ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ПЛАСТИНЧАТОГО КОНВЕКТОРА

Полезная модель относится к обогревателям помещений, в частности, рассматривает конструкцию пластин, используемых в пластинчатых конвекторах в качестве элементов теплообмена с окружающей средой.
Радиаторы представляют собой тепловые приборы, основной задачей которых является быстрый теплообмен с внутренним объемом помещения. Это значит, что батареи должны не только обладать большой площадью, но и иметь достаточную теплопроводность. Используются различные типы и виды батарей, начиная от секционных биметаллических, заканчивая пластинчатыми конвекторами или даже медно-алюминиевыми панелями.
В рамках настоящей заявки речь идет о тепловых приборах такого вида, как пластинчатые радиаторы. Именно они чаще всего применяются в многоквартирных домах и домах, подключенных к централизованной тепловой магистрали. Пластинчатые конвекторы представляют собой усиленный пластинами теплообменник, который способен выдержать нагрузки до 40 Атм. Конвекция у таких радиаторов значительно ниже, нежели у панельных, однако это компенсируется высокой теплоотдачей. Установленные пластины служат с одной целью - повысить теплоотдачу и теплопроводность радиатора.
Подавляющее большинство отечественных батарей представлено схемой, при которой на стальную трубу наваривается ряд пластинчатых теплообменников. Такие приборы отличаются прочностью, дешевизной, простотой эксплуатации и даже ремонтопригодностью. С целью повышения теплоотдачи при сохранении обычных габаритов для использования в бытовых условиях используют материалы с высокими коэффициентами теплопередачи. Материал корпуса и трубного теплообменника может быть разным - от нержавейки, до меди или алюминия. В качестве материала радиатора может быть выбрана медь (коэффициент теплопередачи - 410) и алюминий (220), это самые теплопроводные из доступных материалов. Причем теплоноситель соприкасается только с медью, а алюминий служит для изготовления теплопроводящих пластин и корпуса радиатора. При использовании медных трубопроводов вся отопительная система будет состоять из одного самого нейтрального к коррозии материала (теплообменник котла, трубопроводы, радиатор), что значительно увеличивает долговечность.
Вертикальные алюминиевые пластины соединяют с горизонтальными медными нагревательными трубками (DIN 15) радиатора путем давления (так называемая холодная диффузная сварка). При этом площадь теплового контакта становится больше площади сечения самой пластины, чем достигается полная передача тепла между металлами с разной теплопроводностью. Вертикальные алюминиевые пластины установлены с определенным шагом, который позволяет создать ряды воздуховодов, создающих максимальную вертикальную тягу. Холодный воздух буквально втягивается снизу радиатора и выходит нагретым наверх. Расстояние между пластинами подобрано так, чтобы движение воздуха было не ламинарным (параллельными слоями), а турбулентным (с завихрениями за счет смещения пластин в рядах), тогда он лучше прогревается даже при низкой температуре радиатора.
Вертикальные алюминиевые пластины имеют толщину от 0,35 мм, которая подобрана совместно с шириной пластин и расстоянием между горизонтальными медными трубками таким образом, чтобы все равноудаленные точки плоскостей соприкосновения с воздухом имели одинаковую температуру, что позволяет интенсивно нагревать воздух по всей высоте его прохождения внутри радиатора.
Так, известен теплообменный элемент для пластинчатого конвектора, представляющий собой пластину с отверстием для одевания на трубу теплоносителя и закрепления на ней (RU 71740, F24H 3/08, F24H 3/10, опубл. 20.03.2008).
Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного решения заключается в том, что в качестве теплообменных элементов для пластинчатого конвектора используются плоские металлические пластины. Это оправдано с позиции технологичности изготовления самих пластин, но приводит к необходимости применения холодной сварки для закрепления каждой пластины на трубе теплоносителя. Пластины выполняются со сквозным отверстием для того, чтобы их можно было одеть на трубу. Но для этого отверстия выполняются несколько большего диаметра, чем диаметр трубы (иначе происходит заклинивание пластин при их перемещении). Именно наличие зазора нарушает процесс полной передачи тепла от трубы пластинам. Эффективность такого радиатора зависит от количества пластин, так как только увеличение их количества приводит к увеличению площади теплоотдачи. А это не всегда соотносится с габаритами радиатора как бытового встраиваемого прибора.
Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности теплоотдачи и упрощении беззазорного закрепления пластины на трубе и набора пластин между собой и трубой.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплообменном элементе для пластинчатого конвектора, представляющем собой пластину с отверстием для одевания на трубу теплоносителя и закрепления на ней, пластина выполнена деформированной в поперечном направлении для образования на боковых сторонах выступов и впадин, а в зоне отверстия пластина на одной боковой стороне выполнена с кольцевым выступом, высота которого больше толщины пластины и который выполнен по высоте волнистым для формирования кольцевого пояска для обжатия трубы теплоносителя и кольцевого пояска на участке перехода пластины в выступ для размещения концевой части выступа следующей пластины, размещаемой на трубе теплоносителя.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид пластины в плане;
фиг. 2 - вид пластины сбоку;
фиг. 3 - поперечное сечение пластины;
фиг. 4 - набор пластин, показано их крепление.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция теплообменного элемента для пластинчатого конвектора.
