CN214223281U - 一种近体微环境调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近体微环境调节装置，包括热电调温箱、近体部件，热电调温箱与近体部件连接，其中：所述热电调温箱包括箱体，以及设置在箱体内的蜗壳风机、热电调温模块、缓冲电源、电路控制器，热电调温模块设置有进风口和出风口，进风口通过波纹管与蜗壳风机的出口端连接，出风口与近体部件连接；电路控制器分别与热电调温模块和蜗壳风机连接，电路控制器还连接有控制器以及电源线，电源线引出于箱体外；缓冲电源分别与热电调温模块和蜗壳风机连接本发明对热电元件、热电模组单元进行了创新设计，使其应用更广泛，尤其是需要轻薄，冷热供求的特殊环境。本发明适于封闭或开放空间，能够提供温度源，并且能够实现近体微环境快速降温或升温。

Description

一种近体微环境调节装置

技术领域

本发明涉及一种近体微环境调节装置，尤其是指一种使用热电模块，适用于汽车座椅和办公座椅上，用于调节近体微环境的紧凑结构装置。

背景技术

近体微环境调节装置一般是利用流体将某种冷源或热源的温度带到人身体皮肤表面附近，改变近体附近区域温度的一种装置。目前车载或办公室内的气温改善通常采用定向空调，不但很好的改善了人体周围的环境温度，也降低了为了达到同样效果而改变整个空间环境温度的能量消耗。但是空调器依然需要制冷循环系统和空气循环系统的支持，体积庞大是不可避免的，同时必要的能量消耗也是难以降低的，所以提出近体微环境调节技术。

目前对于近体微环境调节装置，以坐垫为载体，分为夏用通风坐垫和冬用热丝坐垫。通风坐垫通过风机，将风送入坐垫的气路中，在经过坐垫表面的空洞吹向人体表面，带走热量，用强制对流的方式降低人体表面温度，或是采用风机，通过坐垫表面的空洞，将人散发的热量吸入坐垫，达到降温的作用。因为这个坐垫仅采用风机，所以不会占用过大的空间，且在有空调的车厢内，温度可以通过整体空间温度来调节，所以能够达到久坐而不热的效果。但是这样的机制也带来的相应的负面效果，一是仅用风机提供风力，不能解决夏天刚进车的烫屁股现象，同样也不能解决冬天冻屁股的现象，因为车厢内温度并不会快速改变，所以坐垫的温度也不会快速变化。二是不能主动调节垫子的温度，主要说的是在仅能改变风速的条件下，有时不断吹向皮肤的冷风会导致人体不适，但将风速降下来又不能保持垫子的温度，这就失去了调节温度的意义。

为解决通风坐垫所存在的问题，利用热电模组的近体微环境调温装置就是最好的选择。热电模块即帕尔贴模块，也称作热泵，它既可以用于制热，也可以制冷。当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。这一效应是可逆的，如果电流方向反过来，吸热便转变成放热。

现在这类技术还是不成熟。目前主要有以下几个难点：1)热电模块使用效率低。目前热电模块多数采用空气为流动介质，配合风机侧向进风，但是由风机吹出的风多由于离心力的作用产生速度分布不均匀风，进而使经过热电模组散热片的速度分布不同，最终导致散热片温度降低的不均匀，效率大打折扣；2)结构占用空间过大。为使热电模组的效率提高，会在热端、冷端散热片分别安装风扇，增大对流换热系数，加强换热，但是大大增加了整体装置所占用空间，使装置略显笨重，使用空间受限。

为快速推进热电模组的广泛应用，一种小巧、轻便的热电调温空调坐垫技术就有着重要的革新价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于封闭或开放空间，能够提供温度源，并且实现快速降温或升温的近体微环境调节装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种近体微环境调节装置，包括热电调温箱、近体部件，热电调温箱与近体部件连接，其中：

所述热电调温箱包括箱体，以及设置在箱体内的蜗壳风机、热电调温模块、缓冲电源、电路控制器，热电调温模块设置有一个进风口和两个出风口，两个出风口分别输出热端风和冷端风，进风口通过波纹管与蜗壳风机的出口端连接，输出冷端风的出口与近体部件连接；电路控制器分别与热电调温模块和蜗壳风机连接；电路控制器还连接有电源线和控制器连线，电源线和控制器连线引出于箱体外，电源线用于连接电源，控制器连线连接控制器；缓冲电源分别与热电调温模块和蜗壳风机连接。

