PL193192B1 - Grzejnik, zwłaszcza do systemów grzewczych - Google Patents

Abstract

1. Grzejnik, zwlaszcza do systemów grzewczych, zawierajacy co najmniej jeden modul, który ma ruro- wa czesc o splaszczonym przekroju poprzecznym, przeciwlegle konce górny i dolny, posiadajace odpo- wiednie boczne zlacza hydrauliczne zasadniczo usytuowane w jednej linii wzdluz mniejszej osi prze- kroju poprzecznego oraz zebrowana czesc wykona- na integralnie w jednym kawalku z boczna sciana rurowej czesci, przy czym ta zebrowana czesc za- wiera pierwsze zeberka odchodzace bezposrednio od rurowej czesci i drugie zeberka odchodzace po- przecznie od odpowiednich przednich zeber z kolei odchodzacych od rurowej czesci i prostopadlych do pierwszych zeberek, przy czym zebra te sa zasadni- czo usytuowane zgodnie z wieksza osia przekroju poprzecznego, znamienny tym, ze przekrój po- przeczny (4) ma wewnetrzny wymiar (D) mierzony wzdluz wiekszej osi (X), którego wielkosc wynosi co najwyzej 45% glebokosci modulu (2), równiez mie- rzonej wzdluz wiekszej osi (X). PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest grzejnik, zwłaszcza do systemów grzewczych, montowanych w domowych i przemysłowych instalacjach grzewczych, wykonany z lekkiego stopu i mający kształt geometryczny, który nadaje mu dużą wytrzymałość na ciśnienie wewnętrzne.

Nowoczesne grzejniki do systemów grzewczych mogą zawierać pewną liczbę znormalizowanych modułów upakowanych jeden obok drugiego szczelnie dla płynu i dołączonych do przewodów rurowych systemu. Moduły te są przykładowo wykonane z lekkiego stopu i zawierają rurową części, wzdłuż której przepływa płyn wymiany ciepła, oraz część żebrowaną wykonaną integralnie w jednym kawałku z rurową częścią i odbierającą ciepło przenoszone przez płyn wymiany ciepła oraz oddającą to ciepło do otoczenia przez konwekcję i promieniowanie.

W celu umożliwienia zwartego połączenia modułów obok siebie, rurowa część normalnie ma płaski przekrój poprzeczny, jak pokazano przykładowo na pos. 1, który jest normalnie stały na całej długości (wysokości) rurowej części i ma zasadniczo kształt rombu, prostokąta lub podwójnego trapezu równoramiennego z zaokrąglonymi krawędziami i z maksymalnymi wymiarami poprzecznymi mierzonymi równolegle do dwóch prostopadłych osi symetrii. Od krawędzi końcowych rombu przy przeciwległych końcach dłuższej osi odchodzą dwa żebra, od których odchodzi pewna liczba poprzecznych żeberek. Ponadto żeberka odchodzą bezpośrednio od bocznej ściany rurowej części, a zwłaszcza od tych samych krawędzi końcowych co żebra, przy czym żebra te są zasadniczo usytuowane zgodnie z większą osią przekroju poprzecznego.

Typowym przykładem takiego znanego rozwiązania jest grzejnik ujawniony w opisie wynalazku CH 556523.

Grzejniki zawierające znane moduły powyższego typu mają małą wytrzymałość na wewnętrzne ciśnienie. Zwłaszcza przy badaniu na rozerwanie te znane grzejniki zostają uszkodzone przy wewnętrznym ciśnieniu płynu wymiany ciepła w granicach 1,4-2,4 MPa, podczas gdy grzejniki zdolne do wytrzymywania większych ciśnień normalnie mają rurową część o grubszej ścianie bocznej, co zwiększa zarówno ciężar jak i koszt.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie taniego, lekkiego grzejnika do domowych systemów grzewczych, który jest wytwarzany z lekkiego stopu (lub podobnego materiału) i który zapewnia zarówno skuteczną wymianę ciepła jak i wytrzymałość na ciśnienie znacznie większą niż znane grzejniki, np. powyżej 3 MPa.

