ES2217759T3

ES2217759T3 - Asiento con intercambiador de calor termoelectrico.

Info

Publication number: ES2217759T3
Application number: ES99925590T
Authority: ES
Inventors: Lon Bell
Original assignee: Amerigon Inc
Current assignee: Gentherm Inc
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2004-11-01
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: EP1076797A1; AU4184199A; EP1429089A3; DE69917254T2; USRE44272E1; US20060048518A1; US6119463A; CN1125298C; US6223539B1; EP1429089A2; CN1306613A; US20020017102A1; US7178344B2; EP1076797B1; JP2002514735A; ATE266847T1; DE69917254D1; JP3863371B2; WO1999058907A1

Abstract

Un asiento (114) con un sistema de ventilación de temperatura controlada que comprende: - un lado de suministro de un intercambiador térmico anular (42) que forma un orificio (38) en él en torno a un eje de giro, configurado para permitir al aire pasar hacia fuera desde dicho eje de giro; - un lado de escape o desecho de un intercambiador térmico anular (44) que forma un orificio (40) en él en torno a dicho eje de giro, configurado para permitir al aire pasar hacia fuera desde dicho eje de giro; - un dispositivo termoeléctrico (46) que tiene superficies opuestas primera y segunda que generan temperaturas elevadas sobre una de dichas superficies primera y segunda, y temperaturas reducidas sobre la otra, opuesta, de dichas superficies primera y segunda, en función del potencial eléctrico aplicado al dispositivo termoeléctrico (46), con una superficie opuesta conectada y en comunicación térmica con el intercambiador térmico (42) del lado de suministro, y la otra superficie opuesta conectada yen comunicación térmica con el intercambiador térmico (44) del lado de escape o desecho; - un motor (50) conectado para accionar al menos uno de los intercambiadores térmicos o dispositivo termoeléctrico (42, 44, o 46) y girar al menos uno de los intercambiadores térmicos (42 y 44) o el dispositivo termoeléctrico (46) en torno al eje de giro, para hacer que el aire penetre al menos en uno de los orificios (38 ó 40) a lo largo del eje de giro y pase hacia fuera a través del intercambiador térmico (42 ó 44); - un alojamiento (32) que contiene al menos el intercambiador térmico (42) del lado de suministro, y que forma una salida (34) a través de la cual sale el aire después de pasar por dicho intercambiador térmico de suministro (42); y - un asiento (44) que tiene una superficie sobre la cual descansa una persona, cuya superficie tiene unos pasajes a su través en al menos una parte de la superficie donde descansa la persona, cuya superficie está en comunicación de fluido con la salida (34) delintercambiador térmico de suministro (42), el cual y el giro del motor cooperan de modo que el aire procedente del intercambiador térmico (42) es obligado a pasar a través de la superficie de dicho asiento, para proporcionar aire acondicionado en la zona de la superficie donde descansa la persona durante el uso del asiento.

Description

Asiento con intercambiador de calor termoeléctrico.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a un asiento, tal como el asiento de un automóvil, con un sistema de ventilación controlado por temperatura.

Descripción de la técnica correspondiente

Los asientos de los modernos automóviles pueden estar equipados con sistemas de control de temperatura, que permiten al ocupante de dicho asiento variar la temperatura de éste mediante el flujo de aire a temperatura controlada a través de la cubierta del citado asiento. Véase, por ejemplo, el documento WO-A-95/14899. Un tipo de sistema comprende un asiento que cuenta con un sistema de transferencia térmica montado en él, tal como un elemento termoeléctrico configurado para calentar o enfriar el aire que se desplaza sobre el elemento con el uso de una unidad de ventilación separada que va montada también dentro del asiento. El aire acondicionado es distribuido hacia el ocupante por paso de aquél a través de la superficie del asiento por una serie de conductos de aire dentro de dicho asiento.

La cuantía del espacio disponible dentro, debajo, y en torno al asiento para dichos sistemas de control de temperatura es muy limitado. En algunos coches, para ahorrar peso o aumentar el espacio del pasajero, los asientos tienen un grosor de varios centímetros y topan con la estructura adyacente del coche, tal como la chapa del suelo o la parte posterior de él. Además, los fabricantes van aumentando progresivamente el montaje de diversos dispositivos, tales como componentes electrónicos o soportes lumbares variables, dentro, debajo, y en torno al asiento. Además, el tamaño del asiento, en particular el respaldo, necesita ser tan pequeño como resulte posible, para reducir el espacio del habitáculo ocupado por dicho asiento.

Los actuales sistemas de control de temperatura son con frecuencia demasiado grandes para ser montados dentro, debajo, o en torno a los asientos de vehículo. Los sistemas convencionales pueden tener un ventilador de jaula de 12 a 15 cm de diámetro, que genera un flujo de aire que pasa a través de un conducto para alcanzar un intercambiador térmico que ajusta la temperatura del aire. Dicho intercambiador tiene varios cm de anchura y longitud, y por lo menos aproximadamente 2,5 cm de grosor. Desde el intercambiador térmico, el aire es transportado a través de unos conductos hasta el fondo del cojín del respaldo y del asiento. Dichos sistemas son voluminosos y difíciles de asentar debajo o dentro de los asientos. El uso de dispositivos termoeléctricos para calentar y enfriar el intercambiador térmico reduce el tamaño de la unidad, pero requiere aún un gran volumen para el sistema combinado de caldeo y enfriamiento.

Los conductos utilizados con estos sistemas son también voluminosos y difíciles de usar si han de ir desde el fondo del asiento hasta el respaldo, que pueden pivotar o girar. Estos conductos no sólo emplean un espacio adicional dentro del asiento sino que se resisten también al flujo del aire, lo que hace preciso usar un ventilador mayor para lograr dicho flujo de aire, y los ventiladores mayores precisan un espacio adicional o deben marchar a velocidades más altas, lo que genera más ruido. El ruido es indeseable dentro de los vehículos de motor. Además, los conductos afectan a la temperatura del aire que pasa por ellos, calientan el aire frío o enfrían el aire caliente, lo que con frecuencia hace que se precisen ventiladores o intercambiadores térmicos mayores.

A la luz de estas desventajas se aprecia la necesidad de un sistema de caldeo y enfriamiento más compacto y eficiente para asientos de automóviles, y preferiblemente silencioso.

Sumario de la invención

La invención se define en las reivindicaciones 1 y 17, y realizaciones preferidas de ella se definen en las reivindicaciones dependientes.

Este dispositivo utiliza generadores de flujo, tales como paletas de ventilador, que actúan como intercambiador térmico para transferir una diferencia térmica desde un dispositivo termoeléctrico, y con ello acondicionar el paso del aire sobre dicho intercambiador, actuando así como una bomba de aire. El intercambiador térmico gira y proporciona una fuerza aerodinámica y centrífuga al paso del aire a través del intercambiador térmico, para generar aire a presión para su distribución tal como al asiento de un vehículo de motor.

Dicho con más detalle, una realización de este dispositivo comprende al menos un dispositivo termoeléctrico anular (por ejemplo, un dispositivo Peltier), que en función de la tensión aplicada calienta una superficie y enfría la superficie opuesta del dispositivo termoeléctrico anular. Los intercambiadores térmicos anulares son colocados en comunicación térmica con los lados opuestos del dispositivo termoeléctrico anular, por montaje de ellos directamente al dispositivo termoeléctrico, de modo que cada intercambiador térmico conduzca el calor o el frío desde la superficie del dispositivo al que está montado dicho intercambiador. Para generar calor puede ser utilizado también un elemento resistivo de caldeo. En una realización, los intercambiadores térmicos anulares están formados con unas ranuras radiales que se extienden a través de ellos, y forman una cavidad anular dentro de dichos intercambiadores cuando están montados. Un motor encaja dentro de la cavidad anular formada sobre el interior de los intercambiadores térmicos anulares y el dispositivo termoeléctrico anular, pero separado de dichos intercambiadores y dispositivo una distancia suficiente para permitir que el aire fluya a lo largo del exterior del motor. Dicho motor está conectado para accionamiento a uno de los intercambiadores térmicos y dispositivo termoeléctrico, para hacerlos girar. Los intercambiadores térmicos giratorios actúan como un ventilador, succionan aire dentro de la cavidad anular y lo expulsan a través de las ranuras radiales de los intercambiadores térmicos a presión más alta. El volumen del aire comprimido creado es determinado por el tamaño del motor, la forma de las paletas de ventilador, la velocidad de giro, y la geometría general del conjunto.

Esta disposición permite que el intercambiador térmico sea acoplado directamente al dispositivo termoeléctrico, y que actúe como un ventilador, no sólo para generar la presión del aire que distribuye el aire acondicionado a los asientos de los pasajeros, sino que acondicione dicho aire al pasar a través de las paletas del ventilador/acondicionador térmico. Esto reduce los conductos y las pérdidas de presión asociadas, reduce el tamaño del sistema, y aumenta su eficiencia general, lo que a su vez permite una reducción en el tamaño del ventilador y los requerimientos de potencia. La disposición compacta permite que el sistema sea colocado debajo, y preferiblemente dentro de la mayor parte de los asientos de automóvil, lo que reduce aún más los conductos y perdidas de presión asociadas, y permite mayor reducción en el tamaño y potencia del motor. El resultado de las diversas reducciones es una combinación de menor volumen del sistema, menor consumo de energía, menor tamaño, y menor producción de ruido, de lo que era posible anteriormente.

