DE69917254T2

DE69917254T2 - Sitz mit thermoelektrischem wärmetauscher

Info

Publication number: DE69917254T2
Application number: DE69917254T
Authority: DE
Inventors: Lon Bell
Original assignee: Amerigon Inc
Current assignee: Gentherm Inc
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: WO1999058907A1; AU4184199A; USRE44272E1; US6119463A; US20020017102A1; CN1306613A; US6223539B1; US20060048518A1; ATE266847T1; JP2002514735A; EP1429089A3; EP1429089A2; CN1125298C; JP3863371B2; EP1076797A1; DE69917254D1; ES2217759T3; US7178344B2; EP1076797B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sitz wie beispielsweise einen Kraftfahrzeugsitz mit einem temperaturgeregelten Ventilationssystem.
Beschreibung des Stands der Technik
Moderne Kraftfahrzeugsitz können mit Temperaturregelsystemen ausgestattet sein, die es den Insassen ermöglichen, die Temperatur des Sitzes zu ändern, indem temperaturgeregelte Luft durch den Sitzbezug strömt (siehe zum Beispiel WO-A-95/14899). Eine Art von System weist einen Sitz auf, in welchem ein Wärmeübertragungssystem befestigt ist, wie beispielsweise ein thermoelektrisches Element, welches so konfiguriert ist, dass es Luft, die über das Element bewegt wird unter Verwendung einer separaten Lüftereinheit, die ebenfalls in dem Sitz befestigt ist, wärmt oder kühlt. Die klimatisierte Luft wird an den Insassen verteilt, indem die Luft durch die Sitzoberfläche durch eine Reihe von Luftleitungen innerhalb des Sitzes strömt.
Der Platz, der in, unter und um den Sitz herum für solche Temperaturregelungssysteme vorhanden ist, ist streng begrenzt. In einigen Autos sind, um Gewicht zu sparen oder den Raum für Fahrgäste zu vergrößern, die Sitze nur wenige Inch dick und grenzen an den angrenzenden Aufbau des Fahrzeugs, wie beispielsweise den Boden oder das Heck des Fahrzeugs, an. Des weiteren bauen Automobilhersteller verstärkt verschiedene Vorrichtungen wie beispielsweise elektronische Komponenten oder variable Lendenstützen, in, unter und um den Sitz herum ein. Zusätzlich muss die Größe des Sitzes, insbesondere der Rückenlehne, so gering wie möglich sein, um den Anteil der Fahrgastzelle, der durch den Sitz belegt wird, zu reduzieren.
Herkömmliche Temperaturregelsysteme sind oftmals zu groß, um in, unter und um einen Fahrzeugsitz herum befestigt zu werden. Herkömmliche Systeme können einen Käfigläuferlüfter mit einem Durchmesser von fünf oder sechs Inch aufweisen, welcher einen Luftstrom erzeugt, der durch eine Leitung strömt, um zu einem Wärmetauscher zu gelangen, der die Temperatur der Luft anpasst. Der Wärmetauscher ist mehrere Inch breit und lang und wenigstens einen Inch dick. Von dem Wärmetauscher wird die Luft durch Leitungen zum Boden des Sitzkissens und zur Lehne des Sitzkissens transportiert. Solche Systeme sind sperrig und sind schwierig unter oder in Autositzen anzubringen. Das Verwenden von thermoelektrischen Vorrichtungen, um den Wärmetauscher zu heizen oder zu kühlen, hilft, die Größe der Einheit zu reduzieren, erfordert aber immer noch viel Platz für das kombinierte Heiz- und Kühlsystem.
Das bei diesen Systemen verwendete Leitungsnetz ist ebenfalls sperrig und schwierig zu verwenden, wenn die Leitung von einem Sitzboden zu einer Sitzlehne führen muss, die geschwenkt oder gedreht werden kann. Die Leitungen erfordern nicht nur zusätzlichen Platz innerhalb des Sitzes sondern leisten auch Widerstand gegen den Luftfluss und benötigen dementsprechend einem größeren Lüfter, um den Luftstrom zu liefern, und der größere Lüfter erfordert zusätzlichen Platz oder läuft mit größeren Geschwindigkeiten und erzeugt mehr Lärm. Lärm ist innerhalb von Kraftfahrzeugen unerwünscht. Weiterhin beeinflusst das Leitungsnetz die Temperatur der strömenden Luft und heizt entweder kalte Luft oder kühlt warme Luft, mit dem Ergebnis, dass oft größere Lüfter oder Wärmetauscher erforderlich sind.
In Anbetracht dieser Nachteile besteht ein Bedürfnis für ein kompakteres und energieeffizienteres Heiz- und Kühlsystem für Autositze und vorzugsweise ein leiseres System.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wird in den Ansprüchen 1 und 17 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Vorrichtung verwendet Luftstromgeneratoren wie beispielsweise Lüfterflügel, die sowohl als Wärmetauscher zum Weiterleiten eines Wärmedifferentials von einer thermoelektrischen Vorrichtung, wodurch Luft klimatisiert wird, die über den Wärmetauscher strömt, als auch als Luftpumpe agieren. Der Wärmetauscher rotiert und liefert aerodynamische Kraft und Zentrifugalkraft an die Luft, die durch den Wärmetauscher strömt, um unter Druck stehende Luft zu erzeugen, die verteilt wird, wie beispielsweise zu einem Sitz eines Kraftfahrzeugs.
Genauer weist eine Ausführungsform dieser Vorrichtung wenigstens eine ringförmige thermoelektrische Vorrichtung (zum Beispiel Peltier-Vorrichtung) auf, welche, abhängig von der angelegten Spannung, eine Oberfläche heizt und die gegenüberliegende Oberfläche der ringförmigen thermoelektrischen Vorrichtung kühlt. Ringförmige Wärmetauscher werden in thermischer Kommunikation mit den gegenüberliegenden Seiten der ringförmigen thermoelektrischen Vorrichtung platziert, indem diese direkt an der thermoelektrischen Vorrichtung angebracht werden, so dass jeder Wärmetauscher die Wärme oder Kälte von der Oberfläche der Vorrichtung, an welche der Wärmetauscher angebracht ist, wegleitet. Ein Heizwiderstandelement kann ebenfalls verwendet werden, um Wärme zu erzeugen.
In einer Ausführungsform sind die ringförmigen Wärmetauscher mit radialen Schlitzen gebildet, die sich durch den Wärmetauscher erstrecken, und in den Wärmetauschern nach dem Zusammenbauen einen ringförmigen Hohlraum bilden. Ein Motor steckt in dem ringförmigen Hohlraum, der an der Innenseite der zusammengebauten ringförmigen Wärmetauscher und der ringförmigen thermoelektrischen Vorrichtung gebildet ist, aber von den Wärmetauschern und der thermoelektrischen Vorrichtung durch eine ausreichende Weite beabstandet ist, um es Luft zu ermöglichen, entlang der Außenseite des Motors zu strömen. Der Motor ist antriebsmäßig an einen der Wärmetauscher und die thermoelektrische Vorrichtung angeschlossen, um diese zu rotieren. Die rotierenden Wärmetauscher agieren als Lüfter, wobei sie Luft in den ringförmigen Hohlraum ziehen und die Luft durch die radialen Schlitze der Wärmetauscher mit einem höheren Druck ausstoßen. Das Volumen von erzeugter Druckluft wird durch die Größe des Motors, durch die Form der Lüfterflügel, der Rotationsgeschwindigkeit und durch die Gesamtgestaltung der Anordnung bestimmt.
Durch diese Anordnung wird ermöglicht, dass der Wärmetauscher direkt mit der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden wird und als Lüfter agiert, nicht nur, um den Luftdruck zu erzeugen, der die klimatisierte Luft an die Passagiersitze verteilt, sondern um die Luft zu klimatisieren, wenn die Luft durch die/den Lüfterflügel/Wärmetauscher strömt. Dadurch werden das Leitungsnetz und verbundene Druckverluste reduziert, die Größe des Systems reduziert, und die Gesamteffizienz des Systems gesteigert, was wiederum eine Reduzierung der Lüftergröße und der Leistungsanforderungen ermöglicht. Die kompakte Anordnung ermöglicht es, dass das System unterhalb und vorzugsweise innerhalb der meisten Autositzen platziert werden kann, was weiter das Leitungsnetz und verbundene Druckverluste reduziert und weiter Reduktionen der Motorgröße und -leistung ermöglicht. Das Ergebnis der verschiedenen Reduktionen ist eine Kombination aus einem geringeren Platzbedarf des Systems, geringerem Leistungsverbrauch, geringerer Größe und Erzeugen von weniger Lärm als vorher.
Vorteilhafterweise trennt eine Dichtung die gegenüberliegenden Seiten der rotierenden ringförmigen Wärmetauscher, um eine Haupt- oder Zufuhrseite und eine Austragsseite zu bilden. Luft tritt in die Vorrichtung in der Nähe der Rotationsachse ein, welche vorteilhafterweise mit der Rotationsachse des Motors ausgerichtet ist. Die Luft strömt radial oder axial nach außen. in ein Gehäuse, welches die Mehrheit der ringförmigen Lüfter/Wärmetauscher umschließt. Ein Auslass in Fluidkommunikation mit der Haupt- (oder Zufuhr-) seite ist in Fluidkommunikation mit dem Sitz eines Passagierfahrzeugs. Ein Auslass in Fluidkommunikation mit der Austragsseite ist ebenfalls in Fluidkommunikation mit einem Auslass an einem Ort, der die Leistung nicht herabsetzt, dadurch, dass ermöglicht wird, dass die ausgelassene Luft dem Lufteinlassabschnitt wieder zugeführt wird. Die Thermoelektrik erzeugt ein Temperaturdifferential zwischen der zufuhrseitigen Luft und der austragsseitigen Luft. Schichten von Wärmedämmung zwischen der Austragsseite und der Zufuhrseite tragen dazu bei, dass das Temperaturdifferential in Abschnitten der Anordnung aufrechterhalten wird.
Leistung wird zu der thermoelektrischen Vorrichtung durch Bürsten oder Gleitringanordnungen auf der Rotationsachse des Motors zugeführt. Wenn geeignet, werden Spannungen und Ströme auf die Thermoelektrik und den Motor angewandt, ein Strom von entweder kalter oder warmer Luft wird der Zufuhrseite von dem Wärmetauscher bereitgestellt, der das Temperaturdifferential durch den Wärmetauscher leitet, und die Luft heizt oder kühlt, die über den/die Wärmetauscher/Lüfterflügel strömt durch Leitung und Konvektion. Spannungsanpassungen an den Motor und die Thermoelektrik regeln den Druck, die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit.
