Паропроницаемая вставка для предметов одежды и аксессуаров, предмет одежды и аксессуары с упомянутой вставкой
Паропроницаемая вставка (14, 114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара, содержащая коллекторный элемент (16, 116), выполненный с возможностью поглощать солнечное излучение, оконный элемент (15, 115, 215, 315), который является прозрачным для солнечного излучения, поглощаемого коллекторным элементом, и промежуточное пространство, формируемое между оконным элементом (15, 115, 215, 315) и коллекторным элементом (16, 116), причем коллекторный элемент (16, 116) и оконный элемент (15, 115, 215, 315) располагаются на двух противоположных поверхностях промежуточного пространства. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение относится к паропроницаемой вставке для предметов одежды и аксессуаров, а также к предмету одежды и аксессуару для одежды, которые снабжены упомянутой вставкой.
Для того, чтобы защитить свое тело от атмосферных агентов, таких как снег, дождь, ветер, и в частности холодная погода, человек всегда носил предметы одежды и обуви.
Защита человеческого тела происходит главным образом путем обращения к различным слоям одежды в зависимости от внешней температуры и условий окружающей среды.
Таким образом, достаточно добавить или удалить один или более слоев одежды для того, чтобы достичь оптимальной температуры.
Человек всегда пытался обеспечить предметы одежды, которые гарантируют ему соответствующий тепловой комфорт. Тепловой комфорт определяется в стандарте UNI-EN ISO 7730 как «психическое состояние удовлетворенности по отношению к тепловой среде».
Человеческое тело естественным образом обеспечено механизмами, которые помогают ему термически адаптироваться к окружающей среде, в которой оно находится.
Человек фактически имеет очень эффективную систему саморегулирования, которая поддерживает внутреннюю температуру тела равной приблизительно 37°C. Когда эта температура чрезмерно увеличивается, активизируются два процесса: сначала расширение кровеносных сосудов вызывает увеличение кровотока в коже, а затем начинается стадия потовыделения. Потовыделение представляет собой очень эффективный способ охлаждения, поскольку энергия, затрачиваемая на испарение пота, удаляется из кожи. В частности, увеличение внутренней температуры на несколько десятых долей градуса может стимулировать потовыделение, которое учетверяет рассеивание энергии телом.
Если температура тела чрезмерно уменьшается, первой реакцией является сужение сосудов, которое уменьшает кровоток в коже. Второй реакцией является увеличение производства энергии внутри тела, реализуемое воздействием на мускулы, активирующим дрожь. Эта система также является эффективной и может резко увеличить выработку энергии. Система управления, которая регулирует температуру тела, является чрезвычайно сложной. Две главные группы чувствительных элементов системы управления температурой тела являются известными и расположены в коже и в гипоталамусе. Чувствительный элемент, расположенный в гипоталамусе, активизируется в горячих условиях и включает механизм защиты от тепла, когда внутренняя температура увеличивается выше 37°C. Чувствительные элементы, расположенные в коже, являются чувствительными к холоду, и активируют механизм защиты от холода, когда температура кожи опускается ниже 34°C. Если чувствительные элементы посылают сигналы одновременно, мозг человека ингибирует одну или обе из защитных реакций.
В предшествующем уровне техники известны предметы одежды, которые позволяют обеспечивать надлежащую терморегуляцию тела. В частности, известны предметы одежды, в которых выталкивание наружу влажного теплого воздуха происходит за счет использования главным образом естественной тенденции влажного теплого воздуха подниматься вверх, что известно как феномен конвекции. Среди них патентный документ US 4451934 описывает обеспечение в предмете одежды каналов, через которые снизу вверх проходит влажный теплый воздух. Эти каналы являются открытыми к внутренней части и на концах для того, чтобы они могли получать и удалять влажный теплый воздух, но при этом предмет одежды подвержен попаданию внутрь жидкостей, например, воды, с внешней стороны через открытые концы. Техническое решение, предложенное в патентном документе EP1194049B1 того же заявителя, устраняет этот недостаток, предлагая предмет одежды, который содержит защитную внешнюю оболочку с внутренним слоем, который образует внутреннее пространство. Этот внутренний слой имеет по меньшей мере в тех областях человеческого тела, которые наиболее подвержены потению, отверстия для доступа к внутреннему пространству для влажного теплого воздуха, который направляется в это внутреннее пространство за счет использования эффекта образования тяги (феномена конвекции). Внутренний слой и внешняя оболочка имеют в верхней области предмета одежды отверстия для выхода влажного теплого воздуха, которые объединены со средствами для внешнего удержания воды, загрязнений и т.п.
Однако на эффект образования тяги влияет большая зависимость от температурного градиента, то есть от разницы в температуре между верхней областью предмета одежды, где расположены отверстия для отвода влажного теплого воздуха, и внешней средой. Чем больше этот температурный градиент, тем больше эффект образования тяги. Это вызывает значительное уменьшение тенденции к вытеканию влажного теплого воздуха, например, в самые жаркие дни, поскольку температура внешней среды увеличивается, вызывая уменьшение температурного градиента. В случае, например, постоянной относительной влажности среды, давление благодаря эффекту образования тяги в предмете одежды, произведенном в соответствии с патентным документом EP 1194049 B1, принимает значение 1 Па, когда температура окружающей среды составляет -5°С, уменьшается в два раза до 0,5 Па при 15°C, и падает до 0,36 Па и 0,23 Па соответственно при 20°C и 25°C. Это означает, что при переходе от 15°C к 20°C величина тяги из предмета одежды, которая воздействует на влажный теплый воздух из-за эффекта образования тяги, уменьшается приблизительно на 28%, а при переходе от 20°C к 25°C она уменьшается приблизительно на 36%. Это значение является довольно значительным, учитывая, что в течение дня очень вероятен тепловой скачок от 15°C до 20°С.
