CN108224617A - 一种带有离子净化装置的散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有离子净化装置的散热系统，所述散热系统包括辐射板、传热管、翅片和至少一个离子净化单元，所述离子净化单元内设置电离极、收集极和排斥极。系统由辐射板、传热管和翅片对室内环境进行加热或冷却，以调节室温；由离子净化单元对流过系统的空气进行离子净化除尘。本发明实现了对室内空气进行温度调节和空气净化功能的有机结合；此外，离子净化单元内产生的离子风还能促进加热冷却中的自然对流，提高传热效率。

Description

一种带有离子净化装置的散热系统

技术领域

本发明涉及暖通空调和等离子体领域，尤其涉及一种带有离子净化装置的散热系统。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对于室内(还包括运输工具内，如汽车、火车、飞机等)的环境提出了更高的要求，既要具有合适的温度、也要求具有舒适的空气湿度，同时还必须保证空气的清洁程度，降低空气内细菌、病毒、可吸入颗粒物(如PM10、PM2.5)数量或浓度。另外，空气温度的调节速度(降温速度、升温速度)和方式(自然对流、强制对流或者辐射传热)、空气流动的速度等因素，也能很大程度上影响人体舒适度。

发明专利“一种紧凑式散热片系统”(申请号：201711207284.1)提出了一种外表面覆盖多孔介质的散热片系统设计方案，解决了散热片制冷时的冷凝水问题，使得系统能够以自然对流和辐射换热方式调节室内温度，这样散热片系统舒适度较高，而且冬夏都能使用。

发明专利“一种气体净化装置及系统”(申请号201210586328.7)及US 7077890B2分别采用排斥极或绝缘驱动极(insulated driver electrode)方案,推动带电气体颗粒向收集极移动，提高了净化装置的净化效率。

利用同一套系统设备，以自然对流和辐射换热方式调节室内温度，同时又能通过等离子体技术对空气进行净化，可以有效的提高系统的集成度，节约设备的占地空间。

发明内容

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种带有离子净化装置的散热系统，利用辐射板和散热翅片对空间环境进行制冷制热以调节温度，并在翅片内设置离子净化装置，对空气进行除尘净化。离子净化装置的离子风还能促进自然对流，提高传热效率。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种带有离子净化装置的散热系统，包括辐射板、传热管、翅片，所述辐射板由多孔介质材料加工而成，多孔介质材料内存在大量的孔隙，能够吸附制冷时的冷凝水；所述传热管的整体或者主体部分设置在辐射板内；所述翅片的一端至少与所述传热管和所述辐射板中的一个接触，其特征在于：还包括至少一个离子净化单元，所述离子净化单元包括至少一个电离极和至少一个收集极。电离极对附近的空气进行电离形成带电粒子，带电粒子在电离极和收集极之间电场的驱动下向收集极运动，与空气中的灰尘和病菌碰撞后，使得灰尘和病毒荷电，由电场驱动运动并最终被收集极捕获。

进一步地，所述收集极带有零电势或带有与所述电离极所带电势正负极性相反的电势。收集极和电离极之间形成电场。

进一步地，所述离子净化单元还包括至少一个排斥极，所述排斥极带有与所述电离极正负极性相同电势，或所述排斥极带有与所述收集极正负极性相同但电势大小不同的电势。排斥极用于将带电粒子推向收集极，提高净化效率。

进一步地，所述翅片设置为分段翅片，所述电离极、所述收集极和所述排斥极设置在所述翅片上。

进一步地，所述多孔介质材料包括金属泡沫、金属纤维、烧结砖、青砖、模铸砂型、多孔陶瓷、活性炭、水泥、氧化锆陶瓷、硅化物中的一种或多种。

进一步地，至少一个所述电离极和至少一个所述收集极串联设置。多个电离极、收集极或者排斥极进行组合，进行逐级电离或逐级收集带电粒子，并根据自然对流的流动方向调整离子风方向，利用协同效应强化传热、提高净化效率。

进一步地，所述离子净化单元设置有电势管理器，所述电势管理器对所述离子净化单元内所有电极的正负极性和电势大小进行控制管理。

进一步地，所述散热系统还包括有磁体。磁体产生磁场，使得带电离子在磁场作用下延长在电场内的运动轨迹，有利于带电粒子被收集极捕获。

进一步地，所述电离极表面涂有低逸出功涂层或氧化催化剂涂层，以降低臭氧，优选为Au。

进一步地，所述翅片、所述排斥极和所述收集极表面涂覆臭氧催化剂涂层，对电离产生的臭氧进行催化，优选为二氧化锰。

本发明具有如下有益效果：辐射板和散热翅片通过自然对流和辐射换热对环境温度进行调节，同时利用离子净化装置对空气进行除尘净化；离子净化装置产生的离子风还能促进自然对流，提高传热效率。