Vorteilhafterweise wird um einen Teil der Innenseite des Gehäuses, welches die ringförmigen Lüfter umschließt, ein Dochtwirkungsmaterial angeordnet, so dass das Material sich von der Zufuhrseite zur Austragsseite erstreckt. Wenn Feuchtigkeit auf einem rotierenden Lüfter kondensiert, wird sie von dem rotierenden Lüfter/Wärmetauscher durch Zentrifugalkraft gegen das Dochtwirkungsmaterial gedrückt. Das Dochtwirkungsmaterial absorbiert die Feuchtigkeit und transportiert die Feuchtigkeit zur gegenüberliegenden Seite, wo warme Luft die Feuchtigkeit verdampft und die Feuchtigkeit aus dem System herausträgt.
Dementsprechend wird vorteilhafterweise ein System bereitgestellt zum thermischen Klimatisieren eines Fluids, das über einen rotierenden Wärmetauscher strömt, der ebenfalls die Bewegung des Fluids verursacht. Das System weist eine elektronische Vorrichtung auf, die ausgewählt ist, um elektrische Energie in thermische Energie zu wandeln, und die eine Temperaturänderung als Reaktion auf einen darauf angelegten elektrischen Strom, zu erzeugen. Die elektronische Vorrichtung ist zum Rotieren um eine Rotationsachse angebracht. Eine Wärmetransfervorrichtung wird in leitender thermischer Kommunikation mit der elektronischen Vorrichtung angeordnet und ist zum Drehen um die Achse angebracht. Die Wärmetransfervorrichtung weist wärmestrahlende Oberflächen auf, die angeordnet sind, eine Fluidströmung über die Oberflächen zu produzieren, wenn sie um die Achse rotiert werden. Die elektronische Vorrichtung kann einen Heizwiderstand aufweisen, oder eine thermoelektrische Vorrichtung, die das Fluid heizen oder kühlen kann. Vorteilhafterweise weist die Wärmetransfervorrichtung eine erste Reihe von sich nach außen erstreckenden wärmestrahlenden Oberflächen auf, die mit einer ersten Oberfläche der elektrischen Vorrichtung verbunden sind. Eine zweite Reihe von wärmestrahlenden Oberflächen kann mit einer gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung verbunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wärmetransfervorrichtung in einem Gehäuse enthalten, welches wenigstens einen Auslass in Fluidkommunikation mit einem Sitz aufweist.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet weiter eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Temperaturänderung und eine rotierende zufuhrseitige Wärmetauschervorrichtung zum Leiten der Temperaturänderung. Die Wärmetauschervorrichtung weist weiter Vorrichtungen zum Erzeugen von Fluidströmung auf, um Fluid über die Wärmetauschervorrichtung strömen zu lassen. Das Fluid weist vorteilhafterweise ein Gas auf, und die zufuhrseitige Wärmetauschervorrichtung ist vorteilhafterweise in Fluidkommunikation mit einem Sitz, um Gas von der Wärmetauschervorrichtung zu dem Sitz bereitzustellen.
Der Apparat weist weiter eine Vorrichtung auf, um ein Fluid thermisch zu klimatisieren, welche einen ersten Lüfter aufweist, der um eine Rotationsachse rotiert, und eine erste Vielheit von Wärmetauscheroberflächen in wärmeleitender Kommunikation mit einer elektronischen Vorrichtung aufweist, die elektrische Energie in eine Temperaturänderung umformt. Der Lüfter ist vorteilhafterweise in einem Gehäuse, welches einen Auslass aufweist, eingeschlossen.
Die vorliegende Erfindung weist weiter ein Verfahren zum thermischen Klimatisieren eines Fluids auf, welches die Schritte Produzieren einer Temperaturänderung durch eine elektronische Vorrichtung, Leiten dieser Temperaturänderung zu einem Wärmetauscher mit strahlenden Oberflächen und Rotieren der strahlenden Oberflächen um Fluid über die strahlenden Oberflächen strömen zu lassen, aufweist. Vorteilhafterweise ist das Fluid von dem Wärmetauscher in thermischer Kommunikation mit einem Sitz angeordnet, und das Fluid weist Gas auf, vorzugsweise Luft. Alternativ wird das thermisch klimatisierte Fluid in das Innere einer Kammer zirkuliert, welche ein Gasplenum aufweisen kann, oder wird zu einer wärmeisolierten Kammer zirkuliert, die mit einer verschließbaren Öffnung ausgestattet ist, um Zugang zum Inneren der Kammer zu ermöglichen – wie beispielsweise ein Kühler.
Ein Verfahren, eine sehr kompakte Form der Erfindung herzustellen, ist es, einen ersten Wärmetauscher zu bilden, der strahlende Oberflächen aufweist, welche ausgerichtet. sind, um das Durchlassen von Luft außerhalb einer Achse, um welche der Wärmetauscher rotiert, zu ermöglichen. Der erste Wärmetauscher ist in leitender thermischer Kommunikation mit einer elektrischen Vorrichtung angeordnet, die eine Temperaturänderung erzeugt, wenn elektrischer Strom an die elektrischen Vorrichtung angelegt wird. Der erste Wärmetauscher wird dann um die Achse rotiert. Vorteilhafterweise weist die elektronische Vorrichtung eine thermoelektrische Vorrichtung auf, und stellt, wenn sie innerhalb eines Fahrzeugsitzes angeordnet wird, eine kompakte Einheit zum Belüften des Sitzes bereit.
Die vorliegende Erfindung weist weiter Vorrichtungen auf, um ein Temperaturdifferential zu produzieren, und zufuhrseitige Wärmetauschervorrichtungen, um diese Temperaturänderung zu leiten, wobei die Wärmetauschervorrichtungen weiter Vorrichtungen aufweisen, um einen Fluidstrom zu erzeugen, um Fluid über die Wärmetauschervorrichtungen strömen zu lassen. Vorteilhafterweise ist die zufuhrseitige Wärmetauschervorrichtung in Fluidkommunikation mit einem Fahrzeugsitz.
Eine weitere Ausführung der Erfindung weist einen ersten Lüfter auf, der um eine Rotationsachse rotiert und eine erste Vielheit von Wärmetauscherelementen besitzt, die konfiguriert sind, um eine Fluidströmung durch die Wärmetauscherelemente zu erzeugen, wenn sie rotiert werden, und in leitender thermischer Kommunikation mit einer elektronischen Vorrichtung stehen, die elektrische Energie in eine Temperaturänderung umformt. Der Lüfter ist vorteilhafterweise in einem Gehäuse eingeschlossen, welches einen Auslass in Fluidkommunikation mit einem Fluidverteilungssystem besitzt, und vorzugsweise weist die elektronische Vorrichtung eine thermoelektrische Vorrichtung auf.
Dementsprechend wird ein System bereitgestellt zum thermischen Klimatisieren und Pumpen eines Fluids, welches als Ventilationssystem für Fahrzeugsitze und in anderen Anwendungen verwendet werden kann, in welchen ein elektrischer Widerstand oder eine thermoelektrische Vorrichtung eine Temperaturänderung erzeugt, die zu einem Wärmetauscher geleitet wird, welcher ein Flügelrad bildet, um Fluid über den Wärmetauscher strömen zu lassen, und das Fluid thermisch klimatisiert. Das thermisch klimatisierte Fluid kann in thermischer Kommunikation mit einer Vielzahl von Objekten angeordnet werden, von denen eins ein Fahrzeugsitz ist, um örtliches Wärmen oder Kühlen einer Person, die auf dem Sitz Platz genommen hat, bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren einer Ausführungsform beschrieben, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen, und welche dazu bestimmt sind, die Erfindung darzustellen und nicht zu begrenzen, und in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine perspektivische Ansicht der Rotoranordnung des Wärmetauschers aus 1 ist;
3 ein Querschnitt des Wärmetauschers entlang einer Linie 3-3 aus 1 ist;
4 ein vergrößerter Querschnitt eines Teils des Wärmetauschers ist;
5 eine Draufsicht auf einen Rotor ist, der mit dem Wärmetauscher verwendet wird;
6 eine Seitenansicht des Rotors aus 4 ist;
7 eine schematische Ansicht eines Sitztemperaturregelungssystems ist, welches den Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
8 eine perspektivische Ansicht einer Kühlbox ist, welche den Wärmetauscher enthält;
9 eine Querschnitt-Seitenansicht eines Deckels der Kühlbox aus 8 ist:
10 eine Seitenansicht einer Lüftereinheit ist, welche den Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung enthält;
11 ein seitlicher Querschnitt der Lüftereinheit aus 10 ist; und
12 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Wärmetauschers ist.
Genaue Beschreibung
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Wärmetauschereinheit 28 der vorliegenden Erfindung ein äußeres Gehäuse 32, welches einen inneren Hohlraum 29 (3) abgrenzt, in welchem eine Rotoranordnung 30 (2 und 3) rotierbar angebracht ist, um einen klimatisierten Luftstrom in das und aus dem äußerem Gehäuse 32 zu produzieren. Obwohl andere Formen geeignet sind, ist das äußere Gehäuse 32 so dargestellt, dass es einer im allgemeinen flachen Scheibe ähnelt, mit einer ersten Oberfläche oder ersten Wand 31, welche sich mit einer oberen Oberfläche deckt, wenn das Gehäuse 32 in einem Sitzboden angeordnet ist, der im wesentlichen parallel zum Boden ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich oben oder obere auf eine Richtung von der Erde weg. Unten, untere oder Boden bezieht sich auf eine Richtung zur Erde hin. Die relative Richtung von Teilen würde sich ändern, wenn die gesamte Ausrichtung des Gehäuses 32 geändert wäre, wie es in der tatsächlichen Verwendung auftreten kann. Eine zweite Wand 33, die einer Bodenoberfläche entspricht, ist gegenüber der ersten Wand 31. Die im wesentlichen kreisförmigen Peripherien der Wände 31, 33 werden verbunden durch Seitenwand 35, um ein Gehäuse zu bilden.
Ein erster Auslass 34 erstreckt sich von der Seitenwand 35 nahe der ersten oder oberen Wand 31 des äußeren Gehäuses 32 nach außen. Ein zweiter Auslass 36 erstreckt sich von der Seitenwand 35 nahe der zweiten oder unteren Wand 33 nach außen. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Auslasse 34, 36 im wesentlichen tangential von der Peripherie des Gehäuses 32. Die Auslasse 34, 36 sind so dargestellt, dass sie sich in im wesentlichen gegenüberliegenden Richtungen um 180° in Bezug zueinander erstrecken. Abhängig von der bestimmten Richtung, in der die Luft strömen muss, können die Auslasse 34, 36 aber in anderen Winkeln in Bezug zueinander angeordnet sein, mit 60°, 90° auf jeder Seite des Gehäuses 32, was die wahrscheinlichsten relativen Positionen sind. Die Auslasse 34, 36 könnten, wenn gewünscht, in die gleiche Richtung abgehen, aber dann wäre es vorteilhaft, Isolierung zwischen den Auslassen zu haben, um das Temperaturdifferential zwischen den Auslassen aufrecht zu erhalten.
