ВОЗДУШНОЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНО-ОХЛАДИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ПЕЛЬТЬЕ ДЛЯ ОБИТАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к системам отопления и кондиционирования воздуха на стационарных объектах и в транспортных средствах, а именно к системам с использованием термоэффекта Пельтье в обитаемых объектах.
Известно воздушное термоэлектрическое нагревательно-охладительное устройство на основе эффекта Пельтье для обитаемых объектов, содержащее термоблок, выполненный в виде батареи термоэлектрических модулей Пельтье, размещенный в кожухе с воздушными каналами с холодной и горячей стороны термоэлектрических модулей, связанные одними концами с общим впускным коллектором, соединенным с всасывающим воздуховодом, выполненным с возможностью выборочной подачи внутреннего воздуха из помещения или наружного воздуха посредством заслонок, в указанном всасывающем воздуховоде размещены фильтр и нагнетающий вентилятор, другие концы каналов соединены с потребителем выпускным воздуховодом (патент РФ RU 2219441, МПК F24F 5/00, 2001 г.).
Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению, поэтому принято за прототип.
Недостатком прототипа являются ограниченные мощность термоблоков и производительность устройства, а также невысокие эксплуатационные качества из-за ограничений используемого диапазона постоянного тока, невозможности работы на переменном токе и использования на транспортных средствах.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении мощности термоблоков и производительности устройства, повышении эксплуатационных качеств путем расширения используемого диапазона постоянного тока, обеспечение возможности работы на переменном токе и на транспортных средствах.
Указанный технический результат достигается за счет использования приведенных ниже общих и частных существенных признаков, характеризующих причинно-следственную связь полезной модели с указанным техническим результатом.
Воздушное термоэлектрическое нагревательно-охладительное устройство на основе эффекта Пельтье для обитаемых объектов, содержащее термоблок, выполненный в виде батареи термоэлектрических модулей Пельтье, размещенный в кожухе с воздушными каналами с холодной и горячей стороны термоэлектрических модулей, связанные одними концами с общим впускным коллектором, соединенным с всасывающим воздуховодом, выполненным с возможностью выборочной подачи внутреннего воздуха из помещения или наружного воздуха посредством заслонок. В указанном всасывающем воздуховоде размещены фильтр и нагнетающий вентилятор, другие концы каналов соединены с потребителем выпускным воздуховодом. Указанный выпускной воздуховод выполнен из двух выпускных коллекторов для нагретого воздуха, сопряженного с каналом, прилегающим к горячей стороне термоэлектрических модулей и выпускного коллектора для охлажденного воздуха, сопряженного с каналом, прилегающим к холодной стороне термоэлектрических модулей. Выпускные коллекторы сообщены с концевым воздуховодом, связанным с потребителем и снабженным распределителем и средством регулирования подачи воздуха, выполненным с возможностью изменения подачи потребителю выборочно нагретого или охлажденного воздуха с одновременным выбросом воздуха не используемого температурного состояния, не используемого температурного состояния, в каждой термоэлектрической батарее, установленной в указанном термоблоке модули размещены в рядах, расположенных вдоль и поперек плоскости батареи. К наружным поверхностям модулей Пельтье примыкают радиаторы, образующие одну сторону указанных каналов.
Указанный распределитель воздуха содержит корпус, дефлекторы и жалюзи регулирования объема подачи воздуха. Указанный распределитель снабжен дополнительным вентилятором. При использовании устройства в качестве тепловой завесы указанный термоблок выполнен с возможностью крепления кожухом над дверью или на боковых поверхностях дверного проема, причем всасывающие воздуховоды выполнены с боковых и торцевой сторон, а выпускной воздуховод выполнен в виде щелевого направляющего аппарата с другого торца кожуха, в средней части короба размещены термоэлектрические батареи с нагнетающим вентилятором. Указанные радиаторы выполнены из теплопроводного материала и имеют гребенчатое поперечное сечение. Указанные радиаторы выполнены в виде иголок на основании, сопряженном с модулями Пельтье. Между указанными радиаторами и модулями Пельтье установлены теплопроводные пластины. Указанное средство регулирования подачи воздуха выполнено в виде сблокированных друг с другом заслонок, установленных в концевом воздуховоде в коллекторах нагретого или охлажденного воздуха с возможностью раздельной его подачи и одновременного выброса воздуха не используемого температурного состояния в атмосферу. Указанное средство регулирования подачи воздуха выполнено в виде переключателя электрических полюсов постоянного тока, подаваемого на термоэлектрические модули Пельтье, при этом коллекторы горячих и холодных каналов выполнены с возможностью выборочного согласованного переключения потока подогретого воздуха в концевой воздуховод из одного коллектора с одновременным направлением на выброс охлажденного воздуха из другого коллектора и направления потоков воздуха противоположных температур при смене полярности тока на клеммах модулей Пельтье.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант устройства; на фиг.4 - термоблок, вид сбоку; на фиг.5 - вид Б на фиг.4, схема подключения устройства к электропитанию 12в; на фиг.6 - вид Б на фиг.4, схема подключения устройства к электропитанию 24в; на фиг.7 - вид Б на фиг.4, схема подключения устройства к электропитанию 36в; на фиг.8 - вид Б на фиг.4, схема подключения устройства к электропитанию 600в; на фиг.9 - модуль термобатареи, изометрия; на фиг.10 - модуль термобатареи, вид сбоку; на фиг.11 - модуль термобатареи, вид спереди; на фиг.12 - вариант схемы подключения на 600в DC; на фиг.13 - вариант схемы подключения на 600в DC; на фиг.14 - вариант - схемы подключения к переменному току по фиг.3; на фиг.15 - принципиальная схема устройства; на фиг.16 - схема работы устройства; на фиг.17 - вариант использования устройства на трамвае; на фиг.18 - устройство в варианте в качестве теплового экрана; на фиг.10 - поперечное сечение на фиг.18 при подаче горячего воздуха; на фиг.20 - поперечное сечение на фиг.18 при подаче холодного воздуха; на фиг.21 - соединение модулей Пельтье в батарею; на фиг.22 - соединение радиаторов с модулем Пельтье.
