CN111748269A - 一种铝合金微通道换热器用防腐剂及其防护方法和换热器 - Google Patents
一种铝合金微通道换热器用防腐剂及其防护方法和换热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种铝合金微通道换热器用防腐剂及其防护方法和换热器，属于金属防腐蚀的技术领域。本发明的防腐剂包括溶剂和溶质，溶剂为二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳、氯仿中的任意一种或几种，溶质为聚乙二醇辛基苯基醚；溶质在溶剂中的浓度为20‑200mg/L；本发明还给出该防腐剂用在铝合金微通道换热器内部时的防腐防护方法和由此防腐防护的铝合金微通道换热器。本发明在溶质为聚乙二醇辛基苯基醚和溶剂组成的防腐剂的作用下，有效减缓了使用氟利昂类冷媒的铝合金微通道换热器内部的腐蚀问题，延长了其使用寿命和可靠性，该防腐剂安全方便，成本低，不影响微通道换热器的换热性能，不易导致微通道换热器堵塞，使用性能好。
Description
技术领域
本发明属于金属防腐蚀的技术领域，特别是指一种铝合金微通道换热器用防腐剂及其防护方法和换热器。
背景技术
铝合金微通道换热器是一种在热水器、空调、汽车等多个领域使用的实现换热功能的重要部件。其内部充装冷媒，外部与压缩机联合使用，通过卡诺循环和逆卡诺循环实现热量交换。在安装过程中，不可避免会有微量的水、氧气进入微通道换热器。因此，在服役过程中，压缩机机油和氟利昂类冷媒(常用有R22、R134a、R410a等)在微量水、氧气或者自身其它微量杂质条件下出现分解，产生酸性腐蚀成分，导致微通道换热器发生不同程度的腐蚀。腐蚀严重的微通道换热器会在3-6个月就发生腐蚀泄露，导致换热器失去换热功能，严重影响产品寿命。
由于微通道换热器内的腐蚀情况比较特殊，服役温度范围较广，通常在30-120℃，并且内部介质主要是冷媒和少量压缩机机油，微量的水属于杂质，不同于常规的含水量较高的腐蚀环境，目前还没有针对铝合金微通道内部腐蚀的防腐剂及其有效的防护方案。
发明内容
本发明提供一种铝合金微通道换热器用防腐剂及其防护方法和换热器，解决了现有技术中铝合金微通道换热器内部没有防腐保护而导致其腐蚀严重影响产品寿命的问题。
本发明的一种铝合金微通道换热器用防腐剂，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括溶剂和溶质，所述溶剂为二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳、氯仿中的任意一种或几种，所述溶质为聚乙二醇辛基苯基醚；所述溶质在所述溶剂中的浓度为20-200mg/L。
本发明的溶质聚乙二醇辛基苯基醚对铝合金在酸性环境中具有良好的缓蚀作用，能够在铝合金表面形成单层吸附膜，阻碍腐蚀介质与铝合金接触。聚乙二醇辛基苯基醚具有以下优势：第一，聚乙二醇辛基苯基醚属于安全型缓蚀剂，其毒性大鼠口服LD50 3.19g/Kg，与铝合金微通道换热器内的冷媒例如R22接近，R22大鼠口服LD50 1.25mL/Kg；第二，聚乙二醇辛基苯基醚的沸点为250℃，在微通道冷凝器的服役温度范围内以液态存在，能够很好的起到缓蚀作用；第三，聚乙二醇辛基苯基醚与常用的氟利昂类冷媒在微通道冷凝器的服役温度范围内不发生化学反应。本发明在溶质为聚乙二醇辛基苯基醚和溶剂组成的防腐剂的作用下，有效减缓了使用氟利昂类冷媒的铝合金微通道换热器内部的腐蚀问题，延长了其使用寿命和可靠性，该防腐剂安全方便，成本低，不影响微通道换热器的换热性能，不易导致微通道换热器堵塞，使用性能好。
作为一种优选的实施方案，所述溶质在所述溶剂中的浓度为100-150mg/L。本发明的聚乙二醇辛基苯基醚在铝表面形成吸附层的原理为：一方面，聚乙二醇辛基苯基醚是大分子，其范德华力较强，通过范德华力可以吸附在铝的表面；另一方面，聚乙二醇辛基苯基醚的亲水基带负电，铝发生腐蚀失去电子后，表面呈正电状态，通过正负电的吸引也会形成吸附层；聚乙二醇辛基苯基醚在铝合金表面形成吸附层后，对微通道内部的腐蚀性介质具有阻隔作用，抑制腐蚀的发生和发展。
