CZ16796U1 - Zarízení na úpravu teploty - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení na úpravu teploty, spojeného s částmi oděvu a/nebo podobnou ochrannou výstrojí, která je připojena a zčásti pokrývá tělo živé bytosti, zejména lidské bytosti, vybaveného zařízením na vyvíjení tepelné energie a teplosměnným zařízením v tepelném styku s ním, poskytujícího tepelnou energii tělu nebo odebírajícího ji od něj.

Dosavadní stav techniky

Bylo učiněno několik pokusů vyloučit nebo snížit fyziologicky nepříznivé účinky nadměrně horké nebo chladné okolní teploty na osoby pracující trvale venku s pomocí například částí oděvů. Tomuto účelu slouží buď oděvní výrobky vyrobené z tepelně izolujícího materiálu nebo zahrnující vložky vyrobené z takového materiálu nebo u několika řešení, za pomoci elektrické energie, přičemž elektrické ohřívací jednotky jsou umístěny uvnitř části oděvu nebo pokrývky, občas jako vrstva tvořící vnější vložku, která je připojena ke zdroji proudu, nejčastěji k akumulátorovým jednotkám, které jsou také přidruženy k těmto částem oděvu. Řešení tohoto typu jsou popsána například v patentových přihláškách BG 568 699, GB 163 205 a US 2003/0131840. Běžným znakem takových řešení je, že jejich účinný výstup značně závisí na energetickém zdroji samotném a vyšší účinnost na delší dobu vyžaduje vyšší kapacitu akumulátorů, ale jejich zahrnutí do částí oděvů nebo jejich nošení nějakým způsobem spolu s částmi oděvů klade vážná omezení a meze na toho, kdo tyto části oděvů nosí a je to obvykle dosti únavné.

Dalším běžným řešením je ohřát vzduch spalováním paliv nějakého druhu a vést ohřátý vzduch do oděvu nebo pod něj. Ohřev se provádí malým přenosným vytápěcím zařízením, které vyvíjí teplo potřebné pro ohřívací proces, obvykle spalováním alkoholu nebo ropného derivátu nějakého druhu. Osoba nosící tyto části oděvu obvykle musí obléci a nést toto zařízení na zádech jako nějaký batoh, což je nepohodlné a rovněž spojené s nezanedbatelným požárním rizikem.

S ohledem na výše uvedené je úkolem nalézt řešení zabezpečující to, že s pomocí zařízení podle tohoto technického řešení bude osoba schopna existovat v extrémně horké nebo chladné okolní teplotě po relativně dlouhou dobu, a také to, že příslušné zařízení bude malé, pohodlné, flexibilní při používání a relativně vysoce účinné.

Podstata technického řešení

Tento úkol splňuje zařízení na úpravu teploty, spojené s částmi oděvu a/nebo podobnou ochrannou výstrojí, která je připojena a zčásti pokrývá tělo živé bytosti, zejména lidské bytosti a vybavené zařízením na vyvíjení tepelné energie a teplosměnným zařízením v tepelném styku s ním, poskytujícím tepelnou energii tělu nebo odebírající ji od něj, přičemž teplosměnné zařízení je vložka zkonstruovaná jako ohebná hadice obsahující a dopravující kapalné teplosměnné médium, která je upevněna jako had z hadice pod vnitřní podšívkou oděvu, přičemž se teplosměnné médium sestává z vody a/nebo nemrznoucí kapaliny, vedené v průchodu teplosměnným blokem, vytvořeným v zařízení na vyvíjení tepelné energie, kterým je malý přenosný propanbutanový hořák, uspořádaný jako zapouzdřený v pouzdru, které je tepelně izolováno od prostředí a připojeno k jedné straně teplosměnného bloku mezi vodou a vzduchem.

Podle výhodného provedení navrhovaného zařízení je hadice vytvořena jako silikonová hadice s průměrem 5 až 10 mm.

Také je výhodné pro hadici, aby byla vedena také v částech oděvu, které pokrývají končetiny.

Také je výhodné, jestliže je malý přenosný propan-butanový hořák páječka na plyn.

