EA025798B1 - Нагревательный радиаторный элемент, выполненный из литого под давлением алюминия - Google Patents

Abstract

Нагревательный радиаторный элемент (1), выполненный из литого под давлением алюминия, продолжающийся вдоль продольной оси (А) и имеющий монолитную литую алюминиевую конструкцию (15), имеет трубчатый корпус (2) и соединения (7), которые выступают от противоположных боковых сторон (20) корпуса (2) вдоль соответствующих центральных осей (X) для соединения элемента (1) с другими подобными элементами и/или с внешней гидравлической системой; по меньшей мере одно соединение (7), расположенное на верхнем конце (3) элемента (1), имеет непрерывную кольцевую боковую поверхность (21) без радиальных выступов и образует кольцевой канал (22), который полностью окружает соединение (7) и ограничен сзади стороной (20) элемента (1).

Description

Изобретение относится к нагревательному радиаторному элементу, выполненному из литого под давлением алюминия.

Уровень техники

Обычно радиатор для отопления зданий состоит из батареи радиаторных элементов, расположенных рядом, обычно (хотя не обязательно) изготовленных отдельно и затем собранных с образованием радиатора подходящих размеров. Обычно каждый радиаторный элемент имеет основной корпус, который, по существу, является трубчатым и снабжен внутренней камерой, в которой циркулирует горячая текучая среда (обычно вода).

Несколько основных типов радиаторного элемента являются особенно распространенными, которые, по существу, отличаются составляющим материалом и некоторыми конструктивными особенностями, обусловленными технологией производства. В действительности технологии изготовления непосредственно влияют на конструкцию радиаторных элементов и теплообменные устройства.

В действительности эксплуатационные требования должны быть согласованы с технологическими требованиями.

В этих целях решения, принятые в отношении радиаторных элементов определенного типа, не могут быть непосредственно репродуцированы для радиаторов других типов.

Радиаторы, выполненные из литого под давлением алюминия (в котором радиаторный элемент состоит из монолитного корпуса, выполненного из алюминия или алюминиевого сплава, полученного литьем под давлением), отличаются по сравнению с другими типами, например алюминиевым радиатором, изготовленным посредством экструзии (состоящей из экструдированного центрального корпуса, к которому впоследствии прикреплены две торцевые камеры), или радиаторам, выполненным из литого чугуна или других металлических материалов, не только из-за производственных технологий, но также за счет некоторых конструкционных характеристик, которые обусловлены используемыми материалами и производственными технологиями.

В конкретной области литых под давлением алюминиевых радиаторных элементов общая конфигурация одного радиаторного элемента является, по существу, объединенной и состоит, по существу, из трубчатого корпуса, снабженного внутренней водяной камерой и гидравлическими соединениями, расположенными на противоположных концах элемента; от водяной камеры, вдоль центральной плоскости элемента, отходят две противоположные алюминиевые перегородки, поддерживая переднюю пластину и заднюю пластину соответственно; множество теплообменных ребер выступает от трубчатого корпуса.

Одним из указанных параметров, обычно используемых для характеристики радиаторного элемента, является удельная мощность на единицу веса, то есть отношение между тепловой мощностью, испущенной радиаторным элементом и перенесенной в окружающую среду (измеренная согласно специальным стандартам, например, ΕΝ 442) и весом элемента (который является основным параметром, непосредственно влияющим на себестоимость продукции).

В этой области обычно полагают, что литые под давлением алюминиевые радиаторные элементы, имеющиеся в наличии в настоящий момент, сейчас достигли пределов их технических характеристик и не могут быть улучшены или разве что минимальным образом.

Кроме того, все решения, потенциально допускающие увеличение эффективности радиаторного элемента, должны согласовываться с общими размерами радиаторных элементов, которые обычно являются ограниченными, поскольку объединенные рыночные стандарты должны быть соблюдены, в частности по ширине (максимальная ширина элемента, обычно определенная расстоянием между свободными концами гидравлических соединений, расположенных на том же конце элемента), глубине (расстояние между передней и задней пластинами) и межцентровому расстоянию (расстояние между центрами гидравлических соединений).

Принятые критерии конструктивного исполнения для литых под давлением алюминиевых радиаторных элементов в результате привели к изделиям с удельной мощностью, которая в настоящее время считается удовлетворительной и практически не допускающей улучшения.

Однако специалисты заявителя установили, что известные решения все-таки имеют значительные резервы для улучшения, что может быть достигнуто за счет полного изменения подхода к проблеме повышения удельной мощности.

