CN207962977U - 一种带有调湿溶液的散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有调湿溶液的散热系统，所述散热系统包括辐射板、传热管、翅片，在辐射板或翅片内包含有调湿溶液，如三甘醇溶液、二甘醇溶液、溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锌溶液等。环境空气透过多孔介质材料与调湿溶液交换水蒸汽，从而实现对环境空气湿度的自动调节。此外，调湿溶液还可以作为蓄冷/蓄热体，能减少室内环境温度波动。系统结构简单，可靠性高。

Description

一种带有调湿溶液的散热系统

技术领域

本发明涉及暖通空调和传热传质技术领域，尤其涉及一种带有调湿溶液的散热系统。

背景技术

随着生产生活水平的提高,空调不再局限于温度调节,适宜的湿度无论是对家居生活还是对工业生产都显得越来越重要。如何控制湿度成为空调研究的一个重要内容。传统的空调系统多为冷却除湿，以消耗电能为主，能源消耗量大。此外，现有技术的家用空调一般只能利用冷却除湿，空调系统本身并不能对空气进行加湿，因此在冬季制热和夏季制冷时环境空气较为干燥，影响了人体舒适度。现有技术的中央空调可以通过设置相应的加湿系统，对加热和冷却后的空气进行湿度调节，但是系统较为复杂。

现有技术中存在以溶液除湿空调作为压缩式空调替代的方法，这种空调具有改善室内空气品质、去除潜热负荷、利用低温余热或太阳能等许多优点，但是这种空调只能去除潜热，需要额外的系统调节显热，而且系统一般体积较大。

此外，现有技术中，无论是压缩式空调还是吸收式空调，都是风机盘管为最终散热端，由电机驱动风机带动空气吹过盘管及其上面的翅片，由此加热、冷却环境空气。这种换热形式具有诸多缺点，如换热气流吹过人体，影响了人体舒适度，空间内温度不均匀，能耗过高，容易积累灰尘、滋生病菌等。

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调湿溶液的散热系统，散热系统内设置有调湿溶液(盐溶液)，溶液以连续液体存在于系统内，或者被系统的多孔介质材料吸收后分散于散热系统的多孔介质内；系统利用调湿溶液自动调节环境空气湿度，从而实现散热系统在对室内进行制冷制热调节空气温度的同时，自动调节室内空气湿度。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种带有调湿溶液的散热系统，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，能够吸附水分的同时，可以允许环境空气在内扩散；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：所述辐射板和所述翅片中的至少一个区域内包含有调湿溶液。

进一步地，所述调湿溶液设置为三甘醇溶液、二甘醇溶液、溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锌溶液中的一种或多种，调湿溶液在空气湿度较高时，能吸收水分降低空气湿度；当空气湿度较低时，又能释放水分降低空气湿度。

进一步地，所述调湿溶液以连续液体存在，或吸附于所述多孔介质材料内。

进一步地，所述调湿溶液与所述多孔介质材料间设置透气膜，所述透气膜防止调湿溶液外溢。

进一步地，所述透气膜优选为聚四氟乙烯膜。

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，所述辐射板上设置水管及控制阀门，所述水管与外部水源连接。当辐射板内调湿溶液浓度增加，达到或接近溶液饱和浓度时，打开所述控制阀门，对调湿溶液加水，降低调湿溶液浓度。

