ОБОГРЕВАЕМАЯ ОБУВЬ Российский патент 2008 года по МПК A43B7/02 

Изобретение относится к обувному производству и может быть использовано 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 котором 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 (SU 333932 А, кл. А43В 7/04, 05.05.1972).

В этом изобретении не предполагается возможность работы от малогабаритных источников питания, что снижает эксплуатационные свойства системы.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является SU 1709982 А1, кл. А43В 7/02, 07.02.1992, из которого известна обувь с устройством для обогрева стопы в виде многослойной вкладной стельки, содержащим электронагревательные элементы, снабженные контактами и расположенные в носочно-пучковой и пяточной частях внутреннего слоя стельки, малогабаритный источник питания и токопровод, причем ее наружные слои выполнены электроизоляционными. Электронагревательные элементы выполнены в виде ситаловых пластин, а во внутреннем слое стельки выполнены гнезда для размещения электронагревательных элементов с контактами и токопроводом.

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные свойства. Ситалловые пластины придают стельке жесткость, которая мешает человеку при ходьбе, кроме того, термостойкость известного нагревательного элемента недостаточна для обеспечения сохранения тепла при отключенном источнике питания, стелька тяжелая и неудобная. Покрытие конструкции пленкой (снизу) не обеспечивает гигиенических свойств стельки. Источник питания не снабжен переключателем, обеспечивающим возможность отключения устройства, что снижает эксплуатационные свойства.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, а именно создание обогреваемой обуви с высокими эксплуатационными свойствами, такими как гигиеничность, влагостойкость, термостойкость, прочность, гибкость.

Техническим результатом является повышение эксплуатационных свойств.

Указанный результат достигается тем, что в обогреваемой обуви, содержащей устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку с электронагревательным элементом, снабженным контактами, малогабаритный источник питания и токопровод, связанный с контактами, в отличие от известного решения 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.

Толщина первого слоя составляет 2-5 мм, второго - 0,1-0,3 мм, третьего - 0,03-0,05 мм, четвертого - 0,01 мм, пятого - 0,008-0,01 мм, шестого - 0,003-0,005 мм, седьмого - 0,03-0,04 мм, восьмого - 0,2 мм, девятого - 1-2 мм.

Малогабаритный источник питания может быть вмонтирован в обувь, в частности в голенище или в каблук, или находиться вне обуви, например на поясном ремне.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где

на фиг.1 изображена обогреваемая обувь, общий вид,

на фиг.2 изображена обогреваемая обувь с выложенной стелькой и источником питания,

на фиг.3 изображена зарядка источника питания,

на фиг.4 изображен контроль зарядки источника питания.

Обогреваемая обувь (1) содержит устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку (4) с электронагревательным элементом (на чертежах не показан), снабженным контактами (на чертежах не показаны), малогабаритный источник питания (3) и токопровод (5), связанный с контактами 7. Стелька выполнена из девяти слоев, расположенных в следующей последовательности снизу вверх:

первый слой из теплоизолирующего нетканого материала на основе лавсана, толщиной 2000-5000 мкм (2-5 мм), предназначен для уменьшения теплопередачи тепла от нагревательного элемента к подошве обуви;

второй слой из ламинаторной пленки из лавсана толщиной 200 мкм (0,1-0,3 мм), предназначен для придания жесткости, гибкости, прочности при изгибе и влагостойкости;

третий слой из полиимидной пленки толщиной 30-50 мкм (0,03-0,05 мм), предназначен для прочности, гибкости и обеспечения термостойкости нагревательного элемента;

четвертый слой из сажесодержащего полиимида толщиной 10 мкм (0,01 мм), предназначен для придания электропроводности, теплопроводности и тепловыделения полиимидного материала;

пятый слой (не сплошной) из токопроводящих шин из меди или никеля, нанесенных гальваническим путем на поверхность (по кромкам) саженаполненного полиимида толщиной 8-10 мкм (0,008-0,01 мм), предназначен для увеличения электропроводности и механической прочности полиимидной пленки при изгибе, а также для пайки токовыводов к полиимидной пленке;

