КРЕСЛО С СИСТЕМОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ Российский патент 2009 года по МПК B60N2/56 

Изобретение относится к сиденьям с регулируемой температурой и может найти применение в конструкции кресла водителя или пассажира транспортного средства, преимущественно, автомобиля.

Комфортные температурные условия могут быть достигнуты путем изменения теплового режима салона, например, кондиционированием воздуха внутри салона. Однако этот способ требует значительных энергозатрат и специального дорогостоящего оборудования.

Следует отметить, что значительная часть поверхности тела сидящего в кресле человека находится в контакте с поверхностью кресла, и эти части тела не обдуваются термокондиционированными потоками воздуха, циркулирующими в салоне. Это существенно снижает эффект использования кондиционера в салоне транспортного средства. В странах с жарким климатом этот недостаток особенно ощутим. Тепловой комфорт можно повысить, используя кресло с системой терморегуляции. Кроме того, охлаждение (нагрев) кресла осуществляется значительно быстрее, чем охлаждение всего салона, таким образом, терморегуляция кресла позволяет быстрее достигнуть комфортных условий.

Однако следует отметить, что возможно достижение относительного температурного комфорта при охлаждении (нагреве) только непосредственно сиденья, не используя в салоне кондиционер, поскольку, как это отмечено выше, значительная часть поверхности тела сидящего человека находится в контакте с поверхностью кресла и этого охлаждения (нагрева) бывает достаточно.

Здесь и далее в тексте заявки упоминаются формулировки - охлаждение/нагрев кресла, сиденья, спинки. Если нет иной специальной оговорки, то в контексте данной заявки следует понимать, что речь идет не столько об охлаждении/нагреве лицевых поверхностей конструкции кресла, контактирующих с телом человека, сколько о формировании потоков термокондиционированного воздуха, исходящих от лицевых поверхностей и направленных на находящегося в кресле человека.

Известно кресло, снабженное системой терморегуляции [Патент DE 10316732, опубл 28.10.04]. Сиденье и спинка кресла снабжены нагревательными элементами, расположенными под обивкой и обеспечивающими контактный нагрев лицевых поверхностей, также двумя аэраторами, установленными под сиденьем и за задней поверхностью спинки. Каждый из аэраторов имеет в своем составе термоэлектрический элемент (элемент Пельтье) и вентилятор. Регулирование теплового режима осуществляется при помощи контроллера, управляющего нагревательными элементами и аэраторами и соединенного с датчиками, установленными под обивкой сиденья и спинки.

Известно кресло с системой климат-контроля (второе воплощение системы) [патент US 5626021, опубл. 06.05.97, Фиг.2]. Сиденье и спинка кресла снабжены системами терморегуляции, каждая из которых имеет тепловой насос, предназначенный для термокондиционирования воздуха, пропускаемого через внутренние каналы в подушках сиденья и спинки, как в режиме нагревания, так и в режиме охлаждения. Каждый тепловой насос включает в себя главный теплообменник, установленный на одной поверхности модуля Пельтье (термоэлектрического модуля), и теплообменник отработанного воздуха, установленный на другой поверхности модуля Пельтье. Воздух на каждый главный теплообменник подается главным обменным вентилятором, а от теплообменника отработанного воздуха - отводится, соответственно, вентилятором отработанного воздуха. Система управления теплоэнергетическими режимами (нагрев/охлаждение) представлена двумя переключателями (переключатель вентилятора и переключатель температуры) и общим контроллером. Система позволяет осуществлять независимое регулирование тепловых режимамов спинки и сиденья. Основные недостатки системы климат-контроля обусловлены необходимостью использования двух достаточно мощных обменных вентиляторов - отдельно на спинку и на сиденье. Это повышает энергоемкость, массогабаритные показатели системы терморегуляции и значительно усложняет систему управления.

В качестве прототипа выбрана другая система климат-контроля, описанная в том же источнике, но являющаяся третьим воплощением системы [патент US 5626021, опубл. 06.05.97, Фиг.6]. В отличие от вышеописанной схемы, в прототипе использован один, общий на сиденье и на спинку, тепловой насос, а следовательно:

- один элемент Пельтье с двумя теплообменниками,

- один главный обменный вентилятор, установленный в воздуховоде,

- один вентилятор отработанного воздуха, отходящего от соответствующего теплообменника отработанного воздуха.

