CN102001299A - 热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统，它包括至少有一个热电组件，安装在每一个热电组件上的外侧散热片单元和内侧散热片单元，共用一个轴流式风扇，而且风扇出风口与所述内、外侧散热片单元的热传导器件的热传导方向一致；基板和隔热垫位于内、外侧散热片单元的热传导器件之间；以及每一个相对独立的热电模组通过直流电极性交变实现冷热转换提供连通接口的器件。本发明是改进的用于座椅空调的热电模组，可克服现有技术的不足。结构简单，能效比高，冷热转换，安全可靠，便于安装，大大的提高了司乘车人员座椅的舒适性。

Description

热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统

技术领域

本发明涉及一种座椅的气候人工控制技术。具体说，本发明涉及一种TEC(Thermoelectric Cooler，半导体致冷器)热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统。

背景技术

汽车座椅空调系统作为汽车空调系统的有效补充，具有调节座椅表面温度及湿度的功能，可以最大限度地满足不同司乘人员在不同季节对座椅表面温度的要求，提高了司乘人员的舒适性，有助于司乘人员保持充沛的精力和清醒的反应力。据统计由于司乘人员的清醒反应力，可以提高驾车的安全性并促使有效的降低油耗。

目前汽车座椅空调系统有两种形式：一种是利用汽车本身已有的空调系统提供，其原理是利用风扇直接从汽车本身的空调系统中取出一部分冷量，“送”到汽车座椅需要的部位。输“送”冷量的方式也有两种：一种是从汽车本身空调主出风口取风，用管道输送，这种方式安装比较复杂；另一种是不使用管道，直接从车内空间取风。所有这些都必需要求汽车本身原有的空调系统十分强劲。准确地讲，这两种都应称之为通风型“空调”座椅系统，因其本质就是都离不开汽车本身的空调系统。换言之，如果汽车本身无空调系统，或者汽车本身空调系统能力有限，那么这些座椅的空调系统也就不具备十分有效的制冷功能。此外这种汽车座椅空调系统的制热功能都是采用电加热丝，即直接使用汽车电能来获得的。

利用热电半导体组件本身具有的电致冷热的原理构建的另一种汽车座椅空调系统中的制冷(热)不是依赖于汽车原有的空调系统，而是利用汽车的电能驱动热电半导体空调模组直接实现座椅系统制冷(热)的功能。该方式使用电力直接转换成冷热来实现座椅的空调功能，可以体现环境友好型的气候调节，是汽车等交通工具发展的方向。

中国专利CN 95194981.0和CN200580043893.7公开了“可调温度座椅气温控制系统”和“用于交通工具温度模块的控制系统”。两个专利是同一家公司前后相隔10年连续在中国申请的，其核心的装置都是相同的：即把已有的冷热面都带翅片的热电半导体模块直接插入到离心式风扇出风口中组合而成。实验证明目前该技术的能效比尚不理想，该装置具有一定的局限性和缺点：

众所周知，热电半导体组件工作时，其一面制冷，另一面同时在制热，而且制热能力大于制冷能力。如果制热面的热量不能及时扩散到附近的空间，其热面本身的温度就要升高，其结果就要影响冷面的制冷效果。该技术只是把热电半导体组件连同附加在其两个表面上的翅片直接插入离心式风扇的出风口。由于离心式风扇出风口截面很小，而且冷热风同时被限制在狭小的通风口内，这样做的结果是不利于热电半导体组件的制冷功能。同时由于出风口截面很小，附加在热电半导体组件两个表面上的翅片都很小，而且两个翅片形状及散热表面积完全相同，这本身又不符合热电半导体组件对两侧散热面积及通风量的要求，结果只能严重影响热电半导体模块的制冷效果。上述分析与实际对实物样品的检测结果是一致的：在环境温度30℃，对此结构的实物样品通12V直流电，结果是在该座椅热电半导体模组的主出风口热风十分明显，几乎感觉不到冷风。经检测热面翅片一侧温度在58℃以上，冷面翅片一侧温度仅28℃。为了弥补该不足，现有技术要求在每个模组都要按装至少一个废热交换器风扇，降低热电组件本身的热面温度，借此提高制冷能力。这就从另一个方面说明，现有的专利技术只能在高档汽车中应用，原因在于其热电半导体模块制冷能力不足，需要高档汽车本身强劲的空调能力来保证。从这一点来看，在制冷方面该技术与通风型座椅空调系统没有实际上的差别。

