專利名稱：局部化的個人空氣調(diào)節(jié)的制作方法
局部化的個人空氣調(diào)節(jié)本發(fā)明涉及對局部化的個人空氣調(diào)節(jié)的改進。本申請與臨時申請2010903591相關(guān)，該申請的全部內(nèi)容以參見的方式納入本文。傳統(tǒng)的空調(diào)裝置大多通過將冷空氣注入期望冷卻的封閉空間內(nèi)來工作?？諝庖栽斐煽諝庠诳臻g內(nèi)混合的方式而注入，以在封閉空間內(nèi)的任何位置處實現(xiàn)相對均勻的溫度和感受到的舒適度。通常，空氣通過空調(diào)內(nèi)的風(fēng)扇經(jīng)由一個或多個通風(fēng)口、以相對較高的速度被注入，以形成在整個封閉空間內(nèi)的混合。在置換式空調(diào)系統(tǒng)中，在空間的底部處注入空氣，以僅在由人所占的空間的下部形成冷空氣層?？照{(diào)通過使空氣經(jīng)過包含冷流體的換熱器或由諸如珀耳帖(或熱電)效應(yīng)之類的其它一些機制冷卻的換熱器來從空氣中散熱。冷卻空間內(nèi)的空氣從冷卻空間內(nèi)的墻壁、地板、人員和其它物體吸收熱量。通常但并不總是，冷卻空間內(nèi)的空氣通過空調(diào)再循環(huán)，以減小維持冷卻所需的能量。在蒸發(fā)器處從冷卻空間的空氣吸收的熱量(包括通過使水汽凝結(jié)成液態(tài)水獲得的潛熱)在加熱外部空氣的冷凝器處再次出現(xiàn)。用于壓縮制冷氣體的能量也在冷凝器處出現(xiàn)。因此，在冷凝器處傳遞到外部熱空氣的熱量比在蒸發(fā)器處從冷卻的空間吸收的熱量大出一定量，該量等于供給到壓縮機和風(fēng)扇的電能(除了通過其它方式由系統(tǒng)損失的相對較小的熱量之外)。空調(diào)性能的系數(shù)是從冷卻的空間吸收熱量(包括通過由水汽冷凝成液態(tài)水而獲得的潛熱)的速率除以供給到壓縮機的電能?；旧?，空調(diào)作為熱泵運行，從而從冷卻空間內(nèi)部的空氣散熱，并將該熱量連同用于壓縮制冷氣體的能量傳遞到冷卻空間外的較熱空氣。除了使壓縮機運行所需的功率，需要較小的附加量的功率來使風(fēng)扇運行，以使內(nèi)部和外部空氣運動。便攜式空調(diào)可由與已知的家用空調(diào)相似的空調(diào)來構(gòu)成?？照{(diào)通常放置在需冷卻的房間內(nèi)，因此需要相對較大直徑的空氣管以確保來自冷凝器的熱空氣通過窗排出。在某些情況下，第二空氣管將來自窗的空氣運送到冷凝器循環(huán)風(fēng)扇，以泵送通過冷凝器。冷卻空氣與室內(nèi)空氣混合，或者在下面討論的某些本發(fā)明的情況下，將冷卻空氣引導(dǎo)到室內(nèi)的局部部分。用于這些傳統(tǒng)空氣調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的相當(dāng)一部分能量造成僅冷卻建筑結(jié)構(gòu)和冷卻空間內(nèi)的物體，并散去通過房頂或天花板、墻壁、地板并特別是通過諸如窗和門之類的敞開或被覆蓋的開口進入的熱量。這種能量需求可通過提供附加的隔熱裝置或通過遮蔽房頂、墻壁、窗和門來減少。然而，這些措施并不總是可行，特別是在并未考慮到能效所設(shè)計的舊建筑的情況下。通過使空調(diào)的作用局部化到冷卻空間的一小部分、通常是遠離門、窗和墻壁，可以節(jié)省非常大的能量。人們經(jīng)常在室內(nèi)的某個位置花較長時間(諸如睡在床上)，并且僅需要保持人的上身和臉部冷卻以感覺到非常舒適。在Karl Hoffman 的 2000 年 12 月 26 日的美國專利 6，425，255 (2002 年 6 月 30日授權(quán))中已描述這個原理。在AsirIyaduraiJebaraj的2002年I月2日的美國專利2002/0121101 (2002年9月5日公開)中描述了進一步的改良。該專利還涉及中國專利CN2259099 (San Jianhua 等人)和 CNl 163735 (Tan Mingsen 等人)，這些專利描述了經(jīng)空氣調(diào)節(jié)的蚊帳，空氣在該蚊帳內(nèi)調(diào)節(jié)并被供給到封閉件，且全部的空氣被排出到封閉件外。中國專利CN1061140 (He BaoAn等人)描述了一種具有多個可膨脹氣穴壁的隔熱蚊帳。