Воздушное термоэлектрическое нагревательно-охладительное устройство на основе эффекта Пельтье для обитаемых объектов содержит термоблок 1, выполненный в виде батареи 2 термоэлектрических модулей Пельтье.3, размещенный в кожухе 4 с воздушными каналами 5 с холодной и - 6 с горячей стороны термоэлектрических модулей 3.
Количество воздушных каналов может быть от двух для термоблока с одной батареей и больше в зависимости от требуемой выходной мощности устройства. Воздушные каналы связаны одними концами с общим впускным 7 коллектором, соединенным с всасывающим воздуховодом 8, выполненным с возможностью выборочной подачи внутреннего воздуха из помещения или наружного воздуха посредством заслонок 9 и 10.
В указанном всасывающем воздуховоде размещены фильтр 11 и нагнетающий вентилятор 12.
Другие концы каналов соединены с потребителем 13 выпускными коллекторами - 14 для нагретого воздуха, сопряженного с каналами 6,. прилегающими к горячей стороне термоэлектрических модулей 5 и выпускного коллектора 15 для охлажденного воздуха, сопряженного с каналами 5, прилегающим к холодной стороне термоэлектрических модулей 3.
Выпускные коллекторы 14 и 15 сообщены с концевым воздуховодом 16, связанным с потребителем 13 и снабженным распределителем 17 и средством регулирования подачи воздуха, выполненным с возможностью изменения подачи потребителю выборочно нагретого или охлажденного воздуха с одновременным выбросом воздуха не используемого температурного состояния.
В указанном термоблоке 1 (фиг.4 - фиг.7) установлены L термоэлектрических батарей с количеством от L=1 до L=i, при этом каждая термоэлектрическая батарея 2 состоит из n модулей, расположенных вдоль плоскости батареи с количеством от n=1 до n=i и, расположенных в рядах поперек плоскости батареи m модулей, с количеством от m=1 до m=i. Количество i выбирается из его, пропорциональной зависимости от заданной выходной мощности устройства при известной мощности каждого модуля.
К наружным поверхностям модулей Пельтье 3 примыкают радиаторы 18, образующие одну сторону указанных каналов 5 и 6.
Указанный распределитель воздуха (выпускной воздуховод) 17 по варианту фиг.18 содержит щелевой направляющий аппарат (дефлекторы) 19 и жалюзи 20 регулирования объема подачи воздуха, размещенных в кожухе 4 и может быть снабжен дополнительными вентиляторами 21.
При использовании устройства в качестве тепловой завесы, например, в трамвае (фиг.17), указанный термоблок 1 может быть выполнен с возможностью крепления кожухом 4 над дверью 22 или на боковых поверхностях дверного проема (не показано), причем всасывающие воздуховоды 8 выполнены с боковых и торцевой сторонах, а выпускной воздуховод 17 выполнен в виде щелевого направляющего аппарата 19 с другого торца кожуха, в средней части кожуха. размещены термоэлектрические батареи с модулями 3 и с нагнетающими вентиляторами 21.
Указанные радиаторы выполнены из теплопроводного материала, и имеют гребенчатое поперечное сечение (фиг.9, фиг.10), а также могут быть выполнены в виде иголок (не показано) на основании, сопряженном с модулями Пельтье.
Между указанными радиаторами 18 и модулями Пельтье 3 на соответствующей стороне модулей 3 могут быть установлены «горячие» 23 и «холодные» 24 теплопроводные пластины.
Указанное средство регулирования подачи воздуха может быть выполнено в виде сблокированных друг с другом тягой 25 с рукояткой 26 заслонок 27 и 28, установленных в концевом воздуховоде 16 в коллекторах нагретого 14 или охлажденного 15 воздуха с возможностью раздельной подачи и одновременного выброса воздуха, не используемого температурного состояния в атмосферу.
