способ регулирования температуры выходящего потока в воздуходувных устройствах (варианты)

Формула изобретения

1. Способ регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, заключающийся в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства, в котором расположены электронагревательные элементы, сообщенные с источником их питания, пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы и регулировании температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами путем изменения физического состояния последних, отличающийся тем, что в качестве электронагревательных элементов используют полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом, а температуру нагрева выходящего воздуха регулируют с помощью перепускного воздушного клапана, направляя часть нагнетаемого воздуха по байпасному каналу в зону за полупроводниковыми резисторами с положительным температурным коэффициентом.

2. Способ регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, заключающийся в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства, в котором расположены электронагревательные элементы, сообщенные с источником их питания, пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы и регулировании температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами путем изменения физического состояния последних, отличающийся тем, что в качестве электронагревательных элементов используют полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом, а температуру выходящего воздуха регулируют поворотом полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом на угол от 0 до 90° относительно направления воздушного потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вентиляционной технике и касается конструкции бытовых и промышленных отопительных и нагревательных приборов и устройств (тепловентиляторы, сушилки, канальные нагреватели, воздушно-отопительные агрегаты и т.д.). В частности, изобретение рассматривает новый способ регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, использующих в качестве электронагревательного элемента РТС-термисторы (полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом).

Известен способ регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, заключающийся в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства, в котором расположены электронагревательные элементы, сообщенные с источником их питания, пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы и регулировании температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами путем изменения физического состояния последних (RU №2122689, F24H 3/04, опубл. 1998.11.27).

В известном способе регулирование температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами осуществляется увеличением количества ТЭН- нагревателей, что приводит к необходимости использования коммутационной техники и повышенного расхода электроэнергии.

Данное решение принято в качестве прототипа для обоих заявленных объектов.

Нагревательными элементами в керамических воздушных обогревателях служат полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом (РТС-термисторы) - полупроводниковые элементы, электрическое сопротивление которых, а следовательно, и мощность нагрева зависят от температуры их поверхности, то есть чем выше температура позистора, тем меньше мощность. Данная обратная связь не допускает нагрева элементов свыше 250°С, обеспечивая тем самым полную пожарную безопасность обогревателя. Максимальный же ток обогревателя в отличие от обычных ТЭНов достигается только при низких входных температурах и высоких скоростях воздушного потока. Это свойство позисторов в некоторой степени облегчает работу силовых узлов систем регулирования и разгружает электрическую сеть от пиковой потребляемой мощности, если в данный момент вентиляционное устройство работает не в предельных эксплуатационных режимах.

РТС-термистор (резистор с положительным температурным коэффициентом). При пропускании электрического тока через термистор он нагревается. Чем больше нагревается термистор, тем больше вырастает его электрическое сопротивление. При достижении точки переключения (по мере роста температуры) термистора (температура точки переключения задается при изготовлении изделия в основном с 250°С) сопротивление его резко возрастает и дальнейший рост температуры невозможен. Это свойство РСТ-нагревателей делает устройство, в котором оно применяется, пожаробезопасным в отличие от устройств на ТЭНах или с нагревателями в виде нихромовой спирали, где ввиду чисто резистивных свойств этих нагревателей температура их поверхности ничем не контролируется.

Это же свойство полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом затрудняет их регулирование внешними электрическими приборами (термостатами). Принцип такого регулирования температуры состоит в том, что напряжение питания на нагреватель подается не постоянно, а импульсами в зависимости от потребности в тепле, которая определяется условной заданной температурой на выходе воздуходувного устройства.

Основная проблема заключается в том, что полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом в момент поступления очередного импульса напряжения питания уже успевает остыть и электрическое сопротивление его мало. Следовательно, ток в цепи будет очень большим и будет падать по мере разогрева термистора. Ресурс работы полупроводникового резистора с положительным температурным коэффициентом в данной электрической схеме регулирования невелик, поскольку он работает в режиме максимальных пусковых токов. Применение же терморегулирующих приборов, основанных на принципе изменения напряжения, подающегося на нагреватель в зависимости от потребности в тепле, не дает эффекта, так как температура поверхности термистора зависит не от величины подаваемого на него напряжения, а от характеристики точки переключения, которая задается при изготовлении.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по использованию полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом исключительно в режиме максимального нагрева их поверхности при минимальном расходе электроэнергии и обеспечении регулирования воздуха за счет механических компонентов воздуходувного устройства.

Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении экономичности, долговечности и эффективности работы.

Указанный технический результат для первого способа достигается тем, что в способе регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, заключающемся в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства, в котором расположены электронагревательные элементы, сообщенные с источником их питания, пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы и регулировании температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами путем изменения физического состояния последних. В качестве электронагревательных элементов используют полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом, а температуру выходящего воздуха регулируют с помощью перепускного воздушного клапана, направляя часть нагнетаемого воздуха по байпасному каналу в зону за полупроводниковыми резисторами с положительным температурным коэффициентом.

