Отопительный радиатор наделяева

 

Использование: в теплоэнергетике, в частности в системах водяного отопления. Сущность изобретения: отопительный радиатор Наделяева включает входной и выходной коллекторы, соединенные между собой рядом теплообменных элементов, выполненных из термостойких труб 1, установленных горизонтально в вертикальных стальных коллекторах 2, 3, снабженных поперечными перегородками, разделяющими каждый коллектор на две неравные части. Между стеклянными трубами 1 размещены профилированные турбулизирующие пластины 7, а каждая стеклянная труба 1 соединена со стальным коллектором посредством сальникового соединения, содержащего связанные между собой патрубок с наружной резьбой, грундбуксу, накладную гайку и уплотнительную прокладку из термостойкой резины. 3 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах водяного отопления.

Известен отопительный радиатор, содержащий ряд вертикальных пластмассовых трубок, подключенных к сборным пластмассовым коллекторам, снабженным выдавленными перемычками со вставленными в них распорными пробками для крепления обогревателя к стене [1] Недостаток известного устройства состоит в том, что пластмассовые нагреватели имеют значительное тепловое расширение, вследствие чего необходимо предусматривать установку компенсаторов. Поверхность теплообмена, состоящая из ряда вертикальных трубок, имеет продольное омывание, так как пластмассовый отопительный радиатор работает в условиях естественной конвекции, вследствие чего коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности радиатора к воздуху помещения весьма низок. Пластмассовый радиатор имеет низкий коэффициент теплопроводности 0,0004-0,0007 кал/см˙cек/град, что влечет за собой низкий коэффициент теплопередачи. Технология изготовления выдавленных перемычек и всей конструкции в целом отличается сложностью.

Известен также отопительный радиатор, содержащий корпус, выполненный из двух частей, герметично соединенных между собой в горизонтальной плоскости разъема, с образованием сообщенных между собой камер для прохода теплоносителя, корпус снабжен наружным оребрением в виде чередующихся выступов и впадин, причем внутренняя поверхность камер выполнена гладкой, а все выступы и впадины оребрения выполнены равновеликими по высоте [2] Недостаток известного отопительного радиатора состоит в том, что относительно эффективно в нем работает только верхняя часть выступов, тогда как во впадинах имеют место застойные зоны с очень низкой циркуляцией воздуха, вследствие чего известный радиатор имеет низкий коэффициент теплоотдачи. Конструкция известного радиатора не позволяет обеспечить надежную герметизацию двух частей радиатора в горизонтальной плоскости разъема.

Известен отопительный радиатор М-140, включающий горизонтальные входной и выходной коллекторы, соединенные между собой рядом вертикальных теплообменных элементов [3] Известный чугунный отопительный радиатор имеет ряд существенных недостатков. Монтаж чугунных радиаторов является весьма трудоемким процессом и находится в противоречии с индустриальными методами возведения зданий. Очистка поверхностей радиатора затруднена, вследствие чего возможно пригорание на них пыли. Кроме того, известные радиаторы ухудшают интерьер помещений. Последнее особенно существенно в связи с уменьшением толщины наружных ограждений, что делает невозможным устройство в них ниш для размещения радиаторов. Большое поперечное сечение параллельно включенных секций чугунных радиаторов и незначительный расход теплоносителя при его нормативных параметрах (t_г 95^оС; t_o 70^оС) обуславливают ничтожно малую величину гидравлического сопротивления чугунных радиаторов, порядка не более 1 кгс/м² (≈10 Па) для условий отопления зданий. Однако для увязки гидравлических сопротивлений циркуляционных колец стояков с чугунными радиаторами, имеющими незначительное гидравлическое сопротивление, приходится подбирать разные диаметры труб для падающих и обратных магистралей, стояков и подводов к радиаторам. Наличие же в системе отопления разных диаметров труб влечет за собой значительное повышение трудоемкости заготовительных и монтажных работ, так как приходится иметь дело с большим числом типоразмеров узлов и деталей трубопроводов. Незначительное гидравлическое сопротивление чугунных радиаторов является одной из основных причин гидравлической и тепловой разрегулировки систем центрального отопления в многоэтажных зданиях, увеличивающейся с понижением температуры наружного воздуха.

Критерием для теплотехнической и технико-экономической оценки нагревательных приборов служит тепловое напряжение материала прибора q, что представляет собой теплопередачу прибора при разности средних температур поверхности прибора и окружающего воздуха помещения в 1^оС, отнесенную к его массе (масса чугунного радиатора М-140 из семи секций 53,2 кг) [3] q крад или где Q количество тепла, отдаваемого прибором в ккал/ч или вт; G масса прибора в кг; Δt разность средних температур поверхности прибора и окружающего воздуха (t_пр. t_в.).

