Нагревательная панель

Использование: стационарные системы водяного отопления жилых зданий, мобильные бытовые и промышленные электрообогреватели, теплый пол, технологический нагрев оборудования в пожароопасных отраслях промышленности. Задача: упрощение конструкции и снижение гидравлического сопротивления движению жидкости. Нагревательная панель 1 содержит два параллельно расположенных на расстоянии друг от друга листа 2 и 3 из пластмассы, соединенных между собой при помощи множества ребер жесткости 4, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно листам 2 и 3 и выполненных из той же пластмассы как одно целое с упомянутыми листами 2 и 3. Благодаря параллельному расположению ребер жесткости 4 изготовление панели 1 возможно при помощи экструзии, что упрощает технологию ее изготовления. Кроме того, параллельное расположение ребер жесткости 4 образует множество параллельных каналов 5, в которых может двигаться жидкость-теплоноситель или может находиться без движения электропроводная жидкость (обобщенно: жидкий тепловой агент, обычно это вода). При этом количество ребер жесткости 4 не ограничено и определяется требованиями к прочности панели 1 (ее способности выдерживать давление) и гидродинамикой каналов 5. Прочность панели 1 в определенной мере зависит также от толщины листов 2 и 3. Однако необходимая прочность может быть достигнута и при малой толщине листов 2 и 3 благодаря большому количеству ребер жесткости 4. Малая толщина листов 2 и 3 желательна, так как при этом помимо экономии материала повышается передача тепла наружу от жидкого теплового агента. Смежные открытые концы каналов 5 объединены при помощи коллекторов, которые выполнены гидравлическими 6, 7 или 8, 9 (фиг.2 и 3) или электрическими 12 и 13 (фиг.4). В первом варианте жидкий тепловой агент (жидкость-теплоноситель) в каналах 5 циркулирует, во втором варианте жидкий тепловой агент (электропроводная жидкость) находится в каналах 5 неподвижно. 1 нез. п.ф-лы; 4 илл.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к пластинчатым нагревательным элементам в форме пустотелых панелей с каналами, отличающихся использованием пластмасс.

Уровень техники

Известна секция теплообменника, содержащая две жестко соединенный по периферии гофрированные пластины и окна для входа и выхода теплоносителя, при этом окна расположены по диагонали на противоположных боковых сторонах секции, а пластины в направлении, перпендикулярном волнам, имеют выштамповки, образующие сплошные перегородки, смещенные одна относительно другой на ширину гофра и разделяющие полость секции на Z-образные каналы равной длины (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №369364, МПК F28F 3/12, опубликовано 08.11.1973, Бюл. №10).

Признаки известной секции теплообменника, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии двух жестко соединенных друг с другом пластин с образованием каналов между ними для прохождения текучей среды.

Причина, препятствующая получению в известной секции технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в выполнении пластин из металла т.е. материала, который моно штамповать и варить, а также в выполнении каналов Z-образными. Использование металла увеличивает себестоимость секции, так как является дорогим сам металл, а также необходимы операции его сварки, антикоррозионной обработки, покраски; выполнение каналов Z-образными

создает значительное гидравлическое сопротивление движению жидкости.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является нагревательная панель, содержащая верхнюю и нижнюю плиты, сформированные как единое целое напротив друг друга с образованием внутреннего прохода для текучей среды, по которому протекает горячая вода, множество соединительных элементов, каждый из которых проходит симметрично от верхней и нижней плиты в направлении нижней и верхней плиты соответственно и соединяет верхнюю и нижнюю плиты друг с другом, внутренний проход для текучей среды, образованный внутри плиты с помощью множества соединительных элементов, и две соединительные части для среды для подачи и отвода горячей воды, при этом один или более соединительных элементов вблизи соединительных частей пробиты с образованием отверстий. Отверстия заполняются расплавленной пластичной смолой, и расплавленная пластичная смола образует единое целое с соединительными элементами с помощью давления (Патент RU №2278339, МПК F28F 3/12, опубликовано 20.06.2006, Бюл. №17).

Признаки известной нагревательной панели (прототипа), совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии двух плит, сформированных из пластмассы как единое целое и расположенные напротив друг друга с образованием внутреннего прохода для текучей среды, по которому протекает горячая вода, и множества соединительных элементов.

Причина, препятствующая получению в известной нагревательной панели технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в том, что каждый соединительный элемент панели вблизи соединительных частей пробит с образованием отверстий так, что отверстия заполняются расплавленной смолой и расплавленная пластичная смола образует единое целое с соединительными

элементами с помощью давления. Такая конструкция панели является сложной в изготовлении, а также она создает большое гидравлическое сопротивление движению жидкости, так как каналы между плитами, предназначенные для движения жидкости, не являются прямолинейными.

