CZ307297A3

CZ307297A3 - Radiator se samočinným oběhem

Info

Publication number: CZ307297A3
Application number: CZ973072A
Authority: CZ
Inventors: Guy Wojcik; Peirre Luyckx; David Keating
Original assignee: Caradon Heating Europe B. V.
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1998-04-15
Also published as: GB9620492D0; PL322374A1; EP0834715A3; GB2317946B; EP0834715A2; GB2317946A

Description

Radiátor se samočinným oběhem

Oblast techniky

Vynález se týká radiátorů se samočinným oběhem a zejména, avšak nikoliv výhradně, je orientován na radiátory se samočinným oběhem vhodné pro použití v systémech centrálního vytápění.

Dosavadní stav techniky

Známé radiátory se samočinným oběhem, které jsou popsány např. v britské patentové přihlášce č. 2 099 980A, zahrnují plášť uzavírající komoru, z níž jsou odsáty nekondenzovatelné plyny, a která je částečně naplněna odpařovací kapalinou, a tepelný zdroj, který je umístěn na spodní straně komory a ohřívá tuto odpařovací kapalinu. Po zapnutí tepelného zdroje, kterým může být trubice, jíž prochází teplá voda, se odpařuje kapalina, která pak stoupá vzhůru, kondenzuje, a tím ohřívá stěny komory. Kondenzát pak proudí gravitační silou zpět dolů ke dnu komory a je stejným způsobem opakovaně ohříván.

V porovnání s běžným deskovým radiátorem obsahujícím tlakovou vodu, má radiátor se samočinným oběhem několik podstatných výhod. Například, běžný deskový radiátor je obvykle vytvořen z ocelových plechů s tloušťkou 1,25 mm a pro zpevnění své konstrukce vyžaduje svařování. Jelikož radiátor se samočinným oběhem nepracuje s přetlakem, může být vytvořen z ocelových plechů o tloušťce 0,8 mm a bez nutnosti vyztužovat jeho konstrukci. Navíc radiátor se samočinným oběhem má menší tepelnou setrvačnost než běžné deskové radiátory.

·· ·· • · · · • · · · · · · ···· ·· ·· ·· ·· ·

Známé radiátory se samočinným oběhem však mají omezenou účinnost, neboť jejich průměrná maximální teplota je přibližně rovna výstupní teplotě použité ohřívací vody. Při vstupní teplotě ohřívací vody 90°C a její výstupní teplotě 70°C by průměrná maximální teplota radiátoru se samočinným oběhem byla mírně nižší než 70°C. Oproti tomu běžné teplovodní radiátory mají průměrnou maximální teplotu přibližně rovnu mediánu vstupní a výstupní teploty, tedy 80°C při vstupní teplotě ohřívací vody 90°C a výstupní teplotě ohřívací vody 70°C. Tepelná účinnost známých radiátorů se samočinným oběhem je tedy o asi 20 % menší než účinnost srovnatelných teplovodních radiátorů. Současné standardní testy účinnosti radiátorů pracují se vstupní a výstupní teplotou 90°C, resp. 70°C. Tyto teploty jsou v následujícím popise vynálezu uváděny pouze jako příkladné.

Podstata vynálezu

Vynález se soustřeďuje na řešení výše uvedených nevýhod současného stavu techniky a vytváří zdokonalený radiátor se samočinným oběhem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že tento radiátor zahrnuje množství vzájemně izolovaných komor, obsahujících odpařovací kapalinu a spojených vedle sebe do určité skupiny, a dále ohřívací prostředky pro ohřívání uvedené odpařovací kapaliny v každé komoře.

Jelikož jsou tyto komory vzájemně izolovány, bude průměrná maximální teplota každé komory dána teplotou tepelného zdroje v této komoře. Jestliže bude tímto tepelným zdrojem teplá voda, bude průměrná maximální teplota každé komory rovna místní výstupní teplotě ohřívací vody opouštějící tuto komoru. Tím bude průměrná maximální teplota celého radiátoru, tedy všech komor dohromady, větší než výstupní teplota ohřívací vody opouštějící radiátor. Při tomto uspořádání dojde ke zvětšení tepelné účinnosti radiátoru.

• · • · · · ·· · · ·· AAAA A A · · · • AA · · · A · • ····· · ···· ·· • · · · · ······ ·· ·· ·· ·

Vynález dále vytváří radiátor se samočinným oběhem, zahrnující komoru obsahující odpařovací kapalinu a ohřívací prostředky pro ohřívání této odpařovací kapaliny v uvedené komoře, kde tyto ohřívací prostředky jsou umístěny vně uvedené komory.

