ТЕПЛООБМЕННИК НАПОЛЬНОГО ОТОПИТЕЛЬНОГО КОНВЕКТОРА (ВАРИАНТЫ)

Данное техническое решение относится к средствам отопления жилых и промышленных помещений, преимущественно вестибюлей зданий, производственных или иных помещений, причем данные средства отопления имеют трубчатые теплообменники, представляющие собой изогнутую трубу с закрепленными на ней элементами теплообмена или пластинами оребрения. Теплообменник предназначен для его использования в обогревателях большой мощности, преимущественно в напольных конвекторах для обогрева больших объемов помещений.
Известны отопительные конвекторы, включающие теплообменники в виде трубчатых элементов, установленных в кожухе конвектора, при этом трубы установлены в отдельных вертикально расположенных отсеках кожуха [1].
Известны теплообменники, устанавливаемые в кожухах напольных конвекторов, которые изготавливаются ОАО «САНТЕХПРОМ», при этом теплообменник включает изогнутую трубу, образующую ветви, расположенные вдоль кожуха, и закрепленные на ветвях трубы пластины теплообмена, входную концевую часть трубы для ввода в нагревательные элементы теплоносителя, выходную концевую часть трубы для вывода теплоносителя из нагревательных элементов [2].
Известен напольный конвектор, содержащий кожух, в котором расположен теплообменник, представляющий собой несколько ярусов нагревательных элементов, каждый из которых включает трубу с закрепленными на ней пластинами теплообмена [3].
Известны теплообменники отопительного напольного конвектора, содержащие расположенные в ярус трубчатые элементы теплообмена [4, 5].
Известен теплообменник напольного конвектора, выполненный из трубы, образующей ветви, на которых закреплены пластины теплообмена, образующие с ветвями трубы нагревательные элементы, которые установлены друг над другом [6].
Известен трубчатый теплообменник с установленными в ярус ветвями, представляющими собой вертикально расположенный змеевик [7].
Известен теплообменник напольного обогревателя, содержащий установленный в ярус друг над другом спаренные ветви трубы с нанесенной на его поверхности рифлениями, образующими канавки для улучшениия теплообмена, при этом ветви трубы соединены между собой пластинами [8].
Известен теплообменник, в котором нагревательные элементы выполнены из труб и закрепленных на них пластин теплообмена, при этом нагревательные элементы установлены друг над другом и образуют несколько во высоте ярусов [9].
Из известных наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту к данному теплообменнику является теплообменник [2] напольного отопительного конвектора, содержащий изогнутую в продольном и поперечном направлениях
теплообменника трубу с прямыми участками и с закругленными участками в указанных направлениях, посредством которых прямые участки трубы сообщены друг с другом, участок трубы подвода теплоносителя с входным отверстием и участок трубы отвода теплоносителя с выходным отверстием, закрепленные на смежных прямых участках трубы пластины теплообмена, образующие с прямыми участками трубы ярус нагревательных элементов теплообменника.
Данный теплообменник предназначен для конвекторов небольшой мощности, причем повышение его мощности путем увеличения размеров приводит к существенным изменениям конструкции.
Техническим результатом представленных в описании конструкций теплообменников является создание ряда универсальных теплообменников из максимально унифицированных элементов для различных конвекторов большой мощности.
Указанный технический результат получен тем, что в теплообменнике напольного отопительного конвектора (первый вариант), содержащем изогнутую в продольном и поперечном направлениях теплообменника трубу с прямыми участками и с закругленными участками в указанных направлениях, посредством которых прямые участки трубы сообщены друг с другом, участок трубы подвода теплоносителя с входным отверстием и участок трубы отвода теплоносителя с выходным отверстием, закрепленные на смежных прямых участках трубы пластины теплообмена, образующие с прямыми участками трубы ярус нагревательных элементов теплообменника, - на одной торцовой стороне теплообменника расположены соединяющие смежные нагревательные элементы средние закругленные участки трубы, соединяющий прямые участки трубы крайнего нагревательного элемента закругленный участок трубы и изогнутые к середине торцовой части теплообменника подводящий и отводящий участки трубы, на другой торцовой стороне теплообменника расположены закругленные участки трубы, соединяющие прямые участки средних теплообменных элементов, при этом теплообменник выполнен с закрепленными на прямых участках трубы вертикально расположенными
опорами для опирания теплообменника на пол обогреваемого помещения, а подводящий и отводящий участки трубы расположены с наружной стороны одной опоры.