Раскрытие изобретения

Одной задачей настоящего изобретения является создание литьевого под давлением алюминиевого нагревательного радиаторного элемента, который имеет высокие тепловые характеристики, превосходящие тепловые характеристики обычного радиаторного элемента сопоставимых размеров и веса, и соответствует рыночным стандартам в отношении размеров.

Таким образом, изобретение относится к литьевому под давлением алюминиевому нагревательному радиаторному элементу, который, по существу, определен в п.1 приложенной формулы изобретения и в его предпочтительных вариантах осуществления, в зависимых пунктах формулы изобретения.

По сравнению с известными радиаторными элементами радиаторный элемент согласно настоящему изобретению имеет, несомненно, превосходные характеристики, с той же зоной влияния и размерами и в

- 1 025798 особенности с большей удельной мощностью.

Улучшение характеристик достигается за счет особой формы зоны гидравлических соединений элемента, выполненных для содействия теплообмену между алюминием и воздухом по отношению к теплообмену между водой (циркулирующей внутри радиаторного элемента) и алюминием, как в известном уровне техники, который рассматривает обменное взаимодействие воды/алюминия в качестве критического аспекта, подлежащего усовершенствованию с целью улучшения характеристик радиаторного элемента.

В радиаторном элементе теплота передается окружающей среде, которая должна быть нагрета в трех последовательных этапах: сначала теплота передается посредством воды, которая циркулирует внутри радиаторного элемента (а именно в водяной камере), к стенкам водяной камеры за счет принудительной конвекции; затем теплота переносится путем теплопроводности внутрь алюминиевой конструкции радиаторного элемента, проходя от стенок водяной камеры к другим частям элемента (ребрам, перегородкам, пластинам), теплота передается от алюминия к воздуху окружающей среды, в которой установлен радиаторный элемент, по существу, за счет естественной конвекции (в дополнение к излучению, но в значительно меньшей и по существу пренебрежимой степени).

Таким образом, радиаторный элемент включает в себя водяной контур, образованный водяной камерой и гидравлическими соединениями, которые соединяют элемент со смежными элементами и/или с внешней гидравлической системой, и воздушный контур, образованный объемами, доступными для прохождения воздуха вокруг алюминиевой конструкции элемента.

Согласно современным общеизвестным знаниям явления теплообмена в радиаторном элементе и, в частности, литом под давлением алюминиевом радиаторном элементе, наиболее эффективной теплообменной частью считается высокотемпературная часть между водой и алюминием. Следовательно, известный уровень техники предписывает увеличение по температуре и размерам теплообменных поверхностей воды/алюминия.

Этот подход в целом является неблагоприятным для теплообмена между алюминиевой конструкцией радиаторного элемента и окружающим воздухом, поскольку он ограничивает имеющееся пространство и, таким образом, скорость и эффективность теплообмена алюминий/воздух.

По существу, специалисты заявителя обнаружили, что критическим аспектом для увеличения эффективности радиаторного элемента (его удельной мощности) является теплообмен между алюминием и воздухом, а не теплообмен между водой и алюминием.

Таким образом, согласно изобретению передача тепла увеличивается между алюминием радиаторного элемента и воздухом, который окружает его поверхности, в особенности в критической зоне около гидравлических соединений, в частности гидравлических соединений на верхнем конце элемента.

Настоящее изобретение является следствием принятия нового подхода к проблеме увеличения удельной мощности радиаторного элемента, выполненного из литого под давлением алюминия.

Вместо попытки увеличивать теплообмен при высокой температуре между водой, циркулирующей в элементе, и алюминиевой конструкцией (например, путем увеличения металлических поверхностей при высокой температуре и/или за счет увеличения размеров водяной камеры), как в области общеизвестных знаний, согласно настоящему изобретению приоритет отдается теплообмену между алюминиевой структурой и окружающим воздухом.

В действительности неожиданно обнаружилось, что имеет место теплообмен алюминий/воздух, который представляет собой критическую стадию в полном теплообмене радиаторного элемента.

В частности, считается, что обычный радиаторный элемент имеет критические зоны, в которых скорость воздуха, который окружает поверхности элемента, является относительно низкой, и в этих зонах теплообмен может быть улучшен.

Более конкретно критической зоной для теплообмена алюминий/воздух является зона, окружающая гидравлические соединения, особенно те, которые расположены на верхнем конце элемента.

Согласно критериям конструирования, общепринятым в данной области, для увеличения мощности радиаторного элемента необходимо увеличение теплообменных поверхностей в контакте с горячей водой и, следовательно, в частности, обеспечение теплообменных поверхностей (ребер, перегородок и т. д.), которые продолжаются от водяной камеры и от гидравлических соединений.

