CN208296282U - 一种带有喷嘴的散热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有喷嘴的散热系统，所述散热系统包括辐射板、传热管、翅片和至少一个喷嘴，喷嘴内有强迫流动的气体流进或流出。系统由辐射板、传热管和翅片对室内环境以非能动的自然对流和辐射换热方式进行加热或冷却，自然对流和辐射换热可以使得室内温度均匀，舒适性较高。由喷嘴内强迫流动的气体带动周围空气流动，以能动的方式促进空气的对流，提高温度调节的速度。本实用新型实现了对室内空气进行温度调节高效性和舒适性的结合。

Description

一种带有喷嘴的散热系统

技术领域

本发明涉及暖通空调领域，尤其涉及一种带有喷嘴的散热系统。

背景技术

空调是一种常见的暖通设备，包括中央空调、分体式空调等，但是其室内部分基本原理都是由电机带动风机，驱动空气流过传热管和散热翅片，以此调节环境温度。上述空调具有温度调节速度快的优势。但是在舒适性方面，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。但是，由于主要的换热都是由自然对流承担，而自然对流强度与环境温度和冷热源之间的温差成正比，因此常规的温差情况下换热速度较低，特别是制冷工况下。

一方面利用强迫对流的方式，在空调系统启动的初始阶段或者换热需求较大的时候对环境进行快速的温度调节，另一方面又在稳定运行阶段或者换热需求较低的时间段，利用自然对流和辐射换热对环境进行温度调节，保持较高的舒适性和节能性，是当前需要解决的问题。

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喷嘴的散热系统，利用辐射板和翅片对空间环境进行制冷制热，以自然对流和辐射换热的方式调节温度；在翅片内设置喷嘴，利用喷嘴排出或吸入空气，并带动周围空气一起运动形成空气的强制对流换热，提高系统的换热效率。本发明将强制对流的高效性和自然对流与辐射换热的舒适性有机的结合。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种带有喷嘴的散热系统，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：还包括至少一个受迫流动空气从其内流进或流出的喷嘴，所述喷嘴设置在所述辐射板设置有所述翅片的一侧。

进一步地，所述喷嘴包括一个导流管体、至少一个用于空气流动进出所述导流管体的开口和所述导流管体在与所述开口相邻处形成的导流面。

进一步地，所述导流面设置为柯恩达表面(Coanda Surface)，从所述喷嘴的开口流出的空气能够沿柯恩达表面流动，并带动喷嘴外的空气一起运动，有利于提高空气的流量，并减少空气流动的摩擦和噪音。

进一步地，所述柯恩达表面与所述辐射板夹角范围为5-30o，优选的为15o，这样使得具有充足的气流沿柯恩达表面流过，尽可能的提高了空气的流量。

进一步地，所述开口为朝上和朝下中的一种，开口内空气可以是流出喷嘴，也可以是吸入喷嘴。

进一步地，所述喷嘴的设置在所述辐射板设置有所述翅片的一侧，具体的，可以沿所述辐射板设置，也可以沿所述翅片设置，或者设置在相邻翅片之间空气流道内。

进一步地，还包括背板，所述背板与所述辐射板平行并位于所述翅片的远离所述辐射板的一端，所述喷嘴沿所述背板设置。

进一步地，所述翅片在高度方向上分成间隔的多段，所述喷嘴设置在相邻两段的间隔处，以保证具有足够的空气可以带动流动，并提高翅片间空气的交混，提高换热效率。

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、氧化锆陶瓷和硅化物中的一种或多种，所述多孔介质材料应具有一定的吸水性，能吸收制冷时表面形成的冷凝水。