В теплообменнике напольного отопительного конвектора (второй вариант), содержащем изогнутую в продольном и поперечном направлениях теплообменника трубу с прямыми участками и с закругленными участками в указанных направлениях, посредством которых прямые участки трубы сообщены друг с другом, участок трубы подвода теплоносителя с входным отверстием и участок трубы отвода теплоносителя с выходным отверстием, закрепленные на смежных прямых участках трубы пластины теплообмена, образующие с прямыми участками трубы ярус нагревательных элементов теплообменника, - на одной торцовой стороне теплообменника расположены соединяющие смежные нагревательные элементы средние закругленные участки трубы, соединяющий прямые участки трубы крайнего нагревательного элемента закругленный участок трубы и изогнутые к середине торцовой части теплообменника подводящий и отводящий участки трубы, на другой торцовой стороне теплообменника расположены закругленные участки трубы, соединяющие прямые участки трубы средних теплообменных элементов, при этом теплообменник выполнен с закрепленными на прямых участках трубы вертикально расположенными опорами для опирания теплообменника на пол обогреваемого помещения, подводящий и отводящий участки трубы расположены с наружной стороны одной опоры, над первым ярусом нагревательных элементов установлен второй ярус нагревательных элементов, труба второго яруса нагревательных элементов соединена с трубой первого яруса нагревательных элементов полым переходником, смежные прямые участки трубы смежных нагревательных элементов ярусов расположены на расстоянии друг от друга меньшем расстояния между прямыми участками каждого нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых участках трубы нагревательных элементов второго яруса.
В теплообменнике напольного отопительного конвектора (третий вариант), содержащем изогнутую в продольном и поперечном направлениях теплообменника трубу с прямыми участками и с закругленными участками в указанных направлениях, посредством которых прямые участки трубы сообщены друг с другом, участок трубы подвода теплоносителя с входным отверстием и участок трубы отвода теплоносителя с выходным отверстием, закрепленные на смежных прямых участках трубы пластины теплообмена, образующие с прямыми участками трубы ярус нагревательных элементов теплообменника, - на одной торцовой стороне теплообменника расположены соединяющие смежные нагревательные элементы средние закругленные участки трубы, соединяющий прямые участки трубы крайнего нагревательного элемента закругленный участок трубы и изогнутые к середине торцовой части теплообменника подводящий и отводящий участки трубы, на другой торцовой стороне теплообменника расположены закругленные участки трубы, соединяющие прямые участки средних теплообменных элементов, при этом теплообменник выполнен с закрепленными на прямых участках нагревательных элементов вертикально расположенными опорами для опирания теплообменника на пол обогреваемого помещения, подводящий и отводящий участки трубы расположены с наружной стороны одной опоры, над первым ярусом нагревательных элементов установлен второй ярус нагревательных элементов, труба второго яруса нагревательных элементов соединена с трубой первого яруса нагревательных элементов полым переходником, прямые участки трубы смежных нагревательных элементов ярусов расположены на расстоянии друг от друга меньшем расстояния между закругленными участками нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых участках трубы нагревательных элементов второго яруса, между первым и вторым ярусами нагревательных элементов, установлен промежуточный ярус нагревательных элементов, труба промежуточного яруса нагревательных
элементов соединена с трубами первого и второго ярусов нагревательных элементов двумя полыми переходниками, прямые участки трубы смежных нагревательных элементов смежных ярусов расположены на расстоянии друг от друга меньшем расстояния между прямыми участками трубы каждого нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых трубах нагревательных элементов промежуточного яруса.