附图说明

图1是本发明的散热系统安装示意图；

图2(a)是本发明的散热系统结构示意图；

图2(b)是本发明的散热系统结构横向截面图；

图2(c)是本发明的散热系统结构纵向截面图；

图3是翅片内设置离子净化单元示意图；

图4(a)是离子净化单元设置排斥极且电离极位于下部示意图；

图4(b)是离子净化单元设置排斥极且电离极位于上部示意图；

图5是排斥极、收集极设置在翅片上示意图；

图6是电离极设置在翅片上示意图；

图7(a)是一个离子净化单元包含有一套电离极和两套收集极的示意图；

图7(b)是一个离子净化单元包含有一套翅片电离极和两套翅片收集极的示意图；

图8(a)是串联设置多个离子净化单元的示意图；

图8(b)是串联离子净化单元设置电势管理器示意图；

图9是散热系统外设置磁体的示意图；

图10是翅片上设置催化区的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

附图1所示为本发明的一种带有离子净化装置的散热系统安装示意图。如图所示，本发明的散热系统与常规暖气片安装形式类似。散热系统沿重力方向竖向设置，通过支架固定在室内墙壁上。整体上，本发明的散热系统包括辐射板13和多个翅片11。所述翅片11设置在壁面和所述辐射板13之间。翅片11的一端与辐射板13紧密接触，或者插入辐射板13内部；翅片11的主体与环境空气接触。翅片11与墙壁间留有一定间隙，或与墙壁直接接触。所述辐射板13的一侧与翅片11接触，另一面直接面对室内的环境空间，通过自然对流和辐射传热与环境空间交换冷热能量。

如图2(a)-(b)所示，本发明的散热系统还包括传热管12。所述传热管12与所述辐射板13接触，传热管12可以设置在所述辐射板13内部，除预留的进出口外，辐射板13将传热管12整体封包起来。如图2(b)所示，翅片11的一端插入辐射板13内，另外一端从辐射板13延伸出来与环境空气接触，对空气进行加热或冷却。在辐射板13内，所述传热管12穿过翅片11的一端，并通过胀管工艺或者焊接工艺与翅片11紧密接触，以减少接触热阻，优选为焊接接触。

所述传热管12与外部的冷源或热源连接，将冷热流体工质导入散热系统内，然后通过导热将冷热能量传递给辐射板13，并进一步通过辐射板13外侧131的表面以辐射和自然对流将冷热能量传递给室内环境。在制冷工况下，当室内空气湿度高于辐射板13外侧131表面温度对应的饱和湿度时，空气中的水蒸汽就会在辐射板13外侧131表面冷凝析出，并被辐射板13的多孔介质吸收。在辐射板13的内侧132一边，冷热能量由传热管12传入翅片11，并进一步传递给翅片11附近的空气，空气被冷却或加热后，密度随之变化，在密度差的驱动下形成自然对流。空气在翅片11之间沿翅片11向上(在制热工况下)或向下(在制冷工况下)流动，从散热系统上下端流出系统，并进一步驱动室内空气循环流动。

所述辐射板13由多孔介质材料制成，所述多孔介质材料应选择具有一定吸湿能力且传热性能良好的多孔介质材料。辐射板13用多孔介质材料包括但不限于烧结砖、青砖、模铸砂型、多孔陶瓷、玻璃纤维、活性炭、水泥、氧化锆陶瓷、硅化物类等中的一种或多种，以及其他具有上述多孔介质性能的新型材料。优选为硅化合物，如活性白土、二氧化硅、沸石、多孔质玻璃、磷灰石、硅藻土、高岭石、海泡石、水铝英石、伊毛缟石、二氧化硅-氧化锆、二氧化硅-氧化铝复合氧化物、二氧化硅-二氧化钛复合氧化物、二氧化硅-氧化铝复合氧化物、二氧化硅-二氧化钛复合氧化物、二氧化硅-氧化钡、二氧化硅-氧化锆、二氧化硅-氧化镁、二氧化硅-氧化镧、二氧化硅-氧化锶等复合金属氧化物等。其中作为硅化合物优选二氧化硅、海泡石、沸石等，也可以采用上述材料的一种或多种的组合。多孔介质内还可以混入金属粉末，如金、银、铜、铝、铁或者合金，以进一步提高换热效率或者防腐。

