Оребренный модуль для теплонесущей трубы

 

Использование: в области теплотехники, в частности в устройствах для теплообмена, например в конвекторах для обогрева помещений. Сущность изобретения: оребренный модуль выполнен в виде схемной панели с центральным цилиндрическим участком для установки в контакте с поверхностью трубы на части ее периметра и плоскими периферийными участками, снабженными поперечными ребрами, со средствами крепления панели к трубе. Поперечные ребра выполнены в виде лепестков, расположенных по разные стороны от продольной оси цилиндрического участка, длина дуги которого составляет 0,25 - 0,5 наружного периметра трубы. Конструкция оребренного модуля позволяет улучшить тепловой контакт и теплопередачу от теплонесущей трубы в окружающее пространство. 6 ил.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в устройствах для теплообмена, например в конвекторах для обогрева помещений.

Известны конвекторы [1] содержащие трубу для прокачки теплоносителя и в качестве ребристой поверхности для теплообмена с окружающей средой набор П-образных пластин, насаженных на трубу. Тепловой контакт пластин с трубой обеспечивается дорнованием (увеличением диаметра трубы после сборки). Такая конструкция делает практически невозможным повторное использование ребристой поверхности при выходе из строя трубы конвектора ввиду трудоемкости снятия пластин с трубы и установки их на новую трубу с обеспечением теплового контакта.

Известен также конвектор [2] содержащий водяную трубу и ребра теплопередачи, образованные длинной металлической полосой углового сечения, винтообразно навитой на трубу. Тепловой контакт между трубой и полосой достигается натяжением полосы при навивке. При этом полоса деформируется и плотно облегает трубу. Ребристая поверхность в этом конвекторе образована оребренными пластинами (плоскими участками полосы, прилегающими к трубе); пластины связаны между собой неоребренными криволинейными цилиндрическими участками-оболочками, контактирующими с трубой на участке ее максимальной кривизны; полоса закреплена на трубе на своих концах.

Такую ребристую поверхность в принципе можно установить на уже смонтированную трубу, а также использовать ее повторно, однако операция навивки полосы затруднена при ограниченном зазоре между стеной (полом) обогреваемого помещения и уже смонтированной трубой. Другой проблемой является необходимость использования устройства натяжения полосы при навивке ее на трубу.

Указанные трудности приводят к тому, что при необходимости, например, увеличить мощность конвектора предпочитают установить дополнительный конвектор или заменить существующий на другой, иного типономинала, чем заниматься навивкой ленточной ребристой поверхности. Установка же нового конвектора требует отключения системы отопления на данном участке (если такая возможность отсутствует, то отключения всей системы отопления, что практически возможно только в летний период), разрезания теплонесущей трубы и соединения ее концов с новым отопительным прибором.

Наиболее близким аналогом является изобретение "Теплообменник" по патенту РФ N 2006782 от 30.01.94 [3] где решен вопрос оперативного монтажа оребренного модуля на теплонесущей трубе. Этот модуль содержит смонтированную на трубе по крайней мере одну панель, к которой между фиксаторами закреплены ребра, контактирующие внутренними гранями с панелью; при этом панель выполнена в виде пластины, центральная часть которой содержит цилиндрический участок, огибающий трубу, переходящий в прямолинейные (плоские) периферийные участки. Панель снабжена средствами крепления ее к трубе. При такой конструкции, когда каждое ребро примыкает сразу к обоим периферийным участкам панели, не обеспечивается надежный тепловой контакт в теплообменнике за счет возникновения зазоров при монтаже теплообменника на трубу: либо между цилиндрическим участком панели и трубой, либо между внутренними кромками ребер и периферийными участками панели, что ухудшает теплопередачу.

Задачей изобретения является повышение мощности конвектора путем улучшения теплового контакта элементов конвектора.

Задача решается следующим образом.

