СИСТЕМА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ ОРГАНИЗМА (СИТО)

Полезная модель относится к охлаждающим и нагревающим системам, функционирующим на основе эффекта Пельтье, и предназначена для создания комфортных условий операторам (водителям и пассажирам транспортных средств, водителям внутризаводского транспорта - электро и автопогрузчиков, башенных и мостовых кранов, персоналу военной техники - бронетранспортеров, танков, автофургонов, персоналу цехов и отделов, работающему на стационарных рабочих местах). Базой для создания полезной модели является изобретение «Термоэлектрический генератор «Зодиак» (RU 2176191 C1, B60H 3/00, 27.11.2001, авторы: Исаев Л.А. и Чичигин А.Ф.).
Известны технические решения со стационарными средствами терморегуляции организма, предусматривающие охлаждение или обогрев ягодиц оператора (DE 4432497 Al, B60N 2/44, 14.03.1996; JP 10193958 A, A47C 7/74, 28.07.1998), его затылка (DE 10346064 A1, B60N 2/48, 21.04.2005; JP 2000139613 A, A47C 7/38, 23.05.2000), лобной и теменной частей головы (US 6297728 B1, G08B 21/00, 02.10.2001). Известными также являются мобильные средства терморегуляции организма, обеспечивающие охлаждение или обогрев шеи, спины, груди, живота и ног оператора с использованием его одежды (WO 2004111741 A1, A41D 13/005, 23.12.2004; JP 2006061440 A, A41D 13/00, 09.03.2006; JP 2004263325 A, A41D 13/00, 24.09.2004; KR 20010046949 A, A41D 1/00, 15.06.2001), в том числе и с вентилированием под одеждой воздуха (US
2005000231 A, A41D 13/00, 06.01.2005; JP 2000034601 A, A41B 9/12, 02.02.2000; JP 4159119 A, A41D 13/00, 02.06.1992; RU 2193426 C2, A62B 17/00, 27.11.2002). Для выработки холода и тепла в указанных известных устройствах используется термоэлектрический генератор, работающий на эффекте Пельтье, а для передачи тепла и холода применяются воздушные каналы и вентиляторы.
Недостатки известных устройств определяются невысокой эффективностью воздействия на оператора, обусловленной однозонными подводами холода и тепла.
Между тем, оптимальным для организма человека является комплексное воздействие охлажденного или нагретого воздуха, при котором, среди прочих, воздействию подвергается рекомендованная по данным медицинских исследований зона дыхания.
В связи с этим задача изобретения заключается в создании комплексной СИТО, характеризующейся простым конструктивным построением и обеспечивающей технический результат, проявляющийся в повышении эффективности воздействия охлажденного или нагретого воздуха на оператора и его комфортности.
Для достижения указанного технического результата предложена СИТО, содержащая два замкнутых жидкостных контура, первый из которых заведен в подушку сидения оператора и снабжен датчиком температуры и дросселирующим вентилем, а второй пропущен через контурный радиатор, расположенный в окрестности головы оператора, расширительный бачок, связанный с жидкостными контурами и выполненный с датчиком уровня жидкости, насос и работающий на эффекте Пельтье термоэлектрический генератор, включенные одновременно в оба жидкостных контура, генераторные вентиляторы, установленные у радиаторов термомодулей термоэлектрического генератора с возможностью отвода обтекающего их воздуха в окружающую среду, основной направляющий вентилятор, установленный
у контурного радиатора с возможностью направления воздушного потока, подвергнутого температурному воздействию, в зону дыхания оператора, дополнительные направляющие вентиляторы, установленные в одежде оператора с возможностью забора части воздушного потока, подвергнутого температурному воздействию, из зоны дыхания и дальнейшего направления его вдоль головы и тела оператора, основной и дополнительные источники питания постоянного тока, размещенные соответственно вне оператора и на нем, а также взаимосвязанные друг с другом пульт управления и блок управления, при этом питающий вход блока управления соединен с основным источником питания, а дополнительные направляющие вентиляторы через соответствующие выключатели подключены к дополнительным источникам питания, выходы датчиков температуры и уровня жидкости соединены с сигнальными входами, а питающие входы термомодулей термоэлектрического генератора, насоса, привода дросселирующего вентиля, генераторных и основного направляющего вентиляторов - с соответствующими выходами блока управления, который выполнен с возможностью изменения полярности напряжения, подаваемого на термомодули термоэлектрического генератора, регулирования напряжений, поступающих к приводу дросселирующего вентиля и вентилятору у контурного радиатора, а также снятия питающих напряжений с термомодулей термоэлектрического генератора, насоса, привода дросселирующего вентиля, генераторных и основного направляющего вентиляторов в случае снижения уровня жидкости в расширительном бачке ниже допустимого.
Достижению технического результата способствуют частные существенные признаки полезной модели.
Основной источник питания постоянного тока имеет выходное напряжение 12-27 В.
Дополнительные источники питания выполнены в виде малогабаритных аккумуляторных батарей напряжением 3-12 В.
Подушка сидения оператора выполнена в виде съемного коврика.
Участок первого жидкостного контура в подушке сидения оператора выполнен в виде спирали.