进一步地，所述翅片表面设置有所述多孔介质覆盖物，或者翅片本身由所述多孔介质材料制成，所述多孔介质材料吸附调湿溶液，加速湿度调节。

进一步地，所述辐射板上设置导热条，所述导热条设置在所述传热管与所述翅片之间，并与所述传热管和所述翅片紧密接触。

本发明具有如下有益效果：散热系统内设置有调湿溶液，能够自动调节室内空气湿度，并具有蓄热、蓄冷功能，能平抑室内空气温度的波动。系统结构简单、可靠性高。

附图说明

图1是本发明的散热系统安装示意图；

图2(a)是传热管12垂直穿过翅片11的系统结构示意图；

图2(b)是图2(a)的横向截面图；

图2(c)是图2(a)的纵向截面图；

图3(a)是传热管12与翅片11平行焊接实例示意图；

图3(b)是设置有图3(a)所示传热管12和翅片11的散热系统横向截面图；

图4是传热管12与辐射板13的外侧131接触的实例示意图；

图5是翅片11仅与辐射板13接触的实例示意图；

图6(a)是翅片11外设置多孔介质覆盖物114的实例示意图；

图6(b)是翅片11设置为孔介质材料的实例示意图；

图7(a)翅片11内设置封闭调湿溶液的实例示意图；

图7(b)翅片11内调湿溶液与辐射板13内调湿溶液连通的实例示意图。

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调湿溶液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。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，空气中的水蒸气就会在辐射板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2(c)所示，多孔介质材料仅设置在辐射板13的六个表面，辐射板13 的内部设置为中空10。传热管12设置在中空10中，并与辐射板13的外侧131 和内侧132接触。所述内外侧131和132为辐射板13面积最大的两个侧面，其中外侧131的另外一侧面对室内环境，内侧132的另外一侧面对墙体，翅片11 穿过内侧132。

内外侧131、132本身的多孔介质内还可以设置金属骨架，金属骨架内的孔隙中填充多孔介质材料。金属骨架与传热管12接触，以更高效的将传热管12 内的冷热能量导出。所述金属骨架优选为多孔金属或金属泡沫。金属骨架内的多孔介质材料则用于吸收冷凝水，并允许水蒸气在其内部扩散。

所述辐射板13的中空10内设置有调湿溶液。调湿溶液充满整个中空10或者仅填充中空10的部分空间。所述传热管12浸没在调湿溶液中，传热管12的管壁与调湿溶液接触，将冷热能量传递给调湿溶液。所述调湿溶液设置为三甘醇溶液、二甘醇溶液、溴化锂(LiBr)溶液、氯化锂(LiCl)溶液、氯化钙(CaCl₂) 溶液、氯化锌(ZnCl₂)溶液，或者上述溶液的混合物。调湿溶液的调湿原理如下：调湿溶液与被处理空气接触，当调湿溶液表面的水蒸气分压力与被处理空气的水蒸气分压力间存在压差，就会驱动水分在空气和调湿溶液间传递，从而实现对空气湿度的调节。具体而言，当调湿溶液的表面水蒸气分压力低于空气的水蒸汽分压力时，空气中的水分就会向溶液传递，空气被除湿；反之，当调湿溶液的表面水蒸气分压力高于空气的水蒸气分压力时，调湿溶液中的水分将向空气传递，空气被加湿。

此外，可以在所述调湿溶液中添加缓蚀剂，减缓所述调湿溶液对传热管12 及其它金属部件的腐蚀。可选的缓蚀剂有Li₂MoO₄、Li₂CrO₄、LiNO₃、C₆H₄N₃H、 Li₆(Mo₇O₂₄)·12H₂O和Na₂B_4O7等。

所述辐射板13的多孔介质材料内部存在大量连通的孔道和孔隙，环境空气通过这些孔道和孔隙与中空10内的调湿溶液接触并交换水分，调节空气湿度，调湿溶液的浓度也随之变化。另一方面，由于多孔介质材料的孔隙足够小，在表面毛细力的作用下，能够防止中空10中的调湿溶液直接流出或者在辐射板13 的外表面形成溶液液滴。根据选用的所述调湿溶液及其浓度，通过合理设置多孔介质材料的孔隙度和孔隙的特征尺寸，可以允许多孔介质材料内吸入调湿溶液，这样能减少空气内水蒸气在多孔介质材料内的传质阻力，提高调湿速率。

由于所述辐射板13竖向放置，中空10中的调湿溶液在重力作用下下部的静压比上部高，相应的，辐射板13下部的多孔介质材料设置为孔隙度较低、孔隙较小，以抵御较高的静压，防止调湿溶液外溢。此外，也可以对中空10在竖直方向进行分隔，将中空10分成若干小的中空体，相邻小的中空体之间调湿溶液不相互交换，也可以减轻重力静压的影响。

本发明的散热系统在制热和制冷工况下对室内环境温度和湿度调节机制如下。如图2(a)-(c)所示，传热管12将管内工质的冷热能量通过以下三个途径传递给室内环境和空气：(1)通过导热将冷热能量传导给辐射板13及其内外侧131 和132，并进一步以自然对流和辐射换热传递给室内环境和空气；(2)冷热能量从传热管12管壁传递给翅片11，翅片11进一步将冷热能量传递给翅片11附近空气，并驱动空气形成自然对流；(3)传热管12通过管壁将冷热能量传递给中空10中的调湿溶液，一方面改变了调湿溶液的温度，部分冷热能量存储在调湿溶液中，另一方面，冷热能量进一步通过与调湿溶液接触的辐射板13传递给室内环境，此外，调湿溶液也与翅片11接触，通过翅片11将冷热能量传递给室内环境。