В оребренном модуле по патенту N 2006782 для теплонесущей трубы, выполненном в виде съемной панели с центральным цилиндрическим участком для установки в контакте с поверхностью трубы на части ее периметра и плоскими периферийными участками пластинами, снабженными поперечными ребрами, со средствами крепления панели на трубе,поперечные ребра выполнены в виде лепестков, расположенных по разные стороны от продольной оси цилиндрического участка панели. При этом длина дуги цилиндрического участка составляет 0,25 0,5 наружного периметра трубы; лепестки могут быть расположены с зазором их боковых кромок относительно цилиндрического участка панели либо с контактом с частью цилиндрического участка ланолина также с обеих сторон относительно плоских периферийных участков панели. Периферийные участки панели могут составлять угол в пределах 70^o≅α≅200^o. Оребренный модуль может быть выполнен цельнолитым либо с паяными ребрами.

На фиг. 1 5 представлены различные варианты выполнения конвектора с оребренным модулем, на фиг. 6 диаметрическая проекция одного из вариантов модуля ребристой поверхности теплообмена.

Оребренный модуль с центральным цилиндрическим участком 2 (в частном случае круговым), охватывает трубу 1, повторяя ее форму. Контакт модуля с трубой 1 происходит по внутренней поверхности цилиндрического участка по всей длине модуля. Площадь теплового контакта модуля и трубы велика и может составлять до половины площади поверхности трубы по длине модуля. В случае выполнения трубы 1 овального сечения цилиндрический участок 2 также должен быть овальным. Длина охватывающей трубу дуги l цилиндрического участка может быть равна половине длины периметра Р наружного контура поперечного сечения трубы l (1/2) P, либо меньше (фиг. 1 3, 5). Минимальная длина дуги l определяется удобством и возможностью закрепления модуля на трубе. Как показывает опыт, длина дуги цилиндрического участка меньше (1/4) Р нецелесообразна. При l > (1/2) P насадка модуля на трубу и снятие его с трубы затруднены.

С разных сторон цилиндрического участка 2 параллельно продольной оси трубы 1 выполнены две пластины 3, 4, которые расположены симметрично относительно плоскости симметрии цилиндрического участка 2 и сопряжены с ним по его образующим преимущественно в направлении, близком к нормали к его дуге (а значит и к трубе) в месте сопряжения.

Длина дуги l цилиндрического участка и угол a между пластинами выбраны таким образом,что его пластины и соединяющий их цилиндрический участок расположены на трубе по одну сторону плоскости, проходящей через ось трубы перпендикулярно плоскости симметрии цилиндрического участка.

На фиг. 1, 2, 4 пластины 3, 4 ориентированы по отношению друг к другу под углом a 180^o. На фиг. 1 в,д пластины ориентированы под углом a <180<SUP>oo в варианте фиг. 1 д). Минимальный угол взаимного расположения пластин также определяется удобством и возможностью закрепления модуля на трубе и необходимым коэффициентом теплоотдачи. Как показывает опыт, угол расположения пластин a < 70^o технически осуществим, но нецелесообразен: при a > 200^o затруднено закрепление модуля на трубе.

На пластинах 3, 4 выполнены ребра теплопередачи в виде лепестков 5, 6, их расположение хорошо видно на фиг. 2. Ребра могут располагаться как с одной стороны пластин 3, 4 (фиг. 1 3, 5), так и с обеих сторон (фиг. 4), увеличивая площадь оребрения и повышая коэффициент теплоотдачи модуля. Вариант фиг. 4 имеет более равномерное распределение температуры по длине ребра 5, 6.

Ребра могут располагаться только на пластинах (фиг. 1, 3, 4) либо частично контактировать с цилиндрическим участком 2 (фиг. 2, 5, 6).

Вся конструкция модуля: цилиндрический участок пластины 3, 4, ребра 5, 6 может быть выполнена цельнолитой. Толщина цилиндрического участка выбирается в зависимости от материала модуля так, чтобы обеспечить и хорошую передачу тепла от трубы к оребренным пластинам, и возможность ее некоторой деформации для обжатия ею трубы с целью хорошего теплового контакта. Например, при использовании алюминиевого сплава толщина в 2 мм обеспечивает решение поставленных задач. Необходимость деформации цилиндрического участка накладывает ограничения и на длину дуги оребренного цилиндрического участка (фиг. 2, 5, 6) и зависит от материала модуля, толщины цилиндрического участка и его длины. Практически длина дуги оребренной цилиндрической части может составлять до 30% общей длины ее дуги.