В действительности обычные радиаторные элементы имеют металлические теплообменные элементы, которые продолжаются от внешней боковой поверхности соединения и соединяют их, в частности, с верхним ребром, которое также (и в основном) имеет эстетические функции.

Примеры известных решений этого типа, имеющиеся в наличии на рынке, показаны на фиг. 1 и 2.

В реальности установлено, что этот тип решения увеличивает вес и размеры гидравлического соединения без значительного увеличения в эффективной теплообменной поверхности.

Согласно настоящему изобретению радиаторный элемент, с другой стороны, обеспечивает более равномерное и полное использование имеющихся обменных поверхностей, улучшая также использование эстетического ребра, обычно расположенного на вершине элемента, и улучшенное использование боковой поверхности соединения в дополнение к зоне перегородки над соединением.

Таким образом, значительные преимущества достигаются в характеристиках и эффективности теп- 2 025798 лообмена, подтвержденные экспериментальными данными: вся боковая поверхность соединения эффективно используется для теплообмена алюминий/воздух; вся поверхность перегородки над гидравлическим соединением может быть использована для теплообмена; пространство, освобожденное вокруг гидравлического соединения, может быть использовано для продолжения дополнительных ребристых поверхностей (которые не преграждают канал вокруг соединения).

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут ясными из описания следующих неограничивающих примеров осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 и 2 представляют собой частичные схематичные виды сбоку известных радиаторных элементов; фиг. 3 - схематичный вид в перспективе нагревательного радиаторного элемента, выполненного из литого под давлением алюминия согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - схематичный вид сбоку верхнего концевого участка радиаторного элемента согласно фиг. 3; фиг. 5 - схематичный вид сбоку варианта радиаторного элемента согласно фиг. 3, 4.

Лучший вариант осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг. 3 и 4 нагревательный радиаторный элемент 1, выполненный из литого под давлением алюминия, содержит, по существу, трубчатый монолитный корпус 2, выполненный из алюминия (упомянутый термин также охватывает алюминиевые сплавы) с помощью процесса литья под давлением.

Элемент 1 и корпус 2 продолжаются, по существу, вдоль продольной оси А (при использовании, по существу, вертикально) между двумя аксиально противоположными концами 3, 4; корпус 2 снабжен основной внутренней водяной камерой 5 для прохождения воды, радиально ограниченной боковой стенкой б, расположенной около оси А, и замкнутой аксиально на соответствующих противоположных продольных концах; предпочтительно, но не обязательно, чтобы корпус 2 имел сечение (перпендикулярно оси А), по существу, овальное, эллиптическое или, во всяком случае, вытянутое вдоль оси, и боковая стенка 6 корпуса 2, которая ограничивает камеру 5, сужается к одному из концов 3, 4.

Концы 3, 4 элемента 1 снабжены соответствующими парами соединений 7, которые выступают с противоположных сторон корпуса 2 вдоль соответствующих центральных осей X параллельно друг другу и по существу перпендикулярно к оси А для соединения элемента 1 с другими подобными элементами и/или с внешней гидравлической системой; соединения 7 выполнены, например (но не обязательно), подобно цилиндрическим рукавам с круглым сечением и внутри снабжены проходными трубками 8, сообщающимися с камерой 5.

Элемент 1 содержит систему 10 теплообменных ребер.

В частности, система 10 содержит: пару перегородок 11, которые выступают диаметрально противоположно от боковой стенки 6 вдоль продольной центральной плоскости элемента 1; переднюю пластину 12 и заднюю пластину 13, расположенные на соответствующих концах перегородок 11 и, по существу, перпендикулярно перегородкам 11 и параллельно оси А, при необходимости выполненные из нескольких секторов или участков пластины, отделенных щелями и/или отверстиями; множество боковых ребер 14, которые выступают от корпуса 2, а именно от боковой стенки 6 и/или от перегородок 11.

Элемент 1 имеет ширину Ь (максимальная ширина элемента 1, заданная расстоянием между противоположными свободными концами каждой пары соединений 7, выровненных вдоль оси X), глубину Р (расстояние между пластинами 12, 13) и межцентровое расстояние I (расстояние между центральными осями X соединений 7).

Корпус 2, включающий в себя соединения 7, и система 10 образуют в целом алюминиевую конструкцию 15 элемента 1. Вся конструкция 15 образует монолитную деталь, выполненную посредством литья под давлением.

Элемент 1 включает в себя водяной контур 16, образованный основной камерой 5, ограниченной стенкой 6 и трубками 8 соединений 7; и воздушный контур 17, образованный объемами, доступными для прохождения воздуха вокруг конструкции 15.

