поверхности в виду высокой сложности ее формы, а также комфорт пользователя при высокой двигательной активности, низкая надежность изделия в целом из-за большого количества разъемных коммутационных соединений и ненадежного способа крепления дополнительных нагревательных элементов, что также снижает удобство использования изделия при активных движениях пользователя.
Наиболее близким техническим решением является электрообогревательная водолазная одежда (патент RU №2558409, МПК В63С 11/28, В63С 11/04, Н05В 3/36, опубликован 10.08.2015), которая может быть использована также для обогрева людей при низких температурах окружающей среды, состоящая из верхней части для обогрева торса и рук и нижней части для обогрева ног, содержащая электрообогревательные элементы, размещенные на внутренней поверхности эластичного материала, прилегающего к телу водолаза, а в качестве нагревательных элементов используется провод, изготовленный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра. Децентрализованное размещение нагревательного провода, закрепленного на внутренней поверхности эластичного материала верхней части и нижней части, позволяет локально подключать отдельные секции нагревательного провода с помощью соединительных проводов к автономному источнику электроэнергии, и для регулирования прогрева водолазной одежды нагревательные элементы могут подключаться ступенчато и группами, причем работают не непрерывно, а в случае необходимости, поддерживая температуру плюс 30-35°С. Недостатками электрообогревательной водолазной одежды являются низкие надежность и удобство эксплуатации изделия в целом из-за большого количества разъемных коммутационных соединений, отсутствие возможности выбора оптимального режима обогрева, снижение безопасности и удобства эксплуатации из-за возможного смещения и/или наложения нагревательных элементов при активности пользователя, не предусмотрена возможность фиксации автономного источника питания на теле пользователя.
Недостатками описанной в патенте электрообогревательной водолазной одежды являются:
- большое количество разъемных коммутационных соединений, значительно снижающих надежность изделия и удобство эксплуатации;
- длинный коммутационный провод для подключения аккумуляторных батарей может доставлять дискомфорт пользователю и снижать удобство эксплуатации в целом при высокой физической активности пользователя;
- возможно наложение нагревательных секций верхней и нижней частей электрообогревательной одежды (фуфайки и кальсон), что приведет к локальному перегреву в зоне наложения секций;
- возможно смещение (задирание, сползание) нагревательных элементов при одевании и эксплуатации;
- не предусмотрена возможность фиксации аккумуляторных батарей на теле пользователя.
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективной безопасной удобной одежды с электрообогревом, надеваемой под верхнюю одежду любого типа, в том числе в составе водолазного снаряжения «сухого» типа, способствующей равномерному обогреву и сохранению работоспособности пользователя в условиях низких температур окружающей среды за счет поддержания оптимального для пользователя температурного режима при обеспечении комфорта эксплуатации.
Техническим результатом является создание комбинезона с электрообогревом на основе гибких нагревательных элементов с эффективной теплоотдачей и высокой пожаробезопасностью, с простой коммутацией элементов, обогревающего практически всю поверхность тела человека с возможностью выбора оптимального для пользователя температурного режима при обеспечении комфортной носки в течение длительного времени без стеснения движений пользователя при физической активности совместно с любой верхней одеждой, водолазным снаряжением «сухого» типа и летным снаряжением.
Технический результат достигается за счет того, что комбинезон с электрообогревом представляет собой единую тканевую основу, эластичную по двум направлениям, с закрепленными на внутренней стороне нагревательными резистивными проводами из металлизированных полимерных нитей, плотно прилегающими к телу пользователя и расположенными на всей поверхности комбинезона по волнообразной траектории, исключающей прямые участки, с блоком управления, обеспечивающим возможность выбора режима обогрева для управления интенсивностью обогрева при сохранении пространственной структуры температурного поля, закрепленным энергетическом блоке, размещаемом по желанию пользователя и/или в зависимости от расположения используемого снаряжения (например, водолазного, спортивного), в верхнем (в районе грудной клетки, спереди или сзади) или нижнем положении (в районе бедер) с подключением к соответствующему разъему. Обеспечена возможность подключения к системе обогрева комбинезона дополнительных элементов обогрева рук, стоп ног и головы. Для повышения комфорта пользователя при необходимости отправления естественных надобностей комбинезон может быть оснащен ширинкой с застежкой типа «молния» спереди и гигиеническим клапаном с застежкой типа «молния» сзади.