Кроме того, если температура внешней среды превысит температуру верхней области предмета одежды, то поток влажного теплого воздуха может поменять свое направление на противоположное. Уменьшение эффекта образования тяги вызывает одновременное увеличение внутренней температуры предмета одежды вследствие уменьшенного выхода влажного теплого воздуха, ухудшение микроклимата в предмете одежды и ощущение дискомфорта у пользователя.
Эта проблема становится еще более заметной из-за тенденции к повышению средней температуры на планете Земля. В качестве демонстрации этого средняя температура планеты достигла самых высоких значений за год в течение трехлетнего периода 2014-2015-2016 годов. Это неудобство известно, например, при проектировании зданий гражданского назначения, где необходима эффективная замена воздуха. Для того, чтобы получить значение температурного градиента, достаточное для обеспечения вытеснения наружу спертого воздуха, на крыше зданий предусматривается воздушное пространство или промежуточное пространство. Упомянутое воздушное пространство содержит: первые отверстия и темный коллектор, покрытый листом стекла, в нижней области и вторые отверстия в верхней области. Воздух, содержащийся в упомянутом воздушном пространстве, нагревается теплом солнца, его плотность уменьшается, и он поднимается и выходит из вторых отверстий. В то же самое время он затягивает новый воздух из первых отверстий.
Целью настоящего изобретения является создание паропроницаемой вставки для предмета одежды или аксессуаров, которая была бы способна улучшить уровень техники в одном или нескольких аспектах, указанных выше.
В рамках этой цели задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, которая обеспечивала бы эффективное регулирование температуры на различных широтах даже при наличии значительного диапазона температур.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, которая обеспечивала бы надлежащую замену воздуха внутри него.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, которая не содержала бы сложных систем регулировки, требующих вмешательства со стороны пользователя.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, которая обеспечивала бы быструю адаптацию к изменению условий освещенности, например, при переходе от состояния полного солнечного света к пасмурному небу или состоянию тени.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, в которой операция регулирования температуры оказывала бы низкое воздействие на окружающую среду и использовала естественные механизмы, такие как, например, солнечное излучение.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить паропроницаемую вставку для предмета одежды или аксессуара, которая, обеспечивая выход водяного пара, образующегося при потовыделении, предотвращала бы проникновение воды снаружи, гарантируя таким образом водонепроницаемость носимого предмета одежды.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является преодолеть недостатки предшествующего уровня техники таким образом, который был бы альтернативным любым существующим решениям.
Другой задачей настоящего изобретения является предложить предмет одежды или аксессуар для одежды, который являлся бы высоконадежным, относительно простым в изготовлении и имел бы конкурентоспособную цену.
Эта цель, а также эти и другие задачи, которые станут более понятными в дальнейшем, достигаются с помощью вставки для предмета одежды или аксессуара в соответствии с настоящим изобретением, которая содержит: промежуточное пространство, коллекторный элемент, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного поглощения солнечного излучения, и оконный элемент, который является прозрачным для заданного диапазона частот солнечного излучения, которые расположены с противоположных сторон промежуточного пространства, причем коллектор находится ближе к телу пользователя.
Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из описания некоторых предпочтительных, но не исключительных вариантов осуществления вставки в соответствии с настоящим изобретением, проиллюстрированного посредством неограничивающего примера в сопровождающих чертежах, в которых:
Фиг.1 представляет собой вид предмета одежды со вставкой в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой разобранный вид в перспективе части вставки в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.3 представляет собой разобранный вид в перспективе части вставки в соответствии с настоящим изобретением в одной ее конструктивной вариации;
Фиг.4a и 4b изображают рюкзак со вставкой в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.5 изображает шляпу со вставкой в соответствии с настоящим изобретением.
На чертежах предмет одежды, снабженный вставкой в соответствии с настоящим изобретением, в целом обозначен ссылочной цифрой 10 и показан на Фиг.1. Предмет одежды этого примера представляет собой паропроницаемую рубашку и содержит паропроницаемую внутреннюю подкладку 19 и внешнюю оболочку 11, которая имеет по меньшей мере одно первое отверстие 12, расположенное предпочтительно в верхней области этого предмета одежды. Вставка 14 расположена в упомянутом первом отверстии.
Вставка 14 состоит из оконного элемента 15 и коллекторного элемента 16, которые расположены так, чтобы сформировать воздушное пространство или промежуточное пространство между оконным элементом 15 и коллекторным элементом 16. В частности, оконный элемент 15 соответствует внешней поверхности вставки 14, в то время как коллекторный элемент 16 представляет внутреннюю поверхность вставки 14 и направлен к паропроницаемой подкладке 19. Следовательно, коллекторный элемент 16 и оконный элемент 15 расположены напротив друг друга относительно промежуточного пространства, причем коллекторный элемент 16 находится ближе к телу пользователя. Благодаря такому расположению оконный элемент 15 направлен наружу и может быть смежным с внешней поверхностью предмета одежды.
