一種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器

馬梓媛

（武漢理工大學(xué)，湖北 武漢430070）

1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

本文介紹了一種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器，在傳統(tǒng)供暖器具有的加熱送風(fēng)裝置的基礎(chǔ)上還設(shè)計(jì)了定向送風(fēng)裝置和渦環(huán)產(chǎn)生裝置。定向送風(fēng)裝置設(shè)置于加熱送風(fēng)裝置的上端，使用的時(shí)候可以得到多種組合效果，節(jié)省動(dòng)力來(lái)源。渦環(huán)產(chǎn)生裝置設(shè)于加熱送風(fēng)裝置內(nèi)，兩裝置同軸心安裝，方便調(diào)節(jié)風(fēng)向，并滿足精度要求。

加熱送風(fēng)裝置不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，為排除因功率過(guò)大造成的安全隱患，并且實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，主要使用碳纖維紙加熱片進(jìn)行熱量的傳遞。碳纖維是一種新型非金屬材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)的突出特點(diǎn)，并且化學(xué)性能非常穩(wěn)定，耐高溫和低溫以及耐腐蝕性非常高，可加工性能很好，利用碳纖維的優(yōu)點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的某些弊端。除此之外，加熱送風(fēng)裝置還包括主送風(fēng)腔、輪流風(fēng)機(jī)、吊頂支架以及顯示系統(tǒng)。在主送風(fēng)腔內(nèi)設(shè)計(jì)有環(huán)形換熱流道和增速流道，環(huán)形換熱管道的出口端與增速流道的進(jìn)口端相接設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)的加熱、換向以及增速。其中環(huán)形換熱流道包括供暖外管，由于碳纖維的良好導(dǎo)熱性，需在供暖外管與碳纖維接觸的內(nèi)壁處設(shè)置隔熱布料。在供暖外管的外側(cè)還設(shè)有四個(gè)定向送風(fēng)裝置安裝支架，以便實(shí)現(xiàn)確切風(fēng)向的控制。增速流道包括增速外管和增速內(nèi)管，兩管下端之間沒(méi)有連接，形成增速流道出風(fēng)口，在增速外管最低端連接環(huán)形密封盤(pán)，防止污染。

定向送風(fēng)裝置包括一號(hào)電控驅(qū)動(dòng)殼體、二號(hào)電控驅(qū)動(dòng)殼體和電控伸縮桿。一號(hào)電控驅(qū)動(dòng)殼體的外端與吊頂支架安裝孔相連，其中吊頂支架通過(guò)螺紋孔安裝于天花板上。一號(hào)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)殼體的內(nèi)端與電控伸縮桿一端相連。二號(hào)電驅(qū)動(dòng)殼體外端與主送風(fēng)腔外部機(jī)架相連，內(nèi)端則與電控伸縮桿另一端相連，吊頂支架與主送風(fēng)腔之間通過(guò)四個(gè)定向送風(fēng)裝置連接。

渦環(huán)產(chǎn)生裝置包括主通風(fēng)管道、漸縮噴嘴、頂蓋、夾板薄膜組合體、絲桿、控制器、驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)電源、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)支架和步進(jìn)電機(jī)等。頂蓋位于渦環(huán)產(chǎn)生裝置的最上端，并且置于主通風(fēng)管道的頂部，將渦環(huán)產(chǎn)生裝置和其他裝置分隔開(kāi)。漸縮噴嘴設(shè)置于主通風(fēng)管道的底部，此處設(shè)置的漸縮噴嘴并非縮放噴嘴，由于噴嘴的速度系數(shù)與壓力比之間有一定的關(guān)系，根據(jù)資料可知，在壓力比大于一定數(shù)值時(shí)，對(duì)于漸縮噴嘴，此時(shí)速度系數(shù)與壓力比基本無(wú)關(guān)，而縮放噴嘴只在設(shè)計(jì)工況下才能得到較高的速度系數(shù)，在工況變化下產(chǎn)生沖波，速度系數(shù)劇烈下降，為保證裝置平穩(wěn)連續(xù)，此處采用漸縮噴嘴比較合適。夾板薄膜組合體設(shè)置于主通風(fēng)管道內(nèi)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)支架固定在頂蓋之上，為裝置提供動(dòng)力來(lái)源，同時(shí)使裝置更加緊固。絲桿的上端與步進(jìn)電機(jī)連接，絲桿下端通過(guò)上、下T型螺母與夾板薄膜組合體通過(guò)螺紋夾連接。裝置由此可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)夾板薄膜組合體沿絲桿在主通風(fēng)管道內(nèi)上下移動(dòng)，同時(shí)在主通風(fēng)管道上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，使風(fēng)源通向渦環(huán)產(chǎn)生裝置。主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 一種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器的爆炸示意圖

