PT104357A - Sistema actuador para controlo activo e autënomo da temperatura no interior do calãado - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A UM SISTEMA ACTUADOR PARA CONTROLO E TERMO-REGULAÆO DA TEMPERATURA NO INTERIOR DO CALÃADO EM INTERVALOS DE CONFORTO ESTABELECIDOS PELO UTILIZADOR. ESTE SISTEMA é CONSTITUDO PELA CONJUGAÂO DE UM CIRCUITO ELECTRËNICO, BATERIA RECARREGáVEL E MËDULOS TERMOELéCTRICOS INCORPORADOS NUMA PALMILHA DE ESTRUTURA MULTI-CAMADA CONDUTIVA-ISOLANTE-CONDUTIVA, CUJO CONJUNTO ASSEGURA A MONITORIZAÆO E O CONTROLO DA TEMPERATURA NO INTERIOR DO CALÃADO, A GEST†O DA ENERGIA GERADA/ACUMULADA NECESSáRIA PARA PRODUZIR O AQUECIMENTO/ARREFECIMENTO DA PALMILHA E GARANTIR A ESTABILIDADE DA TEMPERATURA NO INTERIOR DO CALÃADO.

Description

pasat controlo acti?o e autónomo ao interior do oalçado,v Âmbito do Invento 0 presença invento refere-se a um sistema actuador para o controlo a et iro e. autóncoíe da remoeraturu no interior do calçado, aquecimento ou arrefecinentó, e com capacidade de recuperação de energia térmica em energia eiectries. Este sistema é aplicável à palmilha-cola e tem: corso objectivo assegurar ao atiiiaador um éieal de conforto térmico estável em conformidade ccm intervalos de temperaturas previamente estaPeleeídos. 0 presente invente pretende dar resposta a um problema correntemente associado ao desconforto do calçado, a sensação de pés frios ou quentes, causadora de ura desconcerto térmico que aieota todo c bem-estar do utilizador>

De acordo com trataIdos anteriores realizados peies inventores associados no presente Invento, determinou-se que a temperatura de conforto do pé se situa em valores da ordem, dos 30 o':.. verif ica--se ainda que o utilizador só percepoiona uma sensação de aquecimento-arrefecimento pera variações: tórm ica s rro pé da ordem, dos 5ÔC. De .acordo cem estes rOsuifados e definido bafa o pfeséhté invento um intervalo da temperatura que garanta o conforto térmico do .pê entre 25°C e 35*:ç... à presente invenção pretende assim dar problema s i s tema. enunciado, Cd t.· d uaaor a partir dei inserção, no que se propoe, baseado propoe, resposta, se caiçado, do num núcleo con.s5ti.ti5Ido cor um circuito oicor: ronico actuador o programável , módulos do tipo 'gneitior", sensor de temperatura roo': ia Lu ri eado e ume bateria reoarreçávei, con jogado com urna estrutura multicamada e, colo conjunto garante a ma nu r: ene ao do intervale de temperatura de conforto rio interior do calça cio,

An teceden te s do íafeato  problemática relacionada, com o conforto térmico doe pês tem recolhido particular interesse devido à importância que esta propriedade tndua no bem-estar do utilizador final. Calçado çue nâo proporcione uma manutenção da temperatura apropriada aos pés, condoa a sensações de desconforto·, incomodo, e em niguna casos, dor.

