CN101836801B - 一种可调式座椅末端空气调节送风装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调式座椅末端空气调节送风装置，包括送风立柱，其特征在于，送风立柱的外径上设有滑块，在送风立柱上方的外径上通过支撑连接有风帽，风帽的外沿通过均匀设置的第一轴承分别连接气流调节杆，气流调节杆上固定有柔性气流调节板，气流调节杆与滑块之间连接调节支架，其中，调节支架与气流调节杆之间由第二轴承连接，调节支架与滑块之间由第三轴承连接。本发明的出风口竖直向下送风，降低送风高度，避免脚踝吹风感；水平送风气流较低，可采取更高的送风速度，有效提高了热源后方的空气调节区域品质。

Description

一种可调式座椅末端空气调节送风装置

技术领域

本发明涉及一种空气调节送风装置，尤其是一种可用于座椅末端送风的可调式空气调节送风装置。

背景技术

室内空气调节的目的是为了改变室内环境的热舒适性、改善空气品质，提高工人员的工作效率和健康状况。混合通风和置换通风是目前使用最多的空气调节方式。混合通风的通风效率低于50％，而且能耗较大，且到达人体工作区域的空气由于掺混作用而使品质变差。以浮力控制为动力的置换通风理论上通风效率高于50％，由于该通风方式将新鲜空气直接送入工作区，在地面处形成一层具有一定高度的、完全由新风组成的空气区域，又叫“空气湖”，从而提高了工作区的空气品质。

但是，传统的置换通风为了保证工作区不产生吹风感，必须严格控制风速。它要求送风速度小于0.5m/s(工业)或0.2～0.25m/s(民用)，且越小越好。同时，当气流遇到热源的阻挡后有可能无法到达热源后面的某些区域，这主要是由于热浮升力和动量之间的不平衡造成的。因此置换通风在实际中表现出较差的效率，这种不平衡在冬季使用时尤其明显。置换通风的这些缺点亟待解决。

近年来出现了一些通风末端装置，如中国专利，公开号为2877449所公开的一种座椅的送风装置。再如中国专利，公开号为2596866所公开的一种带有均压器的座椅送风散流器。它们采用的是出风口以水平方向向四周送风，与人体较近，而人体的脚踝部位又是人体比较敏感的部位之一，为了防止出现吹风感，必须把送风速度控制的较低，因此能处理的最大冷热负荷受限。同时较低的送风速度使得送风动量较小，从而使送风距离较短，且对热源后部的空气调节效果较差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种可调式座椅末端空气调节送风装置，该装置通过调节气流调节板的开合，形成向下的可调节角度的送风，能够提高送风动量，且不对脚踝部位产生吹风感，有效的克服了传统座椅置换通风装置送风速度较小的弊端，从而很好的解决了送风速度与房间负荷之间的矛盾；同时，通过调节其气流调节板的位置增加了送风的舒适性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术解决方案：

一种可调式座椅末端空气调节送风装置，包括送风立柱，所述的送风立柱的外径上设有滑块，在送风立柱上方的外径上通过支撑连接有风帽，风帽的外沿均匀设置有第一轴承，第一轴承连接气流调节杆，气流调节杆上固定有柔性气流调节板，气流调节杆与滑块之间连接调节支架，其中，调节支架与气流调节杆之间由第二轴承连接，调节支架与滑块之间由第三轴承连接。

本发明还包括以下技术特征：

所述的风帽呈圆形帽状。

所述的气流调节杆有多个。

所述的气流调节杆通过柔性气流调节板连接形成伞状。

所述的送风立柱的横截面是圆形或多边形。

本发明的可调式座椅末端空气调节送风装置，所带来的技术效果如下：

1、出风口采用竖直向下送风，空气沿着送风立柱外侧到达地面后，沿着地面向四周扩散，有效的降低了水平送风高度，避免脚踝部位吹风感；

2、由于本发明的水平送风气流较低，因此可采取比传统座椅送风装置更高的送风速度，送风动量远大于传统置换送风方式，从而使送风可达到较远的距离，并有效的提高了热源后方的空气调节区域品质；

