ПЕРЧАТКИ ОБОГРЕВАЮЩИЕ

Полезная модель относится к перчаткам, которые могут надежно защитить руки ее носителя в максимально возможных вариантах температурных условий, в том числе при очень низких температурах и в режимах сильного ветра, а также могут быть использованы для обогрева кистей рук личного состава спецподразделений и служб, несущих дежурство или работающих вне помещений при низкой температуре окружающей среды, а также для строителей, газовиков и нефтяников, работающих в холодный период времени года.
Особые условия несения службы личным составом спецподразделений, особенно в зимнее холодное время года, предъявляют жесткие требования к одежде, обуви, в целом экипировке личного состава, в первую очередь, по обеспечению необходимого температурного режима. Особенно важно обеспечить сохранение тепла в районе кистей рук с использованием обогреваемых систем, имеющих незначительный вес и объем. Для этих целей используются различные системы генерирования тепла, основанные на химических, физико-химических, электрических, механических и лучевых способах.
Известна двухкомпонентная система (патент RU 2489949, МПК A41D 19/00, опубликовано 20.08.2013), включающая перчатку, в особенности спортивную перчатку, имеющую пальцевую часть, содержащую индивидуальные пальцы, и часть в форме варежки, прикрепленную к тыльной стороне перчатки и выполненную с возможностью натягивания поверх пальцевой части, имеющую форму варежки, в исходном положении размещенную в кармане, сформированном на тыльной стороне перчатки, причем карман выполнен на указанной стороне с возможностью запираться запирающим механизмом, на тыльной стороне перчатки предусмотрено покрывающее средство для запирающего механизма, а часть, имеющая форму варежки, на внутренней стороне перчатки доходит примерно до оснований пальцев и укреплена у своего конца, расположенного у оснований пальцев с внутренней стороны перчатки.
В данном техническом решении не предполагается возможность работы от малогабаритных источников питания, что снижает эксплуатационные свойства системы.
Известны перчатки с обогревом (патент RU №72823, МПК 41D 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.
Недостатком данного устройства является подверженность нагревательных элементов механическим повреждениям в процессе интенсивной эксплуатации и их пожароопасность. Устройство не обеспечивает равномерности обогрева кистей рук, и обладает низкими эксплуатационными свойствами.
В качестве прототипа выбраны перчатки обогревающие (патент RU №152780, МПК 41D 19/00, опубликован 20.06.2015), 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, электронагревательные элемента выполнены 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.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности регулирования равномерности обогрева кистей рук, и обладает низкими эксплуатационными свойствами.
У известных устройств и заявляемой полезной модели имеются следующие существенные признаки:
- выполняемая функция - обогрев с использованием нагревательных элементов;
- недостатком всех известных устройств являются низкие эксплуатационные характеристики, отсутствие адаптивной системы регулирования устройством обогрева пальцев рук.
Технической задачей настоящей полезной модели явилось обеспечение адаптивного регулирования обогрева пальцев и кистей рук с высокими эксплуатационными свойствами, такими как гигиеничность, влагостойкость, термостойкость, прочность, гибкость, предназначенными для исключения упомянутых выше недостатков аналога.
Задачей полезной модели является создание устройства с электронагревательным элементом, выполненным из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и расположенным в многослойной ткани, состоящей из слоев: наружной ткани, прокладки и внутренней ткани, обеспечивающим адаптивную регулировку нагревательного элемента в заданном интервале температур в течение длительного времени эксплуатации.
Техническим результатом настоящей полезной модели стало создание устройства для обогрева пальцев и кистей рук и поддержания температуры внутри перчатки на уровне выше температуры внешней окружающей среды, повышение эксплуатационных свойств.
Перчатки обогревающие, содержащие электронагревательные элементы, соединенные с источником электропитания через коммутационную систему и установленные внутри многослойной ткани в районе тыльной стороны дистальных фаланг пальцев, пясти и лучезапястного сустава, выполненные в виде многослойных электрически обогреваемых матов, изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, отражающий слой, выполнен из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления, для повышения эффективности работы нагревательных элементов в состав обогреваемых матов включен в качестве коммутационного элемента фотоплетизмографический датчик, закрепленный на внутренней поверхности перчатки и внешней поверхности многослойного электрически обогреваемого мата в районе дистальной фаланги среднего пальца перчатки.