De modo ventajoso, un obturador separa los lados opuestos de los intercambiadores térmicos anulares y giratorios, para formar un lado principal o de suministro y un lado de escape o desecho. El aire penetra en el conjunto cerca del eje de giro, que ventajosamente está alineado con el eje de giro del motor. El aire sale hacia fuera radial o axialmente dentro de un alojamiento que encierra la mayor parte del ventilador anular/intercambiador térmico. Una salida en comunicación de fluido con el lado principal (o de suministro) está en comunicación de fluido con el asiento del pasajero de un vehículo. Una salida en comunicación de fluido con el lado de escape o desecho está también en comunicación de fluido con una salida en un emplazamiento que no degrada la actuación, al permitir que el aire de desecho sea hecho recircular hacia la parte de entrada del aire. El dispositivo termoeléctrico crea una diferencia de temperatura entre el aire del lado de suministro y el aire del lado de desecho. Unas capas de aislante térmico entre dichos lados ayudan a mantener la diferencia de temperatura en las partes del conjunto.

La energía es suministrada al dispositivo termoeléctrico por medio de unos conjuntos de escobillas y anillo de deslizamiento sobre el eje de giro del motor. Cuando corrientes y tensiones apropiadas son aplicadas al dispositivo termoeléctrico y al motor, un flujo de aire frío o caliente es proporcionado al lado de suministro por el intercambiador térmico, que conduce la diferencia de temperatura a través de dicho intercambiador térmico, y calienta o enfría el aire que pasa sobre el intercambiador térmico/paletas del ventilador por conducción y convección. Ajustes de tensión en el motor y dispositivo termoeléctrico controlan la presión, temperatura, y caudal.

Ventajosamente, en torno a una parte del interior del alojamiento que encierra los ventiladores anulares, es colocado un material de empaquetadura de transporte por efecto de mecha, de modo que se extienda desde el lado de suministro al de escape o desecho. Si se condensa humedad sobre un ventilador de salida, aquélla es obligada a desplazarse contra el material de empaquetadura por la fuerza centrífuga del ventilador giratorio/intercambiador térmico. Dicho material absorbe la humedad y la transporta al lado opuesto, donde el aire caliente la evapora y la pone fuera del sistema.

Se proporciona así ventajosamente un sistema para acondicionar térmicamente un fluido que pasa sobre un intercambiador térmico giratorio que produce también el movimiento del fluido. El sistema comprende un dispositivo electrónico seleccionado para convertir la energía eléctrica en energía térmica, y producir un cambio de temperatura en respuesta a una corriente eléctrica aplicada a aquél. Dicho dispositivo está montado para girar en torno a un eje de giro, Un dispositivo de transferencia térmica es colocado en comunicación térmica conductiva con el dispositivo electrónico, y es montado para girar en torno a un eje. El dispositivo de transferencia térmica tiene unas superficies radiantes térmicamente dispuestas para producir un flujo de fluido a través de las superficies cuando gira en torno al eje. El dispositivo electrónico puede comprender una resistencia de caldeo, o un dispositivo termoeléctrico que pueda calentar o enfriar el fluido. Ventajosamente, el dispositivo de transferencia térmica comprende una primera serie de superficies radiantes térmicamente extendidas hacia fuera, conectadas a una primera superficie del dispositivo eléctrico. Una segunda serie de superficies radiantes térmicamente puede estar conectada a una segunda superficie opuesta del dispositivo termoeléctrico. En una realización preferida, el dispositivo de transferencia térmica está contenido en un alojamiento que tiene al menos una salida en comunicación de fluido con un asiento.

La presente invención incluye también medios para producir un cambio de temperatura, y medios de intercambiador térmico giratorios del lado de suministro para conducir el cambio de temperatura. Los medios de intercambio térmico comprenden también medios generadores de flujo de fluido para hacer que dicho fluido fluya a través de los medios de intercambiador térmico. Ventajosamente, el fluido consiste en un gas, y los medios de intercambiador térmico del lado de suministro están ventajosamente en comunicación de fluido con un asiento, para proporcionar el gas procedente de los medios de intercambiador térmico a dicho asiento.

El aparato comprende también un dispositivo para acondicionar térmicamente un fluido que tiene un primer ventilador, que gira en torno a un eje de giro, y una primera pluralidad de superficies de intercambio térmico en comunicación térmica conductiva con un dispositivo electrónico, que convierte la energía eléctrica en un cambio de temperatura. El ventilador está encerrado ventajosamente en un alojamiento que cuenta con una salida.

La presente invención comprende también un método para acondicionar térmicamente un fluido, que comprende las operaciones de producir un cambio de temperatura por medio de un dispositivo electrónico, conducir ese cambio de temperatura a un intercambiador térmico que tiene unas superficies radiantes, y girar éstas para hacer que el fluido fluya a través de dichas superficies radiantes. Ventajosamente, el fluido procedente del intercambiador térmico es colocado en comunicación térmica con un asiento, y el fluido consiste en un gas, preferiblemente aire. Alternativamente, el fluido acondicionado térmicamente es hecho circular hacia el interior de una cámara que puede comprende una cámara impelente del gas, o es hecho circular hacia una cámara aislada térmicamente dotada de una abertura que puede ser cerrada para permitir el acceso al interior de ella, que puede ser un refrigerador.

Un método para producir una forma muy compacta de la invención es formar un primer intercambiador térmico que tenga unas superficies radiantes alineadas para permitir el paso del aire hacia fuera desde un eje en torno al cual gira el intercambiador térmico. El primer intercambiador térmico es colocado en comunicación térmica conductiva con un dispositivo eléctrico que genera un cambio de temperatura cuando una corriente eléctrica es aplicada al dispositivo eléctrico. Luego, el primer intercambiador térmico es hecho girar en torno al eje. Ventajosamente, el dispositivo eléctrico comprende un dispositivo termoeléctrico, y cuando se coloca dentro del asiento de un vehículo proporciona una unidad compacta para la ventilación de dicho asiento.

La presente invención comprende también medios para producir una diferencia de temperatura y medios de intercambiador térmico del lado de suministro para conducir dicho cambio de temperatura, cuyos medios de intercambiador térmico comprenden además medios generadores de flujo del fluido para hacer que el fluido fluya a través de dicho medios de intercambiador térmico. Ventajosamente, los medios de intercambiador térmico del lado de suministro están en comunicación de fluido con el asiento de un vehículo.

Otra versión de la invención comprende un primer ventilador que gira en torno a un eje de giro, y que tiene una primera pluralidad de elementos de intercambio térmico configurados para generar un flujo de fluido a través de los elementos de intercambio térmico cuando giran, y en comunicación térmica conductiva con un dispositivo electrónico que convierte la energía eléctrica en un cambio de temperatura. El ventilador está encerrado ventajosamente en un alojamiento que tiene una salida en comunicación de fluido con un sistema de distribución de fluido, y preferiblemente el dispositivo eléctrico comprende un dispositivo termoeléctrico.

Se proporciona así un sistema para acondicionar térmicamente y bombear un fluido, que se utiliza como sistema de ventilación para asientos de vehículo y otras aplicaciones, en las que una resistencia eléctrica o dispositivo termoeléctrico genera un cambio de temperatura que es conducido hasta un intercambiador térmico que forma un impulsor para hacer que el fluido fluya a través del intercambiador térmico y acondicione térmicamente el fluido. Dicho fluido acondicionado térmicamente puede ser colocado en comunicación térmica con una cierta variedad de objetos, uno de los cuales es un asiento de vehículo, para proporcionar caldeo y enfriamiento localizados de una persona situada en dicho asiento.

Breve descripción de los dibujos

Seguidamente se describirá la invención referida a los dibujos de una realización de aquélla, en los que los números iguales indican partes similares en todos ellos, cuya realización está destinada a ilustrar pero no a limitar dicha invención. En dichos dibujos:

- la fig. 1 es una vista en perspectiva del intercambiador térmico de la presente invención;

- la fig. 2 es una vista en perspectiva de un conjunto giratorio del intercambiador térmico de la fig. 1;

- la fig. 3 es una vista de un corte transversal del intercambiador térmico a lo largo de la línea 3-3 de la fig. 1;

- la fig. 4 es una vista ampliada de un corte transversal de una parte del intercambiador térmico;

- la fig. 5 es una vista desde arriba de un rotor utilizado con el intercambiador térmico;

- la fig. 6 es una vista lateral del rotor de la fig. 4;

- la fig. 7 es una vista esquemática de un sistema de control de temperatura de un asiento, que incorpora el intercambiador térmico de la presente invención;

- la fig. 8 es una vista en perspectiva de una caja enfriadora o refrigerador, que incorpora el intercambiador térmico;

- la fig. 9 es una vista lateral de un corte transversal de una tapa del refrigerador de la fig. 8;

- la fig. 10 es una vista lateral de una unidad de ventilador que incorpora el intercambiador térmico de la presente invención;

- la fig. 11 es una vista lateral de un corte transversal de la unidad de ventilador de la fig. 10; y

- la fig. 12 es una vista en perspectiva de otra realización del intercambiador térmico.

