ПРОФИЛЬ КОНВЕКТОРА
CONVECTOR PROFILE

Изобретение относится к области отопления зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения, в частности к профилю конвектора.
Назначением отопительного прибора является передача тепла от теплоносителя воздушной среде, которая заполняет помещение. По способу теплопередачи отопительные приборы условно делятся на радиаторы и конвекторы.
Радиаторы передают тепло как излучением, так и конвекцией. Их недостатком являются большие размеры, невысокое рабочее давление (до 6 бар), большой объем теплоносителя и нагрев близко стоящих предметов.
Конвекторы передают тепло преимущественно конвекцией. Кроме того, они требуют меньший объем теплоносителя для заполнения системы. Конструкция конвекторов позволяет выдерживать более высокое давление в сети (до 30 бар).
Наиболее распространенная конструкция конвектора представляет собой трубу с напресованными на нее ребрами и обладает такими недостатками как неэстетичный внешний вид, загрязнение межреберного пространства.
Известны профили, выполненные из алюминиевого сплава холодным прессованием (патенты РФ на полезную модель №109545 и №109546, МПК F28F 1/10), содержащие трубу для прохода теплоносителя и теплорассеивающий элемент, выполненный в виде двух продольных стенок, расположенных с противоположных сторон трубы, и продольных пластин, радиально расположенных между стенками, по две из которых образуют с каждой продольной стенкой замкнутый воздушный канал на всем протяжении стенки, при этом продольные стенки выполнены: для встречного потока воздушного теплоносителя плоской, а для истекающего потока в виде вогнутой дуги, комбинация таких форм продольных стенок создает условия перехода части ламинарного движения приходящего горизонтального потока воздушного теплоносителя к теплообменному профилю в исходящую вертикальную турбулентную составляющую потока вокруг профиля, имеющую локальные усиленные зоны восходящего потока за счет геометрии продольных стенок, вогнутая дуга продольной стенки согнута с радиусом R=2,8÷4,3⋅D, мм, где D - длина хорды.
Представленные конструкции профиля в указанных патентах обладают низкой эффективностью, поскольку для протекания горизонтального/вертикального (сверху вниз) потока воздуха требуется принудительный обдув профиля. Сам профиль не производит естественную конвекцию воздуха, а лишь рассчитан таким образом, что турбулентные потоки завихряются, обеспечивая передачу тепла/холода от трубы, которая заполнена теплоносителем, протекающему мимо потоку воздуха. Такая конструкция подходит для канального нагревателя/хладагента с установкой электровентилятора – калорифер/холодильная установка/кондиционер. Приборы данного типа устанавливаются на промышленных объектах.
Известен секционный радиатор из алюминиевых прессованных профилей, (патент РФ №2254521, МПК F24H 3/00, опубликован 20.06.2005), содержащий подводящий и отводящий коллекторы, выполненные в форме асимметричной профильной трубы со смещенным каналом и фиксирующими посредством винтов парными ушками со стороны опорной поверхности, соединенные с ними вертикальные трубчатые осесимметричные секции с осевыми радиальными ребрами, задней и передней наружными панелями, при этом каждый коллектор выполнен со смещенным каналом «клювообразной» конфигурации в поперечном сечении и снабжен утолщенной опорой трапециевидной формы, осесимметрично расположенный трубчатый канал секции представляет собой трубу с вертикальными теплоотдающими ребрами, выполненными радиальными осевыми, и промежуточные симметрично-изогнутые ребра, с обеих сторон секции по осевому ребру на длине, равной толщине поперечной стороны профиля коллектора, запрессована в установочные отверстия коллекторов гладкая труба с двумя кольцевыми канавками, в которых размещены уплотнительные кольца, осевое ребро с обеих концов каналов снабжено упругим термостойким фиксатором, кроме того, радиатор имеет крепежные секции, причем крепление задней панели крепежной секции с утолщенной стороной коллекторов обеспечивается преимущественно болтами самонарезными, выполняющими роль жесткой стяжки радиатора, завинчиваемыми через отверстия для крепления. Алюминиевые прессованные профили выполнены преимущественно из алюминиевых сплавов, например сплава, состоящего из следующих компонентов: Mg- 0,59%, Si - 0,39%, Fe - 0,19%, Сu - 0,3%, алюминия - 98,53%
Данная модель состоит из множества элементов, которые требуют навыков по монтажу и являются сложными в изготовлении. Эффективность теплопередачи может быть снижена при неправильном монтаже всей конструкции и при высоком коэффициенте жесткости теплоносителя (насыщенность минералами), внутренние соединения могут прикипеть друг другу, что создает вероятность коррозии, закупоривания каналов, нарушения герметичности.
