Конвектор

 

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

СОЮЗ СОЕЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я F 24 Н 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4826956/06 (22) 21.05.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (75) З.Ш.Дабрундашвили, Т.А.Чучулашвили, О.Т.Сабанадзе, К.H,Íèêîëàèøaèëè, Д.К.Элиашвили, Г.Г.Кумсишвили и M.È.Мерабишвили (56) Авторское свидетельство СССР

М 132392, кл. F 24 Н 3/06, 1960.

Авторское свидетельство СССР

hL 1444593, кл. F 24 Н 3/08, 1988. (54) КОН ВЕКТОР

БЫ«, 1776928 А1 (57) 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, превышащим в 12-14 раз толщину этого элемента. з.п. ф-лы, 5 ил.

1776928

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.труб, представляющим собой верхний и нижний горизонтальные трубки-распределители, соединенные между собой трубками-стояками, к которым приварены внутренние зигзагообразные и наружные корытообраэные 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 М 59-20934, кл. F 24 D 3/00, опублик. 1984).

В известных технических решениях затруднено обеспечение равномерного омывания 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 ей и нагреваемой сред, а протекающие в них процессы теплообмена недостаточно интенсивны.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является воздухонагреватель, 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

0 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 беэ того не лучшие теплотехнические и аэродинамические показатели устройства.

50 лообмен и его интенсификация, потери давления и картины течения жидкости в трубах с периодическим сужением и расширением проходного сечения. Труды

Американского общества инженеров-меха55 ников, серия С. — Теплопередача, f984, т.

106, hh 1, с. 57-67; а.с. M 905602, кл. F 28 F

3/02, 1982). Помимо этого выполнение половины из ребер гофрированными увеличивает удельную теплообменную поверхность конвектора, отнесенную к единице высоты

30 35

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 трубчатым нагревателем с плоскими ребрами, размещенными в упомянутом кольцевом канале, 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-диффузорных каналов, а турбулизирующие элементы выполнены U-обоаэными и насажены на плоские ребра в зоне диффузора, с шагом, превышающим в 12 — 14 раз толщину этого элемента, Кроме того, конвектор снабжен перфорированной перегородKoA 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 спутно потоку воздуха. Конвектор снабжен также дополнительной турбилизирующей вставкой, выполненной в виде проволочной спирали, витки которой размещены с шагом. равным 12 — 14 диаметрам сечения проволоки и установленной в трубчатом нагревателе, Радиальные плоские и дополнительные гофрированные ребра, размещенные с чередованием друг с другом и с образованием конфузорно-диффуэорных каналов, интенсифицируют теплообмен между оребренным трубчатым нагревателем и омывающим его воздушным потоком эа счет дополнительной турбилазации последнего (Кирпиков B.A., Архипов Ю.А. Исследование каналов пластинчатого теплообменника с поверхностями типа "Диффузор-конфузор". — Теплоэнергетика, 1982, N 5, с.56-59, Мендес П.Суза, Сперроу Е.M. Турбулентный теп1776928 оребренной части трубчатого нагревателя и соответственно увеличивает количество тепла, передаваемого от конвектора к омываемому воздуху.

Турбупизирующие элементы, которые выполнены U-образными и насажены на плоские ребра в зонах диффуэоров, 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. 53-66; Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача.

М.: Энергия, 1981, с, 192; Михеев M,А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.:

Энергия, 1977, с. 294).

Замкнутая камера с патрубками подвода 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. М.

118340, кл, F 24 Н 3/06. 1958 и а.с. hh 138349, кл. F 24 Н 3/06. 1961), а парфюмеризвция или дезодорация — соответственно добавлением в состав обрабатывающей жидкости различных пахучих веществ или дезодораторов, уничтожающих дурные запахи ипи нейтрализирующих вредные выделения. В режиме охлаждения замкнутая камера служит и влагосборником для конденсата, выпадающего из охлаждаемого воздуха, стекающего по вертикальной теплообмен, ной поверхности оребренного 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 турбулиэируют 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 трубах теплообменника со спиральными турбулизаторами. — Теплопередача, 1975, N 3, с.

181-188), а также интенсифицирует теплоотдачу от греющей среды к трубчатому нагревателю, что особенно важно при

10 пониженном коэффициенте теплоотдачи, например, в случае естественной циркуляции греющей среды в системе отопления.

Следует отметить и то, что извлечение турбулизирующей вставки в виде проволочной спирали из трубчатого нагревателя во время

15 демонтажа конвектора, например, с целью проведения профилактики системы отоплемия, обеспечивает механическое соскабливание отложений и ржавчины, что

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

С целью повышения КПД конвектора путем создания дополнительной воэможности лем и омывающим его воздухом конвектор рекомендуется снабдить байпасирующим трубопроводом с регулирующими вентилями.

Указанные отличия в исследованном классе не обнаружены.

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

35 держит вертикальный трубчатый нагреватель 1, подсоединенный к трубе-стояку 2 посредством фпанцев 3. плоские и гофрированные ребра 4 и 5, приваренные к вертикальному трубчатому нагревателю 1 с чередованием между собой, размещены

40 продольно и радиально к нагревателю 1 и ° образуют чередующиеся в осевом направпении конфузорно-диффузорных межреберных каналов для воздуха.