В теплообменнике напольного отопительного конвектора (четвертый вариант), содержащем изогнутую в продольном и поперечном направлениях теплообменника трубу с прямыми участками и с закругленными участками в указанных направлениях, посредством которых прямые участки трубы сообщены друг с другом, участок трубы подвода теплоносителя с входным отверстием и участок трубы отвода теплоносителя с выходным отверстием, закрепленные на смежных прямых участках трубы пластины теплообмена, образующие с прямыми участками трубы ярус нагревательных элементов теплообменника, - на одной торцовой стороне теплообменника расположены соединяющие смежные нагревательные элементы средние закругленные участки трубы, соединяющий прямые участки трубы крайнего нагревательного элемента закругленный участок трубы и изогнутые к середине торцовой части теплообменника подводящий и отводящий участки трубы, на другой торцовой стороне теплообменника расположены закругленные участки трубы, соединяющие прямые участки средних теплообменных элементов, при этом теплообменник выполнен с закрепленными на прямых участках нагревательных элементов вертикально расположенными опорами для опирания теплообменника на пол обогреваемого помещения, подводящий и отводящий участки трубы расположены с наружной стороны одной опоры, над первым ярусом нагревательных элементов установлен второй ярус нагревательных элементов, труба второго яруса нагревательных элементов соединена с трубой первого яруса нагревательных элементов полым переходником, прямые участки трубы смежных нагревательных элементов ярусов расположены на расстоянии друг
от друга меньшем расстояния между закругленными участками нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых участках трубы нагревательных элементов второго яруса, между первым и вторым ярусами нагревательных элементов установлен промежуточный ярус нагревательных элементов, труба промежуточного яруса нагревательных элементов соединена с трубами первого и второго ярусов нагревательных элементов двумя полыми переходниками, прямые участки трубы смежных нагревательных элементов смежных ярусов расположены на расстоянии друг от друга меньшем расстояния между прямыми участками трубы каждого нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых трубах нагревательных элементов промежуточного яруса, при этом в теплообменнике установлен, по крайней мере, один дополнительный промежуточный ярус нагревательных элементов, труба которого соединена с трубой второго яруса нагревательных элементов и с трубой дополнительного промежуточного яруса нагревательных элементов дополнительными полыми переходниками, смежные прямые участки трубы нагревательных элементов смежных ярусов расположены на расстоянии друг от друга меньшем расстояния между прямыми участками трубы каждого нагревательного элемента каждого яруса, опоры дополнительно закреплены на прямых трубах нагревательных элементов дополнительного промежуточного яруса.
Такое выполнение конструктивных компоновочных вариантов позволило при минимальных издержках производства и максимальной унификации нескольких элементов создать ряд теплообменников, обладающих большой мощностью, предназначенных для обогрева больших помещений.
На фиг.1 показан первый вариант теплообменника на виде спереди,
На фиг.2 - вид А на фиг.1,
На фиг.3 - вид Б на фиг.1,
На фиг.4 - вид В на фиг.1
На фиг.5 показан второй вариант теплообменника на виде спереди,
На фиг.6 - вид Г на фиг.5,
На фиг.7 - вид Д на фиг.5,
На фиг.8 - вид Е на фиг.5,
На фиг.9 показан третий вариант теплообменника на виде спереди,
На фиг.10 - вид Ж на фиг.9,
На фиг.11 - вид И на фиг.9,
На фиг.12 - вид К на фиг.9,
На фиг.13 показан четвертый вариант теплообменника,
На фиг.14 - вид Л на фиг.13,
На фиг.15 - вид М на фиг.13,
На фиг.16 - вид Н нафиг.13.
Теплообменник напольного отопительного конвектора (первый вариант) содержит изогнутую в продольном и поперечном направлениях теплообменника трубу 1 (фиг.1) с прямыми участками 2, каждый из которых имеет длину 1, и с закругленными участками 3, отстоящими от прямых участков на расстоянии 11. Прямые участки 2 и закругленные участки 3 трубы расположены в различных плоскостях в указанных направлениях. Посредством закругленных участков 3 трубы прямые участки 2 трубы сообщены и скреплены друг с другом. Отводящий участок 4 трубы (фиг.3) служит для отвода теплоносителя и он имеет выходное отверстие 5. Подводящий участок 6 трубы служит для подвода теплоносителя и он имеет входное отверстие 7.
Участки 4 и 6 (фиг.1) отстоят от закругленных участков 3 труб на расстоянии 12. В зоне выхода из пластин 8 на расстоянии 13 (фиг.3) отстоят участки 4 и 6 от одной из боковых сторон теплообменника. Концы участков 4 и 6 трубы и соответствующие им выходное отверстие 5 и входное отверстие 7 трубы в данном примере исполнения расположены симметрично по отношению к вертикальной оси теплообменника, которая показана между этими участками. При этом концы указанных участков могут быть расположены со смещением в одну или в обе стороны теплообменника
относительно его вертикальной оси. Длина L теплообменника намного превышает его высоту F и ширину А (фиг.2).
На смежных прямых участках 2 трубы закреплены пластины (элементы) 8 теплообмена (пластины оребрения трубы (фиг.1), образующие с прямыми участками 2 трубы ярус 9 нагревательных элементов 10 теплообменника (фиг.2). Следует отметить, что каждая пара прямых участков 2 трубы, соединенная между собой пластинами 8 теплообмена, условно представляет собой один нагревательный элемент 10 теплообменника, соединенный с другими аналогичными нагревательными элементами и сообщенный с ними закругленными участками 3 трубы. Каждый нагревательный элемент 10 имеет высоту S1 (фиг.2) и ширину S (фиг.4).