Při umístění ohřívacích prostředků vně komor, mohou ohřívací prostředky, kromě ohřívání odpařovací klapaliny, přenášet teplo i přímo do okolní atmosféry. Vně umístěné ohřívací prostředky mají průměrnou teplotu přibližně rovnu mediánu teplot na vstupu a výstupu radiátoru. Vnější ohřívací prostředky se podílejí na celkovém výstupu tepla z radiátoru, a tím zvyšují celkovou tepelnou účinnost takového radiátoru.

Výhodné je, jestliže radiátor se samočinným oběhem zahrnuje pět nebo více uvedených komor.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude podrobněji popsán a objasněn v následujícím popise svých příkladných provedení, který odkazuje na přiložené výkresy, kde:

Obr. 1 zobrazuje nárys radiátoru se samočinným oběhem podle tohoto vynálezu;

Obr. 2 bokorys radiátoru zobrazeného na Obr. 1 ;

Obr. 3 představuje zvětšený řez vedený podél čáry A-A' z Obr. 1;

Obr. 4 a Obr. 5 jsou zvětšené bokorysy v částečném řezu, zobrazující horní část a dno radiátoru z Obr. 1;

Obr. 6 a Obr. 7 zobrazují nárys a půdorys alternativního provedení radiátoru se samočinným oběhem podle tohoto vynálezu;

Obr. 8 a Obr. 9 představují nárysné pohledy na modifikované konstrukce radiátorů z Obr. 6 a z Obr. 1; a • ·

0 0 • · 0 řezu, odpovídající Obr. 5, a zobrazující

0 0

0

Obr. 10 uvádí pohled v alternativní konstrukci radiátoru.

Příklady provedení vynálezu

Radiátor 1 se samočinným oběhem má plášť, zahrnující přední stěnu 2 a zadní stěnu 3. Tento plášť je vytvořen z materiálu, majícího dobrou tepelnou vodivost, například z oceli nebo hliníku. Přední stěna 2 je opatřena deseti příčnými žlábky nebo kanály 4, jejichž hrany jsou pevně spojeny svarem, slepením nebo jakýmkoliv jiným vhodným způsobem s vpodstatě rovinnou zadní stěnou 3 a vytvářejí tak deset utěsněných, obecně vzhůru směřujících paralelních trubicovitých komor 5. Každá z těchto komor 5 je částečně naplněna odpařovací kapalinou 7, např. vodou, etanolem, metanolem, freonem, nebo směsí kterýchkoliv dvou nebo více z těchto látek, a zbývající část komory je vpodstatě prázdná. Každá komora 5 je v horní části zadní stěny opatřena otvorem 6 pro odvádění nezkondenzovatelných plynů a pro plnění odpařovací kapaliny. Tento otvor 6 je buď uzavřen ventilem nebo je po naplnění komory 5 trvale utěsněn. U základny radiátoru 1 je k plášti připojeno podlouhlé, obecně pravoúhlé, potrubí nebo trubice 8, vytvářející podél obou stran bazálních konců komor 5 radiátoru průtočné kanály pro ohřívací kapalinu. Na protilehlých koncích tohoto potrubí 8 je radiátor opatřen trubkovými spoji 9 a 10, tvořícími u teplovodních systémů centrálního vytápění vstup a výstup pro ohřívací kapaliny. K zadní stěně 3 může být volitelně připevněno množství žeber 11, tvořených například lisovaným hliníkovým nebo ocelovým plechem, které urychlují rozptylování tepla z deskového radiátoru i do okolního prostředí způsobem, který je sám o sobě znám.

