RU213812U1 - HEATED SHOE INSOLE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к согревающим многослойным изделиям, используемым без нагревательных элементов для индивидуального обогрева ног и защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы. Технической проблемой полезной модели является разработка многослойных стелек с подогревом, обеспечивающих комфортные условия и длительные сроки эксплуатации. Техническим результатом является расширение арсенала многослойных стелек с подогревом, обладающих возможностью корректировки температуры за счет использования барокалорического эффекта. Для достижения заявляемого технического результата в стельке для обуви с подогревом, содержащей скреплённые между собой верхний, нижний и средний слои с подложками, расположенными на внешних поверхностях среднего слоя, замкнутые полости, заполненные выделяющим тепло материалом, согласно полезной модели, замкнутые полости расположены в среднем слое и отделены друг от друга гибкой силиконовой перегородкой, а в качестве выделяющего тепло материала стелька содержит барокалорийный материал, подложки представляют собой пластину с размещёнными на ней вплотную друг к другу конусообразными элементами давления, вершины которых ориентированы в сторону среднего слоя, при этом на внешней поверхности нижнего слоя расположен термоаккумулирующий слой из силиконового полимера. Стелька может дополнительно содержать на внешней поверхности термоаккумулирующего слоя теплоизолирующий слой. Толщина среднего слоя составляет 5-6 мм. Пластина подложки выполнена толщиной 1 мм с конусообразными элементами давления диаметром основания 2 мм и высотой 2 мм. В качестве материала верхнего и нижнего слоя может быть использовано, например, полиэфирное нетканое полотно с антибактериальной пропиткой; гибкие перегородки замкнутых полостей могут быть изготовлены, например, из силикона; а элементы давления, например, конусообразной формы из полиамидного полимера. Барокалорийный материал может быть выполнен из сегнетоэлектриков, например, гидросульфатов (NH₄HSO₄) и триглицинсульфатов, в частности - из гранул мелкокристаллического порошка гидросульфата аммония диаметром 0,5-3 мм. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to warming multilayer products used without heating elements for individual heating of the legs and protecting them from hypothermia during walking. The technical problem of the utility model is the development of multi-layer heated insoles that provide comfortable conditions and long service life. The technical result is the expansion of the arsenal of multi-layer heated insoles, which have the ability to adjust the temperature through the use of the barocaloric effect. To achieve the claimed technical result in the insole for shoes with heating, containing fastened together the upper, lower and middle layers with substrates located on the outer surfaces of the middle layer, closed cavities filled with heat-generating material, according to the utility model, closed cavities are located in the middle layer and are separated from each other by a flexible silicone partition, and the insole contains barocaloric material as a heat-releasing material, the substrates are a plate with cone-shaped pressure elements placed close to each other on it, the tops of which are oriented towards the middle layer, while on the outer surface of the lower layer is a thermal storage layer of silicone polymer. The insole may additionally comprise a heat-insulating layer on the outer surface of the thermal storage layer. The thickness of the middle layer is 5-6 mm. The substrate plate is made 1 mm thick with cone-shaped pressure elements with a base diameter of 2 mm and a height of 2 mm. As the material of the upper and lower layers can be used, for example, polyester non-woven fabric with antibacterial impregnation; flexible partitions of closed cavities can be made, for example, from silicone; and pressure elements, for example, conical shape made of polyamide polymer. The barocaloric material can be made from ferroelectrics, for example, hydrosulfates (NH ₄ HSO ₄ ) and triglycine sulfates, in particular, from granules of fine-crystalline powder of ammonium hydrosulfate with a diameter of 0.5-3 mm. 6 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к согревающим многослойным изделиям, используемым без нагревательных элементов для индивидуального обогрева ног и защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы.The utility model relates to warming multilayer products used without heating elements for individual heating of the legs and protecting them from hypothermia during walking.

Известно устройство для обогрева ног при ходьбе, представляющее собой греющую стельку, внутри которой имеется герметичная камера из эластичного материала, заполненная жидкостью (а.с. СССР № 1777790, по кл. МПК A43B 7/02, опуб. 12.11.1992 г.). Камера разделена на носочную и пяточную части, между которыми установлен дроссельный элемент. Она выполнена из резинокордного материала с утолщенными боковыми стенками и снабжена каркасным элементом в виде упругих жгутиков. При ходьбе попеременно нагружаются то пяточная, то носочная части камеры. В результате этого жидкость перетекает внутри стельки вперед и назад, выделяя тепло на дроссельном элементе.A device for heating the legs when walking is known, which is a heating insole, inside which there is a sealed chamber made of elastic material filled with liquid (AS USSR No. 1777790, according to class IPC A43B 7/02, pub. . The chamber is divided into toe and heel parts, between which a throttle element is installed. It is made of rubber-cord material with thickened side walls and is equipped with a frame element in the form of elastic flagella. When walking, the heel and toe parts of the camera are alternately loaded. As a result, the liquid flows back and forth inside the insole, generating heat on the throttle element.