Использование единой эластичной тканой основы для всего изделия в целом в виде комбинезона позволяет сократить количество коммутационных соединений и исключить возможность наложения нагревательных элементов, что повышает безопасность, надежность изделия и удобство эксплуатации, а также сокращает время подготовки изделия к использованию.
Фиксация энергоблока с аккумуляторными батареями и блоком управления в удобном для пользователя положении без использования длинных соединительных проводов повышает комфорт пользователя при физической активности и позволяет использовать комбинезон с электрообогревом совместно с верхней одеждой и различным дополнительным снаряжением.
Варианты исполнения изобретения представлены на фиг. 1 (общий вид комбинезона с электрообогревом), фиг. 2 (варианты размещения энергоблока), фиг. 3 (комбинезон с электрообогревом с дополнительными элементами обогрева).
На фигурах обозначены следующие позиции:
1 - эластичная по двум направлениям тканевая основа;
2 - гибкий нагревательный провод;
3 - блок управления мощностью обогрева;
4 - комплект аккумуляторных батарей;
5 - поясной чехол энергоблока;
6 - плечевой чехол энергоблока;
7 - ширинка с застежкой типа «молния»;
8 - гигиенический клапан с застежкой типа «молния»;
9 - карман чехла энергоблока для размещения аккумуляторных батарей;
10 - разъем для подключения энергоблока к нагревательной системе комбинезона;
11 - дополнительные элементы обогрева рук;
12 - дополнительные элементы обогрева стоп ног;
13 - дополнительный элемент обогрева головы.
Изобретение представляет собой комбинезон с электрообогревом (см. фиг. 1), состоящий из эластичной по двум направлениям тканевой основы 1 с закрепленными на ней гибкими нагревательными проводами 2, энергоблока, состоящего из блока управления мощностью обогрева 3 и комплекта аккумуляторных батарей 4, размещенных в поясном 5 или плечевом 6 чехле энергоблока.
2
Тканевая основа 1 нагревательных элементов изготовлена из эластичного по двум направлениям флиса высокой плотности (не менее 270 г/м) и выполнена в виде комбинезона с расположенной спереди застежкой типа «молния», что обеспечивает удобство надевания и комфорт пользователя при использовании изделия под верхней одеждой, а также исключает возможность наложения или смещения нагревательных элементов даже при высокой активности пользователя. Расположение нагревательных элементов допускает размещение на тканевой основе 1 комбинезона ширинки 7 спереди (см. фиг. 2а, 2б) и гигиенического клапана 8 сзади (см. фиг. 2в) для обеспечения возможности отправления естественных надобностей, что повышает удобство использования комбинезона совместно с верхней одеждой в течение длительного времени.
Нагревательные элементы представляют собой гибкий нагревательный провод, изготовленный из полимерных нитей с резистивным напылением металлов (например, лавсановые нити, металлизированные серебром или медью), закрепленный на тканевой основе по волнообразной траектории, исключающей прямолинейные участки, таким образом сохраняется эластичность основы по двум направлениям и обеспечивается плотное прилегание комбинезона к телу пользователя.
Гибкий нагревательный провод 2 расположен на внутренней поверхности тканевой основы 1 и находится в непосредственном контакте с обогреваемой поверхностью за счет плотного прилегания эластичной тканевой основы, что позволяет снизить теплопотери и повысить эффективность теплопередачи (нагревательный элемент передает тепло непосредственно обогреваемому объекту), что приводит к росту КПД изделия в целом. При этом нагревательный элемент безопасен и удобен в использовании благодаря следующим свойствам нагревательного провода на основе металлизированных полимерных нитей:
- пожаробезопасность;
- прочность;
- небольшой диаметр сечения, высокая гибкость;
- быстрая скорость нагрева;
- комфортная для кожи максимальная температура нагрева (не более 45°С).
