CN112032078B - 一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统 - Google Patents

一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，包括多级气流降温网、中轴、动叶、滚动轴承、轴套、隔片以及轴盖；中轴分为气流降温网安装段与动叶安装段，其中中轴的气流降温网段安装有多级可拆卸式气流降温网；中轴的动叶安装段安装有动叶、轴套、若干个并排布置的滚动轴承、隔片及轴盖。本发明将入口处温度较高的热空气气流转变为温度较低、令人体感到舒适的凉风，用户可以根据需求实现对出口气流温度的调节；该射流喷管冷却系统结构灵活、成本较低，可以有效地提高传统家用电风扇应用于较高温度环境下的工作效率。

Description

一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统
技术领域
本发明涉及空气调节设备技术领域，具体而言，涉及一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统。
背景技术
传统家用电风扇通常利用绕轴线旋转的叶片组来驱动空气流动，通过叶片的作用使得空气流的温度下降、速度提高，进而对人体体表产生强迫对流以及汗滴蒸发等散热效果，使得人体热量驱散而达到感到凉爽。该叶片组常位于笼内，允许气流穿过而防止人体误触叶片。部分家用电风扇的出风面还做成了动叶的形式，这种动叶速度较低，误触不会对人体造成伤害，还可以使得出口气流的流速、流向更容易被人体体表接受。
在温度较高的工作环境下，如锅炉工厂、煤炭矿井、空间狭窄的厨房内，环境温度往往可能会达到40摄氏度甚至更高，功率不够的传统电风扇所驱动的出口气流温度仍保持较高水平，散热效果不佳。在这种环境下工作的人难以保持长时间工作，且工作效率较低。在中国专利CN 210663185 U中描述了一种喷雾降温风扇，该风扇通过雾化水汽蒸发对空气气流进行降温，但需要长期保持对雾化喷嘴保持供水，且会对工作环境的湿度造成影响，在不能保持供水或对空气湿度有严格要求的环境下难以发挥效果。针对上述问题，我们提出一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，该系统能够在一定程度上解决较高温度环境下传统电风扇散热效果不佳的技术问题，结构灵活、可根据用户需求调整出口温度，同时成本较低、降温效果较好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，包括多级气流降温网、中轴、动叶、滚动轴承、轴套、隔片以及轴盖；所述中轴分为气流降温网安装段与动叶安装段，其中：
中轴的气流降温网段安装有多级可拆卸式气流降温网，可通过调整气流降温网级数来控制气流温度；
中轴的动叶安装段安装有动叶、轴套、若干个并排布置的滚动轴承、隔片及轴盖，其中轴套直接套在中轴上，隔片设置在轴套左侧用以固定左侧滚动轴承，轴盖设置在中轴末端用以封装中轴并固定右侧滚动轴承，三个滚动轴承并排布置在轴套之上用以连接动叶与轴套并减小摩擦损失。
进一步，每一级气流降温网由内至外分为若干层等宽度环形入风带，每层出风带均等角度均匀设有多个扇环状入风口，相应的在气流降温网的背面设有与所述扇环状入风口数量相等的扇环状出风口。
进一步，在每一级气流降温网的不同层的环形入风带间的两侧面，均设有沿所述中轴轴向便于不同级间相互固定的凹槽和凸起，每级气流降温网之间两相对侧面上的凹槽和凸起相吻合。
进一步，中轴侧面存在均匀分布多个便于固定气流降温网与轴套的条状凸起，每一级气流降温网和轴套的内圈均存在与中轴侧面凸起相结合的内凹卡槽。
进一步，每一级气流降温网上不同层间的环形入风带上的入风口交错布置，上一级气流降温网的出风口均对应下一级气流降温网的入风口，其形状与布置均完全相同。
进一步，每层环形入风带上的入风口和出风口的均沿同一中轴线对称布置，所述出风口的面积小于入风口的面积,其中，(θn入-θn出)/dn＝K，
θn入为第n级气流降温网上的入风口对应的圆心角，θn出为第n级气流降温网上的出风口对应的圆心角，dn为第n级气流降温网的厚度，K为常数。
进一步，多级所述气流降温网、动叶、隔片及轴盖均采用聚丙烯塑料，气流降温网的气流通道内壁涂有绝热涂层。
进一步，所述中轴、轴套、滚动轴承均采用铝合金。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
