БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РАДИАТОР

Полезная модель относится теплотехники, а именно к секционным отопительным радиаторам-конвекторам, в частности к биметаллическим отопительным секционным радиаторам для отопления жилых помещений.
Известны отопительные радиаторы SU №1615483, RU №№17975, 48398, 57878, 71738, 74192, 79981, 84514, 2059933, 2127854, 2172901, 2177589, 2178133, 2179693, 2180423, 2252370, 2351858, 2354894, US №№3648768, 4341346, 5341455, 5375328, 5685365, 6263157, DE №№2306256, 2339013, WO №№97/18429, 2008/099868, 2008/108437,2009/013801.
Известен радиатор - отопительный конвектор, который содержит верхний и нижний трубчатые коллекторы, выполненные из алюминиевого профиля, связанные с рядом вертикальных оребренных алюминиевых труб регистра при помощи коротких трубчатых элементов, герметично закрепленных с одной стороны посредством прессовой посадки в трубах регистра, а с другой - в отверстиях коллектора посредством уплотняющего элемента, расположенного между выступающим в полость коллектора концом трубчатого элемента и входом его в отверстие коллектора, каждый трубчатый элемент выполнен в виде штуцера, имеющего коническую и цилиндрическую части, на наружных поверхностях которых имеется, по меньшей мере, по одной кольцевой проточке, в месте перехода цилиндрической части в коническую выполнен бурт, расположенный между торцом трубы регистра и коллектором, а уплотняющий элемент выполнен в виде вдавленного в кромку входного отверстия коллектора переходного конуса, сопряженного с плоской кольцевой поверхностью бурта и цилиндрической поверхностью штуцера, выступающий конец которого выполнен развальцованным посредством доступа со стороны конической части штуцера (RU 2252370).
Известен биметаллический радиатор для бытовых систем отопления, модуль (секция) которого содержит систему стальных каналов движения нагревательной среды, состоящую из пары горизонтальных трубопроводов и, по меньшей мере, одного вертикального трубопровода с симметрично расположенными концами, и литой алюминиевый кожух, имеющий противолежащие секции с задним оребрением и передним оребрением, образующими несущую конструкцию модуля, и две системы ребер, расположенные симметрично на его сторонах, при этом на концах горизонтальных трубопроводов выполнена резьба с возможностью соединения модулей, в средней части каждого горизонтального трубопровода выполнено, по меньшей мере, одно эллиптическое отверстие, в которое своим торцевым отверстием установлен и закреплен посредством сварного шва указанный, по меньшей мере, один вертикальный трубопровод (RU 2179693 С2, 2002.02.20).
Известен секционный радиатор для систем водяного отопления, состоящий, по меньшей мере, из двух секций, каждая из которых имеет коллектор для прохода теплоносителя через секцию, соединенный с коллекторами для прохода теплоносителя между секций, и теплообменный элемент, имеющий переднюю и заднюю панели с ребрами для увеличения площади теплопередачи, расположенные симметрично относительно коллекторов для прохода теплоносителя и соединенные с коллектором для прохода теплоносителя через секцию основными ребрами, расположенными в плоскости, проходящей через его продольную ось перпендикулярно передней и задней панелям, ребра для увеличения площади теплопередачи выполнены симметричными относительно коллекторов для прохода теплоносителя и образуют по три вертикальных канала, примыкающих к передней и задней панелям, открытых сверху и снизу секции, крайние каналы имеют прямоугольное поперечное сечение и образованы внешними и внутренними боковыми и задними ребрами, средний канал имеет Т-образное поперечное сечение, его "вертикальная составляющая" образована внутренними ребрами крайних каналов, а "горизонтальная составляющая" образована боковыми ребрами и задним ребром, при этом ее боковые ребра перпендикулярны задним ребрам, образующим крайние каналы, и расположены по их середине, а с основными ребрами соединены задние ребра, образующие "горизонтальную составляющую" Т-образного поперечного сечения средних каналов, кроме того, продольный размер передней и задней панелей больше продольного размера каналов, примыкающих к ним (RU 57878).