目前中国已成为全世界汽车产销量第一的大国，高档轿车只是其中很少的一部分。面对大量的普通的中低档轿车，甚至本身无空调的货车、工程车等机动车，都急需推动大力发展更先进的能效比高的热电半导体空调座椅装置，不断提高司乘车人员座椅的舒适性将具有重要的现实意义。因此，有必要对热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统，它是改进的用于座椅空调的热电半导体模组及座椅空调系统，可以克服现有技术的不足。本发明能效比高，结构简单，安全可靠，安装方便，大大的提高了司乘人员座椅的舒适性。

本发明提供的一种热电半导体空调座椅模组(以下简称热电模组)。包括：

至少有一个热电半导体组件(以下简称热电组件)，安装在每一个热电组件上的外侧散热单元和内侧散热单元共用一个轴流式风扇，且风扇出风口与所述内、外侧散热片单元的热传导器件的热传导方向一致。

内侧散热单元的热传导器件高度低于外侧散热单元的热传导器件的高度。例如为2/3。

基板和隔热垫位于内、外侧散热单元的热传导器件之间；以及每一个相对独立的热电模组通过直流电极性交变实现冷热转换提供连通接口的器件。

本发明提供的一种热电模组包括：热电组件、外侧散热片单元、内侧散热片单元、轴流风扇(小型)、基板、隔热垫，其主要特征是：

每个热电模组至少有一个热电组件，安装在每一个热电组件上的外侧散热片单元和内侧散热片单元共用一个轴流式风扇，且风扇出风口与前所述内、外侧散热片单元的翅片方向一致。

内侧散热片单元的翅片高度低于外侧散热片单元翅片的高度。可选的是内侧散热翅片高度是外侧散热翅片高度的60％左右。

基板和隔热垫位于内、外侧散热片单元之间，即除热电组件所占用的面积外，内外侧散热片之间必须用基板和隔热垫把热电模组的冷热功能直接分开；

每一个相对独立的热电模组必须有公用的外侧通风罩、内侧通风罩及接线端子，为热电模组通过直流电极性交变来实现其冷热转换提供的接口。

在制冷工况下，环境温度30℃时，热电模组外侧散热片单元表面温度升高不大于10℃。同时，内侧散热片单元表面温度降低不小于8℃。这样可以提高热电模组的制冷效率，同时也不需要对外侧散热片单元另外附加废热交换器风扇。这样就为空调系统制冷能力较差或没有空调系统的车辆直接提供制冷空调座椅提供了可能。

本发明的另一个方面是提供了用改进后的座椅空调热电模组制作成的座椅空调系统。包括：空调座椅热电模组总成、通风网层。

座椅主体，空调座椅热电模组一体化的总成结构置于其中。总成结构包括若干空调座椅热电模组，若干空调座椅热电模组共用基板、隔热垫、外侧通风罩、内侧通风罩、电源接口以及控温元件(可采用公知的控温元件)。

依据不同车辆的使用场合、环境、温度、供电制式及座椅尺寸规格，制作成不同规格的空调座椅热电模组总成。总成内分别包括2、4、6个或者更多热电模组，具体数目依据座椅主体的椅座和靠背的场合和环境来确定，最好对称分布，构成的座椅空调系统可以独立提供座椅所需的冷热空调功能，对汽车本身有无空调没有要求。同时也可以使用到其它(除轿车以外也可以包括：货车、工程车、飞机、轮船、火车、剧场及办公用座椅等)需要空调座椅系统的场合。

所述的热电模组对称分布于热电模组总成的两侧，出风口相对，不需另外使用“管道”，可以自动形成空调气候空间。

上述热电模组总成结构内有共用的基板和隔热垫，除了把每个热电组件的冷热散热片单元隔开外，同时对总成内空调气候空间起到支撑、隔热和保温的作用。

共用内通风罩本身的通风孔是按照人体与座位接触部位分布的，因此本身也就是空调座椅的总出风口。在其表面附加通风网层，可以均匀的分配座椅温度并增加座椅的柔软程度。

根据需要可以在内通风罩表面设另外的出风口，供其他需要空调的部位共用。

本发明提供的一种新的空调座椅热电模组及座椅空调系统的特点描述如下：

对于空调座椅热电模组来说，利用热电组件本身的热电特性，只要对热电组件通入直流电，热电组件一个表面制冷，另一个表面同时制热；与常规热电半导体系统不同，本模组只用一个轴流风扇，对附加在热电组件表面的内外侧散热片单元同时吹风。由于内侧散冷片单元比外侧散热片单元面积小，在制冷时外侧散热片单元表面温度比环境温度升高不大于10℃，内侧散冷片单元表面温度比环境温度降低不小于8℃。基板和隔热垫把热电组件的冷热功能分开，便于安装使用。