С помощью фотоплетизмографического датчика на дистальной фаланге среднего пальца неинвазивно регистрируют сигнал, отражающий пульсирующее изменение объема тканей фаланги пальцев, прилегающих к датчику, обусловленное в основном пульсовым изменением объема артериальной крови притекающей в эту ткань, т.е. происходит оценка проходимости периферических сосудов человека, которая дает быструю и точную оценку локального капиллярного кровотока фаланг пальцев, тем самым обеспечивая адаптивную работу электронагревательных элементов.
Применение фотоплетизмографического датчика основано на использовании оптических свойств крови. При «сквозной» плетизмографии миниатюрный источник света прикрепляют к ногтевой области первой фаланги пальца. С противоположной стороны пальца, у его основания, помещают светочувствительное устройство. Проходящий сквозь палец свет изменяет свою интенсивность в зависимости от количества крови в пальце. Такая система может применяться только для относительно тонких частей тела, таких, как палец или мочка уха.
Фотоплетизмографический датчик содержит источник света и фотоприемник. Источником служит светодиод, а приемником - фототранзистор или фотодиод. Свет, излученный источником, поглощается телом человека. Степень поглощения зависит от количества крови в той точке тела, где находится датчик. При изменении количества крови, изменяется поглощение света и сигнал на выходе фотоприемника. По отношению друг к другу источник и приемник располагаются на противоположных поверхностях дистальной фаланги пальцев, но в одной плоскости.
Фотоплетизмографический датчик закреплен на дистальной фаланге среднего пальца перчатки и при изменении интенсивности поглощения света в зависимости от количества крови в пальце, т.е. от степени замерзания пальцев рук, обеспечивает формирование сигнала на включение/отключение нагревательных элементов для обогрева фаланг пальцев, что обеспечивает защиту рук от холода в неблагоприятных условиях, в зависимости от температуры охлаждения рук. Таким образом происходит адаптивное регулирование температуры прогрева перчатки, в зависимости от температуры окружающей среды, что существенно снижает затраты энергии на обогрев фаланг пальцев, пясти и лучезапястного сустава до заданной температуры и позволяет максимально использовать тепловую энергию электронагревателей для нагрева, тем самым обеспечивая поддержание комфортного состояния рук человека.
Для регулирования прогрева перчатки обогревающей нагревательные элементы могут подключаться ступенчато и группами, в зависимости от температуры окружающей среды, что существенно снижает затраты энергии на обогрев фаланг пальцев, пясти и лучезапястного сустава до заданной температуры и позволяет максимально использовать тепловую энергию электронагревателей для нагрева.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованиям новизны.
Сущность полезной модели поясняется на чертеже фиг. 1.
Перчатки обогревающие содержат нагревательные элементы (фиг. 1), расположенные внутри многослойной ткани в районе тыльной стороны дистальных фаланг пальцев, пясти и лучезапястного сустава. Нагревательные элементы выполнены в виде многослойных электрически обогреваемых матов, включающих мат для обогрева фаланг пальцев 1, мат для обогрева пястья 2 и мат для обогрева запястья 3. Мат для обогрева фаланг пальцев 1 и мат для обогрева пястья 2 расположены с тыльной стороны печатки, а мат для обогрева запястья 3 охватывает тыльную и внутреннюю стороны перчатки. На запястье расположен дополнительный затягивающий элемент 4, в предпочтительном варианте представляющий собой откидной клапан, на внутренней стороне которого имеется застежка-липучка Velcro. Ответный элемент Velcro расположен на краге, в результате чего имеется возможность охватить руку крагой более плотно. На дополнительном затягивающем элементе 4 расположен датчик присутствия (давления) 5 (показан условно), обеспечивающий включение и функционирование устройства для обогрева кисти рук только при надетой и плотно охватывающей руку перчатке.