Descripción detallada

Como se muestra en la fig. 1, la unidad de intercambiador térmico 28 de la presente invención incluye un alojamiento exterior 32 que define una cavidad interior 29 (fig. 3) en la que un conjunto rotor 30 (figs. 2 y 3) está montado giratoriamente para producir un flujo de aire acondicionado dentro y fuera del alojamiento exterior 32. Aunque otras formas son también adecuadas, el alojamiento exterior 32 se muestra como semejante a un disco en general plano con una primera superficie o primera pared 31 que corresponde a una superficie superior o de arriba, si el alojamiento 32 se coloca en la parte inferior de un asiento, en general paralelo al suelo. Los términos aquí utilizados superior o de arriba se refieren a una dirección lejos del suelo. Inferior o de abajo se refieren a una dirección hacia el suelo. La dirección relativa de las partes se altera si se cambia toda la orientación del alojamiento 32, como puede ocurrir durante el uso real. Una segunda pared 33, que corresponde a la superficie inferior, está opuesta a la primera pared 31. Las periferias en general circulares de las paredes 31, 33 están unidas por una pared lateral 35, para formar una envuelta.

Una primera salida 34 se extiende hacia fuera desde la pared lateral 35, adyacente a la pared primera o superior 31 del alojamiento exterior 32. Una segunda salida 36 se extiende hacia fuera desde la pared lateral 35 adyacente a la pared segunda o inferior 33. Ventajosamente, las salidas 34, 36 se extienden en general en forma tangencial desde la periferia del alojamiento 32. Las salidas 34, 36 se muestran extendidas en general en direcciones opuestas, formando un ángulo aproximado de 180º entre sí, aunque en función de la dirección particular en la que se necesite que fluya el aire, las salidas 34, 36 podrían estar situadas con otros ángulos entre sí, siendo las posiciones más probables de 60º o 90º a cada lado del alojamiento 32. Las salidas 34, 36 podrían estar en la misma dirección si así se desea, pero entonces sería ventajoso disponer un aislamiento entre dichas salidas para ayudar a mantener la diferencia de temperatura entre ellas.

Un juego de aperturas 38 están formadas centralmente en la pared primera o superior 31 del alojamiento exterior 32, para formar una primera entrada 38 que comunica con la cavidad interior 29 formada y encerrada por el alojamiento exterior 32. Aunque no necesariamente, una segunda entrada 40 (fig. 3) puede estar situada también sobre la pared segunda o inferior 33 del alojamiento exterior 32, opuesta a la primera entrada 38.

Con referencia a las figs. 2 y 3, el conjunto rotor 30 comprende en general una pluralidad de componentes que incluyen un primer rotor anular 42, un segundo rotor anular 44 dispuesto bajo el primer rotor 42, y al menos un dispositivo termoeléctrico anular 48 interpuesto entre el primer rotor 42 y el segundo rotor 44, y en comunicación térmica con ellos. El dispositivo termoeléctrico es conocido también como dispositivo Peltier, que comprende al menos un par de materiales diferentes conectados eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo, y típicamente comprende una serie de elementos semiconductores tipo n y tipo p conectados eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo. En función de la dirección de la corriente que pasa a través del dispositivo termoeléctrico 46, una superficie será calentada y la superficie opuesta será enfriada. Dicho dispositivo termoeléctrico 46 genera una diferencia de temperatura que hace que se transfiera calor por conducción a través de los rotores 42, 44. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura mayor es el grado de transferencia térmica. Dispositivos termoeléctricos de corriente pueden generar diferencias de temperatura de 70ºC a través de las superficies opuestas del dispositivo, y si éstos están apilados, normalmente son posibles diferencias de temperatura de 130ºC. Es de prever que las diferencias de temperatura y la eficiencia aumenten al aumentar la tecnología.

Los rotores 42, 44 comprenden unos intercambiadores térmicos anulares en comunicación térmica directa con el dispositivo termoeléctrico 46, para conducir el calor a través de los rotores 42, 44, principalmente por conducción térmica, para formar así un tramo de camino térmico corto entre los rotores 42, 44 y el dispositivo termoeléctrico 46. En función del material y construcción de los rotores 42, 44, el régimen de conducción térmica variará. Los rotores 42, 44 permiten también el paso del aire hacia arriba, tal como en dirección radial, a través del intercambiador térmico, y comprenden también unas paletas de ventilador que hacen que el aire fluya a través del intercambiador térmico. Dicho de otro modo, el ventilador que genera el flujo de aire forma también el intercambiador térmico. En una realización, las aletas del intercambiador térmico comprenden las paletas aerodinámicas del ventilador que genera el flujo de aire. Alternativamente, el intercambiador podría comprender una serie de superficies de intercambio térmico configuradas para generar un flujo de aire cuando dichas superficies son giradas.

Los rotores 42, 44 están formados ventajosamente haciendo que un tramo del intercambiador térmico de aluminio o cobre esté formado a partir de una banda plana de metal que tenga unos pliegues a modo de acordeón para disipar el calor, y las fuentes de él puedan ser conectadas a los extremos de los pliegues, donde el metal se dobla para cambiar de dirección. Los pliegues están orientados de modo que el aire pueda fluir a lo largo de las arrugas del intercambiador térmico. Los extremos opuestos del tramo de dicho intercambiador están curvados uno hacia el otro, y están envueltos y sujetos entre sí mecánicamente o por unión térmica o adhesiva. Esta curvatura hace que el tramo recto anterior adopte la forma de un círculo, de modo que el aire fluye radialmente a través de lo que ahora es un intercambiador térmico circular. En esta configuración anular, el intercambiador térmico puede actuar de modo efectivo como un ventilador de "caja de ardilla" o un ventilador circular. Este método es utilizado ventajosamente para formar tanto el primer rotor 42 como el segundo rotor 44.

En la realización ilustrada, el primer rotor 42 está situado en el lado de suministro del intercambiador térmico que suministra aire acondicionado al usuario, y tiene un diámetro exterior menor que el diámetro del segundo rotor 44. Dicho segundo rotor 44 está situado sobre el lado de escape del sistema, y expulsa el aire acondicionado, de modo ventajoso a un lugar que no dirija el aire hacia el lado de suministro, o de otro modo que no dirija el aire a un emplazamiento que pudiese afectar al usuario. Cada uno de los componentes está alineado axialmente para girar en torno a un eje central alineado con un árbol de accionamiento o eje 52 del motor 50. Un conectador 51 en forma de disco que cuenta con una abertura central está dispuesto sobre la parte superior del primer rotor 42 y el motor 50. Dicho motor 50 puede estar acoplado directamente a un eje 52, o podría estarlo indirectamente, a través de un conjunto de engranaje.

El conectador 51 acopla mecánicamente al menos uno del árbol 52 o el motor 50 al primer rotor 42, de modo que dicho motor está configurado para accionar giratoriamente el primer rotor 42, el dispositivo termoeléctrico 46, y el segundo rotor 44, en torno a un eje común, como se describe en detalle más adelante. El diámetro interior de los rotores 42, 44 es con ventaja suficientemente grande para permitir al motor 50 ser insertado dentro del espacio formado dentro de los rotores anulares 42, 44, y reducir así al mínimo la altura de la unidad a lo largo del eje longitudinal en torno al cual giran los rotores 42, 44.

Como se muestra en la fig, 3, el conjunto rotor 30 está montado dentro del alojamiento exterior 32, sobre un eje de accionamiento 52, que en la realización ilustrada está montado sobre unos cojinetes 54 por los extremos opuestos de dicho eje, y que ventajosamente están montados en las paredes 31, 33. El eje de accionamiento 52 del conjunto rotor 30 está alineado axialmente con las entradas primera y segunda 38 y 40 del alojamiento exterior 32. Dicho alojamiento exterior 32 podría también estar equipado con sólo una única entrada, o con más de dos entradas.

El plano del dispositivo termoeléctrico 48 define una línea de límite 56 que divide la cavidad interior 20 en una parte superior o lado de suministro 58 y una parte inferior o lado de escape o desecho 60. El primer rotor 42 está situado dentro de la parte superior o lado de suministro 58, y el segundo rotor 44 está situado dentro de la parte inferior o lado de escape o desecho 60.

Como se aprecia mejor en la fig. 3, el conjunto rotor 30 incluye también una primera placa anular 63 dispuesta entre un borde superior del dispositivo termoeléctrico 46 y un borde inferior del primer rotor 42. Una segunda placa anular 65 está dispuesta entre un borde inferior del dispositivo termoeléctrico 46 y la parte superior del segundo rotor 44, de modo que dicho dispositivo termoeléctrico 46 está dispuesto entre las placas primera y segunda 63 y 65. Dichas placas 63 y 65 están fabricadas con preferencia de un material que es térmicamente conductivo pero eléctricamente aislante, tal como por ejemplo, aluminio. En una realización, un adhesivo resistente al calor y térmicamente conductivo, tal como adhesivo de silicio cargado con plata, es utilizado para montar el primer rotor 42 en la primera placa 63, y el segundo rotor 44 en la segunda placa 65. Alternativamente, las placas 63 y 65 pueden ser omitidas, y los rotores primero y segundo 42, 44 pueden ser unidos directamente al dispositivo termoeléctrico 46.

