ЭКРАН ДЛЯ РАДИАТОРА Российский патент 1999 года по МПК F24D19/06 F24H9/02 

Изобретение относится к теплотехнике, более конкретно к кожухам радиаторов систем отопления, и может быть использовано при создании средств облицовки радиаторов водяного (парового) отопления.

Известен экран для радиатора, выполненный в виде гибкой шторы из декоративной ткани, окружающий радиатор (см. авт. свид. СССР N 1038749, МПК F 24 H 9/02, F 24 D 19/06, опублик. 30.08.83).

Гибкая штора имеет возможность перемещаться по направляющим штангам с помощью кольцевых ремней, охватывающих направляющие штанги, тем самым изменяя величину теплоотдачи радиатора.

Недостатком данного известного экрана является сложность его конструкции, приводящая к сложности сборки и монтажа экрана, а также к снижению срока его эксплуатации. Кроме того, регулирование теплоотдачи недостаточно эффективно, в частности, только за счет уменьшения теплоотдачи.

Известен экран для радиатора, содержащий облицовку объемной формы, окружающую радиатор, по меньшей мере, с фронтальной стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и с боковых сторон и имеющую установочные отверстия и отверстия для циркуляции воздуха, и средства крепления упомянутой облицовки к радиатору (см. заявку ФРГ N 4314065, МПК F 24 D 19/06, опублик. 25.11.93). Декоративные пластины облицовки экрана выполнены из алюминия, алюминиевых сплавов, меди, медных сплавов с очень высокими характеристиками теплопроводности и имеют дополнительные ребра для увеличения теплоотдачи. Ввиду хорошей теплопроводности декоративная пластина улучшает теплоизлучение и конвекцию тепловой мощности в воздух помещения. Торцевые стенки радиатора также облицовываются предпочтительно тем же материалом, что и материал декоративных пластин.

К недостаткам известной облицовки следует отнести то, что конструкция не оптимизирована для обеспечения максимальной теплоотдачи, которая в данном известном решении осуществляется хаотично от увеличенной поверхности облицовки. Кроме того, данная известная облицовка является дорогостоящей ввиду использования цветных металлов, относительно сложна как по конструкции, так и по способу сборки и монтажа. Пластины известной облицовки формуются путем формования металла.

Недостатком такого способа изготовления облицовки является высокая стоимость как технологического оборудования, так и используемого материала, и как следствие высокая стоимость изготавливаемой облицовки.

Задачей изобретения является создание экрана для радиаторов бытовых систем отопления, не имеющего вышеуказанных недостатков известных технических решений. Достигаемым техническим результатом является упрощение и удешевление конструкции экрана, упрощение способа изготовления и обеспечения удобства монтажа и демонтажа за счет повышения технологичности конструкции, а также улучшение теплоотдачи радиатора за счет направленного теплообмена, реализуемого заявленным экраном.

Указанный технический результат достигается тем, что экран для радиатора, содержащий облицовку объемной формы, окружающую радиатор, по меньшей мере, с фронтальной стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и с боковых сторон и имеющую установочные отверстия и отверстия для циркуляции воздуха, и средства крепления упомянутой облицовки на радиаторе, в соответствии с изобретением выполнен из листового полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, предпочтительно из поливинилхлорида, отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде, по меньшей мере, одного входного отверстия и по меньшей мере одного выходного отверстия, при этом упомянутые входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха разнесены по высоте экрана на максимально возможное расстояние.

Облицовка может быть выполнена в виде коробчатой конструкции, имеющей фронтальную стенку, две боковые стенки и верхнюю стенку, при этом открытая нижняя стороны облицовки используется в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха, а по меньшей мере одно выходное отверстие для циркуляции воздуха выполнено в верхней стенке.

Облицовка может также иметь форму коробчатой конструкции, имеющей фронтальную стенку, две боковые стенки, нижнюю стенку и верхнюю стенку, при этом входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены соответственно в нижней стенке и в верхней стенке, предпочтительно в виде набора прорезей.