Дополнительные направляющие вентиляторы расположены в лобной части головного убора, а также в карманах куртки или рубашки, выполненных в области плеч и по бокам, и в карманах брюк оператора, при этом карманы куртки или рубашки, а также брюк с внутренней стороны выполнены сетчатыми, а с наружной стороны снабжены закрывающимися клапанами.
Все дополнительные направляющие вентиляторы могут быть подключены к встроенным аккумуляторным батареям через встроенные выключатели.
Дополнительные направляющие вентиляторы в головном уборе и карманах брюк могут быть подключены к встроенным аккумуляторным батареям через встроенные выключатели, а дополнительные направляющие вентиляторы в карманах куртки или рубашки могут быть подключены к общей аккумуляторной батарее через общий выключатель, при этом аккумуляторная батарея и выключатель могут находиться в верхнем переднем кармане куртки или рубашки, снабженном закрывающимся клапаном.
На фиг.1 представлена функциональная схема предложенной СИТО, а на фиг.2 показано размещение относительно оператора воздействующих на него органов охлаждения-обогрева (с двумя возможными вариантами воздействия в зоне дыхания).
В находящейся вне оператора стационарной части СИТО имеются замкнутые жидкостные (например, водяные) контуры 1 и 2 (фиг.1). Участок 3 контура 1, выполненный в виде спирали, заведен в подушку (коврик) сидения оператора и снабжен встроенным в подушку датчиком 4
температуры (поверхности сидения) и дросселирующим вентилем 5 с приводом. Контур 2 пропущен через контурный радиатор 6, расположенный в окрестности головы оператора. Расширительный бачок 7 связан с жидкостными контурами 1 и 2 и выполнен с датчиком 8 уровня жидкости. Насос 9 и работающий на эффекте Пельтье термоэлектрический генератор 10 включены одновременно в оба жидкостных контура 1 и 2. Основной направляющий вентилятор 11 установлен у контурного радиатора 6 с возможностью направления воздушного потока в зону дыхания оператора. Генераторные вентиляторы 12 и 13 установлены у радиаторов (теплообменников) термомодулей (не показаны) термоэлектрического генератора 10 с возможностью отвода обтекающего их воздуха в окружающую среду. Пульт 14 управления и блок 15 управления взаимосвязаны друг с другом. Питающий вход блока 15 управления соединен с основным источником питания постоянного тока с выходным напряжением 12-27 В, сигнальные входы - с выходами датчика 4 температуры и датчика 8 уровня жидкости, а соответствующие выходы - с питающими входами термомодулей термоэлектрического генератора 10, насоса 9, привода дросселирующего вентиля 5 и вентиляторов 11-13. Блок 15 управления выполнен с возможностью изменения полярности напряжения, подаваемого на термомодули термоэлектрического генератора 10, регулирования напряжения, поступающих к приводу дросселирующего вентиля 5 и основному направляющему вентилятору 11, а также снятия питающих напряжений с термомодулей термоэлектрического генератора 10, насоса 9, привода дросселирующего вентиля 5 и вентиляторов 11-13 в случае снижения уровня жидкости в расширительном бачке 7 ниже допустимого.
В находящуюся непосредственно в одежде оператора мобильную часть СИТО в частном случае ее практической реализации входят дополнительные направляющие вентиляторы 16, 17.1, 17.2, 18.1, 18.2, 19.12, 19.2, а также блок 20 пространственно разнесенных дополнительных
источников 21.1-21.n питания постоянного тока, выполненных в виде малогабаритных аккумуляторных батарей, и блок 22 выключателей 23.1-23. m. Вентилятор 16 расположен в лобной части головного убора оператора (фиг.2) с возможностью забора части воздушного потока, подвергнутого температурному воздействию, из зоны дыхания и направления его вдоль головы. Вентиляторы 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2 расположены в сетчатых карманах куртки соответственно в области плеч и по бокам («под мышками»), а вентиляторы 19.1 и 19.2 - в сетчатых карманах брюк с возможностью дальнейшего направления забранного воздуха вдоль тела оператора.
Дополнительные источники питания постоянного тока аккумуляторные батареи и выключатели, относящиеся к дополнительным направляющим вентиляторам 16, 17.1, 17.2, 18.1, 18.2, 19.12, 19.2, на фиг.2 в целях упрощения чертежа не показаны. В данном примере из аккумуляторных батарей 21.1-21.n и выключателей 23.1-23.m батареи и выключатели вентилятора 16 и вентиляторов 19.1, 19.2 являются встроенными. Для вентиляторов 17.1, 17.2 и 18.1, 18.2, размещенных в куртке, аккумуляторная батарея и выключатель являются общими и находятся в верхнем переднем кармане куртке, снабженном закрывающимся клапаном.
В процессе работы предложенной СИТО охлаждение и обогрев оператора производятся как в его стационарном положении, так и в движении, как в закрытых, так и открытых пространствах, при этом интенсивность воздействия является регулируемой.
