Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
HEADGEAR WHICH MAINTAINS A COMFORTABLE INTERNAL MICROCLIMATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/171586
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to headgear (including protective devices for the head), which ensure a comfortable microclimate inside the headgear (protective device). The invention constitutes an item of headgear with one, or several, heat pumps. Heat exchangers are provided at the cold and hot ends of the heat pumps, furthermore the heat exchangers at the hot or cold ends, or at both ends, are combined with the supporting structure of the headgear. A clearance is created between the head of the user and the heat exchangers. The technical result consists of creating a uniform and comfortable microclimate inside the headgear, without endangering health, where the headgear is of moderate mass and the device is operates reliably.

Inventors:
KAZAKOV, Denis Valerevich (Leonovskoe shosse, 6/7-5mikroraion Kuchino, Balashikh, Moskovskaya obl. 2, 143982, RU)
Application Number:
RU2017/000168
Publication Date:
October 05, 2017
Filing Date:
March 24, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KAZAKOV, Denis Valerevich (Leonovskoe shosse, 6/7-5mikroraion Kuchino, Balashikh, Moskovskaya obl. 2, 143982, RU)
International Classes:
A42B3/00
Foreign References:
US20100005572A12010-01-14
US4549541A1985-10-29
USRE36242E1999-06-29
US5146757A1992-09-15
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Головной убор, обеспечивающий поддержание благоприятного мик- роклимата во внутреннем объеме головного убора и включающий:

- несущую конструкцию головного убора, выполненную из ма- териала с высокой теплопроводностью либо имеющую части, обращенные к голове пользователя и изготовленные из мате- риала с высокой теплопроводностью;

- средства, создающие зазор между несущей конструкцией и головой пользователя и обеспечивающие свободный тепло- обмен между поверхностью головы и несущей конструкцией;

- наружную теплоизоляцию несущей конструкции;

- один или несколько тепловых насосов, установленных в проемы теплоизоляции, причем одна из сторон тепловых насосов находится в тепловом контакте с несущей конструк- цией либо с частями несущей конструкции, имеющими высо- кую теплопроводность;

- один или несколько теплообменников, находящихся в тепло- вом контакте со вторыми сторонами теплового насоса и обес- печивающих теплообмен между тепловыми насосами и окру- жающей средой;

- устройство, снабжающее энергией тепловые насосы, причем таким устройством может быть аккумуляторная и (или) сол- нечная батарея или иной прибор;

- средства для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией.

2. Головной убор по п. 1 , в котором средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией, обеспечивает изменение направления теплового потока, создаваемого тепловыми насосами, на обратное.

3. Головной убор по п. 1 , в котором для защиты от прикосновений к наружным нагревающимся частям предусмотрено устройство, обес- печивающее свободную циркуляцию воздуха, но не допускающее прямого контакта с данными частями.

4. Головной убор по п. 1 , в котором несущая конструкция также может быть использована для защиты головы от механических воздействий.

5. Головной убор по п. 1 , в котором предусмотрен обмен воздухом между внутренним объемом головного убора и окружающей средой. 6. Головной убор по п. 1 , в котором теплообменники, обеспечивающие теплообмен с окружающей средой, также являются частью несущей конструкции головного убора.

7. Головной убор, обеспечивающий поддержание благоприятного мик- роклимата во внутреннем объеме головного убора и включающий:

- несущую конструкцию головного убора, выполненную из ма- териала с высокой теплопроводностью либо имеющую части, обращенные наружу и изготовленные из материала с высокой теплопроводностью;

- внутреннюю теплоизоляцию несущей конструкции;

- один или несколько тепловых насосов, установленных в проемы теплоизоляции, причем одна из сторон тепловых насосов находится в тепловом контакте с несущей конструк- цией либо с частями несущей конструкции, имеющими высо- кую теплопроводность;

- один или несколько теплообменников, находящихся в тепло- вом контакте со вторыми с торонами теплового насоса и обес- печивающих теплообмен между тепловыми насосами и внут- ренним объемом головного убора, причем указанная тепло- изоляция разделяет несущую конструкцию и данные тепло- обменники, обеспечивающие теплообмен между тепловыми насосами и внутренним объемом головного убора;

- средства, которые создают зазор и обеспечивают свободный теплообмен между головой пользователя и теплообменника- ми, обеспечивающими теплообмен между тепловыми насоса- ми и внутренним объемом головного убора;

- устройство, снабжающее энергией тепловые насосы, причем таким устройством может быть аккумуляторная и (или) сол- нечная батарея или иной прибор;

- средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией.

8. Головной убор по п. 7, в котором средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией, обеспечивает изменение направления теплового потока, создаваемого тепловыми насосами, на обратное.

