Устройство для обогрева стопы

 

Полезная модель относится к обувному производству и может быть использована при работе людей вне помещений для подогрева обуви при низкой температуре окружающей среды. Обогреваемая обувь содержит устройство для обогрева стопы. Электронагревательный элемент устройства для обогрева стопы выполнен из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и расположен в многослойной стельке, соединенной токопроводом с малогабаритным источником питания, снабженным датчиком присутствия (давления). Повышаются эксплуатационные свойства обуви. 1 ил.

Полезная модель относится к обувному производству и может быть использована для подогрева обуви 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 ступней 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 обувь с устройством для обогрева стоп, в которой вкладная утеплительная стелька выполнена из трех слоев, при этом внешние слои являются изоляционными, а внутренний слой выполнен из нескольких соединенных между собой токопроводами частей полимерного материала с различными удельными электрическими сопротивлениями, расположенными в пяточной и носочный частях, обеспечивая при этом различную температуру обогрева стопы (Патент SU 333932, МПК. А43В 7/04, 05.05.1972).

В данном техническом решении не предполагается возможность работы от малогабаритных источников питания, что снижает эксплуатационные свойства системы.

Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является патент RU 2332916 МПК А43В 7/02, 10.09.2008, содержащей устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку с электронагревательным элементом, снабженным контактами, малогабаритный источник питания и токопровод, связанный с контактами, стелька выполнена из девяти слоев, расположенных в следующей последовательности снизу от подошвы вверх - первый слой из теплоизолирующего нетканого материала на основе лавсана, второй слой из ламинатной пленки из лавсана, третий слой из полиимидной пленки, четвертый слой из сажесодержащего полиимида, пятый слой (не сплошной) из токопроводящих шин из меди или никеля, шестой слой из фторопласта-26 (сополимер винилфторида с гексафторпропиленом), полученного из растворов в ацетоне, этилацетате и циклогенсаноне, взятых в соотношении 1:1:1 по объему, седьмой слой из металлизированного алюминием лавсана, восьмой слой из ламинатной пленки из лавсана, девятый слой из теплопроводного нетканого материала на основе лавсана, при этом электронагревательный элемент образован третьим и четвертым слоями, а источник питания снабжен переключателем.

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные свойства. Термостойкость известного нагревательного элемента недостаточна для обеспечения сохранения тепла при отключенном источнике питания, стелька технологически сложная в изготовлении. Покрытие конструкции пленкой (снизу) не обеспечивает гигиенических требований к стельке.

Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования нагревательных полупроводниковых элементов из-за малой односторонней теплоотдачи от них. В случае перегорания нагревательного элемента устройство нагрева неремонтнопригодно и обладает низкой функциональной надежностью в процессе эксплуатации.

В настоящее время имеются данные, указывающие на связь охлаждения стоп человека с показателями его здоровья (например, влияние охлаждения стоп человека на развитие нейроваскулита, облитерирующего эндоартериита и других заболеваний). В связи с этим с целью профилактики охлаждения требуется обеспечение человека обувью с необходимой теплоизоляцией, соответствующей условиям его жизнедеятельности.

Средства индивидуальной защиты от холода стоп (СИЗ ХС) должны быть изготовлены из водо- и морозостойкого материала с жесткими подносками, подошвой, предотвращающей скольжение. Обогревающие устройства стоп должны предусматривать возможность регулирования поступления тепла к поверхности тела во избежание общего и локального перегревания организма. Поверхность тела человека не должна нагреваться выше 34°С. [Методические рекомендации MP 2.2.8.2127-06 "Гигиенические требования к теплоизоляции комплекта средств индивидуальной защиты от холода в различных климатических регионах и методы ее оценки"].

Технической задачей настоящей полезной модели явилось создание устройства для обогрева стопы 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 стельке, обеспечивающим саморегулировку температурного режима при его использовании в качестве нагревательного элемента в заданном интервале температур в течение длительного времени эксплуатации.

Техническим результатом настоящей полезной модели стало создание устройства для обогрева стопы с устройством для поддержания температуры внутри обуви по выбору на уровне выше температуры внешней окружающей среды, повышение эксплуатационных свойств.

Техническим результатом, который может быть получен от использования полезной модели, является повышение электробезопасности и надежности гибкого нагревательного элемента выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра и, как следствие, повышение эффективности изделия в целом.