Według wynalazku opracowano grzejnik zawierający co najmniej jeden moduł, który ma rurową część o spłaszczonym przekroju poprzecznym, przeciwległe końce górny i dolny, posiadające odpowiednie boczne złącza hydrauliczne zasadniczo usytuowane w jednej linii wzdłuż mniejszej osi przekroju poprzecznego oraz żebrowaną część wykonaną integralnie w jednym kawałku z boczną ścianą rurowej części, przy czym ta żebrowana część zawiera pierwsze żeberka odchodzące bezpośrednio od rurowej części i drugie żeberka odchodzące poprzecznie od odpowiednich przednich żeber z kolei odchodzących od rurowej części i prostopadłych do pierwszych żeberek, przy czym żebra te są zasadniczo usytuowane zgodnie z większą osią przekroju poprzecznego. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że przekrój poprzeczny ma wewnętrzny wymiar mierzony wzdłuż większej osi, którego wielkość wynosi co najwyżej 45% głębokości modułu, również mierzonej wzdłuż większej osi.

Korzystnym jest, że rdzeniowa część każdego żebra zawiera pierwsze grzbiety łączące żebro ze ścianą boczną rurowej części oraz drugie grzbiety łączące żebro z odpowiednim drugim żeberkiem wspieranym przez żebro i usytuowanym tuż przy rurowej części, zaś przekrój poprzeczny rurowej części ma grubość ściany w zakresie 2,4-4,5 mm, przy czym wymieniony przekrój poprzeczny rurowej części ma wewnętrzny wymiar, mierzony wzdłuż mniejszej osi, w przybliżeniu równy albo większy niż 15% wewnętrznego wymiaru tego samego przekroju poprzecznego, mierzonego wzdłuż większej osi. Wewnętrzne wymiary mierzone wzdłuż większej osi i mniejszej osi każdego przekroju poprzecznego zmieniają się wzdłuż osi rurowej części albo pozostają zasadniczo stałe wzdłuż tej osi, przy czym przynajmniej wzdłuż osiowej rurowej części posiadającej wymienione pierwsze żeberka przekrój poprzeczny rurowej części ma kształt zasadniczo prostokątnego pierścienia z zaokrąglonymi narożnikami i z nieco wykrzywionymi na zewnątrz bokami. Głębokość modułu, mierzona wzdłuż większej osi przekroju poprzecznego rurowej części, wynosi ponad 80 mm.

Kształt geometryczny określony przez powyższe parametry zapewnia uzyskanie grzejników zdolnych do wytrzymywania ciśnień wewnętrznych ponad 3,5-4 MPa przy równoczesnym utrzymaniu stosunkowo cienkiej ściany rurowej części (2,4-4,5 mm), a zatem małego ciężaru i niewielkiego koszPL 193 192 B1 tu, wraz z utrzymaniem całkowitych wymiarów modułu dokładnie kompatybilnych z aktualnie stosowanymi systemami grzewczymi (głębokość modułu ponad 80 mm; dowolna wysokość modułu, mierzona wzdłuż osi rurowej części; oraz gęste upakowanie obok siebie w ograniczonych przestrzeniach).

Te korzystne nieoczekiwane właściwości, określone doświadczalnie, przypisywane są korzystnemu rozkładowi naprężeń uzyskiwanemu dzięki kształtowi geometrycznemu według przedmiotowego wynalazku, który, określony przez odpowiednią kombinację parametrów wymiarowych i parametrów kształtu, umożliwia lepsze rozłożenie w rurowej części naprężeń powodowanych przez wewnętrzne ciśnienie przy równoczesnym umożliwieniu, by żeberka aktywnie uczestniczyły w przyjmowaniu przynajmniej części naprężenia i w ten sposób polepszały wytrzymałość mechaniczną rurowej części.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia różne przekroje poprzeczne na różnych wysokościach modułu grzejnika bez zachowania skali, zaś fig. 2 przedstawia moduł grzejnika z fig. 1w trzech widokach w zmniejszonej skali, a mianowicie przekrój wzdłużny (fig. 2a), widok od tyłu (fig. 2b) oraz widok z boku (fig. 2c).