При этом отношение площадей входных и выходных отверстий для циркуляции воздуха для указанной коробчатой конструкции экрана предпочтительно выбрано в пределах от 1:1 до 1:2.

Кроме того, облицовка может быть выполнена в виде коробчатой конструкции, имеющей фронтальную стенку, скругленную верхнюю стенку и две боковые стенки, при этом открытая нижняя сторона облицовки используется в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха, а выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на скругленной верхней стенке облицовки.

Облицовка также может иметь каплевидный профиль с максимальным поперечным сечением в верхней части каплевидного профиля, ограниченного двумя боковыми стенками и имеющего открытую нижнюю сторону, используемую в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха, при этом выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на участке каплевидного профиля в верхней его части. Указанная облицовка каплевидного профиля может дополнительно иметь нижнюю стенку с входными отверстиями для циркуляции воздуха в виде набора прорезей, при этом отношение площадей входного и выходного отверстий для циркуляции воздуха предпочтительно в пределах от 1:1,2 до 1:2.

Кроме того, облицовка может иметь каплевидный профиль с максимальным поперечным сечением в нижней части каплевидного профиля, ограниченного двумя боковыми стенками и верхней стенкой, которая, в частности, может быть выполнена скругленной, при этом входные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на участке каплевидного профиля в нижней его части, а выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей в верхней стенке, а отношение площадей входных и выходных отверстий для циркуляции воздуха находится в пределах от 1,2:1 до 2:1.

Изобретение основывается на следующих предпосылках. Как известно, передача тепла от радиатора в окружающую среду происходит путем конвекции. Величина, характеризующая интенсивность конвективного теплообмена, называется коэффициентом теплоотдачи, определяемым как отношение плотности теплового потока, численно равной количеству теплоты, передаваемой сквозь единицу площади поверхности тела за единицу времени, к температурному напору, равному абсолютной величине разности между температурами жидкости и поверхности тела.

Для увеличения коэффициента теплоотдачи радиатора возможны два пути: 1) увеличение площади поверхности нагреваемого тела, т.е. увеличение ребристости радиатора; 2) увеличение объема воздушного потока, проходящего через нагреваемые секции радиатора за единицу времени, т.е. расхода воздуха.

Оптимальным является второй путь - увеличение расхода воздушного потока, например, за счет использования вентиляторов или путем увеличения естественного теплообмена. Использование вентиляторов влечет за собой повышение энергоемкости системы отопления и усложнение ее конструкции. В заявленном изобретении реализован принцип увеличения естественного теплообмена за счет наличия разности давлений и обеспечения направленного перемещения воздуха из области повышенных давлений в области пониженных давлений. Разность давлений в заявленной конструкции экрана создается 1) вследствие разности высот воздушного столба на уровнях входного и выходного отверстий, через которые проходит нагреваемый воздух; 2) вследствие разности температур на уровнях входного и выходного отверстий и, следовательно, плотности воздуха, т.е. под влиянием гравитационных сил; 3) в результате обтекания направленным воздушным потоком секций радиатора в полости, ограниченной экраном; при этом поверхность радиатора, обращенная к набегающему потоку, будет испытывать избыточное давление, а на остальной большей части его поверхности будет преобладать разрежение (принцип дефлектора).