шестой слой из фторопласта-26, полученного из растворов в ацетоне, этилацетате и циклогексаноне, взятых в соотношении 1:1:1 по объему, толщиной 3-5 мкм (0,003-0,005 мм), препятствует окислению токоподводящих шин, механически закрепляет токоподводящие шины на поверхности полиимидной пленки, создает эластичный буферный слой между токопроводящей полиимидной пленкой и металлизированным лавсаном;

седьмой слой из металлизированного (А1) лавсана толщиной 30-40 мкм (0,03-0,04 мм), предназначен для выравнивания температуры на поверхности тепловыделяющего слоя;

восьмой слой из ламинатной пленки из лавсана толщиной 200 мкм (0,2 мм), предназначен для придания жесткости, гибкости, прочности при изгибе и влагостойкости стельки;

девятый слой из износостойкого, теплопроводного нетканого материала на основе лавсана толщиной 1000-2000 мкм (1-2 мм), предназначен для интенсивной передачи тепла к ноге, а также обеспечивает гигиеничность.

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

Толщина первого слоя составляет 2-5 мм, второго - 0,1-0,3 мм, третьего - 0,03-0,05 мм, четвертого - 0,01 мм, пятого - 0,008-0,01 мм, шестого - 0,003-0,005 мм, седьмого - 0,03-0,04 мм, восьмого - 0,2 мм, девятого - 1-2 мм.

Сочетание высокой термостойкости полиимида (температура его длительной эксплуатации 250°С и выше) и низкой электропроводности сажесодержащего слоя (его удельная объемная электропроводность составляет 4-5·10^-3 Ом·м) позволяет использовать этот гибкий прочный дублированный пленочный материал в качестве маломощного источника тепла, при условии пропускания по токопроводящему слою материала переменного или постоянного электрического тока. Температура нагрева материала зависит от плотности тока, протекающего по токопроводящему слою пленки, которая напрямую связана с величиной электрического напряжения, подводимого к специально формируемым токоподводящим шинам, предварительно нанесенным на кромки токопроводящего слоя материала.

Задавая величину питающего напряжения, можно регулировать тепловыделение пленочного нагревателя, а значит, и его температуру. Величину напряжения электрического питания можно изменять в широких пределах, например, от 220 В промышленной частоты 50 Гц до нескольких вольт переменного тока, десятков вольт постоянного тока (от автономных источников питания самого разного назначения, габаритов и электрохимических систем с напряжением 9-48 и более вольт).

Омическое сопротивление пленочного нагревателя определенной формы с токопроводящим слоем толщиной 0,01 мм может быть рассчитано по известным в электротехнике формулам и затем непосредственно измерено после изготовления конкретного нагревательного устройства и нанесения на него токопроводящих шин.

Использован термостойкий, гибкий, прочный, электропроводный дублированный полимерный материал на основе полиимида в качестве нового современного тепловыделяющего средства для местного локального обогрева элементов экипировки личного состава спецподразделений.

Обувные стельки с токопроводящим слоем способны нагреваться и таким образом обогревать внутренний объем обуви (ступни) до комфортной температуры (30-50°С) при питании 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. С учетом потребляемой мощности электрическая емкость носимого источника тока на 8-10 часов эксплуатации без подзарядки не должна превышать величины порядка 3 А·час (его масса не должна быть более 350 г и определяется электрохимической системой самого автономного источника питания).

Таблица.
Технические характеристики устройства.Стелька с тепловыделяющим элементом: Температура внешней поверхности обогреваемых стелек (при напряжении питания 12 В), °Сдо 50Толщина полимерного тепловыделяющего элемента, мм-0,5Мощность одного тепловыделяющего элемента, Втдо 3,0Габариты ламинированного тепловыделяющего элемента, мм200×30Вес стельки с тепловыделяющим элементом, гне более 35Источник питания (аккумуляторного типа): Напряжение, В12-15Время работы с одной стелькой, чне менее 8Габаритные размеры источника питания, мм82×51×30Вес носимого источника питания на одну стельку, гне более 350Зарядное устройство (с вольтметром): Напряжение питания зарядного устройства (питание от бытовой электросети), В220Напряжение на выходе зарядного устройства, Вне менее 13,2Величина зарядного электрического тока, мАдо 180Габаритные размеры зарядного устройства, мм164×77×45Вес зарядного устройства, г990Пределы измерения вольтметра, Вот 0 до 15

Возможно использование обувных стелек для обуви любого стандартного и нестандартного фасона, которые должны быть снабжены специальными маломощными электропроводными плоскими гибкими тонкими электрообогреваемыми полимерными нагревательными элементами. Эти элементы могут быть вклеены вместе со стельками в обувь, вложены вместе со стельками, находясь внутри них, пришиты или приклеены к ним и др.