Na fig. 1 i 2 przedstawiono dla uproszczenia tylko jeden moduł 2 całego grzejnika 1 do domowych i przemysłowych systemów grzewczych. Grzejnik 1 zawiera przykładowo dowolną liczbę modułów 2 połączonych ze sobą szczelnie w zespół.

W tym celu każdy moduł 2 zawiera rurową część 3 posiadającą zasadniczo pionową oś wzdłużną i płaski promieniowy przekrój poprzeczny 4 oraz żeberkową część 5 utworzoną integralnie w jednym kawałku z boczną ścianą 6 rurowej części 3. Sekcja 4 jest płaska i ma bardzo różniące się wymiary poprzeczne mierzone równolegle do dwóch prostopadłych osi symetrii X i Y. Ponieważ wymiar wzdłuż osi X jest większy niż wymiar wzdłuż osi Y, oś X jest dalej nazywana osią większą, a oś Y -osią mniejszą.

Przeciwległe wzdłużne końce 7, 8 górny i dolny rurowej części 3 są wyposażone z boku w odpowiednie cylindryczne hydrauliczne złącza 10 zasadniczo usytuowane wzdłuż mniejszej osi Y odpowiedniego przekroju 4, to znaczy z odpowiednimi osiami symetrii zasadniczo współosiowymi z osią Y przekroju 4 usytuowaną na takiej samej wysokości jak osie złączy 10, to znaczy w takim samym położeniu wzdłużnym (w stosunku do osi symetrii części 3) jak złącza 10.

Każdy moduł 2 jest korzystnie formowany wtryskowo z lekkiego stopu lub z podobnego materiału, przy czym dolny koniec 8 jest w tym celu otwarty, a jest zamykany w eksploatacji w znany sposób za pomocą spawanego korka 8a.

Żebrowana część 5 zawiera pierwszą liczbę żeberek 11, zaczynających się bezpośrednio od rurowej części 3 oraz drugą liczbę żeberek 12 zaczynających się poprzecznie od odpowiednich przednich żeber 13, które z kolei zaczynają się od rurowej części 3 i przebiegają prostopadle do żeberek 11. Żebra 13 są zasadniczo ustawione zgodnie z większą osią X wszystkich przekrojów poprzecznych 4 rurowej części 3.

Zgodnie z charakterystyczną cechą wynalazku, każdy przekrój poprzeczny 4 rurowej części 3 ma wewnętrzny wymiar D, mierzony wzdłuż większej osi X, mniejszy niż lub równy w przybliżeniu 45% głębokości P modułu 2, również mierzonej równolegle do osi X odpowiedniego przekroju 4 (fig. 1). To znaczy dla każdego przekroju 4 obowiązuje następująca nierówność:

(1) D £ 0,45P

Nierówność (1) odnosi się zwłaszcza do przekroju poprzecznego 4 w płaszczyźnie C-C (fig. 1), to znaczy do przekroju 4 odpowiadającego dolnemu końcowi (to znaczy najbliższemu złączom 10 końca 8) żebrowanej części 15 rurowej części 3, utworzonemu przez wzdłużną część rurowej części 3 wyposażoną w żeberka 11.

Nierówność (1) dotyczy również reszty żebrowanej części 15 z tym, że, ponieważ moduły 2 są formowane przez wtrysk, wartość D, jak to jest znane fachowcom, musi być dodatkowo zmniejszona o wartość odpowiadającą kątowi zbieżności.

