ЗАСТЕКЛЕННЫЕ ОКНА И ДВЕРИ С МНОЖЕСТВОМ ЭЛЕМЕНТОВ ПЕЛЬТЬЕ Российский патент 2018 года по МПК E06B7/02 F24F5/00 E06B3/67 

Изобретение относится к застекленным окнам и дверям с множеством элементов Пельтье.

В последние годы появились устройства и системы, позволяющие снизить энергопотребление при обогреве офисов, бытовых и общественных помещений и т.п.

С одной стороны, это обусловлено себестоимостью источников энергии, которая продолжает дорожать или остается достаточно высокой; в качестве подобных источников обычно используют метан, топочный мазут, а в некоторых странах - уголь, либо электроэнергию для использования в тепловых насосах или в обычных электрообогревателях.

Кроме этого, помимо указанного экономического фактора не меньшую актуальность приобретает снижение энергопотребления при обогреве бытовых помещений и т.п.с целью уменьшения выбросов двуокиси углерода в атмосферу, создающих «парниковый эффект». Подобные выбросы так или иначе всегда связаны с потреблением ископаемого топлива; напрямую - при его непосредственном сжигании, либо косвенно - для выработки электроэнергии, потребляемой бытовыми приборами.

На решение вышеуказанных задач были направлены различные технические решения, описанные, например, в следующих патентных документах: ЕР 0061989 A1, FI 89337 A, GB 2424059 A, WO 2011/110988 A, GB 1169556 А и DE 102012208406 А1.

В указанных документах описаны устройства, в которых используются элементы Пельтье.

Однако в таких устройствах элементы Пельтье установлены в застекленные двери и окна, в которые направляются потоки воздуха из климатической установки.

Другими словами, установленные в известных устройствах элементы Пельтье фактически используются в качестве вспомогательных компонентов для подогрева/охлаждения воздуха, ранее прошедшего через климатическую установку, состоящую из воздушных кондиционеров, тепловых насосов, обогревателей и других аналогичных устройств известного типа.

Известно, что элементы Пельтье являются термоэлектрическими устройствами, состоящими из множества последовательно расположенных соединений. Эти элементы по существу являются твердотельными тепловыми насосами в виде тонкой пластины. Одна из двух поверхностей такого элемента тепло поглощает, а другая - выделяет.

Особенностью таких элементов является то, что направление, в котором передается тепло, зависит от направления постоянного тока, подводящегося к клеммам пластины. Изменение направления протекающего через такой элемент постоянного тока позволяет изменить направление передаваемого тепла, поэтому, если в одном направлении тока одна из двух поверхностей нагревается, а другая охлаждается, то при изменении направления тока происходит перемена нагреваемой и охлаждаемой поверхностей.

Задачей изобретения является разработка таких дверей и окон, в частности, застекленных, с множеством элементов Пельтье, в которых указанные элементы способны эффективно функционировать без постороннего воздействия в качестве элементов основной климатической установки помещения, в котором находятся подобные двери и окна.

Указанная задача решается за счет того, что двери и окна, в частности, застекленные, с множеством элементов Пельтье, выполнены в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.

Другие особенности изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематично показаны застекленные дверь и окно согласно изобретению, запитываемые от системы электропитания;

на фиг. 2 - те же дверь и окно, но запитываемые от фотоэлектрических панелей;

на фиг. 3 - фрагмент двери и окна, используемых в летний период времени, вид в сечении;

на фиг. 4 - то же, но в зимний период времени;

на фиг. 5, 6 и 7, 8, соответственно, показаны в двух видах находящиеся в двери и окне подвижный и неподвижный контакты, через которые подается ток на элементы Пельтье;

на фиг. 9 показан общий вид указанных контактов.

Как показано на фиг. 1, застекленные дверь и окно 1 согласно изобретению (застекленные двери и окна могут быть любого типа) имеют обычную раму 2 с неподвижной частью 2' и подвижной частью 2ʺ, в которой установлен по меньшей мере один стеклопакет 3 с двойным остеклением.

Основной особенностью устройства согласно изобретению, как более наглядно показано на последующих фигурах, является то, что в раме установлено множество элементов Пельтье. Для запитывания этих элементов используется электрическая цепь 4 с по меньшей мере двумя проводами 4', 4ʺ, которые подают электропитание на указанные элементы Пельтье через пару неподвижных и подвижных контактов 20' и 20ʺ, находящихся в неподвижной и подвижной частях 2' и 2ʺ рамы, соответственно. Указанные контакты 20', 20'' будут более подробно описаны ниже.

Электрическая цепь 4 питается от источника 6 электропитания, который преобразует переменный ток, поступающий из электросети 7 (через обычный электросчетчик 8), в постоянный ток.

Позицией 9 обозначен инвертор, способный изменять направление тока, подводимого к элементам Пельтье, для их переключения между летним и зимним режимами, поскольку, как известно, при таком изменении направления тока с учетом обратимости элементов Пельтье состояние поверхностей этих элементов меняется между холодным и горячим.

На фиг. 2 показаны дверь и окно согласно изобретению, на которые электропитание подается от группы фотоэлектрических панелей 10.

В данном случае панели обычно используются в качестве резервного источника питания для электросети 7. Предпочтительно использование стабилизатора 11 тока в нагрузке, способного точно определять напряжение в электрической цепи 4, при этом указанный стабилизатор известным образом подключен к аккумулятору 32.

Как показано на фиг. 3, элементы 11 Пельтье находятся в зазоре 3' установленного в подвижной раме 2' стеклопакета 3 с двойным остеклением у одного из его краев. Электропитание на элемент 11 Пельтье подается посредством двух проводов 4 и 4'.

