ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Полезная модель относится к отопительной технике и может быть использовано в системах отопления жилых, общественных и промышленных зданиях.
Известен отопительный прибор преимущественно системы отопления помещения, содержащий по крайней мере два нагревательных элемента, выполненных с возможностью пропуска через них теплового носителя для конвективной передачи тепла во внешнюю среду, при этом оба нагревательных элемента расположены один над другим в вертикальном направлении (GB №2424267, F24H 9/02, опубл. 20.09.2006) (принят в качестве прототипа).
Как известно, интенсивность теплопередачи отопительных приборов характеризуется коэффициентом теплопередачи, зависящим от вида и конструктивных особенностей прибора и температурного напора при эксплуатации прибора. Для всех типов отопительных приборов характерно увеличение количества параллельных нагревательных элементов (труб, секций, теплообменников), что объясняется уменьшением интенсивности конвективного теплообмена на поверхности верхней части прибора, омываемой воздухом, нагретым на расположенных ниже нагревательных элементах. В известном решении верхнее расположенный нагревательный элемент формирует тепловой барьер для исходящего потока теплого воздуха, поступающего от нижнее расположенного нагревательного элемента.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание блока отопления в едином кожухе системы отопления помещения с возможностью повышения тепловой мощности при сохранении гидравлической и тепловой устойчивости системы отопления, экономии тепловой энергии и металла, используемого при производстве теплообменников.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности теплопередачи в объем помещения при уменьшении энергозатрат и металлоемкости.
Указанный технический результат достигается тем, что в отопительном приборе, преимущественно системы отопления помещения, содержащем по крайней мере два нагревательных элемента, выполненных с возможностью пропуска через них теплового носителя для конвективной передачи тепла во внешнюю среду, указанные нагревательные элементы установлены один над другим с образованием воздушного зазора между ними, в котором размещена S-образная перегородка для разделения потока воздуха, поступающего к одному нагревательному элементу, от потока воздуха, поступающего к другому нагревательному элементу, и разделения исходящих от указанных нагревательных элементов потоков воздуха.
При этом нагревательные элементы могут быть установлены один над другим непосредственно или один из нагревателей смещен в горизонтальном направлении относительно другого.
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 - показан отопительный прибор, вид сбоку;
пр
пр
Как известно, интенсивность теплопередачи отопительных приборов характеризуется коэффициентом теплопередачи k. Основными факторами, определяющими величину k, являются:
- вид и конструктивные особенности, данные типу прибора при его разработке;
- температурный напор при эксплуатации прибора.
пр
Для всех типов отопительных приборов характерно понижение значения k при увеличении количества параллельных нагревательных элементов (труб, секций, теплообменников). Это объясняется уменьшением интенсивности конвективного теплообмена на поверхности верхней части прибора, омываемой воздухом, нагретым на расположенных ниже нагревательных элементах.
пр
т
в
Вторым основным фактором, определяющим величину k в эксплуатационных условиях, является температурный напор Δt, т.е. разность температуры теплоносителя t и температуры воздуха, попадающего на нагревательный элемент, t:
При этом наибольшему температурному напору соответствует наивысшее значение коэффициента теплопередачи.
Пояснение к формуле (1).
в
т
При широко распространенных двойных, тройных и т.п. теплообменниках температура воздуха t нагретого на предъидущих нагревательных элементах повышается, температура теплоносителя t, понижается, что, в совокупности, приводит к значительному уменьшению значения температурного напора Δt второго нагревательного элемента.
пр
Сущность полезной модели заключается в разделении воздушных потоков, поступающих на нагревательные элементы, соединенные последовательно и расположенные один над другим. Это приводит к поступлению на последовательно соединенные части нагревательного элемента, расположенные на различной высоте, воздуха с примерно равной температурой и, как следствие, к увеличению значения k.
Таким образом, настоящая полезная модель касается конструкции отопительного прибора (фиг.1), преимущественно системы отопления помещения, содержащего по крайней мере два нагревательных элемента 1 и 2, выполненных с возможностью пропуска через них теплового носителя для конвективной передачи тепла во внешнюю среду. Эти нагревательные элементы установлены один над другим с образованием воздушного зазора между ними, в котором размещена в поперечном сечении S-образная или зигзагообразная перегородка 3 для разделения потока воздуха, поступающего к
одному нагревательному элементу, от потока воздуха, поступающего к другому нагревательному элементу, и разделения исходящих от указанных нагревательных элементов потоков воздуха. При этом нагревательные элементы могут быть установлены непосредственно один над другим непосредственно или один из нагревателей смещен в горизонтальном направлении относительно другого, как это показано на фиг.1.
