ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2000 года по МПК F24H3/06 

Изобретение относится к отопительным приборам, предназначенным для использования в водяных и паровых системах отопления жилых и производственных помещений.

Известен отопительный прибор, содержащий изготовленные из чугуна трубу греющего теплоносителя и соединенные с ней по поверхностям контакта элементы оребрения, размещенные относительно друг друга с малым зазором в пределах 20 мм (см. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. - М.:Стройиздат, 1991. - С. 179, рис. 8.3.).

Недостатками этого отопительного прибора являются повышенная трудоемкость эксплуатации из-за неудобства постоянного удаления пыли между элементами оребрения, т. к. слой пыли между элементами оребрения приводит к понижению коэффициента теплопередачи, а также большой вес вследствие выполнения элементов оребрения чугунными с малым зазором относительно друг друга.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является отопительный прибор, а именно конвектор "Коралл", содержащий стальную трубу с диаметром 20 мм греющего теплоносителя, соединенную по поверхностям контакта с элементами оребрения из алюминиевого литейного сплава в форме, выполненными в виде пластин с поперечным сечением призматической формы, размещенных относительно друг друга с малым зазором (в пределах 15 мм). Высота участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, равна высоте участка элемента оребрения, обращенного в противоположную сторону. Толщина элемента оребрения составляет в среднем 2,5 мм. Элементы оребрения предназначены для отвода тепла от стальной трубы греющего теплоносителя и передачи воздуху помещения. Требуемая мощность отопительного прибора для помещения набирается путем последовательного и параллельного соединения модулей, каждый из которых представляет собой участок трубы греющего теплоносителя, жестко соединенный с элементами оребрения. Минимальная мощность одного модуля составляет 0,35-0,40 кВт. Один модуль не устанавливается после его изготовления в системы отопления большинства жилых помещений, т.к. для этого необходимо использовать дополнительное оборудование. Отопительный прибор содержит как минимум два модуля, связанные через трубы греющего теплоносителя сварным или резьбовым соединением с изогнутым трубчатым элементом, выполненным в виде канала, и с патрубками для подключения к системе отопления (см. Богословский В.Н., Крупнов Б.А. и др. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3-х частях./Под ред. Староверова И.Г., Шиллера Ю.И. - М.: Стройиздат. 1990. - Часть. 1 - с.301-302).

Недостатком отопительного прибора, выбранного в качестве прототипа, являются невысокое качество и небольшой срок службы вследствие необходимости использования сварного или резьбового соединения труб греющего теплоносителя с дополнительным оборудованием - изогнутым трубчатым элементом и патрубками доя подключения к системе отопления, т.к. применяемое сварное или резьбовое соединение для отопительных приборов не является надежным: повышенная трудоемкость изготовления из-за использования вышеописанного сварного или резьбового соединения, а также сплошного покрытия стальной трубы греющего теплоносителя алюминиевым литейным сплавом, что приводит к большому расходу этого сплава, но не увеличивает тепловую мощность отопительного прибора, потому что основным тепловым сопротивлением являются элементы оребрения толщиной в среднем 2,5 мм; повышенная трудоемкость эксплуатация из-за сложностей в постоянном удалении пыли между элементами оребрения, размещенными относительно друг друга с малым зазором в пределах 15 мм; пониженная мощность вследствие выполнения элементов оребрения достаточно тонкими, а именно, в среднем толщина элемента оребрения составляет 2,5 мм, т.е. для одного модуля на участок трубы греющего теплоносителя приходится значительная площадь элементов оребрения, около 0,3-0,5 м², что приводит к повышенному тепловому сопротивлению и к перепаду температур по длине элемента оребрения в среднем на 20-30^o, при этом чем длиннее элемент оребрения, тем ниже температура его нагрева, и тем неэффективнее использование материала прибора. Кроме этого, минимальная мощность одного модуля составляет 0,35-0,40 кВт, что затрудняет этажную комплектацию такими отопительными приборами систем отопления помещений многоэтажных жилых зданий вследствие разницы в мощностях отопительных приборов, установленных на сопрягаемых этажах.