中國的改進還包括用于禮堂中座位的局部化的空氣調(diào)節(jié)。C.F. Kettering 等人的 1933 年 8 月 30 日的美國專利 2，159，741 (1939 年 5 月 23日公開)先于這些專利，該專利描述了一種床周圍的織物壁結(jié)構(gòu)和將空氣饋送到床上方的由壁圍成的封閉空間內(nèi)的小型空調(diào)單元。該發(fā)明利用了置換式空氣調(diào)節(jié)原理，其中，已知的是冷卻空氣的密度高于熱空氣，并由此留在位于床上方的帶壁封閉件內(nèi)。通過使用蚊帳、甚至借助相對細密的編織物來試圖使空氣調(diào)節(jié)局部化是低效的。CN2803143Y意識到了這個難點，其使蚊帳借助內(nèi)簾被細分成僅讓睡覺者的頭部位于經(jīng)空氣調(diào)節(jié)的部分內(nèi)。封閉件內(nèi)的較冷空氣和外側(cè)的較熱空氣之間的微小密度差足以提供使冷空氣通過蚊帳快速散布到室內(nèi)的壓差。這就是為什么許多專利公開了不透氣屏障的原因。然而，這些對于需要使用封閉件的人來說不具有吸引力。從以上明顯的是，需要一種局部化的個人空調(diào)系統(tǒng)，其中，經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣可用于更有效地冷卻位于睡眠空間內(nèi)的人。采用電池儲備裝置的不間斷電源(UPS)在受經(jīng)常性電力供給中斷影響的區(qū)域內(nèi)變得流行，因為它們安靜且不排出任何廢氣。常見的UPS可供電幾個小時以使小功率熒光燈、通訊設(shè)備和風(fēng)扇運行。常見的家用UPS單元可供給1000到2500瓦之間的功率。在許多市場中，大功率UPS單元的價格是最小型空調(diào)的價格的高達3倍，并且通常，需要每12個月左右更換電池。吸引人的替代選擇是通過類似于UPS單元中所用的逆變器來從光伏太陽能電池陣列供電。然而，常見的UPS逆變器不能容易地提供用于空氣調(diào)節(jié)的功率。原因在于使壓縮機運行(如在制冷空調(diào)中所用的那樣)所需的電動機在其從靜止?fàn)顟B(tài)開始運行時在通常為50到100毫秒的短時間內(nèi)提取正常供電電流的十倍的電流。盡管UPS單元能在短時間內(nèi)供給較大的電流而不過載，但UPS單元的功率定額需要比電動機定額大出約3倍才能使電動機可靠地起動。因此，即使是定額在600瓦的最小型空調(diào)，也需要具有超過2000瓦容量的UPS單元來使其運行。在此，應(yīng)注意到制造商所說的空調(diào)中的一些以相對較小的功率定額運行，例如450瓦，實際上在一定條件下(包括最初起動時)需要達到兩倍或兩倍半的功率。因此，它們通常不能由UPS系統(tǒng)來運行，而是需要能供給所需功率的發(fā)電機。更多的人通過使用空氣調(diào)節(jié)將能獲得舒適感和更好的睡眠，如果他可減小空調(diào)壓縮機所需的電功率的話。這可通過大幅減小由空調(diào)所需的冷卻容量來實現(xiàn)。一種方法是使空調(diào)的作用局部化，以使得僅頭部和上身周圍的空氣被冷卻。本發(fā)明提供一種睡眠空間的空調(diào)，該空調(diào)包括用于產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流的安靜的小功率裝置和限定睡眠空間的裝置，經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣適于以使睡眠空間內(nèi)的人和經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣之間的接觸最大化的方式從睡眠空間的一端或一側(cè)遞送到睡眠空間內(nèi)，限定睡眠空間的裝置包括上方透氣部分和下方相對不透氣部分，下方相對不透氣部分適于圍繞睡眠空間內(nèi)的床，并構(gòu)造成使經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣從睡眠空間經(jīng)透氣部分或其它泄漏路徑的通過減到最少，不透氣部分在床的與所述一端或一側(cè)相對的相對端或相對側(cè)處延伸到床的睡眠表面上方的一定高度，當(dāng)空氣向睡眠空間的相對端或相對側(cè)運動或從該相對端或相對側(cè)返回時，該高度足以包含經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣，不透氣部分在相對端或相對側(cè)處延伸到睡眠表面上方一足夠增大的高度，以允許氣流的方向朝向所述一端或一側(cè)反向，而不會明顯損失通過透氣部分的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣。換言之，設(shè)置小型空調(diào)單元以使位于織物封閉件內(nèi)的床上方的空氣冷卻，該織物封閉件設(shè)計成有效地保持床上方的冷卻空氣，并以約600瓦的冷卻功率來提供用于兩人的舒適睡眠環(huán)境，該冷卻功率需要約270瓦的電功率，較好地在典型的1000瓦UPS單元的容量內(nèi)?？椢锓忾]件以足夠的冷空氣深度來保持床上方的冷空氣，以能進行有效循環(huán)并還能防止昆蟲到達睡覺者。較佳地,經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流產(chǎn)生裝置包括具有氣流整流器(straightener)的噴嘴,該氣流整流器將睡眠空間內(nèi)的人的裸露皮膚上的氣流速度保持在至少每秒O. 4米，由此減少來自噴嘴的氣流與周圍空氣混合的趨勢，因而，在離噴嘴的較大距離處保持較高的氣流速度。較佳地，經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流產(chǎn)生裝置包括返回空氣進口，該返回空氣進口具有用作空氣過濾器的足夠面積的透氣材料，透氣材料將進氣速度保持在低到足以防止經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣上方的熱空氣進入所述進氣口。在較佳實施例中，空調(diào)具有蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器用作具有噴氣(air projector)噴嘴的氣流整流器。在較佳實施例中，限定睡眠空間的空調(diào)包括織物封閉件，該織物封閉件包括所述不透氣和透氣部分。現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的實施例。

圖1是實施本發(fā)明的系統(tǒng)的示意側(cè)視圖；圖2和3是在空氣進入左端的情況下的氣流的簡化示意圖；圖4是合適的噴氣噴嘴的示意側(cè)視圖；以及圖5示意地示出進氣結(jié)構(gòu)的作用、簡單的進氣口、織物空氣過濾器和進口擴散器。所述實施例中的空調(diào)(I)的出口如圖1中所示將冷卻氣流引導(dǎo)到床上方?？諝鈴姆忾]空間返回到冷卻器，并通過進氣口進入單元的頂部。用于使冷凝器冷卻的空氣在地板水平處從封閉件外的室內(nèi)空氣獲取，并在單元的背部、也在地板水平(11)附近排出。房間窗戶通常應(yīng)敞開，從而允許熱空氣從空氣冷卻器逸出。這克服了常見室內(nèi)空調(diào)的顯著缺點。當(dāng)采用室內(nèi)空調(diào)時，窗必須關(guān)上。許多人不喜歡這樣，他們更喜歡來自外部的新鮮空氣。該發(fā)明允許房間窗戶保持打開。即便窗戶關(guān)閉，由從空調(diào)單元釋放的相對較小的熱量引起的、對房間的加熱也最?。会尫诺椒块g的凈熱量僅僅是壓縮機和風(fēng)扇的功率消耗。使空氣調(diào)節(jié)局部化的手段有效地允許該實施例用于戶外，這與常見的空調(diào)不同。當(dāng)把單元頂部處的鉸接蓋子放下時，所有進氣口和出氣口均不可見，并保護進氣口和出氣口免受灰塵積聚的影響。因此，空調(diào)單元在不使用時與普通臥室家具類似。參照圖1，織物封閉件由兩個部分構(gòu)成。上部(2)由適于作為防蟲網(wǎng)的織物構(gòu)成，空氣可非常容易地穿過該織物。下部(3)由相對不透氣的織物構(gòu)成，該織物也具有較大的單位面積重量?？椢锏南虏渴估淇諝獗３衷诖采戏?。在圖1中所示的結(jié)構(gòu)中，空氣冷卻器單元(I)位于床的腳端，以保持噪聲源盡可能遠離睡覺者的耳朵。床的頭端處的床墊上的不透氣織物的高度hi需要為至少約1000毫米。在床的腳端處，高度h2需要為至少600毫米。由于來自冷卻器單元的氣流減慢，所以需要頭端處的附加高度，從而如由伯努利法則預(yù)計的那樣增加冷空氣的靜壓力。