Известна секция конвектора (патент РФ на полезную модель №61397, МПК F24H 3/06, опубликован 27.02.2007), содержащая теплообменный элемент, имеющий продольные боковые панели с верхней стороны переходящие в перпендикулярные им полочки вовнутрь секции с образованием продольной щели и расположенные между боковыми панелями ребра для увеличения площади теплопередачи, включающие основное и дополнительное ребро, имеющее Т-образный профиль, горизонтальная составляющая которого проходит вдоль продольной щели с зазором относительно внутренних поверхностей полочек, перпендикулярных боковым панелям, отличающаяся тем, что секция имеет, по меньшей мере, два коллектора для прохода теплоносителя через секцию, расположенные у нижнего основания боковых панелей с их внутренней стороны и сопряженные с ними, основное ребро расположено вдоль продольных осей коллекторов, соединяет их и сопряжено с ними, при этом по всей длине основного ребра выполнены сквозные отверстия, вертикальная составляющая Т-образного профиля дополнительного ребра соединена с основным ребром вдоль его продольной оси, а горизонтальная составляющая параллельна ему.
Представленный конвектор имеет два канала коллектора в основном профиле. Конструкция громоздкая, так как содержит сложный узел подключения профилей к общей системе отопления, через оригинальную опорную ножку. Недостаток конструкции заключается в том, что опорная ножка выполняет роль несущего элемента и одновременно функцию закольцовочного коллектора, что может быть очень ненадежным в эксплуатации.  Также конструкция допускает только единственный напольный вариант исполнения.
В качестве ближайшего аналога выбран конвектор для системы водяного отопления и секция конвектора (патент РФ на полезную модель №53759, МПК F24H 3/06, опубликован 27.05.2006), состоящий, по меньшей мере, из двух секций, каждая из которых имеет коллектор для прохода теплоносителя через секцию и теплообменный элемент, имеющий боковые панели и расположенные между ними ребра для увеличения площади теплопередачи, установочные элементы, при этом боковые панели расположены вдоль продольной оси коллектора для прохода теплоносителя через секцию, выход коллектора каждой предыдущей секции подсоединен к входу коллектора последующей секции соединительным коллектором.
Представленный конвектор является цельной конструкцией, которая получается из профиля путем срезания внешних и внутренних ребер. Освободившийся от ребер центральный элемент профиля (коллектор) загибается под углом таким образом, чтобы сформировать два параллельных профиля. Ввиду того, что конструкция конвектора является цельной, опорная ножка со стороны выпирающего элемента (коллектора) получается сложносоставной (состоит из нескольких элементов, прикрученных друг к другу болтами). Конструкция получается сложной в изготовлении. Кроме того, не исключена вероятность появления микротрещин загнутого элемента (коллектора), что может привести к ненадежности конструкции и снижению эксплуатационных характеристик, а именно снижению сопротивляемости давлению теплоносителя, расширению микротрещин от температурного перепада, снижению корозионностойкости. Выбранный способ закольцевания конвектора также ограничивает вариации параллельного размещения профилей и исключает возможность ремонта и простой замены секции конвектора.
Технической задачей изобретения является разработка простого в изготовлении алюминиевого конвектора.
Техническим результатом является повышение интенсивности теплообмена, упрощение конструкции и уменьшение ее габаритных размеров, повышение надежности, технологичности и коррозионной стойкости.
