CN111678359B - 一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器 - Google Patents

一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，包括主散热器、子散热器、散热器背面反射模块，在钢制板式散热器主体的基础上，增加左右对称的两个子散热器，主散热器与子散热器借助扭矩蝶形铰链进行连接，使得子散热器可以较为灵活简捷地围绕主散热器进行内外旋转。同时在散热器背部增加可推拉的背部反射板，以减少散热器向室外散热的热损失。根据人员位置和实际需求调节子散热器的位置，极大提高热舒适程度、节约采暖能源。

Description

一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器
技术领域
本发明属于建筑热环境调节、采暖空调技术领域，具体涉及一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器。
背景技术
我国建筑能耗大，而采暖能耗又是建筑能耗中的重要部分。我国的碳减排工作任务十分艰巨，北方大部分地区大气污染问题严重，这使得原来的粗放式无差别供暖模式不再具有可持续性。
传统的室内供暖设备大多不具备结构调节功能，散热器的结构在安装完成后便无法调整。而现实中，使用人员在室内活动时往往会在某些不同区域进行短期停留，针对这种情况，现有的散热器无法做出调整以优化人员体验。现有散热器的散热功率只能采取开关阀门、调节温控阀或者依靠采暖设备与室内温度的温差变化进行被动调节。这些调节方法只能实现散热功率的小幅度调节，且不能实现室内热环境的精细化定向控制。
基于这些现状，有必要对现有的采暖设备进行改装，使其具有更好的散热功率调节功能和散热方向可变的精细化供暖功能。
在供暖节能已经成为大趋势和人民生活水平日益提高的背景下，实现供暖的精细化调节是一项很重要的任务。
发明内容
为了实现供暖的精细化调节，在常见的钢制板式散热器的基础上，加入可变面积的设计理念，本发明的目的在于提出一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，能够方便简捷地实现室内散热器定向散热调节功能和对流辐射散热比例的改变。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，包括：主散热器、子散热器、散热器背部反射模块；所述主散热器、子散热器内均通有循环热水；
所述主散热器包括：主散热器底部横管，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述主散热器底部横管之间；两根所述主散热器底部横管同侧的端部之间连接有主散热器矩形金属管，主散热器矩形金属管内部通有热水，同时在铰链固定面加厚加固；
所述子散热器包括：子散热器底部横管，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述子散热器底部横管之间；两根所述子散热器底部横管同侧的端部之间连接有子散热器矩形金属空心管，子散热器矩形金属空心管内无热水，起支撑作用；
所述子散热器矩形金属空心管与主散热器矩形金属管通过扭矩蝶形铰链连接，所述子散热器能够通过扭矩蝶形铰链向主散热器的正面旋转；
所述散热器背部反射模块包括：固定反射板、滑动反射板；所述固定反射板的一面固定在所述主散热器的反面上；推拉滑轨固定在所述固定反射板的另一面上，滑动反射板安装在所述推拉滑轨上。
进一步的，所述主散热器底部横管的端部为弧形支架管，所述主散热器矩形金属管与所述弧形支架管连通。
进一步的，所述子散热器底部横管与主散热器底部横管通过挠性软管相连通。
进一步的，所述主散热器底部横管与子散热器底部横管的连接处分别设置有主散热器连接口与子散热器连接口；所述挠性软管两端分别连接所述主散热器连接口与子散热器连接口；所述挠性软管两端设置不锈钢接头，所述不锈钢接头上固定有固定螺圈和活动螺帽，所述挠性软管与不锈钢管接头通过软管箍紧固。