Известен наиболее близкий к заявляемому биметаллический радиатор, характеризующийся тем, что он состоит, по меньшей мере, из двух соединенных между собой секций, каждая из которых включает горизонтально расположенные верхнюю и нижние металлические трубки, соединительную металлическую трубку секции, состыкованную с горизонтальными трубками секции, при этом каждая секция охвачена снаружи монолитным телом, которое включает каркасообразующее на большей своей части прямолинейное основное ребро и примыкающие к ним с обеих сторон внутренние ребра, при этом указанное тело для каждой секции включает внешнюю фронтальную панель, заднюю панель, примыкающие к противоположным концам основных ребер, верхний теплообменный элемент, причем наиболее близко расположенные к задней панели внутренние ребра каждой секции выполнены с криволинейными оконечными частями, загнутыми в сторону к задней панели таким образом, что они совместно с частью верхней трубки радиатора, охваченной монолитным телом, верхним теплообменным элементом и основным ребром образуют криволинейные каналы, выведенные на заднюю сторону радиатора, верхние теплообменные элементы расположены над верхней трубой и развиты в сторону задней панели, при этом верхний теплообменный элемент содержит передние наклонный и/или криволинейный участки, которые наклонены и/или загнуты к задней стороне секции радиатора, фронтальная панель содержит основную часть и верхнюю часть, наклоненную в сторону задней панели с образованием совместно с передними участками верхнего теплообменного элемента двух наклонных каналов, разделенных основным теплопроводящим каркасообразующим ребром, с помощью которого верхние теплопроводящие элементы соединены с фронтальной и задней панелями, фронтальная и задняя панели каждой секции расположены со смещением одна относительно другой таким образом, что фронтальная панель, беря свое начало от верха секции, не достигает низа секции, ограничивая совместно с задней панелью, разделенные основным ребром воздухозаборные ниши, в которых расположены нижние трубки секций, а задняя панель, беря свое начало от низа секции, не достигает верха секции, образуя с наиболее близко расположенными к задней панели внутренними ребрами каналы, выведенные на заднюю сторону секции. (RU №2354894).
Недостатками известных радиаторов является низкая теплоотдача в связи с неоптимальной аэродинамикой и геометрией панелей и ребер, нижние концы которых расположены на одном уровне, а верхние не имеют выхода непосредственно в атмосферу, и, следовательно, недостаточные поступление и разгон воздуха в каналах для потоков воздуха, а также низкая долговечность в связи с быстрой коррозией тракта теплоносителя.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного биметаллического радиатора и расширение арсенала отопительных радиаторов.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в повышении теплоотдачи благодаря созданию оптимальной геометрии панелей и ребер и, следовательно, улучшению воздушной тяги каналов для потоков воздуха, а также увеличение долговечность за счет исключения или, по меньшей мере, замедления коррозии тракта теплоносителя.
Сущность полезной модели состоит в том, что биметаллический радиатор содержит литой алюминиевый кожух, которым охвачен коллектор из нержавеющей стали, состоящий из вертикальной трубы, по концам которой приварены две горизонтальных трубы для циркуляции теплоносителя, причем кожух выполнен с передней и задней панелями и с вертикальной перегородкой по середине, передняя и задняя панели соединены с противоположными краями перегородки, по обе стороны которой между передней и задней панелями расположены ребра, при этом передняя панель выполнена выпуклой и размещена с одной стороны над нижней трубой коллектора, а с другой стороны смещена вниз от верхней трубы коллектора с образованием промежутка для выхода потоков воздуха, задняя панель размещена с одной стороны над верхней трубой коллектора а с другой стороны смещена вверх от нижней трубы коллектора с образованием промежутка для входа потоков воздуха, нижние концы ребер на каждой стороне перегородки расположены на разном расстоянии от нижней трубы, увеличивающемся от передней к задней панели, а верхние части ребер имеют увеличенную толщину и выполнены изогнутыми под тупым углом, с одинаковым наклоном в промежуток между передней панелью и верхней трубой коллектора.
Предпочтительно, каждое ребро между передней и задней панелями выполнено с нижним прямолинейным вертикальным участком, соединенным радиальным участком с наклонным верхним участком, конец которого расположен на краю перегородки, ребра выполнены параллельными на прямолинейных и эквидистантными на криволинейных участках, нижние концы ребер расположены по дуге с разделением каналов для потоков воздуха по высоте промежутка для входа потоков воздуха, а верхние концы ребер расположены по дуге с разделением каналов для потоков воздуха по высоте промежутка для выхода потоков воздуха.
