CN109945288B - 一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置，包括联合加热装置、环形送风装置和涡环送风装置，联合加热装置设置于涡环送风装置的上端，环形送风装置套设于涡环送风装置外，涡环送风装置的上端和环形送风装置的上端分别与联合加热装置联通；本发明提高了送风速度和供暖效率，并提高了供暖器的使用体验，减小室内温度分布不均导致的能源浪费，具有显著的节能减排和社会经济效益，市场应用前景广阔，形成一个热量循环体系，实现低能耗和高效率的供暖系统。

Description

一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置

技术领域

本发明涉及供暖设备技术领域，具体涉及一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置。

背景技术

我国北方城镇的供暖源消耗占全国建筑总能源消耗的36％，为建筑能源消耗的最大组成部分，平均能耗是气候相近发达国家的2-4倍。中长期无人居住时不停暖气，暖气过热时宁可开窗，也不肯将阀门关小。这些因素引起的热能浪费高达总热能的20％，价值达几百亿元。

我国南方集中供暖的前期造价十分高，规模巨大建设成本高，难以集中供暖。

国内单一发热型取暖器存在房间整体加热效率低，供暖不均等缺点。送风式取暖器则主要依靠普通风传播热量，远距离传播时所需风速较大，用户体验不好，现有加热器存在功率大、火灾隐患等弊端。

现有的涡环产生方式主要是靠夹板或者活塞来推动一段流体柱，通过流体柱在出口的卷曲来产生涡环，其产生的涡环传播速度受到夹板活塞运动速度或者出口增速倍数的限制。增大出口增速倍数，则会降低涡环的通风量，而夹板活塞的运动速度受到电机的限制，不能大幅增加。所以导致涡环的通风量与传播速度往往不能兼顾，进而不能达到供暖的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置，提高了送风速度和供暖效率，并提高了供暖器的使用体验，减小室内温度分布不均导致的能源浪费，具有显著的节能减排和社会经济效益，市场应用前景广阔，形成一个热量循环体系，实现低能耗和高效率的供暖系统。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置，包括联合加热装置、环形送风装置和涡环送风装置，联合加热装置设置于涡环送风装置的上端，环形送风装置套设于涡环送风装置外，涡环送风装置的上端和环形送风装置的上端分别与联合加热装置联通。

按照上述技术方案，联合加热装置包括环形换热流道、增速流道、轴流风机、碳纤维纸加热片和PTC陶瓷加热片，轴流风机设置于环形换热流道的进口端，碳纤维纸加热片和PTC陶瓷加热片沿气流流动方向依次设置于环形换热流道内，环形换热流道的出口端与增速流道的进口端连接。

按照上述技术方案，环形换热流道包括供暖外管，供暖外管套设于增速流道外，供暖外管的上下端与增速流道之间分别连接有上端盖板和下端盖板，供暖外管和上端盖板和下端盖板与增速流道之间的空间形成环形换热流道；

增速流道包括增速外管和增速内管，增速内管套设于增速外管之外，增速外管和增速内管的上端均与供暖外管的上端盖板连接，形成增速流道，增速外管的下端和增速内管的下端之间无连接，形成增速流道出风口，增速流道出风口分别与环形送风装置和涡环送风装置的进风口对接。

按照上述技术方案，供暖外管、增速外管和增速内管由外向内依次嵌套同心布置。

按照上述技术方案，碳纤维纸加热片与供暖外管的内壁之间设有隔热布料。

按照上述技术方案，环形送风装置包括上流板和下流板，上流板和下流板均为环形，下流板套设于上流板外，上流板套设于涡环送风装置外，上流板和下流板之间形成环形通道，环形通道的上端与增速流道出风口对接。

按照上述技术方案，涡环送风装置包括主通风管道、渐缩喷嘴、顶盖、夹板薄膜组合体和推动装置，顶盖设置于主通风管道的顶部，渐缩喷嘴设置于主通风管道的底部，夹板薄膜组合体设置于主通风管道内，推动装置固设于顶盖上，推动装置与夹板薄膜组合体连接，推动装置带动夹板薄膜组合体在主通风管道内上下移动，主通风管道的侧壁上设有进风口。