Un miembro anular aislante, en forma de disco 64, de material aislado térmicamente, se extiende desde entre los rotores 42, 44 radialmente hacia fuera, y termina antes de chocar dentro de las paredes laterales 35. De manera ventajosa, el miembro 64 está situado sobre la parte superior de la segunda placa anular 65, adyacente a la periferia interior y exterior del dispositivo termoeléctrico 46, y está situado en general en el plano que contiene la línea de límite 56. El miembro aislante 64 está dimensionado para extenderse radialmente hacia dentro y hacia fuera desde el dispositivo termoeléctrico hacia el motor 50, a lo largo de la línea de límite 56. Hay un hueco 66 definido entre la periferia exterior del disco aislante 64 y la superficie interior del alojamiento exterior 32, y dicho hueco 66 forma un cojinete neumático para reducir el paso de éste a través de dicho hueco 66.

Como se muestra en las figs. 3 y 4, un obturador anular flexible y delgado 70 de material aislado térmicamente está situado de modo que se extiende radialmente hacia dentro desde la superficie interior del alojamiento exterior 32, en general a lo largo de la línea de límite 56. Dicho obturador anular 70 está dimensionado preferiblemente de modo que se solape, pero no haga contacto, con la superficie adyacente del miembro aislante 64. El obturador anular 70 coopera con el miembro aislante 64 para definir un obturador laberíntico en torno a la periferia exterior del miembro 64, que aísla térmicamente la parte superior o lado de suministro 58 de la cavidad inferior 29, de la parte inferior o lado de escape 60 de la cavidad interior 29. El miembro aislante 64 y el obturador anular 70 evitan la conexión térmica significativa entre los lados principal y de escape o desecho. El obturador anular 70 puede tener forma de cojinete neumático, que facilita el giro del conjunto rotor 30. El miembro aislante 64 puede comprender cualquiera de una amplia variedad de materiales térmicamente aislantes y resistentes al calor, tal como polipropileno
expandido.

Con referencia a la fig. 4, al menos una parte de la superficie interior del alojamiento 32 está recubierta ventajosamente con un material de empaquetadura 78 de transporte por efecto de mecha, destinado a absorber y conducir la humedad. Dicho material de empaquetadura 78 se extiende entre las partes superior e inferior 58, 60, y comprende ventajosamente una tela tejida de algodón de textura recubierta con un producto para evitar el crecimiento microbiano. El material de empaquetadura 78 absorbe la humedad condensada expulsada por la fuerza centrífuga desde cualquiera de los rotores 42, 44 que producen la condensación, y conduce la humedad hasta el otro rotor, donde es evaporada por el aire caliente con objeto de evitar la acumulación en la cavidad interior 33 y en los pasajes que distribuyen el aire frío. Ventajosamente, el material de empaquetadura 78 absorbe humedad suficiente para evitar la acumulación en los pasajes de aguas abajo en comunicación de fluido con cualquiera de los rotores 42, 44, que al enfriarse crean un potencial de condensación.

El obturador anular 70 debe permitir el paso del material de empaquetadura 78. Por tanto, dicho obturador 70 puede estar conectado a una superficie exterior del material 78, puede extenderse a través del citado material 78 en emplazamientos intermitentes, o puede conectar con las paredes laterales 35 en lugares en los que no haya material 78. El material 70 podría extenderse también por fuera de la cavidad interior 33.

Con referencia a la fig. 3, unos hilos eléctricamente conductivos 80 están acoplados eléctricamente al dispositivo termoeléctrico 46, para proporcionar a éste potencial eléctrico de manera bien conocida a través de las escobillas 84 que están en comunicación eléctrica con el eje 52 de accionamiento giratorio. Dado que la corriente eléctrica debe ser proporcionada al dispositivo termoeléctrico 46 en circuito cerrado, dos escobillas 84 están en comunicación eléctrica con el eje 52 y el dispositivo termoeléctrico 46 a través de conjuntos conocidos en la técnica de escobillas y anillo de deslizamiento. Otras conexiones eléctricas tales como, por ejemplo, un acoplamiento inductivo, pueden ser ideadas a la vista de la presente memoria descriptiva.

Las figs. 5 y 6 son vistas desde arriba y lateral, respectivamente del primer rotor 42. La estructura del segundo rotor 44 puede ser idéntica a la del primer rotor 42, aunque las respectivas dimensiones pueden diferir. La descripción más detallada que sigue del primer rotor 42 es aplicable igualmente al segundo rotor 44. El primer rotor 42 comprende una banda de metal arrugado que tiene dos extremos conectados, de modo que el primer rotor 42 es de forma anular. Las arrugas o pliegues a modo de acordeón del primer rotor 42 forman una serie de aletas o paletas 81 extendidas radialmente, que definen una serie de cámaras o espacios 92 extendidos radialmente entre ellas. Con referencia también a la fig. 4, la anchura (es decir, la distancia circunferencial entre aletas adyacentes 91) de las cámaras 92 aumenta gradualmente al desplazarse radialmente hacia fuera desde un punto central 90 del primer rotor 42. Cada rotor 42 y 44 tiene un radio interior R1 y un radio exterior R2. La separación entre aletas adyacentes 91 es suficientemente ancha en el radio interior R1, para permitir que el aire fluya radialmente hacia fuera a través del rotor 42.

En la realización ilustrada, las paletas 91 comprenden unas paredes en general planas que están conectadas y se extienden radialmente hacia fuera desde un punto central 90 sobre el eje de giro del rotor 42. Este diseño no se considera óptimo desde un punto de vista aerodinámico del movimiento del volumen máximo de aire a través del rotor 42, para una velocidad de giro o tamaño del rotor dados. Las paletas 91 pueden estar configuradas también aerodinámicamente, para proporcionar varios perfiles del flujo de aire. Por ejemplo, las paletas 91 pueden tener forma de S, forma de C, etc. Alternativamente, las paletas 91 pueden comprender cualquier tipo de superficie recta o curvada que produzca un flujo de aire cuando las superficies son giradas.

El radio exterior R2 varía aproximadamente desde 12 a 75 mm, cuando se incorpora a un sistema de control de temperatura para el asiento de un vehículo de motor. La longitud radial de la paleta 91, la diferencia entre el radio interior R1 y el radio exterior R2, es aproximadamente de 10 a 40 mm cuando el intercambiador térmico 28 es incorporado a un sistema de control de temperatura para el asiento de un vehículo de motor, como se describe más adelante con referencia a la fig. 7. Las paletas 91 pueden tener una altura, medida a lo largo del eje de giro, dentro de un margen aproximado de 6 a 15 mm, cuando se utilizan en asientos de coches. Las paletas adyacentes 91 están separadas entre sí preferiblemente una distancia aproximada de 0,5 a 2 mm, en un sistema de control de temperatura para un asiento. El grosor de dichas paletas 91, cuando están hechas de cobre o de aluminio, está preferiblemente dentro de un margen aproximado de 0,05 a 2 mm, cuando se incorporan a un asiento de coche.

En una realización alternativa, el dispositivo termoeléctrico 46 es reemplazado por un elemento de caldeo resistivo que convierte la energía eléctrica en energía térmica. Dicho elemento de caldeo resistivo no tiene la capacidad de enfriamiento del dispositivo termoeléctrico 46, pero proporciona aire caliente, que tiene mayor aplicabilidad en ciertos climas.

Con referencia a la fig. 3, durante el funcionamiento el motor 50 gira el eje 52 por activación de la fuente de energía mediante un control, tal como un conmutador manual o un conmutador controlado termoestáticamente. El motor está en comunicación de accionamiento con el primer rotor 42, el segundo rotor 44, y el dispositivo termoeléctrico 46, de modo que gire estos componentes en torno al eje de giro 52. El giro del primer rotor 42 crea una diferencia de presión que succiona aire dentro del lado de suministro 58 de la cavidad interior 29, a través de la primera entrada 38. El aire fluye dentro de los espacios 92 y radialmente hacia fuera a través de las paletas 91 del primer rotor 42. El giro de dicho rotor 42 imparte una fuerza centrífuga al aire, que resulta impulsado radialmente hacia fuera desde el rotor 42, de modo que se desplaza y sale del lado de suministro 58 de la cavidad interior 29 a través de la primera salida 34.

De manera similar, el segundo rotor 44 gira también, y la succión es dentro de la parte inferior del lado de escape 60 de la cavidad interior 29 a través de la segunda entrada 40, o a través de una de ellas 38 ó 40 si sólo hay dispuesta una. El aire pasa a través de los espacios 92, entre las paletas 91 del segundo rotor 44 radialmente hacia fuera a través de las paletas 91, y es empujado fuera del lado de escape 60 a través de la segunda salida 36. El divisor 64 mantiene el aire sin entremezclarse y debido a ello está térmicamente aislado y se mantiene una diferencia de temperatura entre el lado de suministro 58 y el lado de escape o desecho 60.