所述热电调温模块包括热电元件、阻风隔板和模组壳体，模组壳体的两端分别为进风口和两个出风口，阻风隔板为摆线形，设置于模组壳体内热电元件的后方，并将模组壳体的出风口分隔为主流端出口和次流端出口，主流端出口用于输出冷端风，次流端出口用于输出热端风，热电元件位于模组壳体内部，热电元件靠近主流端出口的一侧设置有主流端散热片，热电元件靠近次流端出口的一侧设置有次流端散热片。

所述近体部件为坐垫、背垫、衣服、床垫、沙发的一种或多种的组合。

所述近体部件为坐垫、背垫的一种或两种的组合时，近体部件安装于座椅上，近体部件与座椅接触的一面设置有内支撑，近体部件的外表面设置有外支撑；近体部件通过导风管道与热电调温箱连接。

所述坐垫和背垫的表面设置有表面气孔。

所述导风管道位于座椅的前方，热电调温箱自由悬挂于座椅前方，或者是固定于座椅底部。

所述导风管道位于座椅的后下方，热电调温箱自由悬挂于座椅后下方，或者是固定于座椅底部。

所述热电调温箱通过导风板与近体部件连接，导风板的材质为硬质材料，导风板内部设有分流板。

所述箱体上与热电调温模块所在方向的反向位置开设有栅格。

所述电路控制器与热电调温模块通过模组供电线路和温度反馈线路连接，电路控制器通过风机供电及控制线路与蜗壳风机连接。

有益效果：相比于现有技术，本发明的优点在于：

1)本发明采用热电元件提供温度源，制冷、制热迅速，热电元件两端接通电源即可制冷、制热，响应时间短。同时采用热电元件提供温度源，可将温度降到室温以下或升到室温以上，增加了温度调节范围，大大增加了可使用的环境和范围。

2)根据本发明技术方案，传热媒介可采用空气，流动速度快，可以忽略运输过程中的热损失，温度传递迅速，且不需要额外的传热媒介，更加绿色环保安全。

3)本发明采用蜗壳风机和独特的热电模块壳体结构相结合的集成技术，蜗壳风机不但体积小巧，而且送风速度均匀，配合独特的热电模块壳体结构，大大提升散热效率。为进一步缩减整体结构的厚度，采用单一进风，双向出风的热电模块壳体结构，双向出口之间采用特殊的阻风隔板结构，将主流端、次流端的气流分隔开，并且阻力小，结构简单。这样的设计不但可以提高热电模块的效率，同时可以减少调温系统的厚度，对现有的热电系统的紧凑性技术有革命性的影响。

4)本发明采用空调箱与坐垫相互独立方式，特别设计了导风板，为后置连接提供了有效空间。独立连接方式使得热电调温箱不仅可以应用在坐垫上，同样也可以用在座椅，床垫、服装、沙发等相关产品中，提升了热电调温箱的实用性和创新价值。

5)本发明在热电调温箱中，添加缓冲电源，利用热电元件的功率小特点，一方面可在不提供电源的条件下，事先特供近体环境温度调节，灵活性更大，另一方面可以为野外环境提供一定市场的工作电源，增大了实用性。

附图说明

图1为本发明热电调温箱的结构示意图；

图2为本发明热电调温模块的截面结构示意图；

图3为实施例1的热电调温箱自由式前置连接示意图；

图4为实施例2的热电调温箱固定式前置连接示意图；

图5为实施例3的热电调温箱自由式后置连接示意图；

图6为实施例4的热电调温箱固定式后置连接示意图；

图7为近体部件的结构示意图；

图8为本发明循环风路以及电路控制系统搭配近体部件工作的系统图。

其中：1-热电调温箱，2-背垫，3-坐垫，4-通风管道，5-内支撑，6-外支撑，7-导风板，8-扣带，9-表面气孔，10-圆形扣，11-蜗壳风机，12-波纹管，13-热电调温模块，14- 次流端出口，15-主流端出口，16-电路控制器，17-箱体，18-电源线，19-热电元件，20- 次流端散热片，21-主流端散热片，22-阻风隔板，23-栅格，24-缓冲电源，25-控制器连线，26-进风口，27-热端风，28-冷端风，29-模组壳体，30-近体部件，31-控制器，32- 风机供电与控制线路，33-模组供电线路，34-温度反馈线路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至8所示，一种近体微环境调节装置，包括热电调温箱1、近体部件30，热电调温箱1与近体部件30连接。

如图1，热电调温箱1包括箱体17，以及设置在箱体17内的蜗壳风机11、热电调温模块13、缓冲电源24、电路控制器16，所有元件均固定在热电调温箱1箱体内，箱体为各元件提供必要的支撑和外界环境隔离，能够有效防止使用时产生震动损坏内部元件。

热电调温模块13设置有进风口26和两个出风口，两个出风口分别输出热端风27和冷端风28，进风口26通过波纹管12与蜗壳风机11的出口端连接，输出冷端风28 的出口与近体部件30连接。