Этот теплообменный элемент для пластинчатого конвектора, представляющий собой пластину 1 (фиг. 1 и 2) с отверстием 2 для одевания на трубу теплоносителя (не показана) и закрепления на ней. В зависимости от схемного построения радиатора, на пластине может быть выполнено одно или два отверстия. В рамках настоящей полезной модели конструкция самого пластинчатого конвектора не рассматривается, так как не является объектом патентования. Схемных решений по компоновке и формам исполнения достаточно много и во многом они определены практическим размещением радиатора в конкретном помещении. Но особенностью конструкции любого пластинчатого конвектора является наличие трубы теплоносителя и закрепленных на ней в качестве теплообменных элементов пластин. Пластины, как правило, выполняются из стали или алюминия (или сплавов на его основе) или меди. Выбор этих материалов обусловлен их высокой теплопередачей. Пластины изготавливаются из тонколистового материала и имеют толщину, например, толщину от 0,35 мм. Выбор небольшой толщины так же обеспечивает скорость нагрева пластин и скорость теплоотдачи. Так как эффективность радиатора типа пластинчатого конвектора определяется степенью теплообмена окружающей среды с нагретыми пластинами, то последние, как правило, выполняются прямоугольной формы в плане. Несмотря на то, с точки зрения теплофизики идеальная теплопередача была бы от круглых пластин (для двух труб это был бы эллипс с трубами в фокусах и соотношением главных осей как 1:2), но прямоугольная форма гораздо удобнее как при эксплуатации, при компоновке и производстве. Это позволяет сохранить максимально возможную площадь теплообмена. Но ничто не ограничивает выполнение пластин круглой или иной формы в плане.
Эффективность теплопередачи прямо зависит от площади пластин, с которых это тепло снимается. Увеличение площади пластин приводит к повышению производительности пластинчатого конвектора, но так как конвектор как радиаторный обогреватель является бытовым прибором и встраивается в ограниченное пространство в помещении, то увеличить площадь пластин можно только до некоторого разумного предела. Особенности схемного построения современных бытовых конвекторов направлены на создание компактных приборов, в которых повышение теплопередачи прямо зависит от применяемого металла для трубы и пластин.
В связи с этим полезная модель рассматривает новый вид пластин для конвектора, которые выполнены деформированными в поперечном направлении для образования на боковых сторонах выступов 3 и впадин 4. Пластина прямоугольной или круглой формы в плане и толщиной от 0,35 мм методом штамповки выполняется профильной, например, волнистой, с образованием на каждой стороне пластины впадин и выступов. Этот пример показывает, что подразумевается под понятием "деформированные в поперечном направлении". При этом во время штамповки происходит пластическая деформация пластины, при которой методом вытяжки увеличивается площадь пластины с каждой ее боковой стороны. Конкретное выполнение выступов и впадин, их форма, порядок расположения, высота или ширина этих деформаций прямо зависят от самого материала пластины, так как при деформации целостность пластины не нарушается (то есть нет разрывов, высечек, прорезей и т.д.).
Это позволяет при сохранении внешнего размера пластины увеличить ее площадь теплоотдачи как минимум на 15-30%.
Но для сохранения целостным процесса переноса тепла от трубы теплоносителя к пластинам в части исключения потерь в месте контакта пластины с этой трубой необходимо обеспечить гарантированный контакт пластины с трубой, то есть полный и плотный обхват трубы (отсутствие зазоров в зоне обхвата). Как правило, в известных конвекторах пластины крепятся на трубе за счет холодной сварки. Это представляет собой сложный ручной процесс установки каждой пластины, позиционировании пластины относительно смежно укрепленной пластины и применении сварки для ее фиксации.
В заявленной полезной модели обеспечение беззазорного гарантированного охвата трубы с одновременной фиксацией пластины на трубе без использования холодной сварки при автоматическом точном ее позиционировании на трубе решается следующим образом.
В зоне отверстия 2 пластина на одной боковой стороне выполнена с кольцевым выступом 5, высота которого больше толщины пластины. Этот кольцевой выступ выполнен по высоте стенки волнистым для формирования как минимум одного кольцевого пояска 6 для обжатия трубы теплоносителя и кольцевого пояска 7 на участке перехода пластины в выступ для размещения концевой части 8 выступа следующей пластины, размещаемой на трубе теплоносителя (фиг. 2, 3).
Этот кольцевой выступ получают методом штамповки и выдавки части материала пластины на одну из ее сторон для формирования кольцевого элемента. В стенке этого элемента выполнен кольцевой формы поясок 6. При надевании пластины на трубу происходит протягивание пластины вдоль трубы и обжатие трубы за счет упругой деформации кольцевого пояска 6. Этот поясок 6 формирует плотный беззазорный кольцевой контакт по поверхности трубы.
Наличие в зоне перехода пластины в выступ кольцевого пояска 7 диаметром, большим диаметра трубы теплоносителя на толщину стенки кольцевого выступа позволяет получить кольцевой формы гнездо, в которое упирается свободный торец или концевая часть 8 другой пластины (фиг. 4), которую позиционируют смежно с ранее установленной. Такой замок надежно удерживает все пластины на трубе на точном расстоянии друг от друга. С другой стороны, при вводе концевой части одной пластины в этот кольцевой поясок замка происходит прижатие концевой части к поверхности трубы теплоносителя (клиновое зажатие), что повышает теплопередачу от трубы к пластинам. При этом за счет обжатия пластины закрепляются на трубе теплоносителя.
Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть изготовлена в промышленном производстве и обеспечивает повышенную теплопередачу при небольших габаритах. При этом существенно упрощается процесс крепления пластин на трубе теплоносителя.