Také je výhodné podle technického řešení, jestliže je páječka na plyn zabudována odděleně do pouzdra, zkonstruovaného na tento účel.

- 1 CZ 16796 Ul

Pro předmětné zařízení je výhodné, jestliže je pouzdro samotné tepelně izolováno.

Podle výhodného provedení předmětného zařízení je páječka na plyn regulována termostatem. Je-li tomu tak, je možné udržovat předem stanovenou hodnotu teploty bez ohledu na zásahy nositele a bez ohledu na zvýšení nebo snížení okolní teploty.

Když se používá zařízení na úpravu teploty, aktivace zařízení na vyvíjení tepelné energie spouští proces, při němž se teplosměnné médium ohřívá v teplosměnném zařízení a cirkuluje v hadicovém systému především nucenou cirkulací nebo příležitostně gravitací, čímž ohřívá osobu, která nese toto zařízení. Regulací spalování/výkonu přístroje, který vyvíjí tepelnou energii, se dá teplota oděvu seřídit podle klimatických podmínek prostředí.

Vytýčený úkol byl dále splněn zařízením na úpravu teploty, spojeným s částmi oděvu a/nebo podobnou ochrannou výstrojí, která je připojena a z části pokrývá tělo živé bytosti, zejména lidské bytosti, a vybaveným zařízením na vyvíjení tepelné energie a teplosměnným zařízením v tepelném styku s ním, poskytujícím tepelnou energii tělu nebo odebírající ji od něj, přičemž je teplosměnné zařízení vložka zkonstruovaná jako ohebná hadice obsahující a dopravující kapalné teplosměnné médium, která je upevněna jako had z hadice pod vnitřní podšívkou oděvu, přičemž se teplosměnné médium sestává z vody a/nebo nemrznoucí kapaliny, vedené zařízením na vyvíjení tepelné energie, které je realizováno jako teplosměnný had z hadice, která je v tepelném styku s obvodem chladicí vody nebo se systémem výfukové trubky vozidla vybaveného motorem s vnitřním spalováním, jako je motorka, a používající jeho teplo k ohřevu v ní cirkulujícího teplosměnného media.

Podle výhodného provedení navrhovaného zařízení je hadice vyrobena jako silikonová hadice s průměrem 5 až 10 mm.

Pro hadici je také výhodné, aby byla také vedena v těch částech oděvu, které pokrývají končetiny.

Podle výhodného provedení navrhovaného zařízení je teplosměnný had z hadice regulován termostatem. Je-li tomu tak, je možné udržovat předem stanovenou hodnotu teploty bez ohledu na zásah nositele a bez ohledu na jakékoliv zvýšení nebo pokles okolní teploty.

Přehled obrázků na výkresech

V následujícím bude navrhované řešení popsáno podrobně s odkazem na přiložené výkresy, znázorňující příkladné provedení navrhovaného zařízení, přičemž obr. 1 znázorňuje příklad použití možného provedení zařízení podle technického řešení ve výrobku, který je svrchní oděv, obr. 2 znázorňuje schéma, částečně v řezu, možného provedení zařízení na vyvíjení tepla navrhovaného zařízení a obr. 3 znázorňuje další možné provedení zařízení podle technického řešení ve spojení s jednotkou tepelného výměníku vozidla, s výhodou motorky.

Příklady provedení

Obr. 1 znázorňuje výhodné, příkladné, realizovatelné provedení navrhovaného zařízení. Jak je to znázorněno, hadice 1, připojená k zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie, uspořádanému nebo nesenému na vnějšku části oděvu nebo nezávisle na něm, je zkonstruována jako had z hadice, který je uvnitř výrobku, který je svrchním oděvem, jako je vesta, kterou má na sobě daná osoba. Obrázek znázorňuje symbolické uspořádání hadice 1 uvnitř oděvního výrobku ale skutečné uspořádání závisí ovšem na dané části oděvu a oblasti využití. Hadice 1 může být zkonstruována jako had z hadice tak, jak je to znázorněno na levé části obrázku, v části oděvu pro paži, tj. umístěna jako spirála v části oděvu pro paži, ale také tak, jak je to zobrazeno na pravé straně obrázku, kde je hadice I vytvarována jako had z trubky, který je rovnoběžný s částí oděvu pro paži. Hustota kladení hadice 1 se volí vždy jako funkce oblasti využití a také tak, jak si to přeje osoba, která je nositelem, protože tepelná kapacita, která bude přenášena zařízením podle technického řešení