В частности, коллекторный элемент 16 состоит из синтетической ткани или части полимерного материала и т.п. Предпочтительно коллекторный элемент 16 является паропроницаемым. Еще более предпочтительно коллекторный элемент 16 является проницаемым для влажного теплого воздуха. Предпочтительно, он способен поглощать видимую часть солнечного излучения, и в этом случае он является темным, предпочтительно - черным. Коллектор изготовлен из материалов, способных поглощать часть солнечного излучения, которая соответствует по существу инфракрасному (IR) спектру, который однако является большей частью солнечного излучения, несмотря на то, что он обладает меньшей внутренней энергией, чем ультрафиолетовый спектр (UV). Эта пропорция оказывает влияние на инсоляцию, то есть количество солнечного излучения, которое напрямую достигает поверхности земли через атмосферу, не взаимодействуя с атмосферными газами. Инсоляция поверхности земли фактически равна 1000 Вт/м2 в условиях ясной погоды на уровне моря, когда солнце находится в зените. Зенит определяется как такое положение солнца относительно Земли, в котором лучи солнца перпендикулярны поверхности Земли. В этих условиях приблизительно 525 Вт/м2 приходится на излучение IR, 445 Вт/м2 - на видимое излучение, и только 30 Вт/м2 - на излучение UV.
Главной целью коллекторного элемента 16 является поглощать в максимально возможной степени солнечное излучение, поступающее через оконный элемент 15 и падающее на коллектор, и отдавать эту энергию за счет теплопроводности и/или излучения, нагревая воздух, содержащийся в промежуточном пространстве вставки 14. По мере того, как температура коллекторного элемента 16 повышается, вклад излучения становится значительным относительно вклада теплопроводности, поскольку количество тепла, отдаваемого за счет излучения, пропорционально температуре в четвертой степени. Следовательно, коллекторный элемент состоит из материала, который способен поглощать по меньшей мере часть солнечного излучения, предпочтительно - от UV до IR, а затем испускать его в форме теплового излучения, то есть тепла. В частности, представляющим интерес для настоящего изобретения интервалом длин волн является интервал от 100 нм до 15000 нм.
Материалы, из которых изготавливается коллекторный элемент 16, включают в себя, например, графен, а также ткани, получаемые из синтетических волокон с добавлением керамических материалов, таких как карбид циркония ZrC или диоксид титана TiO2.
Что касается тканей, то их свойства поглощения, пропускания и/или отражения электромагнитного излучения зависят также от характеристик структуры ткани и составляющей ее пряжи.
Например, химический состав является важным и определяет пики поглощения или окна пропускания излучения: например, присутствие пористого политетрафторэтилена (ePTFE) создает окно пропускания излучения с длиной волны от 3000 до 5000 нм и от 9000 до 12000 нм. Наличие углерод-углеродных связей или углерод-водородных связей, как это имеет место, например, в полиэтилене, создает пики поглощения, ограниченные с обеих сторон длинами волн 3400, 3500, 6800, 7300 и 13700 нм. Кроме того, со ссылкой, например, на полосу излучения, имеющего длину волны от 830 до 1700 нм, ткань, состоящая из 92% полиэфирных волокон и 8% эластановых волокон с добавлением 1,8 мас.% TiO2, показывает поглощение приблизительно 40%, в то время как та же самая ткань без TiO2 практически не поглощает свет. Термин «поглощение света» понимается как отношение между поглощенной энергией и энергией, падающей на тело; для целей настоящего изобретения он понимается как отношение между поглощенным электромагнитным излучением и падающим электромагнитным излучением, которое в каждом случае относится к одному или более интервалам электромагнитного излучения, выраженным как интервалы длин волн.
Пористость является важной: например, наличие нанопор с диаметром от 50 до 1000 нм в полиэтилене (нанопористый полиэтилен) обеспечивает прозрачность более 90% для длин волн более 2000 нм и непрозрачность для видимого света более 90%; это отличает нанопористый полиэтилен от обычного полиэтилена, поскольку последний, имея аналогичную прозрачность для длин волн более 2000 нм, является, однако, почти прозрачным для видимого света. Термин «прозрачность» понимается как отношение между пропускаемой энергией и энергией, падающей на тело; для целей настоящего изобретения он понимается как отношение между пропускаемым электромагнитным излучением и падающим электромагнитным излучением, которое в каждом случае относится к одному или более интервалам электромагнитного излучения, выраженным как интервалы длин волн.
Размер волокон (т.е. набора волокнистых продуктов, которые, благодаря их структуре, длине, прочности и упругости обладают способностью соединяться посредством прядения тонких, жестких и гибких нитей) и пряжи (т.е. набора волокон, скрепленных путем скручивания для формирования нити) также является важным. Например, прозрачность для длин волн от 3000 до 5000 нм и от 9000 до 12000 нм полиэтиленовой ткани, состоящей из пряжи с диаметром 30 мкм, равна 0,76, когда волокна, которые составляют эту пряжу, имеют диаметр 10 мкм, и равна 0,972, когда волокна, которые составляют эту пряжу, имеют диаметр 1 мкм. Также важны следующие факторы: степень скручивания, поскольку более скрученная пряжа является менее поглощающей, так как ее более компактная структура также является более отражающей; прочесывание, так как оно обеспечивает более упорядоченное расположение текстильных волокон после прочесывания и обеспечивает более высокую отражательную характеристику; тип волокна, поскольку если оно имеет тип непрерывной элементарной нити, оно имеет большую однородность поверхности и, следовательно, более высокую отражательную характеристику, чем штапельное волокно. Наличие матирующих веществ или замутнителей в виде органических или неорганических пигментов, которые могут увеличивать поглощение в инфракрасной области спектра, а также покрытий, которые могут модулировать широту спектра поглощаемого солнечного излучения, также является важным.