Основными недостатками этого устройства для обогрева являются его низкая надежность и небольшой ресурс работы, которые обусловлены большим давлением, оказываемым ступней ноги на камеру стельки, и перегибами стенок камеры, возникающими в процессе ее периодической деформации.The main disadvantages of this heating device are its low reliability and short service life, which are due to the high pressure exerted by the foot on the insole chamber and the kinks of the chamber walls that occur during its periodic deformation.

Известно также устройство для обогрева ног при ходьбе, представляющее собой ботинок с греющей подошвой и источником энергии, размещенным во внутренней полости каблука (патент США № 5956866, по кл. МПК A43B 7/02, A43B 23/00, 28.09.1999 г.). В греющую подошву вмонтированы электрические тепловыделяющие элементы. Источником энергии являются батареи питания, размещенные в корпусе внутри каблука и связанные с электрическими тепловыделяющими элементами при помощи токопроводов, вмонтированных в подошву. Корпус закрывается специальной заслонкой, которая изолирует его от попадания влаги и грязи.It is also known a device for heating the legs when walking, which is a boot with a heating sole and an energy source placed in the inner cavity of the heel (US patent No. . Electric fuel elements are mounted in the heating sole. The energy source is batteries placed in a housing inside the heel and connected to electric fuel elements by means of current conductors built into the sole. The body is closed with a special damper, which isolates it from moisture and dirt.

Недостатками этого решения является потребность в индивидуальном источнике питания, низкая электробезопасность, а также сложность монтажа устройства. При монтаже источника питания в каблук могут возникнуть проблемы функционирования устройства ввиду вероятного попадания воды и грязи. Кроме этого, в случае нарушения изоляции, смонтированных в подошве электрических тепловыделяющих элементов или токопровода, существует опасность поражения ступни ноги электрическим током.The disadvantages of this solution are the need for an individual power source, low electrical safety, and the complexity of mounting the device. When installing the power supply in the heel, problems may arise in the operation of the device due to the likely ingress of water and dirt. In addition, in the event of a violation of the insulation, mounted in the sole of the electric heat-producing elements or the current duct, there is a danger of electric shock to the foot of the foot.

Известно устройство для обогрева ног при ходьбе, которое представляет собой ботинок, содержащий греющую стельку с установленными на ней нагревательными элементами и токопроводами, подошву и корпус, в котором находится генератор электрической энергии (патент РФ № 2122818, по кл. МПК А43В 7/02, опуб. 10.12.1998 г.). Корпус смонтирован внутри полого каблука. Под подошвой и корпусом установлена нажимная опора, несущая на себе приводной механизм к генератору электрической энергии. Он включает рабочие собачки и направляющие, размещенные в стойках и контактирующие верхними торцами с пружинами. Рабочие собачки взаимодействуют с храповым колесом, сидящим на валу и сочлененным с барабаном. Внутри барабана находится спиральная пружина, связанная с валом. Нажимная опора защищена от попадания пыли и грязи эластичным чехлом. При ходьбе или беге человек надавливает своим весом на нажимную опору. В результате этого происходит движение всех взаимосвязанных элементов и вырабатывается электрическая энергия, которая по токопроводам передается электрическим нагревательным элементам, вмонтированным в стельку.A device for heating the legs while walking is known, which is a boot containing a heating insole with heating elements and electrical conductors installed on it, a sole and a housing in which an electric power generator is located (RF patent No. 2122818, according to class IPC A43V 7/02, pub. 10.12.1998). The body is mounted inside a hollow heel. A pressure support is installed under the sole and the body, which carries the drive mechanism to the electric energy generator. It includes working pawls and guides placed in racks and in contact with the upper ends of the springs. Working dogs interact with a ratchet wheel, sitting on a shaft and articulated with a drum. Inside the drum is a coil spring connected to the shaft. The pressure support is protected from dust and dirt by an elastic cover. When walking or running, a person presses with his weight on the pressure support. As a result of this, the movement of all interconnected elements occurs and electrical energy is generated, which is transmitted through the conductors to the electric heating elements mounted in the insole.

Основным недостатком этого устройства является невысокий КПД преобразования механической энергии в электрическую, характерный для такого рода механизмов. Кроме этого, устройство имеет низкую надежность в работе, поскольку в условиях ударных и вибрационных нагрузок, которые характерны для процесса ходьбы или бега, используются электрогенератор, прецизионные храповые передачи и барабан со спиральной пружиной.The main disadvantage of this device is the low efficiency of converting mechanical energy into electrical energy, which is typical for such mechanisms. In addition, the device has low reliability in operation, since under conditions of shock and vibration loads, which are typical for the process of walking or running, an electric generator, precision ratchet gears and a coil spring drum are used.