进一步地，所述喷嘴成对设置，其中一个喷嘴的开口朝上、另一个喷嘴的开口朝下。这样喷嘴的吸入和流出位置都能带动周围空气运动，提高了空气的流动，强化了传热。

进一步地，还包括用于推动空气在所述喷嘴内流动的结构，所述结构包括叶轮或风扇、用于驱动叶轮或风扇的驱动电机，以及连接所述结构和所述喷嘴的导流管体的连接通道。所述连接通道和驱动电机、叶轮或风扇可以设置在散热系统外部，也可以整合进入散热系统内；优选的设置在辐射板内，以提高系统的集成度。

本发明还包括一种利用带有喷嘴的散热系统的温度调节方法，该方法包括的步骤：

(1)第一步模式判断阶段：根据环境温度和目标温度确定制冷还是制热，并以此确定喷嘴内空气流进流出方向，此外判断下一步是进入第二步强制对流换热阶段还是直接进入第三步自然对流换热阶段；

(2)第二步强制对流换热阶段：根据第一步结果，以受迫空气的强制对流方式为主要方式，使散热系统与环境交换热量，快速的对环境进行温度调节；

(3)第三步自然对流换热阶段：当环境温度达到预设的温度，停止空气强迫流动，以自然对流和辐射换热的方式对环境温度进行缓慢调节，提高舒适性。

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缓慢的温度调节，提高系统的舒适性；利用喷嘴形成空气的强迫流动，以强制对流的方式高效的对空气进行快速的温度调节；同时利用科恩达表面效应，提高受迫空气的流量，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2(d)是喷嘴开口朝下的示意面图；

图3(a)是沿翅片设置喷嘴的示意图；

图3(b)是沿背板设置喷嘴的示意图；

图4(a)是朝上开口带有柯恩达表面的喷嘴示意图；

图4(b)是图4(a)中A局部放大图；

图5(a)是朝下开口带有柯恩达表面的喷嘴示意图；

图5(b)是图5(a)中B局部放大图；

图6(a)是带有一对相向柯恩达表面且开口向外的喷嘴示意图；

图6(b)是带有一对相向柯恩达表面且开口向内的喷嘴示意图；

图7是分段翅片设置喷嘴的纵向截面图；

图8是一种利用带有喷嘴的散热系统调温方法流程图。

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喷嘴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2(a)-(b)所示，可选的，在所述翅片11的远离所述辐射板13的一端设置有背板14，所述背板14与所述翅片11紧密接触，将相邻翅片11之间的空间封闭起来，空气只能从散热系统上部和下部的进出口流进流出，不能横向流动，相邻的翅片11、背板14和辐射板13一起形成了多个竖向的流动通道，当存在温差时有助于空气的流动，即所谓的“烟囱效应”，有助于提高系统的散热效率。

如图2(b)-(c)所示，在相邻翅片11之间设置至少一个喷嘴10。所述喷嘴 10包含有一个导流管体102，所述导流管体102上设置开口101。所述导流管体102与外部气体连接通道连接，外部气体连接通道与叶轮或风扇口连接，并由电机驱动叶轮或风扇，将空气驱动经过连接通道导入喷嘴10的导流管体102内，然后空气再由各开口101流出。图2(c)所示中，系统处于制热状态，翅片11 加热空气形成的自然对流方向向上，喷嘴10的所述开口101朝上，从开口101 流出的空气将带动周围空气一起运动，由此温差驱动的自然循环和受迫流动的空气形成的强制对流协同一起对环境空气进行温度调节。如图2(d)所示，在制冷工况下，翅片11对空气进行冷却，驱动空气向下流动形成自然循环，此时，喷嘴10的所述开口101朝下，与自然循环的空气流动方向一致。

本发明对于相邻翅片11之间的喷嘴10的数量没有限定，可以如图2(b)-(c) 所示设置单个喷嘴10，也可以设置多个喷嘴10；所述喷嘴的开口方向也没有限定，根据本发明的散热系统应用于制冷、制热需求，设置所有的喷嘴10的开口全部朝上或者全部朝下，也可以部分开口朝上、部分开口朝下，以协调自然对流的方向和换热能力的需求。