-2CZ 16796 Ul nositeli oděvu v daném případě nebo odebírána nositeli v případě chlazení zčásti závisí na hustotě kladení hadice L

Zkušenost učí, že by hadice I měla být zhotovena z ohebné plastové, s výhodou silikonové hadice s náležitými mechanickými parametry, jakož i teplotním odporem. Podle relevantních experimentů by se měla, aby se dosáhlo specifického úkolu, používat silikonová hadice s průměrem 5 až 10 mm, i když požadovaný účinek se dá zabezpečit také hadicí i menšího průměru. Když se zařízení používá, tak teplosměnné médium prochází skrz zařízení 2 vyvíjející teplo a po přijetí nebo emitování tepelné energie na tomto místě protéká hadicí I. V nejjednodušším případě se používá voda jako teplosměnné médium, ačkoliv v případě chlazení může být po zvážení ekologických účinků voda smíchána s nemrznoucí kapalinou nebo dokonce být nahrazena neředěnou nemrznoucí kapalinou. Protože je systém uzavřený, jsou pro tento účel dokonale vhodné komerčně dostupné nemrznoucí kapaliny pro provoz vozidel používaných na veřejných komunikacích.

Obr. 1 znázorňuje zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie nebo přesněji pouzdro 3, které ho obsahuje, jenom schematicky, zatímco příklad provedení je podrobněji znázorněn na obr. 2.

U tohoto řešení je zařízení 2 na vyvíjení tepla v pouzdru 3 zařízením vyvíjejícím tepelnou energii spalováním paliv určitého druhu, jako je malý, přenosný propan-butanový hořák nebo přenosná páječka na plyn, tj. páječka 4 na plyn. Taková zařízení, jako páječka 4 na plyn jsou komerčně dostupné na mnoha místech, ale jako příklad budiž uvedena páječka na plyn typu S1300 firmy Steinel nebo páječka typu Pyropen WP1 firmy Weller. Takové páječky na plyn jsou zpravidla vybaveny piezoelektrickým jiskřícím zařízením a zařízením regulujícím výkon. Mají maximální kapacitu v rozsahu 100 až 150 W a pracují s butanem (plyn do zapalovačů), tj. mohou být snadno plněny nebo doplňovány. Hrot 5 páječky 4 na plyn je obvykle spojen s teplosměnným blokem 6, který je také z kovu. Teplosměnný blok 6 obsahuje průchod pro teplosměnné médium, určený ke spojení prostřednictvím spojovacího hrdla 8 k hadici L Jak je to patrné na obr. 2, je teplosměnný blok 6 obklopen tepelnou izolací 9 a páječka 4 na plyn může být uvedena v činnost nebo vypnuta s pomocí spínače 10.

Teplosměnný blok je s výhodou vyroben z mědi nebo hliníku s dobře známou teplosměnnou kapacitou, a průchod 7 v teplosměnném bloku 6 může být buď vytvořen odděleně nebo může být teplosměnný blok 6 složen dohromady z několika částí. V tomto případě může být oddělený průchod 7 pro médium, který je také vyroben s výhodou z mědi, umístěn ve vhodně tvarovaných zářezech teplosměnného bloku 6. Průchod 7 v teplosměnném bloku 6 by měl být samozřejmě co nejdelší, aby se optimálně využila kapacita zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie a ze stejného důvodu je teplosměnný blok 6 pokryt tepelnou izolací 9. Zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie, realizované páječkou 4 na plyn a teplosměnným blokem 6, může být upevněno dobře známým způsobem například přišroubováním v pouzdru 3 tak, že je jeho spojovací hrdlo 8 připojeno k silikonové hadici tvořící hadici i tím, že vyčnívá z vhodných otvorů vyříznutých na pouzdru3.