Известен ряд устройств, служащих для подогрева обуви, выполненных в виде стельки и включающих аккумулятор, электрические компоненты: нагревательные элементы, термостаты, устройства включения-выключения, при этом подключение устройств осуществляется механическим способом, а аккумулятор, связанный со стелькой посредством длинного провода, крепится или на голени, или на внешней стороне обуви, или помещается в карман пользователя (см. патент EP 1962024 «Auf Basis erneuerbaber Energietraeger arbeitendes Warmwasser-und Heizungssystem», дата подачи 26.02.2007 г., опубликовано 27.08.2008 г.; патент CN №2219606 «Electrothermal sole», дата публикации 1407.07.2003 г.; патент WO 2008006731 «Heater Device For Footwear Goves And The Like», дата приоритета 13.07.2006 г., опубликовано 7.01.2008 г.; патент CN №201199990 «Heating shoes», дата подачи 27.04.2001 г., опубликовано 20.08.2002 г.) Кроме того, известны стельки с подогревающим элементом Therm-ic Thermic-Sole Perform» (http://www.skimaster.ru) или «Thermosoles Rechargeable yeated insoles» (http://www.verseo.com/thermosoles.html), выполненные из полимерного материала, нагревательные элементы располагаются по всей ступне, при этом каждая стелька имеет свой блок управления, который крепится на голени или на внешней стороне ботинка, а механический (ручной) выключатель позволяет регулировать уровень подогрева. There are a number of devices used for heating shoes, made in the form of an insole and including a battery, electrical components: heating elements, thermostats, on-off devices, while the devices are connected mechanically, and the battery connected to the insole by means of a long wire is attached or on the shin, or on the outside of the shoe, or placed in the wearer's pocket (see patent EP 1962024 "Auf Basis erneuerbaber Energietraeger arbeitendes Warmwasser-und Heizungssystem", filed on 02/26/2007, published 08/27/2008; CN patent no. 2219606 "Electrothermal sole", publication date 07/1407/2003; patent WO 2008006731 "Heater Device For Footwear Goves And The Like", priority date 07/13/2006, published 01/07/2008; CN patent No. 201199990 "Heating shoes ”, date of filing 27.04.2001, published 20.08.2002) In addition, insoles with a heating element Therm-ic Thermic-Sole Perform ”(http://www.skimaster.ru) and Whether "Thermosoles Rechargeable yeated insoles" (http://www.verseo.com/thermosoles.html), made of polymer material, heating elements are located throughout the foot, while each insole has its own control unit, which is mounted on the shin or on the outer side of the boot, and a mechanical (manual) switch allows you to adjust the level of heating.

Известно устройство для подогрева обуви в виде стельки, представляющее собой многослойную конструкцию, включающую верхнюю и нижнюю части, которые изготовлены из полимерного материала и снабженными защитными вставками из текстильного волокна. Между частями, верхней и нижней, размещены аккумулятор, связанный с устройством для подключения к внешнему источнику питания, и электрическая плата с электрическими компонентами, в состав которых входят устройство включения-выключения, термодатчик, транзисторы, нагревательные элементы - резисторы, светодиод (см. патент EP 2215918 «Electrical heated insoles for footware and control heating system for electrical insoles for footware», дата приоритета 23.01.2010 г.; дата публикации 11.08.2010 г.).A device for heating shoes in the form of an insole is known, which is a multilayer structure, including upper and lower parts, which are made of a polymer material and equipped with protective inserts made of textile fibers. Between the upper and lower parts, there is a battery connected to a device for connecting to an external power source, and an electrical board with electrical components, which include an on-off device, a temperature sensor, transistors, heating elements - resistors, an LED (see patent EP 2215918 "Electrical heated insoles for footware and control heating system for electrical insoles for footware", priority date 01/23/2010; publication date 08/11/2010).

Недостатки приведенных известных конструкции обусловлены, прежде всего, дороговизной, необходимостью механического (ручного) запуска устройства в работу (включения - выключения), выполнением зарядки аккумулятора и сушки стельки с обязательным извлечением стельки из обуви.The disadvantages of the given known designs are primarily due to the high cost, the need for mechanical (manual) start-up of the device (on-off), charging the battery and drying the insole with the obligatory removal of the insole from the shoe.

Кроме того, запуск в работу подобных устройств осуществляется или механическим путем, или с помощью дистанционного управления - пульта.In addition, the start-up of such devices is carried out either mechanically or using a remote control - a remote control.