按照上述技术方案，推动装置包括电机和丝杆，电机固设于顶盖上，丝杆的上端与电机连接，丝杆的下端穿过顶盖通过螺纹与夹板薄膜组合体连接，电机驱动丝杆转动，带动夹板薄膜组合体沿丝杆上下移动。

按照上述技术方案，主通风管道内还设有蜂窝整流板，蜂窝整流板内置于主通风管道内部底端，紧邻渐缩喷嘴布置。

按照上述技术方案，主通风管道的进风口下侧布置有导流板，导流板向外倾斜布置。

本发明具有以下有益效果：

1.冷空气由联合加热装置加热后，将一部分热空气送到涡环送风装置，另一部分空气送到环形送风装置，涡环送风装置将加热空气装置产生的热空气以涡环形式送出，环形送风装置将剩余热空气以圆环形普通风的形式在涡环外围送出，结合圆环形普通风以涡环的形式将暖气送出，本发明以涡环的形式将暖气送出，提高了送风速度和供暖效率，并提高了供暖器的使用体验，在供暖的过程中在不干扰室内人员的情况下减少热量耗散，将暖气流送到人员活动区域，且可以将原本聚集在天花板的未利用的温度较高热空气送入室内中下方，减小室内温度分布不均导致的能源浪费，具有显著的节能减排和社会经济效益，市场应用前景广阔，形成一个热量循环体系，实现低能耗和高效率的供暖系统。

2.本发明利用涡环低速循环对流换热的装置自下而上包括圆环形状的普通风送风装置，在圆环状的普通风送风装置中间的空余空间设置有圆柱体状的涡环送风装置，圆柱体的涡环送风装置腔体内设置有整流结构部件，用于切割气流柱的切割部件及驱动切割的电机；两个装置的圆心在同一点，为嵌套结构，共同组成送风装置。送风装置的上端连接有圆柱体状的联合加热装置，联合加热装置与送风装置圆心在同一点处。加热装置内有一个换热空腔，空腔内主要设置有保温部件及升温加热部件。气流经过空腔后完成换热，成为暖气流，之后暖气流经过送风装置分别以涡环风及普通风的形式在空间内对流换热。本装置的优点在于：可以缓解纵向温度分布不均导致的能源浪费问题，可以大批量快速产生涡环，且涡环的传播速度及通风量相较于传统产生方式均大幅提升，安全可靠。

附图说明

图1是本发明实施例中基于涡环低速循环送风的对流换热装置的爆炸示意图；

图2是本发明实施例中基于涡环低速循环送风的对流换热装置的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图中，1-轴流风机，2-碳纤维纸加热片，3-PTC陶瓷加热片，4-隔热布料，5-增速内管，6-增速外管，7-供暖外管，8-环形换热流道，9-增速流道，10-下流板，11-上流板，12-顶盖，13-步进电机支架，14-步进电机，15-夹板薄膜组合体，16-主通风管道，17-导流板，18-涡环送风装置进风口，19-蜂窝整流板，20-渐缩喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例中的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，包括联合加热装置、环形送风装置和涡环送风装置，联合加热装置设置于涡环送风装置的上端，环形送风装置套设于涡环送风装置外，涡环送风装置的上端和环形送风装置的上端分别与联合加热装置联通。

进一步地，联合加热装置包括环形换热流道8、增速流道9、轴流风机1、碳纤维纸加热片2和PTC陶瓷加热片3，轴流风机1设置于环形换热流道8的进口端，碳纤维纸加热片2和PTC陶瓷加热片3沿气流流动方向依次设置于环形换热流道8内，环形换热流道8的出口端与增速流道9的进口端连接；增速流道9的出口端分别与涡环送风装置和环形送风装置联通。