На фиг.2 отдельно показано гофрированное ребро 5.

Следует отметить, что в системах местного отопления, применяемых обычно в мапоэтажных зданиях, при наличии дешевой электроэнергии трубчатый нагреватель 1

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

55 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 клапаном 7, шарнирно установленным над верх25 регулирования интенсивности теплообмена между оребренным трубчатым нагревате1776928 ним воздуховыпускным концом корпуса 6, На плоские ребра 4 в зонах диффуэоров насажены U-образные турбилизирующие элементы 8 с шагом между собой, превышающим в 12-14 раэ толщину этих элементов.

Внутри оребренной 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.3 — 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 байпасирующим 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 байпасирующем 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.3.

Предлагаемый конвектор работает следующим образом.

Греющий теплоноситель в виде горячей воды или пара из котельной или хладоноситель 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 воздухонагреаателя или воздухоохладителя, а циркуляционная система функционирует как система центрального отопления или кондиционирования воздуха. Воздух иэ помещения поступает в корпус 6 через воздухозаборную решетку 21, проходит через конфузорнодиффузорные межреберные каналы, омывая плоские радиальные ребра 4 с насаженными на них U-образными турбулизирующими элементами 8 и размещенные между плоскими ребрами 4 гофрированные ребра

5, нагревается или охлаждается а зависимости от того, какой теплоноситель циркулирует через трубку-стояк 2 и трубчатый обратно в помещение через воздуховыпускную решетку 22. Замкнутая камера 12, образовавшаяся между перфорированной перегородкой.10 и корпусом 6, при работе конаектора в режиме воздухоохладителя функционирует преимущественно как конденсатосборник, откуда конденсат сливается в канализацию (на чертежах не показана) через патрубок 14 отвода, Жидкость (аода или жидкий сорбент), подаваемая в камеру

12 через патрубок 13 подвода и диффундируемая в восходящий поток воздуха за счет эжекции через перфорации 11 и капиллярную щель между зубчатым краем перегородки 10 и корпусом 6, обеспечивает тепловлажностную обработку воздуха, а

25 при добавлении в жидкости пахучих веществ или дезодораторов - парфюмеризацию и дезодорацию. Причем интенсивность массообмена между жидкостью в камере 12 и потоком обрабатываемого воздуха определяется количеством влаги, диффундируе30 мой в виде пара, образуемого а результате фазового перехода а процессе эжекции и 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. Регулирование интенсивности теплообмена между

40 оребренным трубчатым нагревателем 1 и омывающим его восходящим потоком воздуха производится регулированием количества теплоносителя, пропускаемого через трубчатый нагреватель 1 и количества воэдуха, пропускаемого через межреберное пространство конвектора. Количество теплоносителя, пропускаемого через трубчатый нагреватель 1, регулируется с помощью

50 вентилей 17, 18 и 19, регулирующих количество теплоносителя, перепускаемого через байпасирующий трубопровод 16, а количестао воздуха, пропускаемого через межреберное пространство конвектора, регулируется кольцевым клапаном 7, Согласно данным, полученным а результате исследовательских работ, проведенных рядом авторов (см,, Берглс А.

Интенсификация теплообмена, В сб.: Теплообмен. Достижения, проблемы, перспектинагреватель 1, — горячий или холодный, покидает корпус 6 через шарнирно установ10 ленный кольцевой клапан 7 и возвращается

1776926

15

25

35

45

50 вы. Пер. с англ. под ред, чл.-корр, АН СССР

Б.С Петухова, М.: Мир, 1981, с. 149), поперечные элементы шероховатости, аналогичные U-образным турбулизирующим элементам 8, интенсифицируют теплоотдачу 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 межреберное пространство.

При реконструкции существующей системы центрального отопл"-.íèë в качестве труб-стояков 2 следует испольэовать 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 предлагаемого конвектора, занимающего неудобные для использования вертикальные (как правило, угловые) пространства помещения по всей его высоте. Кроме того, предлагаемый вертикальный коннектор, вмонтированный в стояк системы отопления, в отличие от традиционных чугунных или стальных штампованных радиаторов, зигзагообразных горизонтальных конвекторов или калориферов, не создает дополнительное 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, установленной внутри трубчатого нагревателя

1. Вертикальное расположение заключенного в корпус 6 трубчатого нагревателя 1 с ребрами 4 и 5 обеспечивает эффективное омывание последних восходящим проком воздуха, что интенсифицирует теплоотдачу от конвектора к воздуху, Этому же способствует конфузорно-диффузорные каналы, а также насаженные на плоские ребра 4 О-образные 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 соосно с образованием кольцевого канала, трубчатым нагревателем с плоскими ребрами, размещенными в кольцевом канале, о т л ич а ю шийся 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-диффузорных 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 поп.1. отл и ч а ю щи йс 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 спутно потоку воздуха.

3. Конвектор по п,1, о т л и ч а ю щ и йс 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.

1776928

Заказ 4112 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская каб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Фк а 4

Редактор Е.Куркова

Составитель З.Дабруидашвили

Техред М.Моргентал Корректор M.Êåðåöìàí