При этом передняя и задняя панели выполнены постоянной ширины, не превышающей длины горизонтальных труб коллектора, перегородка выполнена с плоскими оребренными поверхностями, выступающей своими верхним и нижним краями за пределы горизонтальных труб коллектора, по обе стороны перегородки между передней и задней панелями размещено по три ребра с образованием четырех каналов для потоков воздуха, передняя панель выполнена крыловидной из нескольких плавно сопряженных участков разной кривизны, а задняя панель выполнена вдоль вертикальной трубы коллектора плоской, с закругленным над верхней горизонтальной трубой краем, верхняя труба коллектора частично охвачена криволинейной стенкой, которая спереди расположена на поверхности, являющейся геометрическим продолжением передней панели, а с другой -эквидистантна закругленному краю задней панели, с образованием над верхней трубой немного смещенного вперед несимметричного замкнутого контура, а изогнутые верхние части, по меньшей мере, двух ребер имеют увеличенную толщину.
На чертеже фиг.1 изображен радиатор, вид спереди, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - вид сзади, на фиг.4 - вид сверху, на фиг.5 - продольный разрез по фиг.1.
Биметаллический радиатор (каждая секция) содержит литой алюминиевый кожух, которым охвачен стальной коллектор, состоящий из вертикальной трубы 1 (20×2 мм), по концам которой приварены в среде аргона и углекислого газа две горизонтальных трубы (38×4 мм) - верхняя и нижняя трубы 2, 3 с образованием тракта (системы каналов) для циркуляции текучего теплоносителя. Коллектор, т.е. электросварные цельнотянутые трубы 1, 2, 3, выполнен из нержавеющей стали, представляет собой закладной элемент при литье кожуха под давлением и служит каркасом радиатора. Материал коллектора отличается высокой термодинамической устойчивостью. Во время эксплуатации на внутренней поверхности данного коллектора образуется пленка нерастворимых окислов, что значительно увеличивает сопротивляемость коллектора к коррозии и, как следствие, увеличивает эксплуатационный период.
Кожух выполнен с передней и задней панелями 4, 5 и с вертикальной перегородкой 6 по середине, перпендикулярной горизонтальным трубам 2, 3 и расположенной вдоль вертикальной трубы 1 коллектора. Передняя и задняя панели 4, 5 соединены с противоположными вертикальными краями перегородки 6, по обе стороны которой между передней и задней панелями 4,5 расположены ребра 7, 8, 9 с образованием каналов для потоков воздуха. Передняя панель 4 выполнена выпуклой и размещена с одной стороны над нижней трубой 3 коллектора, а с другой стороны смещена вниз от верхней трубы 2 коллектора с образованием промежутка для выхода потоков воздуха. Задняя панель 5 размещена с одной стороны над верхней трубой 2 коллектора а с другой стороны смещена вверх от нижней трубы 3 коллектора с образованием промежутка для входа потоков воздуха. Нижние концы ребер 7-9 на каждой стороне перегородки 6 расположены на разном расстоянии от нижней трубы 3, увеличивающемся от передней к задней 5 панели, а верхние части ребер 7-9 выполнены изогнутыми под радиусом больших величин, с одинаковым наклоном в промежуток между передней панелью 4 и верхней трубой 2 коллектора.
Каждое ребро 7-9 между передней и задней панелями 2,3 выполнено с нижним прямолинейным вертикальным участком, соединенным радиальным участком с наклонным верхним участком (не обозначены), конец которого расположен на краю перегородки 6.
Ребра 7-9 выполнены параллельными на прямолинейных и эквидистантными (концентричными) на криволинейных участках, нижние концы ребер 7-9 расположены по дуге с разделением каналов для потоков воздуха по высоте промежутка для входа потоков воздуха, а верхние концы ребер 7-9 расположены по дуге с разделением каналов для потоков воздуха по высоте промежутка для выхода потоков воздуха.
Передняя и задняя панели 4, 5 выполнены постоянной ширины, не превышающей длины горизонтальных труб 2, 3 коллектора.
Перегородка 6 выполнена с плоскими оребренными поверхностями, выступающей своими верхним и нижним краями за пределы горизонтальных труб 2, 3 коллектора.
По обе стороны перегородки 6 между передней и задней панелями 4, 5 размещено по три ребра 7-9 с образованием четырех каналов для потоков воздуха.
Передняя панель 4 выполнена крыловидной из нескольких плавно сопряженных участков разной кривизны, а задняя панель 5 выполнена вдоль вертикальной трубы 1 коллектора плоской, с закругленным над верхней горизонтальной трубой 2 краем.