Раскрытие полезной модели

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции и снижении гидравлического сопротивления движению жидкости.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в прямолинейной форме каналов, обеспечивающей возможность изготовления нагревательной панели методом экструзии и возможность ламинарного движения жидкости в этих каналах.

Достигается технический результат тем, что тепловая панель выполнена в виде двух параллельных листов из пластмассы, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой при помощи ребер жесткости, расположенных между листами параллельно друг другу и перпендикулярно упомянутым листам и выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных либо гидравлическими, образующими вместе с упомянутыми каналами единую гидравлическую систему для обеспечения движения жидкости-теплоносителя в этих каналах, либо электрическими, предназначенными для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.

Новые признаки заявленной полезной модели заключаются в соединении пластмассовых листов между собой при помощи ребер жесткости, расположенных между листами параллельно друг другу и перпендикулярно упомянутым листами и выполненных из той же пластмассы с образованием

множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных либо гидравлическими, образующими вместе с упомянутыми каналами единую гидравлическую систему для обеспечения движения жидкости-теплоносителя в этих каналах, либо электрическими, предназначенными для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана схема нагревательной панели в поперечном сечении, на фиг.2, 3 и 4 - то же в продольном сечении, причем на фиг.2 и 3-е гидравлическими коллекторами, на фиг 4 - с электрическими коллекторами.

Осуществление полезной модели

Нагревательная панель 1 содержит два параллельно расположенных на расстоянии друг от друга листа 2 и 3 из пластмассы, соединенных между собой при помощи множества ребер жесткости 4, расположенных параллельно друг другу и перпендикулярно листам 2 и 3 и выполненных из той же пластмассы как одно целое с упомянутыми листами 2 и 3. Благодаря параллельному расположению ребер жесткости 4 изготовление панели 1 возможно при помощи экструзии, что упрощает технологию ее изготовления. Кроме того, параллельное расположенные ребер жесткости 4 образует множество параллельных каналов 5, в которых может двигаться жидкость-теплоноситель или может находиться без движения электропроводная жидкость (обобщенно: жидкий тепловой агент, обычно это вода). При этом количество ребер жесткости 4 не ограничено и определяется требованиями к прочности панели 1 (ее способности выдерживать давление) и гидродинамикой каналов 5. Прочность панели 1 в определенной мере зависит также от толщины листов 2 и 3. Однако необходимая прочность может быть достигнута и при малой толщине листов

2 и 3 благодаря большому количеству ребер жесткости 4. Малая толщина листов 2 и 3 желательна, так как при этом помимо экономии материала повышается передача тепла наружу от жидкого теплового агента.

Смежные открытые концы каналов 5 объединены при помощи коллекторов, которые выполнены гидравлическими 6, 7 или 8, 9 (фиг.2 и 3) или электрическими 12 и 13 (фиг.4). В первом варианте жидкий тепловой агент (жидкость-теплоноситель) в каналах 5 циркулирует, во втором варианте жидкий тепловой агент (электропроводная жидкость) находится в каналах 5 неподвижно.

В первом варианте выполнения панели 1 (фиг.1, 2) движение жидкого агента по каналам 5 обеспечивается при помощи двух гидравлических коллекторов 6 и 7, выполненных в виде труб и установленных на концах каналов 5 с объединением смежных концов этих каналов (фиг.2) При этом трубы 6 и 7 коллектора выполнены из той же пластмассы, а в каждой трубе по ее образующей выполнен паз (не показан), в который вставлена и закреплена одним своим торцом со стороны открытых концов каналов 4 панель 1. Гидравлические коллекторы могут быть выполнены также в виде торцевых поперечных каналов 8 и 9 (фиг.3), образованных торцевыми заглушками 10 и 11, а также отсутствием в торцевых областях ребер 4. В любом случае коллекторы содержат соответствующие патрубки для подвода в каналы 5 и отвода из них жидкого теплового агента, нагреваемого за пределами панели 1.

Во втором варианте выполнения панели 1 (фиг.1 и 4) нагрев жидкого агента в каналах 5 обеспечивается при помощи двух электрических коллекторов 12 и 13, выполненных в виде множества электрических контактов 14, расположенных по концам каналов 5. При этом данные контакты одновременно могут выполнять функцию заглушек этих каналов. Каналы 5 заполняются любой электропроводной жидкостью (например,

подсоленной водой), а контакты 14 каждого коллектора могут быть соединены параллельно или последовательно; возможны также комбинации этих двух типов электрических соединений.