作为一种优选的实施方案，所述二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳和氯仿均为化学纯。本发明的溶剂为二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳、氯仿中的任意一种或几种，本发明中二氯甲烷作为溶剂有以下优势：第一，聚乙二醇辛基苯基醚在二氯甲烷中具有良好的稳定性和溶解性，用较少的二氯甲烷就能够溶解较多量的聚乙二醇辛基苯基醚；第二，二氯甲烷与常用氟利昂类冷媒R22、R134a相互溶解，其自身就是R410a的组成成分，不会因为与原冷媒发生反应或者不互溶出现明显局部聚集，从而在升温过程中蒸发导致聚乙二醇辛基苯基醚局部大量析出，堵塞微通道；第三，二氯甲烷自身也是一种冷媒，在微通道换热器内的少量残留不会对微通道冷凝器换热效果产生明显负面影响；第四，二氯甲烷也是一种安全性溶剂，其生物毒性(大鼠口服LD50：1.25g/kg)与R22接近，使用安全。除二氯甲烷(R30)外，用三氟二氯乙烷(R123)、四氯化碳(R14)、氯仿(R23)等沸点在常温以上的氟利昂做溶剂也可以起到类似效果，这些溶剂常温下都是液体。
作为一种优选的实施方案，所述聚乙二醇辛基苯基醚为化学纯。由于聚乙二醇辛基苯基醚常温常压下为黏稠液体，直接加入到微通道冷凝器难度较大，并且会堵塞微通道；因此需要二氯甲烷等作为溶剂，将聚乙二醇辛基苯基醚溶解后充装到微通道换热器中。
本发明的一种铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其主要是通过以下技术方案加以实现的：包括以下步骤：1)取根据上面任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，注入铝合金微通道换热器的内部，注满；2)排出步骤1)中铝合金微通道换热器内部的防腐剂；3)在步骤2)所得的铝合金微通道换热器中注入冷媒，完成铝合金微通道换热器的组装。
本发明中将配制好的防腐剂注满铝合金微通道换热器，可以保证缓蚀性成分与换热器内部全面接触，在换热器内壁形成具有腐蚀抑制作用的吸附层，减缓微通道内部的腐蚀；再将多余的溶液排出，避免了因为缓蚀性溶液即防腐剂过多导致在微通道换热器内局部聚集，这种聚集一方面会影响冷媒的充装和冷媒在微通道内部的通过效率，降低微通道的换热效率；另一方面，微通道服役时温度升高，二氯甲烷会先挥发，导致聚乙二醇辛基苯基醚在局部集中析出，也会影响冷媒在微通道内部的通过效率，降低微通道的换热效率。本发明的防腐防护方法简单，使用安全方便，解决了铝合金微通道换热器在服役过程中因为氟利昂类冷媒和压缩机机油劣化分解产生的腐蚀性环境而导致铝合金微通道换热器发生快速腐蚀泄露的问题。
作为一种优选的实施方案，所述步骤1)中，铝合金微通道换热器在注满防腐剂之后，静置1-10min。防腐剂在铝合金微通道换热器注满之后可以静置一段时间，由于聚乙二醇辛基苯基醚在铝表面吸附作用很强，防腐剂注满之后立即排出就有防腐效果，实际操作时静置一段时间也可以。
作为一种优选的实施方案，所述步骤1)中，防腐剂注入铝合金微通道换热器的内部的方法为以惰性气体为动力将防腐剂注入铝合金微通道换热器内或者采用抽真空的方式通过气压压差将防腐剂注入微通道换热器内。将配制好的防腐剂注满铝合金微通道换热器，可以保证缓蚀性成分与换热器内部全面接触，在换热器内壁形成具有腐蚀抑制作用的吸附层，减缓微通道内部的腐蚀。
作为一种优选的实施方案，所述步骤2)中，排出铝合金微通道换热器内部的防腐剂的方法为通过重力使多余防腐剂流出、采用惰性气体为动力将多余防腐剂排出或者采用抽真空的方式将多余防腐剂吸出。将多余的溶液排出，避免因为防腐剂过多导致在微通道换热器内局部聚集，这种聚集一方面会影响冷媒的充装和冷媒在微通道内部的通过效率，降低微通道的换热效率；另一方面，微通道服役时温度升高，二氯甲烷等溶剂会先挥发，导致聚乙二醇辛基苯基醚在局部集中析出，也会影响冷媒在微通道内部的通过效率，降低微通道的换热效率。
作为一种优选的实施方案，所述步骤2)中，从铝合金微通道换热器内部排出的防腐剂为步骤1)中注入铝合金微通道换热器内部的防腐剂的总体积的70-90％。原则上，能够从铝合金微通道换热器内部流出来的防腐剂需要都排出来，防腐剂中的溶质主要是通过吸附实现的，初期吸附就立即完成，排出的溶液中主要是剩下的溶剂，排出来溶液中以二氯甲烷等溶剂为主，缓蚀成分的含量很少，比灌注时的浓度降低很多。