Ein Satz Öffnungen 38 ist in der ersten oder oberen Wand 31 des äußeren Gehäuses 32 mittig gebildet, um einen ersten Einlass 38 zu bilden, der mit dem inneren Hohlraum 29 kommuniziert, welcher durch das äußere Gehäuse 32 gebildet und umschlossen ist. Obwohl nicht notwendig, kann ein zweiter Einlass 40 (3) ebenfalls auf der zweiten oder Bodenwand 33 des äußeren Gehäuses 32 gegenüber dem ersten Einlass 38 angeordnet sein.
Bezugnehmend auf 2 und 3 weist die Rotoranordnung 30 im allgemeinen eine Vielheit von Komponenten auf einschließlich eines ringförmigen ersten Rotors 42, eines ringförmigen zweiten Rotors 44, welcher unter dem ersten Rotor 42 angeordnet ist, und wenigstens eine ringförmige thermoelektrische Vorrichtung 46, die zwischengesetzt ist zwischen den ersten Rotor 42 und den zweiten Rotor 44 und mit diesen in thermischer Kommunikation steht. Die thermoelektrische Vorrichtung ist ebenfalls bekannt als Peltiervorrichtung, welche wenigstens ein Paar unähnlicher Materialien aufweist, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel verbunden sind, und welche üblicherweise eine Reihe von halbleitenden Elementen der n-Art und p-Art aufweist, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel verbunden sind. Abhängig von der Richtung, in der Strom durch die thermoelektrische Vorrichtung 46 fließt, wird eine Oberfläche erhitzt und die gegenüberliegende Oberfläche gekühlt. Die thermoelektrische Vorrichtung 46 erzeugt ein Temperaturdifferential, welche durch Ableitung Wärme durch die Rotoren 42, 44 transferieren lässt. Je größer das Temperaturdifferential ist, um so größer ist der Grad des Wärmetransfers. Gängige thermoelektrische Vorrichtungen können ein Temperaturdifferential von 70°C zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der thermoelektrische Vorrichtung erzeugen, und wenn die Vorrichtungen gestapelt sind, sind aktuell Temperaturdifferentiale von 130°C möglich. Es wird erwartet, dass die Temperaturdifferentiale und Leistungsfähigkeiten mit Verbesserung der Technologie steigen.
Die Rotoren 42, 44 weisen ringförmige Wärmetauscher in direkter thermischer Kommunikation mit der thermoelektrischen Vorrichtung 46 auf, um Wärme durch die Rotoren 42, 44 abzuleiten, in erster Linie durch Wärmeleitung, um somit eine kurze thermische Weglänge zwischen den Rotoren 42, 44 und der thermoelektrische Vorrichtung 46 zu bilden. Abhängig von dem Material und der Bauweise der Rotoren 42, 44 wird der Grad der Wärmeleitung variieren. Die Rotoren 42, 44 ermöglichen ebenfalls, dass Luft nach außen strömt, wie beispielsweise in radialer Richtung, durch den Wärmetauscher, und weisen weiter Lüfterflügel auf, die Luft durch die Rotoren 42, 44 nach außen strömen lassen. Der Wärmetauscher bildet dementsprechend den Lüfter, der Luft durch den Wärmetauscher strömen lässt. Alternativ formuliert bildet der Lüfter, der den Luftstrom erzeugt, ebenfalls den Wärmetauscher. In einer Ausführungsform weisen die Lamellen des Wärmetauschers Flügel oder Tragflügel des Lüfters, der den Luftstrom erzeugt, auf. Alternativ könnte der Wärmetauscher eine Reihe von Wärmetauschoberflächen aufweisen, die konfiguriert sind, einen Luftstrom zu erzeugen, wenn die Oberflächen rotiert werden.
Die Rotoren 42, 44 werden vorteilhafterweise gebildet, indem eine Länge des Wärmetauschers aus Aluminium oder Kupfer genommen wird, das aus einem flachen Streifen aus Metall mit gerippten oder akkordeonähnlichen Falten gebildet ist, die so gefaltet sind, dass Wärme sinkt und Quellen an den Enden der Falten, wo das Metall gefaltet ist, um die Richtung zu ändern, verbunden werden können. Die Falten sind so ausgerichtet, dass Luft entlang den Rippen des Wärmetauschers strömen kann. Die gegenüberliegenden Enden dieser Länge des Wärmetauschers sind einander zugebogen und dann übereinander gelegt und entweder mechanisch oder durch Wärme oder Verkleben befestigt. Dieses Biegen bildet aus zuvor geraden Längen einen Kreis, so dass Luft radial strömt durch das, was nun ein kreisförmiger Wärmetauscher ist. In dieser ringförmigen Konfiguration kann der Wärmetauscher effizient als Flügel eines Käfigläuferlüfters oder eines kreisförmigen Lüfters agieren. Dieses Verfähren wird vorteilhafterweise verwendet, um sowohl den ersten Rotor 42 als auch den zweiten Rotor 44 zu bilden.
In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Rotor 42 auf der Zufuhrseite des Wärmetauschers angeordnet, der klimatisierte Luft an einen Benutzer liefert, und weist einen äußeren Durchmesser auf, der kleiner ist als der Durchmesser des zweiten Rotors 44. Der zweite Rotor 44 ist auf der Austragsseite des Systems angeordnet und stößt klimatisierte Luft aus, vorteilhafterweise zu einem Ort, der keine Luft zur Zufuhrseite leitet oder der auf andere Art Luft zu einem Ort leitet, der den Benutzer beeinträchtigen könnte. Jedes der Bestandteile ist axial ausgerichtet, um um eine Mittelachse zu rotieren, die mit einer Antriebsachse oder Welle 52 des Motors 50 ausgerichtet ist. Ein scheibenförmiger Verbinder 51, welcher eine mittige Öffnung aufweist, ist oben auf dem ersten Rotors 42 und dem Motor 50 angeordnet. Der Motor 50 kann direkt mit der Welle 52 verbunden sein oder kann indirekt verbunden sein, wie beispielsweise über eine Getriebeanordnung.
Der Verbinder 51 verwindet mechanisch wenigstens entweder die Welle 52 oder den Motor 50 mit dem ersten Rotor 42, so dass der Motor konfiguriert ist, um rotierbar den ersten Rotor 42, die thermoelektrische Vorrichtung 46 und den zweiten Rotor 44 um eine gemeinsame Achse, wie unten genauer beschrieben wird, anzutreiben. Der innere Durchmesser der Rotoren 42, 44 ist vorteilhafterweise groß genug, um Motor 50 zu ermöglichen, in den Raum eingesetzt zu werden, der innerhalb der ringförmigen Rotoren 42, 44 gebildet ist, um die Höhe der Einheit entlang der Längsachse, um welche die Rotoren 42, 44 rotieren, zu minimieren.
Wie in 3 dargestellt, ist die Rotoranordnung 30 in dem äußeren Gehäuse 32 auf einer Antriebswelle 52 befestigt, die, in der dargestellten Ausführungsform, an gegenüberliegenden Enden der Welle auf Wellenlagern 54 gelagert ist, die vorteilhafterweise an Wänden 31, 33 angebracht sind. Die Antriebswelle 52 der Rotoranordnung 30 ist axial mit dem ersten und zweiten Einlass 38 und 40 des äußeren Gehäuses 32 ausgerichtet. Das äußere Gehäuses 32 könnte ebenfalls mit nur einem einzelnen Einlass oder mit mehr als zwei Einlassen ausgestattet sein.
Die Ebene der thermoelektrischen Vorrichtung 46 definiert eine Grenzlinie 56, die den inneren Hohlraum 29 in einen oberen Teil oder Zufuhrseite 58 und einen unteren Teil oder Austragsseite 60 teilt. Der erste Rotor 42 ist innerhalb des oberen Teils oder Zufuhrseite 58 angeordnet, und der zweite Rotor 44 ist innerhalb des unteren Teils oder Austragsseite 60 angeordnet.
Wie am besten in 3 gezeigt, beinhaltet die Rotoranordnung 30 weiter eine erste ringförmige Scheibe 63, die zwischen einer Oberkante der thermoelektrischen Vorrichtung 46 und einer Unterkante des ersten Rotors 42 angeordnet ist. Eine zweite ringförmige Scheibe 65 ist zwischen einer Unterkante der thermoelektrische Vorrichtung 46 und der Oberseite des zweiten Rotors 44 angeordnet, so dass die thermoelektrische Vorrichtung 46 zwischen der ersten und zweiten Scheibe 63 und 65 zwischengesetzt ist. Die erste und zweite Scheibe 63 und 65 sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das wärmeleitend ist, aber elektrisch isolierend ist, wie beispielsweise Aluminiumoxid. In einer Ausführungsform wird ein hitzebeständiger wärmeleitender Klebstoff wie beispielsweise silbergefüllter Siliziumklebstoff verwendet, um den ersten Rotor 42 an der ersten Scheibe 63 und den zweiten Rotor 44 an der zweiten Scheibe 65 zu befestigen. Alternativ können die Scheiben 63 und 65 weggelassen und der erste und zweite Rotor 42 und 44 direkt an der thermoelektrische Vorrichtung 46 angebracht werden.
Ein ringförmiges scheibenähnliches Isolierungselement 64 aus wärmeisolierendem Material erstreckt sich zwischen den Rotoren 42, 44 radial nach außen und endet, bevor es die Innenseite der Seitenwände 35 trifft. Vorteilhafterweise ist das Element 64 auf der zweiten ringförmigen Scheibe 65 nahe der inneren und äußeren Peripherie der thermoelektrischen Vorrichtung 46 angeordnet, und ist im allgemeinen in der Ebene platziert, die Grenzlinie 56 enthält. Das Isolierungselement 64 ist so dimensioniert, dass es sich radial nach innen und nach außen von der thermoelektrischen Vorrichtung zu dem Motor 50 entlang der Grenzlinie 56 erstreckt. Ein Spalt 66 ist zwischen der äußeren Peripherie der Isolierungsscheibe 64 und der Innenfläche des äußeren Gehäuses 32 definiert, wobei der Spalt 66 ein Luftlager bildet, um den Durchstrom von Luft über den Spalt 66 zu reduzieren.
