Конвектор Советский патент 1992 года по МПК F24H3/00 

Изобретение относится к теплообменникам, в частности к вертикальным конвекторам, предназначенным преимущественно для нагрева или охлаждения воздуха в помещениях.

Известны конвективно-радиационный

отопительный прибор с регистром из-тру1), представляющим собой верхний и нижний горизонтальные трубки-распределители, соединенные между собой трубками-стояками, к которым приварены внутренние зигзагообразные и наружные корытообразные панели (1) и отопительная установка, представляющая собой конвективно-радиационный теплоаккумулирующий воздухонагреватель с горизонтально расположенной теплообменной трубой, часть которой размещена в вентиляционном канале, а другая часть - в объеме с наполнителем (патент Японии № 59-20934, кл. F 24 D 3/00, опублик. 1984).

В известных технических решениях затруднено обеспечение равномерного смывания всей теплообменной поверхности принудительно движущихся воздушным потоком и не предусмотрена емкость для увлажняющей воздух жидкости или сбора и отвода конденсата, стекающей по поверхности теплообмена в режиме охлаждения воздуха, Кроме того, известные устройства создают высокое гидро- и аэродинамическое сопротивление движению нагреваю- дей и нагреваемой сред, а протекающие в них процессы теплообмена недостаточно интенсивны.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является воздухр- нагреватель, содержащий вертикальный трубчатый нагреватель с ребрами, установленный в соосном цилиндрическом корпусе, на входе которого вмонтирован вентилятор.

При этом ребра расположены по спирали, выполнены перфорированными и прерывистыми из нескольких частей, а спираль расположения ребер - многоэаходной с углом наклона 5-10° к оси корпуса. Кроме того, части ребер одного захода спирали размещены со смещением относительно частей ребер смежного хода спирали (2). Однако известный конвектор не приспособлен для увлажнения нагреваемого воздуха, а при работе конвектора в режиме охлаждения воздуха влага, конденсируемая на охлаждаемой поверхности конвектора препятствует движению воздуха, ухудшая и без того не лучшие теплотехнические и аэродинамические показатели устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности путем расширения функциональных возможностей и увеличения теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что

известный конвектор, содержащий вентилятор, установленный на входе в цилиндрический корпус, снабженный расположенным соосно с образованием кольцевого канала

0 трубчатым нагревателем с плоскими ребрами, размещенными в упомянутом кольцевом канале, снабжен турбулизирующими элементами и дополнительными, выполненными гофрированными ребрами, при этом

5 последние и упомянутые плоские ребра размещены радиально и с чередованием друг с другом с образованием конфузорно-диффу- зорных каналов, а турбулизмрующие элементы выполнены U-обоаэными и насажены

0 на плоские ребра в зоне диффузора, с шагом, превышающим в 12-14 раз толщину этого элемента,

Кроме того, конвектор снабжен перфорированной перегородкой с зубчатым кра5 ем, установленной в нижней части корпуса наклонно к его оси с образованием замкнутой камеры, подключенной к патрубкам подвода и отвода воды, причем перфорации снабжены направляющими козырьками, ус0 тановленными спутно потоку воздуха. Конвектор снабжен также дополнительной турбилизирующей вставкой, выполненной в виде проволочной спирали, витки которой размещены с шагом, равным 12-14 диамет5 рам сечения проволоки и установленной в трубчатом нагревателе,

Радиальные плоские и дополнительные гофрированные ребра, размещенные с чередованием друг с другом и с образованием

0 конфузорно-диффузорных каналов, интенсифицируют теплообмен между сребренным трубчатым нагревателем и омывающим его воздушным потоком за счет дополнительной турбилазэции последнего (Кирпи5 ков В.А., Архипов Ю.А. Исследование каналов пластинчатого теплообменника с поверхностями типа Диффузор-конфузор. -Теплоэнергетика, 1982, №5, с.56-59, Мен- десП.Суза, СперроуЕ.М. Турбулентныйтеп0 лообмен и его интенсификация, потери давления и картины течения жидкости в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения. Труды Американского общества инженеров-меха5 никое, серия С. - Теплопередача, 1984, т. 106, Мг 1, с. 57-67; а.с. N 905602, кл. F 28 F 3/02,1982). Помимо этого выполнение половины из ребер гофрированными увеличивает удельную теплообмеиную поверхность конвектора, отнесенную к единице высоты

сребренной части трубчатого нагревателя и соответственно увеличивает количество тепла, передаваемого от конвектора к омываемому воздуху.