Zależnie od całkowitych wymiarów modułu 2 (całkowita długość, to znaczy wysokość rurowej części 3, która może być dowolnej długości, oraz głębokość P, która musi wynosić powyżej 80 mm) grubość S bocznej ściany 6 rurowej części 3 w idealnym przypadku jest w zakresie 2,4-4,5 mm. Wartości te odnoszą się do średniej grubości S obliczonej jako średnia arytmetyczna grubości dwóch ścian 6 mierzonych w średnicowo przeciwległych punktach odpowiedniego przekroju 4.

Według korzystnej cechy wynalazku każdy przekrój 4 rurowej części 3 ma wewnętrzny wymiar L, mierzony wzdłuż mniejszej osi Y, równy lub większy niż w przybliżeniu 15% wewnętrznego wymiaru D tego samego przekroju poprzecznego 4, mierzonego wzdłuż większej osi X. Obowiązuje zatem następująca nierówność:

PL 193 192 B1 (2) L > 0,15 D

Nierówność (2) dotyczy zwłaszcza przekroju poprzecznego 4 w płaszczyźnie C-C (fig. 1).

Według innej cechy wynalazku, każde żebro 13 ma rdzeniową część 20 bez żeberek 12, która rozpoczyna się od odpowiedniej części, pozbawionej żeberek 11, bocznej ściany 6 rurowej części 3. Część 20 każdego przedniego żebra 13 zawiera pewną liczbę odpowiednich grzbietów 22 wzdłuż całej długości żebrowanej części 15, a grzbiety 22 są tak ukształtowane, aby łączyć każde żebro 13 zarówno z częścią ściany bocznej 6 rurowej części 3, od której odchodzi rdzeniowa część 20, jak i z żeberkiem 12 usytuowanym najbliżej rdzeniowej części 20, to znaczy z żeberkiem na żebrze 13 usytuowanym tuż przy rurowej części 3.

Wreszcie, jak pokazano wyraźnie na fig. 1, wymiary D i L, mierzone wzdłuż większej i mniejszej osi X i Y, każdego przekroju poprzecznego 4 mogą zmieniać się wzdłuż osi rurowej części 3 albo też mogą pozostawać zasadniczo stałe wzdłuż całej osi rurowej części 3, oczywiście pod warunkiem spełnienia nierówności (1) i (2).

Przynajmniej wzdłuż całej żebrowanej części 15 przekrój poprzeczny 4 rurowej części 3 może zatem być ukształtowany tak, jak pokazano w płaszczyznach A-A i B-B na fig. 1, to znaczy w kształcie zasadniczo prostokątnego pierścienia z zaokrąglonymi narożnikami i bokami nieco wykrzywionymi na zewnątrz. Natomiast w płaszczyźnie C-C może on przypominać kształt rombu, ale z różnymi stosunkami wymiarów pomiędzy większą i mniejszą osią X i Y zgodnie z nierównościami (1) i (2).

Wynalazek zostanie opisany poniżej na podstawie przykładu.

Przykład

W celu określenia rzeczywistej różnicy działania pomiędzy grzejnikiem stanowiącym przedmiot niniejszego wynalazku a konwencjonalnym grzejnikiem zbadano hydraulicznie na rozerwanie sześć dwumodułowych zespołów, to znaczy sześć różnych grzejników, z których każdy zawierał dwa umieszczone obok siebie moduły 2.

Trzy znane grzejniki, dwa wytworzone przez zgłaszającego niniejszy wynalazek i jeden kupiony, wszystkie miały przekrój poprzeczny taki, jak pokazano na pos. 1, głębokość P ponad 80 mm i większy wewnętrzny wymiar D komory wodnej (przewód, w którym przepływa płyn wymiany ciepła) równy lub większy niż 0,50 P (50% z P) (zwłaszcza w przekroju poprzecznym 4 w płaszczyźnie C-C na fig. 1).