本发明对于相邻翅片11之间喷嘴10的相对位置也没有限定，可以如图 2(b)-(c)所示沿辐射板13设置，也可以如图3(a)所示沿翅片11设置，也可以如图3(b)所示沿背板14所示设置，还可以设置在翅片11中间的位置，这样将会占据一定的空气流动空间，但是从喷嘴10的开口101流出的强迫流动空气可以带动更多的空气流动，提高换热效率。

此外，空气从所述喷嘴10的开口101流动的方向也没有限定。可以如上所述，受迫流动空气可以从导流管体102经过开口101流出到喷嘴10外面，也可以由叶轮或风扇反向转动，在导流管体102内产生负压，将翅片11间的空气通过开口101吸收进入导流管体102，并经叶轮或风扇排出。

本发明对于喷嘴10的外形没有加以限定，可以根据需要对导流管体102 和开口101的外形进行调整，以尽量减少所述喷嘴10的大小、降低空气进出开口101时的阻力和噪音、减少喷嘴10对翅片11之间空气流道的影响。

优选的，如图4(a)-(b)所示，所述喷嘴10轮廓采用机翼外形设计，包括导流管体102和开口101，图示开口101为朝上开口，导流面100和103以及辐射板13的表面一起形成了导流管体102；壁面100和103之间保持一定间距，形成了所述开口101，所述间距大小可以根据需要进行调整，范围在1mm-6mm之间，优选为2mm。所述导流面100是柯恩达表面(CoandaSurface)，从开口101流出的空气向上沿导流面100流动，由于气体的粘性会空气会紧贴导流面100流动，由于导流面100的外形特征，开口101下游的流通面积将会增大，导致此处压力降低，从而引导远离辐射板13处的空气也相应的产生流动，增加了整个通道内气体的流动量，同时减少了空气噪音和摩擦带来的压力损失。对于吸气的工况，导流管体102内为负压，空气沿导流面100向开口101流动，由于导流面100的外形特征，流通面积逐渐减小，流速增加，根据伯努利原理 (Bernoulli's principle)，流速增加会导致压力降低，从而进一步吸引空气向下流动。

图4(b)所示，所述具有柯恩达表面特性的导流面100与所述辐射板13的夹角θ的范围是5-30o，优选为15o，这样使得具有充足的气流沿柯恩达表面流过，尽可能的提高了空气的流量。

图5(a)-(b)所示为开口101朝下的实例，开口101的空气与上述实例一样可以为流进，也可以为流出。

以下是本发明的另一实例。

如图6(a)-(b)所示，在相邻翅片11之间的通道内设置有至少一个喷嘴对 104、105，每个喷嘴104、105都包含有相应的开口101、导流管体102、带有柯恩达表面的导流面100、103。限定的，所述喷嘴对104和105中一个喷嘴的开口朝上、一个喷嘴的开口朝下。

可选的，如图6(a)所示，开口朝上的喷嘴104设置在开口朝下的喷嘴105 的上方。在制热时，自然循环的空气流动方向为向上，相应的，上面的喷嘴104 开口101朝上，空气从喷嘴104的开口101流出，同时，下面的喷嘴105开口 101朝下，空气从喷嘴105的开口101流入，喷嘴104、105都会诱导空气向上流动，从而加速自然循环流动，提高换热效率。在制冷工况下，自然循环的空气流动方向为向下，相应地，上面喷嘴104吸入空气、下面喷嘴105流出空气，喷嘴104、105同时诱导空气向下流动。

可选的如图6(b)所示，开口朝上的喷嘴104设置在开口朝下的喷嘴105 的下方。在制热时，自然循环的空气流动方向为向上，相应地，上面的喷嘴105 开口101朝下，空气从喷嘴105的开口101流入，同时，下面的喷嘴104开口朝上，空气从喷嘴104的开口101流出，喷嘴104、105都会诱导空气朝上流动，从而加速自然循环流动，提高换热效率。在制冷工况下，自然循环的空气流动方向为向下，上面喷嘴105流出空气，下面喷嘴104吸入空气，喷嘴104、105 同时诱导空气向下流动。