Указанные конструкции не позволяют контролировать и регулировать температурный режим внутри обуви, так как функционирование происходит только при механическом включении, при этом нагрев осуществляется при участии всех нагревательных элементов - резисторов в том температурном интервале, который заранее задан.These designs do not allow to control and regulate the temperature inside the shoe, since the operation occurs only when mechanically turned on, while heating is carried out with the participation of all heating elements - resistors in the temperature range that is predetermined.

Известна стелька с подогревом (см. патент РФ № 2700761, МПК А47В 7/34, 19.02.2016 г), содержащая слой с микрокапсулами из материала с фазовым переходом, имеющие температуру затвердевания в интервале от 18 до 23°C, а температура плавления составляет от 24 до 32°C. При этом стелька является элементом обуви.A heated insole is known (see RF patent No. 2700761, IPC A47V 7/34, February 19, 2016), containing a layer with microcapsules made of a material with a phase transition, having a solidification temperature in the range from 18 to 23 ° C, and the temperature melting point is 24 to 32°C. In this case, the insole is an element of the shoe.

Основным недостатком такой стельки является её цельнокройность с обувью.The main disadvantage of such an insole is its one-piece cut with shoes.

Наиболее близкой к заявляемой является многослойная стелька с подогревом, нагрев которой осуществляется за счет химической реакции (см. патент РФ № 65756, МПК А61F 7/00, 27.08.2007 г.). Стелька представляет собой многослойное изделие, которое содержит три скрепленных между собой слоя, средний из которых изготовлен из двух гидрофильных газопроницаемых подложек, имеющих параллельные продольные и поперечные швы с образованием замкнутых полостей, заполненных сухим порошкообразным абсорбционным материалом, поглощающим влагу, запах и выделяющим тепло. Нагрев осуществляется за счёт химической реакции, т.е. без использования специальных нагревательных элементов.Closest to the claimed is a multi-layer heated insole, which is heated by a chemical reaction (see RF patent No. 65756, IPC A61F 7/00, 27.08.2007). The insole is a multilayer product that contains three layers bonded to each other, the middle of which is made of two hydrophilic gas-permeable substrates having parallel longitudinal and transverse seams with the formation of closed cavities filled with dry powder-like absorption material that absorbs moisture, odor and generates heat. Heating is carried out due to a chemical reaction, i.e. without the use of special heating elements.

К недостаткам известной конструкции относится невозможность корректировки температуры и ограниченное время использования.The disadvantages of the known design include the impossibility of adjusting the temperature and the limited time of use.

Технической проблемой полезной модели является разработка многослойных стелек с подогревом, обеспечивающих комфортные условия и длительные сроки эксплуатации. The technical problem of the utility model is the development of multi-layer heated insoles that provide comfortable conditions and long service life.

Техническим результатом является расширение арсенала многослойных стелек с подогревом, обладающих возможностью корректировки температуры за счет использования барокалорического эффекта. The technical result is the expansion of the arsenal of multi-layer heated insoles, which have the ability to adjust the temperature through the use of the barocaloric effect.

Для достижения заявляемого технического результата в стельке для обуви с подогревом, содержащей скреплённые между собой верхний, нижний и средний слои с подложками, расположенными на внешних поверхностях среднего слоя, замкнутые полости, заполненные выделяющими тепло материалом, согласно полезной модели, замкнутые полости расположены в среднем слое и отделены друг от друга гибкой силиконовой перегородкой, а в качестве выделяющего тепло материала стелька содержит барокалорийный материал, подложки представляют собой пластину с размещёнными на ней вплотную друг к другу конусообразными элементами давления, вершины которых ориентированы в сторону среднего слоя, при этом на внешней поверхности нижнего слоя расположен термоаккумулирующий слой из силиконового полимера. To achieve the claimed technical result in an insole for shoes with heating, containing fastened together the upper, lower and middle layers with substrates located on the outer surfaces of the middle layer, closed cavities filled with heat-generating material, according to the utility model, closed cavities are located in the middle layer and are separated from each other by a flexible silicone partition, and the insole contains barocaloric material as a heat-releasing material, the substrates are a plate with cone-shaped pressure elements placed close to each other on it, the tops of which are oriented towards the middle layer, while on the outer surface of the lower layer is a thermal storage layer of silicone polymer.

Стелька может дополнительно содержать на внешней поверхности термоаккумулирующего слоя теплоизолирующий слой.The insole may additionally comprise a heat-insulating layer on the outer surface of the thermal storage layer.

Толщина среднего слоя составляет 5-6 мм. Пластина подложки выполнена толщиной порядка 1 мм с конусообразными элементами давления диаметром основания 2 мм и высотой 2 мм.The thickness of the middle layer is 5-6 mm. The substrate plate is made with a thickness of about 1 mm with cone-shaped pressure elements with a base diameter of 2 mm and a height of 2 mm.