3、通过调节气流调节板与送风立柱内之间的夹角的大小，可调节送风装置送风时所形成空气湖的高低，增加了其舒适性。

附图说明

图1是一种传统座椅的送风装置图；

图2是一种传统带有均压器的座椅送风散流器图；

图3是本发明的可调式座椅末端空气调节送风装置结构示意图；

图4是本发明的剖面示意图。其中，图4(a)是A-A剖面；图4(b)是B-B剖面；图4(c)是C-C剖面；

图5是气流流线示意图。其中，I表示竖壁贴附区，II表示撞击区，III表示空气湖区，b表示出风口宽度，U_m表示射流轴线速度。

图6(a)是b＝10mm速度云图、流线图和矢量图；图6(b)是b＝5mm速度云图、流线图和矢量图；

图7(a)是b＝5mm、10mm，y＝50mm、100mm的速度图；图7(b)是(U/U₀)与(x/b)无量纲关系图。

图8(a)是U₀＝0.4m/s流场原始图像；图8(b)是U₀＝0.4m/s速度云图、流线图和矢量图。

图9(a)是U₀＝0.6m/s流场原始图像；图9(b)是U₀＝0.6m/s速度云图、流线图和矢量图。

图10(a)是U₀＝0.8m/s流场原始图像；10(b)是U₀＝0.8m/s速度云图、流线图和矢量图。

图11是b＝10mm，y＝20mm速度与距离关系图。

图12是圆柱竖壁贴附射流与置换通风和碰撞射流关系图。12(a)为y＝0.05m；图12(b)为y＝0.1m。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图3和图4，一种可调式座椅末端空气调节送风装置，包括送风立柱7，送风立柱7的横截面是圆形或多边形；送风立柱7的外径上设有滑块6，在送风立柱7上方的外径上通过支撑2连接有风帽1，风帽1呈圆形帽状，风帽1的外沿通过均匀设置的第一轴承3分别连接气流调节杆4，气流调节杆4有多个，气流调节杆4上固定有柔性气流调节板8，气流调节杆4通过柔性气流调节板8连接形成伞状；气流调节杆4与滑块6之间连接调节支架5，其中，调节支架5与气流调节杆4之间由第二轴承9连接，调节支架5与滑块6之间由第三轴承10连接。

实际应用中，滑块机构6在送风立柱7的外侧可上下移动，气流调节板4在调节支架5的带动下能够以轴承3为圆心上下摆动，因此可以根据需要设置气流调节板4和送风立柱7的夹角，也即是对气体扩散角进行设置。

气体由送风立柱7的下部进入，气流撞击顶部风帽1后反向沿送风立柱7外部向下流动，通过气流调节板4对向下流动的气体扩散角进行调节后，气流流向地面并在地面形成空气湖。

实施例1：

送风立柱7的内径为30mm，外径为40mm，长360mm。风帽1内径为60mm，本装置的出风口宽度b为10mm，风帽1套于送风立柱7上方10mm处，出风口高度h为210mm；送风速度U₀分别为1.50m/s、1.25m/s、1.00m/s、0.80m/s、0.60m/s和0.40m/s；采用等温送风，送风温度t为21℃，环境温度t_∞为21℃。

实施例2：

送风立柱7内径为30mm，外径为40mm，长360mm，风帽1内径为50mm，即本装置的送风口宽度b为5mm，风帽1套于送风立柱7上方10mm处，出风口高度h为210mm；射流送风速度U₀分别为3.00m/s、2.50m/s、2.00m/s和1.60m/s；采用等温送风，送风温度t为21℃，环境温度t_∞为21℃。

以下采用2DPIV对圆环型送风口形成的圆柱竖壁贴附射流通风模式气流组织流场进行研究。

一、对实施例1和实施例2的实验测试

1、实验目的

测试本发明的装置在射流送风速度和送风口尺寸变化情况下，圆环型送风风口形成的圆柱竖壁贴附射流气流流场的特性。

2、实验装置

实验材料采用厚度为5mm的有机玻璃加工，静压箱规格为1000mm×300mm×200mm。送风立柱7立于静压箱上方。风帽1与送风立柱7之间采用4个互成90°角的螺丝固定，用以保证使风帽1内壁与送风立柱7外壁相互平行且各径向风口尺寸一致。在送风机前设有产生示踪粒子的烟雾发生器和示踪粒子烟雾混合箱，保证送入实验模型中的示踪粒子浓度的均匀性。