进一步地，增速流道9的出口端设置于增速流道9底部，增速流道9的出口端分别与涡环送风装置的上端和环形送风装置的上端连接。

进一步地，环形换热流道8包括供暖外管7，供暖外管7套设于增速流道9外，供暖外管7的上下端与增速流道9之间分别连接有上端盖板和下端盖板，供暖外管7和上端盖板和下端盖板与增速流道9之间的空间形成环形换热流道8；

增速流道9包括增速外管6和增速内管5，增速内管5套设于增速外管6之外，增速外管6和增速内管5的上端均与供暖外管7的上端盖板连接，形成增速流道9，增速外管6的下端和增速内管5的下端之间无连接，形成增速流道9出风口，增速流道9出风口分别与环形送风装置和涡环送风装置的进风口对接。

进一步地，碳纤维纸加热片2与供暖外管7的内壁之间设有隔热布料4。

进一步地，轴流风机1与供暖外管7进风口处的一号凸块通过螺栓连接，隔热布料4与供暖外管7内壁之间通过AB胶粘连，隔热布料4紧贴供暖外管7，强力胶将隔热布料4紧粘在供暖外管7内壁，碳纤维纸加热片2与隔热布料4通过耐高温胶来粘连，供暖外管7内壁有二号凸块，PTC陶瓷加热片3与供暖外管7二号凸块通过螺栓连接。增速外管6与增速内管5粘连在供暖外管7的顶盖12上，组成增速流道9。三个管道圆心处于同一点，截面为同心圆。冷空气由轴流风机1抽入，冷空气依次流经碳纤维纸加热片2、PTC陶瓷加热片3由此加热；其气流走向为：气流进入联合加热装置腔体内的环形换热流道8，依次经过流道内的碳纤维纸加热片2和PTC陶瓷加热片3，之后进入增速流道9，在增速流道9内，一部分气流进入涡环送风装置，另一部分气流进入环形送风装置。

进一步地，环形送风装置包括上流板11和下流板10，上流板11和下流板10均为环形，下流板10套设于上流板11外，上流板11套设于涡环送风装置外，上流板11和下流板10之间形成环形通道，环形通道的上端与增速流道9出风口对接；热空气经过增速流道9的圆环状出风口后在涡环外围产生圆环状普通风。

进一步地，上流板11内径是主通风管道16的外径，上流板11嵌套在主通风管道16底端，紧邻渐缩喷嘴20；下流板10内径是增速外管6的外径，下流板10套在增速外管6底端，上下流板共同组成一个同心圆状的出风口，热空气流过环形送风装置以后，以圆环状普通风的形式在涡环外围送风。

进一步地，涡环送风装置包括主通风管道16、渐缩喷嘴20、顶盖12、夹板薄膜组合体15、丝杆和步进电机14，顶盖12设置于主通风管道16的顶部，渐缩喷嘴20设置于主通风管道16的底部，夹板薄膜组合体15设置于主通风管道16内，步进电机14固设于顶盖12上，丝杆的上端与步进电机14连接，丝杆的下端穿过顶盖12与夹板薄膜组合体15螺纹连接，步进电机14驱动丝杆转动，带动夹板薄膜组合体15沿丝杆在主通风管道16内上下移动，主通风管道16的侧壁上设有进风口。

进一步地，涡环送风装置运作的时，电机带动夹板薄膜组合体15上下往复运动切割气流柱，切割后的气流柱经过蜂窝整流板19的整流，保证涡环的质量，切割后的热气流柱在经过渐缩喷嘴20时形成涡环，在夹板薄膜组合体15经过主通风管道16入风口后，夹板薄膜组合体15将入风口堵塞，将气流柱截断，涡环送风装置不再进气。在夹板薄膜组合体15运动到最低端时，夹板薄膜组合体15向上运动时，由于蜂窝整流板19的风阻，此时涡环送风装置腔体内产生负压，当夹板运动到涡环送风装置进风口18处时，由于负压的作用，会快速吸入气流。在增速流道9内，一部分热空气由于负压及导流板17的作用送到涡环产生装置内，剩余空气送到环形送风装置，涡环产生装置将联合加热装置产生的热空气以涡环形式送出，环形送风装置将剩余热空气以圆环状普通风的形式在涡环外围送出，弥补涡环风量不足的缺点。