Wie in 3 und 4 gezeigt, ist eine dünne und biegsame ringförmige Dichtung 70 aus wärmeisolierendem Material so angeordnet, dass sie sich radial nach innen von der Innenfläche des äußeren Gehäuses 32 im allgemeinen entlang der Grenzlinie 56 erstreckt. Die ringförmige Dichtung 70 ist vorzugsweise so in der Größe bemessen, dass sie überlappt, aber nicht die angrenzende Oberfläche des Isolierungselements 64 berührt. Die ringförmige Dichtung 70 wirkt mit dem Isolierungselement 64 zusammen, um eine Labyrinthdichtung um die äußere Peripherie des Elements 64 zu definieren, welches den oberen Teil oder die Zufuhrseite 58 des inneren Hohlraums 29 von dem unteren Teil oder der Austragsseite 60 des inneren Hohlraums 29 wärmeisoliert. Das Isolierungselement 64 und die ringförmige Dichtung 70 beugen bedeutender Konvektion zwischen den Austrags- und Hauptseiten vor. Die ringförmige Dichtung 70 kann in Form eines Luftlagers sein, was das Rotieren der Rotoranordnung erleichtert. Das Isolierungselement 64 kann jedes einer breiten Vielfalt von hitzebeständigen, wärmeisolierenden Materialien aufweisen, wie beispielsweise geschäumtes Polypropylen.
Unter Bezugnahme auf 4 ist wenigstens ein Teil der Innenfläche des Gehäuses 32 vorteilhafterweise mit einem Dochtwirkungsmaterial 78 beschichtet, welches angepasst ist, Feuchtigkeit zu absorbieren und zu leiten. Das Dochtwirkungsmaterial 78 erstreckt sich zwischen den oberen und unteren Teilen 58, 60, und weist voreilhafterweise gewebtes Baumwollgebe auf, welches oberflächenstrukturbeschichtet wurde, um Mikrobenwachstum zu verhindern. Das Dochtwirkungsmaterial 78 absorbiert kondensierte Feuchtigkeit, die durch Zentrifugalkraft, von demjenigen der Rotoren 42, 44, der die Kondensation erzeugt, ausgestoßen wurde, und leitet die Feuchtigkeit zu dem anderen Rotor, wo sie durch die heiße Luft verdampft wird – um eine Ansammlung in dem inneren Hohlraum 33 und in den Durchlässen, welche die gekühlte Luft verteilen, zu verhindern. Vorteilhafterweise absorbiert das Dochtwirkungsmaterial 78 ausreichend Feuchtigkeit, um eine Ansammlung in den stromabwärts gelegenen Durchlässen in Fluidkommunikation mit dem Rotor 42, 44, der gekühlt wird und ein Potential für Kondensation darstellt, zu vermeiden.
Die ringförmige Dichtung 70 muss das Dochtwirkungsmaterial 78 vorbeigehen lassen. Dementsprechend kann die Dichtung 70 mit einer Außenfläche des Materials 78 verbunden sein, kann sich durch das Material 78 an unterbrechenden Stellen hindurch erstrecken oder sich mit Seitenwänden 35 verbinden an Orten, wo das Material 78 fehlt. Das Material 78 könnte sich ebenfalls außerhalb des inneren Hohlraums 33 erstrecken.
Unter Bezugnahme auf 3 sind elektrisch leitende Drähte 80 elektrisch mit der thermoelektrischen Vorrichtung 46 verbunden, um ein elektrisches Potential daran in bekannter Weise über Bürsten 84 anzulegen, die in elektrischer Kommunikation mit der rotierenden Antriebswelle 52 sind. Da elektrischer Strom auf die thermoelektrische Vorrichtung 46 in einem geschlossenen Kreislauf bereitgestellt werden muss, sind zwei Bürsten 84 in elektrischer Kommunikation mit der Welle 52 und der Thermoelektrik 46 über Bürsten- und Gleitringanordnungen, die im Stand der Technik bekannt sind. Andere elektrische Verbindungen, wie beispielsweise eine induktive Kopplung, können gemäß der vorliegenden Offenbarung vorgesehen werden.
5 und 6 sind jeweils Aufsichten und Seitenansichten des ersten Rotors 42. Die Struktur des zweiten Rotors 44 kann identisch sein zu der des ersten Rotors 42, obwohl die jeweiligen Abmessungen differieren können. Die nachfolgende genauere Beschreibung des ersten Rotors 42 ist dementsprechend gleichermaßen anwendbar auf die des zweiten Rotors 44. Der erste Rotor 42 weist einen Streifen geriffelten Metalls auf, welcher zwei verbundene Enden hat, so dass der erste Rotor 42 von ringförmiger Form ist. Die Rippen oder akkordeonähnlichen Falten in dem ersten Rotor 42 bilden eine Reihe von sich radial erstreckenden Lamellen oder Flügeln 91, die eine Reihe von sich radial erstreckenden Kammern oder Zwischenräumen 92 aufweisen. Weiter unter Bezugnahme auf 4 steigt die Breite (d. h., der umlaufende Abstand zwischen angrenzenden Lammelen 91) der Kammern 92 fortlaufend, indem sie sich radial nach außen von einem Mittelpunkt 90 des ersten Rotors 42 bewegt. Jeder Rotor 42 und 44 hat einen inneren Radius R1 und einen äußeren Radius R2. Der Abstand zwischen angrenzenden Lamellen 91 ist an dem inneren Radius R1 ausreichend breit, um einen Luftstrom radial nach außen durch den Rotor 42 zu ermöglichen.
In der dargestellten Ausführungsform weisen die Flügel 91 im allgemeinen flache Wände auf, die verbunden sind und sich radial nach außen von einem Mittelpunkt 90 auf der Rotationsachse des Rotors 42 erstrecken. Diese Gestaltung wird aus aerodynamischer Sicht des Bewegens der maximalen Menge von Luft durch den Rotor 42 für eine gegebene Rotationsgeschwindigkeit oder Rotorgröße als nicht optimal betrachtet. Die Flügel 91 können auch aerodynamisch konfiguriert sein, um verschiedene Luftstromprofile bereitzustellen. Beispielsweise können die Flügel 91 s-förmig, c-förmig etc. sein. Alternativ können die Flügel 91 jede Art von geraden oder gebogenen Oberflächen aufweisen, die einen Luftstrom produzieren, wenn die Oberflächen rotiert werden.
Der äußere Radius R2 reicht vorzugsweise von ungefähr 12–75 mm bei Einbau in ein Temperaturregelungssystem für einen Kraftfahrzeugsitz. Die radiale Länge des Flügels 91, die Differenz zwischen dem inneren Radius R1 und dem äußeren Radius R2, ist ungefähr 10–40 mm, wenn der Wärmetauscher 28 in ein Temperaturregelungssystem für einen Kraftfahrzeugsitz eingebaut ist, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Flügel 91 können eine Höhe gemessen entlang der Rotationsachse im Bereich von ungefähr 6–15 mm aufweisen, wenn sie in Autositzen verwendet werden. Angrenzende Flügel 91 sind vorzugsweise beabstandet mit einem Abstand von ungefähr 0,5–2 mm für ein Temperaturregelungssystem für einen Sitz. Die Dicke der Flügel 91 ist, wenn sie aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sind, vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,05–0,2 mm bei Einbau in einen Autositz.
In einer alternativen Ausführungsform wird die thermoelektrische Vorrichtung 46 durch ein Heizwiderstandelement ersetzt, welches elektrische Energie in Wärmeenergie umformt. Dieses Heizwiderstandelement hat nicht die Kühlungsfähigkeit der thermoelektrischen Vorrichtung 46, aber stellt warme Luft bereit, welches eine breitere Anwendbarkeit in einigen Klimas aufweist.
Unter Bezugnahme auf 3, im Betrieb, rotiert der Motor 50 die Welle 52 durch Aktivieren der Leistungsquelle durch eine Regelung wie beispielsweise einen manuellen Schalter oder einen thermostatisch geregelten Schalter. Der Motor ist in antreibender Kommunikation mit dem ersten Rotor 42, dem zweiten Rotor 44 und der thermoelektrische Vorrichtung 46, so dass diese Komponenten um die Rotationsachse der Antriebswelle 52 rotiert werden. Die Rotation des ersten Rotors 42 erzeugt ein Druckdifferential, welches Luft in die Zufuhrseite 58 des inneren Hohlraums 29 durch den ersten Einlass 38 zieht. Die Luft strömt in die Zwischenräume 92 und radial nach außen über die Flügel 91 des ersten Rotors 42. Die Rotation des Motors 42 übermittelt Zentrifugalkraft auf die Luft, welche die Luft radial nach außen von Rotor 42 treibt, so dass die Luft aus der Zufuhrseite 58 des inneren Hohlraums 29 durch den ersten Auslass 34 geht.
Auf ähnliche Weise rotiert der zweite Rotor 44 und zieht ebenfalls Luft in den unteren Abschnitt oder Austragsseite 60 des inneren Hohlraums 29 durch den zweiten Einlass 40 (oder durch entweder Einlass 38 oder 40, wenn nur ein Einlass vorgesehen ist). Die Luft strömt durch die Zwischenräume 92 zwischen den Flügeln 91 des zweiten Rotors 44 radial nach außen über Flügel 91 und wird aus der Austragsseite 60 durch den zweiten Auslass 36 getrieben. Der Teiler 64 bewahrt die Luftströme vor dem Vermischen und, da er wärmeisoliert ist, bewahrt er ein Temperaturdifferential zwischen der Zufuhrseite 58 und der Austragsseite 60.
Die elektrischen Kabel 80 liefern ebenfalls einen elektrischen Strom an die thermoelektrische Vorrichtung 46, vorteilhafterweise über Welle 52, so dass die thermoelektrische Vorrichtung 46 den Rotor 42 heizt und Rotor 44 kühlt, oder Rotor 42 kühlt und Rotor 44 heizt, abhängig davon, in welcher Richtung der elektrische Strom durch die thermoelektrische Vorrichtung 46 strömt. Wenn die Luft über die Flügel 91 des ersten Rotors 42 und zweiten Rotors 44 strömt, wird die Luft durch einen konvektiven Vorgang entweder erwärmt oder gekühlt. Das heißt, auf der heißen Seite der thermoelektrische Vorrichtung 46 wird Wärme an die Luft übergeben von den erhitzten Lamellen des Rotors, wenn die Luft darüber strömt. Auf der gekühlten Seite der thermoelektrische Vorrichtung wird die Wärme aus der Luft absorbiert, wenn die Luft über den gekühlten Rotor strömt, um somit die Luft zu kühlen. Der Wärmetauscher produziert somit erwärmte Luft durch einen Auslass und gekühlte Luft durch den anderen Auslass. Die erwärmte oder gekühlte Luft wird dann zum geeigneten Ort in dem Sitz geleitet, um den Insassensitz zu heizen oder zu kühlen. Die Luft mit der ungewünschten Temperatur wird an einen Ort entlüftet, an dem sie die Insassen des Fahrzeugs nicht merklich beeinträchtigt. Vorzugsweise wird die Abluft an einen Ort entlüftet, so dass die Abluft nicht in das äußere Gehäuse 32 zurückgezogen wird.