调湿溶液一方面能够在一定范围内自动调节环境空气的湿度，不需要额外的动力，另一方面，调湿溶液自身的比热容较高，被传热管12加热或冷却后，能够存储一定的冷热能量，当外部冷热源停止输送冷热能量时，可以缓慢释放调湿溶液内的冷热能量，一定程度上抑制环境温度的波动。

如图2(c)所示，辐射板13上设置水管21及控制阀门20，所述水管21与外部水源连接,中空10的调湿溶液内设置有湿度测量仪22。辐射板13内中空 10的调湿溶液透过多孔介质材料与环境空调交换水蒸气。当空气湿度相对调湿溶液的水蒸气分压较高时，调湿溶液吸收水蒸气，溶液浓度降低，空气被干燥除湿；当空气湿度相对调湿溶液的水蒸气分压较低时，调湿溶液向空气释放水蒸汽，溶液浓度降低，空气被加湿。一般而言，夏季时需要对环境制冷，且空气持续的高湿。此时散热系统处于制冷工况，翅片11表面温度低于空气温度对应的饱和湿度，翅片11表面就会形成冷凝水，冷凝水沿着翅片11的表面在重力驱动下移动，并进一步排出散热系统，空气湿度降低，这一过程为常规的冷凝除湿。当空气湿度持续较高时，冷凝除湿是空气湿度降低的主要途径。在冬季时需要对环境制热，且空气干燥需要持续加湿。辐射板13的中空10内的调湿溶液内的水分持续的透过多孔介质材料转移到环境空气，散热系统加湿能力逐渐降低。当调湿溶液浓度高出饱和浓度阈值时，调湿溶液中会有部分溶液结晶析出。根据散热系统运行时间、空气湿度或者湿度测量仪22的数据，当中空 10内的调湿溶液浓度达到或接近阈值时，开启阀门20接通水管21，利用外部水源对调湿溶液加水。也可以将水管21连接到辐射板13的多孔介质材料上，以缓慢的形式对多孔介质材料加湿，然后由多孔介质材料对调湿溶液和空气加湿，提高加湿速度。

如图3(a)-(b)所示，为进一步增加传热管12和翅片11的接触面积，可以将传热管12与翅片11平行设置，并将翅片11焊接在传热管12的平直部分上。与上述实例一样，传热管12设置在辐射板13内，辐射板13内设置中空10，中空10内设置有调湿溶液，其它方面均与上述实例一致。

如图3(b)所示，中空10内的调湿溶液与辐射板13的多孔介质材料并不直接接触，中间设置有透气膜30。透气膜30将调湿溶液封装起来，防止调湿溶液向外流动或渗透进入多孔介质材料；另一方面，透气膜30并不阻碍水蒸气的穿透，水蒸气可以穿透透气膜30，在调湿溶液和环境空气间传递。因为存在透气膜30的挡水效果，辐射板13的多孔介质材料可以选择孔隙度较高、孔隙尺寸较大的材料，减少水蒸气在多孔介质材料内的流动和扩散阻力，提高调湿速度。

透气膜30可以采用全热换热器行业中的透湿膜，所述透湿膜包括高分子聚合物膜，如聚乙烯醇膜、赛璐玢膜、藻酸膜、壳聚糖膜、芳香聚酰亚胺、聚丙烯晴、醋酸纤维膜；还可以在这些膜中增加浸渗剂，如CsF、LiBr、季胺盐等，提高膜的扩散能力。透气膜30也可以采用无机膜，如沸石膜、分子筛陶瓷膜；还可以采用建筑行业的防水透气膜，如聚四氟乙烯膜。优选为聚四氟乙烯膜。

根据采用的透气膜30的厚度和透气膜的水蒸气透过性，透气膜30可以沿中空10表面铺设，将传热管12与辐射板13隔开，也可以保持传热管12与辐射板13和翅片11的接触。

以下是本发明的另一实例。

如图4所示，传热管12仅仅与辐射板13的外侧131接触，传热管12的另一侧与辐射板13的内侧132离开一定间距，翅片11仅仅在这一侧与传热管12 紧密接触，优选为焊接接触。在辐射板13的中空10内，翅片11的翅根111与除湿溶液直接接触。