Верхняя труба 2 коллектора частично охвачена криволинейной стенкой 10, которая спереди расположена на поверхности, являющейся геометрическим продолжением передней панели 4, а с другой - эквидистантна (концентрична) закругленному краю задней панели 3, с образованием над верхней трубой немного смещенного вперед несимметричного замкнутого контура.
Толщина ребер 8, 9 не константна (не постоянна) от нижнего конца ребра к верхнему, а увеличивается в направлении верхней горизонтальной трубы 2 коллектора, начиная с радиального участка, где ребра 8, 9 изгибаются, переходя от прямолинейного участка к наклонному.
Для соединения секций служат ниппели, а для большей герметичности соединения служат прокладки, устойчивые к воздействию высоких температур (не изображено).
Биметаллические радиаторы производятся двух типоразмеров: 350 и 500 мм в высоту.
Раньше деформации секции радиатора могли возникать по той причине, что коэффициент теплового расширения стали значительно превосходил коэффициент теплового расширения алюминия. А так как стальной закладной элемент расположен внутри алюминиевого оребрения, доходило даже до разрыва горизонтальной и вертикальной части радиатора. Три термоусадочных шва (не изображены), которые имеются на вертикальном теплонесущем канале, позволили устранить проблему деформации, а, следовательно, надежность радиатора стала существенно выше.
Биметаллический радиатор эксплуатируется следующим образом. Биметаллические радиаторы комплектуются по 4, 6, 8, 10, 12 соединяемых секций. Соединение секций производится специальными ниппелями, а для большей герметичности соединения дополняется прокладками, устойчивыми к воздействию высоких температур.
Теплоноситель из системы отопления поступает в радиатор и циркулирует через коллектор по трубам 1-3. Воздух нагревается перемещаясь снизу вверх между ребрами 7-9, перегородкой 6 и панелями 4, 5. Контакт теплоносителя с алюминием полностью исключен. Нижние концы ребер 7-9 расположены по дуге, что максимизирует забор холодного воздуха. Оптимальное расстояние между ребрами 7-9 способствует разгону воздуха при обтекании внутри секции, а конвекционные окна каналов для входа и выхода воздуха между ребрами 7-9 максимально раскрыты, что максимизирует выброс теплого воздуха.
Крыловидная форма профиля передней панели 4, напоминающая «парящее в воздухе крыло», обеспечивает эффективное обтекание прибора конвективными потоками и их распределение в обогреваемом помещении. Более высокая теплоотдача достигнута преимущественно за счет того, что нижние концы ребер 7-9 радиатора расположены не на одном уровне (традиционное решение), а на разном - по дуге. Этим обеспечивается максимальный забор холодного воздуха от стены и нижних слоев помещения.
Форма и расположение ребер 7-9 относительно друг друга и перегородки 6 в данном радиаторе способствуют ускоренному обогреву воздуха и «разгону» его движения через секцию. Конвекционные каналы между ребрами 7-9 на перегородке 6 расположены таким образом, что обеспечивают оптимальное направление воздуха в центр помещения, исключая наличие непрогретых слоев.
Утолщенные верхние концы ребер 8, 9 создают форму конвекционных окошек типа диффузор, что максимизирует скорость конвекционных потоков воздуха при выбрасывании его в помещение.
Именно благодаря этой форме конвективные потоки максимально эффективно обтекают радиатор и распределяются по обогреваемому помещению.
Использование коллектора из нержавеющей стали гарантирует 100% устойчивость к коррозии и значительно увеличивает срок его эксплуатации. Нержавеющий коллектор полностью нивелирует низкое качество теплоносителя, свойственное сложным российским условиям, делает радиатор независимым от наличия кислорода в теплоносителе и позволяет эксплуатировать радиатор при экстремальных обстоятельствах, например, со сверхагрессивным теплоносителем, значение pH которого больше или меньше pH нейтрального теплоносителя (pH нейтрального теплоносителя равно 7-9).
Таким образом создан эффективный биметаллический радиатор и расширен арсенал отопительных радиаторов.
При этом повышена теплоотдача благодаря созданию оптимальной геометрии панелей и ребер и, следовательно, улучшению воздушной тяги каналов для потоков воздуха, а также увеличена долговечность за счет исключения или, по меньшей мере, замедления коррозии тракта теплоносителя.