Los cables eléctricos suministran también corriente eléctrica al dispositivo termoeléctrico 46, ventajosamente a través del árbol 52, de modo que el dispositivo termoeléctrico 46 calienta el rotor 42 y enfría el rotor 44, o enfría el rotor 42 y calienta el rotor 44, en función de la dirección en la que fluya la corriente eléctrica a través del dispositivo termoeléctrico 46. Al fluir el aire a través de las paletas 91 del primer rotor 42 y del segundo rotor 44, el aire es calentado o enfriado mediante un procedimiento convectivo. Es decir, que en el lado caliente del dispositivo termoeléctrico 46, el calor es transferido al aire desde las aletas calentadas del rotor al fluir el aire sobre ellas. En el lado enfriado del dispositivo termoeléctrico, el calor es absorbido del aire a medida que éste pasa sobre el rotor enfriado, para enfriar así el aire. El intercambiador térmico produce así aire calentado a través de una salida, y aire enfriado a través de la otra salida. El aire calentado o enfriado es dirigido entonces al lugar apropiado en el asiento para calentar o enfriar dicho asiento del pasajero. El aire con la temperatura no deseada es expulsado hacia un lugar en el que no afecte de manera notable a los pasajeros del vehículo. Con preferencia, el aire de desecho es expulsado a un emplazamiento tal que el aire de desecho no sea succionado de vuelta al interior del alojamiento exterior 32.

Los rotores primero 42 y segundo 44 funcionan simultáneamente como unidades de ventilación para generar un flujo de aire a una presión predeterminada, y también como intercambiadores térmicos para transferir calor hacia y desde el flujo de aire, y mantener éste a la temperatura deseada. Mediante la combinación de la función del intercambiador térmico dentro del ventilador que genera el flujo de aire, se logran varias ventajas. Mediante la formación del intercambiador térmico como un ventilador anular y el encaje del motor dentro del intercambiador térmico/ventilador, se consigue un ahorro de espacio y peso.

Los sistemas utilizados en la actualidad tienen una altura aproximada de 45 mm, que es demasiado grande para muchos vehículos de motor. Los sistemas ahora diseñados tienen una altura aproximada de 30 mm, pero un gran número de los vehículos de motor tienen aún asientos demasiados pequeños para alojar dichos ventiladores debajo o en torno al asiento, y pocos coches pueden alojar ese tamaño dentro de dicho asiento. Las unidades de ventilador y de intercambiador térmico 28 con altura inferior aproximadamente a 20 ó 30 mm pueden alojarse en la mayor parte de los asientos de automóvil, y la presente invención puede permitir dicha construcción. Pero los sistemas 28 de la presente invención que tienen una altura aproximada de 16 mm, se estima son posiblemente los que tienen aproximadamente la mitad de la altura de los sistemas más pequeños disponibles actualmente, y suficientemente pequeños para permitir el uso del sistema de caldeo/enfriamiento dentro de una mayoría significativa de fondos y respaldos de asiento actualmente en uso en vehículos de motor.

Esta reducción de altura representa la distancia entre las paredes 31 y 33 y los conductos asociados para llevar el aire al emplazamiento dentro del asiento. El diseño de los rotores 42, 44 puede ser utilizado para variar las dimensiones, siendo el área superficial del intercambiador térmico de las paletas 91 una condición entre la altura de dichas paletas, la longitud de ellas, y el diámetro, y esa área debe ser compensada por el cambio en la actuación y velocidad de giro del ventilador. Igualmente, rotores más cortos 42, 44 pueden ser logrados mediante el aumento del diámetro de dichos rotores y por accionamiento de éstos a velocidades más altas, lo que puede aumentar el ruido.

Además, el diseño elimina el conducto de interconexión entre el ventilador y el intercambiador térmico, ahorra peso, tamaño, y pérdidas de presión en el aire transmitido. El tamaño pequeño permite también la colocación de los sistemas de caldeo y enfriamiento directamente en los fondos y respaldos de los asientos, se reduce la necesidad de conductos, y se reduce especialmente la necesidad de dichos conductos a través de las juntas pivotantes entre fondos y respaldos de los asientos. La reducción de los conductos, así como las pérdidas de presión y degradación de la actuación asociadas, permite también el uso de ventiladores menores, los cuales utilizan menos energía y generan menos ruido.

Además, la consolidación de varias partes y funciones permite una reducción en el coste de fabricación y un aumento en la eficiencia del sistema. La fricción causada normalmente por el paso del aire sobre el intercambiador térmico se reduce significativamente, ya que dicho intercambiador forma las paletas del ventilador que generan el flujo de aire. Por tanto, se estiman así posibles ahorros aproximados del 25 al 35% de la potencia del ventilador. Además, un caldeo y enfriamiento adecuados del asiento de un vehículo de motor se estima precisa aproximadamente 1000 vatios menos de la potencia necesaria para proporcionar el mismo nivel de confort a un pasajero que utilice el sistema de caldeo y enfriamiento de un vehículo de motor, que debe calentar y enfriar la totalidad del compartimiento de pasajeros en vez del medio ambiental localizado del asiento sobre el que se sitúa dicho pasajero.

Otra ventaja es la reducción en el ruido, gracias a que pueden ser utilizados ventiladores pequeños. Los motores 42 y 44 trabajan preferiblemente a una velocidad de giro dentro de un margen aproximado de 2.000 a 5.000 revoluciones por minuto, aunque en algunas aplicaciones pueden ser deseables velocidades aproximadas de 1.000 rpm, y velocidades más altas de hasta 10.000 rpm en otras. El caudal del flujo de aire del lado principal del intercambiador térmico está dentro de un margen aproximado de 56 a 168 cm cúbicos por minuto a una presión aproximada de 5 a 25,4 mm de agua, siendo preferido un caudal aproximado de 84 a 112 cm cúbicos. El caudal del flujo de aire en el lado de escape del intercambiador térmico está dentro de un margen aproximado de 56 a 280 cm cúbicos por minuto, a una presión aproximada de 7,6 a 10,2 mm de agua. Los rotores 42, 44 con las paletas actuando como intercambiador térmico conductivo, así como las paletas del ventilador para mover el aire, proporcionan estas necesidades de flujos de aire. En el uso de automóviles típicos, motores de 12 voltios accionan los rotores 42, 44. Este caudal y presión del ventilador son menores que en los sistemas de asientos anteriores, en los que el ventilador tenía que generar una presión y flujo de aire suficientes para proporcionar aire a ambas partes, del fondo y del respaldo del asiento.

Para mejorar aún más las ventajas expuestas, en otra realización de la invención las paletas 91 pueden comprender una serie de paredes independientes montadas sobre una placa anular, donde las paletas 91 están contorneadas o curvadas para proporcionar un perfil de flujo de aire preseleccionado cuando gira el primer rotor 42, de manera ventajosa un perfil que sea más eficiente que las paletas rectas 91 antes descritas, al tiempo que conducen bien el calor y mantienen un bajo coste de fabricación. Además, las paletas 91 ilustradas y descritas anteriormente, no están optimizadas para reducir el ruido al mínimo, y esta reducción es una consideración importante en cuanto al equipo que trabaja dentro del compartimiento de pasajeros de vehículos de motor. Un diseño más refinado de las paletas 91 podría reducir el ruido ventajosamente. Se estima que el nivel de ruido generado por el giro de los rotores 42 y 44 disminuye en general a medida que aumenta el número de paletas 91. Para acomodar el uso de la transferencia térmica de las paletas 91 del rotor, probablemente se requieran más paletas de lo que puede ser deseable para una actuación óptima, si los rotores 42, 44 fuesen diseñados solamente para uso como ventiladores para mover el aire sin considerar el uso de la función de transferencia térmica y el ruido de los rotores 42, 44.

El diseño compacto reduce también el peso de la unidad. Como ya se ha dicho, las paletas 91 están fabricadas preferiblemente de material térmicamente conductivo, que puede ser aluminio, carbono, y cobre puros recocidos, conocidos como materiales altamente conductivos térmicamente. Otros materiales podrán ser utilizados a medida que se produzcan avances científicos en dichos materiales conductivos. Aunque el cobre es más pesado que el aluminio, sus mayores propiedades en la conducción térmica ofrecen ventajas y opciones de diseño en la configuración de las aletas 91 del rotor para efectuar tanto la transferencia térmica como las funciones de movimiento del aire. Las paletas tienen preferiblemente un régimen de conductividad térmica aproximada superior a 12 w/m \cdotºK.

El aire acondicionado que fluye entonces fuera de las salidas primera y segunda 34 y 36, puede ser destinado a una cierta variedad de usos. En una realización, el intercambiador térmico 28 es incorporado a un sistema de ventilación para asientos de vehículos, tales como automóviles, como se describe más adelante con referencia a la fig. 7. Se apreciará que el intercambiador térmico 28 podría ser utilizado también en otras aplicaciones.

Con referencia a la fig. 7, un sistema 112 de control de temperatura del asiento de un automóvil comprende al menos un asiento 114 y un par de intercambiadores térmicos 28a y 28b (citados colectivamente como "intercambiadores térmicos 28") montados en él. Los intercambiadores térmicos 28 son del tipo descrito anteriormente con referencia a las figs. 1 a 6. En la realización ilustrada, el primer intercambiador térmico 28a está montado dentro del fondo del asiento 118, y el segundo intercambiador térmico 28b está montado dentro del respaldo 120 de dicho asiento. Los intercambiadores térmicos pueden estar montados adyacentes a cualquier parte del asiento 114, tal como debajo o al costado de él.

El asiento 114 tiene una serie de canales 116 para paso del aire, Una cubierta exterior 117 del asiento 114 rodea una capa de almohadillado 119 a través de la cual se extienden los canales 116. La cubierta exterior 117 está deseablemente perforada o es permeable al aire, para permitir que éste fluya a su través desde los canales 116. El asiento 114 incluye también un fondo 118 de asiento y un respaldo 120 extendido hacia arriba desde aquél, para sostener el cuerpo humano en posición sentada. La cubierta exterior 117 puede comprender cualquier material bien conocido para cubrir asientos, tal como vinilo perforado, cuero perforado, etc. La capa de almohadillado del asiento 114 puede comprender cualquier material bien conocido para mejorar el confort del usuario, tal como espuma reticulada.