Der erste Rotor 42 und der zweite Rotor 44 funktionieren gleichzeitig als Lüftereinheiten zum Erzeugen eines Luftstroms mit einem vorbestimmten Druck und ebenfalls als Wärmetauscher zum Übermitteln von Wärme zu und von dem Luftstrom und zum Erhalten des Luftstroms bei der gewünschten Temperatur. Durch Kombinieren der Wärmetauscherfunktion mit dem Lüfter, der den Luftstrom erzeugt, werden mehrere Vorteile erreicht. Indem der Wärmetauscher als ringförmiger Lüfter geformt wird und der Motor in den Wärmetauscher/Lüfter gesteckt wird, werden Raum- und Gewichteinsparungen erreicht.
Aktuell verwendete Systeme sind ungefähr 45 mm hoch, was für viele Kraftfahrzeuge zu groß ist. Neuere Systeme sind ungefähr 30 mm hoch, aber eine große Anzahl von Kraftfahrzeugen haben immer noch Sitze, die zu schmal sind, um solche Lüfter unter oder um den Sitz herum unterzubringen, und wenige können diese Größe in des Sitzes unterbringen. Lüfter und Wärmetauschereinheiten 28 mit einer Höhe unterhalb von ungefähr 20–30 mm können in einer Vielzahl von Automobilsitzen untergebracht werden, und die vorliegende Erfindung ermöglicht eine solchen Bauweise. Systeme 28 der vorliegenden Erfindung mit einer Höhe von ungefähr 16 mm werden als möglich erachtet, was ungefähr die Hälfte der Höhe der zur Zeit erhältlichen kleinsten Systeme ist, und schmal genug ist, um die Verwendung des Heiz-/Kühlsystems innerhalb einer wesentlichen Vielzahl von Sitzböden und Sitzlehnen zu ermöglichen, die gegenwärtig in Kraftfahrzeugen verwendet werden.
Diese Reduzierung der Höhe stellt den Abstand zwischen Wänden 31, 33 und verbindendem Leitungsnetz dar, um die Luft zu dem Ort innerhalb des Sitzes zu bringen. Die Gestaltung der Rotoren 42, 44 kann verwendet werden, um die Abmessungen zu verändern, wobei der Wärmetauscheroberflächenbereich der Flügel 91 ein Kompromiss ist zwischen Flügelhöhe, Flügellänge und Durchmesser, und dieser Bereich muss ausgeglichen werden durch die Änderung in Leistung und Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters. Ebenfalls können kürzere Rotoren 42, 44 erreicht werden, indem der Durchmesser der Rotoren vergrößert wird oder indem die Rotoren mit höheren Geschwindigkeiten betrieben werden, was Lärm steigern kann.
Weiter wird durch diese Gestaltung das verbindende Leitungsnetz zwischen dem Lüfter und dem Wärmetauscher beseitigt, was Gewicht, Größe und Druckverluste in der übertragenen Luft einspart. Die geringe Größe ermöglicht weiterhin die Anordnung von Heiz- und Kühlsystemen direkt in den Sitzböden und -lehnen, was weiter den Bedarf an Leitungsnetz reduziert, und insbesondere den Bedarf an Leitungsnetz über die schwenkbaren Gelenke zwischen Sitzböden und /-Lehnen reduziert. Das reduzierte Leitungsnetz und seine verbundenen Druckverluste und Leistungsminderungen ermöglichen weiter die Verwendung von kleineren Lüftern, welche weniger Energie verbrauchen und weniger Lärm erzeugen.
Weiter ermöglicht die Zusammenführung mehrerer Teile und Funktionen reduzierte Herstellungskosten und eine Steigerung der Effizienz des Systems. Der Luftwiderstand, der normalerweise durch Strömen der Luft über den Wärmetauscher verursacht wird, wird wesentlich reduziert, da der Wärmetauscher die Lüfterflügel bildet, die den Luftstrom erzeugen. Dementsprechend werden Einsparungen von ungefähr 25%–35% der Lüfterleistung als möglich erachtet. Weiter verbrauchen Heizen und Kühlen eines Kraftfahrzeugsitzes ungefähr 1000 Watt weniger als die Leistung, die benötigt wird, um einem Insassen den gleichen Komfort zu liefern unter Verwendung des Heiz- und Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs – welches die gesamte Fahrgastzelle heizen und kühlen muss und nicht nur die örtliche Umgebung des Sitzes, auf welchen der Insasse sitzt.
Ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung von Lärm, das zwei kleine Lüfter verwendet werden können. Die Rotoren 42 und 44 arbeiten vorzugsweise bei einer Rotationsgeschwindigkeit im Bereich von ungefähr 2.000–5.000 Umdrehungen pro Minute, obwohl Geschwindigkeiten von ungefähr 1000 U/m in einigen Anwendungen wünschenswert sein können, und höhere Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute in anderen. Die Frequenz von Luftstrom auf der Hauptseite des Wärmetauschers ist im Bereich von ungefähr 2–6 Kubikfuß pro Minute (cfm) bei einem Druck von ungefähr 0,2–1 Inch Wasser, wobei eine Stromfrequenz von ungefähr 3–4 cfm bevorzugt ist. Die Frequenz des Luftstroms auf der Austragsseite des Wärmetauschers ist im Bereich von ungefähr 2–10 Kubikfuß pro Minute bei einem Druck von ungefähr 0,3–0,4 Inch Wasser. Die Rotoren 42, 44, deren Flügel als konduktiver Wärmetauscher wie auch als Lüfterflügel zum Bewegen von Luft agieren, stellen diese benötigten Luftströme bereit. In herkömmlicher Verwendung in Automobilen treiben 12 Volt die Motoren 42, 44 an. Diese Lüfterstromfrequenz und -druck sind kleiner als in Sitzsystemen im Stand der Technik, wo der Lüfter genug Druck und Stromfluss erzeugen muss, um Luft sowohl zu den Boden- als auch dem Rückenlehnabschnitten des Sitzes bereitzustellen.
Um die oben genannten Vorteile weiter zu verbessern, können in einer weiteren Ausführungsform die Flügel 91 ein Reihe von unabhängigen Wänden aufweisen, die auf einer ringförmigen Scheibe angebracht sind, wobei die Flügel 91 umrissen oder gebogen sind, um ein vorbestimmtes Luftstromprofil zu liefern, wenn der erste Rotor 42 rotiert, vorteilhafterweise ein Profil, welches effizienter ist, als die oben beschriebenen geraden Flügel 91, welche weiter Wärme gut leiten und geringe Herstellungskosten erzielen. Weiter sind die Flügel 91 wie oben dargestellt und beschrieben nicht zum Minimieren von Lärm optimiert, und Lärmreduzierung ist ein wichtiger Gesichtspunkt für Ausstattung, die innerhalb der Fahrgastzelle von Kraftfahrzeugen betrieben werden. Eine verbesserte Gestaltung der Flügel 91 könnte vorteilhafterweise Lärm reduzieren. Der Lärmpegel, der durch Rotieren der Rotoren 42 und 44 erzeugt wird, sinkt im allgemeinen mit steigender Anzahl von Flügeln 91. Um die Wärmetransferverwendung der Rotorflügel 91 anzupassen, können mehr Flügel erforderlich sein als für optimale Leistung wünschenswert wäre, wenn die Rotoren 42, 44 nur zur Verwendung als Lüfter zur Bewegung von Luft gestaltet wären – ohne Bezug auf die Wärmetransferfunktion und den Lärm der Rotoren 42, 44.
Die kompakte Gestaltung reduziert weiter das Gewicht der Einheit. Wie bereits erwähnt, werden die Flügel 91 vorzugsweise aus wärmeleitendem Material hergestellt, wie beispielsweise reingeglühtes Aluminium, Kohle und Kupfer, welche als gut wärmeleitende Materialien bekannt sind. Andere Materialien können verwendet werden, wenn wissenschaftliche Fortschritte in leitenden Materialien gemacht werden. Obwohl Kupfer schwerer ist als Aluminium, bieten seine besseren wärmeleitenden Eigenschaften Vorteile und Gestaltungsmöglichkeiten im Konfigurieren der Rotorblätter 91, um sowohl Wärmeleitung als auch Luftbewegungsfunktionen zu liefern. Die Flügel haben vorzugsweise eine Wärmeleitfrequenz von mehr als ungefähr 12 w/m·K.
Die klimatisierte Luft, die aus dem ersten und zweiten Auslass 34 und 36 ausströmt, kann einer breiten Vielfalt von Verwendungsmöglichkeiten zugeführt werden. In einer Ausführungsform ist der Wärmetauscher 28 in ein Ventilationssystem für Fahrzeugsitze eingebaut, wie beispielsweise für Automobile, wie unten unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass der Wärmetauscher 28 ebenfalls in anderen Anwendungen verwendet werden könnte.
Unter Bezugnahme auf 7 weist ein Temperaturregelungssystem 112 für einen Autositz wenigstens einen Sitz 114 und ein Paar Wärmetauscher 28a und 28b (gemeinsam als "Wärmetauscher 28" bezeichnet), die darin angebracht sind. Die Wärmetauscher 28 sind der oben unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschriebenen Art. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Wärmetauscher 28a innerhalb eines Sitzbodens 118 angebracht, und der zweite Wärmetauscher 28b ist innerhalb einer Sitzlehne 120 angebracht. Die Wärmetauscher 28 müssen weiter nahe an jedem Teil des Sitzes 114 angebracht werden, wie beispielsweise unter oder auf der Seite des Sitzes 114.
Der Sitz 114 weist eine Reihe von Kanälen 116 für das Durchströmen von Luft auf. Einer äußerer Bezug 117 des Sitzes 114 umgibt eine Polsterfüllschicht 119, durch welchen sich die Kanäle 116 erstrecken. Der äußere Bezug 117 ist vorzugsweise perforiert oder luftdurchlässig, um zu ermöglichen, dass Luft durch diesen aus den Kanälen 116 strömt. Der Sitz 114 beinhaltet weiter Sitzboden 118 und Sitzlehne 120, die sich von diesem nach oben erstreckt, um einen menschlichen Körper in einer Sitzposition zu stützen. Der äußere Bezug 117 kann alle bekannten Materialien zum Beziehen von Sitzen aufweisen, wie beispielsweise perforiertes Vinyl, Stoff perforiertes Leder, etc.. Die Polsterfüllschicht 119 kann jedes bekannte Material zu Steigern des Benutzerkomforts aufweisen, wie beispielsweise retikulierten Schaumstoff.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der erste Auslass 34 (1) der ersten Wärmetauschers 28a an Kanälen 116 angeschlossen, die sich durch die Sitzlehne 114 erstrecken. Der erste Auslass 34 des zweitem Wärmetauschers 28 ist an Kanälen 116 angeschlossen, die sich durch den Sitzboden 118 erstrecken. Jeder der Wärmetauscher 28 ist elektrisch mit einer Leistungsquelle über einen Regelungsschalter verbunden, so dass ein Benutzer wahlweise die Wärmetauscher über den Leistungsschalter einschalten kann. Ein Regelungsschalter ist ebenfalls mit den Wärmetauschern verbunden, um die Polarität des elektrischen Stroms, der an den Wärmetauscher 28 angelegt wird, auf bekannte Weise umzukehren. Der Regelungsschalter wird verwendet, um die Wärmetauscher 28 zwischen einem Heiz- und einem Kühlmodus umzuschalten. In dem Heizmodus pumpen die Wärmetauscher 28 geheizte Luft in den Sitz 114. In dem Kühlmodus pumpen die Wärmetauscher gekühlte Luft in den Sitz 114. Die Wärmetauscher 28 können ebenfalls mit getrennten Leistungs- und Temperaturregelungen verbunden werden, um unabhängig geregelten klimatisierten Luftstrom an die Sitzlehne 114 und den Sitzboden 120 zu liefern.
