Устройство для создания микроклимата в комфортной зоне

 

Предлагаемое устройство относится к системам охлаждения или нагрева воздуха локальной области полуоткрытого или закрытого пространства и предназначено для создания заданного температурного режима в комфортной зоне размещения людей, животных или предметов. Над комфортной зоной устанавливают теплоизолирующий оптически прозрачный экран, между экраном и комфортной зоной размещают не менее одного теплового насоса, блок питания, основной вентилятор, управляющий переключатель и регулятор. Тепловой насос содержит термоэлектрический модуль Пельтье, теплообменники и вентилятор. Технический результат - обеспечение более комфортных условий и расширение сферы применения устройства.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Формула изобретения

Устройство для создания микроклимата в комфортной зоне, содержащее размещенный над комфортной зоной теплоизолирующий экран и установленный между комфортной зоной и экраном по меньшей мере один тепловой насос, включающий термоэлектрический модуль Пельтье, теплообменники, вентилятор и блок питания, отличающееся тем, что теплоизолирующий экран выполнен из материала, оптически прозрачного для видимого диапазона светового излучения.