电路控制器16分别与热电调温模块13和蜗壳风机11连接，提供必要的电力，电路控制器16还连接有电源线18，电源线18引出于箱体17外，用于与电源连接，同时控制器31通过控制器连线25与电路控制器16连接，提供温度调节和开关功能。电路控制器16与热电调温模块13通过模组供电线路33和温度反馈线路34连接，电路控制器16通过风机供电及控制线路32与蜗壳风机11连接，电路控制器16通过温度反馈线路34获得热电调温模块13的反馈温度，并通过控制器31控制蜗壳风机11调节风力输出。

缓冲电源24分别与热电调温模块13和蜗壳风机11连接，用于为没有电源时提供短时间工作的电源供给。

热电调温箱1的箱体17的后侧(即与热电模块所在方向的反向位置)开有栅格23，即保证了进风，同时还避免次流端出口排出的气流再次吸入蜗壳风机中，降低蜗壳风机的负载。

热电调温箱1由蜗壳风机11提供动力，热电调温模块13提供温度源。热电调温箱 1工作时，蜗壳风机11从外部吸入空气，并通过波纹管12送入热电调温模块13。

本发明中，风机采用蜗壳风机主要有以下两个作用：a)提供动力，蜗壳风机的曲线结构，降低了流动阻力，可以在较小的空间提供更大的动力；b)蜗壳风机的出风均匀，易于控制，可以为热电模块提供均匀的进风，借此提高热电模块的整体效率。这为热电调温箱整体结构的紧凑和体积的超薄化提供了前提。

如图2所示，热电调温模块13包括热电元件19、阻风隔板22和模组壳体29，模组壳体29的两端分别为进风口26和两个出风口，阻风隔板22设置于模组壳体29内热电元件19的后方，并将模组壳体29的出风口分隔分隔为主流端出口15和次流端出口 14，主流端出口15用于输出冷端风28，次流端出口14用于输出热端风27。

阻风隔板22为摆线形，能够降低流体流动转向的阻力，在同一进风的条件下，次流端可流过更多的流体，提高次流端散热效率，在相同功率下，达到体积最小。主流端出口15和次流端出口14相互垂直。主流端出口15和次流端出口14伸出于箱体17外。

热电元件19位于模组壳体25内部，热电元件19靠近主流端出口15的一侧设置有主流端散热片21，热电元件19靠近次流端出口14的一侧设置有次流端散热片21。主流端散热片与次流端散热片高度比例可以通过实验测得，以获得在蜗壳风机提供的风力范围内，效率最优。

热电调温模块13工作时，由进风口26流进的气流分为两部分，一部分气流流过主流端散热片，产生冷端风28气流，从主流端出口15流出，另一部分气流流过次流端散热片，产生次流气流，次端气流通过散热片后，形成热端风27，经过摆线形的阻风隔板，从次流端出口14流出，主流端出口15的冷端风28气流接下来将通过导风管道进入近体部件30中，而次流端出口14的热端风27气流直接排到空气中。

如图7，近体部件30为坐垫3、背垫2的一种或多种。同时不局限于坐垫与背垫的形式，还可以是衣服、床垫、沙发等近体部件。

背垫2、坐垫3与座椅接触的一面设置有内支撑，起缓冲和支撑作用，为气体的流动提供充足的空间；同时外表面设置有外支撑，起支撑和保温的作用，防止冷端气体的温度过快的散失，降低能耗。

背垫2、坐垫3的表面设置有表面气孔9，可有效地将产生的主流端气体均匀的流出近体调温部件。

背垫2、坐垫3在两侧设置有用于将近体部件固定在座椅上的扣带8。

背垫2、坐垫3采用弹性填料填充，提高乘坐的舒适性。背垫2、坐垫3采用分别独立的方式组合在一起，背垫2、坐垫3可以单独使用，也可以组装在一起使用，灵活多样的组合方式使近体部件的应用更为方便和广泛。

近体部件通过导风管道4与热电调温箱1连接。

如图8，温度控制由温度反馈34反馈给电路控制器16，再由电路控制器16控制蜗壳风机的转速以及调节热电元件两端电压，以达到动态调节温度的效果。

本发明中，热电调温箱有前置式和后置式，可适应不同的使用环境。下面几个实施例做进一步说明。

实施例1：

热电调温箱自由式前置连接：

近体微环境调节装置包括坐垫3、背垫2和热电调温箱1，热电调温箱1通过导风管道4与坐垫3和背垫2连接，热电调温箱1悬挂于座椅前下方，如图3，热电调温箱 1的主流端出口先连接到导风管道4，由导风管道4与坐垫3前端连接，其中的气流经过坐垫3之后再流入背垫2。