1.本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，通过喷管提升了空气气流的动能，再通过气流带动动叶旋转改变气流组织流向，能够在不额外消耗能量的前提下获得使人体体表感到更为舒适的凉风。
2.本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，通过喷管降低了空气气流的温度，尤其是在较高温度下的工作环境可明显降低空气气流温度，具有良好的气流温度调节效果。
3.本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，每级气流降温网设有多层环形入风带，在流体通道内壁涂有绝热涂层，且在动叶与中轴之间设有多个滚动轴承，最大限度的降低了空气气流的能量损失。
4.本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，设有多级气流降温网，可以通过用户手动装卸气流降温网、调整级数实现对出口气流温度与速度的调节，且在不同级数情况下动叶均适用。
5.本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，采用聚丙烯塑料、铝合金等材料，轻便好用，方便调整组件安装的位置，同时制造工艺简单，制造成本低廉，可以实现批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例一爆炸示意图；
图2为本发明实施例一组装后的正视图；
图3为本发明实施例一组装后的侧视图；
图4为本发明实施例一的气流降温网上的环形出风带间凹槽和凸起的剖视图；
图5为本发明实施例一组装好后的整体剖面图；
图6为本发明射流喷管冷却系统的中轴示意图；
图7为本发明射流喷管冷却系统的轴套示意图；
图8为本发明射流喷管冷却系统的滚动轴承正视图；
图9(a)为本发明实施例一第一级气流降温网的入风面正视图；
图9(b)为本发明实施例一第一级气流降温网的出风面正视图，也即第二级气流降温网的入风面正视图；
图9(c)为本发明实施例一第二级气流降温网的出风面正视图，也即第三级气流降温网的入风面正视图；
图9(d)为本发明实施例一第三级气流降温网的出风面正视图，也即第四级气流降温网的入风面正视图；
图9(e)为本发明实施例一第四级气流降温网的出风面正视图，也即第五级气流降温网的入风面正视图；
图9(f)为本发明实施例一第五级气流降温网的出风面正视图；
图10(a)为本发明实施例一在装配一级气流降温网时，流体通道内的气流等温线图；
图10(b)为本发明实施例一在装配两级气流降温网时，流体通道内的气流等温线图；
图10(c)为本发明实施例一在装配三级气流降温网时，流体通道内的气流等温线图；
图10(d)为本发明实施例一在装配四级气流降温网时，流体通道内的气流等温线图；
图10(e)为本发明实施例一在装配五级气流降温网时，流体通道内的气流等温线图；
其中：1-第一级气流降温网，2-第二级气流降温网，3-第三级气流降温网，4-第四级气流降温网，5-第五级气流降温网，6-中轴，7-隔片，8-动叶，9-滚动轴承，10-轴套，11-轴盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1-10所示，本申请提供一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，包括多级气流降温网、中轴6、动叶8、滚动轴承9、轴套10、隔片7以及轴盖11；所述中轴6分为气流降温网安装段与动叶8安装段，其中：
中轴6的气流降温网段安装有多级可拆卸式气流降温网，可通过调整气流降温网级数来控制气流温度；
中轴6的动叶安装段安装有动叶8、轴套10、若干个并排布置的滚动轴承9、隔片7及轴盖11，其中轴套10直接套在中轴6上，隔片7设置在轴套10左侧用以固定左侧滚动轴承，轴盖11设置在中轴6末端用以封装中轴6并固定右侧滚动轴承，三个滚动轴承9并排布置在轴套10之上用以连接动叶8与轴套10并减小摩擦损失。
在上述实施例中，多级气流降温网依次沿中轴6的轴向设置，第一级气流降温网的入风口面积大于出风口面积，其中第二级气流降温网入风口面积与第一级气流降温网出风口面积相等且布置位置及角度相同，依次往下，下一级气流降温网出风口面积与上一级气流降温网出风口面积相同，其中动叶8与中轴6通过多个并排设置的滚动轴承9连接，本冷却系统安装在现有风扇扇叶外侧，现有风扇扇叶的出风依次经过多级气流降温网，然后驱动转动，可以有效降低动叶8出风出的温度，提高出口气流平均速度。
