ТЕПЛОВЕНТИЛЯТОР

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится преимущественно к автомобильной технике и применяется для электрообогрева воздуха в промерзшем салоне автомобиля во время прогрева двигателя в холодное время года, когда температура охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания не достигла достаточно высоких значений и автомобильная «печка» еще не дает тепло.
Уровень техники
Электротепловентиляторы используются для обогрева воздуха, в том числе и в салонах автомобилей. Каждый тепловентилятор состоит из элемента нагрева и электровентилятора, который нагнетает на него воздух. Имеются различные виды тепловентиляторов: с использованием нагревательных спиралей, ТЭНов и металлокерамические.
В качестве аналогов предлагаемого технического решения известны электротепловентиляторы, принцип функционирования которых основывается на подаче воздуха на раскаленную спираль, разогреваемую путем пропускания тока через спираль. Тепловентилятор на основе спиралей - самый дешевый, в его конструкцию входит нагревательный элемент, который представляет из себя спираль из тугоплавкого металла. На спираль нагнетается воздух, на выходе устройства получается нагретый воздух.
Так известен нагреватель воздуха (патент РФ 2122689, F24Н 3/04), содержащий вентилятор с электродвигателем, два спиральных электронагревательных элемента, а также известен тепловентилятор со спиралями по патенту SU 1204885.
Недостатками таких тепловентиляторов являются: высокая пожароопасность из-за очень высокой температуры нагревательного элемента, в результате чего выжигается не только кислород из воздуха, но и попадающие на него из воздуха пыль, пух, а при попадании легковоспламеняющихся жидкостей может возникнуть пожар; малый ресурс работы из-за быстрого окисления провода открытой спирали; низкая виброудароустойчивость при действии транспортных вибраций; малая площадь поверхности теплоотдачи.
К аналогам можно отнести и еще один тип электротепловентиляторов с использованием ТЭНов, например, тепловентилятор на ТЭН по патенту РФ 2187767. ТЭН - трубчатый электронагреватель, он состоит из металлической трубки. Внутри такой трубки расположен проволочный нагревательный элемент. Зазор между элементом нагрева и трубкой засыпан веществом с хорошей теплопроводностью. Теплопередача такого ТЭНа по сравнению с тонкой спиралью повышается из-за увеличения площади корпуса самого ТЭНа, так как площадь нагревательной нити очень мала. Недостатками тепловентиляторов на ТЭН являются долгое время выхода на режим, в то время как нужно сразу же согревать воздух в салоне для комфортного нахождения водителя во время прогрева двигателя в течение 10-20 мин., пока не нагреется охлаждающая жидкость в двигателе и не начнет поступать в салон горячий воздух от печки автомобиля; низкая виброудароустойчивость, приводящая к нарушению герметичности и снижению ресурса; большая пиковая мощность энергопотребления и необходимость иметь для работы преобразователь 12/220 В, удорожающий изделие.
В качестве прототипа предлагаемого технического решения возьмем тепловентилятор с металлокерамическим нагревательным элементом (см., например, журнал «За рулем», 11/2009, стр.241, «Не позволит никогда замерзнуть в холода» или на сайте: www.v-avto.ru/1428/-Обогреватель салона а/м 12В 150Вт НВА-31, артикул 1428), в котором металлокерамический нагревательный элемент выполнен в виде плоской спирали, представляющей собой блок с множеством мелких «сот», через которые проходит воздушный поток. Температура такого композитного элемента при непрерывном обдуве вентилятором ниже, чем у ТЭН и не выжигается кислород в воздухе.