进一步的，所述主散热器底部横管上设置向外延伸的主散热器翼片，所述固定反射板固定在所述主散热器翼片上。
进一步的，所述的主散热器与子散热器采用铝制或钢铝复合轻型材料制成；所述固定反射板和滑动反射板采用磨光铝板制成。
进一步的，所述子散热器为两个对称设置，两个子散热器的子散热器矩形金属空心管分别通过扭矩蝶形铰链与主散热器两端的两根主散热器矩形金属管铰接。
进一步的，所述推拉滑轨中的母轨固定于推拉滑轨的外壳上，推拉滑轨的子轨依附于母轨上，滑动反射板通过子轨固定孔固定于子轨上。
进一步的，所述空气导流腔体加工时，将空气导流腔体的方角加工为圆状抛物线角，在空气导流腔体边缘加装塑料盖帽。
进一步的，在采暖散热器的的进水口处安装有温控阀。
本发明的技术效果如下：
本发明实施例提供的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，在主散热器主体的基础上，增加左右对称的两个内部构造相同的子散热器，主散热器与子散热器借助扭矩蝶形铰链进行连接，使得子散热器可以较为灵活简捷地围绕主散热器进行内外旋转，在任意旋转角度固定。现实中室内人员的活动有其随机性，但也有一定规律可循，例如沙发、餐桌、卧室床位都是人员高频率短时停留的地方，根据用户的所在位置主动性地提高散热器的散热量，便可以提高使用人员的热舒适程度。在人员外出或是过渡季节室内温度较高时，将子散热器旋转至主散热器内部；当使用人员在散热器的某侧面工作或娱乐时，将子散热器外旋90度左右(或者根据用户的需要选取合适的度数)；在寒冬或早晚时分室内温度较低时，将子散热器充分外旋至180度，增大供热面积，提高辐射散热量，进而提高散热器的总散热量，为室内人员提供更加舒适的室内环境。由此可见采用本发明的散热方向可变对流辐射比例可调式采暖散热器，通过分区精细化供暖，改善以前的粗放式无差别供暖模式，在节省能源的同时提高用户使用体验。
进一步的，本发明实施例采暖散热器的的主散热器与子散热器采用铝制或钢铝复合轻型材料，以减轻重量，方便旋转调节。
进一步的，本发明实施例采暖散热器的的主散热器与子散热器使用扭矩蝶形铰链连接，扭矩蝶形铰链可根据产品需要选择扭矩固定型或扭矩可调型。
进一步的，本发明实施例采暖散热器的主散热器与子散热器的空气导流腔体加工时可以将方角加工为圆状抛物线角，还可以在腔体边缘加装塑料盖帽，保护使用人员安全。
进一步的，本发明实施例采暖散热器可以将该散热器配合温控阀使用，以实现散热量更大幅度的调节，使用时将温控阀安装在本实施例采暖散热器的入口管道处。
进一步的，本发明实施例采暖散热器的对流与辐射散热比例可调节，散热器的散热功率可以主动调节。在室内温度较低，热需求较大时可以将子散热器完全外旋(外旋180度)，这样增大了散热器对室内墙体或人体的角系数，可以显著提高辐射散热所占比例，使人体迅速感到温暖，提高散热器总散热量。在室内温度已经较高或者用户对辐射散热产生不舒适感时，可以将子散热器完全内旋，这样散热器的辐射散热比例减小，对流换热比例增大，改变了散热器的主导散热方式。
进一步的，本发明实施例采暖散热器的散热器背部反射模块可以大幅降低散热器背部热量损失。一般情况下，散热器背部与室外墙壁相邻，二者之间的传热会造成散热器的热量损失。本发明的背部反射模块包含固定与滑动反射板两部分，考虑了本发明的散热器在不同工况下的隔热要求：在子散热器收回时，滑动反射板也收纳进背部反射模块内部；在子散热器外旋时，滑动反射板可以视情况拉出合适的长度，以减少散热器与外墙的热量传递。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例采暖散热器的正面视图；
图2为本发明实施例采暖散热器的侧面视图；
图3为本发明实施例采暖散热器的循环热水腔体、空气导流腔体排布示意图；
图4为本发明实施例采暖散热器的散热器背部反射模块拆解图；
图5为本发明实施例采暖散热器的左侧视图；
图6为本发明实施例采暖散热器的子散热器旋转180度状态示意图；
图7为本发明实施例采暖散热器的子散热器旋转180度状态侧面视图；
图8为本发明实施例采暖散热器的挠性软管连接详解图；
图9为本发明实施例采暖散热器的推拉滑轨详解图；
图10为本发明实施例采暖散热器的扭矩蝶形铰链正视图；