На основе исследований и экспериментов, проведенных для анализа и проверки установленных закономерностей, были определены основные конструктивные признаки заявленного экрана, в том числе:
- максимальный разнос по высоте конструкции входных и выходных циркуляционных отверстий в экране, обеспечивающий увеличение расхода нагреваемого воздуха;
- выбор в качестве материала выполнения экрана такого материала, который позволяет максимально использовать разность температур воздуха между входным и выходным отверстиями, не поглощая тепловую энергию, а отражая ее, а именно поливинилхлорида, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами. Дополнительными положительными факторами, обусловившими данный выбор материала, являются устойчивость по отношению к перепадам влажности и температуры, долговечность, хорошие массо-габаритные характеристики, экономичность, повышение уровня безопасности самого радиатора, возможности получения самых разнообразных конфигураций и окрасок, т.е. повышение потребительских свойств экранов;
- увеличение площади входного отверстия в нижней части экрана по отношению к площади выходного отверстия в верхней части экрана для дополнительного притока нагреваемого воздуха и, следовательно, повышения избыточного давления в набегающем потоке. Изобретение поясняется на примерах осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1-4 - упрощенный общий вид экрана в различных формах выполнения, приведенных в качестве возможных примеров осуществления изобретения;
фиг. 5 - фрагмент облицовки с инжекционными отверстиями и пластинами-дефлекторами;
фиг. 6. 7 - упрощенные виды в сечении экрана, установленного на радиаторе, иллюстрирующие циркуляцию воздуха в конструкции экрана, выполненного согласно изобретению;
фиг. 8 - схематичное представление конфигурации экрана, установленного на радиаторе, для которого была проведена экспериментальная проверка эффективности.

Облицовка экрана, выполненная в соответствии с изобретением, может иметь различную форму: коробчатую прямоугольную или с расширением книзу, или со скругленной верхней и/или нижней стенкой; каплевидную с расширением кверху или книзу и др. Представленные примеры конкретного осуществления изобретения не ограничивают его объем, а приведены только для иллюстрации. При этом для различных форм выполнения экрана в соответствии с изобретением принципиально важным является то, что экран, выполненный из полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, окружает радиатор, по меньшей мере, с трех сторон, а именно с фронтальной стороны и с боковых сторон, и имеет входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха, разнесенные по высоте экрана на максимально возможное расстояние. Экран дополнительно может иметь верхнюю стенку, тогда роль входного отверстия для циркуляции воздуха будет выполнять открытая нижняя сторона, либо он может иметь нижнюю и верхнюю стенки с выполненными в них соответственно входными и выходными отверстиями для циркуляции воздуха.

Согласно фиг. 1, облицовка экрана имеет форму коробчатой конструкции с расширением книзу и содержит фронтальную стенку 1, боковые стенки 2, 3, нижнюю стенку 4 и верхнюю стенку 5. В нижней и верхней стенках 4, 5 выполнены соответственно входные 6 и выходные 7 отверстия для циркуляции воздуха в виде наборов прорезей. Экран также имеет установочные отверстия и средства его крепления на радиаторе (на чертеже не показаны).

В примере, представленном на фиг. 2, облицовка экрана выполнена в виде коробчатой конструкции, содержащей фронтальную стенку 1, боковые стенки 2, 3 и скругленные нижнюю и верхнюю стенки 8, 9 соответственно, на которых выполнены криволинейные прорези, образующие входные 10 и выходные 11 отверстия для циркуляции воздуха.

Согласно фиг. 3, облицовка экрана имеет каплевидный профиль с расширением книзу, т.е. по существу в этой конструкции фронтальная и нижняя стенки образуют единую криволинейную плавно сопряженную поверхность 12 каплевидного профиля, ограниченную боковыми стенками 2 и 3 (стенка 2 на фиг. 3 не показана). Подобно тому, как описано выше, наборы криволинейных прорезей, образующих входные 10 и выходные 11 отверстия для циркуляции воздуха, выполнены соответственно в нижней и в верхней части поверхности 12 каплевидного профиля.

В примере, представленном на фиг. 4, облицовка экрана имеет каплевидный профиль с расширением кверху, т.е. в данном примере фронтальная и верхняя стенки плавно сопряжены, образуя криволинейную поверхность 13 каплевидного профиля, ограниченного боковыми стенками 2 и 3 (стенка 2 на фиг. 4 не показана). В нижней стенке 4 прямоугольной формы выполнены входные отверстия (на фиг. 4 не показаны) для циркуляции воздуха, в то время как выходные отверстия 11 выполнены в верхней части поверхности 13 каплевидного профиля. Возможно выполнение экрана по фиг. 4 с открытой нижней стороной, используемой в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха.