Работа нагревательной панели заключается в следующем.

Если каналы 5 по концам объединены при помощи гидравлических коллекторов (фиг.2 и 3), то эти коллекторы подключают к подающему и отводящему трубопроводам системы отопления (варианты подключения могут быть разные). При этом жидкий нагревательный агент, нагретый за пределами панели 1, проходит по каналам 5 панели параллельными ламинарными потоками и отдает свое тепло наружу через листы 2 и 3.

Если каналы 5 по концам объединены при помощи электрических коллекторов 12 и 13 (фиг.4), то сначала каналы 5 заполняют электропроводной жидкостью, а затем электроды 14 указанных коллекторов подключают к источнику электрического тока (не показан), который проходит через жидкость, находящуюся в каналах 5, и нагревает эту жидкость. Нагретая таким образом жидкость отдает свое тепло наружу через листы 2 и 3.

Общими преимуществами предлагаемых нагревательных панелей является, во-первых, отказ от дорогостоящего металла при изготовлении самих панелей, во-вторых, значительное уменьшение веса панелей и, в третьих, простота изготовления панелей с помощью экструзии.

Преимуществами гидравлического варианта панели являются, во-первых, полное отсутствие коррозии и нечувствительность к качеству теплоносителя; во-вторых, малая строительная глубина отопительного прибора, обусловленная малой толщиной самой панели; в третьих, достаточно высокая теплоотдача и хорошие условия конвективного теплообмена, сравнимые с теми же показателями металлических аналогов.

Преимущества электрического варианта нагревательной панели обусловлены главным образом электродным способом нагрева электропроводной

жидкости в каналах панели. К ним, относятся, во-первых, практически полная пожаробезопасность, обусловленная тем, что температура жидкости внутри каналов не может превысить порога ее кипения (Так как процесс кипения резко увеличивает электрическое сопротивление жидкости, что приводит к уменьшению тока через жидкость. Другими словами, панель работает в режиме «саморегулирования»), что обусловливает возможность «безнадзорной» эксплуатации панелей; во вторых, прямой нагрев электропроводной жидкости электрическим током подразумевает высокий КПД этого способа нагрева, который, как известно, доходит до 98% (для сравнения: КПД обычного электрического ТЭНа находится в пределах 82-85%); в-третьих, конструктивные особенности предлагаемого электрического варианта панели имеют существенное преимущество перед традиционными способами электродного нагрева, заключающееся в отсутствии опасности поражения электрическим током при обрыве нулевого провода благодаря полной электрической изолированности электропроводной жидкости и невозможности появления электрического потенциала на пластмассовой поверхности панели (в то время как в обычных системах электродного нагрева воды обрыв нулевого провода приводит к появлению электрического потенциала на корпусе нагревательного прибора).

Перечисленные достоинства электрического варианта обусловливают следующие сферы ее применения: 1) при изготовлении мобильных бытовых и промышленных электрообогревателей, 2) при изготовлении теплого пола (отопление жилых и промышленных зданий, отопление животноводческих комплексов, нагрев грунта в теплицах), 3) при изготовлении стационарных электрических радиаторов отопления (главным образом для инвентарных помещений: дома-вагоны, строительно-монтажные вагончики, коммерческие и т.п. киоски, дачи, гаражи и т.д.), 4) при необходимости технологического нагрева любого оборудования в

пределах пожароопасных отраслей промышленности (нефтяная, газовая промышленность и т.д.), 5) при использовании в качестве неперегораемых и не образующих накипи «ТЭНов» в условиях невысоких (до 55-60°С) требований к величине температуры нагреваемой «ТЭНом» среды: животноводческие комплексы, подогрев воды для бытовых нужд и т.д.

Нагревательная панель, которая выполнена в виде двух параллельных листов из пластмассы, расположенных на расстоянии друг от друга и соединенных между собой при помощи ребер жесткости, расположенных между листами параллельно друг другу и перпендикулярно упомянутым листам и выполненных из той же пластмассы с образованием множества параллельных каналов, смежные открытые концы которых объединены при помощи коллекторов, выполненных либо гидравлическими, образующими вместе с упомянутыми каналами единую гидравлическую систему для обеспечения движения жидкости-теплоносителя в этих каналах, либо электрическими, предназначенными для подвода электрического тока к электропроводной жидкости, заполняющей упомянутые каналы.