图11为本发明实施例采暖散热器的扭矩蝶形铰链详解图；
图12为本发明的散热器模式一计算示意图；
图13为本发明的散热器模式二计算示意图；
图中标号代表：1—主散热器，2—子散热器，3—扭矩蝶形铰链，4—子散热器底部横管，5—子散热器矩形金属空心管，6—主散热器矩形金属管，7—散热器出水口，8—散热器进水口，9—固定反射板，10—滑动反射板，11—循环热水腔体，12—空气导流腔体，13—主散热器翼片，14—推拉滑轨，15—滑动反射板把手，16—弧形支架管，17—挠性软管，18—主散热器底部横管，19—子散热器连接口，20—主散热器连接口，21—固定螺圈，22—活动螺帽，23—软管箍，24—母轨，25—滑动子轨，26—子轨固定孔，27—铰链主体，28—固定轴，29—螺栓。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
申请人的设计思路是，在钢制板式散热器主体的基础上，增加左右对称的两个内部构造相似的子散热器，主散热器与子散热器借助扭矩蝶形铰链进行连接，使得子散热器可以较为灵活简捷地围绕主散热器进行内外旋转，且借助扭矩蝶形铰链扭矩作用可以实现子散热器在任意旋转角度的固定。当室内人员在散热器侧面工作时，可以将子散热器旋转至合适的角度，增大散热器整体对人的角系数，提高使用人员的热舒适程度。当室内温度较低时，可以将子散热器充分外旋至180度，最大程度增大散热器散热面积，增加散热器辐射散热量。
参见图1，本实施例给出了一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，包括：主散热器1、子散热器2以及散热器背部反射模块；所述主散热器1、子散热器2内均通有循环热水。
参见图2，所述主散热器1包括：主散热器底部横管18，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述主散热器底部横管18之间；两根所述主散热器底部横管18同侧的端部之间连接有主散热器矩形金属管6，主散热器矩形金属管6内部通有热水，同时在铰链固定面加厚加固；主散热器底部横管18内流动循环水，与循环热水腔体11相连通。所述子散热器2包括：子散热器底部横管4，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述子散热器底部横管4之间；两根所述子散热器底部横管4同侧的端部之间连接有子散热器矩形金属空心管5，子散热器矩形金属空心管5内无热水，起支撑作用；子散热器底部横管4内流动循环水，与循环热水腔体11相连通。子散热器矩形金属空心管5与主散热器矩形金属管6通过扭矩蝶形铰链3连接，完成主散热器1与子散热器2的连接；所述子散热器2能够通过扭矩蝶形铰链3向主散热器1的正面旋转。所述子散热器2为两个对称设置，两个子散热器2的子散热器矩形金属空心管分别通过扭矩蝶形铰链3与主散热器1两端的两根主散热器矩形金属管6铰接。
参见图3，图3给出了散热器的内部结构，主散热器1与子散热器2的中部由循环热水腔体11与空气导流腔体12交错排列组合而成。
参见图4，图4为散热器背部反射模块的拆解图，背部反射模块由固定反射板9、滑动反射板10、推拉滑轨14组成。所述固定反射板9的一面固定在所述主散热器1的反面上；推拉滑轨14固定在所述固定反射板9的另一面上，滑动反射板10滑动安装在所述推拉滑轨14上。所述主散热器底部横管18上设置向外延伸的主散热器翼片13，所述固定反射板9固定在所述主散热器翼片13上。所述推拉滑轨14中的母轨24固定于推拉滑轨14的外壳上，推拉滑轨14的子轨25依附于母轨24上，同时滑动反射板10通过子轨固定孔26固定于子轨25上。
参见图5，图5为散热器左侧视图，散热器出水口7和散热器进水口8位于主散热器矩形金属管6上。
参见图6，图6给出了子散热器2在外旋至180度后的示意图。所述主散热器底部横管18的端部为弧形支架管16，所述主散热器矩形金属管6与所述弧形支架管16连通。主散热器1的主散热器底部横管18内通有循环热水，与弧形支架管16内部联通；主散热器矩形金属管6，内部通热水，同时在铰链固定面加厚加固，起支撑固定作用。