如果沒有該附加高度，冷空氣將溢過不透氣織物的壁，從而造成對于外部較熱的室內(nèi)空氣的不期望損失。不透氣織物的底部就掛在地板水平上方。冷空氣射流以每秒約2.4米(米/秒)從空氣冷卻器出口 90排出。出口流量通常為約每秒30-40升(升/秒)，且溫度在約12°到18°之間。通過利用描述不可壓縮流體流的著名的伯努利方程，顯示冷空氣射流的靜壓力低于周圍空氣。由此，如圖2中所示，周圍的較熱空氣W傾向于與快速運動的冷空氣C混合。在此混合過程中必須保持動量，因此，盡管平均速度由于混合而隨著離出口 90的距離而減小，但運動的射流中的空氣總質(zhì)量增大，該空氣總質(zhì)量是來自射流的冷空氣和已與冷空氣混合并且至此隨著較冷空氣運動的外圍空氣的一部分的組合。我們可以通過觀察到速度現(xiàn)在為約0.4米/秒來估計在此位置的空氣流量?？偪諝饬髁?冷空氣加上與冷空氣混合的較熱空氣)現(xiàn)在為約180-200升/秒。測量顯示該空氣混合物通常比室內(nèi)的環(huán)境空氣冷5°到7°之間。由于該空氣比環(huán)境室內(nèi)空氣密度高，它使較熱空氣向上位移，如圖2中所示。冷空氣到達封閉件的端部，并必須停止水平運動。密度較高的冷空氣的深度在此較大?？捎苫驹碛嬎愠錾疃炔?伯努利用于其描述不可壓縮流體流的著名方程的相同原理。用基本原理工作的原因是傳統(tǒng)的流體機械教科書提供描述通道內(nèi)水(或類似流體)流的方程，而忽略上方空氣的密度。這是合理的，因為空氣的密度通常比水小800倍左右。然而，在冷空氣位于封閉件內(nèi)的情況下，上方熱空氣的密度僅略小于底部的較冷空氣的密度。此外，測量顯示冷空氣和較熱空氣之間沒有清晰的邊界。相反，有在約0.2-0.4米的距離上、從較熱空氣到較冷空氣的逐步過渡。然而，我們可通過假定存在明顯可測量邊界來簡化計算，并仍能獲得具有足夠精度的結(jié)果?？拷^端的較小單位體積的空氣具有由冷空氣的較大深度表示的勢能(具有較高的密度)。在遠離頭端處，冷空氣的深度較小，且這種深度差造成兩個作用。首先，頭端處的空氣需要再循環(huán)回到床的腳端。其次，在睡客的頭部和肩部上方流動的冷空氣減慢并開始向上運動。我們通過將運動的空氣的動能等于由冷空氣的不同深度表示的勢能差來處理這種現(xiàn)象，如圖3中所示。小體積運動空氣的dv具有質(zhì)量P idv，其中，P i是封閉件內(nèi)的冷空氣密度。該小體積空氣的動能因此是0.5 P idvu2，其中，u是通常沿水平方向的速度。由頭端處的冷空氣的增大深度表示的勢能也容易計算出。對于頭端附近的靜止的小體積，勢能是(P a)dvgQi1- h2)。在此，采用冷空氣(P J和環(huán)境空氣(P a)之間的密度差，因為正是該密度差形成影響空氣速度的小的壓力差?？梢詫Υ私蓚€方程:0.5 PiClvu2= (P1-Pa)Clv g - h2)(方程 I)
注意到dv在等式兩側(cè)出現(xiàn)，我們可消掉該項。由此，我們可以重新整理該方程并由以下計算u:
u=(2(P「P JgCh1 - h2)/p i)0.5 (方程 2)代入上述值，我們獲得下面計算出的結(jié)果:
權(quán)利要求
1.一種睡眠空間的空調(diào)，所述空調(diào)包括用于產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流的安靜的小功率裝置和限定睡眠空間的裝置，經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣適于以使所述睡眠空間內(nèi)的人和經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣之間的接觸最大化的方式從所述睡眠空間的一端或一側(cè)遞送到所述睡眠空間內(nèi)，所述限定睡眠空間的裝置包括上方透氣部分和下方相對不透氣部分，所述下方相對不透氣部分適于圍繞所述睡眠空間內(nèi)的床，并構(gòu)造成使經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣從所述睡眠空間經(jīng)透氣部分或其它泄漏路徑的通過減到最少，所述不透氣部分在所述床的與所述一端或一側(cè)相對的相對端或相對側(cè)處延伸到所述床的睡眠表面上方的一定高度，當(dāng)空氣向所述睡眠空間的所述相對端或相對側(cè)運動或從所述相對端或相對側(cè)返回時，所述高度足以包含經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣，所述不透氣部分在所述相對端或相對側(cè)處延伸到睡眠表面上方足夠增大的高度，以允許氣流的方向朝所述一端或一側(cè)反向，而不會明顯損失通過透過部分的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的空調(diào)，其特征在于，經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流產(chǎn)生裝置包括具有氣流整流器的噴嘴，所述氣流整流器保持所述睡眠空間內(nèi)的人的裸露皮膚上的氣流速度，以足夠獲得附加的感受到的舒適，由此減少來自所述噴嘴的氣流與周圍空氣混合的趨勢，因而，在離所述噴嘴的較大距離處保持較高的氣流速度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的空調(diào)，其特征在于，所述經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流產(chǎn)生裝置包括返回空氣進口，所述返回空氣進口具有用作空氣過濾器的足夠面積的透氣材料，所述透氣材料保持進氣速度低到足以防止經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣上方的熱空氣進入所述進氣口。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的空調(diào)，其特征在于，所述空調(diào)具有蒸發(fā)器式換熱器，所述蒸發(fā)器式換熱器用作具有噴氣噴嘴的氣流整流器。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的空調(diào)，其特征在于，所述限定睡眠空間的裝置至少部分地包括織物封閉件，所述織物封閉件包括不透氣部分和透氣部分。
6.如權(quán)利要求5所述的空調(diào)，其特征在于，所述織物封閉件設(shè)置成以相對于垂向成角度懸掛，因而，織物抵靠床的側(cè)面和端部懸掛，以使在織物和床墊的邊緣之間從封閉件泄漏的冷空氣最少。
7.如權(quán)利要求5或6所述的空調(diào)，其特征在于，通過使用包含到織物內(nèi)的磁性材料或能使織物暫時固定到床墊或床的側(cè)面的其它裝置來減少織物和床墊的邊緣之間的經(jīng)調(diào)節(jié)空氣的泄漏。
8.如任一前述權(quán)利要求所述的空調(diào)，其特征在于，用于產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的氣流的裝置的電功率和起動電涌充分小，因而，它能采用后備電池電源、太陽能光伏板、風(fēng)力發(fā)電機或類似的電源來運行。
9.一種基本上參照附圖如所述的睡眠空間空調(diào)。
全文摘要
一種睡眠空間的空調(diào)，包括安靜的小功率空調(diào)(1)和睡眠空間，經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣被遞送到該睡眠空間內(nèi)，該睡眠空間包括上方透氣部分(2)和圍繞睡眠空間內(nèi)的床的下方相對不透氣部分(3)，不透氣部分(3)延伸到床的睡眠表面上方的高度，當(dāng)空氣向睡眠空間的相對端或相對側(cè)運動或從相對端或相對側(cè)返回時，該高度足以包含經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣，不透氣部分(3)在該相對端或相對側(cè)處延伸到睡眠表面上方足夠增大的高度，以允許氣流的方向朝向所述一端或一側(cè)反向，而不會明顯損失通過透氣部分(2)的經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣。
文檔編號A47C21/04GK103080657SQ201180038849
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者J·特雷費爾彥 申請人:親舒控股有限公司