本发明的一种铝合金微通道换热器，其主要是通过以下技术方案加以实现的：所述铝合金微通道换热器采用根据上面任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂进行防腐保护。通过本发明的防腐剂对合金微通道换热器进行的防腐防护，能够有效减缓铝合金微通道换热器内部的腐蚀，具有安全，成本低，容易实现，不影响微通道换热器换热性能，不易导致微通道换热器堵塞的优点，所得的铝合金微通道换热器防腐性能好，大大延长使用寿命和可靠性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在溶质为聚乙二醇辛基苯基醚和溶剂组成的防腐剂的作用下，这种防腐剂先灌注入铝合金微通道换热器的内部，然后排出并填充冷媒，以完成铝合金微通道换热器的组装；由此进行防腐防护的铝合金微通道换热器有效减缓了使用氟利昂类冷媒的铝合金微通道换热器内部的腐蚀问题，延长了其使用寿命和可靠性，该防腐剂安全方便，成本低，不影响微通道换热器的换热性能，不易导致微通道换热器堵塞，使用性能好；本发明的防腐防护方法简单，使用安全方便，解决了铝合金微通道换热器在服役过程中因为氟利昂类冷媒和压缩机机油劣化分解产生的腐蚀性环境而导致铝合金微通道换热器发生快速腐蚀泄露的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种铝合金微通道换热器用防腐剂，包括溶剂和溶质，所述溶剂为二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳、氯仿中的任意一种或几种，所述溶质为聚乙二醇辛基苯基醚；所述溶质在所述溶剂中的浓度为20-200mg/L。
优选地，所述溶质在所述溶剂中的浓度为100-150mg/L。
进一步地，所述二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳和氯仿均为化学纯。
具体地，所述聚乙二醇辛基苯基醚为化学纯。
本发明的一种铝合金微通道换热器的防腐防护方法，包括以下步骤：
1)取根据上面任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，注入铝合金微通道换热器的内部，注满；
2)排出步骤1)中铝合金微通道换热器内部的防腐剂；
3)在步骤2)所得的铝合金微通道换热器中注入冷媒，完成铝合金微通道换热器的组装。
优选地，所述步骤1)中，铝合金微通道换热器在注满防腐剂之后，静置1-10min。
进一步地，所述步骤1)中，防腐剂注入铝合金微通道换热器的内部的方法为以惰性气体为动力将防腐剂注入铝合金微通道换热器内或者采用抽真空的方式通过气压压差将防腐剂注入微通道换热器内。
具体地，所述步骤2)中，排出铝合金微通道换热器内部的防腐剂的方法为通过重力使多余防腐剂流出、采用惰性气体为动力将多余防腐剂排出或者采用抽真空的方式将多余防腐剂吸出。
再次优选地，所述步骤2)中，从铝合金微通道换热器内部排出的防腐剂为步骤1)中注入铝合金微通道换热器内部的防腐剂的总体积的70-90％。
本发明的一种铝合金微通道换热器，所述铝合金微通道换热器采用根据上面任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂进行防腐保护。
实施例一
取4个相同尺寸铝合金微通道换热器，其中，换热器1不充装防腐剂直接装冷媒，换热器2先充装聚乙二醇辛基苯基醚浓度为20mg/L的二氯甲烷溶液作为防腐剂，排出多余溶液后再充装冷媒；换热器3先充装聚乙二醇辛基苯基醚浓度为120mg/L的二氯甲烷溶液作为防腐剂，排出多余溶液后再充装冷媒；换热器4先充装聚乙二醇辛基苯基醚浓度为200mg/L的二氯甲烷溶液作为防腐剂，排出多余溶液后再充装冷媒。4个换热器均服役30天后，剖开换热器1、换热器2、换热器3、换热器4的集流管检测内壁最大点蚀深度。换热器集流管内壁最大点蚀深度列入表1。
表1不同浓度的腐蚀抑制效果
| 换热器名称 | 防腐剂(溶质浓度和溶剂) | 最大点蚀深度(mm) |
| 换热器1 | 无 | 0.32 |
| 换热器2 | 20mg/L+R30 | 0.27 |
| 换热器3 | 120mg/L+R30 | 0.14 |
| 换热器4 | 200mg/L+R30 | 0.22 |
由表1可以看出，加入本发明的防腐剂进行防腐保护后的铝合金微通道换热器(即换热器2、换热器3和换热器4)，其铝合金的最大点蚀深度在0.14-0.27mm之间，这与没有使用本发明的防腐剂进行防腐保护的铝合金微通道换热器(即换热器1)相比，加入本发明的防腐剂进行防腐保护后的铝合金微通道换热器(即换热器2、换热器3和换热器4)的铝合金的最大点蚀深度均有明显的降低。这说明本发明能够明显抑制铝合金微通道换热器的腐蚀，延长其使用寿命。
实施例二
在实施例一的基础上，将溶剂从二氯甲烷(R30)依次更换为R123、R14、R23，同样条件下，进行30天试验，结果如表2所示。
表2不同溶剂的腐蚀抑制效果
| 换热器名称 | 防腐剂(溶质浓度和溶剂) | 最大点蚀深度(mm) |
| 换热器1 | 无 | 0.32 |
| 换热器3 | 120mg/L+R30 | 0.14 |
| 换热器6 | 120mg/L+R123 | 0.16 |