Сущность изобретения заключается в том, что в отопительном приборе, содержащем трубу греющего теплоносителя, соединенную с элементами оребрения из металлического литейного сплава, выполненными в виде пластин с поперечным сечением призматической формы, размещенных относительно друг друга с зазором, ширина поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя, выполненной в виде цельного змеевика с числом заходов более двух, снабженного параллельными трубчатыми элементами, установлена равной 0,24-0,32 высоты участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, выбранной в пределах 1,6-2,0 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя. При этом элементы оребрения выполнены секциями.

Секции могут быть составлены из 4-6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах.

Секции могут быть составлены из 6-8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах.

Кроме этого, секции могут быть составлены из 4-6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах, и из 6-8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах.

Техническим результатом является повышение качества, срока службы и мощности отопительного прибора, снижение трудоемкости его изготовления и эксплуатации.

Повышение качества и срока службы отопительного прибора обеспечиваются вследствие выполнения трубы греющего теплоносителя в виде цельного змеевика с числом заходов более двух, соединенного с элементами оребрения в литейной форме путем заливки металлического литейного расплава, например, в металлической литейной форме алюминиевым сплавом, что устраняет необходимость в использовании сварного или резьбового соединения с достаточно низкой надежностью.

Повышение мощности отопительного прибора достигается за счет того, что ширина поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя установлена равной 0,24-0,32 высоты участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, выбранной в пределах 1,6-2,0 трубы греющего теплоносителя, т.е. за счет увеличения толщины элемента оребрения от 3-4 мм в его вершине до 7-8 мм в основании при расстоянии между центрами соседних элементов 25-30 мм и при ширине поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя 12-16 мм и, соответственно, за счет уменьшения площади элементов оребрения, приходящейся на участок трубы греющего теплоносителя, выполненной в виде змеевика, например двухзаходного, до 0,25-0,3 м². Кроме этого, выполнение элементов оребрения секциями позволяет набирать необходимую мощность отопительного прибора, кратную 0,1-0,2 кВт, для нагрева помещения заданного объема непосредственно при изготовлении прибора.

Снижение трудоемкости изготовления отопительного прибора обеспечивается вследствие выполнения трубы греющего теплоносителя в виде цельного змеевика и ее соединения с элементами оребрения только металлическим литейным сплавом с возможностью варьирования мощностью прибора посредством набора различных секций без использования сварного или резьбового соединения.

Снижение трудоемкости эксплуатации отопительного прибора достигается путем облегчения удаления пыли между элементами оребрения предлагаемой формы, размещенными относительно друг друга с зазором в пределах 25-30 мм.

Высота участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, которая составляет 1,6-2,0 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя, является оптимальной, т.к. при высоте участка элемента оребрения в 2,0 раза больше наружного диаметра трубы греющего теплоносителя происходит перепад температуры по длине элемента оребрения, что не позволит эффективно использовать металлический литейный сплав, а при высоте участка элемента оребрения менее 1,6 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя уменьшается поверхность отопительного прибора и, следовательно, его мощность.

Ширина поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя, равная 0,24-0,32 высоты участка оребрения, обращенного к отапливаемому объему, выбранного в пределах 1,6-2,0 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя являются оптимальной, т.к. обеспечивает тепловой напор. При ширине поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя, меньшей чем 0,25 высоты указанного участка элемента оребрения, возникают трудности с извлечением отопительного прибора из кокиля, а при ширине поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя, большей чем 0,35 высоты указанного участка элемента оребрения, появляется тепловое сопротивление, снижающее мощность отопительного прибора.

Выполнение цельного змеевика с числом заходов более двух является оптимальным, так как при числе заходов менее двух отопительный прибор мощностью 0,5-1,5 кВт, наиболее приемлемый для большинства жилых помещений, можно получить, используя сварку или резьбовое соединение, что увеличивает трудоемкость изготовления и ухудшает качество.