Для проведения испытаний использовались медно-алюминиевые конвекторы производства бельгийской фирмы Jaga, а именно: два последовательно соединенных теплообменника 10-го типа в общем едином кожухе 4 модели Tempo 15-го типа. Длина испытуемого конвектора 1000 мм, высота 400 мм, общая ширина 183 мм. Нагревательные элементы расположены у стены 5. Перегородка выполнена из пластины, имеющей вертикально простирающуюся часть, походящую вдоль боковой стенки одного теплообменника и от которой отогнута следующая часть, проходящая между теплообменниками, а третья часть вертикально простирается вдоль боковой стенки другого теплообменника со стороны, противоположной стенке первого теплообменника, у которой размещена первая часть перегородки. В принципе такую перегородку можно условно отнести к S-образной или назвать зигзагообразной.
Воздушный поток при входе в кожух конвектора разделяется S-образной перегородкой, изготовленной из оргстекла, полипропилена или листовой стали. Одна часть воздушного потока направляется на первый ряд нагревательного элемента, а вторая часть, соответственно, на второй нагревательный элемент.
Для уменьшения сопротивления прохода нагретого воздуха в кожухе второй ряд смещен по отношению к первому на 50 мм, что, конечно, увеличивает ширину конвектора, но обеспечивает свободный проход нагретого воздуха.
Экспериментальное определение величины теплоотдачи отопительного прибора производилось на испытательном стенде.
под
обр
в
Тепловые испытания производились при номинальном расходе теплоносителя через отопительный прибор, равным 360 кг/ч и в следующих температурных условиях: t=75°С, t=65°C, t=20°С, где:
под
t - температура теплоносителя, входящего в отопительный прибор;
обр
t - температура теплоносителя, выходящего из отопительного прибора;
в
t - температура воздуха в помещении.
пр
По результатам испытаний была получена следующая величина теплоотдачи данного отопительного прибора: Q=1800 Вт.
Для сравнения был выбран конвектор "Tempo" того же производителя Jaga (Бельгия) аналогичных линейных размеров, но с одним более металлоемким теплообменником 16-го типа.
Технические характеристики отопительного прибора "Tempo": L=1000 мм, Н=400 мм, В=168 мм с S-образной перегородкой и двумя теплообменниками 10-го типа (TEMW. 040 100 10S) и контрольного отопительного прибора "Tempo" L=1000 мм, Н=400 мм, В=168 мм с теплообменником 16-го типа (TEMW. 040 100 16) приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование
Вес
Площадь
Теплоотдача
отопительного прибора
теплообменника, кг
поверхности нагрева, м<sup>2</sup>
отопительного прибора при Δt=50°, Вт
TEMW. 040 100 10S
3,6<sup>*</sup>
7,4<sup>**</sup>
1800
TEMW. 040 100 16
5,3<sup>*</sup>
10,95<sup>**</sup>
1700<sup>***</sup>
<sup>*</sup> - данные по каталогу фирмы производителя Jaga 2000 года, стр.40.
<sup>**</sup> - данные из «Рекомендаций по применению отопительных приборов малой инерционности Jaga» (вторая редакция), НТФ ООО «ВИТАТЕРМ», 2006 год.
<sup>***</sup> - данные по каталогу фирмы производителя Jaga 2004 года, стр.37.
Как видно из таблицы 1, сравнения предлагаемая конструкция теплообменника с S-образной перегородкой при уменьшении веса на 32% и уменьшении площади нагрева на 32,4% при одинаковых линейных размерах дает увеличение мощности отопительного прибора на 5,9%.
Основными преимуществами данной конструкции для увеличения теплоотдачи отопительных приборов конвективного типа являются:
1. Сокращение металлоемкости нагревательного элемента и, как следствие, уменьшение стоимости одного кВт тепла;
2. Отказ от производства двойных теплообменников.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть изготовлена с использованием известных технологий, применяемых при производстве отопительных приборов и систем.