Home (English)

На главную страницу (русский)

ГОЛОВНОЙ УБОР С ПОДДЕРЖАНИЕМ БЛАГОПРИЯТНОГО МИКРОКЛИМАТА ВО ВНУТРЕННЕМ ОБЪЕМЕ

HEADGEAR MAINTAINING FAVORABLE MICROCLIMATE IN ITS INTERNAL VOLUME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

FIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к головным уборам (включая защитные приспособления для головы), обеспечивающим благоприятный микроклимат во внутреннем объеме головного убора (защитного приспособления).

The present invention relates to headgear (including protective devices for the head) creating favorable microclimate in the internal volume of the headgear (protective device).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

BACKGROUND OF THE INVENTION

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

The human body continually generates thermal energy which should be released into the environment. In hot weather, the organism is additionally heated due to high ambient temperature and solar radiation which increases load on the organism’s thermoregulatory systems. Traditional headwear protects against solar radiation and, to some degree, against high ambient temperature while hindering the release of the body’s own heat.

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

A number of apparatuses were proposed using the heat pump principle (usually based on thermoelectric phenomena, for example the Peltier effect) for further cooling of the human body: headgear with a built-in heat pump whose cold side is directed at the human body and whose hot side is directed outside into the environment. Heat exchangers (usually made of metal with a large surface area due to presence of fins) are usually provided, sometimes supplemented with mechanical fans, in order to improve heat transfer on the cold and/or hot side.

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

A drawback of prior art is that it does not provide an optimal solution to the main task: creating a favorable microclimate while ensuring that the headgear is not too heavy and the apparatus operation is reliable.

Так, во многих устройствах использовано контактное охлаждение. Например, патент US 4551857 A предусматривает прямой контакт холодной металлической полосы со лбом пользователя. В патенте EP 0050473 A2 с телом человека контактируют холодные стороны элементов 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 поверхности – может быть вреден для здоровья.

Thus, many apparatuses use contact cooling. For example, US patent number 4551857A requires direct contact of a cold metal strip with the forehead. According to patent number EP0050473A2, the human body is contacted by the cold sides of Peltier cells or heat pipes. However, larger part of most people’s heads is covered by hair, and contact with a small area (forehead) does not result in significant cooling or, in case of a very low temperature of the cooling surface, may be detrimental to health.

В патенте US 9175887 в качестве теплообменника с холодной стороны предложено использовать графитовую ткань. Однако в данном случае площадь контакта охлаждающей поверхности с кожей пользователя 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 являются неравномерное охлаждение и, возможно, вред для здоровья.

The US patent number 9175887 proposes to use graphite cloth as a cold-side head exchanger. However, the area of contact between cooling surface and the wearer’s skin can vary over a wide range as different people (or the same person depending on a particular haircut) can have very different hairs, from a complete lack thereof to a very thick hair. Cooling conditions in areas of direct contact are substantially different from cooling conditions in areas where there is no direct contact between cooling surface and wearer’s skin, which results in uneven cooling and, possibly, detriment to health.

Еще один недостаток контактных устройств заключается в том, что при отключении питания модуля Пельтье контактирующая с кожей поверхность может нагреваться за счет естественного переноса тепла с горячей стороны на холодную, что может создавать неприятные ощущения или повреждать кожу пользователя.

Another drawback of contact apparatuses is that de-energizing a Peltier cell may heat the surface in contact with the skin due to natural thermal flow from the hot side to cold side, which can cause discomfort or skin damage.

Бесконтактное охлаждающее устройство описано в патенте RU 2235490 C1 (по данному признаку это устройство является наиболее близким аналогом изобретения): термоэлектрическое устройство, в данном патенте названное «термобатареей», размещено между слоями двухслойной шляпы-сомбреро. Одним из недостатков данного устройства является отсутствие теплообменников на горячей и холодной стороне термобатареи.

A contactless cooling apparatus is described in patent number RU 2235490 C1 (this is the most similar analog according to this feature): a thermoelectric device, referred to as thermopile therein, is placed between the layers of a two-layer sombrero. One drawback of this apparatus is lack of heat exchangers on the hot and cold sides of the thermopile.

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

Effective operation of a thermoelectric device generally requires effective heat exchangers on its cold and hot sides (usually made of metal with large surface area) which increases the mass of the headgear. Some apparatuses (e.g. US patent number 7571615) use fans to cool the heat exchanger on the hot side of the thermoelectric device. This reduces the dimensions and mass of said heat exchanger, however the fact that it has moving parts reduces reliability, especially in dusty or humid environment, and makes the headgear less esthetic.

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

Heavy parts require the headgear to have a strong supporting structure. Strong elements of the supporting structure further contribute to the total mass of the headgear.

Задача изобретения – создание однородного благоприятного микроклимата во внутреннем объеме головного убора без угрозы для здоровья при умеренной массе головного убора и надежной работе устройства.

The object of this invention is to create favorable microclimate in the internal volume of headgear of a limited mass with a reliably operating apparatus and without threat to the wearer’s health.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

SUMMARY OF THE INVENTION

Home (English)

На главную страницу (русский)