В качестве материала верхнего и нижнего слоя может быть использовано, например, полиэфирное нетканое полотно с антибактериальной пропиткой; гибкие перегородки замкнутых полостей могут быть изготовлены, например, из силикона; а элементы давления, например, конусообразной формы из полиамидного полимера.As the material of the upper and lower layers can be used, for example, polyester non-woven fabric with antibacterial impregnation; flexible partitions of closed cavities can be made, for example, from silicone; and pressure elements, for example, conical shape made of polyamide polymer.

Барокалорийный материал может быть выполнен из сегнетоэлектриков, например, гидросульфатов (NH₄HSO₄) и триглицинсульфатов, в частности из гранул мелкокристаллического порошка гидросульфата аммония диаметром 0,5-3 мм.Barocaloric material can be made from ferroelectrics, for example, hydrosulfates (NH ₄ HSO ₄ ) and triglycine sulfates, in particular from granules of fine-crystalline powder of ammonium hydrosulfate with a diameter of 0.5-3 mm.

Известен также материал на основе фазовых переходов - Rb₂KTiOF₅ - кристалл, испытывающий фазовый переход сегнетоэластической природы (см. Теплоемкость, фазовая T-1.5pt--0.5ptp-диаграмма и структура Rb2KTiOF5 / В.Д. Фокина, И.Н. Флеров, М.С. Молокеев [и др.] // Физика твердого тела. - 2008. - Т. 50. - № 11. - С. 2084-2092]).Also known is a material based on phase transitions - Rb ₂ KTiOF ₅ - a crystal experiencing a phase transition of a ferroelastic nature (see Heat capacity, phase T-1.5pt--0.5ptp-diagram and structure of Rb2KTiOF5 / V.D. Fokina, I.N. Flerov, M.S. Molokeev [et al.] // Solid State Physics, 2008. - V. 50. - No. 11. - P. 2084-2092]).

Таким образом, заявляемая многослойная согревающая стелька выполнена из материала с фазовым переходом (МФП).Thus, the inventive multilayer warming insole is made of a material with a phase transition (MPC).

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлено:The utility model is illustrated by drawings, which show:

на фиг. 2 - разрез по линии А-А, in fig. 2 - section along the line A-A ,

на фиг. 2 позициями обозначено: in fig. 2 positions marked:

1 - верхний слой, 1 - top layer,

2 - нижний слой, 2 - bottom layer,

3 - средний слой,3 - middle layer,

4 - подложки,4 - substrates,

5 - замкнутые полости (герметичные сегменты),5 - closed cavities (sealed segments),

6 - гибкие перегородки,6 - flexible partitions,

7 - гранулы из порошкового барокалорийного материала,7 - granules of barocaloric powder material,

8 - элементы давления,8 - pressure elements,

9 - термоаккумулирующий слой,9 - thermal storage layer,

10 - теплоизолирующий слой.10 - heat-insulating layer.

Стелька содержит (см. фиг. 2) скреплённые между собой верхний слой 1, нижний слой 2 и средний слой 3. На внешних поверхностях среднего слоя расположены подложки 4, а средний слой 3 содержит замкнутые полости (герметичные сегменты) 5, отделенные друг от друга гибкой силиконовой перегородкой 6. Полости заполнены барокалорийным материалом в виде гранул 7 диаметром 0,5-3 мм. Подложки представляют собой пластину с размещёнными на ней вплотную друг к другу конусообразными элементами давления 8, вершины которых ориентированы в сторону среднего слоя. На внешней поверхности нижнего слоя 2 расположен термоаккумулирующий слой 9 из силиконового полимера, на внешней поверхности которого может быть размещён для дополнительной теплоизоляции теплоизолирующий слой 10, в качестве которого может быть использована, например, алюминизированная пленка. The insole contains (see Fig. 2) fastened together the top layer 1, the bottom layer 2 and the middle layer 3. On the outer surfaces of the middle layer there are substrates 4, and the middle layer 3 contains closed cavities (sealed segments) 5 separated from each other flexible silicone partition 6. The cavities are filled with barocaloric material in the form of granules 7 with a diameter of 0.5-3 mm. The substrates are a plate with cone-shaped pressure elements 8 placed close to each other, the tops of which are oriented towards the middle layer. On the outer surface of the lower layer 2 there is a thermal storage layer 9 made of silicone polymer, on the outer surface of which a heat-insulating layer 10 can be placed for additional thermal insulation, which can be used, for example, an aluminized film.

При этом термоаккумулирующий слой может быть выполнен из силиконового полимера (например, на основе этиленвинилацетата).In this case, the thermal storage layer can be made of a silicone polymer (for example, based on ethylene vinyl acetate).

Предлагаемая стелька для обуви с подогревом функционирует следующим образом. The proposed insole for shoes with heating operates as follows.

