CN109312942A - 用于微气候控制的冷却风扇 - Google Patents

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Abstract

一种微气候控制***包括与风扇组件集成的热电***。当空气通过所述风扇组件时，所述热电***可操作以主动冷却或加热空气。热电***包括热电热泵、散热子***和吸热子***。所述风扇组件可操作以从待调节的空间抽取空气，并将通过所述散热子***和所述吸热子***中的一个的经调节的空气输出到所述待调节的空间，并将通过所述散热子***和所述吸热子***中的另一个的空气远离所述待调节的空间输出。以这种方式，所述微气候控制***可以提供局部舒适，同时允许更大的气候控制***维持更有效的温度设定点。以这种方式，可以降低总能量消耗，同时提供相同水平的有效舒适。

Description

用于微气候控制的冷却风扇
相关申请
本申请要求2016年6月20日提交的临时专利申请序列号62/352,283的权益，所述申请的公开内容特此以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及风扇，且更具体地涉及微气候控制。
背景技术
用于向房间泵送热量以及从房间泵送出热量以升高或降低空气温度的传统***具有若干缺点。特别地，它们在较小的容量下变得效率低，它们在机械部件占用的空间中产生令人不舒服的噪音水平，它们安装时可能很麻烦甚至有危险，它们通常需要专用的电源插座来管理冲击负荷，而且它们经常需要使用有毒和对环境有害的制冷剂来提供热泵。
这些传统***的常见替代方案是简单地使用基本风扇(例如，吊扇或立式风扇)。典型的风扇可以在舒适水平方面提供明显且几乎无声的改善，所述改善来自于身体的自然冷却***的增强或者向风扇的使用者输送暖空气的速率的增加。这种效果简单地通过局部增加空气质量流量来提供，而不是通过任何降低或升高空气温度。在潮湿的气候中，由于空气不能容易地吸收任何额外的水蒸气，因此这种效果大大降低，并且很大程度上降低了明显的缓解效果。在炎热、潮湿的环境中，当试图提供冷却效果时，风扇最多只能搅动周围的热湿空气，从而确保不适感均匀。在最坏的情况下，由风扇完成的机械和电气工作实际上将使被移动的空气变暖，从而逆转器械为用户提供冷却缓解效果的期望效率。在寒冷、干燥的环境中，来自风扇的额外空气流量在没有真正升高空气温度的情况下可能实际上按在较温暖的条件下提供冷却效果的相同机制来使用户感觉更冷和更不舒适。
因此，仍然存在用以冷却或加热占用的空间的需求。
发明内容
本文提供了一种用于微气候控制的冷却风扇。在一些实施方案中，微气候控制***包括风扇组件和与风扇组件集成的热电***。当空气通过风扇组件时，热电***可操作以主动冷却或加热空气。热电***包括热电热泵、散热子***和吸热子***。风扇组件可操作以从待调节的空间抽取空气。风扇组件还可操作以将通过散热子***和吸热子***中的一个的经调节的空气输出到待调节的空间，并且将通过散热子***和吸热子***中的另一个的空气远离待调节的空间输出。以这种方式，可以利用保持小包络的***将经调节的空气提供到局部区域。微气候控制***可以提供局部舒适，同时允许更大的气候控制***维持更有效的温度设定点。以这种方式，可以降低总能量消耗，同时提供相同水平的有效舒适。
在一些实施方案中，散热子***和吸热子***中的至少一个包括径向热交换器。在一些实施方案中，散热子***包括径向热交换器，并且吸热子***包括径向热交换器。
在一些实施方案中，热电***可操作以冷却待调节的空间，风扇组件可操作以将通过吸热子***的经调节的空气输出到待调节的空间，并且风扇组件可操作以将通过散热子***的空气远离待调节的空间输出。
在一些实施方案中，热电***可操作以加热待调节的空间，风扇组件可操作以将通过散热子***的经调节的空气输出到待调节的空间，并且风扇组件可操作以将通过吸热子***的空气远离待调节的空间输出。
在一些实施方案中，微气候控制***还包括围绕散热子***和吸热子***放置的护罩，该护罩将经调节的气流和排出(reject)气流彼此分开并引导每个气流。在一些实施方案中，护罩向上引导排出气流并向下引导经调节的气流，使得***可以水平安装在诸如天花板中。在一些实施方案中，在天花板上方存在排出空气可以积聚的未使用空间。
在一些实施方案中，风扇组件包括多个叶片。在一些实施方案中，风扇组件还包括壳体，其中热泵包括在壳体中。
在一些实施方案中，风扇组件是基于叶轮的风扇组件，其包括多个旋转盘，所述多个旋转盘作为叶***作，所述叶轮抽取空气、然后从多个旋转盘径向向外推动空气。在一些实施方案中，多个旋转盘的外边缘被构造成以向下的角度引导从多个旋转盘径向向外推动的空气。