实施例2：

热电调温箱固定式前置连接：

近体微环境调节装置包括坐垫3、背垫2和热电调温箱1，热电调温箱1通过导风管道4与坐垫3和背垫2连接，热电调温箱1固定于座椅底部，如图4，热电调温箱1 的主流端出口先连接到导风管道4，由导风管道4与坐垫3前端连接，其中的气流经过坐垫3之后再流入背垫2。

实施例3：

热电调温箱自由式后置连接：

近体微环境调节装置包括坐垫3、背垫2和热电调温箱1，热电调温箱1通过导风管道4与坐垫3和背垫2连接，热电调温箱1悬挂于座椅后下方，如图5，热电调温箱 1的主流端出口先连接到导风管道4，之后导风管道4与导风板7相连，导风板7为质地坚硬的材料，可以穿过座椅坐垫和背垫之间的微小缝隙同时提供有效的流动空间，同时导风板7内部设有分流板，冷气流可以更加均匀的进入坐垫和背垫之中。

实施例4：

热电调温箱固定式后置连接：

包括坐垫3、背垫2和热电调温箱1，热电调温箱1通过导风管道4与坐垫3和背垫 2连接，热电调温箱1固定于座椅底部，如图6，热电调温箱1的主流端出口先连接到导风管道4，之后导风管道4与导风板7相连，气流可以均匀的进入坐垫3和背垫2之中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种近体微环境调节装置，其特征在于：包括热电调温箱(1)、近体部件(30)，热电调温箱(1)与近体部件(30)连接，其中：

所述热电调温箱(1)包括箱体(17)，以及设置在箱体(17)内的蜗壳风机(11)、热电调温模块(13)、缓冲电源(24)、电路控制器(16)，热电调温模块(13)设置有一个进风口(26)和两个出风口，两个出风口分别输出热端风(27)和冷端风(28)，进风口(26)通过波纹管(12)与蜗壳风机(11)的出口端连接，输出冷端风(28)的出口与近体部件(30)连接；电路控制器(16)分别与热电调温模块(13)和蜗壳风机(11)连接；电路控制器(16)还连接有电源线(18)和控制器连线(25)，电源线(18)和控制器连线(25)引出于箱体(17)外，电源线(18)用于连接电源，控制器连线(25)连接控制器(31)；缓冲电源(24)分别与热电调温模块(13)和蜗壳风机(11)连接。

2.根据权利要求1所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述热电调温模块(13)包括热电元件(19)、阻风隔板(22)和模组壳体(29)，模组壳体(29)的两端分别为进风口(26)和两个出风口，阻风隔板(22)为摆线形，设置于模组壳体(29)内热电元件(19)的后方，并将模组壳体(29)的出风口分隔为主流端出口(15)和次流端出口(14)，主流端出口(15)用于输出冷端风(28)，次流端出口(14)用于输出热端风(27)，热电元件(19)位于模组壳体(29)内部，热电元件(19)靠近主流端出口(15)的一侧设置有主流端散热片(21)，热电元件(19)靠近次流端出口(14)的一侧设置有次流端散热片(20)。

3.根据权利要求1所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述近体部件(30)为坐垫(3)、背垫(2)、衣服、床垫、沙发的一种或多种的组合。

4.根据权利要求3所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述近体部件(30)为坐垫(3)、背垫(2)的一种或两种的组合时，近体部件(30)安装于座椅上，近体部件(30)与座椅接触的一面设置有内支撑，近体部件(30)的外表面设置有外支撑；近体部件(30)通过导风管道(4)与热电调温箱(1)连接。

5.根据权利要求3或4所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述坐垫(3)和背垫(2)的表面设置有表面气孔(9)。

6.根据权利要求4所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述导风管道(4)位于座椅的前方，热电调温箱(1)自由悬挂于座椅前方，或者是固定于座椅底部。

7.根据权利要求4所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述导风管道(4) 位于座椅的后下方，热电调温箱(1)自由悬挂于座椅后下方，或者是固定于座椅底部。

8.根据权利要求7所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述热电调温箱(1)通过导风板(7)与近体部件(30)连接，导风板(7)的材质为硬质材料，导风板(7)内部设有分流板。

9.根据权利要求1所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述箱体(17)上与热电调温模块(13)所在方向的反向位置开设有栅格(23)。

10.根据权利要求1所述的近体微环境调节装置，其特征在于：所述电路控制器(16)与热电调温模块(13)通过模组供电线路(33)和温度反馈线路(34)连接，电路控制器(16)通过风机供电及控制线路(32)与蜗壳风机(11)连接。

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