9. Головной убор по п. 7, в котором для защиты от прикосновений к наружным нагревающимся частям предусмотрено устройство, обес- печивающее свободную циркуляцию воздуха, но не допускающее прямого контакта с данными частями.

10. Головной убор по п. 7, в котором несущая конструкция также может быть использована для защиты головы от механических воздействий.

1 1. Головной убор по п. 7, в котором предусмотрен обмен воздухом между внутренним объемом головного убора и окружающей средой. 12. Головной убор по п. 7, в котором теплообменники, обеспечивающие теплообмен между тепловыми насосами и внутренним объемом го- ловного убора, также являются частью несущей конструкции голов- ного убора.

ИЗМЕНЁННАЯ ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

получена Международным бюро 30 августа 2017 (30.08.2017)

1. Головной убор, обеспечивающий поддержание благоприятного мик- роклимата во внутреннем объеме головного убора и включающий:

- несущую конструкцию головного убора, выполненную из ма- териала с высокой теплопроводностью либо имеющую части, обращенные к голове пользователя и изготовленные из мате- риала с высокой теплопроводностью;

- средства, создающие зазор между несущей конструкцией и головой пользователя и обеспечивающие свободный тепло- обмен между поверхностью головы и несущей конструкцией;

- наружную теплоизоляцию несущей конструкции;

- один или несколько тепловых насосов, установленных в проемы теплоизоляции, причем одна из сторон тепловых насосов находится в тепловом контакте с несущей конструк- цией либо с частями несущей конструкции, имеющими высо- кую теплопроводность;

- один или несколько теплообменников, находящихся в тепло- вом контакте со вторыми сторонами теплового насоса и обес- печивающих теплообмен между тепловыми насосами и окру- жающей средой;

- устройство, снабжающее энергией тепловые насосы, причем таким устройством может быть аккумуляторная и (или) сол- нечная батарея;

- средства для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией.

2. Головной убор по п. 1, в котором средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией, обеспечивает изменение направления теплового потока, создаваемого ю

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19) тепловыми насосами, на обратное.

Головной убор по п. 1 , в котором для защиты от прикосновений к наружным нагревающимся частям предусмотрено устройство, обес- печивающее свободную циркуляцию воздуха, но не допускающее прямого контакта с данными частями.

Головной убор по п. 1 , в котором несущая конструкция также может быть использована для защиты головы от механических воздействий. Головной убор по п. 1, в котором предусмотрен обмен воздухом между внутренним объемом головного убора и окружающей средой. Головной убор по п. 1, в котором теплообменники, обеспечивающие теплообмен с окружающей средой, также являются частью несущей конструкции головного убора.

Головной убор, обеспечивающий поддержание благоприятного мик- роклимата во внутреннем объеме головного убора и включающий:

- несущую конструкцию головного убора, выполненную из ма- териала с высокой теплопроводностью либо имеющую части, обращенные наружу и изготовленные из материала с высокой теплопроводностью ;

- внутреннюю теплоизоляцию несущей конструкции;

- один или несколько тепловых насосов, установленных в проемы теплоизоляции, причем одна из сторон тепловых насосов находится в тепловом контакте с несущей конструк- цией либо с частями несущей конструкции, имеющими высо- кую теплопроводность;

- один или несколько теплообменников, находящихся в тепло- вом контакте со вторыми сторонами теплового насоса и обес- печивающих теплообмен между тепловыми насосами и внут- ренним объемом головного убора, причем указанная тепло-

11

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19) изоляция разделяет несущую конструкцию и данные тепло- обменники, обеспечивающие теплообмен между тепловыми насосами и внутренним объемом головного убора;

- средства, которые создают зазор и обеспечивают свободный теплообмен между головой пользователя и теплообменника- ми, обеспечивающими теплообмен между тепловыми насоса- ми и внутренним объемом головного убора;

- устройство, снабжающее энергией тепловые насосы, причем таким устройством может быть аккумуляторная и (или) сол- нечная батарея;

- средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией.

8. Головной убор по п. 7, в котором средство для управления тепловыми насосами и устройством, снабжающим тепловые насосы энергией, обеспечивает изменение направления теплового потока, создаваемого тепловыми насосами, на обратное.

9. Головной убор по п. 7, в котором для защиты от прикосновений к наружным нагревающимся частям предусмотрено устройство, обес- печивающее свободную циркуляцию воздуха, но не допускающее прямого контакта с данными частями.

Ю.Головной убор по п. 7, в котором несущая конструкция также может быть использована для защиты головы от механических воздействий.