Например, присутствие пигментов, которые содержат диоксид олова (SnO2) или диоксид сурьмы (SbO2), увеличивает поглощение в инфракрасной области спектра. В частности, пигмент, известный под торговым названием Iriotec® 9230 и производимый компанией Merck KgaA, показывает поглощение света приблизительно 30% на длине волны 1000 нм, приблизительно 40% на длине волны 1250 нм, и более чем приблизительно 60% на длинах волн больше чем 1500 нм. Нагрев воздушного пространства происходит за счет той части солнечного излучения, которая поглощается, а затем выделяется.
Ткань, подходящая для обеспечения коллекторного элемента 16, представляет собой, например, ткань, известную под торговым названием Thermotron, производства компании Unitika Lt. Japan, состоящую из 95 частей полиэстера и пяти частей ZrC, в которой молекулы ZrC поглощают солнечное излучение с длиной волны менее 2 мкм и преобразуют его в тепло в виде инфракрасного излучения, нагревая тем самым промежуточное пространство.
Оконный элемент 15 состоит из слоя полимерного материала, который предпочтительно соединен с одним или более поддерживающими слоями, или из синтетической ткани. Оконный элемент 15 является прозрачным для данного диапазона частот, содержащихся в солнечном излучении. Предпочтительно, оконный элемент 15 является прозрачным в диапазоне частот, который соответствует видимому свету (для длин волн от 400 до 700 нм) и/или инфракрасному излучению (для длин волн от 700 до 15000 нм). Термин «прозрачный» означает, что по меньшей мере 30% данного диапазона частот, которые составляют падающее излучение, проходит через оконный элемент 15. Оконный элемент 15, например, может содержать лист полимерного материала, который является прозрачным для спектра видимого света, или ткань, которая является прозрачной для IR и/или UV спектра. Дополнительные примеры материалов, подходящих для изготовления этого окна, описываются далее со ссылкой на первый вариант осуществления. В частности, оконный элемент 15 имеет толщину от 0,1 до 3 мм: эта толщина является достаточной для того, чтобы гарантировать устойчивость к напряжениям и ударам, которым подвергается предмет. Предпочтительно, оконный элемент 15 может быть обработан красителями и/или отделочными материалами, предназначенными для увеличения его прозрачности или непрозрачности в одном или более диапазонах частот.
Оконный элемент 15 способствует нагреву промежуточного пространства за счет проводимости и/или излучения, поскольку прямое воздействие солнечного излучения вызывает его значительный нагрев.
Промежуточное пространство или воздушное пространство отделяет коллекторный элемент 16 от оконного элемента 15.
В его первом варианте осуществления, показанном на Фиг.2, коллекторный элемент 16 формирует промежуточное пространство с помощью своей структуры.
Как показано на Фиг.2, коллекторный элемент обеспечивается посредством трехмерной ткани.
Выражение «трехмерная ткань» обычно понимается как относящееся к одной ткани, составляющие волокна которой расположены во взаимно перпендикулярной плоской взаимосвязи. С точки зрения процесса производства, при переплетении трехмерного типа наборы волокон X и Y переплетаются с рядами и столбиками волокон Z. Выражение «наборы волокон X и Y» понимается как относящееся соответственно к горизонтальным и вертикальным наборам утка. Выражение «волокна Z» понимается как относящееся к набору многослойной основы. Также возможно получать трехмерные ткани с помощью ткацких процессов двумерного типа. Трехмерная ткань также может быть получена путем вязания на плоско- или кругловязальных машинах. Объем, занимаемый трехмерной тканью, в значительной степени заполнен воздухом. В качестве альтернативы, промежуточное пространство может быть получено, например, путем расположения между оконным элементом 15 и коллекторным элементом 16 прокладочного слоя по существу с той же самой прозрачностью, что и у оконного элемента 15, состоящего, например, из полос или штифтов между оконным элементом 15 и коллекторным элементом 16 (например, отлитых под давлением или термосваренных с оконным элементом 15 или с коллекторным элементом 16).
Влажный теплый воздух входит в это промежуточное пространство, используя эффект образования тяги, через коллекторный элемент 16. Если коллектор является почти или вообще непроницаемым для влажного теплого воздуха, на нем можно предусмотреть отверстия для входа влажного теплого воздуха. Эти отверстия создают локальное сужение полезного сечения для прохода влажного теплого воздуха, которое, следовательно, увеличивает его скорость благодаря так называемому «эффекту Вентури», и он легче входит в промежуточное пространство. Кроме того, предпочтительно, чтобы соотношение между поверхностью коллекторного элемента 16 и поперечным сечением входных отверстий было настолько высоким, насколько это возможно, чтобы максимизировать эффект Вентури и одновременно иметь такую поверхность коллекторного элемента 16, которая максимизирует нагрев воздуха, содержащегося в промежуточном пространстве.