对于空调座椅热电模组总成来说，把若干(2个以上)热电模组对称分布两侧，出风口相对，再加上一个总成内所共用的基板和隔热垫，不用“管道”就自然形成空调保温空间：共用的内侧通风罩，按人体与座位接触部位分布通风孔，因此，总成共用的内侧通风罩表面也就是座椅空调的总出风口。在其表面附加通风网层，可以均匀的分配座椅温度并增加座椅的柔软程度。在外侧散热片单元一侧安装的控温元件则提空调座椅热电模组总成所有的控温要求。

本发明的目的是提供一种新的空调座椅热电模组及座椅空调系统，克服了现有技术的不足。本发明能效比高，结构简单，冷热转换，安装方便。大大的提高了司乘人员座椅舒的适性。

附图说明

附图1是一个热电半导体空调模组的立体示意图。

附图2是热电半导体模组空调座椅总成系统的立体示意图。

附图3是热电半导体模组空调座椅总成系统和座椅连接的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。但它们并不是对本发明做出的任何限制。

如图1所示，图1是一个热电半导体空调模组的立体示意图。其中，a是该热电模组的立体示意图，b是该热电模组的空间结构关系示意图；101是轴流风扇，102是外侧散热单元，103是内侧散热单元，104是夹在内外侧散热片单元之间的热电组件，105是内外侧散热片单元之间除热电组件以外区域的隔热垫，106是其下面的基板。自上而下内侧散热片单元103、隔热垫105、基板106和外侧散热片单元102依次连接，热电组件104放置在内侧散热片单元103、外侧散热片单元102和隔热垫105之间，轴流风扇101位于内外侧散热片单元的同一端。

当安装在内外散热片单元之间的热电组件104接通直流电工作时，由于热电组件固有的热电特性，一个表面制冷，另一个表面同时制热，制冷能力取决于施加直流电的大小，而直流电极性的改变则决定热电组件冷热面的转换。热电组件的热电特性通过附加在两侧的外侧散热片单元102和内侧散热片单元103传递出去，贴在基板106上面的隔热垫105把热电模组冷热功能分开。一个热电组件104对应一个轴流风扇101，它沿着翅片方向同时对内外侧散热片单元送风。由于内外侧散热片单元翅片高度不同，内侧散热片单元的翅片高度低于外侧散热片单元翅片的高度。

按图1制作一个热电半导体空调模组，选择的是内侧散热翅片单元高度是外侧散热片单元高度的60％左右，同时使用60mm12V.DC 0.16A规格的小型轴流风扇对内外侧散热片同时吹风。在环境温度30℃情况下按制冷工况工作时，对该热电半导体空调模组通12V.DC直流电，用TES-1304两位置打印式温度测试仪同时检测内外侧散热片温度，结果是：外侧散热片表面温度39℃，几乎感觉不到热风，因此也不用按现有技术要求再按装废热交换器风扇；同时内侧散热片表面温度19℃，明显感觉到冷风。对比现有技术的热电半导体模组，在同样的30℃环境温度下通12V.DC直流电，热面翅片表面温度58℃(未按其要求再按装至少一个废热交换器风扇，以降低热面翅片温度来提高制冷效果)，在热电模组主出风口明显感觉到热风；冷面翅片表面温度28℃，几乎感觉不到冷风。实验证明现有技术热电模组能效比尚不理想，该装置具有一定的局限性和缺点。而按图1制作的改进的热电半导体空调模组，由于内外侧散热翅片不是同时限制在狭小的离心式风扇的出风口内，同时选择内侧散热翅片高度是外侧散热翅片高度的60％左右，确保在制冷工况时外侧散热片单元表面温度比环境温度升高不大于10℃，内侧散热片单元表面温度比环境温度降低不小于8℃，这就极大的提高了热电组件的制冷能效比。

如图2所示，图2是一个热电半导体模组空调座椅总成系统的示意图。a是空调座椅总成系统的示意图，b所示该总成的结构关系。该总成是由6个热电半导体模组组成，其中101是轴流风扇，102是外侧散热片单元，103是内侧散热单元片，由于每个热电模组中的热电组件夹在内外侧散热片单元之间，所以没有画出；该热电模组总成内6个热电模组共用一个基板106，该基板两边预留了总成的对外安装孔，其表面贴装6个热电模组的共用隔热垫105；从图中可以看到，6个热电模组出风口都是相向对称分布，因此从每个热电模组通过每个轴流风扇101进风口吸入的空气经内侧散热片单元103调温后，在总成共用内侧通风罩108和隔热垫105之间汇合，不使用现有技术要求的“管道”，仅通过安装在共用基板106上方的内侧通风罩108即可直接吹出空调风；共用内侧通风罩108上的出风孔是按照人体接触座位的部位分布，因此它也是总成的总出风口；在共用内侧通风罩108和隔热垫105之间另外安装的出风用风扇107，既增强了空调座椅总成的通风能力，也可供汽车其它需要空调的部位使用；在共用内侧通风罩108上附加通风网层111，可以均匀的分布座椅温度并增加座椅的柔软程度；在总成共用基板106下方是共用外侧通风罩109，把总成产生的废热直接排出，不需要现有技术要求的再安装废热交换器风扇；安装在外侧通风罩109上的控温元件110，负责选择热电半导体模组空调座椅总成的工作方式。利用现有公知的空调机控温技术(例如，自动控温装置)，即可很方便地实现该空调座椅总成的控温要求，因此本发明对此控温技术不再重复。