所述喷嘴对104、105可以分别由相应的结构推动空气从喷嘴内流进或流出，并具有各自的连接通道与所述结构连接。优选的，所述喷嘴对104、105的内部连接通道102相互连通，并由一个结构推动空气从一个喷嘴流进、从另外一个喷嘴流出，以尽可能提高系统的总体效率；可选的，所述喷嘴对104、105的内部连接通道102相互连通，并由一个结构推动空气从一个喷嘴104流进、从另外一个喷嘴105流出，同时还具有另外一个结构推动空气以相反的方向从一个喷嘴105流进、从另一个喷嘴104流出，分别应用于制冷和制热工况。推动结构与所述喷嘴对104、105导流管体102之间的连接通道可以设置在本发明散热系统的外部；可选的，也可以设置在本发明的散热系统内部；优选的，设置在所述辐射板13内，以尽量提高系统的集成度。

以下是本发明的另一实例。

上述实例中，翅片11都是连续的，在高度方向从本发明的散热系统一端连续的延续到另一端。如图7所示，本实例中，翅片11在高度方向上分成若干段，相邻翅片段之间在高度方向离开一定的距离，所述喷嘴10设置在此距离之间，形成了一段喷嘴区，以提高空气强迫流动的效率。

利用本发明的散热系统对室内环境的温度调节的方法如下，如图8所示。第一步为模式判断阶段：根据环境温度和目标温度的相对大小确定本发明的散热系统是制冷还是制热，并根据上述制冷或制热要求确定散热系统内每一个喷嘴10(以及喷嘴对104、105)的开口101中空气是流进还是流出，此外还需根据用户需要、环境温度和目标温度差的绝对值大小，确定是否需要首先进入强制对流换热阶段。当温差较大或者需要快速调节温度时，首先进入第二步强制对流换热阶段；当温差较小或者可以缓慢调节温度时，可以直接进入第三步自然对流换热阶段。第二步为强制对流换热阶段：根据上述结果，启动电机并带动叶轮或风扇驱动空气形成强迫流动，受迫流动空气从相应的喷嘴10(以及喷嘴对104、105)流进或流出，并带动喷嘴周围空气一起流动，形成大量的空气流动，以尽快实现环境温度向目标温度接近。第三步为自然对流换热阶段：当环境温度达到或接近目标温度(或者达到预设的温度)，停止电机和叶轮，终止强迫对流换热，系统由翅片11加热、冷却空气形成的自然对流，以及辐射板13 的辐射换热对环境进行温度调节，在这一阶段，温度调节的速度较慢，但是由于没有空气的强迫对流，主要是自然对流换热和辐射换热，舒适度较高。

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，进一步调整喷嘴的大小、数量、位置和外形，导流面的位置和外形，连接通道和空气驱动结构的方式和位置，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 (8)

1.一种带有喷嘴的散热系统，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：还包括至少一个受迫流动空气从其内流进或流出的喷嘴，所述喷嘴设置在所述辐射板设置有所述翅片的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述喷嘴包括一个导流管体、至少一个用于空气流动进出所述导流管体的开口和所述导流管体在与所述开口相邻处形成的导流面。

3.根据权利要求2所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述导流面设置为柯恩达表面。

4.根据权利要求3所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述柯恩达表面与所述辐射板夹角范围为5-30o。

5.根据权利要求2所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述开口为朝上和朝下中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述翅片在高度方向上分成间隔的多段，所述喷嘴设置在相邻两段的间隔处。

7.根据权利要求1所述的一种带有喷嘴的散热系统，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、氧化锆陶瓷和硅化物中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种带有喷嘴的散热系统，其特征在于：所述喷嘴成对设置，其中一个喷嘴的开口朝上、另一个喷嘴的开口朝下。