ТЕПЛОВОЙ РАДИАТОР НАГРЕВА ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЯ
THERMAL RADIATOR FOR HEATING OR COOLING

Изобретение относится к теплотехнике, а точнее к устройствам тепловых радиаторов для нагрева или охлаждения, и может применяться, например, для обогрева или охлаждения различных зданий, помещений и объектов техники с трубопроводными системами подачи теплоносителя при высоких или низких температурах. Одновременно изобретение позволяет улучшать вид помещений и внешний вид трубопроводных систем, придавать им дополнительные функции, например размещать на них декоративные элементы и полки для цветов. По существу, предложен переносной радиатор обогрева или охлаждения (ПРАДО).
Известны многочисленные конструкции металлических радиаторов с развитой поверхностью теплоотдачи в виде специальных ребер или секций для трубопроводных систем с жидким или газообразным теплоносителем, применяемые для нагрева или охлаждения, например, помещений в зданиях, автомобилей и других объектов техники (см., например, Большая советская энциклопедия, М., 1975, том 21, стр.333; авторское свидетельство СССР №198602, кл. F28E 1/10, 1969).
Известные радиаторы в основном представляют цельные жесткие конструкции, в которых ребра теплоотдачи выполнены за одно целое с трубопроводами подачи теплоносителя. Это не позволяет производить их быструю разборку и сборку без отключения подачи теплоносителя, изменять конструкцию системы без нарушения целостности трубопровода, например, самим пользователем при изменении дизайна и уровня теплоотдачи.
Широко известно применение металлических хомутов разных конструкций в качестве крепежных деталей, например, для установки на трубопроводах, включая трубопроводы отопительных систем (см., например, патент РФ №2237219, кл. F24D 19/02, 2003).
Однако, выполняя функцию крепежного элемента, металлические и иные хомуты при их установке на трубопроводах с теплоносителем практически не увеличивают локальную теплоотдачу самого трубопровода в зоне установки. Это связано с иной конструктивной направленностью и иным назначением хомутов, отсутствием специальной поверхности для теплоотдачи и особенностями крепления. При использовании хомутов из пластика и других теплоизоляционных материалов, а также при малых площадях контакта в зоне прохождения тепловых потоков теплоотдача трубопровода вообще снижается, что используют, например, для термоизоляции.
С учетом предложенных вариантов конструкции в качестве ближайшего аналога рассмотрен обычный тепловой радиатор нагрева или охлаждения, выполненный в виде теплопроводной металлической конструкции с ребрами для увеличения поверхности теплоотдачи, содержащий элементы для крепления на трубопроводах с жидким или газообразным теплоносителем (см., например, патент РФ №2073817, кл. F24D 19/00, 1995).
Основным недостатком известного теплового радиатора является сложность его сборки, разборки и изменения конструкции, отсутствие мобильности и универсальности при установке на произвольных трубопроводах отопительных систем без отключения и нарушений их работы.
Данное изобретение направлено на создание универсальной легкоразборной переносной системы тепловых радиаторов по типу конструктора, заранее ориентированного на стандартные трубы известного диаметра. Одновременно конструкция направлена на улучшение возможностей дизайна при оформлении тепловых трубопроводов и на дополнительное увеличение теплоотдачи с возможностью ее регулирования, при относительной простоте действий, например, самим пользователем, без отключения и нарушения работы системы.
Это достигается тем, что предложенный тепловой радиатор нагрева или охлаждения выполнен в виде теплопроводной металлической конструкции с ребрами для увеличения поверхности теплоотдачи, например, типа консольных полок и содержит элементы крепления на трубопроводах преимущественно цилиндрической формы с жидким или газообразным теплоносителем, что известно из прототипа, при этом радиатор выполнен в виде съемного металлического хомута, содержащего изогнутые разводные накладки на трубопровод с ребрами теплоотдачи и элементы их стягивания для плотного обхвата трубопровода в области установки, причем основания накладок, контактирующих с трубопроводом, выполнены с каналом С-образной формы по форме сечения трубопровода, хомут выполнен с продольной длиной не менее четырех и с шириной не менее двух диаметров трубопровода, а внешняя площадь поверхности накладок с ребрами не менее чем в два раза превышает внешнюю поверхность трубопровода в месте установки. при этом каждый хомут содержит не менее 3-х основных ребер теплоотдачи, включая ребра для стягивания и крепления накладок хомута по длине трубопровода, основные ребра теплоотдачи выполнены зацело со своей частью основания накладки, а сектор охвата каждого С-образного канала не превышает 175 градусов.