Влажный теплый воздух, дополнительно нагретый теплом, выделяемым коллекторным элементом 16 и, в меньшей степени, оконным элементом 15, становится менее плотным, затягивая дополнительный воздух в промежуточное пространство. Затем он поднимается, снова используя эффект образования тяги, и выходит из промежуточного пространства наружу по меньшей мере через одно выходное отверстие 12.
Если внешняя температура увеличивается из-за более сильного солнечного излучения, температура коллекторного элемента также увеличивается из-за большей интенсивности той части солнечного излучения, которую он поглощает. В то же самое время температура окна также увеличивается благодаря увеличению инсоляции, увеличивая таким образом температурный градиент с внешней средой и, следовательно, выход влажного теплого воздуха за счет эффекта образования тяги.
Если вместо этого солнечное излучение уменьшается, например, из-за появления облаков или из-за уменьшенного прямого воздействия солнечного излучения, температура коллекторного элемента снижается, уменьшая выход влажного теплого воздуха за счет эффекта образования тяги. Вставка действует как своего рода «солнечный дымоход», который в условиях полного солнечного света усиливает эффект образования тяги, и наоборот. Этот «солнечный дымоход» способен саморегулироваться. «Солнечный дымоход» использует солнечное излучение, которое является главной причиной увеличения температуры среды и увеличения температуры, воспринимаемого пользователем предмета одежды, для того, чтобы увеличить выход влажного теплого воздуха изнутри предмета одежды, повышая комфорт пользователя.
Следует также понимать, что в условиях отсутствия воздействия солнечного излучения эффект образования тяги сохраняется, как известно в текущем уровне техники, даже без вклада «солнечного дымохода», описанного выше.
Предпочтительно, по меньшей мере одно отверстие 12 для выхода влажного теплого воздуха может быть объединено со средствами для задержания внешней воды, загрязнений и т.п. Например, можно использовать: скользящие плоские элементы, клапаны, внешние кожухи, изготовленные из материала, известного под торговым названием «STOMATEX», и т.п., однонаправленные клапаны, грибовидные элементы, водонепроницаемые и паропроницаемые мембраны.
Элемент является непроницаемым для воды, если обнаруживается менее трех точек прохождения, когда он подвергается воздействию столба воды высотой по меньшей мере 1000 мм. В частности, водонепроницаемость оценивается как сопротивление образца к проникновению воды под давлением в соответствии со стандартом EN 20811:1992. Образец материала, имеющий поверхность с площадью 100 см2, крепится в тестовой головке в горизонтальном положении так, чтобы он не скользил между зажимами и не образовывал выступов. Кроме того, не должно быть никакой утечки воды в зажимах. Образец подвергается воздействию столба воды, который постоянно увеличивается и действует выше или ниже образца. Дистиллированная или деионизированная вода находится при температуре 20±2°C или 27±2°C, а скорость увеличения водяного столба составляет 10±0,5 см H2O/мин или 60±3 см H2O/мин, где 1 см H2O эквивалентен приблизительно 1 миллибару.
В дальнейшем, если явно не указано иное, термин «непроницаемый» понимается как «непроницаемый для воды».
Паропроницаемость вместо этого определяется в соответствии со способом, описанным в главе 6.6 стандарта ISO 20344-2004. Стандарт ISO 20344-2004 в главе 6.6 «Определение проницаемости для водяного пара», относящейся к защитной обуви, описывает метод испытания, который заключается в закреплении образца испытуемого материала таким образом, чтобы он закрывал отверстие бутылки, которая содержит определенное количество сухого осушителя, т.е. силикагеля. Бутылка подвергается воздействию интенсивного воздушного потока в кондиционированной атмосфере. Бутылка вращается так, чтобы перемешивать осушитель и оптимизировать его действие по осушению воздуха, содержащегося в бутылке. Бутылка взвешивается до и после теста, чтобы определить массу влаги, которая прошла через материал и была поглощена твердым осушителем. Проницаемость для водяного пара, выраженная в миллиграммах на квадратный сантиметр в час [мг/см2·час], вычисляется затем на основе измеренной массы влаги, площади отверстия бутылки и времени теста.
Термины «паропроницаемый» и «воздухопроницаемый» используются в дальнейшем взаимозаменяемо с одним и тем же значением.
Как показано на Фиг.1 и 2, вставка 14, расположенная в отверстии 12 верхней области предмета 10, содержит оконным элемент 15, который изготовлен из водонепроницаемого и паропроницаемого полимерного материала, например, вспененного политетрафторэтилена (ePTFE), который является прозрачным для электромагнитного излучения в интервалах длин волн 3000-5000 нм и 9000-12000 нм, в соответствии с патентным документом EP 2212642 B1.
На противоположной поверхности вставки, обращенной к паропроницаемой внутренней подкладке 19, имеется коллекторный элемент 16, изготовленный из трехмерной ткани, который формирует с помощью своей структуры промежуточное пространство, ограниченное в верхней области оконным элементом 15.
Трехмерная ткань состоит из искусственных волокон, таких как, например, полиэстерные, полиэтиленовые и т.п., и керамических материалов, таких как, например, карбид циркония ZrC или диоксид титана TiO2, которые увеличивают поглощение электромагнитного излучения, которое проходит через оконный элемент 15. Благодаря закону сохранения энергии количество энергии, которое связано с поглощаемым электромагнитным излучением, излучается обратно, в результате чего нагревается воздух, содержащийся в промежуточном пространстве, и возникает явление «солнечного дымохода», описанное ранее.