Недостатками тепловентилятора-прототипа с использованием металлокерамических нагревателей являются: малая поверхность нагревательного элемента, в результате чего для повышения теплоотдачи приходится повышать мощность (что, при ограниченной мощности бортовой сети автомобиля, в больших пределах не возможно) и повышать температуру нагрева, что повышает пожароопасность, а также вызывает необходимость использования вентилятора большой мощности для охлаждения нагревательного элемента; снижение ресурса из-за постепенного растрескивания керамики при большом числе термоциклов «включение-выключение», особенно, при выпадении росы и инея на нагревательный элемент; низкая виброудароустойчивость при действии транспортных вибраций и ударов, приводящих к образованию трещин и ускорению окисления металла нагревательного элемента, особенно, при разогретом металлокерамическом элементе; большое сопротивление движению воздуха из-за малых пор нагревательного элемента, через которые проходит воздух, что требует увеличения мощности и габаритов вентилятора; высокая стоимость по сравнению с другими типами тепловентиляторов.
Указанные недостатки известных устройств устраняются при выполнении полезной модели «Тепловентилятор», позволяющей повысить коэффициент полезного действия (КПД), виброудароустойчивость, ресурс и надежность в любых климатических условиях эксплуатации, поскольку нагревательный элемент выполнен из углеродно-волокнистого материала, установленного в корпусе в несколько слоев с зазором между слоями, один конец слоев связан с корпусом посредством упругого элемента, поверхности слоев в области входа и выхода воздуха с нагревательного элемента направлены под острыми углами к оси выходного отверстия вентилятора и выходным отверстиям для воздуха соответственно.
Выполнение нагревательного элемента из углеродно-волокнистого материала позволяет обеспечить виброудароустойчивость, так как материал не боится вибраций и ударов, а также исключить влияние термоциклов «нагрев-охлаждение» и влияние явлений выпадения росы и инея на характеристики нагревателя; установка нагревательного элемента в несколько слоев увеличивает в десятки раз площадь теплоотдачи нагревательного элемента по сравнению с металлокерамическим нагревательным элементом, в результате чего воздух успевает прогреваться до большей температуры, а также позволяет снизить температуру нагревательного элемента до безопасной для людей; расположение слоев нагревательного элемента с зазорами между собой так, что поверхности слоев в области входа и выхода воздуха с нагревательного элемента направлены под острыми углами к оси выходного отверстия вентилятора и выходным отверстиям для воздуха соответственно, снижает сопротивление для движения воздуха от вентилятора на нагревательные элементы и движение теплого воздуха через выходные отверстия в корпусе изделия в салон автомобиля и позволяет снизить мощность и габариты вентилятора; исключаются растрескивания нагревательного элемента, так как материал не хрупкий и не критичен к переменным изгибающим механическим нагрузкам от транспортных ударов и вибраций; связь одного конца слоев с корпусом посредством упругого элемента сохраняет форму нагревательного элемента со временем.
Сущность полезной модели.
Полезная модель представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, внутри которого установлены на некотором расстоянии друг от друга (с зазорами между собой) несколько слоев нагревательного элемента из углеродно-волокнистого материала. В качестве упругого элемента может устанавливаться пружина. На корпусе имеются отверстия для входа и отверстия для выхода воздуха. На корпусе в области отверстий для входа воздуха закреплен вентилятор, создающий поток воздуха, который проходит через входные отверстия и далее проходит между слоями нагревательного элемента, расположенными одним краем напротив отверстий для входа воздуха (под острыми углами для уменьшения сопротивления воздуху), нагреваясь при этом. Далее теплый воздух выходит с другого края поверхностей нагревательного элемента, расположенных напротив отверстий на корпусе (под острыми углами для уменьшения сопротивления) для естественного (с малым сопротивлением) выхода потока нагретого воздуха в салон автомобиля. Корпус тепловентилятора может быть выполнен из пластмассы, так как температура нагревательного элемента с запасом ниже температуры плавления материала корпуса. Нагревательные элементы и вентилятор подключены к бортовой цепи питания.
За счет большей в десятки раз площади теплоотдачи нагревательного элемента, сниженной температуры нагревательного элемента, меньшей мощности электропотребления, повышенной виброудароустойчивости и устойчивости к климатическим воздействиям полезная модель обеспечивает в целом лучшие эксплуатационные характеристики по КПД, надежности и ресурсу по сравнению с известными устройствами тепловентиляторов.