如附图3所示，图3是一个热电半导体模组空调座椅总成系统和座椅连接的立体示意图。同样a是所示总成系统和座椅连接后的立体示意图，b所示其结构关系。在座椅112座位下方是通风网层111和只能看到的其外侧通风罩109的总成；在汽车方便的部位可安装座椅空调模式的按钮，它包括通风(此时热电模组不供电)113、制冷(三挡)114和制热(三挡)115等三种模式。这三个按钮和模组总成系统中的控温元件110分别连接，方便司乘人员使用。同样地，利用现有的电气控制技术很容易实现这种连接，因此本发明对此不再重复描述。

本发明热电半导体空调座椅模组及座椅空调系统中所述的散热单元(散热片)以及热传导器件(散热片的翅片)可以被其它能够散热(冷)的结构形式(包括现有的散热器)所替代，取得较好的散热(冷)效果。

本发明提供了一种更先进的热电半导体模组及空调座椅总成系统，克服了现有技术的不足。本发明热电半导体模组具有能效比高，环境友好，结构简单，冷热转换，安全可靠的特点；一体化总成结构极大的方便了座椅空调的安装，改善了司乘人员座椅的舒适性，提高了安全性和使用的经济性。同时，本发明尤其对汽车本身空调制冷能力的大小或有无空调系统均没有要求，对于大量的中低档轿车、货车、工程车以及其它领域中座椅空调系统的使用提供了可能。

Claims (10)

1.一种热电半导体空调座椅模组，其特征在于它包括：

至少有一个热电半导体组件，安装在每一个热电半导体组件上的外侧散热单元和内侧散热单元共用一个轴流式风扇，而且风扇出风口与所述内、外侧散热单元的热传导器件的热传导方向一致；

基板和隔热垫位于内、外侧散热单元的热传导器件之间；以及每一个相对独立的热电模组通过直流电极性交变实现冷热转换提供连通接口的器件。

2.按照权利要求1所述的热电半导体空调座椅模组，其特征在于所述的内侧散热单元的热传导器件高度低于外侧散热单元的热传导器件的高度。

3.一种热电半导体空调座椅模组，其特征在于它包括：热电组件、外侧散热片单元、内侧散热片单元、轴流风扇、基板、隔热垫，

每个热电模组至少有一个热电组件，安装在每一个热电组件上的外侧散热片单元和内侧散热片单元共用一个轴流式风扇，而且风扇出风口与所述内、外侧散热片单元的翅片方向一致；

基板和隔热垫位于内、外侧散热片单元之间；

每一个相对独立的热电模组有共用的外侧通风罩、内侧通风罩及接线端子，为热电模组通过直流电极性交变来实现其冷热转换提供接口。

4.按照权利要求3所述的热电半导体空调座椅模组，其特征在于所述的内侧散热片单元的翅片高度低于外侧散热片单元翅片的高度。

5.按照权利要求4所述的热电半导体空调座椅模组，其特征在于所述的内侧散热翅片高度是外侧散热翅片高度的60％。

6.按照权利要求3所述的热电半导体空调座椅模组，其特征在于在制冷工况下，环境温度为30℃时，热电半导体空调座椅模组外侧散热片单元表面温度升高不大于10℃，同时，内侧散热片单元表面温度降低不小于8℃。

7.一种由热电半导体空调座椅模组制作成的座椅空调系统，其特征在于包括：

若干热电半导体空调座椅模组构成的热电半导体空调座椅模组总成，热电半导体空调座椅模组共用基板、隔热垫、外通风罩、内通风罩、电源接口以及控温元件；

座椅主体，热电半导体空调座椅模组一体化的总成结构置于其中；以及

通风网层。

8.按照权利要求7所述的座椅空调系统，其特征在于所述的热电半导体空调座椅模组总成至少包括2、4或6个热电半导体空调座椅模组；

9.按照权利要求7所述的座椅空调系统，其特征在于所述的热电半导体空调座椅模组对称分布两侧，出风口相对。

10.按照权利要求7所述的座椅空调系统，其特征在于所述的共用内通风罩设通风孔，本身也就是空调座椅的总出风口；共用内侧通风罩内设另外的出风用风扇。

Images