3、测试方案

采用2DPIV对圆环型送风口形成的圆柱竖壁贴附射流通风模式气流组织流场进行研究。根据Rajaratnam N在喷口尺寸和出口速度一定的情况下，以碰撞点为圆心，同一半径的不同位置处速度相同的结论，只需要研究速度沿某一个方向的分布，就可以知道速度沿其他方向的速度分布。因此，选取圆柱模型沿半径方向的某一个竖直面(拍摄范围：x取10mm～320mm，y取12mm～170mm)的流场进行测试，以代表整个实验模型各半径方向竖直面气流流场。送风速度通过风量调节阀控制，出风口风速通过热线热膜风速仪测量，其测量精度为0.01m/s。由于激光照射在实验模型表面上会引起壁面反光，减小了图像的信躁比，在空气中进行实验时尤为显著。因此，为了减小壁面反光对近壁区域拍摄的影响，对模型部分表面进行涂黑处理。实验过程中采用热线热膜风速仪对送风速度进行测量，其测量精度为0.01m/s。各符号意义见表1。

表1

符号	意义	符号	意义
				U	坐标为(x，y)处的送风速度(m/s)	t	射流送风温度(℃)
U0	射流送风速度(m/s)	t∞	环境温度(℃)
				Um	射流轴线速度(m/s)	b	送风口宽度(mm)
x0.5	流速等于0.5Um处的横坐标(mm)	y0.5	流速等于0.5Um处的纵坐标(mm)
				h	送风口距水平面的高度(mm)	y1	距离送风口的竖直距离，此处为h-y，(mm)

二、实验结果与分析

1、气流流型分析

参见图5，圆柱竖壁贴附的流场可以大致分为如下三个区域。

竖壁贴附区I：射流轴线由于Coach效应的影响，贴附于送风立柱外径的竖壁。流体射入静止环境中，内部边界受固体壁面摩擦阻力作用形成壁面边界层。外部与周围静止流体之间存在速度不连续的间断面，随后形成速度梯度，在剪切应力的作用下产生涡旋，涡旋卷吸周围流体进入射流，产生紊动。由于动量的横向传递，卷吸进入的流体获得动量而随原来射流的流体向前流动，原来的流体则失去动量而速度降低。具体表现为该区域的上部主流部分速度较大，射流断面扩散不明显，沿着射流方向由于卷吸与掺混作用，射流断面不断扩大，而流速则不断降低，流量沿程增加。

撞击区II：该区中流动由于受到水平面的作用，因此静压增大，高于周围静压，且在圆柱竖壁与水平面连接处形成滞点，压强达到最大。在压强梯度的作用下流线弯曲，由向下流动转折成平行与水平面的附壁流动。

空气湖区III：流体的下部边界由于受到水平壁面摩擦作用而形成壁面边界层。流体上部边界不断卷吸周围流体产生掺混。

2、不同实施例下竖壁贴附射流流场比较

参见图6(a)，对实施例1的竖壁贴附射流流场测试结果表明：随着送风速度的变小，整个流场受到风口的影响也逐渐减弱，在所拍摄的区域内由没有涡到出现涡。射流送风速度U₀为1m/s、0.8m/s、0.6m/s和0.4m/s时，所拍摄的范围均有涡出现，随着射流送风速度U₀减小，涡的大小和强度逐渐变小。四种风速下，涡的中心位置比较稳定，水平方向在200～250mm之间，竖直方向在50～100mm之间；射流送风速度U₀为1.5m/s和1.25m/s时，所拍摄的区域没有涡出现。根据自由紊流射流流体流动假设，即：射流只能在有限范围的空间中流动，即只能是闭合的，带有闭合流线的。总括起来可以说，所有连续流动介质的有限扰动都会出现闭合循环的涡流。可以认为这两种送风速度时涡是存在的，但出现在在拍摄断面之外的某个位置。