11. Головной убор по п. 7, в котором предусмотрен обмен воздухом между внутренним объемом головного убора и окружающей средой.

12. Головной убор по п. 7, в котором теплообменники, обеспечивающие теплообмен между тепловыми насосами и внутренним объемом го- ловного убора, также являются частью несущей конструкции голов- ного убора.

12

ИЗМЕНЁННЫЙ ЛИСТ (СТАТЬЯ 19)

Description:
ГОЛОВНОЙ УБОР С ПОДДЕРЖАНИЕМ БЛАГОПРИЯТНО- ГО МИКРОКЛИМАТА ВО ВНУТРЕННЕМ ОБЪЕМЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к головным уборам (включая за- щитные приспособления для головы), обеспечивающим благоприятный микроклимат во внутреннем объеме головного убора (защитного при- способления).

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Тело человека постоянно генерирует тепловую энергию, которую необходимо отводить в окружающую среду. В условиях жаркой погоды организм подвергается дополнительному нагреву за счет высокой тем- пературы окружающей среды и воздействия солнечного излучения, что повышает нагрузку на терморегулирующие системы организма. Тради- ционные головные уборы обеспечивают защиту от солнечного излуче- ния и отчасти от повышенной температуры окружающей среды, что од- нако затрудняет отвод собственного тепла тела.

Был предложен ряд устройств, работающих по принципу теплового насоса (как правило на основе термоэлектрических явлений, например, эффекта Пельтье) для дополнительного охлаждения тела человека: в го- ловной убор встроен тепловой насос, причем его холодная сторона об- ращена к телу человека, а горячая - наружу, в окружающую среду. Для улучшения теплообмена на холодной и (или) горячей стороне, как пра- вило, предусматривают теплообменники (обычно из металла с большой площадью поверхности благодаря оребрению), а также иногда вентиля- торы.

Недостатком существующих устройств является то, что они не да- ют оптимального решения основной задачи - создания благоприятного микроклимата при умеренной массе головного убора и надежной работе устройства.

Так, во многих устройствах использовано контактное охлаждение. Например, патент US 455 1857 А предусматривает прямой контакт хо- лодной металлической полосы со лбом пользователя. В патенте ЕР 0050473 А2 с телом человека контактируют холодные стороны элемен- тов Пельтье либо теплопроводящие трубки (heat pipes). Однако большая часть головы у большинства людей покрыта волосяным покровом, и контакт с небольшой площадью (лоб) либо не обеспечивает значимого охлаждения, либо - при очень низкой температуре охлаждающей по- верхности - может быть вреден для здоровья.

В патенте US 9175887 в качестве теплообменника с холодной сто- роны предложено использовать графитовую ткань. Однако в данном случае площадь контакта охлаждающей поверхности с кожей пользова- теля может меняться в широких пределах, так как у разных людей (а также у одного человека в зависимости от стрижки) волосяной покров может быть разным - от полного отсутствия до очень густого покрова. Условия охлаждения на участках, где прямой контакт есть, существенно отличаются от условий охлаждения на участках, где прямого контакта охлаждающей поверхности с кожей пользователя нет. Результатом яв- ляются неравномерное охлаждение и, возможно, вред для здоровья.

Еще один недостаток контактных устройств заключается в том, что при отключении питания модуля Пельтье контактирующая с кожей по- верхность может нагреваться за счет естественного переноса тепла с го- рячей стороны на холодную, что может создавать неприятные ощуще- ния или повреждать кожу пользователя.

Бесконтактное охлаждающее устройство описано в патенте RU 2235490 С 1 (по данному признаку это устройство является наиболее близким аналогом изобретения): термоэлектрическое устройство, в дан- ном патенте названное «термобатареей», размещено между слоями двухслойной шляпы-сомбреро. Одним из недостатков данного устрой- ства является отсутствие теплообменников на горячей и холодной сто- роне термобатареи.

Для эффективной работы термоэлектрического устройства обычно необходимы эффективные теплообменники с холодной и горячей сторо- ны (как правило, металлические с большой площадью поверхнос ти), что увеличивает массу головного убора. В некоторых устройствах (см., например, патент US7571615) для охлаждения теплообменника на горя- чей стороне термоэлектрического устройства используется вентилятор. Это дает возможность использовать теплообменник меньшего размера и массы, однако наличие движущихся деталей снижает надежность, осо- бенно в условиях, когда в окружающей среде присутствуют пыль или влага, а также ухудшает эстетические свойства головного убора.

Наличие массивных деталей требует прочной несущей конструкции головного убора. Прочные элементы несущей конструкции вносят до- полнительный вклад в общую массу головного убора.