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

Суммарное время непрерывного обогрева обувных стелек определяется электрической емкостью используемого источника тока. Например, источник тока, имеющий электрическую емкость 2 А·ч, при токе разряда 200 мА, способен обогревать ноги (генерировать тепло) непрерывно в течение 7-8 и более часов.

Реально же суммарное время использования обогревателей может быть увеличено. Если нет необходимости в непрерывном обогреве ног, то включать и отключать обогрев можно периодически, по собственным ощущениям, и тем самым экономить электроэнергию автономного источника тока. При выполнении интенсивных физических усилий или при прыжково-беговых нагрузках для того, чтобы снять лишнюю нагрузку с ног, источник питания целесообразно отключить, вынуть из кармана ботинка или пояса и положить в карманы куртки или в вещмешок.

При указанных выше электрических параметрах источников энергии и потребляемого электрического тока нагрев стелек, вложенных в обувь, может достигать температуры 35-50°С. Целесообразно, в ряде случаев, использование специально обогреваемых стелек 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.

Электрическое подключение тепловыделяющих элементов, помещенных в обувь, к источнику электроэнергии, расположенному, например, на поясном ремне или вмонтированному в голенище сапога или ботинка, коммутирование двух нагревателей с целью параллельного или последовательного их подключения к источнику тока осуществляется с помощью тонких электрических проводников со специальными наконечниками и не представляет технических затруднений.

При использовании обогреваемых стелек 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 целей обогрева стелек. Они надежны, малогабаритны и подходят по всем своим электрическим параметрам, питаются они от сети 220 В переменного тока, т.е. от городской электрической сети.

С учетом применения низкого электрического напряжения при любых вариантах потенциального использования тепловыделяющих стелек для обуви они естественно являются для человека совершенно электробезопасными.

Зарядка источника питания 3 (фиг.3) осуществляется с помощью зарядного устройства 8. Для этого необходимо подключить зарядное устройство к сети переменного тока (розетке) частотой 50 Гц. Соединить наконечники (7) на источнике питания (3) и зарядном устройстве (8) между собой. Перевести переключатель на источнике питания в положение ВКЛ. Если источник питания подключен к зарядному устройству правильно, то на корпусе зарядного устройства загорится сигнальная лампа. Зарядка источника питания осуществляется в течение 1-15 часов в зависимости от степени разрядки источника питания. Контроль полноты зарядки источника питания проверяют вольтметром 9. Для этого вольтметр подсоединяют к источнику питания и переводят переключатель на источнике питания в положение ВКЛ. Полностью заряженный источник питания должен иметь напряжение (в отсутствии нагрузки) не менее 12 В (фиг.4).

При эксплуатации обуви с устройством в случае нарушения нормальной работы стелек по подогреву обуви необходимо проверить напряжение источника питания с помощью вольтметра, соединив наконечники на источнике питания и вольтметре между собой. Если показания вольтметра ниже 12 В, то источник питания необходимо зарядить. Для этого необходимо открыть клапан кармана 2 и перевести переключатель в положение ВЫКЛ., достать источник питания из кармана и разъединить наконечники (8). После чего подсоединить к зарядному устройству (8) и зарядить (фиг.3). Периодичность зарядки источника питания (3) зависит от степени разряженности источника питания и времени выполнения личным составом поставленной задачи. Если планируется выполнение личным составом поставленной задачи с работающим устройством более 5 часов, то источник питания (3) должен быть заряжен полностью. При выполнении задач с продолжительностью более 10 часов целесообразно взять второй комплект заряженных источников питания.

Источник питания должен размещаться в кармане (при размещении его на голенище ботинка) достаточно плотно, без лишнего люфта. Высота внешней стенки кармана должна быть на 1 см ниже глубины посадки источника питания, наподобие сигаретной пачки, чтобы его можно было легко достать из него для зарядки.