Турбулизирующие элементы, которые выполнены U-образными и насажены на плоские ребра в зонах диффузоров, с шагом, превышающим в 12-14 раз толщину этого элемента, дополнительно интенсифицируют теплообмен в этих зонах, т.е. в местах, где интенсивность теплообмена без турбулизирующих элементов была бы минимальной (Фединский О.С. Интенсификация теплообмена при течении воды в кольцевом канале. В сб.: Вопросы теплообмена, изд-во АН СССР. М., 1959, с. 53766; Исаченко В.П., Осипова В.А.. Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1981, с. 192; Михеев М.А., Ми- хеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. с. 294).

Замкнутая камера с патрубками подво- да и отвода воды, размещенная в нижней части корпуса конвектора под наклонной перфорированной перегородкой с зубчатым краем и перфорациями, снабженными направляющими козырьками, установленными спутно потоку воздуха позволяет производить тепловлажностную обработку, парфюмеризацию или комплексную обработку воздуха. При этом тепловлажностная обработка воздуха осуществляется предварительно подогретой в режиме отопления и охлажденной в режиме кондиционирования жидкостью - водой или жидким сорбентом, обычно представляющим собой водный раствор различных солей, например, хлористого кальция, хлористого лития или бромистого лития (см., например, а.с. № 118340, кл.Р 24 Н 3/06.1958 и а.с. № 138349. кл. F 24 Н 3/06, 1961), а парфюмеризация или дезодорация - соответственно добавлением в состав обрабатывающей жидкости различных пахучих веществ или дезодораторов, уничтожающих дурные запахи или нейтрализирующих вредные выделения. В режиме охлаждения замкнутая камера служит и влагосборником для конденсата, выпадающего из охлаждаемого воздуха, стекающего по вертикальной теплообмен- , ной поверхности сребренного трубчатого нагревателя, собираемого в камере, а затем отводимого через сливной патрубок.

Установленная в трубчатом нагревателе дополнительная турбилизирующая вставка в виде проволочной спирали, витки которой размещены с шагом, равным 12-14 диаметрам сечения проволоки, интенсивно турбулизируют пристенный слой греющей среды, циркулируемой через трубчатый нагреватель. Турбулизация пристенного слоя

препятствует образованию отложений минеральных солей на внутренней поверхности трубчатого нагревателя (Уоткинсон А., Мартинец О. Образование отложений в тру- 5 бах теплообменника со спиральными турбу- лизаторами. - Теплопередача, 1975, № 3, с. 181-188), а также интенсифицирует теплоотдачу от греющей среды к трубчатому нагревателю, что особенно важно при

0 пониженном коэффициенте теплоотдачи, например, в случае естественной циркуляции греющей среды в системе отопления. Следует отметить и то, что извлечение тур- булизирующей вставки в виде проволочной

5 спирали из трубчатого нагревателя во время демонтажа конвектора, например, с целью проведения профилактики системы отопления, обеспечивает механическое соскабливание отложений и ржавчины, что

0 существенно увеличивает теплопроводность стенки трубчатого нагревателя и срок службы конвектора.

С целью повышения КПД конвектора путем создания дополнительной возможности

5 регулирования интенсивности теплообмена между сребренным трубчатым нагревателем и омывающим его воздухом конвектор рекомендуется снабдить байпасирующим трубопроводом с регулирующими вентиля0 ми.

Указанные отличия в исследованном классе не обнаружены.

На фиг.1 изображен предлагаемый конвектор, общий вид в аксонометрии. Он со-

5 держит вертикальный трубчатый нагреватель 1, подсоединенный к трубе-стояку 2 посредством фланцев 3. Плоские и гофрированные ребра 4 и 5, приваренные к вертикальному трубчатому нагревателю 1 с

0 чередованием между собой, размещены продольно и радиально к нагревателю 1 и образуют чередующиеся в осевом направлении конфузорко-диффузорных межреберных каналов для воздуха.

5 На фиг.2 отдельно показано гофрированное ребро 5.

Следует отметить, что в системах местного отопления, применяемых обычно в малоэтажных зданиях, при наличии дешевой

0 электроэнергии трубчатый нагреватель 1 может быть выполнен в виде- трубчатого электронагревателя (ТЭН). Корпус 6, в котором заключен трубчатый нагреватель 1 с ребрами 4 и 5, выполнен цилиндрическим в