Con referencia a la fig. 7, la primera salida 34 (fig. 1) del primer intercambiador térmico 28a está unida a los canales 116 que se extienden a través del respaldo 114. La primera salida 34 del segundo intercambiador térmico 28 está unida a los canales 116 que se extienden a través del fondo del asiento 118. Cada uno de los intercambiadores térmicos 28 está acoplado eléctricamente a una fuente de energía a través de un conmutador de control, de modo que el usuario pueda selectivamente poner en marcha los intercambiadores térmicos por medio del conmutador de potencia. Un conmutador de control está acoplado también a los intercambiadores térmicos 28, para invertir la polaridad de la corriente eléctrica aplicada a dichos intercambiadores térmicos 28 de manera bien conocida. Dicho conmutador de control es utilizado para conmutar los intercambiadores térmicos 28 entre una modalidad de caldeo y otra de enfriamiento. En la modalidad de caldeo, los intercambiadores térmicos 28 bombean aire caliente al interior del asiento 114. En la modalidad de enfriamiento, dichos intercambiadores térmicos bombean aire frío al interior del asiento 114. Los intercambiadores térmicos 28 pueden estar acoplados también a controladores separados de potencia y de temperatura, para proporcionar un flujo de aire acondicionado controlado independientemente al respaldo 114 y al fondo 120 del asiento.

Puede disponerse también de un sistema de control de realimentación que incluye un sensor de temperatura, tal como un termopar. El sistema 112 puede estar equipado también con un sistema de control para variar la velocidad de los rotores 42 y 44 y por tanto el caudal. Los expertos en la técnica apreciarán que puede ser utilizado cualquiera de una amplia variedad de dispositivos de control.

Los canales 116 pueden comprender una serie de conductos o tubos de plástico, acoplados al menos a una de las salidas primera y segunda 34, 36 de los intercambiadores térmicos 28, y dispuestos dentro del asiento 114. Ventajosamente, los conductos pueden estar formados por obturación térmica de la espuma de plástico de la que está hecho el asiento, o por recubrimiento del conducto con un obturador para reducir las pérdidas de aire a través de él. Los canales podrían comprender también unos huecos de aire dentro de un material permeable tal como espuma reticulada, que permiten al aire fluir a su través. Adicionalmente, los canales pueden comprender cualquier tipo de pasaje para el flujo de aire, tales como conductos, tubos, pequeños orificios, etc.

Preferiblemente, un conducto principal 137 está conectado a la primera salida 34 para encaminar el aire enfriado o calentado hacia la superficie 117 del asiento 114 a través de los canales 116. Un conducto de salida 138 está conectado al menos a la segunda salida 36, para encaminar el aire de desecho indeseado hacia el medio ambiente exterior, lejos del asiento 114 ocupado por el pasajero.

Durante el funcionamiento, el conmutador de potencia es activado para suministrar corriente eléctrica a los intercambiadores térmicos 28. Como antes se ha dicho, el dispositivo termoeléctrico 46 y los rotores principal y segundo 42, 44, se combinan para generar un flujo de aire caliente o frío que es encaminado hacia los conductos principales 137 y a través del asiento 114. El aire acondicionado fluye fuera de los canales 118 a través de la cubierta exterior permeable 117, para enfriar o calentar así al ocupante del asiento 114. Deseablemente, el aire de desecho es encaminado lejos de los asientos 114 a través de los conductos de desecho 138.

Los conductos de desecho 138 pueden ser vaciados ventajosamente por debajo del fondo 118 del asiento, ya que el sistema de caldeo y enfriamiento en el compartimiento de pasajeros puede producir típicamente más de 20 veces la cantidad de aire caliente o frío que es expulsado a través del conducto de desecho 138. En tanto los conductos de desecho 138 no descarguen directamente sobre o hacia un pasajero, o sobre las entradas 38, 40, el equipo de caldeo y enfriamiento medioambiental disipará ampliamente la salida procedente de los conductos de desecho 138. Un conducto de desecho 138 que conecta la unidad 28a situada en la parte posterior 119 puede descargar por debajo del fondo 118 del asiento, sin tener un conducto extendido a través de la junta pivotada entre la parte inferior 118 y el respaldo 119. Dado que el flujo de aire del conducto de desecho 138 es hacia el fondo 118 del asiento, dos aberturas alineadas, una en el fondo de la parte posterior 119 y otra en el fondo 118 del asiento, son suficientes para el transporte del aire hacia debajo del fondo 118 del asiento.

Como se muestra en la fig. 8, en otra realización el intercambiador térmico 28 está incorporado dentro de un enfriador, tal como una cámara de refrigeración 140. En la realización ilustrada, dicha cámara de refrigeración 140 comprende una cámara rectangular que incluye una pared de base 144 y cuatro paredes laterales 146 extendidas hacia arriba desde aquélla. Una tapa 150 está montada pivotablemente sobre las cuatro paredes laterales 146 de manera conocida, para proporcionar acceso a un espacio de almacenamiento 152 definido por las paredes de la cámara de refrigeración 140. Las paredes de dicha cámara están deseablemente aisladas de manera conocida, para mantener la temperatura en el espacio de almacenamiento 152.

La fig. 9 es una vista lateral de un corte transversal de la tapa 150 de la cámara de refrigeración 140. Al menos un intercambiador térmico 28 del tipo antes descrito con referencia a las figs. 1 a 6, está dispuesto dentro de dicha tapa 150. El intercambiador térmico 26 está conectado a una fuente de potencia (no mostrada), tal como una batería de la potencia y tensión apropiadas, y está configurada para trabajar en modalidad de enfriamiento de modo que dé salida a un flujo de aire frío en el primer ventilador 42, como antes se ha descrito. El intercambiador térmico 28 está montado giratoriamente dentro de la tapa 150, de modo que el lado de escape o desecho de dicho intercambiador térmico 28 está situado entre las paredes superior e inferior 156, 158, respectivamente, con un miembro aislante situado para separar térmicamente los lados principal y de desecho. El lado principal del intercambiador térmico 28 está dispuesto inmediatamente por debajo de la pared inferior 168. Una unidad cubridora 159 está situada sobre el lado principal del intercambiador térmico 28. La unidad cubridora 159 incluye una serie de aparatos para permitir que el aire fluya a través del lado principal del intercambiador térmico 28. Dicho lado principal del citado intercambiador 28 está situado dentro del espacio de almacenamiento 152 de la cámara de refrigeración 140 cuando la tapa 150 es cerrada.

El lado de desecho del intercambiador térmico 28 está dispuesto entre las paredes superior e inferior 156, 158 de la tapa 150. Una entrada 38 se extiende a través de la pared superior 158, para permitir que el aire fluya hacia dentro y hacia fuera del intercambiador térmico 28. La tapa 150 está rellena preferiblemente con material aislante en torno al intercambiador térmico 28.

Durante el funcionamiento, dicho intercambiador 28 es accionado en modalidad de enfriamiento, de modo que el primer ventilador 42 genere un flujo de aire frío dentro del espacio de almacenamiento 152 cuando la tapa 150 es cerrada. De esta manera, el espacio de almacenamiento 152 es mantenido a una temperatura relativamente fría. El aire de desecho caliente es encaminado hacia el medio ambiente exterior, a través de una salida en la pared superior 156 de la tapa 150. Cualquiera de una amplia variedad de artículos, tales como alimentos, pueden ser almacenados dentro del espacio de almacenamiento 152.

Con referencia a la fig. 10, en ella se muestra una unidad de ventilación 200 configurada para ser montada adyacente o dentro de una mesa o pupitre estándar. La unidad de ventilación 200 incluye un alojamiento 202 que está montado pivotablemente a la base 204. El alojamiento es de forma sustancialmente cilíndrica, e incluye una salida de aire acondicionado 206 y una o más salidas 208 de aire de desecho en torno a la periferia del alojamiento 202. Una entrada de aire 210 está situada en el alojamiento 200, opuesta a la salida 206 de aire acondicionado. Un conmutador de control 212 y un cable de alimentación 214 están acoplados a la base 204 para alimentar selectivamente la unidad de ventilación 200 y/o el elemento termoeléctrico 232 de manera bien conocida.

La fig. 11 es una vista de un corte transversal de la unidad de ventilación 200. Un conducto anular 216 está dispuesto dentro del alojamiento 202, y define la salida 206 del aire acondicionado. Un segundo conducto 218 define las salidas 208 del aire de desecho. Un eje de accionamiento 220 está montado giratoriamente dentro del alojamiento, de modo que quede alineado axialmente con la salida 206 de aire acondicionado. En la realización ilustrada, un motor 222 está acoplado de modo accionador al eje de accionamiento 220 por intermedio de una cinta transportadora 224. Un conjunto rotor 226 está montado en el eje de accionamiento 220, de modo que dicho conjunto rotor gire con el eje de accionamiento 220.

