Результат интеллектуальной деятельности: СЕКЦИОННЫЙ РАДИАТОР ОТОПЛЕНИЯ

Изобретение предназначено для применения в отопительной технике, а именно в секционных алюминиевых радиаторах для систем водяного центрального отопления жилых, общественных и производственных зданий.

Известны различные конструкции теплообменных устройств (радиаторов отопления), подключающихся к системе центрального отопления, основными элементами которых является канал для прохода теплоносителя и теплоотдающие поверхности. Теплообменное устройство может быть выполнено, например, в виде трубы с расположенными на ней ребрами (см. авторское свидетельство 1461570, М.кл.⁴ В21D 53/02). Его недостатком является низкая теплоотдача потому, что площадь теплоотдающей поверхности секции слишком мала.

Наиболее близким техническим решением является секционный радиатор бытовой системы отопления из алюминиевых прессованных профилей, содержащий подводящий и отводящий коллекторы (см. заявку на изобретение RU 2008101572). Внутренняя поверхность каналов радиатора для защиты от коррозии снабжена антикоррозионным покрытием, а внешняя теплоотдающая поверхность радиатора покрыта порошковой краской. Недостатком прототипа является низкая теплоотдача, связанная с низким коэффициентом теплоотдачи материала радиатора, а также небольшой срок службы радиатора, что связано с отсутствием эрозионной защиты внутренних каналов, по которым движется теплоноситель - вода, содержащая большое количество хлоридов и других химических соединений и механических включений (песок).

Задачей изобретения является повышение теплоотдачи алюминиевого радиатора и повышение срока службы за счет уменьшения эрозионного износа.

Поставленная задача достигается тем, что в известном радиаторе отопления, содержащем подводящий и отводящий алюминиевые коллекторы для прохода теплоносителя и алюминиевые трубчатые секции в качестве теплоотводов, согласно изобретению наружные и внутренние поверхности теплоотводов, а также внутренние поверхности подводящего и отводящего коллекторов выполнены с покрытием из оксида алюминия нанесенным плазмохимическим способом, причем толщина покрытия наружных поверхностей теплоотводов составляет 5…10 мкм, а внутренних поверхностей коллектора - 20…100 мкм.

Известно, что при нагреве тела излучают энергию. Количество теплоты, переносимое путем излучения, становится существенным при повышении температуры или в условиях, когда перенос теплоты другими способами затруднен, в частности при свободной конвекции (см. Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. - М.: Высш. шк., 1991. - 480 с.). Излучение непрозрачных тел имеет поверхностный характер, т.е. энергия излучения частиц в окружающую среду попадает только испускаемая тонким поверхностным слоем. Излучение оценивается поверхностной плотностью потока излучения Е. Способность тела излучать энергию можно охарактеризовать степенью черноты тела

ε=Е/Е₀

где: ε - степень черноты;

Е - плотность потока излучения реального тела;

Е₀ - плотность потока излучения абсолютно черного тела.

Степень черноты зависит от природы тела, температуры, шероховатости поверхности, а для металлов еще от окисления поверхности. Оксидная пленка на металлической поверхности оказывает существенное влияние на ее степень черноты. Образование оксидов на полированной поверхности алюминия приводит к увеличению ее степени черноты с 0,05 до 0,8 и более.

Коэффициент излучения реального тела определяется как:

С=εСо

где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, (5,67 Вт/м²К⁴),

ε - степень черноты.

Авторами были проведены испытания (теплоотдачи) излучательной способности покрытий из оксида алюминия, имеющих разную толщину. Алюминиевые поверхности радиатора в состоянии поставки имеют степень черноты ε=0,1. На внешние поверхности теплоотводов радиатора наносили оксидное покрытие различной толщины. Измерения степени черноты производили на терморадиометре ТРМ-И. Результаты измерений представлены в таблице.

Экспериментальными исследованиями установлено, что при толщине покрытия от 5 до 10 мкм теплоотводящая поверхность имеет самую высокую степень черноты 0,82-0,85 с разбросом по поверхности образца не более 5%.

При толщине покрытия менее 5 мкм степень черноты имеет большой разброс по поверхности образца (до 50%), что объясняется неравномерным нанесением покрытия.

При увеличении толщины покрытия более 10 мкм наблюдается уменьшение степени черноты, обусловленное снижением теплопроводности покрытия, т.е. уменьшением температуры поверхности.

Пример конкретного выполнения.

Детали алюминиевого радиатора из сплава АД-1 (два коллектора и трубчатые секции) погружают в разные ванны со слабощелочным водным электролитом (Si₂O₃+KОН) и обрабатывают при разных технологических режимах. Места соединения коллекторов с трубчатыми секциями, а также места предполагаемого соединения радиатора с внешними трубами, подводящими теплоноситель, изолируют фторопластовой пленкой. К деталям крепится электрод, на который подается положительный потенциал напряжения от установки плазмохимического оксидирования, а на ванну - отрицательный. Оксидирование ведут на переменном токе.

Нанесение покрытия на наружные и внутренние поверхности теплоотводов радиатора толщиной 5…10 мкм осуществляли при следующих режимах оксидирования: плотность тока i=15А/дм²; соотношение катодной и анодной составляющей тока I_k/I_a=0,6; время обработки t=20 мин.

Покрытие из оксида алюминия толщиной 20…100 мкм на внутренних поверхностях коллекторов для повышения его твердости и, следовательно, уменьшения эрозионного износа формировали при плотности тока i=25А/дм², соотношении катодной и анодной составляющей тока I_k/I_a=1, времени обработки t=50 мин. Твердость покрытия коллекторов при таком режиме нанесения составляет 25 ГПа, за счет перевода β-фазы Аl₂O в α-фазу.

При эксплуатации радиатора такая твердость покрытия обеспечивает уменьшение его толщины из-за эрозионного износа не более 5 мкм в год (износ коллектора без покрытия составляет до 0,5 мм в год).

После нанесения покрытия, промывки и зачистки мест соединения, детали поступают на сборку.

Секционный отопительный радиатор из алюминиевого сплава с покрытием из оксида алюминия поверхностей теплоотводов толщиной 5... 10 мкм имеет степень черноты, увеличенную до 0,85, что позволяет снизить площадь радиаторов-излучателей, т.е. уменьшить количество секций или снизить расход теплоносителя. Оксидное покрытие внутренних поверхностей коллекторов гарантированно защищает радиатор от эрозионного износа в течение длительного времени.

Такой радиатор не требует дополнительного декоративного покрытия наружных поверхностей, так как оксид алюминия выполняет эту функцию.