在一些实施方案中，风扇组件是离心式风扇组件，其包括多个垂直叶轮、空气入口和空气出口。垂直叶轮可操作以围绕空气入口旋转而将空气抽取到空气入口中并将空气从空气出口吹出。
在一些实施方案中，热电热泵包括：环绕和间隔(SAS)结构，其包括限定第一敞开侧和第二敞开侧的壁；包封在SAS结构内的互连板，互连板包括从互连板的第一表面到互连板的第二表面的一个或多个开口，所述一个或多个开口限定多个热电模块将被安装在互连板上的位置；多个热电模块，所述多个热电模块在由一个或多个开口限定的位置处安装在互连板上，多个热电模块中的每个热电模块具有第一侧和第二侧。所述热泵还包括：热侧散热器，所述热侧散热器与多个热电模块中的每个热电模块的第一侧热接触；以及冷侧散热器，所述冷侧散热器与多个热电模块中的每个热电模块的第二侧热接触。其中热侧散热器的外周在第一敞开侧处机械地接触SAS结构的所述壁，并且冷侧散热器的外周在第二敞开侧处机械地接触SAS结构的所述壁，使得施加到热泵的压缩力由SAS结构吸收。
在一些实施方案中，热泵还包括环境密封件，所述环境密封件位于热侧散热器的外周机械地接触SAS结构的壁之处和冷侧散热器的外周机械地接触SAS结构的壁之处。
在一些实施方案中，SAS结构的壁的厚度使得热侧散热器与冷侧散热器之间的热短路减弱，同时提供足够的强度来经受施加到热泵的至少预定量的压缩力。
本领域技术人员在结合附图阅读以下优选实施方案的详细描述之后，将了解本公开的范围并且认识到本公开的另外方面。
附图说明
并入本说明书并形成其一部分的附图示出本公开的若干方面，并且连同描述内容一起用来解释本公开的原理。
图1A示出了根据本公开的一些实施方案的微气候控制***的前部，该微气候控制***包括风扇组件和与风扇组件集成的主动热泵***；
图1B示出了根据本公开的一些实施方案的图1A的微气候控制***的背面；
图2示出了根据本公开的一些实施方案的图1A和图1B的微气候控制***的热电***；
图3示出了根据本公开的一些实施方案的包括图2的热电***的图1A和图1B的微气候控制***的展开图。
具体实施方式
下文阐述的实施方案代表使得本领域技术人员能够实践所述实施方案的必要信息，并且示出实践所述实施方案的最佳模式。在根据附图来阅读以下描述之后，本领域技术人员将理解本公开的概念，并且将认识到本文中未具体提出的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用落入本公开和随附权利要求书的范围内。
应理解，虽然在本文中可能使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可命名为第二元件，且类似地，第二元件可命名为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。
诸如“在…下方”或“在…上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相关术语在本文中可用来描述一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系，如图中所示出。应理解，这些术语和上文所论述的那些术语意在涵盖装置的除图中所述的取向之外的不同取向。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而并不意在限制本公开。如本文所使用，除非上下文另外明确地指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述/该”意在同样包括复数形式。还应理解，当在本文中使用时，术语“包括”、“包含”、“涵盖”、和/或“含有”指明存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)都具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解相同的含义。还应理解，本文所使用的术语应解释为具有与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致的含义，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