Ein Rückkopplungs-Regelungssystem einschließlich eines Temperatursensors, wie beispielsweise einem Thermoelement, kann ebenfalls vorgesehen werden. Das System 112 kann ebenfalls mit einem Regelungssystem zum Ändern der Geschwindigkeit der Rotoren 42 und 44 ausgestattet werden, um die Stromfrequenz zu ändern. Dem Durchschnittsfachmann wird offenbar werden, dass alle einer breiten Vielfalt von Regelungsvorrichtungen ebenfalls vorgesehen werden können.
Die Kanäle 116 können eine Reihe von Plastikleitungen oder -röhren aufweisen, die mit wenigstens einem der ersten oder zweiten Auslasse 34, 36 der Wärmetauscher 28 verbunden sind und innerhalb des Sitzes 114 angeordnet sind. Vorzugsweise können die Leitungen durch Hitzeversiegelung des Kunststoffschaums, aus welchem der Sitz hergestellt ist, oder durch Beschichten der Leitungen mit einem Dichtungsmittel gebildet werden, um Luftverlust durch die Leitung zu reduzieren. Die Kanäle können ebenfalls Luftspalten innerhalb eines durchlässigen Materials, wie beispielsweise retikulierter Schaumstoff, aufweisen, die es ermöglichen, dass Luft hindurchströmt. Zusätzlich können die Kanäle jede Art von Durchlass für den Luftstrom aufweisen, wie beispielsweise Leitungen, Röhren, kleine Löcher etc.
Vorzugsweise ist eine Hauptleitung 137 mit dem ersten Auslass 34 verbunden, um die gekühlte oder erwärmte Luft an die Oberfläche 117 des Sitzes 114 über die Kanäle 116 zu führen. Eine Austragsleitung 138 ist wenigstens mit dem zweiten Auslass 36 verbunden, um die ungewünschte Abluft an die Außenumgebung weg von dem Insassen, der Sitz 114 belegt, zu führen.
In Betrieb wird der Leistungsschalter aktiviert, um elektrischen Strom an die Wärmetauscher 28 zu liefern. Wie oben beschrieben, wirken die thermoelektrische Vorrichtung 46 und der Haupt- und zweite Rotor 42 und 44 zusammen, um einen Strom erwärmter oder gekühlter Luft zu erzeugen, welcher zu den Hauptleitungen 137 und durch den Sitz 114 geführt wird. Die klimatisierte Luft strömt aus den Kanälen 116 durch den durchlässigen äußeren Bezug 117, um somit den Besetzer des Sitzes 114 zu kühlen oder zu wärmen. Wünschenswerterweise wird die Abluft von den Sitzen 114 über die Austragsleitungen 138 weggeführt.
Die Austragsleitungen 138 können vorteilhafterweise unter den Sitzboden 118 entlüften, da das Heiz- und Kühlsystem in der Fahrgastzelle üblicherweise zwanzig mal mehr Wärme oder Kälte produzieren kann als über Austragsleitung 138 ausgestoßen wird. Solange wie die Austragsleitungen 138 nicht direkt auf einen Insassen, zu einem Insassen oder auf die Einlasse 38, 40 entlüften, wird die umgebende Heiz- und Kühlausstattung den Ausgang von den Austragsleitungen 138 großzügig ableiten. Eine mit der Einheit 28a verbundene Austragsleitung 138 die in dem Rückenteil 119 angeordnet ist, kann unter den Sitzboden 118 entlüften ohne eine Leitung zu haben, die sich über das Schwenkgelenk zwischen dem Bodenteil 118 und der Rückenlehne 119 erstreckt. Da der Luftstrom der Austragsleitung 138 nach unten zu dem Sitzboden 118 gerichtet ist, sind zwei ausgerichtete Öffnungen, eine an dem Boden des Rückenteils 119 und eine in dem Sitzboden 118, ausreichend, um die Luft unter den Sitzboden 118 zu führen.
Wie in 8 dargestellt, ist in einer anderen Ausführungsform der Wärmetauscher 28 in einen Kühler, wie beispielsweise eine Eistruhe 140, eingebaut. In der dargestellten Ausführungsform weist die Eistruhe 140 eine rechteckige Box auf, die eine Basiswand 144 und vier Seitenwände 146, die sich von dieser nach oben erstrecken, beinhaltet. Ein Deckel 150 ist schwenkbar auf den vier Seitenwänden 146 auf bekannte Art schwenkbar angebracht, um Zugang zum Lagerplatz 152, der durch die Wände der Eistruhe 140 definiert ist, zu gewähren. Die Wände der Eistruhe sind wünschenswerterweise auf bekannte Art isoliert, um die Temperatur des Lagerraums 152 zu erhalten.
9 ist eine Querschnittseitenansicht des Deckels 150 der Eistruhe 140. Wenigstens ein Wärmetauscher 28 der oben unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschriebenen Art ist in dem Deckel 150 angeordnet. Der Wärmetauscher 28 ist mit einer Leistungsquelle (nicht dargestellt) verbunden, wie beispielsweise einer Batterie mit passender Spannung und Leistung, und ist konfiguriert, um in einem Kühlmodus betrieben zu werden, so dass er einen Strom kalter Luft bei dem ersten Lüfter 42 wie oben beschrieben ausgibt. Der Wärmetauscher 28 ist rotierbar in dem Deckel 150 angebracht, so dass die Austragsseite des Wärmetauschers 28 zwischen Oberwand und Unterwand 156, 158 entsprechend angeordnet ist, wobei ein Isolierungselement angeordnet ist, um die Haupt- und Austragsseiten thermisch zu trennen. Die Hauptseite des Wärmetauschers 28 ist unmittelbar unter der Bodenwand 158 angeordnet. Eine Abdeckungseinheit 159 ist über der Hauptseite des Wärmetauschers 28 angeordnet. Die Abdeckungseinheit 159 beinhaltet eine Reihe von Öffnungen, um zu ermöglichen, dass Luft durch die Hauptseite des Wärmetauschers 28 strömt. Die Hauptseite des Wärmetauschers 28 ist in dem Lagerraum 152 der Eistruhe 140 angeordnet, wenn der Deckel 150 geschlossen ist.
Die Austragsseite des Wärmetauschers 28 ist zwischen der oberen und unteren Wand 156 und 158 des Deckels 150 angeordnet. Ein Einlass 38 erstreckt sich durch die obere Wand 156, um zu ermöglichen, dass Luft in den und aus dem Wärmetauscher 28 strömt. Der Deckel 150 ist vorzugsweise mit isolierendem Material um Wärmetauscher 28 gefüllt.
Im Betrieb wird der Wärmetauscher 28 in dem Kühlmodus betrieben, so dass der erste Lüfter 42 einen Strom gekühlter Luft in dem Lagerraum 152 erzeugt, wenn der Deckel 150 geschlossen ist. Auf diese Weise wird der Lagerraum 152 bei einer relativ kühlen Temperatur gehalten. Die erwärmte Abluft wird zu der Außenumgebung geführt wie beispielsweise durch einen Auslass in der oberen Wand 156 des Deckels 150. Jede einer breiten Vielfalt von Artikeln wie beispielsweise Nahrungsmittel können in dem Lagerraum 152 gelagert werden.
Unter Bezugnahme auf 10 wird eine Lüftereinheit 200 dargestellt, die konfiguriert ist, um nahe oder in einem Standardtisch angebracht zu werden. Die Lüftereinheit 200 beinhaltet ein Gehäuse 202, welches schwenkbar an Basis 204 angebracht ist. Das Gehäuse 202 ist im wesentlichen von zylindrischer Form und beinhaltet einen Auslass 206 für klimatisierte Luft und ein oder mehrere Abluftauslasse 208 um die Peripherie des Gehäuses 202. Ein Lufteinlass 210 ist in dem Gehäuse 200 gegenüber dem Auslass 206 für klimatisierte Luft angeordnet. Ein Regelungsschalter 212 und ein Spannungsversorgungskabel 214 sind mit der Basis 204 verbunden, um wahlweise die Lüftereinheit 200 und/oder das thermoelektrische Element 232 auf bekannte Art mit Leistung zu versorgen.
11 ist eine Querschnittsansicht der Lüftereinheit 200. Eine ringförmige Leitung 260 ist in dem Gehäuse 202 angeordnet und definiert den Auslass 206 für klimatisierte Luft. Eine zweite Leitung 218 definiert die Abluftauslasse 208. Eine Antriebswelle 220 ist rotierbar in dem Gehäuse angebracht, so dass sie axial ausgerichtet ist mit dem Auslass 206 für klimatisierte Luft. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Motor 222 antriebsmäßig über Antriebsriemen 224 an die Antriebswelle 220 angeschlossen. Eine Rotoranordnung 226 ist an der Antriebswelle 220 angebracht, so dass die Rotoranordnung mit der Antriebswelle 220 rotiert.
Die Rotoranordnung 220 umfasst einen Hauptlüfter 228, der an den Auslass 206 für klimatisierte Luft angrenzt, und einen ringförmigen Austragslüfter 230 auf der Seite des Hauptlüfters 228 gegenüber dem Auslass 206 für klimatisierte Luft. Ein thermoelektrisches Element 232, wie beispielsweise ein Peltier-Wärmetauscher, wird zwischen die Haupt- und Austragslüfter 228 und 230 zwischengesetzt. Der Hauptlüfter 228 hat einen Umfang, der kleiner oder gleich ist zu dem Umfang des Auslasses 206 für klimatisierte Luft, so dass der Hauptlüfter so konfiguriert ist, dass er Luft durch den Auslass 206 für klimatisierte Luft strömen lässt. Der Austragslüfter 230 ist so angeordnet, dass er mit dem Austragsauslass 208 kommuniziert. Die Haupt- und Austragslüfter 228 und 230 können jede Art von Vorrichtung aufweisen, die konfiguriert ist, um einen Luftstrom bei Rotation zu produzieren. In einer Ausführungsform weisen die Lüfter flache Scheiben auf, die Lüftungsschlitze 240 hindurch ausgestanzt haben. Die Lüfter sind vorzugsweise hergestellt aus einem hoch wärmeleitendem Material.