Параллельно установленные нагревательные элементы 10 по длине L (фиг.1) теплообменника простираются вдоль продольной оси 11 теплообменника. Нагревательные элементы блоками расположены в ряд в направлении поперечной оси 12 теплообменника (фиг.2) или поперек теплообменника на расстоянии А. Несколько блоков нагревательных элементов, установленных в один ряд, представляют собой один ярус 9 нагревательных элементов теплообменника.
На одной торцовой стороне 13 теплообменника (фиг.3) расположены горизонтально средние закругленные участки трубы 3, которые соединяют собой смежные нагревательные элементы 10, а также один вертикально расположенный закругленный участок 3 трубы, соединяющий прямые участки 2 трубы крайнего правого нагревательного элемента 10. На торцовой стороне 13 также расположены изогнутые к середине торцовой стороны 13 теплообменника, соответственно, подводящий и отводящий участки 6 и 4 трубы.
На другой торцовой стороне 16 теплообменника (фиг.2) расположены горизонтальные закругленные участки 3 трубы, соединяющие прямые участки 2 трубы двух средних нагревательных элементов 10 с двумя крайними нагревательными элементами 10.
Теплообменник выполнен с закрепленными на прямых участках 2 трубы вертикально расположенными опорами 17 (фиг.1) для его установки на пол обогреваемого помещения (не показан). Подводящий и отводящий участки 6 и 4 трубы теплообменника (фиг.3) расположены с наружной стороны 18 одной из опор 17. Эти участки выполнены изогнутыми в двух различных плоскостях - в продольной вертикальной плоскости теплообменника (фиг.1) и в его поперечной вертикальной плоскости (фиг.3). Участки 4 и 6 имеют наклонные и вертикальные части. Эти части расположены таким образом, что соответствующие им выходное и входное отверстия 5 и 7 направлены вниз и расположены на виде теплообменника сбоку в средней части торцовой стороны 13 теплообменника или в средней части опоры 17, например, симметрично по отношению к этой опоре или по отношению к ее вертикальной оси. Ширина каждой опоры равна ширине торцовой стороны теплообменника или расстоянию А, показанному на фиг.2.
Второй вариант теплообменника напольного отопительного конвектора (фиг.5-8) содержит все элементы и связи между элементами, изложенные в описании первого варианта конвектора и, в отличие от него, второй вариант дополнительно содержит расположенный над первым ярусом 9 нагревательных элементов 10 второй ярус 19 нагревательных элементов 10 (фиг.5, 7 и 8). Труба 20 второго яруса 19 нагревательных элементов 10 соединена с трубой 1 первого яруса 9 нагревательных элементов 10 полым переходником 21, который выполнен в виде трубы с приваренными к ее торцам заглушками 22, при этом полость 23 сообщает смежные прямые участки 2 труб 1 и 20 смежных нагревательных элементов 10 ярусов первого яруса 9 и второго яруса 19 нагревательных элементов 10 теплообменника.
Смежные прямые участки 2 труб 1 и 20 расположены на расстоянии h друг от друга, которое меньше расстояния Н между прямыми участками 2 нагревательного элемента 10 каждого указанного яруса. При этом опоры 17 дополнительно закреплены на прямых участках 2 трубы нагревательных элементов 10 второго яруса 19.
Третий вариант теплообменника напольного отопительного конвектора (фиг.9-12) содержит все элементы и связи между элементами, изложенные в описании первого и второго вариантов конвектора. В отличие от этих вариантов, третий вариант теплообменника дополнительно содержит расположенный между первым ярусом 9 нагревательных элементов 10 и вторым ярусом 19 нагревательных элементов 10 промежуточный ярус 24 (фиг.9, 11) нагревательных элементов 10.
Труба 20 (фиг.9) промежуточного яруса 24 нагревательных элементов 10 соединена с трубой 20 второго яруса 19 нагревательных элементов промежуточным полым переходником 25, конструкция которого идентична вышеописанному переходнику 21. Прямые участки 2 трубы смежных нагревательных элементов 10 смежных ярусов 9, 19 и 24 расположены на расстоянии h друг от друга, которое меньше расстояния Н между прямыми участками 2 трубы нагревательных элементов. Опоры 17 дополнительно закреплены на прямых трубах 2 нагревательных элементов 10 промежуточного яруса 24.