2 工作原理

一種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器在供暖器工作時(shí)，首先需要軸流風(fēng)機(jī)將外界空氣泵入主送風(fēng)腔內(nèi)，氣體進(jìn)入主送風(fēng)腔內(nèi)后首先進(jìn)入其內(nèi)部的環(huán)形流道，之后氣流流過(guò)主送風(fēng)腔內(nèi)置環(huán)繞的碳纖維加熱片，由于碳纖維的熱傳導(dǎo)作用，氣流的溫度上升，隨后氣流由環(huán)形流道一端的環(huán)形流道出口流出，進(jìn)而進(jìn)入由主送風(fēng)腔增速外管、增速內(nèi)管、頂蓋以及主送風(fēng)管道共同組成的增速流道內(nèi)。氣流向下流動(dòng)時(shí)由于增速流道通風(fēng)面積小于環(huán)形換熱流道，因此氣流速度上升，加速過(guò)的氣流在經(jīng)過(guò)導(dǎo)流板時(shí)，在導(dǎo)流板的作用下進(jìn)入主送風(fēng)管道，當(dāng)夾板薄膜組合體處于進(jìn)風(fēng)口上端時(shí)，氣流涌上主通風(fēng)管道，此后夾板薄膜組合體在步進(jìn)電機(jī)絲桿的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)夾板薄膜組合體運(yùn)動(dòng)到進(jìn)風(fēng)口下端時(shí)，氣流被截?cái)?，截?cái)嗟臍饬鹘?jīng)過(guò)整流板的整流后，經(jīng)過(guò)漸縮噴嘴時(shí)，由于受到剪切力而卷曲形成渦環(huán)氣流。漸縮噴嘴出風(fēng)口處設(shè)置有風(fēng)速傳感器及溫度傳感器，傳感器收集到的溫度及風(fēng)速信號(hào)會(huì)在主送風(fēng)腔側(cè)壁上的顯示屏顯示。且通過(guò)控制四根定向送風(fēng)裝置伸縮桿的不同伸縮量，可以調(diào)節(jié)出風(fēng)口角度。當(dāng)室內(nèi)人數(shù)較少時(shí)，該裝置的定向送風(fēng)可以局部調(diào)溫代替整體調(diào)溫，進(jìn)而降低調(diào)溫所需能耗；當(dāng)室內(nèi)人數(shù)較多時(shí)，該裝置的吊頂垂直風(fēng)送設(shè)計(jì)可以緩解縱向溫度分布不均勻?qū)е碌哪茉蠢速M(fèi)問(wèn)題，可以大批量產(chǎn)生渦環(huán)，且渦環(huán)的傳播速度及通風(fēng)量相較于傳統(tǒng)產(chǎn)生方式均大幅提升，安全性、可靠性大大提高。

3 設(shè)計(jì)意義

本文介紹的設(shè)計(jì)成果主要對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的缺點(diǎn)和弊端進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)還從用戶的實(shí)際需求出發(fā)在供暖期的功能和要求上進(jìn)行了創(chuàng)新。

在傳熱裝置上應(yīng)用了綠色環(huán)保的碳纖維材料，中國(guó)制備碳纖維材料的技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟，由于碳纖維具備多方面的優(yōu)點(diǎn)，在其他方面比如航天技術(shù)上應(yīng)用也非常廣泛。成熟的碳纖維產(chǎn)品技術(shù)使此次原材料獲得非常容易，減少了制作成本，同時(shí)還具備輕質(zhì)、環(huán)保等多方面的優(yōu)點(diǎn)。

定向送風(fēng)裝置和渦環(huán)產(chǎn)生裝置使送風(fēng)式供暖器打破傳統(tǒng)供暖期供熱不均等局限性，一種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器不僅可以提供定向的暖風(fēng)服務(wù)，還可以完成不同大小風(fēng)速多方向送風(fēng)的要求。其中，現(xiàn)有的渦環(huán)產(chǎn)生方式主要是靠夾板或者活塞來(lái)推動(dòng)一段流體柱，通過(guò)流體柱在出口的卷曲來(lái)產(chǎn)生渦環(huán)，其產(chǎn)生渦環(huán)的傳播速度受夾板活塞運(yùn)動(dòng)速度或者出口增速倍數(shù)的限制，增大出口增速倍數(shù)，則會(huì)降低渦環(huán)的通風(fēng)量，而夾板活塞的運(yùn)動(dòng)速度受電機(jī)的限制，不能大幅度增加，導(dǎo)致渦環(huán)的通風(fēng)量與傳播速度往往不能兼顧，達(dá)不到預(yù)期的供暖需求。考慮到這些因素對(duì)渦環(huán)產(chǎn)生裝置進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)采用局部定向化調(diào)溫代替整體調(diào)溫還可節(jié)約能源。該設(shè)計(jì)不受地域的限制，成本較傳統(tǒng)送風(fēng)供暖器較少，不僅對(duì)送風(fēng)供暖器的功能進(jìn)行了改進(jìn)，還在能源節(jié)約以及環(huán)保方面做出了改善，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

4 總結(jié)

本文主要介紹了一種創(chuàng)新型可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器的設(shè)計(jì)過(guò)程、工作原理和現(xiàn)實(shí)意義，該設(shè)計(jì)解決了傳統(tǒng)送風(fēng)供暖器耗能、低效以及存在安全隱患等多方面的問(wèn)題，是一種符合綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)減排要求的設(shè)計(jì)，同時(shí)還從保證用戶良好體驗(yàn)感出發(fā)，具有非常好的應(yīng)用前景。文章中一種可調(diào)節(jié)方向的送風(fēng)供暖器的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于航天事業(yè)中碳纖維被廣泛應(yīng)用，碳纖維的發(fā)展為設(shè)計(jì)該裝置提供了綠色材料支持，摒棄了傳統(tǒng)送風(fēng)供暖裝置中的非綠色材料。

本文介紹的該種可調(diào)節(jié)風(fēng)向的送風(fēng)供暖器有非常強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，在裝置結(jié)構(gòu)的零件介紹中，由于涉及機(jī)械專業(yè)問(wèn)題，并未做詳細(xì)注解，還請(qǐng)參考有關(guān)書(shū)籍。