在本发明的散热系统内，冷热能量传递给室内环境空气的最主要途径是由传热管12经由翅片11传递。另一方面，如图4所示，传热管12与中空10内的调湿溶液接触，通过水的自然对流将冷热能量传递给调湿溶液，调湿溶液进一步通过翅根111传递给翅片11，这样能有效的保证翅片11与传热管12之间的传热，相当于提高了翅片11与传热管12的接触面积，减轻了翅片11与传热管12的接触的紧密度要求，降低了加工工艺要求，提高了传热效率。其它方面与上述实例一致。

以下是本发明的另一实例。

如图5所示，传热管12与辐射板的两个侧面131和132接触，将冷热能量传递给侧面131和132。但是，翅片11并不直接与传热管12接触。翅片11与内侧面132紧密接触。内侧面132中位于传热管12和翅片11中间的部分设置为孔隙度较低、传热性能更好的导热条133。导热条133可以采用多孔材料，如多孔金属或泡沫金属，可以直接采用金属，如铜、铁、铝、钢或合金。

为了进一步增加翅片11与导热条133的接触，可以将翅片11的翅根112 弯曲一小段，翅根112与导热条113紧密接触，优选为焊接。因为导热条133 与翅根112都是平面，接触面相对较大，焊接更加简单。

传热管12内的冷热能量通过管壁传递给导热条133，并经过导热条133进一步传递给翅片11，由翅片11加热、冷却环境空气。

在此实例中，由于翅片11没有穿过内侧面132，因此没有翅片11与内侧面 132的密封问题，降低了加工难度。

以下是本发明的另一实例。

在上述实例中，调湿溶液都是通过辐射板13的表面与环境空气交换湿度。如图6(a)-(b)所示，翅片11表面也设置有多孔介质材料，翅片11上多孔介质材料与辐射板13的中空10内调湿溶液接触，吸收调湿溶液，调湿溶液扩散至整个翅片11表面，增加了调湿溶液与空气的接触面积，提高了调湿速度。

具体的，如图6(a)所示，在辐射板13内，传热管12仅与外侧131接触，与内侧132保持一定距离。翅片11包括内部金属芯113，金属芯113采用导热良好的金属，优选为铜或铝。金属芯113的一侧或两侧包裹多孔介质覆盖物114。翅片11穿过辐射板13的内侧132，并与传热管12紧密接触。翅片11在辐射板 13内的翅根115与调湿溶液接触，并吸收调湿溶液。调湿溶液通翅片11的多孔介质覆盖物114扩散直至辐射板13外，并与翅片11附近的空气进行湿度交换。

翅片11可以在两个侧面都敷设有多孔介质敷设物114，也可以仅仅一侧敷设有多孔介质敷设物114，或两侧均无多孔介质敷设物114，以调整整个散热系统的散热能力和调湿能力。

如图6(b)所示，部分翅片11也可以不设置金属芯113，这样整个翅片11 均由多孔介质材料制成，以尽量提高调湿能力。

以下是本发明的另一实例。

如图7(a)-(b)所示，根据对散热系统调湿能力的需要，可以将部分或全部的翅片11内部设置也包含有连续液体状的调湿溶液。具体地，如图7(a)所示，调湿翅片116内部为翅片中空114，翅片中空114内设置有调湿溶液。如图7(b) 所示，调湿翅片116的翅片中空114可以与辐射板13内的中空10连接，形成彼此连通的空间，此空间内全部或部分填充调湿溶液。

其它方面与上述实例一致。

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，进一步调整散热系统内调湿溶液的位置和分布、翅片的形式，以增强换热、提高调湿速度，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)

1.一种带有调湿溶液的散热系统，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：所述辐射板和所述翅片中的至少一个区域内包含有调湿溶液。

2.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述调湿溶液设置为三甘醇溶液、二甘醇溶液、溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液、氯化锌溶液中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述调湿溶液以连续液体或吸附于所述多孔介质材料内中的一种形式存在。

4.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述调湿溶液与所述多孔介质材料间设置透气膜。

5.根据权利要求4所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述透气膜优选为聚四氟乙烯膜。

6.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，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。

7.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述辐射板上设置水管及控制阀门，所述水管与外部水源连接。

8.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述翅片设置有金属芯，所述金属芯表面敷设有所述多孔介质材料。

9.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述翅片整体由所述多孔介质材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种带有调湿溶液的散热系统，其特征在于：所述辐射板上设置导热条，所述导热条设置在所述传热管与所述翅片之间，并与所述传热管和所述翅片紧密接触。