喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器的制作方法

本发明涉及一种基于喷雾冷却原理的家用散热器强化换热方法，特别是一种喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器。本发明实现了喷雾加湿与对流换热的耦合与强化，显著提高了家用散热器的换热效率、散热量以及加湿器喷雾蒸发效率，不仅能够确保室内维持稳定、舒适的热湿环境，同时可降低供暖系统的能耗和设备初投资。

背景技术：

在北方冬季，供暖系统可以营造一个温暖的室内热环境,但因北方气温低、空气含湿量小，供暖过程易于造成室内空气相对湿度降低、导致人体产生强烈不适感。为了获得满意的室内热湿环境，喷雾加湿器已成为家庭必备的调湿设备。喷雾加湿是一个液雾蒸发过程，同时伴随着一个局部环境气流速度增大、扰动加强、温度降低的过程，蒸发速率主要受液雾总表面积、环境温度、空气相对湿度和相对速度的影响；散热器的散热是一个对流传热过程，其散热量主要受对流传热系数、传热温差和散热面积的影响。日常生活中，人们往往将加湿器放置在床头柜、写字台、茶几等距离散热器较远、距离电源插座较近的位置，因此，加湿器喷雾蒸发过程与散热器对流换热过程之间的相互作用很弱。

家用散热器附近的空气温度要明显高于房间其它区域的空气温度，散热器附近的高温环境有助于提高喷雾蒸发速率。中国专利cn201410330996.2公开了一种具有加湿功能的水暖采暖器，其结构包括采暖器本体及侧置在采暖器本体中上部的超声波加湿器，其设计原理是借助于采暖器本体的高温来促进细雾的蒸发过程。事实上，由于加湿器布置在采暖器本体的中上部，液雾的蒸发过程是在采暖器上部空间完成的，空气温度降低的区域同样位于采暖器上部，因此，该设计并未实现喷雾加湿过程对采暖器对流换热过程的强化作用。此外，该设计在没有室内空气湿度控制的情况下，易于造成过度加湿现象、导致室内舒适度降低。

家用散热器内部水温和外壁面温度显著高于室内空气温度，利用该温差也可实现对液体蒸发过程的强化。cn201410014939.3公开了一种具有加湿功能的散热器，该散热器的上部布置有储水槽，储水槽上设有多个散气孔及一个加水孔，利用散热器外壁面传导的热量，促使储水槽内的水慢慢蒸发到空气中去。该方案虽然可在无电耗情况下实现室内空气加湿，但其却降低了散热器的传热效率和散热量。cn201520247318.x则提出了一种具有加湿功能的采暖散热器，该方案通过单向阀将散热器与加湿器连接，直接将散热器内的热水导入加湿器，尽管高温水的蒸发速率增大、室内加湿效果提高，但这种方式易于造成供暖管网失水严重，不利于供暖系统的经济运行。

利用散热器附近的高温条件来提高喷雾加湿效果的设计方案多种多样，但是，目前尚无人注意到，喷雾加湿所产生的局部空气气流增速扰动效应和冷却降温效应，可以显著提高家用散热器的对流换热系数和传热温差、有助于强化散热器的对流传热过程；另外，也没有相关专利或文献报道提及喷雾加湿过程的组织应在确保室内热湿环境满足人体舒适度要求的前提下进行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器，它是一种基于喷雾冷却原理的家用散热器强化换热方法，通过对常规家用散热器和喷雾加湿器工作过程的优化，实现了喷雾加湿与对流换热的耦合与强化，显著提高了家用散热器的换热效率、散热量以及加湿器喷雾蒸发效率。本发明不仅能够确保室内维持稳定、舒适的热湿环境，同时可降低供暖系统的能耗和设备初投资。

本发明提供的喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器包括：散热器和喷雾加湿装置两部分，散热器为常规柱状或板式家用散热器；喷雾加湿装置包括具有室内湿度控制功能的超声波加湿器和多孔喷雾导管，超声波加湿器放置在散热器的左侧或右侧（根据散热器进水口和出水口所在位置确定），也可利用夹具将其与散热器连接成一体；多孔喷雾导管布置在柱状散热器纵向间隙内或板式散热器侧面，利用夹具或支架固定在散热器底部；多孔喷雾导管一端通过软管与加湿器喷雾出口连接，另一端是一个用于疏放凝结水的螺丝堵头，喷雾导管管壁上开有若干小孔（例如，圆形小孔），用于将加湿器产生的细水雾导引、喷射至散热器外壁面附近的空气中。

使用本发明时，可根据冬季采暖期间，满足人体舒适度要求的空气相对湿度范围是25%-65%、室内温度范围是17^oc-22^oc，为避免喷雾加湿器连续工作造成室内湿度过大、温度过高现象，所涉及的加湿器喷雾量应控制在0.15-0.2kg/h，加湿器启、停对应的室内空气相对湿度限制为35%和65%。