El conjunto rotor 220 comprende un ventilador principal 228 adyacente a la salida 206 de aire acondicionado, y un ventilador de desecho anular 230 sobre el lado del ventilador principal 228 opuesto a la salida 206 de aire acondicionado. Un elemento termoeléctrico 232 tal como un intercambiador térmico Peltier, está interpuesto entre los ventiladores principal y de aire de desecho 228 y 230. El ventilador principal 228 tiene una circunferencia que es menor que o igual a la circunferencia de la salida 206 de aire acondicionado, de modo que el ventilador principal esté configurado para hacer que el aire fluya a través de la salida 206 de aire acondicionado. El ventilador de aire de desecho 230 está situado para comunicar con la salida de escape o desecho 208. Los ventiladores principal y de aire de desecho 228 y 230 pueden comprender cualquier tipo de dispositivo que esté configurado para producir flujo de aire al girar. En una realización, los ventiladores comprenden discos planos que tienen unas bocas de ventilación perforadas a su través. Dichos ventiladores están fabricados preferiblemente de un material térmico altamente conductivo.

Durante el funcionamiento, el motor 22 es alimentado a través de una fuente de alimentación (no mostrada) de manera conocida. El dispositivo termoeléctrico 232 enfría el ventilador principal 228 y calienta el de aire de desecho 230, o viceversa, de la manera antes descrita con respecto a las realizaciones anteriores. Los ventiladores giran también para producir un flujo de aire acondicionado y de desecho a través de las correspondientes salidas 206 y 208, respectivamente. El aire puede ser encaminado para enfriar un emplazamiento deseado, tal como debajo de una mesa o pupitre. Si se desea, conductos, mangueras u otros dispositivos pueden ser conectados a las salidas para dirigir mejor el flujo de aire desde ellas.

La fig. 12 muestra otra realización de un intercambiador térmico que comprende una unidad de ventilación 170 que tiene una pluralidad de miembros generadores de flujo de aire, tales como las paletas 172, para girar en torno al eje de accionamiento 174. Un motor 176 está conectado al eje 174 para accionar éste, ya sea directa o indirectamente, tal como mediante un mecanismo de engranaje. Uno o más dispositivos eléctricos generadores de calor, tales como las resistencias eléctricas 180, están montados sobre las paletas 172. Dichas resistencias pueden estar embebidas dentro de las paletas 172, o pueden estar pintadas sobre ellas, tal como mediante adhesivo.

Durante el funcionamiento, las resistencias 180 son calentadas por aplicación de una corriente eléctrica a ellas, y el eje 174 es girado por el motor 178. Las paletas 172 generan un flujo de aire que es calentado por las resistencias por medio de un procedimiento convectivo. Por tanto, la unidad de ventilador 170 es usada para generar un flujo de aire calentado.

A la vista de la memoria descriptiva expuesta, los expertos en la técnica apreciarán que son posibles otras variaciones. Por ejemplo, los rotores 42, 44 se muestran conectados al árbol giratorio 52 por una placa 51 situada adyacente a la pared primera o superior 31. En esta configuración, la cavidad interior formada por los diámetros interiores de los rotores 42, 44 está interconectada. Se estima es posible también tener la placa 51 contorneada a la forma exterior de la parte superior del motor 50, y luego extendida radialmente hacia fuera aproximadamente en el plano que contiene el dispositivo termoeléctrico 46. Esto establecería una separación física entre los flujos de aire que penetran en los rotores 42 y 44. Se estima también posible formar el alojamiento del motor 50 con una pestaña radial extendida radialmente hacia fuera aproximadamente en el plano que contiene la línea de límite 56, con el motor 50 girando, y proporcionar así una separación física entre el flujo de aire que penetra en los rotores 42 y 44.

La anterior descripción se refiere principalmente al uso del método y aparato en el asiento de un vehículo, aunque son aplicables igualmente a otros asientos, que incluyen, sin limitarse a ellos, asientos de teatro, de oficina, de avión, del hogar tales como sofás o reclinadores, asientos de hospital para pacientes, lechos de hospital para pacientes acostados, y sillas de ruedas. El método y aparato son especialmente útiles donde se desea un flujo localizado de aire acondicionado.

La anterior descripción se refiere al paso del aire a través de los intercambiadores térmicos, pero la presente invención no se limita al aire, ya que otros gases pueden ser utilizados con el presente método y aparato. En realidad, algunos gases tales como el helio tienen una mayor conductividad térmica que el aire, y son deseables en ciertas aplicaciones, mientras que otros gases tales como el oxígeno, nitrógeno, o argón pueden ser más deseables en otras aplicaciones. Puede ser utilizada una cierta variedad de gases y mezclas de ellos, según requiera la aplicación particular.

También pueden ser utilizados líquidos con la presente invención, mediante la aplicación de los apropiados obturadores y aisladores de líquidos conocidos en la técnica, para mantener el líquido que circula a través del intercambiador térmico sin que haga contacto eléctrico con el dispositivo termoeléctrico o cualquier otro dispositivo eléctrico. Por tanto, líquidos tales como el agua o anticongelante son contemplados para uso con el presente método y aparato, así como metales líquidos tales como el sodio líquido. El líquido particular utilizado dependerá de la aplicación. La conductividad térmica aumentada conseguida mediante el paso de los líquidos sobre el intercambiador térmico giratorio ofrece la posibilidad de una conducción térmica aumentada sobre gases menos densos y menos conductivos. Si un líquido o un gas es más ventajoso, ello dependerá de la aplicación particular. Por facilidad de referencia, el término "fluido" será utilizado para referirse a un gas, un líquido, o ambos.

Dado que el cambio de temperatura que se logra a partir de un dispositivo termoeléctrico puede ser significativo, el intercambiador térmico giratorio de la presente invención tiene una posibilidad de aplicación potencial a una amplia variedad de usos distintos al asiento, ventilador, y refrigerador aquí descritos. El método y aparato que aquí se describen son en general aplicables a cualquier situación en la que se desee bombear un fluido acondicionado térmicamente. Tales aplicaciones incluyen dispositivos de temperatura constante, por ejemplo, dispositivos que usan una temperatura de referencia, como en un conjunto de termopar. Baños de temperatura constante para equipo de laboratorio y de experimentos son otro ejemplo de aplicación, como pueden ser cultivos de crecimiento de bacterias o de células. El método y aparato aquí descritos son particularmente útiles donde son deseables caudales inferiores y/o cambios de temperatura menores, pero la invención no se limita a ello y puede hallar aplicación en situaciones que requieran caudales grandes y/o diferencias de temperatura sustanciales.

Mediante la colocación de un sensor de temperatura en un emplazamiento predeterminado, ya sea sobre el intercambiador térmico, el ventilador giratorio, aguas arriba o aguas abajo de dicho intercambiador térmico, y el control electrónico del dispositivo termoeléctrico y del giro del ventilador, puede ser proporcionada una corriente controlada de fluido acondicionado térmicamente, para mantener la temperatura en un valor predeterminado, o para proporcionar unas condiciones térmicas también predeterminadas. Por tanto, la invención proporciona ventajas cuando se desea un control térmico localizado, como en los asientos de vehículos, lechos de agua, acuarios, enfriadores de agua, y enfriadores de bebidas no carbonatadas tales como vino y ponches. En estas aplicaciones, la temperatura es controlada para que resulte bastante constante, o dentro de un margen de temperaturas bastante estrecho, con una variación inferior aproximadamente a 2,7ºC por encima o por debajo de un valor predeterminado, y más típicamente dentro de una variación de 0,5 a 1,1ºC por encima o por debajo de una temperatura predeterminada. Dichos sistemas de control de temperatura son conocidos por los expertos en la técnica, por lo que su incorporación y uso con el presente método y aparato no se describen aquí en detalle.

Además, este dispositivo y método hallan una aplicación particular cuando un fluido a temperatura diferente es deseado en diversos momentos. La parte de ventilador del dispositivo puede ser accionada con los aspectos termoeléctricos de caldeo o enfriamiento activados solamente cuando se desee para acondicionar térmicamente el fluido que fluye a través del ventilador. Por tanto, puede ser proporcionado así un fluido calentado, enfriado, o a temperatura neutra, con el mismo método y dispositivo.

Claims

1. Un asiento (114) con un sistema de ventilación de temperatura controlada que comprende:

- un lado de suministro de un intercambiador térmico anular (42) que forma un orificio (38) en él en torno a un eje de giro, configurado para permitir al aire pasar hacia fuera desde dicho eje de giro;

- un lado de escape o desecho de un intercambiador térmico anular (44) que forma un orificio (40) en él en torno a dicho eje de giro, configurado para permitir al aire pasar hacia fuera desde dicho eje de giro;

- un dispositivo termoeléctrico (46) que tiene superficies opuestas primera y segunda que generan temperaturas elevadas sobre una de dichas superficies primera y segunda, y temperaturas reducidas sobre la otra, opuesta, de dichas superficies primera y segunda, en función del potencial eléctrico aplicado al dispositivo termoeléctrico (46), con una superficie opuesta conectada y en comunicación térmica con el intercambiador térmico (42) del lado de suministro, y la otra superficie opuesta conectada y en comunicación térmica con el intercambiador térmico (44) del lado de escape o desecho;

- un motor (50) conectado para accionar al menos uno de los intercambiadores térmicos o dispositivo termoeléctrico (42, 44, o 46) y girar al menos uno de los intercambiadores térmicos (42 y 44) o el dispositivo termoeléctrico (46) en torno al eje de giro, para hacer que el aire penetre al menos en uno de los orificios (38 ó 40) a lo largo del eje de giro y pase hacia fuera a través del intercambiador térmico (42 ó 44);

- un alojamiento (32) que contiene al menos el intercambiador térmico (42) del lado de suministro, y que forma una salida (34) a través de la cual sale el aire después de pasar por dicho intercambiador térmico de suministro (42); y

- un asiento (44) que tiene una superficie sobre la cual descansa una persona, cuya superficie tiene unos pasajes a su través en al menos una parte de la superficie donde descansa la persona, cuya superficie está en comunicación de fluido con la salida (34) del intercambiador térmico de suministro (42), el cual y el giro del motor cooperan de modo que el aire procedente del intercambiador térmico (42) es obligado a pasar a través de la superficie de dicho asiento, para proporcionar aire acondicionado en la zona de la superficie donde descansa la persona durante el uso del asiento.