参见图7和8，图7、8给出了主散热器1与子散热器2的软管连接详图。如图所示，所述主散热器底部横管18与子散热器底部横管4的连接处的四角分别设置有两个主散热器连接口20与子散热器连接口19，主散热器连接口20与子散热器连接口19通过挠性软管17连通。所述挠性软管17两端设置不锈钢接头，挠性软管17的不锈钢管接头上有固定螺圈21、活动螺帽22，挠性软管17与不锈钢管接头通过软管箍23紧固相连。
参见图9，推拉滑轨14中的母轨24固定于推拉滑轨外壳上，推拉滑轨14中的子轨25依附于母轨24上，同时滑动反射板10通过子轨固定孔26固定于子轨25上，实现滑动反射板10的灵活滑动。
本发明实施例采暖散热器的的主散热器与子散热器使用扭矩蝶形铰链3连接，扭矩蝶形铰链3可根据产品需要选择扭矩固定型或扭矩可调型。
本实施例中，所述的主散热器1与子散热器2采用铝制或钢铝复合轻型材料制成；所述固定反射板9和滑动反射板10采用表面发射率较低的磨光铝板制成。所述空气导流腔体12加工时，将方角加工为圆状抛物线角，在空气导流腔体边缘加装塑料盖帽。在采暖散热器的的进水口处安装有温控阀。
参见图10和11，图10、11给出了扭矩蝶形铰链3的正视图与详解图，扭矩蝶形铰链3由铰链主体27、固定轴28、螺栓29组成，其中铰链主体左右两部分用固定轴28穿插施加扭矩约束，扭矩蝶形铰链3通过螺栓29固定于主散热器1与子散热器2上。
以下通过计算对本发明做进一步的说明。
下面考虑本散热器的两个工作状态，即子散热器完全内旋时的模式一和子散热器外旋180度的模式二。在模式一下，我们可以将散热器简化为模型一；同理，将散热器的模式二简化为模型二。图12、13分别为两个模型的示意图。
如图12所示，状态一下的散热器由外至内依次是A、B、C面，其中D面表示背部反射板；同理，在图13所示，状态二下的散热器中B、C面在外部(朝向房间)，A面在内部(朝向墙壁一面)。
现在假定散热器的C面长1.2m、高0.8m,那么可以推出A、B、C面的面积分别为0.96m2、0.96m2,0.96m2；假定房间内的温度为20℃。
根据《民用供暖散热器》(萧曰荣编著)和《两竖直平板间自然对流换热的解析解》(熊梦清论文)，下面将模式一、二下的不同面的计算方法汇总于表一。
假定两种工作温度：75℃供，50℃回；95℃供，70℃回。计算有关准则数的时候，按照传热类别进行定型尺寸的选取，在①大空间竖壁面自然对流换热的情况下，取定型尺寸为散热器的高度H＝0.8m；在②竖直平板自然对流通道流的情况下，模式一取定型尺寸为两散热器面板的内部间距二分之一，b1＝0.04m；模式二取为散热器面板至反射板间距，b2＝0.15m。
表一散热器散热量的计算方法
Figure BDA0002554913110000091
其中：
Nu＝h·H/λ；
Gr＝β·g·Δt·H3/ν2；
Ra＝Pr·Gr；
Ra’＝Pr·Gr·b/H；
ε＝0.84(文献给出)；
Δt＝tw-tf——壁面温度与流体温度之差，K；
Pr——普朗特准则数；
h——对流换热系数，W/(m2·℃)；
H——散热器高度,m；
λ——流体导热系数,W/(m·K)；
β——流体体积膨胀系数；
g——重力加速度,m2/s；
ν——流体运动粘滞系数，m2/s；
Qc——散热器表面对流换热量，W。
下面分别计算了两种供回水工作温度与工作状态下(子散热器完全收纳和外旋180度)的四种散热功率。计算过程与结果汇总于表二。
表二计算结果汇总
Figure BDA0002554913110000101
由《民用供暖散热器》(萧曰荣编著)对于钢制板式散热器的综述，该散热器的两种状态下对流换热量占总散热量的85％、75％，由此可以进一步推算出各个表面的辐射散热量和总散热量，汇总于表三。
表三散热量计算结果
Figure BDA0002554913110000111
由表三的计算可知，在模式二下的低温工况和高温工况的散热量分别比模式一下的低温工况和高温工况的散热量增加了110.8％、110.7％(改变供暖模式)；在高温工况下的模式一和模式二的散热量分别比低温工况下的模式一和模式二的散热量增加了60.9％、60.9％(改变工作温度)。