Трехмерная ткань, из которой состоит коллекторный элемент 16, имеет ребра 17, разделенные каналами 18, которые направлены к оконному элементу 15 и/или к телу пользователя. Каналы 18 определяют предпочтительные пути для прохождения влажного теплого воздуха. Термин «предпочтительный» в контексте данного патента имеет значение «подлежащий предпочтению» со стороны пота в паровой фазе, который, когда он сталкивается с материалом, имеющим область с проходами и область без проходов, притягивается этими проходами и «предпочитает» их. Соответственно область, которая содержит проходы, является предпочтительной относительно области, в которой их нет.
В первом варианте осуществления, показанном на Фиг.2, каналы 18 направлены к оконному элементу 15.
Структура с ребрами и каналами представляет собой структуру ткани, описанную в патентном документе EP2007235B1 на имя того же заявителя.
Отверстие 12, предусматриваемое в верхней области предмета 10, имеет протяженность, сравнимую с протяженностью оконного элемента 15.
Предпочтительно предмет 10 одежды содержит одно или более вентиляционных отверстий 13, которые расположены, например, вдоль бедер или в подмышках. Эти одно или более вентиляционных отверстий 13 помогают подавать поток воздуха, затягиваемый в промежуточное пространство. Одно или более вентиляционных отверстий 13 могут быть снабжены средствами для внешнего задержания жидкостей и/или грязи, или непроницаемыми средствами.
Подкладка 19, расположенная на поверхности коллекторного элемента 16, которая является внешней для вставки 14, находится в контакте с телом пользователя.
Предпочтительно, подкладка 19 является проницаемой для влажного теплого воздуха, и предпочтительно снабжается отверстиями.
Оконный элемент 15 также может быть изготовлен из материалов, являющихся прозрачными в более широких диапазонах частот. Например, он может быть изготовлен из нанопористой полиэтиленовой ткани, характеризующейся взаимосвязанными порами с диаметром 50-1000 нм, или из ткани, состоящей из полиэтилена с диаметром волокна 1 мкм и диаметром пряжи 30 мкм. Эти ткани являются прозрачными в широком диапазоне для инфракрасного света, но не для видимого света, как было описано ранее. В то же самое время, они не являются прозрачными для человеческого глаза, и поэтому выглядят как нормальные ткани.
В частности, нанопористый полиэтилен обеспечивает прохождение приблизительно 96% инфракрасного излучения, в то время как, например, хлопок - всего 1,5%. Это свойство нанопористого полиэтилена позволяет почти полностью инфракрасный диапазон солнечного излучения для работы «солнечного дымохода». Эти типы ткани предпочтительно могут быть изготовлены непроницаемыми, например, посредством известных процессов электропрядения.
В одной вариации первого варианта осуществления оконный элемент 15 изготовлен из водонепроницаемого и паропроницаемого полимерного материала, который является прозрачным для видимого света, например, полиуретана (PU) или полиэстера. В этом случае коллекторный элемент 16 имеет темный цвет для того, чтобы поглощать видимый свет, который проникает через оконный элемент 15, и увеличивать таким образом нагрев воздуха, содержащегося в промежуточном пространстве. В качестве альтернативы темный коллекторный элемент 16 делается из паропроницаемого слоя гранул, изготовленных из вспененного полимерного материала. Промежутки между гранулами, изготовленными из вспененного полимерного материала, создают извилистые пути для влажного теплого воздуха в промежуточном пространстве. Таким образом они увеличивают его время удержания и нагрев, которому он подвергается. Это приводит к дополнительному увеличению температуры влажного теплого воздуха, который выходит из предмета, что усиливает явление «солнечного дымохода».
В одной конструктивной вариации, показанной на Фиг.3, промежуточное пространство вставки 114 формируется в верхней области оконным элементом 115, который изготовлен из паропроницаемой ткани, такой как, например, ткань, изготовленная из полиэстера или полиамида, а в нижней области – коллекторным элементом 116, который изготовлен из водонепроницаемого и паропроницаемого материала, способного поглощать по меньшей мере часть солнечного излучения. Материал, который составляет коллекторный элемент 116, может быть, например, полиуретаном (PU), содержащим графен, или ePTFE с поверхностным покрытием, содержащим PU и графен. Графен имеет превосходные свойства поглощения солнечного излучения в спектре, который простирается от UV до IR. Опционально, коллекторный элемент 116 соединен с паропроницаемой сеткой 120.
Оконный элемент 15 изготовлен из ткани, прозрачной в широком диапазоне для инфракрасного излучения. Например, он может быть изготовлен из нанопористой полиэтиленовой ткани, характеризующейся взаимосвязанными порами с диаметром 50-1000 нм, или из ткани, состоящей из полиэтилена с диаметром волокна 1 мкм и диаметром пряжи 30 мкм.
Предпочтительно, прокладочный элемент 121, изготовленный из трехмерной ткани, которая является проницаемой для влажного теплого воздуха, располагается между оконным элементом 115 и коллекторным элементом 116. Прокладочный элемент 121 может содержать ребра 117, разделенные каналами 118, которые направлены к оконному элементу 115 и/или к телу пользователя.
Прокладочный элемент 121 по существу имеет ту же прозрачность, что и оконный элемент 115. Прокладочный элемент 121 соединяется с оконным элементом 115, например, путем шитья, клейкого связывания или высокочастотной сварки.
