Тепловентилятор

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для нагрева воздуха и может быть использовано для нагрева воздуха в помещениях. Одной из основных характеристик таких устройств, определяющих их производительность, массогабаритные характеристики и срок эксплуатации, является эффективность теплосъема с поверхности нагревательных элементов. Поэтому при конструировании тепловентиляторов большое внимание уделяется решению этой проблемы. Анализ уровня техники в Данной области показал, что решение данной проблемы осуществляется в основном двумя путями: увеличением площади, с которой осуществляется съем тепла и созданием конструкций, обеспечивающих интенсивный обдув нагревательных узлов и увеличивающих циркуляцию воздушных потоков. Известно техническое решение, в котором керамический электронагреватель запрессован между реечными деталями из электропроводящего материала, на которых расположены охлаждающие ребра [1], Такие конструкции подвержены быстрому разрушению из-за термических напряжений при большом количестве включений вследствие разности коэффициента теплового расширения материала нагревателя и радиатора. Известен электрокалорифер, в котором использован бесконтактный радиатор. Стержневой металлокерамический нагреватель установлен параллельно оси вентилятора и окружен двумя коаксиально расположенными керамическими экранами с отверстиями [2]. Нагреваясь до высокой температуры (~3000°), металлокерамический нагреватель передает тепло излучением, окружающим его керамическим экранам. Воздух, подаваемый вентилятором по каналам вдоль нагревателя и экранов, проходя по ним, нагревается и выходит через конический рассекатель с отверстиями, установленный на выходе тепловентилятора. Такая конструкция требует поддержания высокой температуры нагревательного элемента, что неприемлемо, например, для бытовых термовентиляторов как с точки зрения безопасности, так и экологии. Кроме того, расположение, нагревательного элемента вдоль потока воздуха приводит к неравномерному теплосъему, а, следовательно, к перегреву конца нагревательного элемента, расположенного дальше от вентилятора, что снижает тепловую эффективность и надежность устройства. Наиболее близким к предлагаемому является тепловентилятор, содержащий корпус, в котором размещены вентилятор, по меньшей мере один нагревательный элемент и формирователь потока воздуха [3]. Стержневые электронагреватели расположены по прямолинейным образующим однополостного гиперболоида, Формирователь потока воздуха выполнен в виде конфузора и направляющей вставки, первый из которых выполнен в виде усеченного конуса, размещенного с внешней стороны с зазором относительно первой по ходу потока половины гиперболоида, образованного нагревателями, а вторая выполнена в виде конуса, установленного вершиной навстречу потоку в полости второй половины упомянутого гиперболоида. Конфузор и конус снабжены каждый направляющими, выполненными по винтовой линии со стороны электронагревателей. Нагнетаемый в корпус вентилятором воздух соприкасается с рабочими поверхностями электронагревателей, начинает нагреваться и по мере дальнейшего продвижения начинает ускоряться вследствие сужения конфузора. Направляющая, выполненная по винтовой линии, закручивает периферийные воздушные слои, заставляя И4обдувать боковые поверхности электронагревателей. Встречаясь с конусом и попадая на направляющую, воздух дополнительно турбулизируется и, обдувая оставшиеся поверхности электронагревателей, проходит к выходу тепловентилятора. Таким образом повышается тепловая эффективность устройства. Указанный тепловентилятор для более эффективного нагрева воздуха требует достаточно протяженного участка для размещения нагревательных элементов при сравнительно высокой скорости обдуваемого воздуха. Конструкция сравнительно сложная. При этом наблюдается перегрев участков нагревательных элементов, более удаленных от вентилятора, т.