ЗИМНИЕ СМЕННЫЕ СТЕЛЬКИ ДЛЯ ОБУВИ

Предполагаемое изобретение относится к легкой нромышленности, в частности, может быть использовано в обувной промышленности.
Напомним, что перепад температур между ногой человека и почвой (снегом) может достигать 60...65° С. Для обеспечения комфортности подошвы ног используется многослойная тепловая зашита - носок, стелька, подошва обуви. Используя сменные стельки, можно расширить диапазон и условия использования обуви.
Известно 1, что теплообмен между телами с различными температурами осушествляется двумя способами. Один из них - теплообмен излучением - связан с преобразованием энергии, в котором лучистая энергия одного тела полностью или частично преобразуется в тепловую воспринимаемым излучение телом. Другой вид теплообмена предполагает передачу тепла от одного тела к другому путем их соприкосновения. Этот вид теплообмена наиболее часто используется в различных охлаждаюших и нагревательных устройствах, в которых твердое тело соприкасается с жидкостью ( как капельной, так и упругой - газом) .
В процессе эволюции человек зашиш;ал себя от холода одеждой и обувью, жилище - стенами и крышей. Но практически все виды зашиты в прошлом не учитывали излучательной составляюшей при теплообмене. С пониманием электромагнитной природы теплового излучения его практически стали использовать в самолетостроении и космической технике, в строительстве (в частности, оцинкованные крыши, пенофол) и даже в обуви, при использовании отражаюших тепловое излучение пленок, вшитых в союзки обуви.
Настояшее изобретение направлено на создание зимних сменных многослойных стелек для обуви, которые практически исключают из процесса теплообмена излучательную составляющую.
Прототипом могут рассматриваться широко применяемые в зимнее, время в районах с длительными и устойчивыми холодами зимние сменные стелБКШЙбйлочные или суконные.
В соответствии с изобретением сменные стельки для обуви из пористого материала (например, войлока или сукна) выполняются двухслойными, а между слоями
.-чили (po/t.r-- ,
расположена гибкая с двусторонним отражением теплового излучения пленка с коэффициентом отражения не менее 0,8.
В другом варианте предложения упомянутая отралсающая пленка выполнена с отверстиями произвольной формы, равномерно расположенными по поверхности пленки, с коэффициентом полезной отражающей поверхности не менее 0,8.
Еше в одном варианте предложения стелька выполнена в виде сменного чехланоска.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими рисунками и схемами:
Фиг. 1. Условное изображение войлочной стельки с пористостью х . а) сечение обычной войлочной стельки; б) модель сечения стельки из двух слоев -уплотненного войлока и воздуха.
Фиг. 2. Условное изображение двойной пористой стельки, где t - f2  А/стл ; г;-/2 0, Тепловой поток через стельку быть вычислен по формуле (см.1).
где А/стл - разность температур на поверхностях стельки, в градусах;  - коэффициент теплопроводности стельки, Втм/(м градус) (в частности, для обычного войлока влк  0,04); 5стл - толщина стельки ( здесь в метрах).
Отношение бсгл/А-влк назьтается термическим сопротивлением материала ( войлока). Следует отметить, что значение , рассчитанное по (1), является как бы интегральным значением теплового потока, содержащем и излучательную составляющую.
Значения  при раз1шчпых перепадах температуры  и для различных толщин стельки бстл приведены в табл.1
стл
Вт/м
О)
()
Таблица 1 , определяемый соприкосновением, может
В известной авторам литературе не удалось обнаружить зависимость термического сопротивления войлока от его пористости (отнощения объема пор к общеме объему тела). Однако, принятое расчетное значение Хвлк  0,04 позволяет определить пористость войлока, для чего сечение стельки изобразим, как показано на фиг. 1.
Так как тепловой поток  и в условном изображении стельки сохраняется (См.табл.1), то термическое сопротивление может быть записано в виде:
где х- пористость войлока, Я,воз, у.влк - соответственно коэффициенты теплопроводности для воздуха и уплотненного войлока.
Из выражения (2) следует, что
;с  т,
(-х}-5„.
(2)
влк
(3)
X
воз
а025Г 0.2-0,04 0,04 ,025 j
Для оценки распределения  в структуре стельки, изображенной на фиг. 1, и используя расчетное значение х, определим термическое сопротивление уплотненного войлока и воздушной прослойки по (2), исходя из того, что общее термическое сопротивление войлока известно ( См. (1)) равно 5стл/ А,влк- Значения термического сопротивлений сведены в табл.2.
Из табл.2 следует, что практически весь перепад Д/стл приходится на воздушный зазор стельки.