Для монтажа устройства необходимо в ботинок 1 вложить стельку с тепловыделяющим элементом 4 темной стороной с отверстиями вверх (фиг.2). Продеть тонкие электрические провода (6) со специальным наконечником (7) через отверстие, диаметром 1,0 см, проделанное с внутренней стороны ботинка в карман 2 так, чтобы нижний край отверстия был выше на 0,5 см от нижнего шва кармана. Расположить провода (6) от стельки (4) внутри ботинка так, чтобы они не мешали при ходьбе, и приклеить их скотчем к внутренней поверхности ботинка. Соединить наконечники (7) на проводах от стельки и источнике питания между собой. Поместить источник питания 3 в карман 2 так, чтобы переключатель находился вверху. Перевести переключатель в положение ВКЛ. И плотно закрыть карман клапаном. Для экономии тепловыделения источника питания, если нет необходимости в непрерывном обогреве ног, источник питания (3) можно периодически включать и отключать.

Подключение контактов к стельке.

На края дублированной полиимидной пленки толщиной 0,04-0,06 мм, состоящей из двух слоев (ПИ толщиной 0,03-0,05 мм + сажесодержащий полиимидный слой толщиной 0,01 мм) гальваническим путем наносятся медные (Cu) или никелевые (Ni) токоподводящие шины в виде полосок шириной 4-5 мм, толщиной 0,008-0,01 мм. После этого на расстоянии приблизительно 10 мм от края дублированной пленки параллельно друг другу к шинам припаивают медные многожильные провода во фторопластовой (термостойкой) изоляции диаметром 1-1,5 мм. Из никелевой фольги толщиной 0,1 мм вырезают 2 полоски шириной 5 мм и длиной 10 мм, одна из сторон полосок лудится оловом для прочного контакта полоски с шиной в месте пайки проводов. Полоски сгибаются пополам так, чтобы луженая сторона находилась внутри образовавшейся скобки. На противоположную сторону дублированной полиимидной пленки параллельно месту пайки проводов к шинам приклеивается полоска полиимидного скотча с липким слоем (на основе кремнийорганической смолы) для предохранения замыкания электрической цепи стельки. Затем место контакта проводов и шины обжимают скобками и сверху прижимают нагретым паяльником, тем самым спаивают никелевую полоску, провод и шинку между собой, в результате чего получается прочное соединение между проводами и дублированной полиимидной пленкой.

Изобретение относится к обувному производству и может быть использовано при работе людей вне помещений для подогрева обуви при низкой температуре окружающей среды. Обогреваемая обувь содержит устройство для обогрева стопы. Электронагревательный элемент выполнен в многослойной стельке и соединен токопроводом с малогабаритным источником питания, снабженным переключателем. Стелька выполнена из девяти слоев. При этом пятый снизу слой выполнен из токопроводящих шин из меди или никеля. Остальные слои выполнены из полимерных материалов. Повышаются эксплуатационные свойства обуви. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Обогреваемая обувь, содержащая устройство для обогрева стопы, включающее многослойную стельку с электронагревательным элементом, снабженным контактами, малогабаритный источник питания и токопровод, связанный с контактами, отличающаяся тем, что стелька выполнена из девяти слоев, расположенных в следующей последовательности снизу вверх: первый слой из теплоизолирующего нетканого материала на основе лавсана, второй слой из ламинатной пленки из лавсана, третий слой из полиимидной пленки, четвертый - саженаполненный слой, пятый слой из токопроводящих шин из меди или никеля, шестой слой из фторопласта-26, полученного из растворов в ацетоне, этилацетате и циклогексаноне, 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.2. Обувь по п.1, отличающаяся тем, что толщина первого слоя составляет 2-5 мм, второго - 0,1-0,3 мм, третьего - 0,03-0,05 мм, четвертого - 0,01 мм, пятого - 0,008-0,01 мм, шестого - 0,003-0,005 мм, седьмого - 0,03-0,04 мм, восьмого - 0,2 мм, девятого - 1-2 мм.3. Обувь по п.1, отличающаяся тем, что малогабаритный источник питания вмонтирован в голенище.4. Обувь по п.1, отличающаяся тем, что малогабаритный источник питания вмонтирован в каблук.5. Обувь по п.1, отличающаяся тем, что малогабаритный источник питания находится вне обуви, например на поясном ремне.