一种带有紫外线净化装置的散热系统的制作方法

本发明涉及暖通空调和空气除菌体领域，尤其涉及一种带有紫外线净化装置的散热系统。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对于室内(还包括运输工具内，如汽车、火车、飞机等)的环境提出了更高的要求，既要具有合适的温度、也要求具有舒适的空气湿度，同时还必须保证空气的清洁程度，降低空气内细菌、病毒数量。另外，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。

利用同一套系统设备，以自然对流和辐射换热方式调节室内温度，同时又能通过等紫外线杀菌技术对空气进行消毒杀菌，可以有效的提高系统的集成度，节约设备的占地空间。

技术实现要素：

为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种带有紫外线净化装置的散热系统，利用辐射板和散热翅片对空间环境进行制冷制热以调节温度，并在翅片内设置紫外线净化装置，对空气进行杀菌消毒。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种带有紫外线净化装置的散热系统，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，能够吸附制冷时的冷凝水；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：还包括至少一个紫外线净化单元，所述紫外线净化单元发射紫外线，紫外线能够对空气中含有的有毒细菌和病毒进行物理净化。

此外，根据紫外线波长的不同，波长较短紫外线能电离空气产生臭氧，臭氧可以进一步对空气进行消毒杀菌，另一方面，波长相对较长的紫外线则能够促进臭氧的还原成氧气，降低臭氧对环境的影响。本发明还设置有臭氧的催化剂，或者利用芳香烃对空气中残留的臭氧进一步清除。

进一步地，所述紫外线波长范围为100-400nm。

进一步地，优选的，所述紫外线波长较短的为185nm，该波长紫外线能电离空气产生臭氧；所述紫外线波长较长的为253.7nm，该波长紫外线能有效杀菌，并将臭氧还原成氧气。可选的，所述紫外线净化单元同时发射波长为185nm和 253.7nm的紫外线。

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，能够吸收散热系统在制冷工况下的冷凝水。

进一步地，所述紫外线净化单元竖向设置在相邻翅片间的通道内。

进一步地，所述翅片设置为分段翅片，所述紫外线净化单元设置在所述分段翅片中间。

进一步地，至少两个所述紫外线净化单元竖向串联设置。

进一步地，还设置有烃装置，所述烃装置发射挥发性烃，消除残留的臭氧，优选为月桂烯。

进一步地，所述翅片表面涂覆臭氧催化剂涂层，对电离产生的臭氧进行催化氧化，优选为锰氧化物。

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调节，同时利用紫外线净化装置对空气进行杀菌消毒，提高了系统集成度。

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3是翅片内竖向设置紫外线净化单元示意图；

图4(a)是横向设置紫外线净化单元正面图；

图4(b)是横向设置紫外线净化单元侧面图；

图4(c)是横向设置水平方向并列的紫外线净化单元侧面图；

图5是多个紫外线净化单元串联设置示意图；

图6(a)是翅片竖向设置烃装置示意图；

图6(b)是横向设置烃装置示意图；

图6(c)是横向设置烃装置的另一实例示意图。

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紫外线净化装置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3所示，在相邻翅片11之间设置紫外线净化单元10。每个紫外线净化单元10内包括至少一个紫外线灯管100，所述紫外线灯管100发射紫外线。所述紫外线(Ultraviolet，简称UV)是指波长100至400nm的电磁波，可分为UVA(紫外线A，波长320～400nm，长波)、UVB(波长280～320nm，中波)、UVC(波长100～280nm，短波)。所述nm为长度单位纳米，即10^-10米。

紫外线可以通过物理方法对微生物实现快速和高效的灭活。当细菌，病毒和微生物暴露于具有杀菌作用的紫外光下，他们就失去繁殖和感染的能力，紫外光能有效灭活这些高致病的微生物，包括导致霍乱，脊髓灰质炎，伤寒，肝炎和其他引起疾病的细菌，病毒和微生物。细菌中的脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和核蛋白的吸收紫外线的最强峰在254～257nm。细菌吸收紫外线后，引起DNA链断裂，造成核酸和蛋白的交联破裂，杀灭核酸的生物活性，致细菌死亡。紫外线灭菌方法快速便利，因无物理接触无二次污染。