Varias soluções para resolução deste problema têm vindo recentemento s ser apemtadas pelos meios científicos ef pelos meios industriais·, desde a utili cação de novos materiais, a utilização de notas metodologias de construção de calçado e, mais recentemente:, a utilização de dispositivos eioetrónlcos, A uti ii ração de dispôs::, ti vos eleot tónicos para o controlo da temperatura no interior do ca içado é acu:na 1 mente a solução mais apresentada, como se observa pela maioria das patentes que se encontram sobre oeta temetiou > A patente UB 2000/020.1015 refere-se a uma palmilha de aguecimanto {10) para aplicação em. calçado, constituída por duas camadas de tecido á prova de calor U.1 e 12) a uma estrutura, termseléotr 10¾ (13) 5.5ηiformemente dia trióiiida entre as duas camadas, a guai ee liga a um circuito do controlo (20;i e bateria {303 através de um fio de oone.sao, O circuito de controlo (20) e a 'bateria (.30() são integrados num 3 invólucro (40) que dispõe cie um interruptor para ootivaçso manual do sistema e, pede ser Integrado na cav i dacie côncava da palmilha {'10)? tornando-'a um conjunto integrado, O presente pedido que se propõe apresenta como novidade relativamente a. patente anterior, um núcleo constituído por um circuito eleotrcnico actuador e programável, módulos termosléctriccs do tipo 'baeltier", um sensor de temperatura miniaturizado e uma bateria recarregâvel, Por sua vez este núcleo é. ainda conjugado com uma estrutura muiticamada constituída por duas camadas em materiais termicamente condutivos, designadamente, tecidos condutores, polímeros condutores, pelicoias metálicas, polímeros dopados com partículas,: que garantem a transferência térmica e, uma camada intermédia da materiais: flexíveis e termicamente is.olantes , 0 sistema assim constituído permite o aquecimento ou arrefecimento do interior do calcado, assegura, e controla de forma, automática a ma nu tenção da temperatura de conforto e, permite a recuperação da energia térmica em energia eléctrica gerando a auto---aiimentaçâo da bateria recarregâvel.

Em resumo, verifica-se que o estado da técnica tradnrido pela patente anterior permite sxçlusivamenle o aquecimento do interior do calçado, nao garante a uniformização temperai tu 'a, κ s estrutura te rmoe1é ct rroa é controlada por circuito de controlo manual do tipo Gn~-off e, o sistema não possui, qualquer capacidade de auto-atimentaeae energética, A patente DE zOSoOdOdliii reivindica uma palmilha eléctrica de ãgueci.raento {%} constituída por um aquecedor eiéctrico (7) associado a. uma bateria recarregâvel (4):, embutidos numa almofada em. gel de poliuretano ou silícone (2) , constituindo um. corpo único aplicâvoi ao calçado. 0 invw-to cfue se propõe apresenta como novidade relativamente ã patente anterior, um núcleo constituído por •.ar circuito eieeirónicG actnador e programável, arou los te rmoeiéct ricos; do tipo x'peitie.c;/, ·;;? sensor de tempera tu te minratur i zado e uma bateria recnrregáeei oonjugado com ama astraturs mult i camada com as çarácteristieas mencionadas a nte r1or me nte* 0 sistema assim constituído permite o aquecimento os arrefscimesto do interior do calçado, assegura o controla de forme automática s manutenção da temperatura de conforto· e, permite a recuperação da energia térmica em energia elèctrica gerando a auto-alimentação da bateria recarregávei.<

Em resumo, verimlea-se que o estado da técnica tradasidc pela patente anterior permite esolusivemente o aquecimento do interior do calçado,: com base num® resistência elèctrica atimantada por uma bateria, cujo conjunto está embutido numa palmilha de gel garantindo a sua protecoáo reI a t rvament e a humidades e outros impactos..

Por comparação, esta patente anterior náo garante: a uniformiraçao da temperatura no interior do calçado a qual se dissipa pxogressisamente ao longo, do tempo, bem: como, o sistema não possa i qualquer capacidade de auto-alimentação energética.. h patente PO 2:005/017031 consiste numa sela moldada, que aquece ou arrefece ut.ilitando energia elèctrica, e que consiste· num: módulo de Feltier que é aplicado á rola durante o processo de moldagem; uma bateria, ou nm acumulador que qera electri cidade para: 0 módulo para que ocorra o aquecimento ou arrefecimento; uma tomada para carregar & bateria ou acumulador; um interruptor para ajustar á temperatura desejada; um circuito electroníco que proporciona o controlo automático do calor e do tempo, 0 invento que se propôs distingue-se desta patente anterior na medida em que consiste num sistema: actuador aplicável a, ga.uri lhas sendo estas cometi ruídas por uma estrutura mrXticamada caracter irada por dua:s camadas em matéria is termi camenre condutivos e um® camada intermédia de materiais Lermr ca meru.e ísolantes que integra dois módulos de 'q>alt ie.? " e um sensor de temperatura miniaturisado, ligados a um circuito eleotróni.co actuador e programável e uma bateria recarregarei. Q sistema assim conetituido assegura e coutrola de rorma automática a manutenção da temperatura de conforto no interior do calçado, permite a recuperação da energia térmica em energia elémtrica gerando a auto~a J.imentecáo d® bateria recarreqá sei o; permite a sua aplicação a qualquer tipo de calçado e qualquer processo de montagem de calçado.