进一步地，主通风管道16内还设有蜂窝整流板19，蜂窝整流板19内置于主通风管道16内部底端，紧邻渐缩喷嘴20布置。

进一步地，主通风管道的进风口下侧布置有导流板17，导流板17向外倾斜布置；将从联合加热装置出来的一部分空气导入至主通风管道16内。

进一步地，夹板薄膜组合体15的中部固设有T形螺母，T形螺母通过螺纹与丝杆连接，丝杆转动，通过T形螺母带动夹板薄膜组合体15沿丝杆上下移动。

进一步地，渐缩喷嘴20、蜂窝整流板19、主通风管道16、导流板17、夹板薄膜组合体15与步进电机14，渐缩喷嘴20的内径是主通风管道16的外径，渐缩喷嘴20嵌套在主通风管道16底端，蜂窝整流板19的外径是主通风管道16的内径，内置于主通风管道内部底端，紧邻渐缩喷嘴，夹板薄膜组合体与T形螺母上的螺纹孔通过螺栓紧固，T形螺母与丝杆最端粘连，丝杆与步进电机相连，步进电机与顶盖12通过螺栓紧固，主通风管道的外径是顶盖12的内径，顶盖12嵌套在主通风管道最上端，导流板17粘连在主通风管道进风口下端。

本发明的工作原理：

参照图一本发明提供的一种利用涡环低速循环送风的对流换热装置，包括联合加热装置，风机抽取冷空气，冷气流进入联合加热装置的环形换热流道8，依次经过碳纤维纸加热片2和PTC陶瓷加热片3进行加热，之后暖气流进入增速流道9，气流加速。

增速流道9内一部分气流由于涡环送风装置运作时产生的负压及导流板17的作用进入涡环送风装置，由控制器给出相应电压控制驱动器，再由驱动器对应驱动步进电机14，步进电机14带动夹板薄膜组合体15上下往复运动切割气流柱，在夹板薄膜组合体经过涡环送风装置进风口18后，薄膜将进风口堵塞，将气流柱截断，涡环送风装置不再进气。在夹板薄膜组合体15运动到最低端时向上运动时，由于夹板薄膜组合体15运动速度较快且蜂窝整流板19的风阻影响，此时涡环送风装置腔体内产生负压，当夹板运动到涡环送风装置进风口处时，由于负压的作用，会快速吸入气流，气流在经过喷口时产生涡环。

剩余热空气通过增速流道9后全部进入环形送风装置，通过圆环形状的送风口后，以圆环形状普通风的形式在涡环外围送风。

本发明的一个实施例的工作原理：

加热装置至少包含以下两种工作状况：

工作状况一：当空气温度较低时，给PTC陶瓷加热片3和碳纤维纸加热片2同时供电，两者同时工作，气流流经碳纤维纸加热片初步加热后，PTC陶瓷加热片3与空气充分换热，使空气快速升温，达到室内适宜温度。

工作状况二：当进气温度较高时，停止给PTC陶瓷加热片3供电，碳纤维纸加热片2单独工作，空气进入环形换热流道8后，冷空气与碳纤维纸加热片充分接触换热，将气体保温，一方面，防止室内空气温度过高。另一方面，减小了能量的消耗。

综上所述，利用射流启动，以涡环的形式将暖气送出，所述系统具有高效率、高针对性的特点，在供暖的过程中在不干扰室内人员的情况下减少热量耗散，将暖气流送到人员活动区域，且可以将原本聚集在天花板的未利用的温度较高热空气送入室内中下方，减小室内温度分布不均导致的能源浪费，具有显著的节能减排和社会经济效益，市场应用前景广阔。

