СЕКЦИОННЫЙ РАДИАТОР ОТОПЛЕНИЯ
SECTIONAL HEATING RADIATOR

Изобретение предназначено для применения в отопительной технике, а именно в секционных алюминиевых радиаторах для систем водяного центрального отопления жилых, общественных и производственных зданий.
4
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. 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
0
ε=Е/Е
где: ε - степень черноты;
Е - плотность потока излучения реального тела;
0
Е - 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
2
4
где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела, (5,67 Вт/мК),
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.
№образцов
1
2
3
4
5
6
7
Толщина покрытия, мкм
3
5
10
15
20
25
30
Степень черноты ε
0,30-0,75
0,84-0,85
0,82-0,84
0,79-0,81
0,71-0,75
0,67-0,70
0,55-0,60
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.
2
3
Детали алюминиевого радиатора из сплава АД-1 (два коллектора и трубчатые секции) погружают в разные ванны со слабощелочным водным электролитом (SiO+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.
2
k
a
Нанесение покрытия на наружные и внутренние поверхности теплоотводов радиатора толщиной 5…10 мкм осуществляли при следующих режимах оксидирования: плотность тока i=15А/дм; соотношение катодной и анодной составляющей тока I/I=0,6; время обработки t=20 мин.
2
k
a
2
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/дм, соотношении катодной и анодной составляющей тока I/I=1, времени обработки t=50 мин. Твердость покрытия коллекторов при таком режиме нанесения составляет 25 ГПа, за счет перевода β-фазы АlO 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.