Чем больше тепловое напряжение материала нагревательного прибора, тем он выгоднее. Стандартный чугунный радиатор М-140, состоящий из семи секций, имеет поверхность нагрева 1,78 м², коэффициент теплопередачи 8,4 ккал/м²˙ч˙град (3), Δt разность средних температур поверхности прибора и окружающего воздуха (t_пр t_в)(82,5 18) 64,5. Тогда q составит q 0,28 ккал/кг˙ч˙град или Вт/кг˙град Как видно из приведенного расчета, тепловое напряжение материала радиатора М-140 очень низкое. В связи с этим на чугунные радиаторы М-140 расходуется большое количество металла, т.е. около 65-70% от общего веса металла, расходуемого на устройство системы отопления в целом.

Из диссертации Н. Ф. Парфенова "Исследование процесса теплообмена в нагревательных приборах, систем центрального водяного отопления" (Белорусский политехнический институт, г. Минск) установлено, что при подаче теплоносителя в радиаторе типа М-140 теплоноситель движется по оси секций, образуя ядро потока. В условиях ламинарного режима движения жидкости передача тепла от ядра потока к поверхности радиатора осуществляется теплопроводностью через толстый слой жидкости, способствующий снижению температуры по направлению к поверхности. Радиаторы, выполненные из металла, атермичны для тепловых лучей и имеют невысокую степень черноты. Радиатор М-140 оребрен, что снижает его эффективность по сравнению с неоребренной поверхностью, это положение очевидно, так как эффективность ребра определяется не только конвективной теплоотдачей, но и термическим сопротивлением ребра.

Кроме того, ребра и поверхность нагрева радиатора омываются продольным потоком воздуха, и, следовательно, имеют низкий коэффициент теплоотдачи.

Известен отопительный радиатор, содержащий входной и выходной коллекторы, сообщенные между собой посредством горизонтальных термостойких стеклянных труб [4]
Данное устройство содержит наибольшее количество общих конструктивных признаков с предлагаемым устройством и рассматривается в качестве прототипа.

Техническая задача изобретения повышение коэффициента теплопередачи.

Техническая задача решается за счет того, что в отопительном радиаторе, включающем входной и выходной коллекторы, соединенные между собой рядом теплообменных элементов из термостойких стеклянных труб, установленных горизонтально, использованы вертикальные стальные коллекторы, снабженные поперечными перегородками, разделяющими каждый коллектор на две неравные части, между стеклянными трубками теплообменных элементов размещены профилированные турбулизирующие пластины, а каждая стеклянная труба соединена со стальным коллектором посредством сальникового соединения, содержащего связанные между собой патрубок с наружной резьбой, грундбуксу, накладную гайку и уплотнительную прокладку из термостойкой резины.

На фиг. 1 показан предлагаемый отопительный радиатор, вид спереди; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг.3 сальниковое соединение стеклянных труб со стальными коллекторами.

Радиатор содержит термостойкие стеклянные трубы 1 состава 13 в, левый стальной коллектор 2, правый стальной коллектор 3, перегородки 4, сальниковое соединение 5, кран 6 для выпуска воздуха, профилированные турбулизирующие пластины 7. Сальниковое соединение 5 состоит из стального патрубка 8 с наружной резьбой, грундбуксы 9, накладкой гайки 10 и уплотнительной прокладки 11 из термостойкой резины.

Стеклянный отопительный радиатор работает следующим образом.

Коллекторы 2 и 3 при помощи перегородок 4 разделены на две части. Горячая сетевая вода из системы водяного отопления поступает в верхнюю часть левого коллектора 2, а затем по восьми стеклянным трубам 1 поступает в верхнюю часть правого коллектора 3, в котором, сделав поворот на 180^о по восьми стеклянным трубам 1, поступает в нижнюю часть левого коллектора 2, в котором, сделав поворот на 180^о, поступает по восьми стеклянным трубам 1 в нижнюю часть правого коллектора 3, из которого поступает в обратную магистраль системы отопления. Таким образом стеклянный радиатор имеет три хода. Так как в радиаторе площадь поперечного сечения коллектора больше суммарной площади проходного сечения трубного пучка, т.е. выполняется условие
≥ 1 где F_к площадь поперечного сечения коллектора;
Σf_тр суммарная площадь проходного сечения трубного пучка, что обеспечивает равномерный расход воды по стеклянным трубкам 1, а следовательно, и равномерный их нагрев, отсутствие застойных зон и равномерную постоянную скорость воды в трубах.