V případě výše uvedeného řešení, toho nejjednoduššího, teplosměnné médium, např. voda, ohřátá v teplosměnném bloku 6 gravitačně cirkuluje v potrubí 1, ale účinnost a provozní bezpečnost tohoto řešení je adekvátní jenom v několika speciálních případech. Proto navíc k již uvedeným složkám může být do pouzdra 3 vloženo další čerpadlo na kapalinu, ovládané s výhodou baterií nebo akumulátorem, zapojené v sérii, aby se zabezpečila cirkulace kapaliny dobře známým způsobem. Čerpadlem může být každé radiální čerpadlo, axiální čerpadlo, peristaltické čerpadlo atd., provozované na nízké napětí, zvolené pro využití po zvážení kapacitních požadavků a úrovně hluku, které vytváří. K čerpadlům vhodným pro účel zařízeni podle předmětného technického řešení patří například externí čerpadlo firmy Conrad Electronics s názvem „Extra“, distribuované pod objednávkovým číslem 570265.

Pouzdro je s výhodou vyrobeno z tuhého plastu nebo kovu a je určeno k upevnění nějakým známým způsobem ke kusu oděvu obsahujícího hadici 1 nebo k jinému ochrannému oděvu jako je nějaká pokrývka nebo je součástí kusu oděvu samotného nebo je upevněno na osobu, která nese ochrannou výstroj například jako vak na pásu.

-3 CZ 16796 Ul

Realizace hadice 1 jako hadu z hadice, zajišťujícího jeden průchod kapaliny, není jedinou možností, jak zrealizovat navrhované zařízení. Aby se zabránilo ucpávání vytvořením vzduchové zátky nebo nějakým druhem nečistoty a aby se udržoval tok kontinuálně, může být hadice i rozdělena do několika paralelních větví.

Jestliže se používá řešení, které je znázorněno výhradně jako výhodné příkladné provedení, tj. používá se páječka 4 na plyn jako zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie, potom v důsledku malého výstupního výkonu páječky 4 na plyn se kapalina používaná jako teplosměnné médium ohřívá na přibližně 40 až 50 °C a je možné zabezpečit kontinuální provoz na dobu 4 až 6 hodin a tudíž ktomu musí být zvolen odpovídající zdroj proudu pro čerpadlo, které zabezpečuje cirkulaci. Výborně vhodné pro tento účel jsou například nyní používané vysokokapacitní akumulátory NiMh.

Na vypouštění spalin je nutno v pouzdru 3 vytvořit příslušné otvory nebo se dá použít speciální ventilátor na vhánění vzduchu dovnitř pouzdra 3, ačkoli v důsledku poměru 1:15 u používané směsi plynu a vzduchu nepředstavuje použití zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie žádný nepříjemný zápach.

Také je výhodné zkonstruovat místo pro výfuk, jako je trubkové hrdlo na hadici i. Teplosměnné médium za ohřevu expanduje, ale když se vhodně volí materiál hadice 1 (např. jako hadice ze silikonu), není potřeba ani mít expanzní nádržku.

Jestliže se umístí v rozsahu hadice 1 jednotka s čidlem, čidlo nebo termostat na měření teploty v přímé blízkosti hadice i a tato jednotka s čidlem, vedená s výhodou podél hadice I, je připojena k zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie, jako je spínací jednotka řídicí činnost plynové páječky 4, potom v nejjednodušším případě teplota ve stupních, stanovená teplotním čidlem, může být udržovaná v oděvu nebo v ochranné výstroji bez aktivního příspěvku nositele zařízení. Ovšem, že se vedle teplotního čidla dají k elektronickému nastavení požadované teploty v oděvu použít k zabezpečení v kombinaci s teplotním čidlem také jiné seřizovači jednotky.