在制冷或者制热工况下，翅片11加热或冷却空气，空气密度发生变化后沿翅片11向下(制冷)或向上(制热)流动，形成自然对流。空气流经紫外线净化单元10，紫外线对空气进行消毒杀菌，净化空气。

图3所示为直形的紫外线发光装置，即紫外线灯管。本发明对紫外线净化装置内的紫外线发光设备的形式不加限定，可以为直型，也可以为圆弧形、方形等。所述紫外线净化单元还包括相应的镇流器、石英玻璃、阴冷极等装置，以使得紫外线净化装置发射所述波长和强度的紫外线，而这些都在本发明的保护范围之内。

如图4(a)-(c)所示，翅片11在竖直方向上分成若干的段，并分开一定的距离，所述紫外线净化装置10横向的设置在相邻的翅片11段中间。优选的，如图4(b)所示，紫外线净化装置10设置在靠近辐射板13一侧，以减少对流动的影响。

可选的，如图4(c)所示，所述紫外线净化装置10内包含有至少一根紫外线灯管100，所述紫外线灯管100设置在同一个竖向高度且相互平行设置，这样可以提高紫外线照射强度，提高对空气的净化能力。

以下是本发明的另一实例。

紫外线灭菌用的发光谱线主要有253.7nm和185nm两个波长。如上所述，波长253.7nm紫外线可以通过照射微生物的DNA来杀灭细菌，但是紫外线灭菌只能对紫外光下照射到的地方空气灭菌，而且只能对物体表面灭菌。波长185nm 紫外线可将空气中的氧气O2变成臭氧O3，臭氧具有强氧化作用，也可有效地杀灭细菌，臭氧的弥散性恰好可弥补由于紫外线只沿直线传播、消毒有死角的缺点。另一方面，波长253.7nm的紫外线可以促进空气中臭氧O3的还原成氧气O2，从而消除臭氧对环境的影响。

如图5所示，在相邻的翅片11之间的空气通道设置至少两个紫外线净化单元，图5所示包含有三个紫外线净化单元101、102、103，所述三个紫外线净化装置101、102、103在竖直方向上串联设置。其中包含至少一个长波紫外线净化单元，所述长波紫外线净化单元发射波长为253.7nm紫外线，并包含至少一个短波紫外线净化单元，所述短波紫外线净化单元发射波长为185nm紫外线。优选的，所述短波紫外线净化单元设置在所述长波紫外线净化单元自然对流的上游，即自然对流产生的空气流动首选流过短波紫外线净化单元，被短波紫外线净化单元发射的紫外线杀菌，另一方面，短波紫外线净化单元还会对空气电离产生臭氧，臭氧对空气进一步的杀菌消毒；包含有臭氧的空气然后流过所述长波紫外线净化单元，长波紫外线净化单元进一步对细菌的RNA进行杀毒，并对臭氧进行还原成氧气，消除臭氧，减少臭氧对环境的影响。

翅片11与外部冷热源连接，在冬季制热和夏季制冷的不同工况下，翅片11 之间空气的自然对流方向相反。具体而言，在制热工况下，翅片11之间的空气自然对流为向上流动，如图5所示，紫外线净化单元103设置为短波紫外线净化单元，发射波长为185nm紫外线，紫外线净化单元101和102设置为长波紫外线净化单元，发射波长为253.7nm紫外线。可选的，紫外线净化单元102设置为短波紫外线净化单元，发射波长为185nm紫外线，紫外线净化单元101和 103设置为长波紫外线净化单元，发射波长为253.7nm紫外线。在制冷工况下，翅片11之间的空气自然对流为向下流动，如图5所示，紫外线净化单元101设置为短波紫外线净化单元，发射波长为185nm紫外线，紫外线净化单元102和 103设置为长波紫外线净化单元，发射波长为253.7nm紫外线。可选的，紫外线净化单元102设置为短波紫外线净化单元，发射波长为185nm紫外线，紫外线净化单元101和103设置为长波紫外线净化单元，发射波长为253.7nm紫外线。