Нагревание стельки осуществляется при ходьбе при периодическом надавливании стопы силой F (см. фиг. 2) через верхний слой специального материала 1 и элементы давлении 8, расположенные на верхней и нижней внутренних поверхностях сегментов, на гранулы барокалорийного материала 7, размещенные в герметичных сегментах 5. За счет барокалорического эффекта давление, оказываемое на гранулы, конусообразными элементами давления 8, превышает давление стопы в несколько раз, что приводит к выделению тепла, избыток которого аккумулируется в термоаккумулирующем слое 9. The heating of the insole is carried out while walking with periodic pressing of the foot with force F (see Fig. 2) through the upper layer of special material 1 and pressure elements 8 located on the upper and lower inner surfaces of the segments, on the granules of barocaloric material 7 placed in sealed segments 5. Due to the barocaloric effect, the pressure exerted on the granules by the cone-shaped pressure elements 8 exceeds the pressure of the foot by several times, which leads to the release of heat, the excess of which accumulates in the thermal storage layer 9.

Оценим величину тепловыделения в предлагаемой конструкции стельки при ходьбе - то есть, при периодическом надавливании через верхний слой и элементы давления на гранулы барокалорийного материала, размещенные в герметичных сегментах (замкнутых полостях). Let us estimate the amount of heat release in the proposed design of the insole when walking - that is, with periodic pressure through the top layer and pressure elements on the granules of barocaloric material placed in sealed segments (closed cavities).

Средняя величина давления, определяемая как частное от деления массы человека на площадь стопы, действующая на поверхность стельки при ходьбе, составляет 0,4…0,6 кг/см²; (то есть, примерно 0,5 МПа).The average value of pressure, defined as the quotient of dividing the mass of a person by the area of the foot, acting on the surface of the insole when walking, is 0.4 ... 0.6 kg / cm ² ; (that is, about 0.5 MPa).

При превышении теплопродукции над теплоотдачей на величину, более чем на 2 Вт, микроклимат человека оценивается как нагревающий. В холодных климатических условиях - в том числе, зимой, для поддержания температуры тела человека на постоянном уровне физиологические механизмы системы терморегуляции организма обеспечивают увеличение теплопродукции и уменьшение теплопотерь. Теплопродукция является результатом обмена веществ и энергии в организме вследствие экзотермических химических и биохимических реакций. Изменение теплопродукции осуществляется сокращением или расслаблением скелетных мышц (ведущий механизм выделения тепла), а также - повышением или снижением уровня метаболизма в тканях организма. При мышечных сокращениях большая часть вырабатываемой энергии (до 70…80%) переходит в тепло. Кроме того, выделение тепла - теплопродукция - при физической работе может увеличиваться по сравнению с ее уровнем в состоянии покоя в среднем в 4…5 раз. На основе теплового баланса человека с окружающей средой физиологами рассчитано тепловыделение при ходьбе средним темпом (60…90 шагов в минуту), равное 94 Вт/м² - при температуре окружающей среды до минус 35°С (см. Индексы теплового комфорта: Учеб.-метод. пособие / А.Б. Сулин, Т.В. Рябова, А.К. Рубцов, А.А. Никитин; Под ред. А.Б. Сулина и Т.В. Рябовой. СПб.: Университет ИТМО, 2016. 36 с.). В то же время теплоотдача от барокалорийного материала (например, при использовании материала с фазовым переходом) - см. Электрокалорический и барокалорический эффект в некоторых сегнетоэлектрических гидросульфатах и триглицинсульфате / В.С. Бондарев, А.Н. Втюрин, А.С. Крылов, Е.М. Колесникова // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. - 2012. - № 5(45). - С. 152-155; Барокалорический эффект в области структурного фазового перехода в оксифториде Rb2KTiOF5 / М.В. Горев, И.Н. Флеров, Е.В. Богданов [и др.] // Физика твердого тела. - 2010. - Т. 52. - № 2. - С. 351-357) - в зависимости от величины действующего давления - находится в пределах 100…4000 Вт/м².When heat production exceeds heat output by more than 2 W, the human microclimate is assessed as heating. In cold climatic conditions, including in winter, to maintain the temperature of the human body at a constant level, the physiological mechanisms of the body's thermoregulation system provide an increase in heat production and a decrease in heat loss. Heat production is the result of the metabolism and energy in the body due to exothermic chemical and biochemical reactions. The change in heat production is carried out by contraction or relaxation of skeletal muscles (the leading mechanism for heat release), as well as by an increase or decrease in the level of metabolism in body tissues. During muscle contractions, most of the generated energy (up to 70 ... 80%) is converted into heat. In addition, the release of heat - heat production - during physical work can increase compared to its level at rest by an average of 4 ... 5 times. Based on the heat balance of a person with the environment, physiologists calculated the heat release when walking at an average pace (60 ... 90 steps per minute), equal to 94 W / m ² - at an ambient temperature of up to minus 35 ° C (see Indices of thermal comfort: Proc.- manual / A. B. Sulin, T. V. Ryabova, A. K. Rubtsov, A. A. Nikitin, edited by A. B. Sulin and T. V. Ryabova, St. Petersburg: ITMO University, 2016 36 p.). At the same time, heat transfer from a barocaloric material (for example, when using a material with a phase transition) - see Electrocaloric and barocaloric effect in some ferroelectric hydrosulfates and triglycine sulfate / V.S. Bondarev, A.N. Vtyurin, A.S. Krylov, E.M. Kolesnikov // Bulletin of the Siberian State Aerospace University. Academician M.F. Reshetnev. - 2012. - No. 5(45). - S. 152-155; Barocaloric effect in the region of structural phase transition in oxyfluoride Rb2KTiOF5 / M.V. Gorev, I.N. Flerov, E.V. Bogdanov [et al.] // Solid State Physics. - 2010. - T. 52. - No. 2. - S. 351-357) - depending on the value of the operating pressure - is in the range of 100 ... 4000 W / m ² .