е. съем тепла с поверхности нагревательных элементов недостаточно равномерный, а следовательно, недостаточно высокая тепловая эффективность, надежность, а также срок службы тепловентилятора. В основу изобретения положена задача создания тепловентилятора. в котором форма выполнения формирователя потока воздуха и взаимное расположение его и нагревательных элементов обеспечивали бы струйный обдув нагревательных элементов и за счет этого равномерный интенсивный съем тепла с их поверхности, а следовательно повышение тепловой эффективности тепловентилятора, надежности и увеличение срока его службы. Поставленная задача решается тем, что в тепловентиляторе, содержащем корпус, в котором размещены вентилятор, по меньшей мере один нагревательный элемент и формирователь потока воздуха, согласно изобретению, формирователь потока воздуха выполнен в виде гофрированной пластины с отверстиями и размещен между вентилятором и нагревательными элементами, при этом каждый нагревательный элемент размещен в углублении гофра пластины при следующем соотношении размеров: где расстояние от поверхности нагревательного элемента до поверхности пластины, обращенной к нагревательному элементу. - расстояние между отверстиями в пластине, - характерный размер отверстия. В заявляемом тепловентиляторе благодаря совокупности указанных признаков. Нагнетаемый вентилятором поток воздуха, пройдя через отверстия гофрированной пластины, формируется в систему струй, которые, ударяясь о поверхность нагревательных элементов, растекаются по ней, т.е. осуществляется струйный обдув поверхности нагревательных элементов. Пограничный слой на поверхности нагревательных элементов разрушается струями, границы струй турбулизируются. Указанное соотношение размеров установлено экспериментально и является, по мнению авторов, оптимальным для формирования струй, осуществляющих обдув нагревательных элементов. Благодаря интенсивному и равномерному охлаждению нагревательных элементов на их поверхностях выравнивается температурное поле, а, следовательно, снижается уровень термических напряжений, возникающих в нагревательных элементах. Таким образом, благодаря струйному обдуву нагревательных элементов осуществляется равномерный интенсивный съем тепла с их поверхности, что обеспечивает повышение тепловой эффективности и надежности тепловентилятора, а также увеличение срока его службы. Кроме того, благодаря эффективному съему тепла повышается безопасность эксплуатации тепловентилятора, так как отсутствует перегрев внутренних и внешних деталей тепловентилятора, например, выходной решетки, рамки для крепления нагревательных элементов, корпуса. На фиг.1 изображен продольный разрез тепловентилятора; на фиг.2 гофр с нагревательным элементом в продольном разрезе, узел А. Тепловентилятор содержит корпус 1, в котором размещены вентилятор 2, нагревательные элементы 3, формирователь потока воздуха, выполненный в виде гофрированной пластины 4 с отверстиями 5, На входе корпуса имеется входная решетка 6, а на выходе - выходная решетка 7. Гофрированная пластина 4 размещена между вентилятором 2 и нагревательными элементами. Каждый нагревательный элемент 3 расположен в углублении гофра 8 пластины 4. При использовании плоских нагревательных элементов 3, например керамических пластин, для установки и крепления нагревательных элементов 3 и гофрированной пластины 4 может быть использована специальная рамка. В этом случае гофрированная пластина 4 может быть, например, запрессована в рамку, а плоские нагревательные элементы 3 помещены в специальные пазы, т.е. они могут быть съемными. Наиболее эффективный струйный обдув осуществляется в случае прямоугольного или трапециевидного профиля гофр 8 гофрированной пластины 4. Отверстия 5 в гофрированной пластине 4 выполнены только на тех участках пластины 4, которые обращены к поверхности нагревательных элементов 3. Предпочтительный вариант выполнения отверстий - круглый, с размещением их в шахматном или прямоугольном порядке. Взаимное размещение нагревательных элементов 3 и гофрированной пластины 4 осуществляется при следующем соотношении размеров, которое установлено экспериментально: где расстояние от поверхности нагревательного элемента 3 до поверхности гофра 8 гофрированной пластины 4, обращенной к нагревательному элементу 3; - расстояние между отверстиями 5 в гофрированной пластине 4; - характерный размер отверстия 5. Для бытовых тепловентиляторов диаметр отверстия 5 может быть 0,5-1,5 мм. Тепловентилятор работает следующим образом. При включении тепловентилятора воздух через входную решетку 6 всасывается и нагнетается вентилятором 2 в полость корпуса 1. Проходя через отверстия 5 гофрированной пластины 4, поток воздуха разбивается на систему струй, которые, ударяясь по поверхностям нагревательных элементов 3, размещенных в углублениях гофр 8, растекаются по этим поверхностям, осуществляя таким образом их струйный обдув. Нагретый воздух выходит через выходную решетку 7.