Кроме этого предложенный тепловой радиатор предполагает, что в нем, по крайней мере, одна накладка с ребром выполнена в виде полой тонкостенной герметичной оболочки трубчатого типа, для ее заполнения жидким теплоносителем, типа воды, с возможностью ее слива.
Кроме этого предложенный тепловой радиатор рекомендует наличие зазоров между основными ребрами теплоотдачи не менее 0,01 м.
Также возможно выполнение теплового радиатора с V-образным средним основным ребром, в расходящихся частях которого выполнены С-образные цилиндрические каналы с сектором охвата не более 175 градусов, обращенные друг к другу и к трубопроводу между ними, а за ними выполнены боковые ребра с элементами стягивания.
В предложенном радиаторе хомут может быть выполнен из 2-5 цельных продольных накладок стержневого типа, продольные ребра которых расходятся веером по прямолинейным образующим от С-образного канала сегментарно-цилиндрической формы и соединены между собой элементами стягивания с зазором и с возможностью кольцевого охвата трубопровода по периметру, причем суммарный внутренний периметр сечения всех С-образных частей накладок в образованном кольцевом канале меньше внешнего периметра сечения трубопровода.
Кроме этого предполагается, что тепловой радиатор может содержать горизонтальные полки, например, для размещения цветов, закрепленные на ребрах теплоотдачи хомута, а также внешние декоративные пластины, закрепленные на основных ребрах теплоотдачи.
Также возможно, что, по крайней мере, одно из ребер хомута изогнуто по продольной направляющей, удаленной от оси трубопровода и параллельной ей, с образованием внешней декоративной пластины по длине хомута. При этом декоративные пластины могут быть установлены консольно и выполнены изогнутыми, например, по форме цилиндра.
В предложенном тепловом радиаторе хомут может быть выполнен с накладками в виде гофрированных полос с S-образной формой сечения, содержащих не менее двух и не более четырех полуволн, с размещением трубопровода между полуволнами.
Все приведенные варианты реализации данной конструкции, указанные в приведенной совокупности существенных признаков изобретения, направлены на расширение технических возможностей данного устройства относительно прототипа и известных технических решений. При этом решается новая техническая задача - создание универсального быстросборного теплового радиатора на основе широкого набора предложенных металлических хомутов, которые известны как одни из наиболее простых крепежных элементов. В данном случае применение крепежных элементов типа хомутов в качестве теплового радиатора и предложенные варианты такого радиатора позволяют реализовать новые для них функции - тепловых нагревателей и элементов дизайна. При этом конкретные указанные параметры хомутов определяют уже не крепежные, а именно теплотехнические характеристики, с одновременным решением вопросов эргономики и дизайна. Например, возможность применения жидких наполнителей в хомутах позволяет реально увеличить удельный теплосъем и перераспределять тепловые потоки без непосредственного контакта с теплоносителем, то есть решать техническую задачу новыми средствами и создавать новые технические возможности.
Аналогично применение предложенных навесных радиаторов в технологическом плане упрощает их производство и эксплуатацию, например, позволяет исключить трудоемкие сварочные работы и пайку, позволяет не отключать подачу теплоносителя при установке таких радиаторов. При аварийных работах возможна быстрая установка временных радиаторов с последующей заменой на стационарные. В плане технического дизайна предложенные радиаторы позволяют полностью закрывать, например, межэтажные вертикальные трубопроводы в комнатах, при этом увеличивая их теплоотдачу.