Проведенные специалистами в области физики твердого тела исследования барокалорического эффекта позволяют сделать заключение о том, что внешнее давление является довольно эффективным инструментом изменения энтропии и температуры соединений с фазовыми переходами. В частности, оказалось, что для кристалла NH4HSO4 достаточно давления всего лишь 40 МПа для реализации гигантского изменения температуры ~18 К (см. Калорические эффекты в ферроиках и мультиферроиках. Михалева Е.А., Флеров И.Н. ФГБУН Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения РАН. Красноярск. 2013 - 40 с.).Studies of the barocaloric effect carried out by specialists in the field of solid state physics allow us to conclude that external pressure is a fairly effective tool for changing the entropy and temperature of compounds with phase transitions. In particular, it turned out that for an NH4HSO4 crystal, a pressure of only 40 MPa is sufficient to realize a giant temperature change of ~18 K (see Caloric effects in ferroics and multiferroics. Mikhaleva E.A., Flerov I.N. V. Kirensky, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Krasnoyarsk, 2013 - 40 p.).

Макет стельки для обуви с подогревом изготовлен из прошитого прорезиненного брезента по форме стопы в виде закрытой емкости размерами 260×70×12 мм, разделенного дополнительными швами по длине и ширине на четыре отдельных сегмента. По виду элементы давления представляют собой плоскую пластину толщиной порядка 1 мм с размещенными на ней вплотную друг к другу конусами с диаметром основания 2 мм и высотой 2 мм. Сегменты внутри между элементами давления заполнены барокалорийным материалом - гранулами мелкокристаллического порошка гидросульфата аммония (NH₄HSO₄), причем величина его слоя между верхними и нижними элементами давления 5-6 мм; а суммарное количество для заполнения всех четырех сегментов порядка 85 г. На нижнюю сторону макета стельки для обуви установлен плоский термоаккумулирующий слой толщиной 1,5 мм из этиленвинилацетата и алюминизированная пленка.The model of the insole for heated shoes is made of a stitched rubberized tarpaulin in the shape of a foot in the form of a closed container with dimensions of 260 × 70 × 12 mm, divided by additional seams along the length and width into four separate segments. In appearance, the pressure elements are a flat plate about 1 mm thick with cones placed close to each other on it with a base diameter of 2 mm and a height of 2 mm. The segments inside between the pressure elements are filled with barocaloric material - granules of fine-crystalline powder of ammonium hydrosulfate (NH_fourHSO_four), and the size of its layer between the upper and lower pressure elements is 5-6 mm; and the total amount to fill all four segments is about 85 g. A flat thermal storage layer 1.5 mm thick made of ethylene vinyl acetate and an aluminized film is installed on the underside of the model insole for shoes.

Проверка функционирования макета стельки для обуви с подогревом осуществлялась следующим образом. Бесконтактным термометром измерялась начальная температура наружной поверхности стельки Т=18°С. Далее на макет стельки для обуви через изолирующую прокладку испытуемый стоя наступал ногой в течение 3 мин, имитирую ходьбу средним темпом (60…90 шагов/мин), после чего повторно измерялась бесконтактным термометром наружная поверхность стельки, которая составила Т=22°С; что свидетельствует о работоспособности предложенной авторами стельки для обуви с подогревом. Checking the functioning of the model insole for heated shoes was carried out as follows. Non-contact thermometer measured the initial temperature of the outer surface of the insole T=18°C. Next, the test subject stepped on the model of the insole for shoes through the insulating pad for 3 minutes, simulating walking at an average pace (60 ... which testifies to the operability of the insoles for shoes with heating proposed by the authors.