Волнообразная траектория укладки нагревательного провода 2, исключающая прямолинейные участки, рассчитывается с учетом длины провода, необходимой для обеспечения заданной максимальной температуры обогрева и обеспечивает равномерный обогрев всей поверхности тела пользователя при сохранении высокой эластичности комбинезона, что способствует как повышению эффективности обогрева, так и обеспечению комфорта двигательной деятельности.
Источником питания комбинезона с электрообогревом является комплект литий-полимерных аккумуляторных батарей 4, 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. Для зарядки аккумуляторных батарей необходимо подсоединить соответствующий разъем энергоблока, расположенный в кармане чехла с застежкой типа «молния», к зарядному устройству, работающему от сети переменного тока 220 В.
Энергоблок представляет собой чехол-разгрузку с расположенными в нем блоком управления 3 и комплектом аккумуляторных батарей 4. Основой энергоблока в зависимости от предпочтений пользователя является поясной 5 или плечевой 6 чехол из неопрена со встроенными коммутационными проводами. Перед началом эксплуатации блок управления 3 и аккумуляторные батареи 4 фиксируются в карманах 9 выбранного чехла энергоблока и подключаются к встроенным в чехол коммутационным проводам. Не требуется вынимать блок управления 3 и аккумуляторные батареи 4 из чехла энергооблока во время эксплуатации и в перерывах между эксплуатацией (зарядка аккумуляторных батарей выполняется через встроенный разъем чехла энергоблока). Замена чехла происходит по желанию пользователя для повышения комфорта при изменении условий эксплуатации.
Энергоблок подключается к комбинезону с электрообогревом через один из двух разъемов 10. Разъемы 10 для подключения энергоблока к нагревательной системе комбинезона расположены на передней части комбинезона в верхней части грудной клетки и в районе пояса, что обеспечивает возможность размещения энергоблока как в верхнем, так и в нижнем положении (см. фиг. 2), в зависимости от желания пользователя в каждой конкретной ситуации, без использования длинных соединительных проводов, снижающих удобство эксплуатации изделия. С помощью поясного чехла энергоблока 5 блок управления 3 размещается на поясе, а комплект аккумуляторных батарей 4 на внешней стороне бедра (нижнее положение); с помощью плечевого чехла 6 блок управления 3 размещается на предплечье, а аккумуляторные батареи на груди или спине (верхнее положение).
Блок управления 3 позволяет пользователю осуществлять управление обогревом, создавая оптимальные температурные условия и экономя электроэнергию. После включения устройства на блоке управления 3 включается вибросигнал, свидетельствующий о работоспособности устройства. Блок управления обогревом 3 осуществляет возможность выбора оптимального для пользователя температурного режима с помощью ШИМ-контроллера, что позволяет сохранить равномерность обогрева поверхности тела при смене интенсивности, т.к. при любом режиме обогрева используются все нагревательные элементы, изменяется только их температура в зависимости от величины тока. Путем последовательного нажатия на кнопку блока управления можно включить обогрев и выбрать один из возможных режимов с мощностью обогрева от 0% до 100% с заданным шагом.
Возможен вариант исполнения комбинезона с электрообогревом с подключением к системе обогрева дополнительных элементов обогрева рук 11, стоп ног 12 и головы 13 (фиг. 3), при этом управление мощностью обогрева дополнительных элементов регулируется блоком управления вместе с мощностью обогрева комбинезона.
За счет уменьшения количества разъемных коммутационных соединений, достигается повышение надежности изделия в целом а также повышение безопасности и удобства эксплуатации за счет невозможности смещения и/или перекрывания нагревательных элементов даже при высокой двигательной активности пользователя и возможности фиксации энергоблока в удобном для пользователя положении при этом возможность выбора оптимального режима обогрева при высокой полезной теплоотдаче нагревательных элементов за счет прямого контакта с обогреваемой поверхностью обеспечивает высокую степень теплового комфорта пользователя в течение длительного времени.