Em resumo,· verifica-se que o estado da técnica evidenciado pela parente anter ior, sola que aquece ou arrefece ut11irando energia eléotrica, é excluaivamente aplicável em solas moldadas e durante o processo de moldagem, o ajuste da temperatura é manual, e não possui qualquer capacidade de asro···®!irnentacáo energética. h gerente US i00r/?18d$?ó7 refere-se a um veatuério com regulação de temperatura e consiste num. sistema constituido. por um módulo termoeláctrioo cot; efeito de Pelti.ex conjugaoc com: um sistema de circulação de fluido e permuta-dores dica ior aplicados ao conjunto sol a-çaspea: do calçado. 0 invento que se propõe consiste num. sistema, actuador para controlo aotivo e autOnomo da temperatura de conforto no interior do calçado, .aplicável á palm.ti:ho.-sola, que se distingue do estado da técnica da patente anterior pela irtili ração uma estrutura muiticamada carscterlxada por duas camadas em materiaia térmicamente condutivos e uma camada intermédia de materiais sermicamente isolastes que integra e se liga: a um núcleo cermoeiaccrico com as caractenat: icas já atrás mencionadas . d patente 03 2007/0113564 refere-se a um sapato mecanicamente aquecido e arrefecido com. um sistema de controlo de fácil uso, O sistema: compreende um méduio constituído por um termostato, um componente de arrefecimento e um componente de aquecimento, um modulo de elementos de aquecimento eiéctricos, um módulo de elementos de arrefecimento por fluido e, um módulo de controlo on~o£í, O fomento que se propõe consiste num, sistema actuador para controlo aofivo e autónomo da temperatura de conforto no interior do calçado, aplicável à palmilha-sola, que se distingue do estado da técnica da patente anterior pela utilização de tecnologias totalmente distintas, desiqmadamentea conjugação de uma palmilha de estrutura mui to. cama dai. com: um núcleo termoeléctrico tal cosa; mencionado nas patentes anteriores, 2x1 stem ainda entras patentes relecionadas com o tema controlo da temperatura no calçado, ou seus componentes, nomeada mente as patentes 62201/3003226, Us 1013/75623772, 113 1998/57 2213 5, Cá2 5 45650, DE 0 606.1194 D, FE2 0 012 6 2 5 0 D 6, 62:16305713, JF2606116255, K22603QD24716, CdÍ343243,

CniSaocLa, ERroeiodes / vi, fiar / smání, no entanto as suas re 1. v.1 nd ice çôe s dite tem s igη 1 f i ca t i vamen t e das rei vi.ndi, caçd e χάρο escutadas >

Em conclusão o, pela análise conjunta da$ patentes citadas resulta que a patente que se propõe apresenta Novádada e âctividade inventiva rolai bramou te ao estado da técnica evidenciado em cada uma das patentes isoladamente, ou evidenciado peia conjugação das vária a patentes, É uma invenção nova:, porquanto se refere a um sistema inovador, um sistema acfaaáor para controlo activo e autónomo da temperatura no interior do calçado, caractere aedo peia conjugação de um núcleo t ermoeléct r .1 co inovador integrado numa estrutura muitioamada de cáraoterlstícas também inovadoras, tal como, refiectem as reivindicações que adiante se apresentam,; àpresenra actividade Inventiva, porquanto se destine a assegurar:, controlar e manter de forma automática uma temperatura de conforto uniforme no interior do calçado, dentro de um Intervalo estabelecido, bem como, permitir a recuperação da energia térmica em energia eléctrícn e, gerar a a uso-aiimentaçào da bateria recarreqâvel.