如图5所示，还可以设置多个紫外线净化单元，并合理配置长波紫外线净化单元和短波紫外线净化单元的数量与配置，以促进净化并降低臭氧的含量。

以下是本发明的另一实例。

如图5所示，沿自然循环空气流动的方向，可以在翅片11表面涂覆相应的催化剂，对臭氧进行催化氧化，降低臭氧浓度。选用的催化剂可以包括过度金属类催化剂，如锰氧化物、铁氧化物、钴氧化物、镍氧化物等复合负载催化剂，也可以采用贵金属催化剂，如Ag、Au、Pt、Pd等及其复合负载催化剂，以及活性炭及其改性催化剂。还可以在翅片11的空气通道内设置相应的催化滤网，滤网上涂覆所述的催化剂，对臭氧进行催化氧化。

以下是本发明的另一实例。

经过上述方式对臭氧O3的紫外线催化和催化剂催化，仍然可能存在少量臭氧O3逸散进入环境空气。如图6(a)-(c)所示，在本发明的散热系统内设置烃装置20，图中仅仅针对散热系统应用于制热的工况，此时制热对流的空气从下往上自然流动。如图6(a)所示，在相邻翅片11间的空气通道内设置烃装置20，与图中紫外线净化单元10一样，所述烃装置20紧贴辐射板13，以减少对流动通道空间的占用。所述烃装置20设置有烃挥发器201和烃容器202(图中未示出)。所述烃容器202内装有挥发性芳香烃，所述烃挥发器201设置为块状、翅片状或其它形状，采用多孔材料制成，如纺织品、纸等，芳香烃能在其中吸附并向空气中扩散，所述烃挥发器201插入所述烃容器201内，烃容器201内的芳香烃通过烃挥发器201流到气流中。所述芳香烃优选为月桂烯。月桂烯可以自然生成，没有已知的毒性，所以月桂烯被广泛应用于香水，可以应用于人居环境内。

月桂烯的分子结构包含三个C＝C双键。臭氧会优先与挥发到气流中的月桂烯发生反应，当月桂烯与臭氧反应时，触发了"自由基级联"。产生超过三十多个相关反应，它们中的很多生成了多个短半衰期的氧化物，例如过氧化氢(hydro peroxides)、超氧化物(superoxidcs)、氢-氧基过氧化物(hydro-oxy peroxides)、进基过氧化物(hydroxyperoxides)。这些氧化物分解释放另外的自由基，反过来又增强了这些氧化物种类的生产。该过程持续到使所有剩余的臭氧耗尽。

本发明对所述烃装置20的设置方式没有加以限定。如图6(b)所示，翅片11设置成分段翅片，并在竖直方向上间隔一段距离，所述烃装置20设置在此间距内，并紧贴辐射板13，以减少对空气流动的影响。可选的，如图6(c) 所示，也可以将烃挥发器201设置成翅片形状，并取代一段翅片11的位置，以提高烃的挥发速度，提高臭氧净化速度。

本发明对于烃装置20与紫外线净化单元10在竖直方向的位置没有限定。优选的，烃装置20设置在紫外线净化装置10的空气下游，即自然对流的空气首先流过紫外线净化装置10，然后再流过烃装置20。如图6(a)-(c)所示，在制热工况下，烃装置设置20设置在紫外线净化装置10的上方；在制冷工况下，烃装置设置20设置在紫外线净化装置10的下方。这里上方和下方是指竖直方向的高低位置，上方为竖向位置较高处、下方为竖向方向较低处。此外，可以在紫外线净化单元10的上方和下方均设置至少一个烃装置20，以提高对臭氧的净化能力。

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，进一步调整紫外线的波长、紫外线净化装置的大小和分布、臭氧的催化和吸收，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。