Im Betrieb wird der Motor 22 über eine Leistungsquelle (nicht dargestellt) auf bekannte Art und Weise mit Leistung versorgt. Die thermoelektrische Vorrichtung 232 kühlt den Hauptlüfter 228 und heizt den Austragslüfter 230 (oder umgekehrt) in der oben mit Bezugnahme auf die vorausgegangenen Ausführungsformen beschriebenen Weise. Die Lüfter rotieren ebenfalls, um einen Strom klimatisierter Luft oder Abluft durch den Auslass 206 für klimatisierte Luft und den Abluftauslass 208 entsprechend zu produzieren. Die Luft kann so geführt werden, dass sie einen gewünschten Ort kühlt, wie beispielsweise unter einen Tisch. Wenn gewünscht, können Leitungen, Schläuche und andere Vorrichtungen an die Auslasse angeschlossen werden, um den Luftstrom von diesen weiterzuleiten.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers, der eine Lüftereinheit 170 mit einer Vielheit von einen Luftstrom erzeugenden Elementen wie beispielsweise Flügel 172 aufweist, die um eine Antriebswelle 174 rotieren. Ein Motor 176 ist antriebsmäßig an die Welle 174, entweder direkt oder indirekt, wie beispielsweise über einen Getriebemechanismus, angeschlossen. Ein oder mehrere elektrische Wärme erzeugende Vorrichtungen wie beispielsweise elektrische Widerstände 180, sind auf den Flügeln 172 angebracht. Die Widerstände können in die Flügel 172 eingebettet sein, oder darauf gemalt sein, wie beispielsweise mit Klebstoff.
Im Betrieb werden die Widerstände 180 geheizt durch Anlegen eines elektrischen Stroms an diese, und die Welle 174 wird über den Motor 176 rotiert. Die Flügel 172 erzeugen einen Luftstrom, welcher durch die Widerstände durch einen konvektiven Prozess geheizt wird. Die Lüftereinheit 170 wird somit verwendet, um einen erwärmten Luftstrom zu erzeugen.
Anhand dieser Beschreibung werden andere Variationen der Erfindung dem Durchschnittsfachmann offenbar werden. Zum Beispiel sind die Rotoren 42, 44 dargestellt als verbunden mit der rotierenden Welle 52 durch Scheibe 51, die angrenzend der ersten oder oberen Wand 31 angeordnet ist. In dieser Konfiguration wirkt der durch die inneren Durchmesser der Rotoren 42, 44 gebildete Hohlraum zusammenhängend. Es wird als möglich erachtet, die Kontur der Scheibe 51 an die äußere Form des oberen Teils des Motors 50 anpassen zu lassen und dann radial nach außen erstrecken zu lassen an ungefähr die Ebene, welche die Thermoelektrik 46 enthält. Dies würde eine physikalische Trennung zwischen den Luftströmen, die in Rotoren 42 und 44 eintreten, anordnen. Es wird weiter als möglich erachtet, das Gehäuse von Motor 50 mit einem radialen Flansch zu bilden, der sich radial nach außen erstreckt an ungefähr die Ebene, die Grenzlinie 56 enthält, wobei der Motor 50 rotiert und dementsprechend eine physikalische Trennung zwischen den Luftströmen, die in Rotoren 42 und 44 eintreten, liefert.
Die obige Beschreibung nimmt in erster Linie Bezug auf die Verwendung des Verfahrens und des Apparates in einem Fahrzeugsitz. Aber das Verfahren und der Apparat sind gleichermaßen in anderen Sitzen anwendbar, einschließlich, aber nicht darauf begrenzt, Theatersitzen, Bürositzen, Flugzeugsitzen, Sitzen, die in Wohnungen sind, wie beispielsweise Sofas und Lehnstühle, Krankenhaussitze für Patienten, Krankenhausbetten für bettlägerige Patienten und Rollstühle. Das Verfahren und der Apparat sind besonders da nützlich, wo ein lokalisierter Strom klimatisierter Luft gewünscht ist.
Die obige Beschreibung nimmt Bezug auf das Durchlassen von Luft durch die Wärmetauscher, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf Luft begrenzt, da andere Gase mit dem vorliegenden Apparat und dem Verfahren verwendet werden können. Tatsächlich haben einige Gase, wie beispielsweise Helium, eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Luft und sind in bestimmten Anwendungen wünschenswert, während andere Gase, wie beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff oder Argon in anderen Anwendungen wünschenswerter sein können. Eine Vielzahl von Gasen und Gasmischungen kann verwendet werden, wie die bestimmte Anwendung es erfordert.
Weiter können mit der vorliegenden Erfindung Flüssigkeiten verwendet werden durch Anbringen geeigneter Flüssigkeitsdichtungen und Isolatoren, welche im Stand der Technik bekannt sind, um die Flüssigkeit, die durch den Wärmetauscher zirkuliert, von elektrischem Kontakt mit der thermoelektrische Vorrichtung und allen anderen elektrischen Vorrichtungen isoliert zu halten. Dementsprechend werden Flüssigkeiten wie Wasser und Frostschutzmittel zur Verwendung mit dem vorliegenden Verfahren und dem Apparat beansprucht, wie auch Flüssigmetalle wie beispielsweise flüssiges Natrium. Die speziell verwendete Flüssigkeit hängt von der Anwendung ab. Die gesteigerte Wärmeleitfähigkeit, die durch Strömen der Flüssigkeiten über den rotierenden Wärmetauscher erreicht werden, bietet die Möglichkeit von gesteigerter Wärmeleitfähigkeit gegenüber weniger dichten und weniger leitenden Gasen. Ob eine Flüssigkeit oder Gas vorteilhafter ist, variiert mit der bestimmten Anwendung. Um den Bezug zu vereinfachen, wird der Begriff "Fluid" als Bezug auf ein Gas, eine Flüssigkeit, oder beides verwendet.
Da die Temperaturänderung, die von einer Thermoelektrik erhältlich ist, bedeutend sein kann, hat der rotierende Wärmetauscher der vorliegenden Erfindung potentielle Anwendbarkeit in einer breiten Vielfalt von anderen Verwendungen außer in einem Sitz, Lüfter und Kühler, wie hier beschrieben. Das hier beschriebene Verfahren und der Apparat sind im allgemeinen anwendbar in jeder Situation, wo es ein Bedürfnis gibt, ein thermisch klimatisiertes Fluid zu pumpen. Solche Anwendungen schließen Konstanttemperaturvorrichtungen ein, wie beispielsweise Vorrichtungen, die eine Referenztemperatur wie in einer Wärmekopplungsanordnung verwenden. Konstante Temperaturbäder für Laborausstattungen und Experimente ist eine weitere beispielhafte Anwendung, wie zum Beispiel das Züchten von Bakterienkulturen oder Zellkulturen. Das hier beschriebene Verfahren und der Apparat sind insbesondere nützlich, wo geringere Stromfrequenzen und/oder kleinere Temperaturänderungen gewünscht sind, aber die Erfindung ist nicht in dieser Art begrenzt und kann in Situationen Anwendung finden, die große Stromfrequenzen und/oder wesentliche Temperaturunterschiede erfordern.
Durch Platzieren eines Temperatursensors an einem vorbestimmten Ort, ob auf dem Wärmetauscher, dem rotierenden Lüfter, stromaufwärts oder stromabwärts des Wärmetauschers, und durch elektronisches Steuern der Thermoelektrik und der Lüfterrotation kann ein geregelter Strom von thermisch klimatisiertem Fluid bereitgestellt werden, um die Temperatur bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten, oder um vorbestimmte Wärmebedingungen zu liefern. Dementsprechend bietet die Erfindung Vorteile, wo lokalisierte Wärmeregelung gewünscht ist, wie in Fahrzeugsitzen, Wasserbetten, Aquarien, Wasserkühlern, und Kühlen von nicht kohlensäurehaltigen Getränken wie beispielsweise Wein und Punsch. In diesen Anwendungen wird die Temperatur auf eine ziemlich konstante Temperatur geregelt, oder innerhalb einem ziemlich engen Temperaturbereich von weniger als ungefähr 5°F Abweichung ober- oder unterhalb einer vorbestimmten Temperatur geregelt, und üblicherweise innerhalb einer 1–2 F Abweichung auf beiden Seiten einer vorbestimmten Temperatur. Solche Temperaturregelungssysteme sind dem Durchschnittsfachmann bekannt, und ihre Eingliederung und Verwendung mit dem vorliegenden Verfahren und Apparat werden hier nicht genauer beschrieben.
Weiter finden diese Vorrichtung und das Verfahren besondere Anwendungen in Situationen, wo ein Fluid mit unterschiedlichen Temperaturen zu verschiedenen Zeiten gewünscht ist. Der Lüfterteil der Vorrichtung kann mit thermoelektrischen Heiz- oder Kühlaspekten betrieben werden, die nur nach Wunsch aktiviert werden, um das Fluid, welches durch den Lüfter strömt, thermisch zu klimatisieren. Dementsprechend kann ein erhitztes, gekühltes oder neutrales Temperaturfluid von der gleichen Vorrichtung und Verfahren bereitgestellt werden.

Claims

Ein Sitz (114) mit einem temperaturgeregelten Ventilationssystem, umfassend: einen zufuhrseitigen, ringförmigen Wärmetauscher (42), der ein Loch (38) darin um eine Rotationsachse formt und so konfiguriert ist, dass Luft ab besagter Rotationsachse nach außen strömen kann; einen austragsseitigen, ringförmigen Wärmetauscher (44), der ein Loch (40) darin um besagte Rotationsachse formt und so konfiguriert ist, dass Luft ab besagter Rotationsachse nach außen strömen kann; eine thermoelektrische Vorrichtung (46) mit ersten und zweiten entgegengesetzten Oberflächen, die erhöhte Temperaturen auf einer der ersten und zweiten Oberflächen und reduzierte Temperaturen an den anderen der ersten und zweiten entgegengesetzten Oberflächen, abhängig vom elektrischen Potential generiert, das an die thermoelektrische Vorrichtung (46) angelegt wird, wobei eine entgegengesetzte Oberfläche an den zufuhrseitigen Wärmetauscher (42) angeschlossen ist und mit diesem in thermischer Kommunikation steht, und die andere entgegengesetzte Oberfläche an den austragsseitigen Wärmetauscher (44) angeschlossen ist und mit diesem in thermischer Kommunikation steht; einen Motor (50), der antriebsmäßig an wenigstens einen der Wärmetauscher oder die thermoelektrische Vorrichtung (42, 44 oder 46) angeschlossen ist, um wenigstens einen der Wärmetauscher (42 und 44) oder die thermoelektrische Vorrichtung (46) um die Rotationsachse zu rotieren, um zu bewirken, dass Luft in wenigstens eins der Löcher (38 oder 40) entlang der Rotationsachse eintritt und durch den Wärmetauscher (42 oder 44) nach außen strömt; ein Gehäuse (32), das wenigstens den zufuhrseitigen Wärmetauscher (42) enthält und einen Auslass (34) formt, durch den Luft nach Durchlaufen des Zufuhrwärmetauschers (42) ausströmt; und einen Sitzt (44) mit einer Oberfläche gegen die eine Person ruht, wobei die Oberfläche Durchgänge dadurch in wenigstens einem Teil der Oberfläche aufweist wo die Person ruht, die Oberfläche in Fluidkommunikation mit dem Auslass (34) des Zufuhrwärmetauschers (42) steht, der Wärmetauscher und die Motorrotation kooperieren, so dass Luft ab dem Wärmetauscher (42) durch die Oberfläche besagten Sitzes gedrückt wird, um klimatisierte Luft in dem Bereich beizustellen, wo besagte Person gegen die Oberfläche ruht, während der Sitz in Gebrauch ist.
Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Dochtwirkungsmaterial (78), das mit wenigstens einem Teil des Gehäuses (32) verbunden ist, und einen ersten Teil in Kontakt mit Luft aufweist, die aus dem zufuhrseitigen Wärmetauscher (42) austritt und einen zweiten Teil in Kontakt mit Luft aufweist, die aus dem austragsseitigen Wärmetauscher (44) austritt, so dass, wenn einer der Wärmetauscher (42 oder 44) Feuchtigkeit generiert, das Dochtwirkungsmaterial (78) die Feuchtigkeit vom Wärmetauscher (42 oder 44) abführt, der die Feuchtigkeit produziert.
Apparat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Höhe der Wärmetauscher (42, 44) und der thermoelektrischen Vorrichtung (46) bei Messung entlang der Rotationsachse weniger als ca: 30 mm beträgt.
Apparat nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (32) beide Wärmetauscher (42, 44) umschließt, und weiter eine Dämmschicht (64) zwischen den ersten und zweiten Wärmetauschern (42, 44) umfasst, die sich radial nach außen in Richtung des Gehäuses (32) erstreckt, um eine isolierte Barriere zwischen den Zufuhr- und Austragswärmetauschern (42 und 44) zu formen.
Apparat nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine nicht berührende Labyrinthdichtung (70), die zwischen einer Peripherie der Dämmschicht (64) und einem Teil des Gehäuses (32) geformt ist, das eine Peripherie der Wärmetauscher (42, 44) umgibt, um Luftströmung zwischen den Wärmetauschern (42, 44) zu inhibieren.
Apparat nach einem beliebigen vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor in wenigstens einem der besagten Löcher (38, 40) in den Wärmetauschern (42, 44) steckt.
Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoelektrische Vorrichtung (46) elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, und eine Temperaturänderung als Reaktion auf einen daran angeschalteten Strom produziert, wobei die thermoelektrische Vorrichtung (46) eine kreisrunde Scheibe umfasst, die erste und zweite entgegengesetzte Oberflächen aufweist und so montiert ist, dass sie sich um eine Rotationsachse durch ein Zentrum der Scheibe drehen kann, und worin wenigstens einer der zufuhrseitigen und austragsseitigen Wärmetauscher (42 oder 44) einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser aufweist, in leitender thermischen Kommunikation mit der thermoelektrischen Vorrichtung (46) steht, und auf einer der Scheibenoberflächen montiert ist, um sich um die Achse zu drehen, wobei besagte Wärmetauscher (42 oder 44) wärmestrahlende Oberflächen aufweisen, die angeordnet sind eine Fluidströmung über die Oberflächen ab der Rotationsachse nach außen zu produzieren, wenn sie um die Rotationsachse rotiert werden, besagte Wärmetauscher (42 oder 44) eine Höhe aufweisen, die entlang der Rotationsachse gemessen wird und Durchmesser haben, die entlang einer Achse gemessen werden, die orthogonal zur Rotationsachse ist, wobei der Abstand zwischen den Innen- und Außendurchmessern größer als die Höhe ist.
Apparat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher eine erste Serie wärmestrahlender Oberflächen umfasst, die an die erste Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung (46) angeschlossen sind, und worin die erste Serie der abstrahlenden Oberflächen mit einer Vielheit von Achsen fluchten, die zur Rotationsachse orthogonal sind, und eine zweite Serie wärmestrahlender Oberflächen an die zweite Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung (46) angeschlossen ist, und worin die zweite Serie abstrahlender Oberflächen mit einer Vielheit von Achsen gefluchtet ist, die orthogonal zur Rotationsachse sind, wobei die ersten und zweiten Serien wärmestrahlender Oberflächen verschiedene Strahlungsbereichen aufweisen.
Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse wenigstens einen Auslass in Fluidkommunikation mit dem Sitz hat, und einen Einlass aufweist, der konfiguriert ist, den Innendurchmesser der ringförmigen wärmestrahlenden Oberflächen entlang der Rotationsachse mit Luft zu versorgen.
Apparat nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Wärmetauscheroberflächen im Wesentlichen flache Lagen bilden, die sich ab der Rotationsachse nach außen erstrecken und eine Reihe von Zwischenräumen zwischen den Lagen definieren.
Apparat nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Serien von Wärmetauscheroberflächen durch einen Abstand im Bereich von 0,5 bis 2 mm voneinander getrennt sind.
Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zufuhr- und austragsseitigen Wärmetauscher (42 and 44) erste und zweite Lüfter umfassen, wobei der erste Lüfter um die Rotationsachse rotiert und eine erste Vielheit von Wärmetauscheroberflächen in wärmeleitender Kommunikation mit der thermoelektrischen Vorrichtung (46) aufweist, der zweite Lüfter (44) um die Rotationsachse rotiert und eine zweite Vielheit von Wärmetauscheroberflächen in wärmeleitender Kommunikation mit einer zweiten Seite der thermoelektrischen Vorrichtung (46) aufweist, die erste und zweite Vielheit von Wärmetauscheroberflächen eine Temperaturänderung ab den ersten und zweiten Seiten der thermoelektrischen Vorrichtung (46) durchführt, der erste und zweite Lüfter (42 und 44) im Gehäuse (32) eingeschlossen sind, und ringförmige Strukturen mit verschiedenen Außendurchmessern dermaßen umfassen, dass sich der erste Lüfter (42) ab der thermoelektrischen Vorrichtung (46) in Richtung der Rotationsachse erstreckt, während sich der zweite Lüfter (44) ab der thermoelektrischen Vorrichtung (46) von der Rotationsachse weg erstreckt, jeder der Lüfter (42 und 44) eine Höhe entlang der Rotationsachse aufweist, die kleiner als der orthogonal zur Rotationsachse gemessene Durchmesser ist.
Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (114) ein Fluidverteilungssystem in Fluidkommunikation mit dem Sitz (114) umfasst, und dass der Gehäuseauslass (34) in Fluidkommunikation mit dem Fluidverteilungssystem steht.
Apparat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (34) vom zufuhrseitigen Wärmetauscher (42) in Fluidkommunikation mit dem Innenraum einer eingeschlossenen und isolierten tragbaren Kammer (52) steht, und Fluid vom austragsseitigen Wärmetauscher (44) außerhalb der Kammer (152) entlüftet wird.
Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (152) eine schließbare Öffnung umfasst, die konfiguriert ist, Zugang zum Innenraum der Kammer (152) zu gestatten.
Apparat nach einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zufuhr- und austragsseitigen Wärmetauscher (42, 44) und die thermoelektrische Vorrichtung (46) um die Rotationsachse rotieren, was bewirkt, dass Fluid in wenigstens eins der Löcher in die zufuhr- und austragsseitigen Wärmetauscher eintritt und durch den Wärmetauscher nach außen strömt.
Ein Verfahren zur Bereitstellung temperaturgeregelter Ventilation für einen Sitz (114) mit einer Sitzoberfläche, das folgende Schritte umfasst: Formen eines zufuhrseitigen Wärmetauschers (42), der um eine Rotationsachse rotiert und Konfigurieren des Wärmetauschers (42), um zu erlauben, dass ihn Fluid durchströmt, wobei der zufuhrseitige Wärmetauscher (42) eine erste Höhe entlang der Rotationsachse und einen ersten Durchmesser entlang einer zur Rotationsachse orthogonalen Achse aufweist, wobei die erste Höhe so selektiert wird, dass sie weniger als der erste Durchmesser beträgt; Formen eines austragsseitigen Wärmetauschers (44), der um besagte Rotationsachse rotiert und Konfigurieren des austragsseitigen Wärmetauschers (44), um zu erlauben, dass ihn Fluid durchströmt, wobei der austragsseitige Wärmetauscher (44) eine zweite Höhe entlang der Rotationsachse und einen zweiten Durchmesser entlang einer zur Rotationsachse orthogonalen Achse aufweist, wobei die zweite Höhe so selektiert wird, dass sie weniger als der zweite Durchmesser beträgt und bemessen ist in einen oder unter einen Sitz zu passen und; Bereitstellen einer thermoelektrischen Vorrichtung (46) mit entgegengesetzten Oberflächen, die erhöhte Temperaturen auf einer Oberfläche und reduzierte Temperaturen auf der entgegengesetzten Oberfläche, abhängig vom Potential generieren, das an die thermoelektrische Vorrichtung angelegt wird, und leitendes Verbinden einer entgegengesetzte Oberfläche der thermoelektrischen Vorrichtung (46) mit dem zufuhrseitigen Wärmetauscher (42) und leitendes Verbinden der anderen entgegengesetzten Oberfläche mit dem austragsseitigen Wärmetauscher (44); Bewirken relativer Drehung zwischen den Wärmetauschern und der thermoelektrischen Vorrichtung (42, 44, 46) um die Rotationsachse, um zu bewirken, dass Fluid durch die Wärmetauscher (42 und 44) strömt; Einschließen des Zufuhrwärmetauschers (42) und Formen eines Auslasses (34) durch den Fluid nach Durchströmen des Zufuhrwärmetauschers (42) austritt; und Platzieren der Sitzoberfläche in Fluidkommunikation mit dem Auslass (34) des Zufuhrwärmetauschers.
Ein Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Schritte des Einschließens beider Wärmetauscher (42 und 44) und Isolieren der ersten und zweiten Wärmetauscher (42, 44) von einander, und Formen einer nicht berührenden Labyrinthdichtung zwischen den Wärmetauschern (42, 44), um Luftströmung zwischen den Wärmetauschern (42, 44) zu inhibieren.