参见图6(b)，对实施例2的竖壁贴附射流流场测试结果表明：在射流送风速度U₀为3m/s、2.5m/s、2m/s和1.6m/s四种风速时，流线趋势大致相同，在所拍摄的区域均没有出现涡。随着风速的减小，水平贴附区末端扩散逐渐变明显。

人体脚踝是人体对送风速度和温度比较敏感的部位之一，其位置距地面可以认为是0.05～0.1m处。实施例1和实施例2两种情况下“空气湖”的高度很低，基本均在0.05m以下。在出风口宽度b为10mm和5mm两种情况下，圆柱竖壁区域附近的空气受到射出气流的卷吸作用向下运动，形成混合区，送风的卷吸作用对工作区的影响比较小。

3、不同实施例中距地面50mm和100mm处速度分析

人体脚踝是人体对送风速度和温度比较敏感的部位之一，其位置距地面可以认为是0.05m～0.1m处。置换通风若送风速度太大，足部会有吹风感，带来舒适性问题，一般的推荐标准是送风温度20℃时不大于0.15m/s，24℃时不大于0.2m/s。从两种实施例下两种出风口的不同送风速度与距离的曲线图7(a)中，可以看出在送风风速大于置换通风(小于0.5m/s)的情况下，完全可以满足脚踝的舒适性要求。因此圆柱竖壁贴附射流可以保证送风气流在比置换送风更大的动量情况下向四周扩散，从而使送风气流达到比置换通风更远的位置，克服置换通风无法满足热源后方区域空气品质的缺点，因此可以应用于较大跨度的建筑。另外，从图7(a)可以看出送风口宽度b为5mm时比10mm的速度波动小，比较稳定。说明送风口宽度b越小，对外界的扰动也越小。对同一送风口宽度，y＝50mm和y＝100mm高度处的速度变化趋势基本相同。

从图7(b)中的速度变化情况可以得到，在b＝10mm，y＝50mm时的速度值增加出现在x＝200mm处；y＝100mm时的速度值增加出现在x＝250mm处。速度在减小过程中出现的增大情况，是由于附壁射流的外部边界层的高度随距离增加而增长，最终影响到实验分析高度处的速度的结果。对于b＝5mm的速度图像，则没有出现速度值先减小后增加的趋势，这是由于水平壁面的外部边界层厚度增加比较缓慢的结果。因此可以认为送风口的宽度对脚踝所在高度的速度影响主要表现在水平距离上。送风口宽度越大，水平壁面外部边界层厚度增加的越快，反之亦然。

如图7(b)所示，对于y＝50mm和y＝100mm高度处的的曲线，(U/U₀)随着(x/b)一直衰减，但是曲线均表现出相同的趋势，曲线下降的趋势由大到小，逐渐趋于平坦。

4、b＝10mm时不同送风速度下距地面20mm处速度分析

图8(a)，图9(a)和图10(a)是实施例1中，送风口宽度b＝10mm，射流送风速度U₀为0.4m/s，0.6m/s和0.8m/s时的拍摄流场原始图像，可以看出均匀散布了踪粒子的空气呈现出层状向四周扩散；从以上三种射流送风速度的处理图像(图8(b)，图9(b)，图10(b))中可以看出，气流在水平面上从圆柱处开始呈放射性向四周均匀扩散。随着射流送风速度U₀的增大，流场的运动趋势变得越明显。

当b＝10mm，y＝20mm时的三种射流送风速度下，X从0～230mm取39个点的速度值，其速度与距圆柱的距离关系见图11。如图11所示，较大送风速度的气流沿着壁面竖直向下碰到水平面后，动量急剧衰减并向四周扩散，但仍有足够的动量达到距离竖壁较远的地方。由于速度相比衰减较大，因此较大的竖直送风气流到达地面转变成水平方向的气流后，可以满足脚踝部位不会产生“吹风感”。对b＝10mm，y＝20mm时，风速的衰减程度，即水平面处的最大风速与U₀的比值，U₀＝0.8m/s时，为23％；U₀＝0.6m/s时，为20％；U₀＝0.4m/s时，为16％。从图10还可以看出U₀＝0.8m/s和U₀＝0.6m/s在水平贴附射流段流速值接近，可见对于圆柱竖壁贴附射流，随着流速的增大，主要用于调节房间和人体舒适区域的部分流速增加较小，说明主要发挥调节房间热舒适性的水平贴附段气流比较稳定，流场特性十分有利。