Место закрепления модуля на трубе может быть различным; возможно боковое расположение модуля (фиг. 1, 3 5), либо горизонтальное (фиг. 2) в зависимости от доступности той или иной части трубы в помещении. Наиболее предпочтительным с точки зрения теплофизики происходящих процессов является вариант с боковым расположением модуля.

Средства закрепления модуля на трубе 1, обеспечивающие необходимую деформацию цилиндрического участка, могут быть самыми различными, известными в области техники. На фиг. 1, 2 показано закрепление модуля с помощью кронштейна 7 и болтового соединения 8, для чего в теле пластин 3, 4 выполнены отверстия 9 (фиг. 6). На фиг. 3 показано крепление двух модулей (левого и правого) непосредственно между собой также болтовым соединением. Количество болтов в соединении может быть два и более, для чего в пластинах 3, 4 предусматривается соответствующее число отверстий 9 (фиг. 6). Возможно и иное крепление.

Сборка конвектора с односторонним расположением модуля фиг. 1 осуществляется следующим образом. На трубу 1, уже установленную в помещении, требующем обогрева, устанавливается модуль наиболее подходящей конструкции. С противоположной стороны трубы 1 устанавливается кронштейн 7 и соединяется с модулем при помощи болтов 8. При затягивании болтов 8 цилиндрический участок 2 модуля деформируется, плотно облегая трубу 1 и обеспечивая тепловой контакт с ней. Одновременно происходит фиксация модуля на трубе силами трения, возникающими по поверхности контакта модуля с трубой. Количество устанавливаемых модулей определяется необходимой мощностью конвектора.

Сборка конвектора с двусторонним расположением модулей на трубе (фиг. 3) осуществляется аналогично, только роль кронштейна в этом случае выполняет второй модуль.

При недостаточной мощности конвектора количество модулей в нем можно быстро увеличить, располагая их по длине трубы или (при имеющемся одностороннем расположении модулей) во второй ряд на уже используемый участок трубы.

Для уменьшения мощности конвектора часть модулей можно снять,для чего достаточно разобрать болтовые соединения.

Таким образом, предлагаемая конструкция оребренного модуля конвектора обеспечивает его высокую теплоотдачу, позволяет оперативно корректировать тепловой режим обогреваемого помещения, не вмешиваясь в работу системы отопления, а также использовать оребрение повторно при выходе из строя теплонесущей трубы.

Источники информации 1. Исаев В.М. Сасин В.И. Устройство и монтаж санитарнотехнических систем зданий. М. Высшая школа, 1989, с. 162, рис. 86а.

2. Патент СССР N 34428, опубл. 31.01.34, кл. 36 с, 9; 7 в, 16.

3. Патент РФ N 2006782 от 30.01.94. БИ N 2, 1994 ( ближайший аналог).

Формула изобретения

1. Оребренный модуль для теплонесущей трубы, выполненный в виде съемной панели с центральным цилиндрическим участком для установки в контакте с поверхностью трубы на части ее периметра и плоскими периферийными участками, снабженными поперечными ребрами, содержащий средства крепления на трубе, отличающийся тем, что поперечные ребра выполнены в виде лепестков, расположенных по разные стороны относительно продольной оси цилиндрического участка панели, а длина дуги цилиндрического участка составляет 0,25-0,5 наружного периметра трубы.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что боковые кромки лепестков расположены с зазором относительно цилиндрического участка панели.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что боковые кромки лепестков соединены с частью цилиндрического участка панели.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что периферийные участки панели расположены относительно друг друга под углом 70°≅ α≅ 200°. 5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что лепестки выполнены с обеих сторон плоских периферийных участков панели.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6