Sumário do invento 0 invento que se propõe envolve a conjugação de tecmoiogias termoeXectrénloas e tecnologias de materiais aplicadas à palmilha-soía: para ca içado e, é caracterirado por um sistema actuador capaiPde monitorizar, controlar e manter uma temperatura de conforto no interior do calçado de forma dinâmica e autónoma, garantindo a .auto-alimentaçào e a gestão da energia necessária ao funcionamento do sistema, 0 sistema assim constituído pode ser aplicado a qualquer tipo de calçado durante o seu processo de montagem, permitindo assim ao utilizador manter os pês num habitat de conforto térmico estável ao longo do dia. s h descrição detalhada; que se apresenta na ponto seguinte é feita com referência aos desenhos que são apresentados em anexo.. apenas a título de referência sem qualquer carácter 1imitativo- sendo;

Figura 1 - Representaçao esquemática do sistema actuador de controlo da temperatura;

Figura. 2 - Representação esquemática da. palmilha de estrutura mui tí camada condatira -isolante •••condutica t

Figura 3 — Representação esquemática da camada terraicataente isoiants incorporando móouios termoelsctricos;

Figura 4 - Representação esquemática dos módulos termoe1éctrIcos;

Figura. 5 - Representação esquemática do circuito eleçtrdníoo actuador;

Figura 6 ~ Representação esquemática do sistema de encaixe na ivO,!. ci ,

Beseriçâo d©talhada

Descréee—se de seguida o funcionamento detalhado do invento proposto suportado por cada uma das figuras· apresentadas,

De acordo com a figura i, o sistema actuador para. controlo aotioo e autónomo da temperatura no interior do calçado ê constituído pelos seguintes elementos; - dama das termimamente condnti.v as (11;

Camada tármi comente i. sol ante (2) ; - Módulos termoeiéotri.cos (3;;· - Rensor de temperatura miniaturiaado (4) ·· fios condutores íd) ; - Circuito eiectrónico actuaoor (6; ; - Cabos alimentação (7);

Bateria recarregável {&).? - Ficha de entrada de alimentação de energia eléctxica (9); - Cavidade com ais tersa de encaixe na sola (l:'i) , O si a tema proposta consiste na conjugação dos .d i verãos elementos descritos sendo o seu conjunto caraeterirado por uma palmilha de estrutura mui ti -camada .eondutíva-isolante-condntl va (1) e {2) que tora integrada na sua camada termioamente isolanbe 12},· dois módulos teemeeiéofricos actuadores (37 e um sensor de temperatura miniaturixado N)f os quais, através dos fios condutores ΐ S} se ligam a um circuito eleci. rouico açtuador í Pi , e este por suo vc a, através dos canos de alimentação .:(7) liga-se a uma bateria reoarreçável (B) , ficando estes últimos elementos incorporados n urra ca vi ca do com sistema de encaixe (IO) existem:a na sola, e gue integra tampem uma ficha de entrada de alimentação de energia eléctrioa (9} por onde o sistema é ini ora imante alimentado e activado. 0 sistema proposto é aplicável a qualquer tipo de sola e a qualquer tipo de calçado durante a sua lase de montagem.

Este sistema assegura a auto-alimentação e a gestão da energia necessária ao funcionamento continuo do sistema, bem como, o controlo e a manutenção da temperatura no interior do calçado: num. intervalo: de temperatura gue garante o confeito térmico adequado ao utiiixador, definido entre [2S°C a 35'':C] .. Esto intervalo pode ser ajustado, por programação prévia, do circuito oleei: rónico (P), para valeres de temperatura diferenças, a pedido do cliente. 0 sistema proposto funciona de um modo activo a autónomo sem necessidade de qualquer intervenção por parte do utilizador para além de uma alimentação eléctrlca externa inicial a partir de um transformador da energia corrente do mercado, que se conecta á entrada elsctrica (9) .. Esta alimentação irá carregar a bateria recarregárel (8Ç que arma rena a energia, antro?; I i menta-se a partir da setnação do sistema e airmenta-O tornando-o antónorao, 0 sensor de temperatura miniaturirado (4} integrado na camada ícolante (rd da palmilha mui ti camada condor loa·-á.soiante-condutira (I) e {2} , moniforiea a temperatura? as interior do calçado s, sempre que esta esteja fora doe limites definidos, o circuito sleotronico actuador (6) iam actuar qe mçdolos termoeléctricos (3) para que se reponha a temperatura adequada, quer por aquecimento,: quer por arrefeoimenteu