每一级气流降温网由内至外分为若干层等宽度环形入风带，每层出风带均等角度均匀设有多个扇环状入风口，相应的在气流降温网的背面设有与所述扇环状入风口数量相等的扇环状出风口。在上述实施例中，为了最大程度增大入风口面积，可将每一级气流降温网由内至外分为若干层环形入风带，为了便于实现对出口气流温度的调节，每一级气流降温网的不同层的环形入风带间的两侧面，均设有沿所述中轴轴向便于不同级间相互固定的凹槽和凸起，每级气流降温网之间两相对侧面上的凹槽和凸起相吻合。
进一步，中轴侧面存在均匀分布多个便于固定气流降温网与轴套10的条状凸起，每一级气流降温网和轴套10的内圈均存在与中轴侧面凸起相结合的内凹卡槽。
每一级气流降温网上不同层间的环形入风带上的入风口交错布置，上一级气流降温网的出风口均对应下一级气流降温网的入风口，其形状与布置均完全相同。
进一步，每层环形入风带上的入风口和出风口的均沿同一中轴线对称布置，所述出风口的面积小于入风口的面积,其中，(θn入-θn出)/dn＝K；
θn入为第n级气流降温网上的入风口对应的圆心角，θn出为第n级气流降温网上的出风口对应的圆心角，dn为第n级气流降温网的厚度，K为常数。在上述实施例中，每一级气流降温网的厚度和入风口对应的圆心角与出风口对应的圆心角之差成正比，保证多级气流降温网之间的入风口和出风口角度变化的斜率均相等。
进一步，多级所述气流降温网、动叶8、隔片7及轴盖11均采用聚丙烯塑料，气流降温网的气流通道内壁涂有绝热涂层。所述中轴、轴套10、滚动轴承9均采用铝合金。
实施例一:
实施例一中包含五级气流降温网，每级有四层环形入风带，每层有十个入/出风口。动叶外径50cm，内径10cm，根部厚度2cm；每层环形入风带宽5cm；滚动轴承外径8cm；轴盖11直径10cm；轴套长度1cm，外径7cm，内径6cm；中轴6直径6cm，长度7.6cm。第一级入风口占据所在环形入风带36°圆心角，出风口占据所在环形入风带9°圆心角，第二级出风口占据所在环形入风带6°圆心角，第三级出风口占据所在环形入风带4.5°圆心角，第四级出风口占据所在环形入风带3.6°圆心角，第五级出风口占据所在环形入风带3°圆心角。第一级气流降温网1的厚度为54mm，第二级气流降温网2的厚度为6mm，第三级气流降温网3的厚度为3mm，第四级气流降温网4的厚度为1.8mm，第五级气流降温网5的厚度为1.2mm。其中K＝0.5°/mm。
本实施例通过调整气流降温网的级数来实现对进出口面积比的调整，进而达到调节出口气流温度的目的。在初始温度308K的温度、初始气流速度10m/s情况下，入口空气气流速度均保持一致，对本发明的五种入出口面积比的喷管进行了理论计算。喷管内的空气气流等温线如附图10(a)-10(e)所示，出口气流的温度计算结果如下表：
气流降温网级数 入出口面积比 出口气流温度 出口气流平均速度
仅安装第一级 4:1 307.3K 40.9m/s
安装第一、二级 6:1 306.1K 61.4m/s
安装前三级 8:1 304.6K 81.8m/s
安装前四级 10:1 301.0K 102.3m/s
安装全部五级 12:1 291.0K 122.7m/s
经过上述五级气流降温网可使初始温度由308K将低至291.0K，气流平均速度有10m/s提高至122.7m/s。
实施例二：
实施例二中包含三级气流降温网，每级有五层环形入风带，每层有八个入/出风口。动叶外径42cm，内径12cm，根部厚度3cm；每层环形入风带宽3cm；滚动轴承外径9cm；轴盖直径12cm；轴套长度1.875cm，外径8cm，内径7cm；中轴直径7cm，长度4.3cm。第一级入风口占据所在环形入风带45°圆心角，出风口占据所在环形入风带7.5°圆心角，第二级出风口占据所在环形入风带5°圆心角，第三级出风口占据所在环形入风带3.75°圆心角。第一级气流降温网的厚度为37.5mm，第二级气流降温网的厚度为2.5mm，第三级气流降温网的厚度为1.25mm。其中K＝1°/mm。
本实施例通过调整气流降温网的级数来实现对进出口面积比的调整，进而达到调节出口气流温度的目的。在初始温度308K的温度、初始气流速度10m/s情况下，入口空气气流速度均保持一致，对本发明的五种入出口面积比的喷管进行了理论计算。出口气流的温度计算结果如下表：
气流降温网级数 入出口面积比 出口气流温度 出口气流平均速度
仅安装第一级 6:1 307.0K 60.3m/s
安装第一、二级 9:1 303.7K 90.5m/s
安装全部三级 12:1 295.9K 120.6m/s
经过上述三级气流降温网可使初始温度由308K将低至295.9K，气流平均速度有10m/s提高至120.6m/s。
实施例三：