| 换热器7 | 120mg/L+R14 | 0.15 |
| 换热器8 | 120mg/L+R23 | 0.18 |
由表2可以看出，当本发明的防腐剂中的溶剂更换为R123、R14、R23时，其所得的防腐剂对铝合金微通道换热器进行防腐保护后的铝合金微通道换热器(即换热器6、换热器7和换热器8)，其铝合金的最大点蚀深度均在0.14-0.18mm之间，这与没有使用本发明的防腐剂进行防腐保护的铝合金微通道换热器(即换热器1)相比，加入本发明的防腐剂进行防腐保护后的铝合金微通道换热器(即换热器3、换热器6、换热器7和换热器8)的铝合金的最大点蚀深度均有明显的降低。这说明本发明选用三氟二氯乙烷、四氯化碳和氯仿作为防腐剂的溶剂时均可以达到与二氯甲烷作为防腐剂的溶剂相同的防腐效果。
因此，与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在溶质为聚乙二醇辛基苯基醚和溶剂组成的防腐剂的作用下，这种防腐剂先灌注入铝合金微通道换热器的内部，然后排出并填充冷媒，以完成铝合金微通道换热器的组装；由此进行防腐防护的铝合金微通道换热器有效减缓了使用氟利昂类冷媒的铝合金微通道换热器内部的腐蚀问题，延长了其使用寿命和可靠性，该防腐剂安全方便，成本低，不影响微通道换热器的换热性能，不易导致微通道换热器堵塞，使用性能好；本发明的防腐防护方法简单，使用安全方便，解决了铝合金微通道换热器在服役过程中因为氟利昂类冷媒和压缩机机油劣化分解产生的腐蚀性环境而导致铝合金微通道换热器发生快速腐蚀泄露的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铝合金微通道换热器用防腐剂，其特征在于：包括溶剂和溶质，所述溶剂为二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳、氯仿中的任意一种或几种，所述溶质为聚乙二醇辛基苯基醚；
所述溶质在所述溶剂中的浓度为20-200mg/L。
2.根据权利要求1所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，其特征在于：
所述溶质在所述溶剂中的浓度为100-150mg/L。
3.根据权利要求1所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，其特征在于：
所述二氯甲烷、三氟二氯乙烷、四氯化碳和氯仿均为化学纯。
4.根据权利要求3所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，其特征在于：
所述聚乙二醇辛基苯基醚为化学纯。
5.一种铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)取根据权利要求1-4中任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂，注入铝合金微通道换热器的内部，注满；
2)排出步骤1)中铝合金微通道换热器内部的防腐剂；
3)在步骤2)所得的铝合金微通道换热器中注入冷媒，完成铝合金微通道换热器的组装。
6.根据权利要求5所述的铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其特征在于：
所述步骤1)中，铝合金微通道换热器在注满防腐剂之后，静置1-10min。
7.根据权利要求5所述的铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其特征在于：
所述步骤1)中，防腐剂注入铝合金微通道换热器的内部的方法为以惰性气体为动力将防腐剂注入铝合金微通道换热器内或者采用抽真空的方式通过气压压差将防腐剂注入微通道换热器内。
8.根据权利要求5所述的铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其特征在于：
所述步骤2)中，排出铝合金微通道换热器内部的防腐剂的方法为通过重力使多余防腐剂流出、采用惰性气体为动力将多余防腐剂排出或者采用抽真空的方式将多余防腐剂吸出。
9.根据权利要求5所述的铝合金微通道换热器的防腐防护方法，其特征在于：
所述步骤2)中，从铝合金微通道换热器内部排出的防腐剂为步骤1)中注入铝合金微通道换热器内部的防腐剂的总体积的70-90％。
10.一种铝合金微通道换热器，其特征在于：所述铝合金微通道换热器采用根据权利要求1-4中任意一项所述的铝合金微通道换热器用防腐剂进行防腐保护。
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