Панельный нагревательный прибор систем отопления помещений

Полезная модель относится к отоплению помещений и может использоваться как нагревательный прибор в зависимых системах теплоснабжения.
Известны стальные панельные радиаторы отопления (sponline.ru/File/document/32), состоящие из двух штампованных стальных и сваренных между собой листов, штамповка которых образует каналы, и в них подается горячая вода от системы теплоснабжения.
Стальные панельные радиаторы обладают хорошей теплоотдачей, но при этом имеют существенные недостатки: недостаточную коррозионную стойкость и недостаточную прочность при условии использования в системах центрального топления и зданиях с повышенной этажностью.
Известно изобретение - РФ №2242680 публ. 27.12.2002 г. «Система отопления, в которой используется пластинчатая отопительная панель».
Целью изобретения является равномерное распределение потока теплоносителя по всему объему пластинчатой панели, представляющей собой емкость, образованную двумя плоскими пластинами и скрепленными распорными элементами, в которую подается теплоноситель от системы отопления. При этом эффект достигается расположением и конструкцией распорных и отклоняющих поток элементов. Необходимость такой конструкции обусловлена горизонтальным расположением панели для обогрева пола. Такой конструкции свойственны также недостатки стальных панельных радиаторов - недостаточная коррозионная стойкость и недостаточная прочность при условии использования в системах центрального топления и зданиях с повышенной этажностью.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является патент на изобретение РФ №2322643, публ. 20.04.2008 г. «Нагревательный прибор систем отопления помещений». Он содержит полый герметичный корпус, заполненный жидкостью, и горизонтально расположенную в нижней части корпуса трубу, соединенную с системой отопления для подвода теплоносителя в прибор, при этом теплоноситель подается только в трубу. Внутри корпуса создается вакуум.
Указанный нагревательный прибор имеет следующие недостатки: так как работа прибора основана на фазовом переходе антифриза, заполняющего корпус прибора, наблюдается зависимость эффективности работы прибора от температуры теплоносителя внутри трубы и его расхода. Колебания этих параметров теплоносителя нередки в системах центрального отопления. Это делает работу прибора неустойчивой в определенных условиях. (Р.Т. Емельянов, Е.С. Турышева, В.К. Шмидт. М.М. Ходжаева. «Влияние фазовых переходов на показатели вакуумного литиевого бромидного радиатора» («Вестник КрасГАУ», 2015 г. №1)
Прибор работает по принципу «тепловой трубы», который обеспечивает высокую скорость передачи тепловой энергии стенкам прибора. Но при повышенных температурах теплоносителя нарушается процесс конденсации жидкости внутри прибора. Передача тепла ухудшается.
Необходимость создания разрежения внутри прибора предполагает достаточную прочность корпуса прибора и недопустимость малейшей разгерметизации корпуса, при этом литиево-бромидная смесь не является безопасной жидкостью.
Необходимость прочного стального корпуса принципиально сужает технические возможности увеличения площади поверхности радиатора без дополнительного оребрения. Площадь наружной поверхности играет решающую роль в теплоотдаче отопительного прибора
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является обеспечение стабильной и эффективной передачи энергии теплоносителя к наружным стенкам нагревательного прибора и эффективной передачи тепла от стенок нагревательного прибора к воздуху помещения. При этом исключить необходимость использования небезопасных жидкостей и необходимость создания разрежения внутри корпуса устройства, тем самым принципиально расширить технические возможности в конструировании и применении нагревательного прибора.
Технический результат достигается за счет того, что панельный нагревательный прибор систем отопления помещений, содержащий полый герметичный корпус, заполненный жидкостью, и горизонтально расположенную в нижней части корпуса трубу, соединенную с системой отопления, для подвода теплоносителя в прибор. При этом теплоноситель подается только в трубу. Согласно полезной модели, в полости корпуса прибора установлена теплоизолирующая перегородка так, что в полости прибора образуется кольцевой канал вдоль плоскостей прибора, а одна из стенок прибора выполнена в виде гофрированной оболочки.
Труба по отношению к перегородке может быть расположена так, что конвективное течение жидкости происходит сначала вдоль стенки прибора с меньшей теплопроводностью.
В корпусе прибора может быть установлена герметичная пластиковая трубка, полость которой сообщается с атмосферой.
Передняя стенка, выполненная из декоративного материала, например, керамогранита, может быть присоединена к задней стенке, выполненной из пластика, посредством эластичного термостойкого клея. При этом поверхности склеивания задней стенки гофрированные.
Панельный нагревательный прибор выглядит следующим образом:
На фигуре 1 изображен панельный нагревательный прибор.