本发明解决了现有供暖时存在的纵向温度分布不均而导致的能源浪费问题，提高了送风速度较低，提高供暖器的使用体验。本发明利用涡环低速循环对流换热的装置自下而上包括圆环形状的普通风送风装置，在圆环状的普通风送风装置中间的空余空间设置有圆柱体状的涡环送风装置，圆柱体的涡环送风装置腔体内设置有整流结构部件，用于切割气流柱的切割部件及驱动切割的电机。两个装置的圆心在同一点，为嵌套结构，共同组成送风装置。送风装置的上端连接有圆柱体状的联合加热装置，联合加热装置与送风装置圆心在同一点处。其特征在于，加热装置内有一个换热空腔，空腔内主要设置有保温部件及升温加热部件。气流经过空腔后完成换热，成为暖气流，之后暖气流经过送风装置分别以涡环风及普通风的形式在空间内对流换热。本装置的优点在于：可以缓解纵向温度分布不均导致的能源浪费问题，可以大批量快速产生涡环，且涡环的传播速度及通风量相较于传统产生方式均大幅提升，安全可靠。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，包括联合加热装置、环形送风装置和涡环送风装置，联合加热装置设置于涡环送风装置的上端，环形送风装置套设于涡环送风装置外，涡环送风装置的上端和环形送风装置的上端分别与联合加热装置联通；

涡环送风装置包括主通风管道、渐缩喷嘴、顶盖、夹板薄膜组合体和推动装置，顶盖设置于主通风管道的顶部，渐缩喷嘴设置于主通风管道的底部，夹板薄膜组合体设置于主通风管道内，推动装置固设于顶盖上，推动装置与夹板薄膜组合体连接，推动装置带动夹板薄膜组合体在主通风管道内上下移动，主通风管道的侧壁上设有进风口；

冷空气由联合加热装置加热后，将一部分热空气送到涡环送风装置，另一部分空气送到环形送风装置，涡环送风装置将加热空气装置产生的热空气以涡环形式送出，环形送风装置将剩余热空气以圆环形普通风的形式在涡环外围送出，结合圆环形普通风以涡环的形式将暖气送出。

2.根据权利要求1所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，联合加热装置包括环形换热流道、增速流道、轴流风机、碳纤维纸加热片和PTC陶瓷加热片，轴流风机设置于环形换热流道的进口端，碳纤维纸加热片和PTC陶瓷加热片沿气流流动方向依次设置于环形换热流道内，环形换热流道的出口端与增速流道的进口端连接。

3.根据权利要求2所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，环形换热流道包括供暖外管，供暖外管套设于增速流道外，供暖外管的上下端与增速流道之间分别连接有上端盖板和下端盖板，供暖外管和上端盖板和下端盖板与增速流道之间的空间形成环形换热流道；

增速流道包括增速外管和增速内管，增速内管套设于增速外管之外，增速外管和增速内管的上端均与供暖外管的上端盖板连接，形成增速流道，增速外管的下端和增速内管的下端之间无连接，形成增速流道出风口，增速流道出风口分别与环形送风装置和涡环送风装置的进风口对接。

4.根据权利要求3所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，供暖外管、增速外管和增速内管由外向内依次嵌套同心布置。

5.根据权利要求2所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，碳纤维纸加热片与供暖外管的内壁之间设有隔热布料。

6.根据权利要求1所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，环形送风装置包括上流板和下流板，上流板和下流板均为环形，下流板套设于上流板外，上流板套设于涡环送风装置外，上流板和下流板之间形成环形通道，环形通道的上端与增速流道出风口对接。

7.根据权利要求1所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，推动装置包括电机和丝杆，电机固设于顶盖上，丝杆的上端与电机连接，丝杆的下端穿过顶盖通过螺纹与夹板薄膜组合体连接，电机驱动丝杆转动，带动夹板薄膜组合体沿丝杆上下移动。

8.根据权利要求1所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，主通风管道内还设有蜂窝整流板，蜂窝整流板内置于主通风管道内部底端，紧邻渐缩喷嘴布置。

9.根据权利要求1所述的基于涡环低速循环送风的对流换热装置，其特征在于，主通风管道的进风口下侧布置有导流板，导流板向外倾斜布置。

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