本文提供了一种用于微气候控制的冷却风扇。在一些实施方案中，微气候控制***包括风扇组件和与风扇组件集成的热电***。当空气通过风扇组件时，热电***可操作以主动冷却或加热空气。热电***包括热电热泵、散热子***和吸热子***。风扇组件可操作以从待调节的空间抽取空气。风扇组件还可操作以将通过散热子***和吸热子***中的一个的经调节的空气输出到待调节的空间，并且将通过散热子***和吸热子***中的另一个的空气远离待调节的空间输出。以这种方式，可以利用保持小包络的***将经调节的空气提供到局部区域。微气候控制***可以提供局部舒适，同时允许更大的气候控制***维持更有效的温度设定点。以这种方式，可以降低总能量消耗，同时提供相同水平的有效舒适。
在一些实施方案中，该***可垂直安装在墙壁上以提供局部经调节的空气。通过改变护罩，***也可以水平地安装在天花板中。当天花板上方存在排出空气可以积聚的未使用空间时，这种设置将特别有用。在这些实施方案中，***可以向房间提供经调节的空气。
图1A和图1B示出了根据本公开的一些实施方案的包括热电***12和风扇组件14的风扇组件10的一个示例。在该示例中，热电***12是热电冷却***。当旋转时，风扇组件14通过中心端口将空气抽取到风扇组件10中，并将空气从排出端口和经调节的空气端口二者吹出，如图所示。流过中心端口并从排出端口流出的空气经过散热子***(参见图2的元件18)。流过中心端口并从排出端口流出的空气经过吸热子***(参见图2的元件20)，使得从经调节的空气端口吹出的空气被冷却。
图2更详细地示出了根据本公开的一些实施方案的热电***12。如图所示，热电***12包括热电热泵16、散热子***18和吸热子***20。热电热泵16通常包括一个或多个热电模块。热电热泵16的一个示例在名称为THERMOELECTRIC HEAT PUMP WITH A SURROUNDAND SPACER(SAS)STRUCTURE的美国专利号9,144,180 B2中描述，该专利于2015年9月22日公布，并且以引用的方式整体并入本文并且附于此处为附录A。注意，美国专利号9,144,180B2的热电热泵12仅是一个示例。可以使用任何热电热泵。
这种热泵的一个示例包括SAS结构。所述SAS结构包括限定第一敞开侧和第二敞开侧的壁。热泵还包括包封在SAS结构内的互连板。所述互连板包括从互连板的第一表面到互连板的第二表面的开口，其中所述开口限定热电模块(TEM)将被安装在互连板上的位置。TEM在由开口限定的位置处安装在互连板上。每个热电模块具有第一侧和第二侧。所述热泵另外包括：热侧散热器，所述热侧散热器与每个热电模块的第一侧热接触；以及冷侧散热器，所述冷侧散热器与每个热电模块的第二侧热接触。热侧散热器的外周在第一敞开侧处机械地接触SAS结构的壁，并且冷侧散热器的外周在第二敞开侧处机械地接触SAS结构的壁。由SAS结构吸收施加到热泵的压缩力，并且因此保护TEM免受压缩力。
热电***非常适合集成到风扇中以进行微气候控制。一些优点包括小尺寸规格和既能加热又能冷却的能力。在一些实施方案中，微气候控制***将具有用于热电***的热侧和冷侧的单独的热交换器。每个热交换器的气流将来自被调节的空间。***的输出将为经调节的空气被引导朝向所述空间，并且排出空气将被引导远离所述空间。
返回到图2，在该示例中，散热子***18包括经由多个热虹吸管26热耦合到翅片结构24的热交换器22。热虹吸管26包含冷却剂并在热电热泵16的热侧(经由热交换器22)和吹过翅片结构24的空气之间提供两相热交换。特别地，冷却剂在热交换器22中蒸发。蒸发的冷却剂经由浮力流过热虹吸管26。翅片结构24提供热虹吸管26中的蒸发冷却剂与空气之间的热交换，使得冷却剂冷凝并且空气被加热。加热的空气从风扇组件10的排出端口吹出(参见图1A)，并且冷凝的冷却剂经由重力返回到热交换器22，重力对冷却热电热泵16的第一侧并排出热量起作用。
在该示例中，吸热子***20包括热交换器28，热交换器28经由多个热虹吸管32热耦合到翅片结构30。热虹吸管32包含冷却剂并在热电热泵16的冷侧(经由热交换器28)和吹过翅片结构30的空气之间提供两相热交换。特别地，冷却剂在热交换器28中冷凝。冷凝的冷却剂经由重力流过热虹吸管32。翅片结构30提供热虹吸管32中的冷凝的冷却剂与空气之间的热交换，使得冷却剂蒸发并且空气被冷却。冷却的空气从风扇组件10的经调节的空气端口吹出(参见图1A)，并且蒸发的冷却剂经由浮力返回到热交换器28。
在一些实施方案中，微气候控制***包括一组径向热交换器。微气候控制***中心的离心式风扇将空气吸入热交换器。围绕热交换器放置护罩，该护罩将经调节的气流和排出气流彼此分开并引导每个气流。
图3是包括图2的热电***12的图1A和图1B的风扇组件10的展开图。如图所示，在该示例中，风扇组件10包括形成风扇组件10壳体的上壳体部分34、支架36和下壳体部分38。热电***12和风扇组件14固定在壳体内。在一些实施方案中，风扇组件14是基于叶轮的风扇组件，其包括多个旋转盘，所述多个旋转盘作为水平叶***作，所述水平叶轮将空气从被微气候控制***冷却或加热的占用空间抽取到旋转盘的中心区域、然后从旋转盘径向向外推动空气。当空气被抽取到旋转盘的中心区域时，主动热泵***可操作以冷却或加热空气。在一些实施方案中，旋转盘的外边缘被构造成引导从旋转盘径向向外推动的空气。