Команды на задание того или иного режима стационарной части СИТО с основным направляющим вентилятором 11 подаются с пульта 14 управления на блок 15 управления. Ввод и вывод из действия мобильной части СИТО с дополнительными направляющими вентиляторами 16, 17.1, 17.2, 18.1, 18.2, 19.12, 19.2 производится самим оператором с
помощью соответствующих выключателей из совокупности выключателей 23.1-23.m.
С выходов блока 15 управления подводятся напряжения питания соответствующих уровней на питающие входы термомодулей термоэлектрического генератора 10, насоса 9, привода дросселирующего вентиля 5 и вентиляторов 11-13. Режимы охлаждения и обогрева задаются путем выбора в блоке 15 управления соответствующей полярности напряжения, подаваемого на термомодули термоэлектрического генератора 10. Температура охлаждения-обогрева поддерживается с использованием сигналов от датчика 4 температуры. Полярность напряжения, подводимого к насосу 9, остается всегда неизменной.
В режиме охлаждения включаются насос 9, вентиляторы 11-13 и термоэлектрический генератор 10. При подаче на термомодули генератора 10 постоянного напряжения соответствующей полярности на их поверхностях, контактирующих с жидкостным бачком (не показан), выделяется холод, а на поверхностях, контактирующих с радиаторами (теплообменниками), - выделяется тепло, которое с ребер радиаторов воздушным потоком, образуемым вентиляторами 12 и 13, передается в окружающую среду. Холод через поверхности жидкостного бачка передается циркулирующей в нем жидкости, которая подается параллельными потоками в участок 3 подушки сидения и контурный радиатор 6, расположенный в области головы оператора. Холод, вырабатываемый участком 3, с поверхности подушки сидения передается в тело сидящего на ней оператора, а охлажденный воздух с помощью основного направляющего вентилятора 11 направляется на лицевую часть его головы в зону дыхания (фиг.2). Температура поверхности подушки подбирается и выдерживается с помощью дросселирующего вентиля 5 оператором индивидуально по комфортным ощущениям. Обдув головы холодным воздухом регулируется оборотами вентилятора 11 вручную с
пульта 14 управления. В случае применения СИТО на транспортном средстве в качестве упомянутой окружающей среды может быть использован салон транспортного средства, общая температура которого мало подвержена изменениям от направляемого в него тепла радиаторами 12 и 13. Дополнительный направляющий вентилятор 16 забирает часть охлажденного воздушного потока из зоны дыхания и направляет его вдоль головы оператора. Дополнительные направляющие вентиляторы 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2, 19.1 и 19.2 направляют забранный охлажденный воздух вдоль всего тела оператора. В общем охлаждении тела, помимо принудительного обдува охлажденным воздухом (первого каскада охлаждения), участвует и естественное охлаждение за счет испарения пота (второй каскад охлаждения).
В режиме обогрева работает насос 9, а на термомодули термоэлектрического генератора 10 подается постоянное напряжение обратной полярности и вместо холода с поверхностей термомодулей в жидкостной бачок выделяется тепло, которое циркулирующей жидкостью передается на участок 3 подушки сидения и в контурный радиатор 5. Основной направляющий вентилятор 11 осуществляет обдув головы нагретым воздухом. Дополнительный направляющий вентилятор 16 забирает часть нагретого воздушного потока из зоны дыхания и направляет его вдоль головы оператора. Дополнительные направляющие вентиляторы 16, 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2, 19.1 и 19.2 направляют нагретый воздух вдоль всего тела оператора. Вентиляторы 12 и 13 отвода тепла от термомодулей в этом режиме не работают.
При снижении в указанных режимах уровня жидкости в расширительном бачке 7 ниже допустимого на выходе датчика 8 формируется соответствующий сигнал, который поступает в блок 15 управления. Последний снимает питающие напряжения с термомодулей термоэлектрического генератора 10, насоса 9, привода дросселирующего вентиля 5 и вентиляторов 11-13. Стационарная часть СИТО
автоматически отключается. Оператор самостоятельно отключает дополнительные направляющие вентиляторы 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2, 19.1 и 19.2.
В режиме вентиляции работают основной направляющий вентилятор 11 и дополнительные направляющие вентиляторы 16, 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2, 19.1 и 19.2.
Возможными являются различные комбинации указанных режимов СИТО. Важно подчеркнуть, что во всех режимах в мобильной части СИТО с дополнительными направляющими вентиляторами 17.1 и 17.2, 18.1 и 18.2, 19.1 и 19.2 имеет место свободное падение воздуха с головы и плеч вдоль тела оператора. Это позволяет существенно снизить мощность дополнительных направляющих вентиляторов.
Таким образом, предложенная СИТО при относительно простом конструктивном решении обеспечивает эффективное воздействие холода или тепла на оператора в широком диапазоне и с регулируемой интенсивностью, что предопределяет для него повышенную комфортность.
Данная СИТО не требует существенных затрат на обслуживание, не чувствительна к вибрациям, бесшумна, экологична и характеризуется легким переходом из режима охлаждения в режим обогрева. Отсутствие механически движущихся узлов и легко испаряющихся жидкостей повышает ресурс работы термоэлектрического генератора 10, который составляет более 200000 часов. Используемая для оператора одежда является универсальной и пригодной как для зимнего, так и летнего времени.