RU2161287C1

RU2161287C1 - Device for forming microclimate in comfort zone

Info

Publication number: RU2161287C1
Application number: RU99114911/06A
Authority: RU
Inventors: Л.Б. Волкомирска; Л.Б. Волкомирская
Original assignee: Волкомирская Людмила Борисовна
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: air cooling or heating systems for local regions of semienclosed or enclosed space for forming preset temperature conditions in comfort zone for people, animals or objects. SUBSTANCE: heat-insulating optically transparent shield is placed comfort zone and at least one thermal pump power supply unit, main fan, control switch and regulator are placed above comfort zone between shield and comfort zone. Thermal pump includes thermoelectric Peltier module, heat exchangers and fan. EFFECT: improved comfort conditions; extended field of application of device.

Description

Изобретение относится к системам охлаждения или нагрева воздуха локальной зоны пространства и предназначено для создания заданного температурного режима в комфортной зоне размещения людей, животных или предметов. The invention relates to systems for cooling or heating air in a local area of space and is intended to create a predetermined temperature regime in a comfortable area for placing people, animals or objects.

Известно устройство для создания микроклимата в комфортной зоне. Устройство содержит, по меньшей мере, один тепловой насос, термодатчик теплового насоса и регулятор. Тепловой насос содержит несколько термоэлектрических модулей Пельтье для доведения температуры воздуха до заданного значения в основном теплообменнике и основной вентилятор для подачи кондиционированного воздуха из основного теплообменника. Для управления работой теплового насоса предусмотрены управляющий переключатель и регулятор (WO 9605475 A, 14.01.1994). A device for creating a microclimate in a comfortable zone is known. The device comprises at least one heat pump, a heat pump thermal sensor and a regulator. The heat pump contains several Peltier thermoelectric modules for bringing the air temperature to a predetermined value in the main heat exchanger and a main fan for supplying conditioned air from the main heat exchanger. To control the operation of the heat pump, a control switch and a regulator are provided (WO 9605475 A, 01/14/1994).

Известная система достаточно сложна, дорога и предназначена для создания комфортных условий для человека на сиденье, т.е. зона действия этой системы ограничена в пространстве и не допускает перемещений человека. The known system is quite complex, expensive and designed to create comfortable conditions for a person in the seat, i.e. the range of this system is limited in space and does not allow human movement.

Техническим результатом является расширение области использования устройства, благодаря созданию условий для человека, находящегося в комфортной зоне или вне ее, не накладывающих ограничений для ведения визуальных наблюдений и исключающих зависимость от размеров экрана и его конфигурации. The technical result is to expand the scope of use of the device, due to the creation of conditions for a person who is in a comfortable zone or outside it, not imposing restrictions for conducting visual observations and excluding dependence on the screen size and its configuration.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит размещенный над комфортной зоной теплоизолирующий экран и установленный между комфортной зоной и экраном, по меньшей мере, один тепловой насос, а также термодатчик и регулятор, термоизолирующий экран выполняют из оптически прозрачного для видимого диапазона светового излучения материала. Тепловой насос, как и в прототипе, содержит термоэлектрический модуль Пельтье, теплообменники, вентилятор и блок питания. The technical result is achieved by the fact that the device comprises a heat-insulating screen located above the comfort zone and at least one heat pump installed between the comfort zone and the screen, as well as a temperature sensor and a regulator, and the heat-insulating screen are made of a material that is optically transparent to the visible light range. The heat pump, as in the prototype, contains a Peltier thermoelectric module, heat exchangers, a fan and a power supply.