В этой системе общий воздуховод после главного теплообменника разветвляется для параллельной подачи воздуха в спинку и сиденье. Использование одного обменного вентилятора существенно упрощает систему. Однако такое решение не позволяет осуществлять независимое раздельное регулирование температуры спинки и сиденья, т.к. на вход каналов в спинке и в сиденье подается воздух одной температуры от общего обменного вентилятора и проходящего через общий теплообменник.

Кроме того, выход из строя этого вентилятора приводит к одновременному прекращению охлаждения (нагрева) обоих элементов - и спинки и сиденья.

Таким образом, существует техническое противоречие. С одной стороны, использование двух независимых контуров охлаждения позволяет автономно регулировать температуру сиденья и спинки, но требует громоздкой и энергоемкой системы терморегуляции. С другой стороны, использование параллельных контуров охлаждения сиденья и спинки позволяет применять только один тепловой насос, с вытекающими преимуществами, но не позволяет избирательно регулировать температуру сиденья и спинки.

Следует отметить важность последней проблемы. При работе в режиме охлаждения исходя из условий комфорта и по медицинским показателям температура сиденья должна быть на несколько градусов выше температуры спинки. Аналогично, более комфортными в режиме нагрева являются условия, при которых температура сиденья отлична от температуры спинки. Это связано, в первую очередь, с тем, что при пользовании креслом с поверхностью его сиденья осуществляется постоянный и более плотный контакт, чем с поверхностью спинки.

В основу изобретения поставлена задача - разрешить указанное противоречие, а именно, создать кресло с системой терморегуляции упрощенной, надежной конструкции и обеспечивающей комфортные условия для пользователя.

Технический результат, достигаемый изобретением, - автоматическое обеспечение заданной разницы температуры охлаждения (нагрева) сиденья и спинки при использовании общего обменного вентилятора и совместном одновременном регулировании электропитания идентичных термоэлектрических устройств, установленных в спинке и сиденье, т.е. при подаче одинакового напряжения на элементы Пельтье.

Дополнительный технический результат - исключение возможности образования конденсата в воздушных каналах и полостях сиденья и спинки.

Поставленная задача решается тем, что кресло имеет в своем составе сиденье и спинку с воздухопроницаемой обивкой и с внутренними каналами и полостями подачи воздуха, а также снабжено воздуховодом и установленным в нем обменным вентилятором и снабжено термоэлектрическим устройством, которое представляет собой термоэлектрический модуль с теплообменниками, установленными на его рабочих поверхностях. От прототипа кресло отличается тем, что снабжено вторым термоэлектрическим устройством, идентичным первому, упомянутые термоэлектрические устройства установлены внутри сиденья и спинки соответственно. Оба термоэлектрических устройства снабжены вентиляторами, предназначенными для распределения воздушного потока во внутренних каналах и полостях сиденья и спинки. При этом теплообменник термоэлектрического устройства, размещенного в спинке, обменный вентилятор и теплообменник термоэлектрическое устройства, размещенного в сиденье, установлены в воздуховоде последовательно по потоку воздуха.

Предпочтительно вход воздуховода расположить вблизи термоэлектрического устройства, размещенного в спинке, выход воздуховода - вблизи термоэлектрического устройства, размещенного в сиденье, а обменный вентилятор - под сиденьем между упомянутыми термоэлектрическими устройствами. При этом, по меньшей мере, часть воздуховода между спинкой и сиденьем может быть выполнена из гибкого материала.

Дополнительный результат обеспечивается тем, что теплообменники выполнены в виде ребристых радиаторов, при этом, для каждого термоэлектрического устройства, внешняя поверхность теплообменника, размещенного в воздуховоде, и основание теплообменника, установленного на противоположной рабочей поверхности термоэлектрического модуля, плотно совместно охвачены материалом, обладающим гигроскопическими свойствами.

Более подробно сущность изобретения раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется приведенным чертежом, на котором схематично представлена заявляемая конструкция.

Кресло имеет спинку 1 и сиденье 2. Покрытие внешней поверхности спинки и сиденья выполнено из подходящего материала, способного пропускать воздух.

В подушке сиденья и спинки выполнены полости 3 и распределительные воздуховоды.