Перчатки обогревающие выполнены из водонепроницаемых тканей, слоя термосберегающего хлопка и отражающего слоя. Наличие отражающего слоя, выполненного из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления, позволяет использовать инфракрасный прогрев, что помогает избежать электромагнитные излучения и оказывает положительное общеукрепляющее воздействие на кисти рук, его основные свойства - мягкость, быстрота нагрева, устойчивость к износу и пр.
Нагревательные элементы, выполненные в виде многослойных электрически обогреваемых матов 1, 2, 3 соединенных между собой параллельно и подключены к источнику электропитания 6 с помощью токопровода, проложенного в тканевых каналах перчаток (на фиг. не показан), связывающего обогреваемые маты 1, 2, 3 с источником питания 6 (литий-ионная полимерная батарея), электронными компонентами (на фиг. не показаны), датчиком присутствия (давления) 5, обеспечивающим функционирование устройства для обогрева кисти рук только при нахождении ее (руки) в перчатке, фотоплетизмографический датчик 7 закреплен на дистальной фаланге среднего пальца перчатки (показано условно), содержащий источник света 8 и фотоприемник 9, рассчитанный на включение нагревательных элементов при нарушении регионарного кровотока, соответствующей температуре ниже 28°С и выключение нагревательных элементов при увеличении притока крови при температуре 34°С.
Применение фотоплетизмографического датчика 7 в совокупности позволяют обеспечить адаптивное регулирование заданной температуры в обогреваемой перчатке в зависимости от индивидуальных особенностей человека.
Так как фотоплетизмографический датчик 7 фактически регистрирует переферийное кровообращение, то обязательным условием является установление фотоплетизмографического датчика 7 на дистальных фалангах пальцев рук. Обычно он устанавливается на дистальной фаланге свободного пальца.
Заявляемое устройство для обогрева кистей рук может быть выполнено в виде неразъемного изделия.
Устройство для обогрева кистей рук работает от встроенной литий-ионной полимерной батареи 6, предварительная зарядка которой осуществляется с помощью зарядного устройства от сети 220 V (на фиг. 1 не показано). После включения перчатка обогревающая работает не непрерывно, а только в случае необходимости, - это важно для правильной циркуляции крови в кистях рук. Алгоритм работы перчатки обогревающей следующий: встроенный в электронные компоненты первого внутреннего слоя обогреваемого мата 1 фотоплетизмографический датчик 7 (показан условно), закрепленный на дистальной фаланге среднего пальца перчатки, активирует систему нагрева при снижении температуры кистей рук до 28°С и отключает нагрев, когда температура достигает 34°С, далее обогреваемые маты 1, 2, 3 постепенно остывают и отдают свое тепло фалангам пальцев, пястью и запястью; если температура опускается до 28°С, цикл нагрева повторяется. Таким образом, обеспечиваются комфортные и здоровые температурные условия для кистей рук, а также продлевается время работы литий-ионной полимерной батареи 6. Нагрев осуществляется в тыльной зоне дистальных фаланг пальцев, пясти, а лучезапястный сустав кисти пальцев обогревается с тыльной и внутренней сторон, которые обычно замерзают. Чтобы включить устройство перчатки обогревающей, нужно надеть перчатки застегнуть затягивающий элемент 4, на котором расположен датчик присутствия (давления) 5, обеспечивающий включение (функционирование) устройства для обогрева кисти рук только при одетой и плотно охватывающей руку перчатке, что обеспечит работу перчатки обогревающей. При расстегивании затягивающего элемента 4 происходит автоматическое отключение перчатки обогревающей.
Перчатки обогревающие изготавливаются по принятым нормам типоразмеров перчаток. Все технические составляющие, обеспечивающие работу перчатки обогревающей, надежно закрыты защитными изолирующими слоями, поэтому пользование устройством для обогрева кисти рук абсолютно безопасно.