如图3所示，在相邻翅片11之间设置离子净化单元10。每个离子净化单元包括至少一个电离极20和至少一个收集极21。所述电离极20与所述收集极21沿竖直方向并列设置，电离极20设置在收集极21的一侧。所述电离极20和所述收集极21分别接上具有一定大小和极性的电势，分别对应于电离极电势和收集极电势。所述收集极21带有与所述电离极20正负极性相反的电势，或者所述收集极21接地而具有零电势。对电离极20施加高电势后，在电离极20和收集极21之间就会形成电场，翅片11之间的空气经过所述电离极20，被电离极20附近的强电场电离，当电场强度高于起晕电势时，电晕放电开始，并形成“电子雪崩”。电离形成的正离子、负离子和电子在电离极20和收集极21之间电场的驱动下，分别向电离极20和收集极21移动，形成所谓的“离子风”，并将沿途碰撞后带电的颗粒物如灰尘、病毒和细菌等带动一起运动，并被收集极21收集，从而对空气进行净化，即所谓的电离净化。

所述电离极20的曲率半径越小越有利于电离极上生成并释放电子，并引起电离极附件气体分子的电离。常见的电离极20包括细线型、锯齿型、针型。电离极20电离极可以由钨、碳钨、氮钨、钼、不锈钢、镍金属及镍金属合金、热电偶金属及热电偶合金、稀有金属及稀有金属合金、难熔金属及难熔金属合金中的一种或几种制成。为了降低起晕电势，可以在金属电离极20的表面涂有氧化催化剂涂层或表面溢出能低的材质，以降低电离极在高压作用下产生等离子体同时的副产物，如臭氧。例如，可以在金属细丝做成的电离极的表面涂有低表面溢出能涂层，比如金Au，以使得电离极电离的离子的电荷密度更高，提高了电离极的电离效率。还可以在金属电离极表面涂覆氧化催化剂涂层，例如二氧化锰、银等，减少因电离极电离而生成的臭氧。

如图4所示，在离子净化单元10内的收集极21侧设置至少一个排斥极22，所述排斥极22与收集极21平行。所述排斥极22上外接排斥极电势，所述排斥极22上电势可以与电离极电势极性相同，也可以与电离极电势极性相反，但是排斥极22上电势大小与收集极21上电势大小不同。所述排斥极22用于将所述电离极20电离后的带电粒子推向所述收集极21，以提高净化效率。

优选的，所述电离极20设置正电势、所述收集极21设置负电势或零电势、所述排斥极22设置正电势，此时的优点是气体电离产生的臭氧和氮氧化物的量比较低。可选的，所述电离极20设置负电势、所述收集极21设置正电势或零电势、所述排斥极22设置负电势，此时的优点是电离稳定性较强，可以得到较高操作电势和电流电离极。

所述收集极21和所述排斥极22的具体结构和组成均不加以限定，可选的，所述收集极21和所述排斥极22可以采用平板、柱体、圆筒体等形式。此外，还可以在所述收集极21和所述排斥极22面对所述电离极20侧设置圆弧形突起，以利于灰尘的收集和清洗，也能够增加气体和带电粒子的扰动，提高换热效率并有利于带电粒子的收集。所述收集极21和所述排斥极22表面光滑，没有尖锐的突起，以防止形成电弧，并不利于灰尘的清理。

在竖直方向的位置上，所述排斥极22与所述收集极21的高度位置一致，优选的，排斥极22在竖直方向上不超出收集极21，以利用排斥极22将带电粒子推向收集极21。电离极20与收集极21和排斥极22的竖直方向位置没有进行限制。可选的，如图3和图4(a)所示，电离极20位于收集极21和排斥极22下方，也可以如图4(b)所示，电离极20位于收集极21和排斥极22上方。这里所述上方和下方是指竖直方向上位置的相对高低。

如上所述，翅片11对附近的空气进行加热和冷却，空气的密度随之改变，在密度差的驱动下，翅片11之间的空气向上或向下流动，形成自然对流。具体而言，在制热工况下，翅片11附近空气被加热，密度降低，热空气向上流动；在制冷工况下，翅片11附近空气被冷却，密度增加，冷空气向下流动。翅片11表面的温度与环境温度的温差越大，空气密度变化越大，驱动力也越大，形成的自然对流流速越高，换热效果越好。另一方面，在收集极和电离极之间电场的驱动下，带电粒子向收集极移动，带动空气以相同方向流动，形成所谓的“离子风”。离子风流动方向是从电离极流向收集极和排斥极。优选的，翅片11之间传热形成的自然对流风流动方向与气体电离形成的离子风流动方向一致，两种机理形成协同效应，在提高了换热效率的同时，提高了净化效率。具体而言，在制热工况下，如图4(a)所示电离极20设置在收集极21和排斥极22的下方；在制冷工况下，如图4(b)所示电离极20设置在收集极21和排斥极22的下方。