Подкладка 119, которая находится в контакте с телом пользователя, является проницаемой для влажного теплого воздуха, и предпочтительно снабжается отверстиями, и располагается на поверхности коллекторного элемента 116, который соединен с сеточным элементом 120, и является внешней для вставки 114.
В другой конструктивной вариации вставки 114, которая не показана на чертежах, оконный элемент 115 состоит из трехмерной ткани, которая может содержать ребра, разделенные каналами. В этой вариации наличие прокладочного элемента 121 не является необходимым, и поэтому прокладочный элемент 121 отсутствует.
Предмет одежды, снабженный паропроницаемой вставкой в соответствии с настоящим изобретением, может предпочтительно содержать внешнюю ткань, способную отражать значительную часть IR и/или UV излучения, в тех областях, где нет никакого промежуточного пространства. Таким образом ограничивается вклад в общее повышение температуры внутри предмета, который обеспечивает упомянутая часть, по сравнению с тем, если бы она не была отражающей.
Если коллекторный элемент имеет ограниченную проницаемость для влажного теплого воздуха, можно расположить на нем отверстия для его входа. Эти отверстия определяют локальное сужение полезного сечения для прохода влажного теплого воздуха. Соответственно, влажный теплый воздух увеличивает свою скорость благодаря эффекту Вентури, более легко входя в промежуточное пространство. Кроме того, предпочтительно, чтобы соотношение между поверхностью коллекторного элемента и поперечным сечением упомянутых входных отверстий было настолько высоким, насколько это возможно, чтобы максимизировать эффект Вентури. В то же самое время поверхность коллекторного элемента увеличивается для того, чтобы максимизировать нагрев воздуха, содержащегося в промежуточном пространстве.
Вставка, состоящая из оконного элемента, коллекторного элемента и промежуточного пространства, образуемого ими, может быть расположена во множестве областей одного и того же предмета одежды или аксессуара в соответствии с требованиями: например, она может располагаться вдоль боковых поверхностей предмета одежды.
Фиг.4a и 4b показывают мешок, в конкретном случае рюкзак 210. Рюкзак 210 содержит в верхней области вставку 214 в соответствии с настоящим изобретением, которая формируется снаружи оконным элементом 215, а изнутри - коллекторным элементом. Вставка 214 обеспечивается в одной из вариаций, описанных выше и показанных схематично на Фиг.2 и 3. Материалы, используемые для обеспечения оконного элемента 215 и упомянутого коллекторного элемента, могут быть удобно выбраны из описанных выше.
Этот вариант осуществления является особенно выгодным для рюкзаков, подходящих для транспортировки электронного устройства, которое во время использования производит некоторое количество тепла, такого как, например, устройства, снабженные микропроцессорами, и охлаждение которого требует некоторого времени даже в том случае, если оно было выключено или переведено в режим ожидания. Вырабатываемое тепло фактически должно удаляться из этого электронного устройства при любых погодных условиях, чтобы обеспечивать его эффективное охлаждение за короткие промежутки времени и избегать образования конденсата. Эта последняя ситуация возникает в том случае, если вырабатываемое тепло остается в непосредственной близости от электронного устройства и охлаждается там.
Рюкзак предпочтительно содержит прокладочный слой 211, выполненный с возможностью подпирания электронного устройства при его хранении в рюкзаке. Прокладочный слой 211 помогает теплому водяному пару подниматься к промежуточному пространству вставки 214.
Предпочтительно рюкзак 210 содержит одно или более вентиляционных отверстий, например, отверстий 213, которые могут быть снабжены средствами для внешнего задержания жидкостей и/или грязи или для обеспечения водонепроницаемости, чтобы облегчить обмен воздуха внутри рюкзака. Вентиляционные отверстия 213 предпочтительно расположены в нижней части рюкзака 210 для того, чтобы облегчить вентиляцию, начинающуюся с нижней части рюкзака.
Фиг.4a и 4b показывают рюкзак, но вставка в соответствии с настоящим изобретением может быть применена к любому типу мешка.
Фиг.5 показывает головной убор 310, который содержит вставку 314 в соответствии с настоящим изобретением. Головной убор 310 снабжен вставкой 314 по меньшей мере в верхней области тульи. Вставка 314 содержит коллекторный элемент, который расположен внутри тульи и направлен к телу пользователя, а также оконный элемент 315, который расположен снаружи.
Термин «тулья» означает ту часть головного убора, внутренний объем которой по существу начинается от верхней части теменной и лобной кости головы пользователя. Упомянутый внутренний объем может вмещать по меньшей мере часть головы пользователя.
Вставка 314 обеспечивается в одной из вариаций, описанных выше и показанных схематично на Фиг.2 и 3. Материалы, используемые для обеспечения оконного элемента 315 и упомянутого коллекторного элемента, могут быть удобно выбраны из описанных выше.
Предпочтительно головной убор 310 содержит одно или более вентиляционных отверстий, например, отверстий 313, которые могут быть снабжены средствами для внешнего задержания жидкостей и/или грязи или для обеспечения непроницаемости, чтобы облегчить обмен воздуха внутри головного убора 310. Предпочтительно вентиляционные отверстия располагаются в нижней части тульи, чтобы облегчить вентиляцию, начинающуюся с нижней части головного убора.
В зависимости от требований оконный элемент 315, коллекторный элемент и промежуточное пространство, формируемое ими, могут располагаться в одной или более частях тульи, не обязательно в верхней области.