Указанные выше соотношения площадей входных и выходных отверстий для экранов с облицовками различной формы могут быть обеспечены за счет различий в формах и размерах входных и выходных отверстий для циркуляции воздуха или за счет различного числа прорезей, образующих наборы входных и выходных отверстий.

Описанный выше экран для радиатора бытовой системы отопления изготавливают следующим образом. Заготовку из листового поливинилхлорида раскраивают по требуемым размерам. Вырезают на раскроенной заготовке входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха и установочные отверстия; используемые для подвода труб водоснабжения и для крепления экрана на радиаторе. Осуществляют последовательные операции формования заготовки в соответствии с требуемым профилем экрана на локальных участках заготовки. Для этого нагревают конкретный участок до температуры формования. Нагрев может осуществляться с помощью инфракрасного излучения, потоком горячего воздуха или с помощью высокочастотного излучения. При осуществлении операции нагрева необходимо выполнять следующие требования: 1) локальный участок листовой заготовки должен быть нагрет до оптимальной температуры формования равномерно по всей площади участка формования; 2) различия между температурами с обеих сторон листовой заготовки должны быть сведены к минимуму; 3) время нагревания должно быть как можно меньше для снижения риска термодеструкции полимера. Затем осуществляют гибку нагретого участка либо механическим или автоматическим способом, либо вручную. Охлаждают отформованную на локальном участке заготовку до комнатной температуры и повторяют цикл формования для следующего участка заготовки.

Как показано на фиг. 5, на фронтальной стенке 3 в любой из форм выполнения облицовки экрана могут быть дополнительно выполнены инжекционные отверстия 14 с пластинами-дефлекторами 15 для увеличения объема воздушного потока, проходящего через нагреваемые секции радиатора.

На фиг. 6, 7 представлены упрощенные виды в поперечном сечении экрана, установленного на радиаторе 16, без инжекционных отверстий (фиг. 6) и с инжекционными отверстиями 14 (фиг. 7), на которых стрелками показана циркуляция воздуха в предложенной конструкции экрана.

Как показано на фиг. 6, при установке экрана на радиатор 16 вследствие описанного выше расположения входных 6 и выходных 7 отверстий для циркуляции воздуха, под влиянием разности высот воздушного столба над уровнем моря и перепада температур и, следовательно, плотности воздуха в области входных и выходных отверстий создается движение воздушного потока, показанного стрелками, направленными снизу вверх.

Выполнение инжекционных отверстий 14 в местах соединения секций A и B радиатора 16 обеспечивает дополнительный приток нагреваемого воздуха в указанные зоны за счет создания избыточного давления на участке поверхности радиатора, обращенном к набегающему потоку, и разрежения на остальной большей части его поверхности.

Были проведены экспериментальные исследования эффективности заявленной конструкции экрана на основе оценок температуры T град. C и скорости воздуха V (м/с) во входном сечении 1-1 и в выходном сечении 11-11 экрана коробчатой формы (фиг. 8). При температуре воды T_1-1 50^oC температура и скорость воздуха во входном отверстии 6 равны соответственно Т_1-1 = 20^oC, V_1-1 = 1,5 м/с, а в выходном отверстии 7 соответствующие величины составили Т_11-11 = 37^oC и V_11-11 = 2,3 м/с.

Аналогичные исследования были проведены для того же радиатора в отсутствии экрана. Полученные значения составили соответственно T_1-1= 18^oC, V_1-1 = 0,8 м/с и T_11-11 = 35^oC, V_11-11 = 1,8 м/с. Данный перепад температур и скоростей воздуха показывает, что использование заявленного экрана коробчатой конструкции повышает температуру в выходном сечении 11-11 радиатора на 5,4% и увеличивает скорость нагрева воздуха на 22,0%. Еще больший эффект с точки зрения тепломассообмена обеспечивает использование экрана каплевидной формы, например, показанного на фиг. 3. При этом следует иметь в виду, что полученный эффект обусловлен, помимо оптимальной аэродинамической формы экрана, также используемым материалом, как описано выше, сводящим до минимума потери тепла, связанные с поглощением тепла материалом экрана.

Изобретение относится к теплотехнике, более конкретно к кожухам радиаторов систем отопления, и может быть использовано при создании средств облицовки радиаторов водяного (парового) отопления. Экран радиатора выполнен из полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, имеет форму, например, коробчатой конструкции с расширением книзу и содержит фронтально стенку, боковые стенки, нижнюю стенку и верхнюю стенку. В нижней и верхней стенках выполнены соответственно входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха в виде наборов прорезей. Техническим результатом является упрощение и удешевление конструкции экрана, упрощение способа изготовления и обеспечение удобства монтажа и демонтажа за счет повышения технологичности конструкции, а также улучшение теплоотдачи радиатора за счет направленного теплообмена, реализуемого экраном. 11 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Экран для радиаторов систем отопления, содержащий облицовку объемной формы, окружающую радиатор по меньшей мере с фронтальной стороны, обращенной к обогреваемому помещению, и с боковых сторон и имеющую установочные отверстия и отверстия для циркуляции воздуха, и средства крепления упомянутой облицовки к радиатору, отличающийся тем, что он выполнен из листового полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами, отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде по меньшей мере одного входного отверстия и по меньшей мере одного выходного отверстия, при этом упомянутые входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха разнесены по высоте экрана на максимально возможное расстояние. 2. Экран по п.1, отличающийся тем, что упомянутая облицовка имеет форму коробчатой конструкции, имеющей фронтальную стенку, две боковые стенки и верхнюю стенку, при этом открытая нижняя сторона облицовки используется в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха, а упомянутое по меньшей мере одно выходное отверстие для циркуляции воздуха выполнено в верхней стенке. 3. Экран по п.1, отличающийся тем, что упомянутая облицовка имеет форму коробчатой конструкции, имеющей фронтальную стенку, две боковые стенки, нижнюю стенку и верхнюю стенку, при этом упомянутые входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены соответственно в упомянутых нижней стенке и в верхней стенке. 4. Экран по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что входные и выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей. 5. Экран по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что отношение площадей входных и выходных отверстий для циркуляции воздуха выбрано в пределах от 1: 1 до 2:1. 6. Экран по любому из пп.2 - 4, отличающийся тем, что верхняя и нижняя стенки выполнены скругленными. 7. Экран по п. 1, отличающийся тем, что облицовка имеет каплевидный профиль с максимальным поперечным сечением в верхней части каплевидного профиля, ограниченного двумя боковыми стенками и имеющего открытую нижнюю сторону, используемую в качестве входного отверстия для циркуляции воздуха, при этом выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на участке каплевидного профиля в верхней его части. 8. Экран по п.7, отличающийся тем, что отношение площадей входного и выходного отверстий для циркуляции воздуха находится в пределах от 1:1,1 до 1: 2. 9. Экран по п. 1, отличающийся тем, что облицовка имеет каплевидный профиль с максимальным поперечным сечением в нижней части каплевидного профиля, ограниченного двумя боковыми стенками и верхней стенкой, при этом входные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на участке каплевидного профиля в нижней его части, а выходные отверстия для циркуляции воздуха выполнены в виде набора прорезей на верхней стенке. 10. Экран по п. 9, отличающийся тем, что верхняя стенка выполнена скругленной. 11. Экран по п. 9 или 10, отличающийся тем, что отношение площадей входного и выходного отверстий для циркуляции воздуха находится в пределах от 1,2:1 до 2:1. 12. Экран по любому из пп. 1 - 11, отличающийся тем, что в качестве листового полимерного материала с высокими теплоизоляционными свойствами выбран листовой поливинилхлорид.