Fora do período de actuação, o circuito a'i ectrcni co (6/ utiliza o gradiente térmico existente no interior do calçado para actloar o efeito inmerso nos módulos termosléctrico& {3} garantindo assim a auto-alimantação do sistema e recarregamento autonomc da bateria (3),

De acorde com a figura (d) a palmilha de estrutura mcitl-caítada condutita--d.toiante”condutima UJ (f) è obtida peia montagem de tres camadas acopladas entre si, uma camada te mrd comente isolante: {2; encastrada no: interior de duas camadas externes tsrmloamsnze condutivas U) - d união entre as camada® pode set efectuada atrases de colagem ©t outro sistema de união, sendo que, a colagem por pontos confere ao sistema melhores csracterieticas dissipativas., ds camadas externas, fermlcausente coedutiess (1), podem ser cons tituidaS: por tecidos condutores, polímeros condutores, pé 1 leu las metálicas, poj. imeros dopados com particular? metálicas ou tecidos costurados com tios metálicos, com oca oondutivida.de torm.i.ca igual ou superior a 0,5 thm”% ò"m Esta camada permite a dissipação térmica no interior do sapato quer no aquecimento quer no arrefecimento. A camada interna, termieamente isoiante (2), evidenciada em. detalho na figara 3, integra dois módulos ternoeléotricos {3) e um censor de temperatura miniaturirado (3;. Bata camada contém duas aberturas cear dimensões e espessuras idênticas aos módulos termoeiécrrrcos {3} permitindo o encaixe destes elementos nas posições correspondentes ao calcanhar e arco plantar, De igual modo, o sensor do temperatura {3? será incluidc na rena do arco p ia nt ar. Se ta ca ma d a devo ser corte ti. tu. ida por tecidos ou outros materiais flexiveie

Isolantes que apresentem uma oondatividade térmica igual ou inferior a 0,1 stm t ;A', A figura 4 representa um modulo termoeléctríco (3) corrente do mercado que ao tua segundo o efeito de ;'Pel tier" ou seja, é provocado: um gradiente térmico devido a passagem de corrente eiéctrica através do próprio módulo e, e qual quando integrado no sistema actuador que se propõe, activá o aquecimento ou .arrefecimento das camadas ccndutivas (1) s.dj acentes . us mõdn 1 os termeeiéct r icos (3} 1 oca. 1 itam-ve nas posições descritas na figura 3 e são ligados ao circuito eiecteónroo ín} , por conerõc dos fios condutores {5} à ficha do ligação {17} evidenciada na figura 3. A figura Si representa o detalhe do cif culto eleetrónioo (e} constituído pelos seguintes eiementesu C i r cu lt o s i n t eq r a d o s {11}. ; - f i cha de ixqaoão do sensor do temperatura instalado no interior do sapato {12 } ; - Co n d e n s a do r e l.e e t rol i t í co {: 1 3 5 ; '52 - Ficha de programação do circuito (14}; - Bobine (15); - .Ficha de clnn&ntaçâo do circuito Qsí; - Ficha de ligação ao dispositivo terrnoeléetrico (1.7); ~ Circuito integrado sensor de corrente (185; - Transístores de comutação (is). 0 circuito oicctrónico (6) constitui o núcieo do sistema responsável pelo processamento de todo o sistema de auto-alimentação e gestão da energia, bem. como, de todo o sistema de controlo e manutenção da temperarura a dissipar no interior do calçado, At ravés de programação especifica o círouit6 ei.ecirónico (fd garante o funcionamento de todo o sistema no intervalo de temperaturas de conforto estabelecidas, 0 circuito eleçtrcnico (55 realiza a monitoriaação da temperatura através de um sensor miniatarisado posicionado na camada isolante (25 da palmilha muiti-camada que o conectado à ficha de ligação (12), sendo que para valores dè temperatura inferiores a 2 5 °C o circuito induz um aquecimento da superfície superior do módulo termoeléctrioo (3) e para valores superiores a 35 *C executa uma inversão da corrente que induz um arrefecimento da superfície superior do módulo terrnoeléetrico (3) . Ά inversão da corrente nou módulos termcoléct r icos (3) è conseguida ceia apropriada comutação dos transrStores (13) . 0 circuito eiectrdnico (6/ inclui também um condensador electrolitico radia.!. (135 e uma ficha, de alimentação elèctrica do circuito Ui) , .A sola í 1: (a 1, de acordo com a figura 6, íntegra um sistema de encaixe oonstu.tuido por duas cavidades (20) e (215 ospeei.f 1 oamente concebidas para .acolher, respeotivamente, o circuito eleotrónico programado (6j e a bateria recarregável {8)í: de modo a garantir simiutane amante a função técnica do sistema a aí função estética da sola-calçado, bem. como, garantir, o encaixe fácil dos componentes, a lo caca e a ergonomia da sola, e a facilidade da construção final do calçado. Dispõe ainda de na orifício (22) que contacto com o exterior para çqicçsção da ficha de ai l nen tacáo de energia eléctrioa í9) e de na orifício interior 123} que conecta as duas cavidades para comunicação dos cabos elêctríoos ds alimentação í 6) evidenciados na figura 1. S. Joio da Madeiraf 2Q de Janeiro, .2.0:0d