Obr. 6 a Obr. 7 zobrazují alternativní provedení radiátoru podle tohoto vynálezu, mající deset utěsněných, obecně vejčitých trubic 20, tvořících uvedené komory 5. Spodní konce těchto trubic jsou utěsněné připojeny k potrubí 8 a procházejí do tohoto potrubí 8, které tyto trubice 20 udržuje v ·· · ··· ·· ·· ·· ·· ···· ···· · · · ft·· ···· ·· · _ · ··· · · · ··· · ··· · · ···· · · ······ ·· ·· ·· · rovinné skupině. Potrubí 8 zároveň tvoří průtočné kanály pro ohřívací kapalinu, které se nacházejí na obou stranách každé trubice 20 radiátoru. Trubkové spoje 9 a 10 jsou umístěny na protilehlých koncích potrubí 8. U modifikované konstrukce radiátoru, zobrazené na Obr. 8, jsou trubkové spoje 9 a 10 umístěny vzájemně protilehle, potrubí 8 je přepaženo tak, že tvoří kruhovitou průtočnou cestu pro ohřívací kapalinu vedenou směrem od vstupu k jejímu výstupu. K sobě přiléhající trubkové spoje 9 a 10 mohou být umístěny v jakékoliv vhodné poloze podél radiátoru, například centrálně, jak je zobrazeno na výkrese, nebo na jednom z konců radiátoru. Spodní konce komor 5 mohou být vytvarovány, například do oblouku nebo do tvaru „V“, čímž se podpoří soustřeďování kondenzátu ve středu komory (viz Obr. 6 a Obr. 9) a také zlepší a zrovnoměrní průtok ohřívací kapaliny kolem spodních konců trubic 20. Při tomto uspořádání se zvýší účinnost výměny tepla mezi ohřívací kapalinou a odpařovači kapalinou v trubicích 20.

Pro zlepšení odpařování odpařovači kapaliny zvětšením plochy povrchu na kterém k odpařování dochází a/nebo pro zlepšení přestupu tepla do kapaliny, může být ve vnitřku komory 5, přilehle k potrubí 8, uspořádána síťovina nebo knot 21.. Síťovina přiléhá k vnitřku každé komory 5 sousedícímu s ohřívacími prostředky.

Každá komora 5 může mít vytvořen vpřed skloněný stupeň (viz Obr. 10) vyrovnávající stěny potrubí 8 s předními stěnami komor vystupujícími nad potrubí, a tím zlepšující estetický vzhled radiátoru.

Teplá voda nebo jiná vhodná ohřívací kapalina je za provozu radiátoru 1. přiváděna z ohřívače do vstupu 9, např. s teplotou 90°C, proudí potrubím 8 a opouští radiátor 1. výstupem 10, např. s teplotou asi 70°C. Vedením tepla se zvýší teplota potrubí 8 a částí stěn komor 5, vymezených pláštěm 2, 3 u provedení z Obr. 1 až Obr. 5 nebo trubicemi 20 u provedení z Obr. 6 až Obr. 9, umístěných v potrubí 8. Potrubí 8 vyzařuje teplo rovněž do ··

4444

444· 4444 44 4 ··· 44 4 444 4 444 4 r 4 4 4 · 4 4 4

V 4444 4· 44 44 44 4 okolní atmosféry. Odpařovací kapalina 7 v komorách 5, která je ohřívána vnitřními stěnami komory 5 přímo nebo prostřednictvím oka či knotu 21, se odpařuje, stoupá vzhůru a ohřívá horní části komor, z nichž je teplo přenášeno do okolního prostředí a následně kondenzuje a gravitační silou proudí zpět dolů. Odpařovací kapalina ve svém zcela zkondenzovaném stavu zaujímá 50 % vnitřního objemu každé komory 5 zasahujícího do potrubí 8, a výhodně pak zaujímá mezi 70 % a 100 % tohoto vnitřního objemu. Menší objem kapaliny bude vhodný v případě, že komora je opatřena okem či knotem 21.. Teplota každé komory 5 je přibližně rovna nejnižší teplotě kapaliny v přilehlé oblasti potrubí 8, zajišťující ohřívání odpařovací kapaliny v této komoře 5. Jestliže vstupní a výstupní teplota ohřívací vody budou takové, jak bylo výše uvedeno a pokles teploty této kapaliny v potrubí 8 bude lineární, budou komory 5 na

Obr. 1 ve směru zleva doprava ohřátý na teplotu 88°C, 86°C......72°C a 70°C.

Průměrná maximální teplota radiátoru je pak přibližně 79°C. Tato teplota je srovnatelná s maximální průměrnou teplotou běžného teplovodního radiátoru a překračuje maximální průměrnou teplotu známých radiátorů se samočinným oběhem.

Umístění potrubí 8 vně komor umožňuje přenášet teplo přímo do okolní atmosféry i do kapaliny obsažené v komorách. Ve srovnání s běžnými radiátory se samočinným oběhem, které mají toto potrubí umístěno uvnitř komory, může vnější umístění potrubí zlepšit podíl tohoto potrubí na tepelné účinnosti radiátoru o asi 20 %.