Исходя из указанного и сравнения с аналогами, можно отметить, что данная разработка, согласно указанной совокупности существенных признаков, не следует явным образом из известного уровня техники, обладает новизной и промышленно применима, что подтверждает целесообразность патентования.
Сущность изобретения поясняется чертежами и схемами.
На фиг.1 изображена совместная схема водяного отопления жилой комнаты с панельным радиатором и радиаторами в виде хомутов; на фиг.2 изображен разрез А-А фиг.1 - радиатор в виде хомута, в варианте 1; на фиг.3 показан разрез В-В фиг.1 - радиатор в виде хомута, в варианте 2; на фиг.4 показан тот же разрез В-В - радиатор в виде хомута, в варианте 3; на фиг.5 показан вид D фиг.1 - радиатор в виде хомута, в варианте 4; на фиг.6 показан разрез С-С фиг.1 - радиатор-полка в виде хомута, в варианте 5; а фиг.7 схематично условно показан вариант дизайна угловой вертикальной трубы в варианте 1 радиатора.
Предлагаемые тепловые радиаторы 1, 2, 3, 4 нагрева и охлаждения могут быть выполнены в виде металлических хомутов в различных вариантах для крепления на трубопроводах 5 и 6 с жидким или газообразным (парообразным) теплоносителем типа воды, в системах нагрева или охлаждения. На представленных схемах условно показаны некоторые варианты применения данного изобретения. Так, для отопления жилой комнаты согласно представленной схеме (фиг.1) одновременно использованы предложенные съемные радиаторы в вариантах 1, 2, 3, 4 и, например, проточный панельный радиатор 7 известного типа, через трубчатые элементы которого (показаны условно) проходит теплоноситель. При этом трубчатые элементы радиатора 7 подключены (например, приварены) к кольцевой межэтажной вертикальной трубопроводной системе с трубопроводами 5 (вертикальные) и 6 (горизонтальные отводные), через которые под действием насоса (не показан) горячая вода подается из верхней квартиры в нижнюю (по стрелке). Для изменения объема подачи воды через радиатор 7 в системе могут быть предусмотрены вентили 8 и 9 как регуляторы температуры в комнате. Однако из-за недостаточно высокой температуры в сети, коррозии и накипи в трубах, при недостаточной поверхности радиатора 7 и слабой подачи теплоносителя температура в комнате может падать ниже нормы, особенно при холодах в отдельные критические дни. В таких случаях возможно одновременное быстрое применение дешевых навесных радиаторов 1, 2, 3, 4, выполненных по типу удлиненных съемных металлических хомутов. При этом для обеспечения минимальной достаточной теплоотдачи предусмотрено, что длина L каждого хомута-радиатора 1, 2, 3, 4 составляет не менее 4-х и ширина Н - не менее 2-х диаметров D трубопровода 5 (или 6), а внешняя общая площадь поверхности накладок радиатора, включая их ребра, превышает внешнюю поверхность трубопровода 5 или 6 под местом установки не менее чем в 2 раза. Только при таких параметрах хомут начинает работать как радиатор, превышая в 2 или более раза собственную закрытую поверхность трубопровода 5 или 6.
В варианте 1 (фиг.2) радиатор 1 выполнен в виде хомута, который состоит из двух разъемных накладок 10 и 11 с двухсторонними ребрами типа консольных полок, на своих основаниях 12 и 13 с средним С-образным каналом, внутренний диаметр и форма которого соответствует внешнему диаметру цилиндрического трубопровода 2. Для обеспечения этого радиатор 1 имеет не менее 3-4 основных консольных ребер-накладок 10 и 11, которые установлены с зазором не менее 0,01 м и одновременно служат для размещения в них, например, крепежных болтов 14 (с гайками). При этом болты 14 могут быть выполнены с удлинением для возможной установки и фиксации на радиаторе 1 цветочной полки 15 с отверстиями для вентиляции (показана условно). Для быстрой установки и плотного стягивания накладок 10 и 11 радиатора 1, как и других, предусмотрено, что сектор охвата каждого С-образного канала не должен превышать угла α в 175 градусов. Это позволяет легко устанавливать накладки и обеспечивает их свободную деформацию при обжатии трубопровода 5. Возможно выполнение накладок и с S-образной формой профиля по типу гофра с 2-4 полуволнами (не показаны). Данные радиаторы и накладки могут быть выполнены из различных металлов, например, штамповкой.