Если уплотненный слой войлока ( См. фиг.1) поделить пополам и эти половинки расположить по границам, то стелька будет выглядеть, как представлено на фиг.2. В этом случае, расчет теплового потока за счет излучения  можно выполнить, рассматривая уплотненные слои войлока на границах стельки как излучающие поверхности, используя зависимость (см. 1),
где Су.влк и САЧ - соответственно коэффициенты излучения уплотненного войлока и абсолютно черного тела. Известно 1 , что САЧ - 5,69, Вт/ (м град), Су.влк - можно принять равным 5.2 Вт / (м град ) (См.2,3).
При введении двусторонней отражающей пленки в центре стельки (См. фиг.2), выражение для расчета теплового потока за счет излучения принимает вид
Таблица 2
-АН
у.влк
где Сотр- коэффициент излучения отражающей пленки..
В качестве двусторонней отражающей пленки авторы предлагают использовать алюминиевую фольгу подобно той, которую используют для изготовления теплоизоляционных материалов типа пенофол 4. Для нанесения такой фольги на одну из стелек может быть использована уже отработанная (действующая) технология изготовления пенофола.
или суконных стелек и отражающих пленок между ними слои рекомендуется прошивать хлопчатобумажными нитками.
Так как упомянутые двусторонние отражающие пленки паронепроницаемые, то их рекомендовано изготавливать с отверстиями одинаковой произвольной формы, равномерно расположенными по всей поверхности стельки. При этом полезная отражающая поверхность пленки должна быть не менее 80 % .
В табл. 3 приведены расчетные обобщенные теплового потока при теплопередаче через стельки без учета излучательной составляющей для различных значений перепада температуры Af С и толщин стельки 5стл при наличии двусторонней отражающей пленки с коэффициентом отражения не менее 0,8 и полезной отражательной поверхностью пленки 80 % от общей поверхности стелек. Отдельной строкой показана эффективность (отношение процентное) уменьшения общего теплового потока при теплопередаче за счет отражающей пленки при прочих равных условиях.
Видно, что наиболее эффективно введение отражающей пленки на толстых стельках, и выигрыш колеблется от 22 % до 28 %. При увеличении отражательной поверхности пленки общая эффективность указанных стелек возрастает до 30 % .
Общее заключение сводится к тому, что введение в многослойную стельку двусторонней отражающей пленки позволяет уменьщить тепловой поток при теплообмене на 30 %. Такое уменьшение эквивалентно увеличению на 30 % толщины стельки без отражающей пленки, либо уменьшению толщины стельки на 30 % при наличии отражающей пленки при постоянном значении Д/стл
Полученные оценки тепловых потоков при теплопередаче справедливы и для чехла-носка, выполненного из войлока или сукна.. Эффективность введения отражающей пленки и для этого случая также составляет 22 ... 30 % .
Выполненный расчет предполагает, что температура поверхности стельки, соприкасающейся с ногой человека, составляет +30° С. Следовательно, при Д/стл  10° С, температура противоположной поверхности +20° С, при температуре ДГстл  15° С составляет +15° С, а при АГстл 20° С составляет +10° С .
Таблица 3
Из 1 следует, что при t  30° С давление паров насыщения РП.Н составляет 0,04242 бара. Этому давлению при относительной влажности ф, например, 0,8 и 0,6 соответствует парциальное давление водяного пара равное:
Р п  п.н ф  0,0254 бар (для ф - 0,6) и
. ф  0,0337 бар (дляф  0,8).
Указанным давлениям соответствует определенная температура выпадения росы: fp +21,9°С и  +25°С.
Видно, что в предлагаемых стельках ноги человека не будут потеть при влажности воздуха 0,6 при разбросе  не более 15° С , и при влажности 0,8 значение АГстл не более 10° С . Такой разброс А/стл практически рекомендуется при использовании стелек.
Предлагаемые зимние сменные стельки для обуви могут быть рекомендованы для широкого потребления большой категории людей, кому в силу профессиональной необходимости приходится длительное время проводить на открытом воздухе в зимних условиях - военнослужащим, строительным и железнодорожным рабочим и многим другим.
1.Литвин A.M. Теоретические основы теплотехники.- М.: 1969, 368 с.
2.Криксунов Л.З. Справочник по основам ИК техники.- М.: Советское радио , 1978.
3.Эберт Г. Краткий физический справочник.- М.: Издательство физмат, литературы , 1963.
4.Утеплитель пенофол ТУ 2244-056-04696843-98.- Завод информационных технологий «ЛИТ 1998.
Литература