Система терморегуляции имеет в своем составе термоэлектрическое устройство 4, размещенное в спинке (далее - первое ТЭУ) и термоэлектрическое устройство 5, размещенное в сиденье (далее - второе ТЭУ). Каждое термоэлектрическое устройство состоит из термоэлектрического модуля 6 (модуль Пельтье) с теплообменниками 7 и 8 (далее - радиаторы 7, 8) на его обеих рабочих поверхностях (рабочие поверхности - одна теплопоглощающая, другая - тепловыделяющая), а также имеет вентилятор 9, предназначенный для распределения воздушного потока во внутренних каналах и полостях сиденья и спинки. Для подачи воздуха к термоэлектрическим устройствам 4, 5 используется общий воздуховод 10, расположенный в непосредственной близости от элементов кресла и идущий снизу вдоль него. В предпочтительном варианте реализации, как это показано на чертеже, часть воздуховода расположена в задней части корпуса спинки, другая часть воздуховода расположена под сиденьем. В непосредственной близости от первого ТЭУ 4 расположен вход 11 воздуховода 10.

Каждое из термоэлектрических устройств 4, 5 установлено таким образом, что их радиаторы 7 расположены в воздуховоде с обеспечением возможности свободного прохода воздуха, а радиаторы 8 и вентилятор 9 ориентированы в сторону полостей и распределительных каналов соответственно спинки и сиденья. Оба термоэлектрических устройства максимально возможно приближены к лицевым поверхностям сиденья и спинки. В нижней части спинки воздуховод 10 выведен наружу и проходит непосредственно под сиденьем. Выход 12 воздуховода 10 расположен вблизи от второго ТЭУ. Обменный вентилятор 13, обеспечивающий подачу воздуха к обоим ТЭУ, расположен между термоэлектрическими устройствами 4, 5 и закреплен под сиденьем 2. Он существенно более мощный, чем вентиляторы 9 ТЭУ. При выполнении кресла с регулируемым углом наклона спинки часть воздуховода может быть выполнена из гибкого материала.

В описанном выше кресле могут быть использованы ТЭУ с радиаторами усовершенствованной конструкции. Усовершенствование заключается в следующем: внешняя поверхность ребристого радиатора 7, размещенного в воздуховоде 10, и основание радиатора 8, (а именно, часть радиатора, примыкающая к рабочей поверхности термоэлектрического модуля), установленного на противоположной рабочей поверхности термоэлектрического модуля), плотно совместно охвачены материалом, обладающим гигроскопическими свойствами.

Регулирование температуры элементов кресла осуществляется следующим образом.

В режиме «охлаждение» и в сиденье и в спинке теплопоглощающей является поверхность модуля Пельтье, обращенная к лицевой поверхности кресла, т.е. со стороны вентиляторов 9. Таким образом, в воздуховоде 10 размещены теплообменники 7 тепловыделяющих поверхностей модулей Пельтье. При работе обменного вентилятора 13, воздух, забираемый из салона и проходящий по воздуховоду 10, охлаждает нагретый теплообменник 7 первого ТЭУ 4. При прохождении через теплообменник 7 первого ТЭУ 4 воздух нагревается, и его температура становится выше, чем температура окружающего воздуха. Т.о. обменный вентилятор 13 подает уже нагретый воздух на теплообменник 7 тепловыделяющей поверхности модуля Пельтье второго ТЭУ и при условии, что оба ТЭУ идентичны и напряжение питания одинаково, температура воздуха, отходящего от теплообменника 8, со стороны теплопоглощающей поверхности модуля Пельтье второго ТЭУ будет всегда на 2-3°С выше, чем у первого ТЭУ. Иными словами, воздух, распределяемый вентиляторами 9 в полостях 3 спинки всегда будет холоднее, чем воздух, распределяемый в полостях 3 сиденья.

Предложенный вариант охлаждения спинки и/или сиденья позволяет охлаждать кресло даже в аварийном режиме, т.е. при выходе из строя обменного вентилятора 13 и работе только вентиляторов 9. Однако степень охлаждения будет меньше.

Следует отметить, что режим охлаждения сопровождается конденсацией влаги из охлаждающего воздуха на охлаждаемых поверхностях.