Технический результат достигается тем, что профиль конвектора включает трубу для прохода теплоносителя, внешние теплообменные панели и расположенные между ними Т-образное ребро, образованное верхней и нижней полочкой, и горизонтальные ребра с выполненными в них сквозными отверстиями, при этом профиль конвектора изготовлен из алюминия или алюминиевых сплавов, внешние теплообменные панели выполнены под наклоном к внутренней полости, труба имеет оребренную внутреннюю поверхность и соединена с вертикальным ребром, диаметрально расположенным к Т-образному ребру, при этом сквозные отверстия в горизонтальных ребрах выполнены прямоугольной формы.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 – профиль конвектора.
Фиг.2 – секция конвектора.
Профиль конвектора 1 (Фиг.1,), изготовленного методом экструзии из алюминия или алюминиевых сплавов в виде единой детали, включает в себя трубу 2 для движения теплоносителя (воды). Труба 2 (Фиг.1, 2) имеет оребренную внутреннюю поверхность для повышения поверхности контакта с теплоносителем. По бокам трубы 2 проходят симметрично расположенные горизонтальные ребра 3, расположенные в плоскости, проходящей через продольную ось коллектора, и соединяющие трубу 2 с внешними теплообменными панелями 4. Горизонтальные ребра 3 позволяют увеличить площадь теплопередачи. При этом по всей длине горизонтальных ребер 3 на заданном расстоянии друг от друга выполнены сквозные прямоугольные отверстия 5 (Фиг.2), обеспечивающие движение воздуха.
Внешние теплообменные панели 4 расположены вдоль продольной оси трубы 2 и образованы прямыми 6 и наклонными 7 участками. При этом прямые участки 6 выступают вниз за пределы трубы 2 перпендикулярно горизонтальным ребрам 3, а наклонные участки 7 внешних теплообменных панелей 4 выполняются под углом 7-15° с наклоном к внутренней полости профиля для увеличения скорости потока нагретого воздуха на выходе из конвектора. Наклонные участки 7 в верхней части скругляются внутрь профиля с переходом в перпендикулярные им полочки 8 с образованием продольной щели. Внешние теплообменные панели 4 также имеют технологические утолщения 9, выполненные на прямом 6 и наклонном 7 участках, для повышения прочности конструкции.
Для увеличения площади теплопередачи вдоль всей длины трубы 2 по ее оси выполняются Т-образное ребро 10 и вертикальное ребро 11.
Т-образное ребро 10 проходит вдоль верхней части трубы 2 по всей ее длине и образовано верхней 12 и нижней 13 полочками. При этом верхняя полочка 12 выполнена горизонтальной и проходит под продольной щелью, образованной полочками 8 внешних теплообменных панелей 4 так, что ширина верхней полочки 12 превышает ширину продольной щели для защиты внутренней поверхности конвектора от проникновения посторонних предметов. На нижней полочке 13 Т-образного ребра 10 имеется технологическое утолщение 14 для повышения прочности конструкции.
При нагреве в трубе 2 теплоносителя (воды) осуществляется нагрев воздуха, поступающего во внутреннюю полость конвектора, образованного горизонтальными ребрами 3, внешними теплообменными панелями 4, Т-образным ребром 10 и вертикальным ребром 11. Далее нагретый воздух проходит через зазор, образованный полочками 8 и верхней полочкой 12 Т-образного ребра 10. Выполнение внешних теплообменных панелей 4 наклонными по отношению к горизонтальным ребрам 3 позволяет повысить скорость потока нагретого воздуха на выходе из конвектора, а Т-образное ребро 10 защищает внутреннюю поверхность конвектора от проникновения посторонних предметов.
Отсутствие меди и кремния в составе конвектора позволяет повысить коррозиестойкость.
Заявляемая конструкция конвектора позволяет повысить тепловую мощность на 100 Вт/м по сравнению с ближайшим аналогом и достичь технологической эффективности, равной 113 Вт/кг.