Указанный впускной коллектор 7 может быть выполнен в виде отдельных воздуховодов, один из которых соединен с воздушными каналами с «холодной» стороны 5 термоэлектрических модулей 3, а другой - с каналами с «горячей» стороны 6 термоэлектрических модулей 3, при этом в каждом их указанных впускных воздуховодов размещен нагнетающий вентилятор (не показано).
В прямоточном варианте устройства с общим впускным коллектором 7 (фиг.3), указанное средство регулирования подачи воздуха выполнено в виде переключателя 29 электрических полюсов постоянного тока (DC), подаваемого на клеммы 30 термоэлектрических модулей Пельтье 3, при этом коллекторы горячих 14 и холодных 15 каналов выполнены с возможностью выборочного согласованного переключения потока подогретого воздуха в концевой (выпускной) воздуховод из одного коллектора с одновременным направлением на выброс охлажденного воздуха из другого коллектора и направления потоков воздуха противоположных температур при смене полярности тока на клеммах модулей Пельтье 3, поступающего от преобразователя переменного тока (АС) 31.
В вариантном исполнении (фиг.22) модули Пельтье 3 могут соединяться с радиаторами 18 резьбовыми элементами 32. Возможны и другие известные способы соединения, например, клеевые соединения модулей Пельтье 3 с радиаторами 18. Для управления работой устройства в процессе терморегулирования может использоваться процессор 33 (фиг.15).
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявило средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в. предложенной заявителем формуле полезной модели, включая характеристику назначения. Т.е., совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, о.но соответствует условию патентоспособности "новизна".
Данное техническое решение промышленно применимо, поскольку в описании к заявке и названии полезной модели указано его назначение, оно может быть изготовлено промышленным способом и использовано для создания комфортных температурных условий в объектах обитания человека.
Техническое решение работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.
Полезная модель в том виде, как она охарактеризована в каждом из пунктов формулы, может быть осуществлена с помощью средств и методов, описанных в прототипе, ставшим общедоступным до даты приоритета полезной модели. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Устройство работает следующим образом.
При подаче в устройство атмосферного воздуха (фиг.16) вентилятором 12 в «горячую» зону 5 и «холодную зону» 6 осуществляется выборочная подача горячего или холодного воздуха потребителю 13, а воздух не используемого температурного состояния выбрасывается за пределы обитаемого объекта или утилизируется.
Работа устройства по варианту фиг.1 для термоблока 1 с шестью батареями 2 осуществляется подачей наружного или внутреннего воздуха вентилятором 12 с предварительной очисткой фильтром 11. Затем воздух по впускному коллектору 7 проходит через все каналы 5 и 6 термоблока 1. В каналах 5 он нагревается, а в каналах 6 - охлаждается. В зависимости от требуемой температуры воздух или вручную или с помощью процессора 33 из выпускных коллекторов 14 или 15 подается потребителю13. При этом подача горячего или холодного воздуха регулируется рычагом 26, связанным с сблокированными тягой 25 заслонками 27 и 28.
В варианте по фиг.3 вручную или посредством процессора 33 меняется полярность на клеммах 30 модулей 3 Пельтье, за счет чего температура в выпускных коллекторах меняется с горячей на холодную, поэтому здесь не нужны отдельные коллекторы для горячего и холодного воздуха, а воздух требуемой температуры поступает в один и тот же воздуховод.
Практическая реализация устройства, например, на трамвае 34, осуществляется следующим образом. Над дверями в салоне и в кабине водителя устанавливаются кожухи 4 тепловой или охлаждающей завесы. Эти элементы устройства могут быть выполнены по конструкции фиг.1 - фиг.20 с самостоятельными термоблоками. Для регулирования температуры внутреннего воздуха устанавливаются нагревательно-охладительные устройства 35. На устройство подается постоянный ток 600в DC по схеме показанной на фиг.8. Управление работой устройств осуществляется водителем или с помощью процессора 33.
Для автотранспортных средств с аккумуляторами постоянного тока используются схемы подключения устройства по фиг.5, фиг.6, фиг.7.
При использовании устройства в помещениях с электропитанием переменным током 220/380АС используется схема фиг.14, где переменный ток в преобразователе 31 переводится в постоянный и подается на нагревательно-охладительное устройство. Диапазон переменного тока может быть от 110в АС до 660в АС.
Использование устройства позволяет обеспечить комфортабельную среду в объектах обитания человека путем увеличения излучаемой мощности термоблоков и производительности устройства, повышения эксплуатационных качеств за счет расширения используемого диапазона постоянного тока.
Нагревательно-охладительное устройство может быть использовано на транспортных средствах в зоне дверей для защиты от проникновения наружного воздуха в салон, т.е. для образования так называемой «тепловой завесы».