Выполнение теплоизолирующего экрана из оптически прозрачного для видимого диапазона светового излучения материала позволяет без снижения эффективности самого устройства (т.е. без повышения питающих мощностей или снижения хладопроизводительности) обеспечить более комфортные условия человеку, находящемуся в зоне регулируемой температуры или вне ее, например, позволяет без ограничений вести визуальные наблюдения и реагировать на изменения окружающей обстановки. The implementation of a heat-insulating screen made of a material that is optically transparent to the visible range of light radiation allows, without reducing the efficiency of the device itself (i.e., without increasing power supply or lowering refrigerating capacity), to provide more comfortable conditions to a person in or out of a controlled temperature zone, for example, without restrictions to conduct visual observations and respond to changes in the environment.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. В соответствии с условиями конкретно решаемой задачи (параметры внешней среды и поверхности, заданная разность температур комфортной зоны и внешней среды, размеры комфортной зоны, особые условия) определяют требуемую хладопроизводительность, размеры и форму экрана, тип модулей Пельтье, количество тепловых насосов, их размещение относительно экрана и т.п. После включения блока питания нужной полярности и, при необходимости, основного вентилятора, тепловой насос начинает вырабатывать холод (тепло). Горячий воздух под действием сил конвенции поднимается вверх и в местах контакта холодного спая модуля с теплообменником охлаждается (нагревается) и опускается вниз, создавая устойчивую зону циркуляции, геометрические размеры которой и распределение температуры в ней зависят от внешних факторов (боковой ветер, теплоотдача поверхности под экраном и др.) и определяют размеры зоны, где температура существенно (на 5-10^oC) отличается от окружающей. Размеры такой комфортной зоны определяются экспериментально в каждом конкретном случае и зависят от конфигурации и размеров самого экрана, высоты его нижнего края над поверхностью и от температурного напора, равного разности температур холодного спая термоэлектрического модуля и окружающего воздуха.The proposed device operates as follows. In accordance with the conditions of the problem being specifically solved (parameters of the external environment and surface, the given temperature difference between the comfort zone and the environment, dimensions of the comfort zone, special conditions) determine the required refrigerating capacity, dimensions and shape of the screen, type of Peltier modules, number of heat pumps, their placement relative to screen, etc. After turning on the power supply of the required polarity and, if necessary, the main fan, the heat pump starts to produce cold (heat). Under the influence of the forces of convention, hot air rises and at the points of contact between the cold junction of the module and the heat exchanger is cooled (heated) and lowered down, creating a stable circulation zone, the geometrical dimensions of which and the temperature distribution in it depend on external factors (side wind, surface heat transfer under the screen etc.) and determine the size of the zone where the temperature significantly (by 5-10 ^o C) differs from the surrounding. The dimensions of such a comfortable zone are determined experimentally in each case and depend on the configuration and dimensions of the screen itself, the height of its lower edge above the surface and the temperature difference equal to the temperature difference between the cold junction of the thermoelectric module and the ambient air.

Элементы предлагаемого устройства общеизвестны, доступны и не требуют дополнительной конструкторской доработки. Выбор типа и параметров элементов устройства зависят от конкретно решаемой задачи. Блок питания может быть как стационарным, так и автономным. Тип источника питания, его мощность и тип преобразователя определяются выбранным типом термоэлектрического модуля Пельтье. Так, для элемента Пельтье на металлическом основании необходимо питание постоянным напряжением 12 (24) В. В частном случае, в качестве источника питания могут быть использованы известные солнечные батареи. Elements of the proposed device are well-known, accessible and do not require additional design refinement. The choice of the type and parameters of the elements of the device depend on the specific task. The power supply can be both stationary and autonomous. The type of power source, its power and the type of converter are determined by the selected type of Peltier thermoelectric module. So, for a Peltier element on a metal base, a constant voltage of 12 (24) V is required. In the particular case, well-known solar batteries can be used as a power source.

В качестве управляющего переключателя может быть использован любой переключатель, функционально эквивалентный набору тумблеров и осуществляющий следующие операции: включение/выключение блока питания, включение основного вентилятора, переключение полярности. Any switch functionally equivalent to a set of toggle switches and performing the following operations can be used as a control switch: turning the power supply on / off, turning on the main fan, and switching polarity.

Наличие в тепловом насосе вентилятора, предназначенного для обдувания горячих спаев термоэлектрического модуля Пельтье, необходимо. Количество таких вентиляторов равно количеству тепловых насосов, а тип вентилятора (его мощность) зависит от выбранного типа модуля. Наличие в устройстве основного вентилятора, предназначенного для подачи воздуха в комфортную зону, в общем случае, не является необходимым и его включение зависит, например, от желания ускорить процесс создания комфортных условий или от индивидуального желания потребителя. The presence of a fan in the heat pump intended for blowing hot junctions of the Peltier thermoelectric module is necessary. The number of such fans is equal to the number of heat pumps, and the type of fan (its power) depends on the selected type of module. The presence in the device of the main fan, designed to supply air to the comfort zone, in general, is not necessary and its inclusion depends, for example, on the desire to speed up the process of creating comfortable conditions or on the individual desire of the consumer.