以下是本发明的另一实例。

如图5所示，翅片11采用金属材料，并在竖向方向设置成若干的段，其中至少一段上翅片11外接收集极电势或排斥极电势，这样将翅片11的传热功能与排斥极、收集极的灰尘收集功能集合在一起，增加了系统的集成度，提高了系统效率。两段翅片11在竖直方向上离开一段距离空间，在此空间内设置电离极20，所述电离极20可以采用金属丝，增加了空气的扰动，提高了传热和净化效率。

如图6所示，电离极20也可以与翅片11的功能进行整合，此时电离段翅片11上外接电离极电势，形成了翅片电离极11(20)。为了增加电离效率，可以在所述翅片电离极11(20)上设置尖锐的突起201，所述突起201具有较小的曲率半径，可以采用锯齿状突起或金属细线。

其它方面与上述实例一致。

以下是本发明的另一实例。

翅片11与外部冷热源连接，在冬季制热和夏季制冷的不同工况下，翅片11之间空气的自然对流方向相反。如图7(a)所示，相对应的，在一个离子净化单元内可以设置一套电离极20和两套收集极/排斥极211、212，一套所述收集极/排斥极211和212内设置有平行的至少一个收集极21和至少一个排斥极22，电离极20设置在上下两套收集极/排斥极211和212中间。

具体而言，在制热工况下，翅片11之间的空气自然对流为向上流动，此时电离极20连接电离极电势，电离极20上部收集极/排斥极211内的收集极21接通与电离极20相反电势或零电势，离子风从电离极20向上流向收集极21；可选的，下部的收集极/排斥极212内收集极21和排斥极22都接上与电离极20相同极性的电势，以进一步推动带电粒子向上部流动。在制冷工况下，翅片11之间的空气自然对流为向下流动，此时电离极20连接电离极电势，电离极20下部收集极/排斥极212的收集极21接通与电离极20相反电势或零电势，离子风从电离极20向下流向收集极21；可选的上部的收集极/排斥极211内收集极21和排斥极22都接上与电离极20相同极性的电势，以进一步推动带电离子向下部流动。

如图7(b)所示是收集极、排斥极和电离极直接设置在翅片11上的实例。其他方面与上述图7(a)所述实例一致。

以下是本发明的另一实例。

以上实例中，相邻翅片11间都只包含了一个离子净化单元10，实际上在翅片11内可以相互串联设置多个离子净化单元10。如图8(a)所示，在相邻的翅片11中间串联设置两个或多个离子净化单元101和102。每一个离子净化单元101和102都包含一套电离极20和至少一个收集极21，根据需要，在收集极21相同高度位置还可以平行设置至少一个排斥极。

更进一步的，上述实例中串联设置的一套电离极20配置有一套收集极21和一套排斥极22，或者一套电离极20的上边和下边分别配置有一套收集极21和一套排斥极22。实际上，电离极20和收集极21、排斥极22可以灵活配置。如连续设置两套或多套电离极20，通过调节电离电势连续对气体电离或对已被一套电离极20电离过的带电粒子气体进行再次电离；或者连续配置两套或多套收集极21、排斥极22，以逐级收集带电粒子，提高净化效率。

根据本发明散热系统使用的制冷和制热工况条件、相邻离子净化单元101和102之间的间距，以及空气净化能力和效率的设计需要，可以对串联的多个离子净化单元10内各电离极、收集极和排斥极电势极性和大小进行综合管理，对电离极20上部和下部的收集极和排斥极电势极性进行调整，分别承担带电粒子的收集和将外溢离子向收集极推送的功能。举例而言，在制热工况下，电离极20设置为负电势，对电离极附近空气进行电离，此所述电离极20上部的收集极21设置为正电势、排斥极设置为负电势，进行带电粒子的收集，同时，所述电离极20下部的收集极21设置为负电势，以便将外溢的带电离子向所述电离极20上部的收集极进行推送。根据需要，沿收集极21还可以平行设置排斥极。

如图8(a)所示，可选的，当相邻离子净化单元101和102之间距离较远，或相邻离子净化单元101和102之间设置有零电势滤网103，消除相邻离子净化单元之间电场的相互影响，在每个离子净化单元101和102内部可以单独的进行气体电离和带电粒子的收集。