Podle dalšího výhodného provedení navrhovaného zařízení, znázorněného na obr. 3, je zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie také realizováno jako had z hadice v tepelném styku s vozidlem vybaveným motorem s vnitřním spalováním, jako je například motorka, kde je připojeno na její chladicí okruh nebo na systém výfuku a používá jeho teplo k ohřevu teplosměnného média, které v něm cirkuluje. V takovém případě může být například had z hadice pro účely tepelné výměny, vyrobený z teplu odolávajícího, mechanicky tuhého materiálu, například z kovu, výhodně z mědi, navinut na výfukové trubce motorky nebo připojen k jeho kovovému, teplo vyzařujícímu povrchu způsobem zabezpečujícím přenos tepla, známým v oboru a připojen k hadici 1 jedním z obchodně dostupných, dobře známých rychlospojkových řešení. V tomto případě je možno když se používá motorka, tj. během cesty, zajistit výlučně činností čerpadla umístěného v zařízení 2 na vyvíjení tepelné energie náležitou cirkulaci teplosměnného média a přenášení tepla k osobě, která nosí tuto část oděvu.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení na úpravu teploty, spojené s částmi oděvu a/nebo podobnou ochrannou výstrojí, která je připojena a zčásti pokrývá tělo živé bytosti, zejména lidské bytosti, a vybavené zařízením na vyvíjení tepelné energie a teplosměnným zařízením (6) v tepelném styku s ním, poskytující tepelnou energii tělu nebo odebírající ji od něj, vyznačující se tím, že teplosměnné zařízení je vložka zkonstruovaná jako ohebná hadice (1) obsahující a dopravující kapalné teplosměnné médium, která je upevněna jako had z hadice pod vnitřní podšívkou oděvu, přičemž se teplosměnné médium sestává z vody a/nebo nemrznoucí kapaliny, vedené v průchodu (7) teplosměnným blokem (6), vytvořeným v zařízení (2) na vyvíjení tepelné energie, kterým je malý pře-4CZ 16796 Ul nosný propanbutanový hořák, uspořádaný jako zapouzdřený v pouzdru (3), které je tepelně izolováno od prostředí a připojeno k jedné straně teplosměnného bloku (6) mezi vodou a vzduchem.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je hadice (1) vytvořena jako silikonová hadice (1) s průměrem 5 až 10 mm.

   5
3. 3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je hadice (l) vedena v částech oděvu, které pokrývají končetiny.
4. 4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je malý přenosný propanbutanový hořák páječka na plyn.
5. 5. Zařízení podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že je páječka (4) na plyn ío zabudována odděleně do pouzdra (3), zkonstruovaného na tento účel.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je pouzdro (3) samotné tepelně izolováno.
7. 7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je páječka (4) na plyn regulována termostatem.

   15
8. 8. Zařízení na úpravu teploty, spojené s částmi oděvu a/nebo podobnou ochrannou výstrojí, která je připojena a zčásti pokrývá tělo živé bytosti, zejména lidské bytosti, a vybavené zařízením na vyvíjení tepelné energie a teplosměnným zařízením (6) v tepelném styku s ním, poskytující tepelnou energii tělu nebo odebírající ji od něj, vyznačující se tím, že je teplosměnné zařízení vložka zkonstruovaná jako ohebná hadice (1) obsahující a dopravující kapalné teplo20 směnné médium, která je upevněna jako had z hadice (1) pod vnitřní podšívkou oděvu, přičemž se teplosměnné médium sestává z vody a/nebo nemrznoucí kapaliny, vedené zařízením (2) na vyvíjení tepelné energie, které je realizováno jako teplosměnný had z hadice (1), která je v tepelném styku s obvodem chladicí vody nebo se systémem výfukové trubky vozidla vybaveného motorem s vnitřním spalováním, jako je motorka, a používající jeho teplo k ohřevu v ní

   25 cirkulujícího teplosměnného média.
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že je hadice (1) vyrobena jako silikonová hadice (1) s průměrem 5 až 10 mm.
10. 10. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že je hadice (1) také vedena v těch částech oděvu, které pokrývají končetiny.

    30 11. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že je teplosměnný had z hadice (1) regulován termostatem.