Claims (5)

1. 2, Sistema actnador parai o controlo retiro e autónomo da temperatura no interior do calçado caracterieado ceia conjugação do uma palmilha do estro cura mui t. icamada (1) (2) / modules termoeléctricôs (3) , sensor de temperatura miniatarirado (4), circoito electrónioc a. c tua dor (6)/ bateria racartegâral (8), aletema do encaixe cara ao 1 a {10} < 2i Palmilha do estrutura multi. camada (.1) (2) do acordo com a reioindicação 1 caraaterirada por uma conjugapão de materiais em camada condutiva-isolante-eonáatloa, doas camadas externas de material s ternu.comente condutores UI como tecidos condoteres, polímeros condutores, pelico las metálicas, polímeros dopados com partículas metálicas ou tecidos costurados com fios metálicos, com uma condotividade térmica igua l Ou superior a 0,5 n/m":. CC'! e uma camada i nt ermédia termioamente isoiante (2) constituída por tecidos ou outro* materiais fiexioexs iecdant.es que apresentem uma oondutiríuade térmica Igual ou inferior a 5,1 b/efr. °c"t.
2. 3, Palmilha de estrutura mui ti camada (1): (2) de acordo com, as reivindicações 1 e 2 caracterirada per a sua camada isoiante (2) integrar dois modules temoeléctricos (3) cu* indurem um gradiente térmico devido d passagem, de corrente elóctrica através do próprio módulo actirando o aquecimento ou arrefecimento das camadas condoti vas (l) adjacentes, e integrar am sensor de temperatura mi.nl.atur irado {4} que reai.rra a munitori ração da temperatura ao interior de o a .içado < 1S acordo com
3. 4. Circuito elecr tónico actuador (6) cie r e i vinalc«çcc 1 caracterioado por integrar um programa de software que recolhe a : informação emitida pelo sensor miniatorisado ti;, monitcricando a temperatura no interior ao calçado, sendo que, para calores de temperatura inferiores, a 25 °C o: circuito i.aclur um aquecimento da superfície superior dos módulos temoeidctricos f3} e para valores superiores a 5 5'' C executa ursa invorsáo da corrente, ou. seja, inrlur um arrefeeimeuto da superfieie superior dos módulos termoelêotricôs (31 ,
4. 5, Circuito eiéctrónico actuador (6) de acordo com as reivindicações 1 e 1 caracterirado por possuir uma topologia reversivel, com: capacidade para aprovei tar o diferencial térmico existente nos módulos termoeléetricos, de forma a converter energia: térmica em energia eléctrica, que pode ser aproveitada para recarregar a bateria: (CM.
5. 6 - Sistema de encaixe para sola (XO). de acordo com. a reivindicação t caracterisado por consistir em duas cavidades contíguas cada uma com as dimensões adequadas ao encaixe do sistema eiectrânioo actuador (61 e da bateria recarregàvel (S), respectivamente, integrando um orifício entre as cavidades para passagem dos cabos eléctri.cos de alimentando (1) e um: orifício que contacta com o exterior para a ficha de a I imen t aça o e 1. é ct.r i. ca ( SM . 7 a Sistema actuadox para o controlo activo e autónomo da temperatura no interior do calçado de acordo com as reivíndioaqdaa: anteriores oaracterícado por aer aplicável a qualquer tipo da sola, ou calçado. 17 Maae.i ·

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