Изготовление секций из 4-6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах, является оптимальным, так как при меньшем числе ребер в секции увеличивается трудоемкость изготовления отопительных приборов, а при использовании секций с числом ребер более шести возникает проблема с получением элементов оребрения хорошего качества и с изготовлением отопительных приборов, мало отличающихся друг от друга по мощности.

Изготовление секций из 6-8 элементов оребрения расположенных на двух параллельных трубчатых элементах, является оптимальным, так как дает возможность получать качественные ребра и производить приборы, кратные по мощности 0,2-0,3 кВт, что позволит практически изготавливать тепловые приборы наружной мощности для помещений.

Составление секций из 4-6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах, и из 6-8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах позволяет сократить количество секций, которые располагаются на четырех трубных элементах, так как в таких секциях сложно получить высокое качество элементов оребрения, и повышает конструктивную жесткость отопительного прибора.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема отопительного приора с секциями из 4-6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах; на фиг. 2 - схема отопительного прибора с секциями из 6-8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах; на фиг. 3 - схема отопительного прибора с одной секцией из 4 элементов оребрения, расположенной на четырех параллельных трубчатых элементах с двумя и более секциями из 6-8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах; на фиг. 4 - вид спереди части отопительного прибора; на фиг. 5 - разрез по линии А-А фиг. 4.

Отопительный прибор содержит трубу 1 греющего теплоносителя, выполненную в виде цельного змеевика, например, с числом заходов, равным четырем, снабженного параллельными трубчатыми элементами, и соединенную с элементами оребрения 2 из металлического литейного сплава. Элементы оребрения 2 выполнены в виде пластин с поперечным сечением призматической формы, размещенных относительно друг друга с зазором.

Высота h участка 3 элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, выбрана в пределах 1,6-2,0 наружного диаметра трубы 1 греющего теплоносителя, но не более 70 мм, так как при дальнейшем увеличении высоты этого участка элемента оребрения теряется эффективность прогрева элемента оребрения и вместе с этим - использования литейного металлического сплава.

Высота h₁ участка 4 элемента оребрения, обращенного в противоположную сторону от отапливаемого объема, составляет 1,2-1,5 наружного диаметра трубы 1 греющего теплоносителя.

Для обеспечения теплового напора ширина δ поверхности контакта элемента оребрения 2 с трубой 1 греющего теплоносителя установлена равной 0,24-0,32 высоты h участка 3 элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объекту, и составляет 12,0-16,0 мм при h=50 мм.

Толщина δ₁ элемента оребрения 2 в его вершине составляет 3-4 мм, т.к. при толщине δ₁ менее чем 3 мм элементы оребрения сложно получить качественными, а при толщине δ₁ более чем 4 мм увеличивается металлоемкость отопительного приора. Толщина δ₂ элемента оребрения в основании элемента оребрения 2 составляет 0,12-0,16 высоты h участка 3 элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, и равна 6-8 мм при h=50 мм.

Расстояние S между осями элементов оребрения 2 принимается равным 0,5-0,6 высоты h участка 3 элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, и составляет 25-30 мм при h=50 мм, что обеспечивает оптимальную мощность и удобство в эксплуатации отопительного прибора.

Для фиксации положения элементов оребрения 2 при возможном ударе, а также с учетом технологической необходимости, между элементами оребрения 2 над трубой 1 горячего теплоносителя и под ней выполнена путем литья планка 5, которая к тому же уменьшает остроту выступов вершин элементов оребрения 2.

В отопительном приборе элементы оребрения 2 выполнены секциями. Секции могут быть составлены из 4-6 элементов оребрения 2, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах (см. фиг. 1). Отопительный прибор с такими секциями обеспечивает большую поверхность нагрева и высокий номинальный тепловой поток, но при его изготовлении в нижней половине элементов оребрения 2 могут возникать некоторые дефекты на недоливам.

Секции могут быть составлены из 6-8 элементов оребрения 2, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах (см. фиг. 2). Отопительный прибор с такими секциями обладает высоким качеством поверхности нагрева, но не достаточно высокой жесткостью конструкции прибора.