更进一步的，如图8(b)所示，将串联的离子净化单元101、102内部的电离极20、收集极21、排斥极22以及零电势滤网103的供电进行集中管理，由电势管理器30对所有供电的正负极性、电势大小进行统一调配和管理。具体的，所述电势管理器30可以协调单个离子净化单元10内电离极20、收集极21和排斥极22的电势极性和电势大小，以更好的优化电离净化效率、协同自然对流提高换热能力，并降低臭氧的生成。此外，所述电势管理器30可以协调所有串联设置的电离极20、收集极21和排斥极22电势，以调整离子风的方向和风速、调节气体电离强度。更进一步地，所述电势管理器30可以在电离极20产生高压脉冲电势，使得电子在高频放电瞬间获得的高能量,足以打开某些有害气体分子的化学键,使其分解成单质原子或分子，从而除去空气中的有害气体如甲醛、挥发性有机化合物VOCs、SO₂等。

以下是本发明的另一实例。

如图9所示，收集极21的外侧可以设置有磁体40，所述磁体40对收集极21之间的带电离子施加磁场。电离极20电离产生的带电粒子在电离极20和收集极21之间电场的驱动下进入收集极21，同时受到电场力和磁场力的作用。在电场力和磁场力的共同作用下，带电粒子成回旋运动，这种运动能够增加带电粒子在收集极21之间运动轨迹的长度，使得带电粒子能更加有效的被收集极21捕获，提高系统的净化能力。

所述磁体40可以采用永磁体，也可以采用电磁体；所述磁体40可以是专门额外设置的磁体，也可以利用翅片11，对金属翅片11施加线圈后使得翅片11形成电磁体。

如图9所示，可以针对相邻的两个翅片11设置一对磁体，可以针对多个连续的翅片11设置一对磁体，还可以在整个散热系统的外侧设置一对磁体，对整个散热系统施加一个磁场。

以下是本发明的另一实例。

室内空气的电离不可避免的会产生臭氧，臭氧带有刺激性气味，超过一定浓度的臭氧也会对人体健康产生影响。如图10所示，沿离子风的方向，在收集极21、排斥极22以及翅片11表面涂覆氧化催化剂，形成臭氧催化区50，对臭氧进行催化氧化，降低臭氧浓度。选用的催化剂可以包括过度金属类催化剂，如锰氧化物、铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物等复合负载催化剂，也可以采用贵金属催化剂，如Ag、Au、Pt、Pd等及其复合负载催化剂，还可以选用紫外线等光催化剂，以及活性炭及其改性催化剂。

对于本领域的技术人员而言，可根据以上描述的技术方案及构思，进一步调整电离极、收集极、排斥极的位置与形状、电势极性与大小、臭氧的催化和吸收，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有离子净化装置的散热系统，它包括辐射板、传热管和翅片，所述辐射板由多孔介质材料加工而成，所述传热管设置在所述辐射板内或者与所述辐射板相接触，所述翅片的一端至少与所述传热管和所述辐射板中的一个接触，其特征在于：还包括至少一个离子净化单元，所述离子净化单元包括至少一个电离极和至少一个收集极。

2.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：至少一个所述收集极带有零电势,或与至少一个所述电离极所带正负极性相反的电势。

3.根据权利要求1和2所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述离子净化单元还包括至少一个排斥极，所述排斥极带有与至少一个所述电离极正负极性相同电势，或所述排斥极带有与至少一个所述收集极正负极性相同但大小不同的电势。

4.根据权利要求1和2所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述电离极、所述收集极和所述排斥极设置在所述翅片上。

5.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述多孔介质材料包括金属泡沫、金属纤维、烧结砖、青砖、模铸砂型、多孔陶瓷、活性炭、水泥、氧化锆陶瓷、硅化物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：至少一个所述电离极和至少一个所述收集极在竖直方向上串联设置。

7.根据权利要求1和6所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述离子净化单元设置有电势管理器，所述电势管理器对所述离子净化单元内所有的所述电离极、所述收集极和所述排斥极的电势正负极性和电势大小进行控制管理。

8.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述散热系统还包括有磁体，所述磁体产生磁场对带电粒子施加洛伦兹力，提高带电粒子在电场内路径的长度。

9.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述电离极表面涂有低逸出功涂层或氧化催化剂涂层，以降低臭氧。

10.根据权利要求1所述的一种带有离子净化装置的散热系统，其特征在于：所述翅片、所述排斥极和所述收集极表面涂覆臭氧催化剂涂层。