实施例三中包含四级气流降温网，每级有三层环形入风带，每层有十二个入/出风口。动叶外径32cm，内径8cm，根部厚度1cm；每层环形入风带宽4cm；滚动轴承外径7cm；轴盖直径8cm；轴套长度1.1cm，外径6cm，内径5cm；中轴直径5cm，长度6.5cm。第一级入风口占据所在环形入风带30°圆心角，出风口占据所在环形入风带12°圆心角，第二级出风口占据所在环形入风带6°圆心角，第三级出风口占据所在环形入风带4°圆心角，第四级出风口占据所在环形入风带3°圆心角。第一级气流降温网的厚度为36mm，第二级气流降温网的厚度为12mm，第三级气流降温网的厚度为4mm，第四级气流降温网的厚度为2mm。其中K＝0.5°/mm。
本实施例通过调整气流降温网的级数来实现对进出口面积比的调整，进而达到调节出口气流温度的目的。在初始温度308K的温度、初始气流速度10m/s情况下，入口空气气流速度均保持一致，对本发明的五种入出口面积比的喷管进行了理论计算。出口气流的温度计算结果如下表：
气流降温网级数 入出口面积比 出口气流温度 出口气流平均速度
仅安装第一级 2.5:1 307.7K 25.2m/s
安装第一、二级 5:1 307.2K 50.3m/s
安装前三级 7.5:1 305.1K 75.5m/s
安装全部四级 10:1 302.6K 100.7m/s
经过上述四级气流降温网可使初始温度由308K将低至302.6K，气流平均速度有10m/s提高至100.7m/s。
综上所述，本发明提供的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，通过喷管提升了空气气流的动能，再通过气流带动动叶旋转改变气流组织流向，能够在不额外消耗能量的前提下获得使人体体表感到更为舒适的凉风。通过喷管降低了空气气流的温度，在较高温度的工作环境下理论上可降低空气温度，具有良好的气流温度调节效果。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (6)

1.一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于：包括多级气流降温网、中轴、动叶、滚动轴承、轴套、隔片以及轴盖；所述中轴分为气流降温网安装段与动叶安装段，其中：
中轴的气流降温网段安装有多级可拆卸式气流降温网，可通过调整气流降温网级数来控制气流温度；每一级气流降温网由内至外分为若干层等宽度环形入风带，每层环形出风带均等角度均匀设有多个扇环状入风口，相应的在气流降温网的背面设有与所述扇环状入风口数量相等的扇环状出风口，每一级气流降温网上不同层间的环形入风带上的入风口交错布置，上一级气流降温网的出风口均对应下一级气流降温网的入风口，其形状与布置均完全相同；
中轴的动叶安装段安装有动叶、轴套、若干个并排布置的滚动轴承、隔片及轴盖，其中轴套直接套在中轴上，隔片设置在轴套左侧用以固定左侧滚动轴承，轴盖设置在中轴末端用以封装中轴并固定右侧滚动轴承，三个滚动轴承并排布置在轴套之上用以连接动叶与轴套并减小摩擦损失。
2.根据权利要求1所述的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于：在每一级气流降温网的不同层的环形入风带间的两侧面，均设有沿所述中轴轴向便于不同级间相互固定的凹槽和凸起，每级气流降温网之间两相对侧面上的凹槽和凸起相吻合。
3.根据权利要求1所述的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于，中轴侧面存在均匀分布多个便于固定气流降温网与轴套的条状凸起，每一级气流降温网和轴套的内圈均存在与中轴侧面凸起相结合的内凹卡槽。
4.根据权利要求1所述的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于，每层环形入风带上的入风口和出风口均沿同一中轴线对称布置，所述出风口的面积小于入风口的面积,其中，(θn入-θn出)/dn＝K，
θn入为第n级气流降温网上的入风口对应的圆心角，θn出为第n级气流降温网上的出风口对应的圆心角，dn为第n级气流降温网的厚度，K为常数。
5.根据权利要求1所述的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于：多级所述气流降温网、动叶、隔片及轴盖均采用聚丙烯塑料，气流降温网的气流通道内壁涂有绝热涂层。
6.根据权利要求1所述的一种主动式高效控温的射流喷管冷却系统，其特征在于：所述中轴、轴套、滚动轴承均采用铝合金。
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