一种可调节风向的送风供暖器

马梓媛

（武汉理工大学，湖北 武汉430070）

1 内部结构

本文介绍了一种可调节风向的送风供暖器，在传统供暖器具有的加热送风装置的基础上还设计了定向送风装置和涡环产生装置。定向送风装置设置于加热送风装置的上端，使用的时候可以得到多种组合效果，节省动力来源。涡环产生装置设于加热送风装置内，两装置同轴心安装，方便调节风向，并满足精度要求。

加热送风装置不同于传统设计，为排除因功率过大造成的安全隐患，并且实现能源的循环利用，主要使用碳纤维纸加热片进行热量的传递。碳纤维是一种新型非金属材料，具有轻质高强的突出特点，并且化学性能非常稳定，耐高温和低温以及耐腐蚀性非常高，可加工性能很好，利用碳纤维的优点，解决了传统设计中存在的某些弊端。除此之外，加热送风装置还包括主送风腔、轮流风机、吊顶支架以及显示系统。在主送风腔内设计有环形换热流道和增速流道，环形换热管道的出口端与增速流道的进口端相接设计实现风的加热、换向以及增速。其中环形换热流道包括供暖外管，由于碳纤维的良好导热性，需在供暖外管与碳纤维接触的内壁处设置隔热布料。在供暖外管的外侧还设有四个定向送风装置安装支架，以便实现确切风向的控制。增速流道包括增速外管和增速内管，两管下端之间没有连接，形成增速流道出风口，在增速外管最低端连接环形密封盘，防止污染。

定向送风装置包括一号电控驱动壳体、二号电控驱动壳体和电控伸缩杆。一号电控驱动壳体的外端与吊顶支架安装孔相连，其中吊顶支架通过螺纹孔安装于天花板上。一号电动驱动壳体的内端与电控伸缩杆一端相连。二号电驱动壳体外端与主送风腔外部机架相连，内端则与电控伸缩杆另一端相连，吊顶支架与主送风腔之间通过四个定向送风装置连接。

涡环产生装置包括主通风管道、渐缩喷嘴、顶盖、夹板薄膜组合体、丝杆、控制器、驱动器、开关电源、步进电动机支架和步进电机等。顶盖位于涡环产生装置的最上端，并且置于主通风管道的顶部，将涡环产生装置和其他装置分隔开。渐缩喷嘴设置于主通风管道的底部，此处设置的渐缩喷嘴并非缩放喷嘴，由于喷嘴的速度系数与压力比之间有一定的关系，根据资料可知，在压力比大于一定数值时，对于渐缩喷嘴，此时速度系数与压力比基本无关，而缩放喷嘴只在设计工况下才能得到较高的速度系数，在工况变化下产生冲波，速度系数剧烈下降，为保证装置平稳连续，此处采用渐缩喷嘴比较合适。夹板薄膜组合体设置于主通风管道内，步进电动机通过步进电机支架固定在顶盖之上，为装置提供动力来源，同时使装置更加紧固。丝杆的上端与步进电机连接，丝杆下端通过上、下T型螺母与夹板薄膜组合体通过螺纹夹连接。装置由此可以实现步进电机驱动丝杆转动，带动夹板薄膜组合体沿丝杆在主通风管道内上下移动，同时在主通风管道上设有进风口，使风源通向涡环产生装置。主要结构如图1所示。

图1 一种可调节风向的送风供暖器的爆炸示意图

2 工作原理

一种可调节风向的送风供暖器在供暖器工作时，首先需要轴流风机将外界空气泵入主送风腔内，气体进入主送风腔内后首先进入其内部的环形流道，之后气流流过主送风腔内置环绕的碳纤维加热片，由于碳纤维的热传导作用，气流的温度上升，随后气流由环形流道一端的环形流道出口流出，进而进入由主送风腔增速外管、增速内管、顶盖以及主送风管道共同组成的增速流道内。气流向下流动时由于增速流道通风面积小于环形换热流道，因此气流速度上升，加速过的气流在经过导流板时，在导流板的作用下进入主送风管道，当夹板薄膜组合体处于进风口上端时，气流涌上主通风管道，此后夹板薄膜组合体在步进电机丝杆的驱动下运动，当夹板薄膜组合体运动到进风口下端时，气流被截断，截断的气流经过整流板的整流后，经过渐缩喷嘴时，由于受到剪切力而卷曲形成涡环气流。渐缩喷嘴出风口处设置有风速传感器及温度传感器，传感器收集到的温度及风速信号会在主送风腔侧壁上的显示屏显示。且通过控制四根定向送风装置伸缩杆的不同伸缩量，可以调节出风口角度。当室内人数较少时，该装置的定向送风可以局部调温代替整体调温，进而降低调温所需能耗；当室内人数较多时，该装置的吊顶垂直风送设计可以缓解纵向温度分布不均匀导致的能源浪费问题，可以大批量产生涡环，且涡环的传播速度及通风量相较于传统产生方式均大幅提升，安全性、可靠性大大提高。

3 设计意义

本文介绍的设计成果主要对传统设计产品的缺点和弊端进行了改进，同时还从用户的实际需求出发在供暖期的功能和要求上进行了创新。

在传热装置上应用了绿色环保的碳纤维材料，中国制备碳纤维材料的技术现在已经比较成熟，由于碳纤维具备多方面的优点，在其他方面比如航天技术上应用也非常广泛。成熟的碳纤维产品技术使此次原材料获得非常容易，减少了制作成本，同时还具备轻质、环保等多方面的优点。

定向送风装置和涡环产生装置使送风式供暖器打破传统供暖期供热不均等局限性，一种可调节风向的送风供暖器不仅可以提供定向的暖风服务，还可以完成不同大小风速多方向送风的要求。其中，现有的涡环产生方式主要是靠夹板或者活塞来推动一段流体柱，通过流体柱在出口的卷曲来产生涡环，其产生涡环的传播速度受夹板活塞运动速度或者出口增速倍数的限制，增大出口增速倍数，则会降低涡环的通风量，而夹板活塞的运动速度受电机的限制，不能大幅度增加，导致涡环的通风量与传播速度往往不能兼顾，达不到预期的供暖需求。考虑到这些因素对涡环产生装置进行了改进，同时采用局部定向化调温代替整体调温还可节约能源。该设计不受地域的限制，成本较传统送风供暖器较少，不仅对送风供暖器的功能进行了改进，还在能源节约以及环保方面做出了改善，具有非常广阔的应用前景。

4 总结

本文主要介绍了一种创新型可调节风向的送风供暖器的设计过程、工作原理和现实意义，该设计解决了传统送风供暖器耗能、低效以及存在安全隐患等多方面的问题，是一种符合绿色环保、经济减排要求的设计，同时还从保证用户良好体验感出发，具有非常好的应用前景。文章中一种可调节方向的送风供暖器的设计灵感来源于航天事业中碳纤维被广泛应用，碳纤维的发展为设计该装置提供了绿色材料支持，摒弃了传统送风供暖装置中的非绿色材料。

本文介绍的该种可调节风向的送风供暖器有非常强的现实意义，在装置结构的零件介绍中，由于涉及机械专业问题，并未做详细注解，还请参考有关书籍。