Четвертый вариант теплообменника (фиг.13-16) содержит все элементы и связи между элементами, изложенные в описании первого, второго и третьего вариантов конвектора. В отличие от этих вариантов, четвертый вариант теплообменника дополнительно содержит, по крайней мере, один дополнительный промежуточный ярус 26 (фиг.13, 15) нагревательных элементов 10. Промежуточный дополнительный ярус 26 (или несколько идентичных ему дополнительных промежуточных ярусов) расположен между вторым ярусом 19 и промежуточным ярусом 24 или между первым ярусом 9 нагревательных элементов 10 и вторым ярусом 19 нагревательных элементов 10. Труба 20 дополнительного промежуточного яруса 26 нагревательных элементов 10 соединена с трубой 20 второго яруса 19 нагревательных элементов 10 и с трубой 20 промежуточного яруса 24 нагревательных элементов 10 промежуточным дополнительным полым переходником 27 (фиг.13), идентичным вышеописанному переходнику 21.
Смежные прямые участки 2 трубы нагревательных элементов 10 смежных ярусов 9, 19, 24 и 26 расположены на расстоянии h друг от друга (фиг.15), которое меньше расстояния Н между прямыми участками 2 трубы каждого нагревательного элемента 10 каждого яруса. Опоры 17 дополнительно закреплены на прямых трубах 2 нагревательных элементов 10 дополнительного промежуточного яруса 26.
Следует отметить, что труба 1 первого яруса 9 и трубы 20 других ярусов теплообменника показаны этими позициями на чертежах условно, поскольку после соединения прямых участков 2 этих труб и закругленных участков 3 труб, отводящего участка 4 и подводящего участка 6 трубы (во время изготовления теплообменника) все названные участки входят в состав единой жесткой трубы теплообменника для перемещения по ней теплоносителя в заданном направлении.
Имеющие трубчатую форму переходники 21, 25 и 27 (фиг.13) применены в вариантах конструкции теплообменника исходя из выполнения условий компактности теплообменников. Эти переходники по сути использованы вместо закругленных участков трубы. С целью выполнения указанных условий выбрано упомянутое расстояние h (фиг.5) между смежными прямыми участками 2 трубы нагревательных элементов 10 смежных ярусов, поскольку расстояние h намного меньше расстояния Н между прямыми участками 2 трубы нагревательного элемента одного яруса теплообменника. Это позволило скомпоновать яруса нагревательных элементов теплообменника на максимально близком расстоянии друг от друга таким образом, что между пластинами теплообмена 8 одного яруса теплообменника и аналогичными пластинами другого яруса выполнен лишь технологический зазор, обеспечивший снижение габарита по высоте каждого варианта теплообменника примерно в два раза.
Переходники 21, 25 и 27 (фиг.13) расположены на одной вертикальной оси, отстоящей на расстоянии d от опоры 17. Каждый закругленный участок 3
трубы теплообменника соединен с прямым участком 2 трубы сваркой. Однако такое соединение не исключает применение других известных соединений участков трубы теплообменника. Выполнение трубы теплообменника из соединенных между собой участков трубы не исключает выполнение трубы теплообменника из одной цельной изогнутой в различных плоскостях ветви этой трубы. При этом описанные элементы 8 теплообмена, закрепленные на трубе теплообменника с целью увеличения площади теплообмена, могут вместо пластинчатой формы иметь иную форму.
Работает теплообменник следующим образом. После установки теплообменника в кожухе конвектора (не показан) и соединения с магистралью отопления помещения, подают во входное отверстие 7 подводящего участка 6 теплоноситель и пропускают его через все вышеописанные участки трубы теплообменника. При этом труба теплообменника нагревается, передает тепло пластинам 8 теплообмена, которые нагревают воздух обогреваемого помещения. После этого теплоноситель удаляется из теплообменника через выходное отверстие 5 отводящего участка 4 теплообменника.
Источники информации.
(56)[1] RU 0007181 U1, 16.07.1998. [2] Каталог отопительного оборудования ОАО «САНТЕХПРОМ», 2005, с.5 (прототип, копия прилагается). [3] SU 1158826 А, 30.05.1985. [4] JP 987895 S, 02.05.1997, ВОИС. [5] JP 956304, 23-03, 08.16.1996, ВОИС. [6] RU 43070 S, 16.12.1996. [7] GB 2347488 A, 06.09.2000. [8] JP 3417153 B3, 26.06.1995. [9] US 2670935, 02.03.1954.