5 виде обечайки. Чтобы избежать холостой переток воздуха через зазор между корпусом 6 и кромками ребер 4 и 5, корпус 6 плотно насажен на нагреватель 1 с ребрами 4 и 5. Конвектор снабжен кольцевым клапа- ном 7, шарнирно установленным над верхним воздуховыпускным концом корпуса 6, На плоские ребра 4 в зонах диффузоров насажены U-образные турбилизирующие элементы 8 с шагом между собой, превышающим в 12-14 раз толщину этих элементов. Внутри сребренной части трубчатого нагревателя 1 плотно, но с возможностью осевого перемещения установлена дополнительная турбилизирующая вставка 9, выполненная в виде проволочной спирали, витки которой размещены с шагом, равным 12-14 диаметрам сечения проволоки (см. фиг.З - поперечный разрез предлагаемого конвектора). В нижней части корпуса 6 наклонно к его оси установлена перфорированная перегородка 10 с перфорациями 11 и зубчатым краем, которая образует с корпусом 6 замкнутую камеру 12, подключенную к патрубкам подвода и отвода воды 13 и 14, причем перфорации 11 выполнены чешуеобразными и снабжены направляющими козырьками, установленными спутно потоку воздуха. В нижнем воздухозаборном конце корпуса 6 установлен осевой вентилятор 15, транспортирующий воздух через межреберное пространство. На фиг.4 схематически изображен предлагаемый конвектор с байпаси- рующим трубопроводом 16, концы которого подсоединены к трубчатому нагревателю 1 за пределами его оребренной части с регулирующими вентилями 17 и 18, установленными на входе и выходе теплоносителя в трубчатый нагреватель 1, причем на байпа- сирующем трубопроводе 16 установлен дополнительный регулирующий вентиль 19. Конвектор отгорожен от помещения декоративной панелью 20 с воздухозаборным и воздуховыпускным решетками 21 и 22. Общий вид фасада панели 20 с решетками 21 и 22 показан на фиг.5, а поперечный разрез конвектора с панелью 20 - на фиг.З. .

Предлагаемый конвектор работает следующим образом.

Греющий теплоноситель в виде горячей воды или пара из котельной или хладоноси- тель в виде холодной воды (сетевой, артезианской и т.д.) или холодного рассола из хладоцентра циркулирует через трубу-стояк 2 и вертикальный трубчатый нагреватель 1 с помощью насоса (на чертежах не показан) или без него за счет естественной конвекции. Соответственно с этим предлагаемый конвектор работает в режиме воздухонагревателя или воздухоохладителя, а циркуляционная система функционирует как система центрального отопления или кондиционирования воздуха. Воздух из помещения поступает в корпус 6 через воздухозаборную решетку 21, проходит через конфузорно- диффузорные межреберные каналы, омывая плоские радиальные ребра 4 с насаженными на них U-образными турбулизирую- щими элементами 8 и размещенные между плоскими ребрами 4 гофрированные ребра

5, нагревается или охлаждается в зависимости оттого, какой теплоноситель циркулирует через трубку-стояк 2 и трубчатый нагреватель 1, - горячий или холодный, покидает корпус 6 через шарнирно установ0 ленный кольцевой клапан 7 и возвращается обратно в помещение через воздуховыпускную решетку 22. Замкнутая камера 12, образовавшаяся между перфорированной перегородкой 10 и корпусом 6, при работе

5 конвектора в режиме воздухоохладителя функционирует преимущественно как кон- денсатосборник, откуда конденсат сливается в канализацию (на чертежах не показана) через патрубок 14 отвода. Жидкость (вода

0 или жидкий сорбент), подаваемая в камеру 12 через патрубок 13 подвода и диффундм- руемая в восходящий поток воздуха за счет эжекции через перфорации 11 и капиллярную щель между зубчатым краем перегород5 ки 10 и корпусом 6, обеспечивает тепловлажностную обработку воздуха, а при добавлении в жидкости пахучих веществ или дезодораторов - парфюмериза- цию и дезодорацию. Причем интенсивность

0 массообмена между жидкостью в камере 12 и потоком обрабатываемого воздуха определяется количеством влаги, диффундируе- мой в виде пара, образуемого в результате фазового перехода в процессе эжекции и

5 зависит от температуры жидкости и воздуха, т.е. направления и величины температурного напора между ними, влажности и скорости воздушного потока, а также концентрации жидкого сорбента. Регулирова0 ние интенсивности теплообмена между сребренным трубчатым нагревателем 1 и омывающим его восходящим потоком воздуха производится регулированием количества теплоносителя, пропускаемого через

5 трубчатый нагреватель 1 и количества воздуха, пропускаемого через межреберное пространство конвектора. Количество теплоносителя, пропускаемого через трубчатый нагреватель 1, регулируется с помощью

0 вентилей 17,18 и 19, регулирующих количество теплоносителя, перепускаемого через байпасирующий трубопровод 16, а количество воздуха, пропускаемого через межреберное пространство конвектора.

5 регулируется кольцевым клапаном 7.