Регулятор предназначен для автоматического регулирования работы модулей Пельтье. Он может быть выполнен, например, в виде температурного реле, поддерживающего заданный режим температуры либо отключением (включением) блока питания, либо снижением (повышением) потребляемой мощности для изменения хладопроизводительности. The controller is designed to automatically control the operation of Peltier modules. It can be performed, for example, in the form of a temperature relay that supports a given temperature mode either by turning off (turning on) the power supply, or by reducing (increasing) the power consumption to change the refrigerating capacity.

Выбор теплоизолирующего (для снижения теплообмена с внешней средой) и оптически прозрачного в видимом диапазоне материала для экрана определяется спецификой решаемой задачи. В частности, это может быть стекло с многослойным покрытием или специальная пленка. Известно стекло с многослойным покрытием из серебра и других элементов, обеспечивающее необходимые для предлагаемого решения свойства термоизоляции и прозрачности одновременно. The choice of heat-insulating (to reduce heat transfer with the external environment) and optically transparent material in the visible range for the screen is determined by the specifics of the problem being solved. In particular, it can be glass with a multilayer coating or a special film. Known glass with a multilayer coating of silver and other elements, providing the necessary properties for the proposed solution, thermal insulation and transparency at the same time.

Для подтверждения практической реализуемости прелагаемого технического решения была проведена экспериментальная проверка. Известно, что разница между холодным и горячим спаями термоэлемента Пельтье на металлическом основании, выполненным в однокаскадном варианте, составляет порядка 72^oC и эффективной работе теплообменника (радиатор с эффективной поверхностью 500 см²) температура холодного спая составляет от -20 до -30^oC. Экспериментально показано следующее. При выполнении теплоизолирующего экрана в виде параллелепипеда с размерами ребер 1,4 м, 1,4 м и 1,0 м из теплосберегающего стекла с многослойным покрытием суммарной толщиной 2000 - 3000

пропускающего до 90% излучения видимого диапазона и отражающего до 80% теплового инфракрасного излучения, температура воздуха на уровне 0,5 м от теплообменника через 10-15 мин после включения блока питания снижается на 4 - 6^oC. Через 30 мин разница температур комфортной зоны и окружающей среды составляет 6-10^oC.To confirm the practical feasibility of the proposed technical solution, an experimental check was carried out. It is known that the difference between cold and hot junctions of a Peltier thermocouple on a metal base, made in a single-stage version, is about 72 ^o C and the effective operation of the heat exchanger (radiator with an effective surface of 500 cm ² ), the temperature of the cold junction is from -20 to -30 ^o C The following is experimentally shown. When making a heat-insulating screen in the form of a parallelepiped with the dimensions of the ribs 1.4 m, 1.4 m and 1.0 m of heat-saving glass with laminated coating with a total thickness of 2000 - 3000

transmitting up to 90% of visible radiation and reflecting up to 80% of thermal infrared radiation, the air temperature at the level of 0.5 m from the heat exchanger in 10-15 minutes after turning on the power supply is reduced by 4 - 6 ^o C. After 30 minutes the temperature difference of the comfort zone and the environment is 6-10 ^o C.

С использованием оптически прозрачного материала для выполнения теплоизолирующего экрана резко расширяется сфера применения предлагаемого устройства по сравнению с известными. Появляется, например, возможность создания различных объемов с комфортными условиями в комплексах для научных исследований, развлечения и других специальных областей. Using an optically transparent material to make a heat-insulating screen, the scope of the proposed device is dramatically expanded in comparison with the known ones. There is, for example, the possibility of creating various volumes with comfortable conditions in complexes for scientific research, entertainment and other special areas.

Claims

A device for creating a microclimate in the comfort zone, comprising a heat insulating screen located above the comfort zone and installed between the comfort zone and the screen at least one heat pump including a Peltier thermoelectric module, heat exchangers, a fan and a power supply unit, characterized in that the heat insulating screen is made of material optically transparent to the visible range of light radiation.