工作区的风速是影响人体热舒适性的一个重要因素。我国的规范规定：舒适性空调夏季室内风速不应大于0.3m/s。由于送风速度衰减很快，因此可以保证在满足噪音要求的风速下，工作区的绝大部分区域风速低于0.3m/s，不产生吹风感。

5、圆柱竖壁贴附射流与置换通风和碰撞射流的比较

圆柱竖壁贴附射流结合了置换通风与碰撞射流的优点，送风速度比置换通风高，风口安装更方便，可以在座椅或者物体支撑结构处设置，可以根据需要在室内灵活布置。参见图12(a)和图12(b)，选用b＝10mm时的六种U₀分别在y＝0.05m和y＝0.1m处的速度无量纲平均曲线与采用置换通风和碰撞射流的速度无量纲曲线进行比较。其中置换通风和碰撞射流的模拟数据取自董雷(董雷：《碰撞射流通风系统在办公类建筑中应用的探讨》)的研究结果。

从y＝0.05m和y＝0.1m处的置换通风、碰撞射流和圆柱竖壁贴附射流的无量纲曲线得到如下结论：第一，圆柱竖壁贴附射流和碰撞射流两种送风方式都是在较短的距离内上升到速度最大值，而置换通风则是在较长的距离里缓慢上升到最大值，因此，置换通风对防止人体脚踝处产生“吹风感”是最不利的，与之相对的，圆柱竖壁贴附射流以最大的上升斜率达到最大速度值，从而最大程度的降低了产生人体不舒适性的可能性。第二，圆柱竖壁贴附射流的速度衰减最大，因此采用圆柱竖壁贴附射流的送风方式时，可以在同等情况下采用较大的送风速度，从而可以在相同冷负荷的情况下减小送风温差，而这对防止“吹风感”的出现也是有利的；同时图中显示，圆柱竖壁贴附射流形成的“空气湖”是三种送风方式下最薄的。第三，置换通风和碰撞射流送风方式在y＝0.1m高度处均比y＝0.05m处所达到的各自的速度最大值大，其中碰撞射流的最大速度值波动最大，而圆柱竖壁贴附射流的送风方式在不同高度处的速度变化则显示十分稳定，这对于控制室内的气流流场情况较为有利，从而能够使设计工况和实际工况较为接近，即从节能和实际工况角度出发的设计取得较为接近的平衡点。

综上所述，圆柱竖壁贴附射流送风方式在三种方式中最有益，碰撞射流方式次之，置换通风方式最差。圆柱竖壁贴附射流送风方式是一种很有发展前途的送风方式。

Claims (5)

1.一种可调式座椅末端空气调节送风装置，包括送风立柱(7)，其特征在于，所述的送风立柱(7)的外径上设有滑块(6)，在送风立柱(7)上方的外径上通过支撑(2)连接有风帽(1)，在风帽(1)的外沿上均匀设置有第一轴承(3)，第一轴承(3)连接有气流调节杆(4)，气流调节杆(4)上固定有柔性气流调节板(8)，气流调节杆(4)与滑块(6)之间连接有调节支架(5)，其中，调节支架(5)与气流调节杆(4)之间由第二轴承(9)连接，调节支架(5)与滑块(6)之间由第三轴承(10)连接。

2.如权利要求1所述的可调式座椅末端空气调节送风装置，其特征在于，所述的风帽(1)呈圆形帽状。

3.如权利要求1所述的可调式座椅末端空气调节送风装置，其特征在于，所述的气流调节杆(4)有多个。

4.如权利要求1或3所述的可调式座椅末端空气调节送风装置，其特征在于，所述的气流调节杆(4)通过柔性气流调节板(8)连接形成伞状。

5.如权利要求1所述的可调式座椅末端空气调节送风装置，其特征在于，所述的送风立柱(7)的横截面是圆形。

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