С конкретной ссылкой на фиг. 4 соединения 7 выступают с противоположных сторон 20 от корпуса 2 вдоль осей X; каждое из соединений 7, расположенных на верхнем конце 3 элемента 1, имеет непрерывную кольцевую боковую поверхность 21, замкнутую в кольцо, которая продолжается со стороны 20 и без прерываний и/или радиальных выступов выступает от нее и образует кольцевой канал 22, который полностью окружает соединение 7 и ограничен сзади стороной 20 элемента.

Соединение 7 прикреплено к соответствующей стороне 20 посредством корневой кромки 23, и сторона 20 продолжается вокруг корневой кромки 23; канал 22, таким образом, имеет концевую стенку 24, образованную участком стороны 20, которая окружает корневую кромку 23.

Предпочтительно, но не обязательно, что соединение 7 имеет центральную симметрию относительно центральной оси X и имеет боковую стенку равномерной толщины около центральной оси X.

По меньшей мере один отклоняющий элемент 25 обращен к участку боковой поверхности 21 соединения 7 и разнесен радиально от боковой поверхности 21 для образования участка канала 22.

В примере согласно фиг. 4 отклоняющий элемент 25 включает в себя верхнее теплообменное ребро 26, расположенное над соединением 7 и разнесенное радиально от него для образования верхнего участ- 3 025798 ка канала 22 вокруг соединения 7; ребро 26 продолжается от стороны 20 и не соединяется с боковой поверхностью 21 соединения 7.

В варианте согласно фиг. 5, в которой детали, подобные или идентичные таковым, описанным выше, обозначены одинаковыми ссылочными позициями, отклоняющий элемент 25 включает в себя одно или более боковых теплообменных ребер 27, расположенных на одной или соответствующих сторонах соединения 7 для образования соответствующих участков канала 22 около соединения 7; боковые ребра 27 продолжаются от стороны 20 элемента 1 и не соединяются с боковой поверхностью 21 соединения 7.

В заключение следует отметить, что в отношении радиаторного элемента, описанного и проиллюстрированного в данном документе, могут быть выполнены другие модификации и изменения, которые не выходят за рамки объема приложенной формулы изобретения.

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Нагревательный радиаторный элемент (1), выполненный из литого под давлением алюминия, продолжающийся вдоль продольной оси (А) и имеющий монолитную конструкцию (15), выполненную из алюминия посредством литья под давлением, содержащий трубчатый корпус (2), снабженный основной внутренней водяной камерой (5) для прохождения воды, радиально ограниченной боковой стенкой (6), расположенной вокруг оси (А), соединения (7), которые продолжаются от противоположных боковых сторон (20) корпуса (2) вдоль соответствующих центральных осей (X) для соединения элемента (1) с другими подобными элементами и/или с внешней гидравлической системой, и систему (10) теплообменных ребер, которая содержит пару перегородок (11), которые выступают диаметрально противоположно от боковой стенки (6) вдоль продольной центральной плоскости элемента (1), переднюю пластину (12) и заднюю пластину (13), расположенные на соответствующих концах перегородок (11) и, по существу, перпендикулярно перегородкам (11) и параллельно оси (А), и множество боковых ребер (14), которые выступают от корпуса (2), при этом по меньшей мере одно соединение (7), расположенное на верхнем конце (3) элемента (1), имеет непрерывную кольцевую боковую поверхность (21) без радиальных выступов и образует кольцевой канал (22), который полностью окружает соединение (7) и ограничен сзади стороной (20) элемента (1), отличающийся тем, что по меньшей мере один отклоняющий элемент (25) обращен к участку боковой поверхности (21) соединения (7) и разнесен радиально от упомянутой боковой поверхности (21) для образования участка канала (22), причем отклоняющий элемент (25) включает в себя верхнее теплообменное ребро (26), расположенное над соединением (7) и разнесенное радиально от него для образования верхнего участка канала (22) вокруг соединения (7), при этом упомянутые верхние теплообменные ребра (26, 27) продолжаются от стороны (20) элемента (1) и не соединяются с боковой поверхностью (21) соединения (7).
2. 2. Элемент по п.1, в котором соединение (7) соединено со стороной (20) посредством корневой кромки (23) и сторона (20) элемента (1) продолжается вокруг упомянутой корневой кромки (23).
3. 3. Элемент по одному из предшествующих пунктов, в котором соединение (7) имеет центральную симметрию относительно центральной оси (X).
4. 4. Элемент по одному из предшествующих пунктов, в котором соединение (7) имеет боковую стенку, имеющую одинаковую толщину вокруг центральной оси (X).