Указанный результат достигается тем, что в обогреваемой обуви, содержащей устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку с электронагревательным элементом, снабженным контактами, малогабаритный источник питания с переключателем и токопровод, связанный с контактами, в отличие от известного решения в многослойной стельке нагревательный элемент выполнен из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, а для повышения эффективности работы нагревательных элементов в состав многослойной стельки включен отражающий слой, выполненный из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления. Использование инфракрасного прогрева помогает избежать электромагнитных излучений и оказывает положительное общеукрепляющее воздействие на организм

Малогабаритный источник питания вмонтирован в многослойную стельку обуви.

Применение электронагревателей, изготовленных из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, коаксиально размещенными на верхней плоскости обогреваемого слоя стельки, обеспечивает более эффективный прогрев стопы в ботинке, благодаря большей поверхности контакта с нагревательными элементами и наличию отражающего слоя, выполненного из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления. Максимальная температура нагревательного элемента, выполненного из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, не превышает 2834°С.

Электронагреватели, изготовленные из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, обладают следующими преимуществами:

- механическая стойкость и «супергибкость» - до 150000 изгибов на точку, можно мять, складывать в любые положения, стирать в стиральной машине;

- изделия успешно прошли испытания при экстремальных условиях (глубоководные погружения за Полярным кругом);

- быстрая скорость нагрева тепловолокна - 1°С в секунду.

Для регулирования прогрева стельки нагревательные элементы могут подключаться ступенчато и группами, в зависимости от температуры окружающей среды, что существенно снижает затраты энергии на обогрев стопы 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.

Устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку: с электронагревательным элементом 1, снабженным контактами (на чертеже не показаны), малогабаритный источник питания 2 и токопровод 3, связывающий нагревательные элементы 1 с источником питания 2 (литий-ионная полимерная батарея), электронными компонентами 4, гнездом зарядного устройства 5, датчиком присутствия (давления) 6, обеспечивающим функционирование устройства для обогрева стопы только при нахождении стопы на стельке обуви. Стелька выполнена из пяти слоев, расположенных в следующей последовательности (сверху вниз):

- первый слой 7 - предназначен для интенсивной передачи тепла к ноге, а также обеспечивает гигиеничность, имеет удобную объемную 3D-форму, учитывающую анатомию стопы, объемная задняя часть многослойной стельки поддерживает свод стопы и смягчает ударную нагрузку на пятку, предотвращает усталость ног, достаточно тонкая передняя часть первого слоя многослойной стельки не сковывает движения пальцев ног;

второй слой 8 - слой с размещенными нагревательными элементами 1, которые могут подключаться ступенчато и группами. Температура нагрева стельки зависит от плотности тока, протекающего по лавсановым нитям с резистивным напылением серебра, которая напрямую связана с величиной электрического напряжения, подводимого к специально формируемым токоподводящим шинам 3, предварительно нанесенным на слой материала. Задавая величину питающего напряжения, можно регулировать тепловыделение лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, а значит, и его температуру;

третий слой 9 - защитный изолирующий слой предназначен для придания жесткости, гибкости, прочности при изгибе и влагостойкости, с малой теплопроводностью и высокой проницаемостью для теплового излучения;

четвертый слой 10 - отражающий слой, размещенный между защитным изолирующим слоем 9 и изолирующей тканевой прокладкой 11. Отражающая поверхность отражающего слоя сопряжена непосредственно с материалом изолирующего слоя, например, путем наложения металлической фольги на изолирующий слой способом вакуумного испарения;

пятый слой 11 - изолирующая тканевая прокладка, предназначенная для уменьшения теплопередачи тепла от нагревательного элемента к подошве обуви, с размещением по периметру заземляющего контура 12 и выступа (язычка) 13, выполняющего роль защитной крышки гнезда зарядного устройства 5.

Свойства каждого из слоев в совокупности позволяют обеспечить заявленный технический результат.

Заявляемое устройство для обогрева стопы может быть выполнено в виде неразъемной стельки.