Время непрерывной работы перчатки обогревающей без подзарядки составляет от 2 до 8 часов - зависит от внешней температуры и теплопроводности материала перчатки. В перчатках обогревающих используются высококачественные литий-ионные полимерные батареи типа 900 mAh без эффекта запоминания, которые не могут быть повреждены частой зарядкой и рассчитаны приблизительно на 500 циклов заряда/разряда.
Перчатки обогревающие способны нагреваться и таким образом обогревать внутренний объем перчатки до комфортной температуры (30-40°С) при питании не только от встроенной литий-ионной полимерной батареи, но и от любых, в том числе и от автономных источников тока, в частности от любого автомобильного аккумулятора, а также от носимого с собой аккумулятора напряжением 12-15 В постоянного тока. Целесообразно, в ряде случаев, использование перчаток обогревающих, например, в дальних поездках в кузовах автомобилей или в любых специально не обогреваемых кабинах других транспортных средств. При этом проблемы с электрической емкостью источников тока значительно упрощаются, поскольку в качестве источника тока всегда можно использовать энергоемкие автомобильные аккумуляторы (при работающих генераторах) и задумываться в этом случае об экономии электроэнергии при работе генератора нет необходимости.
При использовании перчаток обогревающих в не отапливаемых помещениях (при необходимости) вообще отпадает нужда в использовании для обогрева автономных источников питания, поскольку вполне допустимо и целесообразно применять различного рода зарядные устройства постоянного и переменного тока, широко используемые в быту. Электрические параметры этих универсальных устройств типа «ADAPTOR» вполне приемлемы для работы перчаток обогревающих. Они надежны, малогабаритны и подходят по всем своим электрическим параметрам, питаются они от сети 220 В переменного тока, т.е. от городской электрической сети.
Суммарное время непрерывной работы перчаток обогревающих определяется электрической емкостью используемого источника тока. Например, источник тока, имеющий электрическую емкость 2 Ач, при токе разряда 200 мА, способен обогревать кисти рук (генерировать тепло) непрерывно в течение 7-8 и более часов.
Возможно множество различных конструктивных вариантов размещения и закрепления тепловыделяющих элементов внутри перчаток обогревающих.
Сочетание высокой термостойкости лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, коаксиально размещенными на верхней плоскости обогреваемого слоя перчатки обогревающей и низкой электропроводности отражающего слоя, сопряженного непосредственно с материалом изолирующего слоя, например, путем наложения металлической фольги на изолирующий слой способом вакуумного испарения позволяет использовать гибкий прочный провод, изготовленный из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра. Температура нагрева лавсановых нитей с резистивным напылением серебра зависит от плотности тока, протекающего по токопроводящему слою лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, которая напрямую связана с величиной электрического напряжения, подводимого к специально формируемым токоподводящим шинам, предварительно нанесенным на второй слой перчаток обогревающих - слой с размещенными обогреваемыми матами 1, 2, 3.
Использование фотоплетизмографического датчика 7 для контроля переферического кровотока технически обеспечивается благодаря появлению новой элементной базы электроники. Это, в первую очередь, производство недорогих излучающих светодиодов красного и инфракрасного диапазонов и чувствительных фотоприемников. Мощность излучения разработанных светодиодов оказалась достаточной для регистрации фотоплетизмографического сигнала с высоким соотношением сигнал/шум во всем диапазоне оптической плотности тканей, как, например, через ногтевую фалангу пальца руки, так и регистрирующих отраженное излучение.
Технико-экономическая эффективность перчаток обогревающих заключается в том, что применение фотоплетизмографического датчика, позволяет реализовать адаптивное управление обогревом рук человека в условиях низких температур и соответственно повысить коэффициент полезного действия отдачи тепла от нагревательных элементов.
Технический результат: быстрый и надежный прогрев перчатки, обогрев кистей рук до заданной температуры, а также более полное и эффективное использование теплоты выделяемой нагревательными элементами, повышается коэффициент полезного действия, что позволяет максимально использовать тепловую энергию электронагревателей для обогрева кистей рук.