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por un material (78) de empaquetadura para transporte por efecto de mecha conectado al menos a una parte del alojamiento (32), que tiene una primera parte en contacto con el aire que sale por el lado de suministro del intercambiador térmico (42), y que tiene una segunda parte en contacto con el aire que sale por el lado de escape o desecho del intercambiador térmico (44), de modo que si uno de los intercambiadores térmicos (42 ó 44) genera humedad, el material de empaquetadura (78) de transporte por efecto de mecha conduce la humedad lejos del intercambiador térmico (42 ó 44) que produce dicha humedad.

3. Un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la altura combinada de los intercambiadores térmicos (42, 44) y el dispositivo termoeléctrico (46) es inferior aproximadamente a 30 mm, medido a lo largo del eje de giro.

4. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el alojamiento (32) incluye ambos intercambiadores térmicos (42, 44) y comprende además una capa aislante (64) entre el primero y el segundo intercambiadores térmicos (42, 44) que se extiende radialmente hacia fuera del alojamiento (32) para formar una barrera aislante entre los intercambiadores térmicos de suministro y de desecho (42 y 44).

5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por un obturador laberíntico sin contacto (70) formado entre una periferia de la capa aislante (64) y una parte del alojamiento (32) que encierra una periferia de los intercambiadores térmicos (42, 44), para impedir el flujo de aire entre éstos.

6. Un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el motor encaja en al menos uno de dichos orificios (38, 40) en los intercambiadores térmicos (42, 44).

7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo termoeléctrico (46) convierte la energía eléctrica en energía térmica, y produce un cambio de temperatura en respuesta a una corriente eléctrica aplicada a él, cuyo dispositivo termoeléctrico (46) comprende un disco circular que tiene unas superficies opuestas primera y segunda, y está montado para girar en torno a un eje de giro a través de un centro del disco; y

- en el que al menos unos de los intercambiadores térmicos del lado de suministro y del lado de escape o desecho (42 ó 44) que tienen un diámetro interior y un diámetro exterior, está en comunicación térmica conductiva con el dispositivo termoeléctrico (46), y está montado sobre una de las superficies de disco para girar en torno al eje, cuyos intercambiadores térmicos (42 ó 44) tienen unas superficies térmicamente radiantes dispuestas para producir un flujo de fluido a través de dichas superficies hacia fuera desde el eje de giro, cuando giran en torno al eje, cuyos intercambiadores térmicos (42 ó 44) tienen una altura medida a lo largo del eje de giro, y unos diámetros medidos a lo largo de un eje ortogonal con respecto a dicho eje de giro, siendo la distancia entre los diámetros interior y exterior mayor que la altura.

8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el intercambiador térmico comprende una primera serie de superficies radiantes térmicamente conectadas a la primera superficie del dispositivo termoeléctrico (46), y en el que dicha primera serie de superficies radiantes están alineadas con una pluralidad de ejes ortogonales al eje de giro, y una segunda serie de superficies radiantes térmicamente conectadas a la segunda superficie del dispositivo termoeléctrico (46), cuya segunda serie de superficies radiantes están alineadas con una pluralidad de ejes ortogonales al eje de giro, y dichas series primera y segunda de superficies térmicamente radiantes tiene áreas de radiación diferentes.

9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el alojamiento tiene al menos una salida en comunicación de fluido con el asiento, y tiene una entrada configurada para proporcionar aire al diámetro interior de las superficies anulares térmicamente radiantes a lo largo del eje de giro.

10. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque al menos alguna de las superficies de intercambio térmico forman unas láminas sustancialmente planas que se extienden hacia fuera desde el eje de giro, para definir una serie de espacios entre dichas láminas.

11. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque al menos una de las series primera y segunda de superficies de intercambio térmico están separadas una distancia dentro de un margen de 0,5 a 2 mm.

12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el lado de suministro y el lado de escape o desecho de los intercambiadores térmicos (42 y 44) comprenden unos ventiladores primero y segundo;

- el primer ventilador gira en torno al eje de giro y tiene una primera pluralidad de superficies de intercambio térmico en comunicación térmica conductiva con el dispositivo termoeléctrico (46), y el segundo ventilador (44) gira en torno al eje de giro y tiene una segunda pluralidad de superficies de intercambio térmico en comunicación térmica conductiva con un segundo lado del dispositivo termoeléctrico (46), cuya primera y segunda pluralidad de superficies de intercambio térmico conducen un cambio de temperatura desde dichos lados primero y segundo del dispositivo termoeléctrico (46), cuyos ventiladores primero y segundo (42 y 44) están encerrados en el alojamiento (32) y comprenden unas estructuras anulares con diferentes diámetros exteriores, de modo que el primer ventilador (42) se extiende desde el dispositivo termoeléctrico (46) hacia el eje de giro, mientras que el segundo ventilador (44) se extiende desde el dispositivo termoeléctrico (46) y se aleja del eje de giro, y cada uno de los ventiladores (42 y 44) tiene una altura a lo largo del eje de giro que es menor que el diámetro medido ortogonal al eje de giro.

13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el asiento (114) comprende un sistema de distribución de fluido en comunicación de fluido con dicho asiento (114), y porque la salida (34) del alojamiento está en comunicación de fluido con el sistema de distribución de fluido.

14. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la salida (34) del lado de suministro del intercambiador térmico (42) está en comunicación de fluido con el interior de una cámara portátil (152) cerrada y aislada, y el fluido procedente del lado de escape o desecho del intercambiador térmico (44) sale hacia fuera de dicha cámara (152).

15. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la cámara (152) comprende una abertura que se cierra, configurada para permitir el acceso al interior de dicha cámara.

16. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el lado de suministro y el lado de escape o desecho de los intercambiadores térmicos (42, 44), y el dispositivo termoeléctrico (46) giran en torno al eje de giro, lo que hace que penetre fluido en al menos uno de los orificios del lado de suministro y del lado de escape de los intercambiadores térmicos, y pase hacia fuera a través del correspondiente intercambiador térmico.

17. Un método para proporcionar ventilación de temperatura controlada a un asiento (114) que tiene una superficie para sentarse, que comprende las operaciones de:

- formar un intercambiador térmico del lado de suministro (42) que gira en torno a un eje de giro, y configurar dicho intercambiador térmico (42) para permitir que el fluido pase a su través, cuyo intercambiador térmico (42) del lado de suministro tiene una primera altura a lo largo del eje de giro y un primer diámetro a lo largo de un eje ortogonal al eje de giro, cuya primera altura es seleccionada para que sea menor que el primer diámetro;

- formar un intercambiador térmico (44) del lado de escape o desecho de fluido que gira en torno a dicho eje de giro, y configurar dicho intercambiador térmico (44) del lado de escape o desecho para permitir que el fluido pase a su través, cuyo intercambiador térmico (44) del lado de escape tiene una segunda altura a lo largo del eje de giro y un segundo diámetro a lo largo de un eje ortogonal al eje de giro, cuya segunda altura es seleccionada para que sea menor que el segundo diámetro, y está dimensionada para ajustar dentro o debajo de un asiento; y

- proporcionar un dispositivo termoeléctrico (46) que tenga unas superficies opuestas que generen unas temperaturas elevadas sobre una superficie y unas temperaturas reducidas sobre la superficie opuesta en función del potencial eléctrico aplicado al dispositivo termoeléctrico, conectar conductivamente una superficie opuesta del dispositivo termoeléctrico (46) al intercambiador térmico (42) del lado de suministro, y conectar conductivamente la otra superficie opuesta al intercambiador térmico (44) del lado de escape o desecho;

- producir el giro relativo entre los intercambiadores térmicos y el dispositivo termoeléctrico (42, 44, 46) en torno al eje de giro, para hacer que el fluido pase a través de los intercambiadores térmicos (42 y 44);

- cubrir el intercambiador térmico (42) de suministro y formar una salida (34) a través de la cual sale el fluido después de pasar a través de dicho intercambiador térmico (42) de suministro; y

- poner la superficie del asiento en comunicación de fluido con la salida (34) del intercambiador térmico de suministro.

18. Un método de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado por las operaciones de cubrir ambos intercambiadores térmicos (42 y 44) y aislarlos entre sí, y formar un obturador laberíntico sin contacto entre los intercambiadores térmicos (42, 44) para impedir el flujo de aire entre dichos intercambiadores térmicos (42, 44).