Кроме этого, секции отопительного прибора могут быть составлены следующим образом: одна секция из 4-6 элементов оребрения 2 расположена на четырех параллельных трубчатых элементах и последовательно по две секции из 6-8 элементов оребрения расположены на двух параллельных трубчатых элементах оппозитно друг другу (см. фиг. 3).

Труба 1 греющего теплоносителя изготавливается из стальной цельнотянутой с проходным каналом для теплоносителя диаметром 15, или 20, или 25 мм и с толщиной стенки 2,5-4,0 мм. Элементы оребрения 2 и их соединение с трубой 1 греющего теплоносителя производятся в постоянной или разовой литейной форме заливкой металлического литейного расплава, например в металлической форме заливкой вторичного алюминиевого сплава. Использование для изготовления элементов оребрения 2 вторичного алюминиевого сплава с высокой теплопроводностью позволяет поддерживать температуру элементов оребрения 2 практически на одном уровне с температурой теплоносителя.

Отопительный прибор работает следующим образом. Теплоноситель подается сверху вниз через трубу 1 и нагревает ее стенки. Далее тепло через плотную поверхность контакта передается непосредственно элементу оребрения 2. Нагрев воздуха отапливаемого объекта осуществляется в основном в результате его конвекции между элементами оребрения 2. Передача тепла путем конвекции происходит наиболее интенсивно при турбулентном движении воздуха, а такие условия работы создаются в отопительных приборах с секциями, показанными на фиг. 2,. 3.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить качество, срок службы и мощность отопительного прибора, уменьшить трудоемкость его изготовления при снижении стоимости изготовления и облегчить условия эксплуатации. Заявляемая конструкция отопительного приора обеспечивает набор необходимой мощности, кратной 0,1-0,2 кВт, для нагрева помещения заданного объема.

Изобретение предназначено для использования в водяных и паровых системах отопления жилых и производственных помещений. Сущность изобретения: стальная труба греющего теплоносителя соединена с элементами оребрения из металлического литейного сплава, например алюминиевого. Труба греющего теплоносителя выполнена в виде цельного змеевика с числом заходов более двух, снабженного параллельными трубчатыми элементами. Элементы оребрения выполнены в виде пластин с поперечным сечением призматической формы, размещенных относительно друг друга с зазором. Ширина поверхности контакта элемента оребрения греющего теплоносителя установлена равной 0,24 - 0,32 высоты участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему. Высота этого участка элемента оребрения выбрана в пределах 1,6 - 2,0 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя. Элементы оребрения выполнены секциями и снабжены планками для фиксации их положения и уменьшения остроты выступов их вершин. Использование изобретения позволит повысить качество, срок службы и мощность отопительных приборов, уменьшить трудоемкость изготовления при снижении стоимости и облегчить условия эксплуатации. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Отопительный прибор, содержащий трубу греющего теплоносителя, соединенную с элементами оребрения из металлического литейного сплава, выполненными в виде пластин с поперечным сечением призматической формы, размещенных относительно друг друга с зазором, отличающийся тем, что ширина поверхности контакта элемента оребрения с трубой греющего теплоносителя, выполненной в виде цельного змеевика с числом заходов более двух, снабженного параллельными трубчатыми элементами, установлена равной 0,24 - 0,32 высоты участка элемента оребрения, обращенного к отапливаемому объему, выбранной в пределах 1,6 - 2,0 наружного диаметра трубы греющего теплоносителя, при этом элементы оребрения выполнены секциями. 2. Отопительный прибор по п.1, отличающийся тем, что секции составлены из 4 - 6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах. 3. Отопительный прибор по п.1, отличающийся тем, что секции составлены из 6 - 8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах. 4. Отопительный прибор по п.1, отличающийся тем, что секции составлены из 4 - 6 элементов оребрения, расположенных на четырех параллельных трубчатых элементах, и из 6 - 8 элементов оребрения, расположенных на двух параллельных трубчатых элементах.