Указанный технический результат для второго способа достигается тем, что в способе регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах, заключающемся в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства, в котором расположены электронагревательные элементы, сообщенные с источником их питания, пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы и регулировании температуры выходящего воздушного потока на участке за электронагревательными элементами путем изменения физического состояния последних. В качестве электронагревательных элементов используют полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом, а температуру выходящего воздуха регулируют поворотом полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом на угол от 0° до 90° относительно направления воздушного потока.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 - воздуходувная установка для реализации первого способа регулирования, смешанная подача воздуха;

фиг.2 - то же, что на фиг.1, подача воздуха по байпасному каналу;

фиг.3 - то же, что на фиг.1, подача воздуха через полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом;

фиг.4 - воздуходувная установка для реализации второго способа регулирования, максимальный нагрев воздуха;

фиг.5 - то же, что на фиг.4, режим отсутствия нагрева воздуха;

фиг.6 - то же, что на фиг.4, смешанная подача воздуха.

Согласно настоящему изобретению способ регулирования температуры выходящего воздушного потока в воздуходувных устройствах заключается в нагнетании воздуха в канал воздуходувного устройства (например, с помощью вентилятора), в котором расположены электронагревательные элементы типа полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом, сообщенные с источником их питания, и пропускании потока этого воздуха через указанные электронагревательные элементы. В полупроводниковых резисторах с положительным температурным коэффициентом температура нагрева доводится до температуры точки переключения и поддерживается в неизменном режиме питания. Регулирование температуры выходящего воздушного потока на участке за ними осуществляют с помощью перепускного воздушного клапана, направляя часть нагнетаемого воздуха по байпасному каналу в зону за полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом.

Суть способа регулирования температуры на выходе воздуходувного устройства, нагревательным элементом которого является полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом, заключается в следующем. Поскольку полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом является пожаробезопасным саморегулирующимся элементом, он может работать в статическом режиме (без прохождения через него воздуха). В этом режиме потребляемый им ток чрезвычайно мал, поскольку электрическое сопротивление его велико (температура достигла точки переключения).

Предлагается установить полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом в воздуходувное устройство 1 (фиг.1) параллельно с байпасным воздушным каналом 2, не имеющим электронагреватель 3, а температуру выходящего воздуха 4 регулировать с помощью перепускного воздушного клапана 5, направляя часть нагнетаемого воздуха 6 через электронагреватель 3 (фиг.1), а часть воздуха - в обход по байпасному каналу. Перепускной клапан управляется от электрического привода 7, сигнал на который поступает от внешнего терморегулятора 8 (термостата).

При необходимости исключения нагрева воздуха (фиг.2) достаточно выставить управлящий сигнал от перевода перепускного воздушного клапана 5 в положение, при котором его заслонка полностью перекроет канал, в котором расположен полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом. В этом случае весь воздушный поток будет направлен через байпасный канал к выходу из воздуходувного устройства, минуя канал, в котором расположен нагреватель. Так как полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом является саморегулирующимся элементом, то в этом режиме (без прохождения через него воздуха) он может работать, потребляя минимальный ток, так как его электрическое сопротивление велико (достигнута температура точки переключения).

Если необходимо обеспечить приток в помещение максимально нагретого воздуха, то необходимо выставить управляющий сигнал, согласно которому перепускной воздушный клапан 5 перейдет в положение, при котором его заслонка полностью перекроет байпасный канал. В этом случае весь поток нагнетаемого воздуха будет проходить через полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом.

Другим вариантом регулирования, основанным на том же принципе, будет электронагреватель, поворачиваемый электроприводом на угол от 0° до 90° относительно направления воздушного потока (фиг.4-6). В этом воздуходувном устройстве отсутствует байпасный канал, а полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом 3 расположены с возможностью поворота их от электрического привода 9, имеющего связь с внешним терморегулятором 8 (термостат или).

По этому способу температура нагрева полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом доводится до температуры точки переключения и поддерживается в неизменном режиме питания, а температуру выходящего воздуха в зоне за ними регулируют поворотом полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом на угол от 0° до 90° относительно направления воздушного потока.

Для получения максимально нагретого воздуха на выходе полупроводниковые резисторы с положительным температурным коэффициентом устанавливаются перпендикулярно направлению потока воздуха (фиг.4). В этом случае весь поток воздуха пропускается через нагреватели. При повороте полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом на угол, при котором эти нагреватели в виде пластин/ны становятся параллельно потоку воздуха, нагрев воздуха сводится к минимуму (фиг.5). Регулирование температуры выходящего потока обеспечивается поворотом пластины/н полупроводниковых резисторов с положительным температурным коэффициентом на угол в диапазоне от 0° до 90°, при котором часть воздушного потока пропускается через полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом, а часть проходит, минуя этот нагреватель (фиг.6). Режим смешивания воздушного потока нагретого и не нагретого позволяет экономично поддерживать заданную температуру смешанного воздуха на выходе устройства.

Преимущества:

1. Пожаробезопасность конструкции (температура нагревательного элемента не превышает 250°С).

2. Меньшие габариты устройства по сравнению с устройствами, нагревателем в которых служит ТЭН или нихромовая спираль.

3. Отсутствие в электрической схеме мощных коммутирующих приборов, реле или симисторов, наводящих в электросети помехи при переключении.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть изготовлено в промышленном производстве с использованием известных технологий, обычно применяемых при изготовлении устройств подогрева воздуха в системах воздухообмена для помещений.