В варианте 2 (фиг.3) радиатор 2 выполнен в виде хомута, который состоит из трех съемных накладок 16, 17 и 18 с внешними ребрами типа консольных полок и внутренним С-образным каналом в основаниях каждой из накладок, которые в целом образуют цилиндрическое отверстие для плотного размещения в нем данного участка трубопровода 5. При этом сектор накладки 16 охватывает угол α, примерно равный 175 градусам, сектора накладок 17 и 18 охватывают углы β около 90 градусов, а периметр сечения всех С-образных частей накладок в образованном трубчатом канале не превышает внешнего периметра сечения трубопровода. Для крепления накладок 16, 17, 18 между собой и обжатия трубопровода 5 могут быть применены, например, крепежные болтовые соединения 19, 20 и 21, распределенные по длине L образованного хомута. В данном варианте 2 также предусмотрено, что одна из накладок 16 выполнена с полостью 22 в виде тонкостенной герметичной оболочки трубчатого типа и заполнена собственным жидким теплоносителем типа воды. То есть полость 22 изолирована от полостей трубопровода 5, но имеет тепловой контакт через основание 23 с С-образным каналом, что позволяет обеспечить более лучшие условия теплопередачи в радиаторе 2. Фактически имеет место выполнение полого ребра с теплоносителем, ограниченного основанием 23, стенками-ребрами 24 и 25 и гибкой стенкой 26. Причем стенка 26 обеспечивает гибкость всего ребра при стягивании накладок болтовыми соединениями 19, 20, 21 и плотное обжатие трубопровода 5. Стягивание накладок возможно как с образованием рекомендованных зазоров Δ порядка 0,01 м, так и без зазоров, например, винтовым соединением 21 с возможным уменьшением общей площади теплоотдачи при большом числе ребер (более 5). В данном случае винтовое соединение 21 объединяет два боковых продольных ребра теплопередачи в одно ребро 27 Т-образной формы для крепления к нему консольной декоративной пластины 28, которая может быть выполнена как с плоской, так и с изогнутой, например, по цилиндру (не показана) формой.
В варианте 3 (фиг.4) радиатор 2 выполнен также в виде аналогичного хомута из двух съемных цельных продольных ребристых накладок 29 и 30 стержневого типа, продольные ребра которых расходятся веером от своих прямолинейных образующих на основаниях с С-образными каналами. Сами каналы имеют сегментарно-цилиндрическую форму и при сложении образуют цилиндрический канал с возможными тепловыми зазорами между накладками. Внутренние полости с теплоносителем отсутствуют, а тепловая отдача увеличена за счет большего числа ребер. Предусмотрена возможность изготовления Т-образных ребер 31 теплоотдачи для крепления к ним декоративных пластин 32, например, цилиндрической формы. Радиаторы в вариантах 2 и 3 имеют большую теплоотдачу, чем в варианте 1, но менее технологичны и ориентированы на применение алюминиевых сплавов.
В варианте 4 (фиг.5) радиатор 3 выполнен в виде цельнометаллического разводного хомута 33 с 3 ребрами теплоотдачи. Основное V-образное ребро с перегибом 34 типа острия имеет внутреннюю открытую полость 35 с возможными сквозными отверстиями (не показаны) для прохода воздуха и цилиндрические обращенные друг к другу штампованные каналы с С-образной формой в основании, выполненные по форме сечения трубопровода 2. Основание хомута изогнуто и переходит в разводимые основные ребра с крепежными болтами 36 для стягивания хомута на трубопроводе 2. Данный радиатор-хомут более ориентирован на декоративные функции, например может быть использован для установки двухсторонних полок по его бокам (не показаны). Радиатор может быть выполнен из единого листа металла.