本发明提供的喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器，与目前加湿器远离散热器放置的常规家庭采暖、加湿方式相比，本发明可在不增加喷雾能耗的前提下，大幅提高散热器的散热量，实现了喷雾加湿过程与对流换热过程的耦合与强化，可显著提高室内热湿环境的舒适度。在维持室内空气温湿度相对稳定、不改变散热器散热面积的情况下，本发明有助于降低供暖系统管道内的热水流量，达到减小泵功、节约电能的目的；而在供暖系统维持原有参数运行的情况下，本发明则有助于减小散热器面积，达到节省材料、降低室内采暖系统初投资的目的。

总之，本发明通过合理组织和控制加湿器的喷雾加湿过程，实现了喷雾加湿与对流换热之间的耦合与强化，显著提高了家用散热器的换热效率和散热量，同时增大了加湿器的喷雾蒸发效率。本发明不仅能够确保室内维持稳定、舒适的热湿环境，同时可降低供暖系统的运行能耗和设备投资。

附图说明

图1为本发明整体布局框图。

图2为柱状散热器的喷雾冷却强化对流换热的结构示意图：（a）正视图，(b)侧视图。

图3为板式散热器的喷雾冷却强化对流换热的结构示意图：（a）正视图，(b)侧视图。

图4为多孔喷雾导管的结构示意图：（a）正视图,(b)侧视图,（c）俯视图。

图5是适用于柱状散热器的喷雾冷却强化对流换热的外形示意图。

图6是适用于板式散热器的喷雾冷却强化对流换热的外形示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体对本发明做进一步详细、完整的说明。其中涉及设备部件没有特别说明均为市售。

如图所示，1、超声波加湿器，2、软管，3、多孔喷雾导管，4、散热器，5、ω型夹具，6、y型支撑，7、喷雾孔，8、螺丝堵头。

本发明提供的喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器包括散热器和喷雾加湿装置两部分，散热器4为常规的家用柱状或板式散热器，喷雾加湿装置由通用的具有室内湿度控制功能的超声波加湿器1和多孔喷雾导管3组成。

超声波加湿器1位于散热器4左侧或右侧，其具体位置根据散热器进水口和出水口所在位置确定，见图1。多孔喷雾导管3的一端以插入形式与软管2连接，软管2的另一端以插入形式与超声加湿器1的喷雾出口相连接；多孔喷雾导管3的另一端是一个用于疏放凝结水的螺丝堵头8；所述喷雾导管管壁上开有若干数量的圆形小孔7，其作用是最大限度地将加湿器1产生的细水雾导引、喷射至散热器4外壁面附近的空气中；所述多孔喷雾导管3的材质可为不锈钢或pvc。

对于柱状家用散热器，所述多孔喷雾导管3水平放置在散热器4的纵向间隙内，如图5所示，并利用多个型夹具5将两者固定在一起；所述圆形小孔7位于喷雾导管3的上部，沿纵向均匀分布，如图4所示。

对于板式家用散热器，所述多孔喷雾导管3水平侧置于散热器4的底部，并利用利用多个y型支架支撑6将两者固定在一起，如图3、图6所示；所述圆形小孔7位于喷雾导管3的上部，沿纵向均匀分布，如图4所示。

所述具有室内湿度控制功能的超声波加湿器1，当室内空气相对湿度小于25%时自动启动、当室内空气相对湿度大于65%时自动停止。

上述的喷雾加湿耦合与强化对流换热的家用散热器相关操作运行方法概括如下：（1）将超声波加湿器1放置在家用散热器4的左侧或右侧，调整其启、停控制参数为室内相对湿度25%和65%，调整其喷雾量控制旋钮使喷雾量保持0.15-2.0kg/h。（2）利用夹具5或y型支撑6将多孔喷雾导管3水平固定，并使多孔喷雾导管沿水雾流动方向具有一定1-2^o下倾度。（3）利用软管2连接加湿器出口与多空喷雾短管入口。（4）启动超声波加湿器，系统即可开始工作，当室内相对湿度大于65%时加湿器将自动停止，当室内相对湿度降低至35%时，加湿器将会自动启动。

申请人在实验室内冬季取暖时间完成的相关试验测试结果表明，在室内空气相对湿度维持25%-65%前提下，采用上述方法可将散热器外壁面附近空气流速从0.2m/s提高至0.5m/s、可将局部空气温度降低2-3^oc，家用散热器散热量可提高29%-30%，同时可提高喷雾蒸发效率5%以上，从而使室内热湿环境得到显著改善。