Парокапельный радиатор

Полезная модель относится к нагревателям текучей среды и может быть применена для отопления в жилых и промышленных помещениях.
Известен парокапельный радиатор, содержащий коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом снаружи одного из коллекторов установлен нагревательный элемент, содержащий корпус и индукционную катушку [CN201053722, дата публикации: 30.04.2008 г., МПК: F24D 13/04].
Известен парокапельный радиатор, содержащий коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом в одном из коллекторов установлен нагревательный элемент, содержащий инфракрасный излучатель [RU2568376, дата публикации: 20.11.2015 г., МПК: F24H 3/04].
В качестве прототипа выбран парокапельный радиатор, содержащий коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом в одном из коллекторов установлен трубчатый нагревательный элемент, содержащий корпус и спираль [CA1217477, дата публикации: 30.04.2008 г., МПК: F24D 13/04].
Общим недостатком прототипа и известных технических решений является высокий расход электрической энергии, потребляемой парокапельным радиатором для достижения требуемой температуры нагрева, что в значительной степени ухудшает эксплуатационные характеристики парокапельного радиатора.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик парокапельного радиатора.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении энергоэффективности парокапельного радиатора.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Парокапельный радиатор содержит коллекторы, соединенные между собой каналами, при этом в одном из коллекторов установлен трубчатый нагревательный элемент, содержащий проводник. В отличие от прототипа проводник состоит из соединенных между собой спиралевидных участков, которые расположены напротив каналов.
Спиралевидные участки обеспечивают возможность концентрированного нагрева теплоносителя в коллекторе для повышения интенсивности тепловыделения в каналы. Спиралевидные участки могут быть образованы путем локального сжатия спиралевидного проводника или путем намотки витков из прямого проводника. Спиралевидные участки могут быть соединены между собой криволинейными или прямолинейными участками проводника. Криволинейные участки могут быть представлены одним или несколькими витками проводника или изогнутым проводником, а прямолинейные участки могут быть представлены прямыми перемычками, которые дополнительно минимизируют прогрев низкоэффективных зон теплообмена коллектора между каналами и дополнительно снижают общие энергетические затраты на нагрев поверхности радиатора.
Спиралевидные участки расположены напротив каналов, что обеспечивает возможность более интенсивного нагрева тех участков коллектора, которые участвуют в процессе тепловыделения в каналы. При этом спиралевидные участки могут быть расположены напротив каждого канала, что повышает интенсивность тепловыделения в каналы при частичном заполнении радиатора теплоносителем. Ширина спиралевидных участков соответствует ширине каналов, что подразумевает незначительное отклонение ширины спиралевидных участков от ширины каналов в большую или меньшую сторону, что обеспечивает наиболее высокую интенсивность тепловыделения в каналы.
Трубчатый нагревательный элемент содержит корпус, внутри которого может быть расположена трубка, при этом спиралевидные участки проводника могут быть установлены на трубку, что обеспечивает дополнительное повышение деформационной стойкости нагревательного элемента при быстром достижении высоких температур нагрева. При этом нагревательный элемент может содержать дополнительный прямой проводник, установленный внутри трубки и соединенный с основным проводником, что обеспечивает наиболее высокую возможную температуру нагрева спирали и нагревательного элемента и повышает интенсивность тепловыделения в каналы.
Дополнительно корпус и трубка могут содержать наполнитель, обеспечивающий возможность создания безвоздушного пространства внутри корпуса и снижающих риск окисления и последующего разрушения проводника при быстром достижении высокой температуры нагрева. При этом наполнитель может быть представлен порошкообразным материалом, например, кремниевым, магниевым порошком или кварцевым песком и т.п., либо жидким материалом, например, жидким стеклом. При этом обеспечивается возможность фиксации пространственного положения проводника во внутренней полости нагревательного элемента, что позволяет исключить возможность его смещения и значительно повысить возможную степень моментального нагрева. Также указанные материалы имеют высокий коэффициент теплопередачи, что обеспечивает увеличение скорости нагрева теплоносителя под каналами и снижает время нагрева поверхности радиатора да рабочей температуры.
Полезная модель характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что проводник состоит из соединенных между собой спиралевидных участков, которые расположены напротив каналов, что позволяет увеличить интенсивность тепловыделения от нагревательного элемента в каналы за счет концентрированного нагрева теплоносителя спиралевидными участками, что дает возможность более быстрого достижения требуемой температуры нагрева наружной поверхности радиатора и более раннего отключения нагревательного элемента, тем самым снижая энергетические затраты на нагрев поверхности парокапельного радиатора до рабочей температуры, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении энергоэффективности парокапельного радиатора, улучшая его эксплуатационные характеристики.
Наличие новой, ранее неизвестной из уровня техники совокупности существенных признаков, свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель может быть реализована при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 – Парокапельный радиатор, нагревательный элемент содержит корпус и наполнитель.
Фиг. 2 – Парокапельный радиатор, спиралевидные участки проводника установлены на трубку и соединены с электрическим выводом нагревательного элемента через дополнительный прямолинейный участок, проходящий внутри трубки.
Парокапельный радиатор содержит коллектор 1 и коллектор 2, соединенные между собой каналами 3, при этом в коллекторе 1 установлен нагревательный элемент, который содержит проводник, состоящий из спиралевидных участков 4, соединенных между собой перемычками 5, и расположенных напротив каналов 3, а также клеммы 6 и 7 питания. При этом нагревательный элемент содержит корпус 8, наполнитель 9 и трубку 10, установленную внутри корпуса 8.
Полезная модель работает следующим образом.
Парокапельный радиатор вводится в эксплуатацию путем полного или частичного заполнения внутренней полости теплоносителем и подключения нагревательного элемента к электрической сети посредством клемм 6 и 7. При этом теплоноситель и участки коллектора 1 под участками 4 нагреваются, и нагретый теплоноситель движется по каналам 3 в коллектор 2. При этом за счет контакта теплоносителя с внутренней поверхностью радиатора происходит увеличение температуры его наружной поверхности.
Для иллюстрации достигаемого технического результата было проведено сравнение показателей энергетических затрат парокапельного радиатора по прототипу и такого же парокапельного радиатора по полезной модели, отличающихся конструкцией нагревательных элементов. При этом мощность P нагревательных элементов была одинаковой и составляла 0,32 кВт, так как спиралевидные участки нагревательного элемента радиатора по полезной модели были получены путем локального сжатия спирали нагревательного элемента по прототипу. Измерения температуры нагрева поверхности радиатора проводили в области коллектора 2 и каналов 3, при этом длительность нагрева поверхности радиатора по прототипу до 75°С составила 30 мин, а энергетические затраты на нагрев при указанной мощности нагревательного элемента составили 0,16 кВт. Длительность нагрева поверхности радиатора по полезной модели до 75°С составила 26 мин, а энергетические затраты при той же мощности нагревательного элемента составили 0,13 кВт, что говорит об их снижении на 0,03 кВт и соответственно о повышении энергоэффективности парокапельного радиатора.
Сравнение показателей парокапельного радиатора по прототипу и по полезной модели приведены в Таблице 1.
Таблица 1
P, кВт
Время нагревадо 75°С, мин
Энергетические затратына нагрев до 75°С, кВт
Парокапельный радиатор по прототипу
0,32
30
0,16
Парокапельный радиатор по полезной модели
0,32
26
0,13
Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении энергоэффективности парокапельного радиатора, тем самым улучшаются его эксплуатационные характеристики.