Таким образом, подбором типа и массы барокалорийным материалом, обеспечения требуемой величины давления при ходьбе на него через параметры элементов давления - (количество, геометрическая форма, площадь контактирования), геометрических размеров герметичных сегментов (замкнутых полостей) с барокалорийным материалом и термоаккумулирующего слоя можно обеспечить повышение температуры стельки на 4…6°С; что является минимально достаточным для обогрева ног и защиты их от переохлаждения в процессе ходьбы (без образования конденсата внутри обуви), а также возможность многоразового использования стельки для ног с подогревом, что решает поставленную техническую проблему заявленной полезной модели. Thus, by selecting the type and mass of barocaloric material, ensuring the required pressure when walking on it through the parameters of the pressure elements - (number, geometric shape, contact area), the geometric dimensions of hermetic segments (closed cavities) with barocaloric material and the thermal storage layer, it is possible to increase insole temperature by 4…6°С; which is minimally sufficient to heat the feet and protect them from hypothermia during walking (without condensation inside the shoes), as well as the possibility of reusable heated foot insoles, which solves the technical problem of the claimed utility model.

Таким образом, используемые в заявляемой стельке материалы обеспечивают эффективное сохранение комфортной температуры в течение длительного периода за счет создания для ноги наиболее хороших возможных условий на каждом ее участке как при переходе из тепла в холод, так и наоборот.Thus, the materials used in the claimed insole provide effective preservation of a comfortable temperature for a long period by creating the best possible conditions for the foot in each of its sections, both during the transition from heat to cold, and vice versa.

Заявляемая многослойная согревающая стелька удовлетворяет условиям изделий, использующих материалы с фазовым переходом, а именно соответствует температурам, совместимым с хорошим самочувствием человека. В изделии отсутствует токсичность, оно не подвержено коррозии, отсутствует гигроскопичность.The inventive multilayer warming insole satisfies the conditions of products using phase change materials, namely, it corresponds to temperatures compatible with human well-being. There is no toxicity in the product, it is not subject to corrosion, there is no hygroscopicity.

Claims (7)

1. Стелька для обуви с подогревом, содержащая скреплённые между собой верхний, нижний и средний слои с подложками, расположенными на внешних поверхностях среднего слоя, замкнутые полости, заполненные выделяющим тепло материалом, отличающаяся тем, что замкнутые полости расположены в среднем слое и отделены друг от друга гибкой силиконовой перегородкой, а в качестве выделяющего тепло материала стелька содержит барокалорийный материал, подложки представляют собой пластину с размещёнными на ней вплотную друг к другу конусообразными элементами давления, вершины которых ориентированы в сторону среднего слоя, при этом на внешней поверхности нижнего слоя расположен термоаккумулирующий слой из силиконового полимера.1. An insole for shoes with heating, containing fastened together the upper, lower and middle layers with substrates located on the outer surfaces of the middle layer, closed cavities filled with a heat-generating material, characterized in that the closed cavities are located in the middle layer and separated from each other. a flexible silicone partition, and the insole contains a barocaloric material as a heat-releasing material, the substrates are a plate with cone-shaped pressure elements placed close to each other on it, the tops of which are oriented towards the middle layer, while on the outer surface of the lower layer there is a thermal storage layer from silicone polymer. 2. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что барокалорийный материал выполнен из гранул мелкокристаллического порошка гидросульфата аммония диаметром 0,5-3 мм.2. The insole according to claim 1, characterized in that the barocaloric material is made of granules of fine-crystalline powder of ammonium hydrosulfate with a diameter of 0.5-3 mm. 3. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что верхний и нижний слои выполнены из полиэфирного нетканого полотна с антибактериальной пропиткой.3. The insole according to claim 1, characterized in that the upper and lower layers are made of polyester non-woven fabric with antibacterial impregnation. 4. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит на внешней поверхности термоаккумулирующего слоя теплоизолирующий слой, выполненный из алюминизированной плёнки.4. The insole according to claim 1, characterized in that it additionally contains a heat-insulating layer made of aluminized film on the outer surface of the thermal storage layer. 5. Стелька по п.4, отличающаяся тем, что термоаккумулирующий слой выполнен из этиленвинилацетата.5. The insole according to claim 4, characterized in that the thermal storage layer is made of ethylene vinyl acetate. 6. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что толщина среднего слоя составляет 5-6 мм.6. The insole according to claim 1, characterized in that the thickness of the middle layer is 5-6 mm. 7. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что пластина подложки выполнена толщиной 1 мм с конусообразными элементами давления, выполненными из полиамидного полимера, при этом каждый из элементов давления выполнен диаметром основания 2 мм и высотой 2 мм.7. The insole according to claim 1, characterized in that the substrate plate is made 1 mm thick with cone-shaped pressure elements made of polyamide polymer, while each of the pressure elements is made with a base diameter of 2 mm and a height of 2 mm.

Images