В варианте 5 (фиг.6) радиатор 4 расположен на горизонтальном трубопроводе 6 и состоит из двух разъемных накладок 37 и 38 с П и Г-образной формой профиля соответственно. При этом их двухсторонние ребра типа консольных полок изогнуты с образованием внешних плоских поверхностей 39 и 40, которые могут выполнять функцию декоративных цветочных полок и пластин одновременно, закрывая горизонтальный участок трубопровода 6. В поверхностях 39 и 40 могут быть выполнены отверстия для вентиляции. Крепление радиатора-хомута 4 выполнено аналогично варианту 1, например, болтовыми соединениями 41. Возможно применение данного варианта радиатора и на вертикальных трубопроводах, с учетом функции дизайна помещений.
На фиг.7 схематично показан вариант оформления (дизайна) угловой вертикальной трубы 5 в жилой комнате при использовании радиатора-хомута 1 (в варианте 1). При этом предложенный радиатор 1 фактически полностью закрывает угол комнаты с трубопроводом 5 с возможностью размещения на нем, например, цветочных полок 15 и одновременно работает по своему прямому назначению, увеличивая поверхность теплоотдачи в 2-4 раза.
Варианты и параметры конструкции указанных тепловых радиаторов выбирают, исходя из конкретных условий и решаемых задач. При этом вопросы дизайна также являются основными. Сборку и установку предложенных тепловых радиаторов, применительно к варианту 1, осуществляют в следующем порядке. Вначале намечают место установки и выбирают конструкции радиатора. Перед установкой проверяют примерное равенство внешнего диаметра трубопровода и внутреннего диаметра в зоне сопряжения С-образных каналов оснований 12 и 13. Затем комплект накладок 10 и 11 с обращенными друг к другу С-образными каналами предварительно подвижно с одной стороны соединяют элементами крепления, например удлиненными болтами 14 (кроме варианта 4 разводного хомута), до образования зазора величиной 0,01-0,02 м (оптимального воздушного теплового зазора 100-200 мм). При этом образуют цилиндрический канал для дальнейшего размещения в нем трубопровода 5 (или 6) и продольное щелевое отверстие, ширина которого превышает или примерно соответствует внешнему диаметру трубопровода в месте установки. Далее образованный радиатор-хомут 1 надевают через щелевое отверстие на трубопровод 5 (или 6). При этом возможен и упругий развод накладок 10 и 11 в разные стороны. После предварительной установки радиатор-хомут 1 перемещают вдоль трубопровода до точного места установки с возможностью поворота в нужную сторону. Затем с помощью элементов крепления, например, в виде болтов 14, установленных на другой стороне радиатора, образованный хомут стягивают и жестко крепят на трубопроводе. Степень стягивания определяет степень прижатия основания радиатора к трубопроводу и, следовательно, теплоотдачу. Далее, увеличивая или ослабляя величину затяжки болтов и силу прижатия радиатора к трубопроводу, можно в определенной степени увеличивать или уменьшать теплоотдачу. Но при этом усилие затяжки элементов крепления не должно выходить за допустимые пределы.
Степень теплоотдачи, как в любых радиаторах, зависит от параметров температуры, общей площади поверхности радиатора и условий его обдува (вентиляции). Одновременно данный радиатор может выполнять функцию дизайна, скрывать трубопровод и создавать особый интерьер, например цветочной композиции. Ввиду меньшей тепловой мощности, по сравнению с проточными радиаторами, возможно создание даже более благоприятных условий для разведения цветов, чем на типовых прямоточных радиаторах.
Установка предложенных радиаторов не требует особых навыков и инструментов, не требует отключения трубопроводов и на практике занимает несколько минут. Применение отдельных небольших секций позволяет легко изменять общие габариты и параметры установки таких радиаторов. Являясь по существу переносными, данные радиаторы могут быть быстро установлены, например, при аварийных ситуациях. Являясь весьма технологичными и дешевыми, предложенные радиаторы могут сократить затраты на их установку. Однако следует отметить, что уступая по тепловой мощности радиаторам проточного типа, предложенные радиаторы следует рассматривать в основном в качестве дополнительных радиаторов именно переносного типа.