На фиг. 2 сечение прибора А-А фиггуры 1
На фиг. 3 вид Б фигуры 2,
На фиг. 4 - сечение прибора В-В фигуры 2
Панельный нагревательный прибор содержит медную трубу 1, находящуюся внутри корпуса 2 в его нижней части (см. фиг. 1). Корпус 2 заполнен жидкостью в виде воды или антифриза. Корпус 2 образован передней стенкой 3, выполненной из керамогранита, пластика или металла и гофрированной задней стенкой 4, выполненной из пластика (см. фиг. 2). Стенки 3, 4 прибора соединены с помощью эластичного клея 5 (см. фиг. 2). Внутри полого корпуса 2 расположена теплоизолирующая перегородка 6 (см. фиг. 2). Перегородка 6 и гофры 7 задней стенки 4 образуют вертикальные каналы 8 (см. фиг. 3). Перегородка 6 спрофилирована и расположена относительно трубы 1 так, что внутри корпуса 2 образуется кольцевой канал от трубы 1 вдоль стенки 3 и далее через каналы 8 обратно к трубе 1. Задняя стенка 4 корпуса 2 имеет гофрированную поверхность 9 по всему контуру приклеивания к стенке 3 (см. фиг 4). В верхней части панельного нагревательного прибора установлена пластиковая трубка 10 (см. фиг. 1). Трубка 10 с обоих концов прикреплена к задней стенке 4 с помощью штуцеров 11 (фиг. 1), посредством которых внутренняя полость трубки 10 сообщается с атмосферой.
Панельный нагревательный прибор работает следующим образом: теплоноситель от системы теплоснабжения подается в трубу 1, нагревая ее. Наружные стенки трубы 1, выполненной из меди, отдают тепло жидкости, находящейся внутри корпуса 2. В жидкости, находящейся внутри корпуса 2, образуются восходящие конвективные потоки. Направление конвективных потоков внутри корпуса 2 ограничено перегородкой 6. Происходит направленное движение нагретой жидкости вдоль стенки 3 к верхней части корпуса 2. (см. фиг. 2). Так как передняя стенка 3 корпуса 2 выполнена из керамогранита с относительно низкой теплопроводностью и имеет неразвитую поверхность контакта с воздухом помещения, происходит частичная теплоотдача тепловой энергии жидкости воздуху помещения. Нагретая трубой 1 жидкость замещается поступлением более холодной жидкости из каналов 8. Образуется круговое движение жидкости внутри корпуса 2, так как поднимающаяся вдоль стенки 3 нагретая жидкость перетекает в каналы 8. При протекании жидкости вдоль стенки 4, выполненной в виде оболочки (Физ. Словарь: оболочка - твердое деформируемое тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми мало по сравнению с двумя др. размерами) большой площади, происходит интенсивная теплоотдача воздуху помещений. Остывшая в каналах жидкость опускается к трубе, завершая кругооборот. Круговое движение жидкости внутри корпуса 2 усиливает теплообмен от медной трубки к жидкости внутри корпуса 2. Процесс теплопередачи жидкости внутри корпуса происходит более интенсивно за счет достижения перепадов температуры охлажденной жидкости, поступающей из каналов 8, и трубы 1.
Таким образом, в заявляемой полезной модели обеспечивается стабильная и эффективная передача тепла от теплоносителя к воздуху помещения на всем диапазоне рабочих температур отопительного прибора. Давление жидкости внутри корпуса 2 ничем не регламентировано, и для упрощения конструкции может быть равно атмосферному.
В этом случае на стенки прибора будет действовать только статическое давление жидкости внутри корпуса 2. Но при нагревании отопительного прибора происходит тепловое расширение жидкости, находящейся внутри корпуса 2, которое приводит к появлению избыточного давления внутри корпуса 2. Для компенсации теплового расширения жидкости внутри корпуса 2 в верхней части прибора установлена тонкостенная трубка 10. При нагревании расширяющаяся внутри корпуса 2 жидкость сжимает пластиковую трубку 10 и вытесняет воздух, находящийся внутри трубки 10, в атмосферу через штуцера 11. Таким образом, внутри корпуса 2 сохраняется атмосферное давление, и корпус 2 не испытывает дополнительную нагрузку.
Задняя и передняя стенки прибора могут быть выполнены из разнородных материалов с различным коэффициентом температурного расширения. Например, передняя стенка 3 из керамогранита, а задняя стенка 4 из пластика, что отрицательно сказывается на прочности соединения. Для получения прочного соединения, задняя стенка 4 выполнена гофрированной по плоскости склейки, а соединение выполняется эластичным силиконовым клеем. За счет гофрирования температурное удлинение линии склейки разбивается на множество небольших участков, равных шагу гофрирования. Удлинение каждого участка компенсируется эластичностью клея, при этом общее линейное удлинение линии склейки уменьшается за счет увеличения высоты гофры, которая также обеспечивается эластичностью клея. При рассмотрении работоспособности такого соединения стенок прибора следует учитывать малую толщину задней стенки 4 прибора.
Промышленная применимость очевидна. Заявителем выполнен опытный образец, который доказал осуществимость поставленной задачи.