Powyższe trzy grzejniki i trzy według niniejszego wynalazku badano kolejno przez dołączanie ich kolejno do testowego obwodu wyposażonego w pompę o regulowanym ciśnieniu. Po dołączeniu ciśnienie wody wewnątrz każdego grzejnika zwiększano stopniowo z 0,3 MPa z prędkością 0,1 MPa na minutę aż do rozerwania grzejnika. Wartości ciśnienia były mierzone w sposób ciągły za pomocą manometru rejestrującego, a wyniki przedstawiono w tabeli 1.

Claims (9)

1. Grzejnik, zwłaszcza do systemów grzewczych, zawierający co najmniej jeden moduł, który ma rurową część o spłaszczonym przekroju poprzecznym, przeciwległe końce górny i dolny, posiadające odpowiednie boczne złącza hydrauliczne zasadniczo usytuowane w jednej linii wzdłuż mniejszej osi przekroju poprzecznego oraz żebrowaną część wykonaną integralnie w jednym kawałku z boczną ścianą rurowej części, przy czym ta żebrowana część zawiera pierwsze żeberka odchodzące bezpośrednio od rurowej części i drugie żeberka odchodzące poprzecznie od odpowiednich przednich żeber z kolei odchodzących od rurowej części i prostopadłych do pierwszych żeberek, przy czym żebra te są zasadniczo usytuowane zgodnie z większą osią przekroju poprzecznego, znamienny tym, że przekrój poprzeczny (4) ma wewnętrzny wymiar (D) mierzony wzdłuż większej osi (X), którego wielkość wynosi co najwyżej 45% głębokości modułu (2), również mierzonej wzdłuż większej osi (X).

PL 193 192 B1

2. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że rdzeniowa część (20) każdego żebra (13) zawiera pierwsze grzbiety (22) łączące żebro (13) ze ścianą boczną (6) rurowej części (3) oraz drugie grzbiety (22) łączące żebro (13) z odpowiednim drugim żeberkiem (12) wspieranym przez żebro (13) i usytuowanym tuż przy rurowej części (3).

3. Grzejnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przekrój poprzeczny (4) rurowej części (3) ma grubość (S) ściany w zakresie 2,4-4,5 mm.

4. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przekrój poprzeczny (4) rurowej części (3) ma wewnętrzny wymiar (L), mierzony wzdłuż mniejszej osi (Y), w przybliżeniu równy 15% wewnętrznego wymiaru (D) tego samego przekroju poprzecznego (4), mierzonego wzdłuż większej osi (4).

5. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że przekrój poprzeczny (4) rurowej części (3) ma wewnętrzny wymiar (L), mierzony wzdłuż mniejszej osi (Y), większy niż 15% wewnętrznego wymiaru (D) tego samego przekroju poprzecznego (4), mierzonego wzdłuż większej osi (4).

6. Grzejnik według zastrz. 1 albo4 albo 5, znamienny tym, że wewnętrzne wymiary (D, L) mierzone wzdłuż większej osi (X) i mniejszej osi (Y) każdego przekroju poprzecznego (4) zmieniają się wzdłuż osi rurowej części (3).

7. Grzejnik według zastrz. 1 albo4 albo 5, znamienny tym, że wewnętrzne wymiary (D, L) mierzone wzdłuż większej osi (X) i mniejszej osi (Y) każdego przekroju poprzecznego (4) pozostają zasadniczo stałe wzdłuż osi rurowej części (3).

8. Grzejnik według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przynajmniej wzdłuż osiowej rurowej części (3) posiadającej wymienione pierwsze żeberka (11) przekrój poprzeczny (4) rurowej części (3) ma kształt zasadniczo prostokątnego pierścienia z zaokrąglonymi narożnikami i z nieco wykrzywionymi na zewnątrz bokami.

9. Grzejnik według zastrz. 1, znamienny tym, że głębokość (P) modułu (2), mierzona wzdłuż większej osi (X) przekroju poprzecznego (4) rurowej części (3), wynosi ponad 80 mm.