Задача изобретения - создание благоприятного микроклимата во внутреннем объеме головного убора без угрозы для здоровья при уме- ренной массе головного убора и надежной работе устройства.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поставленная задача решается путем использования головного убо- ра, снабженного одним или несколькими тепловыми насосами, на хо- лодной и горячей стороне которых предусмотрены теплообменники, причем теплообменники горячей или холодной стороны либо обеих сто- рон совмещены с несущей конструкцией головного убора и путем со- здания зазора между головой пользователя и теплообменниками. Данная конструкция также может быть использована для защиты головы от ме- ханических воздействий. Под «стороной» здесь понимается часть тепло- вого насоса, предназначенная для теплопередачи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры возможных вариантов реализации данного изобретения показаны на рис. 1 и рис. 2.

На рис. 1 показан схематичный разрез головного убора с охлажда- ющим устройством в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения.

На рис. 2 показан схематичный разрез головного убора с охлажда- ющим устройством в соответствии с другим возможным вариантом реа- лизации настоящего изобретения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно одному варианту реализации изобретения, схематично показанному на рис. 1, несущая конструкция 1 головного убора выпол- нена из материала с высокой теплопроводностью либо имеет части, об- ращенные к голове пользователя, из материала с высокой теплопровод- ностью. Приспособления 2 создают зазор между несущей конструкцией 1 и головой пользователя (на рисунке не показана), обеспечивая при этом свободный теплообмен между головой и несущей конструкцией 1 .

Снаружи несущая конструкция 1 отделена от окружающей среды материалом 3 с низкой теплопроводностью. В материале 3 предусмотрен проем для установки теплового насоса 4, холодная сторона которого находится в тепловом контакте с несущей конструкцией 1 либо с ее ча- стями, имеющими высокую теплопроводность. В тепловом контакте с горячей стороной теплового насоса 4 находится теплообменник 5. Для защиты от прикосновений к горячему теплообменнику 5 предусмотрено устройство 6, обеспечивающее свободную циркуляцию воздуха, но не допускающее прямого контакта с горячим теплообменником 5. Устрой- ство 6 может быть выполнено в виде сетки или в ином виде, обеспечи- вающим выполнение указанной функции. Для снабжения энергией теп- лового насоса может быть использована аккумуляторная либо солнечная батарея (на рисунке не показана) либо иной источник питания.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, схематично показанному на рис. 2, несущая конструкция 1 головного убора выполнена из материала с высокой теплопроводностью либо име- ет внутренний слой из материала с высокой теплопроводностью. При- способления 2 создают зазор между несущей конструкцией 1 и головой пользователя (на рисунке не показана), обеспечивая при этом свободный теплообмен между головой и несущей конструкцией 1 .

Снаружи несущей конструкции 1 расположен материал 3 с низкой теплопроводностью. В материале 3 предусмотрен проем для установки теплового насоса 4, холодная сторона которого находится в тепловом контакте с несущей конструкцией 1 либо с ее частями, имеющими высо- кую теплопроводность. В тепловом контакте с горячей стороной тепло- вого насоса 4 находится теплообменник 5, форма которого похожа на форму несущей конструкции 1 . Таким образом, наружная поверхность несущей конструкции 1 и внутренняя поверхность теплообменника 5 полностью разделены материалом с низкой теплопроводностью 3. Теп- лообменник 5 также может участвовать в обеспечении прочности голов- ного убора вместе с несущей поверхностью 1 . Для снабжения энергией теплового насоса может быть использована аккумуляторная либо сол- нечная батарея (на рисунке не показана) либо иной источник питания.

Согласно еще одному варианту реализации (на рисунках не пока- зан) с несущей конструкцией головного убора совмещен теплообменник, находящийся в тепловом контакте с горячей стороной теплового насоса.

Настоящее изобретение также может быть использовано в качестве средства защиты головы от механических воздействий (в качестве каски, шлема).

При отключении питания изобретение функционирует как обычный головной убор.

При работе теплового насоса в обратном направлении (при проти- воположном направлении теплового потока, создаваемого тепловым насосом) изобретение может быть использовано для обогрева.

Головной убор также может иметь средства защиты от солнца (ко- зырек, поля) и прочие необходимые части (на рисунках не показаны).

Изложенные выше варианты реализации изобретения имеют не ограничительный, а лишь иллюстративный характер, и возможны другие реализации настоящего изобретения без отступления от его сущности и объема.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Изобретение может быть использовано в легкой промышленности для производства головных уборов (защитных устройств) с функцией поддержания благоприятного микроклимата во внутреннем объеме го- ловного убора. Такие головные уборы (защитные устройства) могут быть использованы в случаях, когда необходима защита от неблагопри- ятных климатических факторов окружающей среды.