Согласно данным, полученным в результате исследовательских работ, проведенных рядом авторов (см., Берглс А. Интенсификация теплообмена. В сб.: Теплообмен. Достижения, проблемы, перспективы. Пер. с англ. под ред, чл.-корр. АН СССР Б.С.Петухова. М.: Мир, 1981, с. 149), поперечные элементы шероховатости, аналогич- ные U-образным турбулиэирующим элементам 8, интенсифицируют теплоотда- чу не только в условиях принудительной циркуляции среды {в нашем случае воздуха), но и также при естественной конвекции. Учитывая это обстоятельство, можно отказаться от наличия осевого вентилятора 15, установленного в нижнем воздухозаборном конце корпуса 6, но при этом предлагаемый конвектор рекомендуется изготовить высотой, равной приблизительно высоте помещения, в котором он установлен, как это показано на фиг.5, Чем больше высота конвектора, тем больше поверхность теплообмена, развитая внутри корпуса 6, соответственно интенсивность естественной циркуляции воздуха через межребер- ное пространство.

При реконструкции существующей системы центрального отоппзния в качестве труб-стояков 2 следует использовать стояки системы, размещенные преимущественно по углам отапливаемого жилого, производственного или какого-либо иного помещения, например: животноводческой или птицефермы, теплицы парникового типа и т.п. Это упрощает широкое внедрение пред- лагаемого конвектора, занимающего неудобные для использования вертикальные (как правило, угловые) пространства помещения по всей его высоте. Кроме того, пред- лагаемый вертикальный конвектор, вмонтированный в сгояк системы отопления, в отличие от традиционных чугунных или стальных штампованных радиаторов, зигзагообразных горизонтальных конвекторов или калориферов, не создает дополни- тельное гидравлическое сопротивление циркулируемой в системе греющей (или охлаждающей) среде и тем самым экономит энергозатраты на ее циркуляцию, а также создает возможность увеличения скорости циркуляции и таким образом повышения интенсивности теплоотдачи от циркулируемой среды к конвектору. Этому же способствует дополнительная турбулизирующая вставка 9 в виде проволочной спирали, уста- новленной внутри трубчатого нагревателя 1. Вертикальное расположение заключенного в корпус б трубчатого нагревателя 1 с

ребрами 4 и 5 обеспечивает эффективное смывание последних восходящим потоком воздуха, что интенсифицирует теплоотдачу от конвектора к воздуху. Этому же способствует конфузорно-диффузорные каналы, а также насаженные на плоские ребра 4 U-об- разкые турбулизирующие элементы 8, размещенные в зонах диффузоров. Наличие камеры 12, размещенной в нижней части корпуса 6 под перфорированной перегородкой 10 с зубчатым краем, образующим с корпусом 6 капиллярную щель, позволяет осуществить увлажнение и осушение, а также парфюмеризацию и дезодорацию обрабатываемого воздуха, тем самым расширяя функциональные возможности конвектора. Формула изобретения

1.Конвектор, содержащий вентилятор, установленный на входе в цилиндрический корпус, снабженный расположенным соос- но с образованием кольцевого канала, трубчатым нагревателем с плоскими ребрами, размещенными в кольцевом канале, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем расширения функциональных возможностей и увеличения теплоотдачи, он снабжен турбулизирующими элементами и дополнительными, выполненными гофрированными ребрами, при этом последние и упомянутые плоские ребра размещены радиально и с чередованием друг с другом с образованием конфузорно-диффу- зорных каналов, а турбулизирующие элементы выполнены U-образными и насажены на плоские ребра в зоне диффузора с шагом, превышающим в 12-14 раз толщину этого элемента.

2.Конвектор по п. 1, о т л ича ющий- с я тем. что он снабжен перфорированной перегородкой с зубчатым краем, установленной в нижней части корпуса наклонно к его оси с образованием замкнутой камеры, подключенной к патрубкам подвода и отвода воды, причем перфорации снабжены направляющими козырьками, установленными спут- но потоку воздуха.

3.Конвектор поп.1,отлича ю щий- с я тем,что он снабжен дополнительной турбулизирующей вставкой, выполненной в виде проволочной спирали, витки которой размещены с шагом, равным 12-14 диаметрам сечения проволоки, и установленной в трубчатом нагревателе.

W 4 Составитель З.Дабрундашвили Редактор Е.КурковаТехред М.МоргенталКорректор М.Керецман

Заказ 4112Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Использование: для нагрева и охлаждения воздуха в помещениях. Сущность изобретения: конвектор содержит вентилятор, установленный на входе в цилиндрический корпус 6. и снабжен расположенным соосно с корпусом трубчатым нагревателем 1 с чередующимися гофрированными 5 и плоскими 4 радиальными ребрами, образующими конфузорно-диффузорные каналы и снабженными U-образными турбулизующими элементами 8, насаженными на плоские ребра 4 в зоне диффузора с шагом, превышающим в 12-14 раз толщину этого элемента. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. VI VI О о го 00 Фм.1