На каждый из элементов Пельтье с внутренней стороны стеклопакета сверху наложен первый теплоотвод 13, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью. Снизу элемента 11, между ним и подвижной рамой 2', находится другой теплоотвод 12 также из материала с высокой теплопроводностью, участок 12' которого выступает наружу, закрывая участок наружной поверхности подвижной рамы 2' и выполняя функцию теплоотвода.

При работе устройства в летний период времени, как показано на фиг. 3, поверхность 11'' элемента Пельтье, обращенная в сторону стеклопакета, должна охлаждаться, обеспечивая охлаждение воздуха внутри стеклопакета, подавая тем самым «холодный воздух» внутрь помещения, закрытого этим стеклопакетом.

При этом тепло, создаваемое горячей поверхностью 11' элемента Пельтье, отводится наружу, рассеиваясь участком 12', которая выполняет функцию наружного теплоотвода.

Очевидно, что охлажденная поверхность 11'' элемента Пельтье подает «холодный воздух» в стеклопакет с двойным остеклением через внутренний теплоотвод 13.

При работе устройства в зимний период времени, как показано на фиг. 4, полярность проводов 4' и 4'' изменена, в результате чего внутрь помещения подается «горячий воздух» (стрелка F), поступая также через теплоотвод 13 внутрь стеклопакета.

Очевидно, что это достигается за счет того, что поверхность 11'' элемента 11 Пельтье, обращенная внутрь стеклопакета, является «горячей», а поверхность 11', обращенная в сторону края рамы, является «холодной», поэтому холодный воздух отводится наружу через выступающий участок 12', который является наружным теплоотводом.

Проведенные испытания подтверждают, что при достаточном количестве встроенных в двери и окна элементов Пельтье можно обеспечить в помещении идеальный климат-контроль.

Опытным путем было установлено, что предпочтительным является установка в каждой двери по два элемента Пельтье, на которые непрерывно подается постоянный ток примерно в 1А с напряжением около 4V. Это касается как охлаждения, так и обогрева помещений, разумеется, в условиях умеренного климата. Тем не менее, не существует каких-либо конструктивных, или функциональных ограничений по использованию большего количества элементов Пельтье в каждой из дверей в условиях более сурового климата, в котором находится помещение с регулируемым климатом.

Как показано на фиг. 5-9, подача электрического тока на элементы Пельтье осуществляется через электрические контакты известного типа, в целом обозначенные позицией 20, у которых имеются части 20', расположенные в неподвижных рамах 2', и части 20'', расположенные в подвижных рамах (фиг. 1).

У подвижных частей 20'' имеются контакты 21, скользящие в соответствующих посадочных местах 22 при взаимодействии с соответствующими неподвижными частями 20' контакта 20.

Изобретение относится к области обогрева и охлаждения жилых и служебных помещений. Застекленные окна и/или двери, в которых имеется множество элементов Пельтье, имеют раму с неподвижной частью (2') и подвижной частью (2''), в которой установлен по меньшей мере один стеклопакет (3) с двойным остеклением. В зазоре, имеющемся в стеклопакете с двойным остеклением, у его края, расположенного на подвижной части (2'') рамы, установлено множество элементов Пельтье. Эти элементы контактируют с изготовленным из теплопроводящего материала теплоотводом, рассеивающим тепло наружу, один из участков которого находится на наружной поверхности двери или окна. Кроме этого, каждый из элементов Пельтье накрыт листом из материала с высокой теплопроводностью, который является теплоотводом для рассеивания тепла внутрь стеклопакета с двойным остеклением. Технический результат – эффективное функционирование без постороннего воздействия в качестве элементов основной климатической установки помещения, в котором находятся подобные двери и окна. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Застекленные окна и/или двери с множеством элементов Пельтье, имеющие раму (2), в которой находится по меньшей мере один стеклопакет (3) с двойным остеклением, характеризующиеся тем, что в зазоре стеклопакета с двойным остеклением у одного или более его краев, находящихся в раме, установлено множество элементов (11) Пельтье, контактирующих с теплоотводом (12), изготовленным из материала с высокой теплопроводностью, один из участков (12') которого расположен на наружной поверхности оконной или дверной рамы для рассеивания тепла наружу, причем на каждый из указанных элементов сверху наложен лист из материала с высокой теплопроводностью, являющийся теплоотводом (13) для рассеивания тепла внутрь стеклопакета с двойным остеклением, при этом элементы Пельтье через электрическую цепь (4), в которой имеются контакты (20', 20ʺ), расположенные на неподвижной и подвижной рамах (2', 2ʺ) окон и дверей, подключены к электропитанию, причем указанная электрическая цепь включает в себя средства (9) переключения полярности электропитания, подаваемого на указанные элементы, для переключения между режимами обогрева и охлаждения двух поверхностей этих элементов по желанию потребителя.

2. Застекленные окна и/или двери по п. 1, характеризующиеся тем, что электрическая цепь (4), питающая элементы (11) Пельтье, питается от источника (6) электропитания, который преобразует переменный ток, поступающий из электросети (7), в постоянный ток.

3. Застекленные окна и/или двери по п. 1, характеризующиеся тем, что электрическая цепь (4) питается от группы фотоэлектрических панелей (10) и содержит стабилизатор (11) тока в нагрузке, способный точно определять напряжение в цепи (4) и подключенный к аккумулятору (32).

4. Застекленные окна и/или двери по п. 1, характеризующиеся тем, что электрический ток на элементы (11) Пельтье подается через электрические контакты, части (20') которых, расположенные на неподвижных рамах (2'), контактируют с частями (20ʺ), расположенными на подвижных рамах (2ʺ) и имеющими контакты (21), скользящие в соответствующих посадочных местах (22) при взаимодействии с соответствующими частями (20'), расположенными на неподвижных рамах (2').