若比较两种模式下辐射散热量占总散热量比例，模式二比模式一提升了67％。而极端情况下，模式二下的高温工况相比模式一下的低温工况，总散热量更是提升了239.1％。由此计算可见本散热器结合温控阀后具有较强的散热调节能力，能够较好地满足用户不同程度的供暖需求，进而实现更加精细化的供暖，降低供暖能耗。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，包括：主散热器(1)、子散热器(2)、散热器背部反射模块；所述主散热器(1)、子散热器(2)内均通有循环热水；
所述主散热器(1)包括：主散热器底部横管(18)，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述主散热器底部横管(18)之间；两根所述主散热器底部横管(18)同侧的端部之间连接有主散热器矩形金属管(6)；
所述子散热器(2)包括：子散热器底部横管(4)，循环热水腔体及空气导流腔体交错排列在两根所述子散热器底部横管(4)之间；两根所述子散热器底部横管(4)同侧的端部之间连接有子散热器矩形金属空心管(5)；
所述子散热器矩形金属空心管(5)与主散热器矩形金属管(6)通过扭矩蝶形铰链(3)连接，所述子散热器(2)能够通过扭矩蝶形铰链(3)向主散热器(1)的正面旋转并使子散热器(2)在任意旋转角度固定；
所述散热器背部反射模块包括：固定反射板(9)、滑动反射板(10)；所述固定反射板(9)的一面固定在所述主散热器(1)的反面上；推拉滑轨(14)固定在所述固定反射板(9)的另一面上，滑动反射板(10)安装在所述推拉滑轨(14)上；
所述子散热器(2)为两个对称设置，两个子散热器(2)的子散热器矩形金属空心管(5)分别通过扭矩蝶形铰链(3)与主散热器(1)两端的两根主散热器矩形金属管(6)铰接；
所述推拉滑轨(14)中的母轨(24)固定于推拉滑轨(14)的外壳上，推拉滑轨(14)的子轨(25)依附于母轨(24)上，滑动反射板(10)通过子轨固定孔(26)固定于子轨(25)上。
2.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述主散热器底部横管(18)的端部为弧形支架管(16)，所述主散热器矩形金属管(6)与所述弧形支架管(16)连通。
3.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述子散热器底部横管(4)与主散热器底部横管(18)通过挠性软管(17)相连通。
4.根据权利要求3所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述主散热器底部横管(18)与子散热器底部横管(4)的连接处分别设置有主散热器连接口(20)与子散热器连接口(19)；所述挠性软管(17)两端分别连接所述主散热器连接口(20)与子散热器连接口(19)；所述挠性软管(17)两端设置不锈钢接头，所述不锈钢接头上固定有固定螺圈(21)和活动螺帽(22)，所述挠性软管(17)与不锈钢管接头通过软管箍(23)紧固。
5.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述主散热器底部横管(18)上设置向外延伸的主散热器翼片(13)，所述固定反射板(9)固定在所述主散热器翼片(13)上。
6.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述的主散热器(1)与子散热器(2)采用铝制或钢铝复合轻型材料制成；所述固定反射板(9)和滑动反射板(10)采用磨光铝板制成。
7.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，所述空气导流腔体加工时，将空气导流腔体的方角加工为圆状抛物线角，在空气导流腔体边缘加装塑料盖帽。
8.根据权利要求1所述的散热方向可变、对流辐射比例可调式采暖散热器，其特征在于，在采暖散热器的进水口处安装有温控阀。
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