Výše popsaný radiátor se samočinným oběhem je možno různými způsoby modifikovat bez toho, že by došlo k úniku z rozsahu ochrany vynálezu daného patentovými nároky. Zejména je zřejmé, že pro ohřev odpařovací kapaliny lze použít jakýkoliv zdroj tepla, například elektrický element. Vynález je zejména vhodný pro radiátory se samočinným oběhem, které používají jako zdroj tepla kapalinu, které byly shora popsány, a u nichž dochází k významnému ochlazování ohřívací kapaliny při jejím průchodu potrubím 8. Zdroj tepla může být rovněž vytvořen pouze na jedné straně uvedených komor, ··

00

0 0 0

0 · ·

0 ···

0 · ·· • 0

0 0 0 0 0 0 • ··· • 0

0000 ·· na rozdíl od popsaného provedení, kde je vytvořen na obou stranách komor. Přestože popsané provedení radiátoru podle tohoto vynálezu má deset komor, může být počet těchto komor libovolný.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Radiátor se samočinným oběhem, vyznačující se tím, že zahrnuje množství vzájemně izolovaných komor, spojených vedle sebe do skupiny a obsahujících odpařovací kapalinu, a ohřívací prostředky pro ohřívání odpařovací kapaliny v každé komoře.
2. Radiátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že ohřívací prostředky jsou umístěny vně uvedených komor.
3. Radiátor podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že k vnitřku každé komory, přiléhajícímu k ohřívacím prostředkům, přiléhá síťovina.
4. Radiátor podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že uvedené komory zahrnují směrem vzhůru se rozprostírající dutiny uzavřené pláštěm.
5. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že uvedené komory jsou tvořeny podlouhlými trubicemi.
6. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že ohřívací prostředky zahrnují kanál pro ohřívací kapalinu.
7. Radiátor podle nároku 6, vyznačující se tím, že kanál pro ohřívací kapalinu zahrnuje průtočné kanály směřující podél protilehlých stran komor.

. ^T’ ^RUZICKA & GUTTMANN I j Patentová, znáni ko-uÁ, ... ,, ^^esJ^«reÁibJika • · • · ·· ·· « · · · · • · · · • · · · · · • · · ··· · ·· ·· ····
8. Radiátor podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že uvedený kanál je vymezen podlouhlým potrubím obklopujícím spodní koncovou část komor.
9. Radiátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že v každé uvedené komoře zabírá odpařovači kapalina ve svém kapalném stavu mezi 70% a 100% vnitřního objemu komory, ležícího přímo vedle ohřívacích prostředků.
10. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že odpařovači kapalinou je voda, etanol, metanol, freon, nebo jejich směs.
11. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že uvedené ohřívací prostředky zahrnují elektrický topný element.
12. Radiátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zahrnuje pět nebo více uvedených komor.
13. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že množství uvedených komor je 7 až 13.
14. Radiátor se samočinným oběhem, vyznačující se tím, že zahrnuje utěsněnou komoru obsahující odpařovači kapalinu, a ohřívací prostředky pro ohřívání této odpařovači kapaliny v komoře, přičemž tyto ohřívací prostředky jsou umístěny vně uvedené komory.
15. Radiátor se samočinným oběhem podle nároku 14, vyznačující se tím, že k vnitřku komory, přiléhajícímu k ohřívai síťovina.

44 44

4 4 4 4

4 4 4

4 4 44 4

4 4

4444 44

4« 4444

4 4 4 4

4 4 4 4

444 « 44 4 4

4 4 4

4 4 4 4 4
16. Radiátor podle nároku 14 nebo 15, vyznačující se tím, že ohřívací prostředky vymezují kanál pro ohřívací kapalinu.
17. Radiátor podle nároku 16, vyznačující se tím, že uvedený kanál zahrnuje průtočné kanály, směřující podél protilehlých stran komory.
18. Radiátor podle nároku 16 nebo 17, vyznačující se tím, že uvedený kanál je vymezen podlouhlým potrubím, obklopujícím spodní okrajovou část komory.
19. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 14 až 18, vyznačující se tím, že odpařovací kapalina ve svém kapalném stavu zabírá v uvedené komoře mezi 70% a 100 % vnitřního objemu komory, ležícího přímo vedle ohřívacích prostředků.
20. Radiátor podle kteréhokoliv z nároků 14 až 19, vyznačující se tím, že odpařovací kapalina zahrnuje vodu, etanol, metanol, freon, nebo jejich směs.
21. Radiátor podle nároku 14 nebo 15, vyznačující se tím, že ohřívací prostředky zahrnují elektrický element.
22. Radiátor se samočinným oběhem vpodstatě tak, jak je popsán s odkazem na připojené výkresy.
23. Centrální systém vytápění, vyznačující se tím, že zahrnuje jeden nebo více radiátorů podle kteréhokoliv z nároků 1 až 22.