В одной конструктивной вариации оконный элемент 315, коллекторный элемент и промежуточное пространство, формируемое ими, могут простираться по всей тулье.
Вставка в соответствии с настоящим изобретением, примененная к предмету одежды или аксессуару, работает следующим образом.
Солнечное излучение и, в частности, инфракрасное солнечное излучение проходит через оконный элемент, прозрачный для него, и поглощается коллекторным элементом. Коллекторный элемент поглощает излучение и излучает его обратно в промежуточное пространство, нагревая воздух, который присутствует внутри.
Воздух, который присутствует в промежуточном пространстве, поднимается благодаря эффекту создания тяги и выходит из вставки, затягивая воздух снизу. Влажный теплый воздух, который образуется, например, за счет потовыделения, проходит через коллекторный элемент, входит в промежуточное пространство, как благодаря его собственному эффекту создания тяги, так и вследствие затягивания воздухом, который выходит из вставки в соответствии с настоящим изобретением. Влажный теплый воздух, дополнительно нагретый благодаря теплу, выделяемому коллектором, и в меньшей степени окном, становится менее плотным, затягивая дополнительный воздух в промежуточное пространство, и, поднимаясь за счет использования эффекта создания тяги, выходит из промежуточного пространства по направлению к внешней среде через по меньшей мере одно выходное отверстие, расположенное на вставке.
На практике было обнаружено, что настоящее изобретение достигает намеченной цели и решает поставленные задачи, обеспечивая паропроницаемую вставку, применимую к предметам одежды и аксессуарам, которая способна вызывать эффект создания тяги при любых климатических условиях внешней среды, например, производить удаление теплого воздуха из предмета, к которому она применена.
Настоящее изобретение таким образом допускает многочисленные модификации и вариации, все из которых находятся в области охвата приложенной формулы изобретения; все детали могут быть дополнительно заменены другими технически эквивалентными элементами.
На практике используемые материалы, если они совместимы с конкретным использованием, а также возможные формы и размеры могут быть любыми в соответствии с требованиями и уровнем техники.
Раскрытие итальянской патентной заявки № 102017000104874, приоритет которой испрашивается настоящей заявкой, включено в настоящий документ посредством ссылки.
Там, где технические особенности, упомянутые в любом пункте формулы изобретения, сопровождаются ссылочными обозначениями, эти ссылочные обозначения включены с единственной целью увеличения ясности пунктов формулы изобретения, и соответственно такие ссылочные обозначения не имеют никакого ограничивающего эффекта на интерпретацию каждого элемента, идентифицированного для примера такими ссылочными обозначениями.
1. Паропроницаемая вставка (14, 114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара, отличающаяся тем, что она содержит коллекторный элемент (16, 116), выполненный с возможностью поглощать солнечное излучение и изготовленный из трехмерной ткани, оконный элемент (15, 115, 215, 315), который является прозрачным для солнечного излучения, поглощаемого коллекторным элементом, и промежуточное пространство, формируемое между оконным элементом (15, 115, 215, 315) и коллекторным элементом (16, 116) и определяемое структурой коллекторного элемента (16, 116), который снабжен ребрами (17, 117) с расположенными между ними каналами (18, 118) для прохождения воздуха, причем коллекторный элемент (16, 116) и оконный элемент (15, 115, 215, 315) располагаются на двух противоположных поверхностях промежуточного пространства.
2. Паропроницаемая вставка (14, 114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по п.1, отличающаяся тем, что коллекторный элемент (16, 116) способен поглощать инфракрасную и видимую часть солнечного излучения.
3. Паропроницаемая вставка (14, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по одному или более из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что коллекторный элемент (16) изготовлен из синтетической ткани.
4. Паропроницаемая вставка (114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что коллекторный элемент (116) изготовлен из водонепроницаемого и паропроницаемого полимерного материала.
5. Паропроницаемая вставка (14, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что оконный элемент (15, 215, 315) состоит из слоя водонепроницаемого полимерного материала.
6. Паропроницаемая вставка (114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по одному из пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что оконный элемент (115, 215, 315) изготовлен из синтетической ткани.
7. Паропроницаемая вставка (114, 214, 314) для предмета одежды или аксессуара по одному из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит прокладочный элемент (121), расположенный между коллекторным элементом (116) и оконным элементом (115).
8. Предмет одежды (10), содержащий по меньшей мере одно отверстие (12), отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну паропроницаемую вставку (14, 114) по одному из пп.1-7, расположенную в упомянутом по меньшей мере одном отверстии (12), с коллекторным элементом (16, 116), направленным к телу пользователя, и оконным элементом (15, 115), обращенным к отверстию (12).
9. Предмет одежды (10) по п.8, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие (13).
10. Мешок (210), отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну паронепроницаемую вставку (214) по одному из пп.1-7 в верхней области, причем оконный элемент (215) расположен на той поверхности, которая является внешней по отношению к мешку (210), и коллекторный элемент расположен на внутренней поверхности.
11. Мешок (210) по п.10, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие (213).
12. Головной убор (310), отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одну паронепроницаемую вставку (314) по одному из пп.1-7 в верхней области тульи, причем оконный элемент (315) расположен снаружи тульи, и коллекторный элемент расположен внутри тульи.
13. Головной убор (310) по п.12, отличающийся тем, что он содержит одно или более вентиляционных отверстий (313).