Устройство для обогрева стопы нагревается от встроенной литий-ионной полимерной батареи 2, предварительная зарядка которой осуществляется с помощью зарядного устройства от сети 220 V (на фиг.1 не показано). После включения стельки с подогревом работают не непрерывно, а только в случае необходимости, - это важно для правильной циркуляции крови в стопах. Схема работы устройства для обогрева стопы следующая: встроенный в электронные компоненты 4 второго слоя 8 термостат (на фиг.1 не показан) активирует систему нагрева при снижении температуры ног до 28°С и отключает нагрев, когда температура достигает 34°С, далее стельки постепенно остывают и отдают свое тепло стопам; если температура опускается до 28°С, цикл нагрева повторяется. Таким образом, обеспечиваются комфортные и здоровые температурные условия для ног, а также продлевается время работы литий-ионной полимерной батареи 2. Нагрев стелек осуществляется в зоне пальцев и передней части стопы, которые обычно замерзают. Чтобы включить устройство для обогрева стопы, нужно одеть обувь, срабатывает датчик присутствия (давления) 6, расположенный со стороны пятки и закрытый защитным «язычком» 13, что обеспечит работу устройства для обогрева стопы. При снятии обуви происходит автоматическое отключение устройства для обогрева стопы.

Устройство для обогрева стопы подходит для любой обуви; их переднюю часть можно обрезать под размер и контур сапог, ботинок, кроссовок и т.д. (зона отреза ограничена на стельках сплошной линией) (на фиг.1 не показано). Все технические составляющие, обеспечивающие работу устройства для обогрева стопы, надежно закрыты защитными изолирующими слоями 9, 11, поэтому пользование устройством для обогрева стопы абсолютно безопасно. Сверху объемный полиуретановый слой стельки 7 покрыт нескользящим, приятным на ощупь, рельефным слоем из ткани.

Время непрерывной работы устройства для обогрева стопы без подзарядки составляет от 2 до 8 часов - зависит от внешней температуры и теплопроводности обуви. В устройстве для обогрева стопы 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.

Устройство для обогрева стопы способно нагреваться и таким образом обогревать внутренний объем обуви (ступни) до комфортной температуры (3050°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 1215 В постоянного тока. Целесообразно, в ряде случаев, использование устройства для обогрева стопы для обуви, 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 устройства для обогрева стопы в 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 устройства для обогрева стопы. 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 устройства для обогрева стопы определяется электрической емкостью используемого источника тока. Например, источник тока, имеющий электрическую емкость 2 Ач, при токе разряда 200 мА, способен обогревать ноги (генерировать тепло) непрерывно в течение 78 и более часов.

Возможно использование устройства для обогрева стопы для обуви любого стандартного и нестандартного фасона.

Возможно множество различных конструктивных вариантов размещения и закрепления тепловыделяющих элементов внутри стелек обуви.

Сочетание высокой термостойкости лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, коаксиально размещенными на верхней плоскости обогреваемого слоя стельки и низкой электропроводности отражающего слоя сопряжена непосредственно с материалом изолирующего слоя, например, путем наложения металлической фольги на изолирующий слой способом вакуумного испарения позволяет использовать этот 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 стельку.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для обогрева стопы заключается в том, что применение лавсановых нитей с резистивным напылением серебра позволяет сократить его геометрические размеры, обеспечить лучший термический контакт между двумя средами и соответственно повысить коэффициент полезного действия отдачи тепла от нагревательного элемента.

Технический результат: быстрый и надежный прогрев, как стельки, так и обогрев стопы 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 обуви в целом.

Устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку с электронагревательным элементом, снабженным контактами, малогабаритный источник питания с датчиком присутствия и токопровод, связанный с контактами электронных компонентов, отличающееся тем, что в многослойной стельке нагревательный элемент выполнен из лавсановых нитей с резистивным напылением серебра, а для повышения эффективности работы нагревательных элементов в состав стельки включен отражающий слой, выполненный из алюминиевой пленки способом вакуумного напыления.



 

Похожие патенты:

Модель используется для индивидуального обогрева ноги человека в холодных климатических условиях. Устройство включает несколько слоев, нагревательный элемент и электрический провод. От аналогов отличается наличием встроенного литий-полимерного аккумулятора, соединенного с датчиком давления и нагревательным элементом, размещенными между нижним и изоляционным слоями, выполненными из эластичного пенополиуретана, верхний слой стельки представляет собой тканевую подкладку. В качестве аккумулятора может быть использован литий-ионный аккумулятор, в носочной части нижнего слоя может быть выполнен антискользящий элемент, нагревательный элемент может быть изготовлен из углеродных волокнистых материалов и выполнен меньшего размера, чем размер носочной части стельки. Тканевая подкладка может быть выполнена из полиэстера. Датчик давления может быть размещен в середине пяточной зоны стельки.
Наверх