本领域技术人员将认识到本公开的优选实施方案的改进和修改。所有此类改进和修改都视为在本文所公开的概念和随附权利要求书的范围内。

Claims (16)

1.一种微气候控制***，其包括：
风扇组件；和
热电***，其与所述风扇组件集成并且可操作以在空气通过所述风扇组件时主动冷却或加热空气，所述热电***包括：
热电热泵；
散热子***；和
吸热子***；
其中所述风扇组件可操作以：
从待调节的空间抽取空气；
将通过所述散热子***和所述吸热子***中的一个的经调节的空气输出到所述待调节的空间；和
将通过所述散热子***和所述吸热子***中的另一个的空气远离所述待调节的空间输出。
2.如权利要求1所述的微气候控制***，其中：
所述散热子***和所述吸热子***中的至少一个包括径向热交换器。
3.如权利要求2所述的微气候控制***，其中：
所述散热子***包括所述径向热交换器；且
所述吸热子***包括所述径向热交换器。
4.如权利要求1所述的微气候控制***，其中：
所述热电***可操作以冷却所述待调节的空间；
所述风扇组件可操作以将通过所述吸热子***的所述经调节的空气输出到所述待调节的空间；且
所述风扇组件可操作以将通过所述散热子***的空气远离所述待调节的空间输出。
5.如权利要求1所述的微气候控制***，其中：
所述热电***可操作以加热所述待调节的空间；
所述风扇组件可操作以将通过所述散热子***的所述经调节的空气输出到所述待调节的空间；且
所述风扇组件可操作以将通过所述吸热子***的空气远离所述待调节的空间输出。
6.如权利要求1所述的微气候控制***，其还包括围绕所述散热子***和所述吸热子***放置的护罩，所述护罩将所述经调节的气流和排出气流彼此分开并引导每个气流。
7.根据权利要求6所述的微气候控制***，其中所述护罩向上引导所述排出气流并向下引导所述经调节的气流，使得所述***可水平安装在诸如在天花板中。
8.如权利要求7所述的微气候控制***，其中在所述天花板上方存在所述排出空气可以积聚的未使用空间。
9.如权利要求1所述的微气候控制***，其中所述风扇组件包括多个叶片。
10.如权利要求9所述的微气候控制***，其中所述风扇组件还包括壳体，其中所述热泵包括在所述壳体中。
11.如权利要求1所述的微气候控制***，其中：
所述风扇组件是基于叶轮的风扇组件，其包括多个旋转盘，所述多个旋转盘作为叶***作，所述叶轮抽取空气、然后从所述多个旋转盘径向向外推动空气。
12.如权利要求11所述的微气候控制***，其中所述多个旋转盘的外边缘被构造成以向下的角度引导从所述多个旋转盘径向向外推动的所述空气。
13.如权利要求1所述的微气候控制***，其中：
所述风扇组件是离心式风扇组件，其包括多个垂直叶轮、空气入口和空气出口，所述多个垂直叶轮可操作以围绕所述空气入口旋转而将空气抽取到所述空气入口中并将所述空气从所述空气出口吹出。
14.如权利要求1所述的微气候控制***，其中所述热电热泵包括：
环绕和间隔(SAS)结构，其包括限定第一敞开侧和第二敞开侧的壁；
包封在所述SAS结构内的互连板，所述互连板包括从所述互连板的第一表面到所述互连板的第二表面的一个或多个开口，所述一个或多个开口限定多个热电模块将被安装在所述互连板上的位置；
多个热电模块，其在由所述一个或多个开口限定的所述位置处安装在所述互连板上，所述多个热电模块中的每个热电模块具有第一侧和第二侧；
热侧散热器，其与所述多个热电模块中的每一个热电模块的所述第一侧热接触；以及
冷侧散热器，其与所述多个热电模块中的每一个热电模块的所述第二侧热接触；
其中所述热侧散热器的外周在所述第一敞开侧处机械地接触所述SAS结构的所述壁，并且所述冷侧散热器的外周在所述第二敞开侧处机械地接触所述SAS结构的所述壁，使得施加到所述热泵的压缩力由所述SAS结构吸收。
15.如权利要求14所述的微气候控制***，其中所述热电热泵还包括环境密封件，所述环境密封件位于所述热侧散热器的所述外周机械地接触所述SAS结构的所述壁之处和所述冷侧散热器的所述外周机械地接触所述SAS结构的所述壁之处。
16.如权利要求14所述的微气候控制***，其中所述SAS结构的所述壁的厚度使得所述热侧散热器与所述冷侧散热器之间的热短路减弱，同时提供足够的强度来经受施加到所述热泵的至少预定量的压缩力。
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