Радиатор работает в условиях естественной конвекции, поэтому стеклянные трубы 1, расположенные горизонтально, имеют поперечное омывание, а при этом коэффициент теплоотдачи от труб к воздуху более высок по сравнению с продольным омыванием. В середине между стеклянными трубами 1 размещены профилированные турбулизирующие пластины 7, которые создают волнообразные каналы для прохода воздуха снизу вверх, вследствие чего процесс теплообмена сильно интенсифицируется.

Радиатор имеет следующие преимущества по сравнению с чугунным радиатором М-140. Принимаем (в первом приближении) термостойкие стеклянные трубы состава 13 в 33 х 2,5; поперечный шаг труб S₁ 47 мм; продольный шаг S₂=46 мм; длину стеклянных труб 500 мм; количество труб в одном ходу 8 шт; диаметр стальных коллекторов 89 х 3.

По этим размерам определяем габариты радиатора: высота 558 мм; длина 678 мм; ширина 89 мм. При этом масса металлической части радиатора 9,8 кг, а масса стеклянной части радиатора 6,5 кг, т.е. общая масса радиатора 16,3 кг. Коэффициент теплопередачи 20 ккал/м²˙ч˙град (или Вт/м²˙град). Коэффициент теплопередачи определен при теплотехнических испытаниях в лаборатории Воронежского инженерно-строительного института при кафедре теплотехники, газоснабжения и вентиляции под руководством проф. Г.Е. Холодовского. Испытанию подвергался натурный образец отопительного прибора, выполненного из термостойких стеклянных труб состава 13 В. Испытания проведены в соответствии с типовой программой и типовой методикой.

По вышеприведенным размерам подсчитана поверхность нагрева радиатора, которая составляет 1,81 м². Согласно вышеприведенным показателям определим тепловое напряжение материала стеклянного радиатора, как
q 2,22
ккал/кг˙ч˙град или Вт/кг˙град.

Сравнивая тепловое напряжение материалов чугунного радиатора М-140, равное 0,28, и стеклянного радиатора, равное 2,22 ккал/кг˙ч˙град (или Вт/кг˙град), видим, что тепловое напряжение материала стеклянного радиатора больше чугунного почти в 8 раз, что влечет за собой колоссальную экономию металла, топлива и денежных средств.

Термостойкие стеклянные трубы состава 13 В является диатермическими телами для тепловых лучей, поэтому резко возрастает лучистая составляющая в коэффициенте теплоотдачи. На основании этого рекомендуется размещать стеклянные радиаторы в верхних частях зданий. Стеклянные трубы имеют большую степень черноты по сравнению с чугуном. Степень черноты стеклянных труб ε= 0,94, а чугуна ε= 0,71.

Как следует из вышеприведенного, процессы отдачи тепла от поверхности нагрева стеклянных труб протекают значительно интенсивнее, чем от чугунных. Стеклянные трубы имеют меньшую абсолютную шероховатость по сравнению с трубами, выполненными из чугуна, что видно из следующих данных: трубы стеклянные 0,0015; чугунные новые 0,15-1 мм.

Стеклянный радиатор с точки зрения санитарно-гигиенических требований весьма перспективен, так как будет создавать хорошие микроклиматические условия в помещении, поверхность его гладкая и легко доступная для осмотра и очистки от пыли.

Стеклянный радиатор можно собирать с любой поверхностью нагрева и любым гидравлическим сопротивлением. Плотность стеклянных труб 2,2-2,7 г/см³, а чугунных 7,8-7,9 г/см³ и, следовательно, стеклянный радиатор при одинаковой толщине стенки будет примерно в 4 раза легче, чем чугунный. Прозрачность стеклянных труб позволяет вести визуальный контроль за потоком жидкости и устранять различные загрязнения, следить за режимом движения жидкости (ламинарный или турбулентный), скоростью, наличием пузырьков воздуха и т.д.

Благодаря высокой коррозионной стойкости стеклянных труб, увеличения их сопротивления в процессе эксплуатации практически не происходит. Коэффициент сопротивления стеклянных труб на 10-12% ниже нежели металлических. Трубы из термостойкого стекла примерно в 3 раза дешевле стальных.

Формула изобретения

Отопительный радиатор, содержащий входной и выходной коллекторы, сообщенные между собой посредством горизонтальных термостойких стеклянных труб, отличающийся тем, что коллекторы выполнены в виде вертикальных стальных цилиндров, в полости каждого из которых размещена разделительная перегородка с образованием двух неравных частей коллектора, а стеклянные трубы расположены в двух параллельных вертикальных плоскостях и между ними установлены профилированные турбулизирующие пластины, при этом каждая стеклянная труба соединена со стальным коллектором посредством сальникового соединения, содержащего связанные между собой патрубок с наружной резьбой, грундбуксу, накладную гайку и уплотнительную прокладку из термостойкой резины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3