В заявляемой конструкции кресла влага, присутствующая в нагнетаемом воздухе, конденсируется на теплообменнике 8 (холодном) в основном на внешней стороне его основания и на ребрах. Через гигроскопичный материал, которым он плотно охвачен, влага с теплообменника 8 поступает (стекает) на горячий теплообменник 7, где испаряется. Таким образом, дополнительно повышается комфортность, т.к. сконденсированная влага не попадает в полости и распределительные каналы кресла.

Повышения комфорта можно достигнуть, применяя описанную выше модернизацию в конструкции теплообменников.

В режиме «нагрев» происходит инверсия режима работы модулей Пельтье и в воздуховоде 10 оказываются теплообменники теплопоглощающей поверхности, а следовательно, сиденье, вследствие последовательного прохождения воздуха по холодным теплообменникам, всегда нагревается на несколько градусов ниже, чем спинка, т.к. его теплообменник 7 обдувается воздухом, более холодным, чем воздух, забираемый из салона.

В режиме нагрева обменный вентилятор 13 может быть вообще выключен, т.к. для распределения теплого воздуха по полостям и каналам спинки и сиденья достаточно работы вентиляторов 9.

Настоящая заявка описана с некоторыми деталями для достижения ясности и понимания. Специалисты в данной области при прочтении описания могут понять, что возможны некоторые изменения в деталях без выхода за пределы области применения и прилагаемой формулы.

Изобретение относится к сиденьям с регулируемой температурой и может найти применение в конструкции кресла водителя или пассажира транспортного средства, преимущественно, автомобиля. Кресло имеет в своем составе сиденье и спинку с воздухопроницаемой обивкой и с внутренними каналами и полостями подачи воздуха. Кресло снабжено воздуховодом и установленным в нем обменным вентилятором. Кресло также снабжено термоэлектрическим устройством, которое представляет собой термоэлектрический модуль с теплообменниками, установленными на его рабочих поверхностях. Кресло снабжено вторым термоэлектрическим устройством, идентичным первому. Упомянутые термоэлектрические устройства установлены внутри сиденья и спинки соответственно, и оба снабжены вентиляторами, предназначенными для распределения воздушного потока во внутренних каналах и полостях сиденья и спинки. Теплообменник термоэлектрического устройства, размещенного в спинке, обменный вентилятор и теплообменник термоэлектрического устройства, размещенного в сиденье, установлены в воздуховоде последовательно по потоку воздуха. Изобретение автоматически обеспечивает заданную разницу температуры охлаждения (нагрева) сиденья и спинки при использовании общего обменного вентилятора и совместном одновременном регулировании электропитания идентичных термоэлектрических устройств, установленных в спинке и сиденье, т.е. при подаче одинакового напряжения на элементы Пельтье. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кресло, имеющее в своем составе сиденье и спинку с воздухопроницаемой обивкой и с внутренними каналами и полостями подачи воздуха, кресло снабжено воздуховодом и установленным в нем обменным вентилятором, а также снабжено термоэлектрическим устройством, которое представляет собой термоэлектрический модуль с теплообменниками, установленными на его рабочих поверхностях, отличающееся тем, что снабжено вторым термоэлектрическим устройством, идентичным первому, упомянутые термоэлектрические устройства установлены внутри сиденья и спинки соответственно, и оба снабжены вентиляторами, предназначенными для распределения воздушного потока во внутренних каналах и полостях сиденья и спинки, при этом теплообменник термоэлектрического устройства, размещенного в спинке, обменный вентилятор и теплообменник термоэлектрическое устройства, размещенного в сиденье, установлены в воздуховоде последовательно по потоку воздуха.2. Кресло по п.1, отличающееся тем, что вход воздуховода расположен вблизи термоэлектрического устройства, размещенного в спинке, выход воздуховода расположен вблизи термоэлектрического устройства, размещенного в сиденье, а обменный вентилятор расположен под сиденьем между упомянутыми термоэлектрическими устройствами.3. Кресло по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, часть воздуховода между спинкой и сиденьем выполнена из гибкого материала.4. Кресло по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что теплообменники выполнены в виде ребристых радиаторов, при этом для каждого термоэлектрического устройства внешняя поверхность теплообменника, размешенного в воздуховоде, и основание теплообменника, установленного на противоположной рабочей поверхности термоэлектрического модуля, плотно совместно охвачены материалом, обладающим гигроскопическими свойствами.