DE102017215879A1

DE102017215879A1 - Mobile Absorptionskälteanlage

Info

Publication number: DE102017215879A1
Application number: DE102017215879.4A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Angermann
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Absorptionskälteanlage mit wenigstens einem Bauteil zum Kontaktieren einer wässrigen LiBr-Lösung, das aus einer Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt ist, oder das aus einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt und mit einer Zn-haltigen Schutzplattierung versehen ist, wobei ein Zn-Gehalt mindestens 0,8 Gewichts-% beträgt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine solche Absorptionskälteanlage sowie deren bevorzugte Verwendung.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Werkstoffszenario die Herstellung von gewichtsreduzierten und anti-korrosiven Wärmeübertragern und -Bauteilen zulässt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobile Absorptionskälteanlage gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anlage gemäß Anspruch 12, und eine Verwendung dieser Anlage gemäß Anspruch 15.
Absorptionskälteanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Als Werkstoffe für solche Anlagen im stationären Betrieb werden Stähle, Edelstähle und Cu-Legierungen eingesetzt. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass als Betriebsmittel der Absorptionskälteanlage häufig ein binäres Gemisch aus Wasser (Kältemittel) und LiBr (Absorptionsmittel) eingesetzt wird, dass prinzipiell sehr korrosiv ist. Die vorgenannten Werkstoffe bewähren sich vor diesem Hintergrund noch relativ gut, wenn auch hier gegebenenfalls zusätzlich noch Inhibitoren auf Molybdat- und / oder Nitratbasis eingesetzt werden. Für eine mobile Anwendung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, sind Stähle, Edelstähle und Cu-Legierungen zu schwer. Der Wunsch ist es, Al-Legierungen einsetzen, die relativ leicht, verfügbar und gut zu verarbeiten sind.
In der Literatur wird berichtet, dass Al und dessen Legierungen von wässrigen LiBr-Lösungen mit den üblichen Konzentrationen von 54 bis 60 Gewichts-% korrosiv angegriffen wird und daher nicht verwendet werden können.
Demgegenüber wird in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 10197087 A behauptet, dass eine Al₂O₃-Schutzschicht auf Al eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gewähren würde. Das ist allerdings nicht der Fall, da hochreines Al, das eine maximal fehlerarme Al₂O₃-Schicht an der Oberfläche bildet, in wässriger LiBr-Lösung sehr stark korrodiert.
In dem deutschen Patent DE 10 2008 037 597 B4 wird vorgeschlagen, in den Kältekreislauf eine Opferanode zu integrieren. Ob dies funktioniert, ist allerdings zweifelhaft, da außerdem ein Schutz aufgehoben wäre, wenn die Opferanode verbraucht ist.
Es werden kommerziell auch Molybdat- und/oder Nitratinhibitoren für Al-Legierungen angeboten. Diese bilden Schutzschichten mit einer Dicke von einigen zehn Mikrometern auf der Al-Oberfläche aus. Leider sind diese Schutzschichten nicht perfekt, so dass immer wieder Korrosionsnester zu verzeichnen sind. Außerdem behindern die dicken Salzschichten den Wärmeübergang.
Aus den vorstehenden Gründen ist deshalb keine mobile Anwendung einer Absorptionskälteanlage bekannt. Insbesondere wird bislang kein Al-Werkstoffszenario und kein Verfahren angegeben, mit Hilfe derer Al-Wärmeübertrager und -Bauteile für eine mobile Absorptionsklimaanlage gefertigt werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine mobile Absorptionskälteanlage mit wenigstens einem Bauteil zum Kontaktieren einer wässrigen LiBr-Lösung bereitzustellen, das aus einer Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt ist, oder das aus einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt und mit einer Zn-haltigen Schutzplattierung versehen ist, wobei ein Zn-Gehalt mindestens 0,8 Gewichts-% beträgt. Diese Maßnahmen führen zu Bauteilen, die relativ zu den üblichen, aus EN-AW3000er oder EN-AW6000er Legierungen aufgebauten Bauteilen, korrosionsbeständig sind. Die Lebensdauer solcher Bauteile ist dabei deutlich verlängert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Zn-haltige Al-Legierung aus einer EN-AW7000er Legierung, insbesondere aus einer EN-AW7020 Legierung. Es hat sich gezeigt, dass EN-AW7000er Legierungen deutlich weniger Korrosionsschäden durch wässrige LiBr-Lösungen aufweisen als die für den Bauteilbau klassischerweise verwendeten EN-AW3000er Legierungen. Insbesondere ist das Auftreten von Muldenkorrosion und Lochfraß, die unter Umständen zu Undichtigkeiten von Bauteilen führen, deutlich verzögert. Gut bewährt hat dabei sich beispielsweise eine EN-AW7020 Legierung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind wenigstens zwei der Bauteile mechanisch miteinander verfügt und / oder idealerweise miteinander verschweißt, da eine solche Legierung mit 4,5 % Gewichtsanteil von Zn wegen zu niedriger Solidustemperatur nur schwer lötbar ist.
Bei einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht die Schutzplattierung aus einer EN-AW7072 Legierung, bei welcher insbesondere der Zn-Gehalt der Schutzplattierung 0,8 bis 1,3 Gewichts-% beträgt. Eine solche Schutzplattierung lässt sich insbesondere Nocolokverlöten. Nocolok ist eine registrierte Marke der Solvay AG, Belgien.
Bei einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei vorgesehen, dass die Schutzplattierung aufgespritzt oder aufgedampft ist, was den Herstellungsprozess vereinfacht und die Qualität der Oberflächenversiegelung erhöht.
Bei einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind wenigstens zwei der Bauteile Nocolok-verlötet, um eine besonders einfache, schnelle und zuverlässig abdichtende Verbindung herzustellen. Das Lot weist dabei bevorzugt eine Legierung mit einem SI-Gehalt von kleiner gleich 10 Gewichts-% auf, und besteht besonders bevorzugt aus einer EN-AW4343 Legierung. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass diese Legierung korrosionsbeständig gegen wässrige LiBr-Lösungen ist.
Soll die Korrosion noch weiter verringert werden, ist eine Innenbeschichtung vorzunehmen. Es hat sich gezeigt, dass besonders eine Innenbeschichtung mit Parylene einen guten Korrosionsschutz verleiht. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist es deshalb vorgesehen, dass wenigstens eines der Bauteile eine Parylene-Beschichtung aufweist. Von Vorteil ist es dabei, wenn eine Schichtdicke 10 bis 30 Mikrometer beträgt.
Das vorstehende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Herstellen der beschriebenen Absorptionskälteanlage gelöst, bei dem deren Bauteile aus einer Zn-haltigen Al-Legierung bestehen, die miteinander verfügt oder verschweißt werden, oder deren Bauteile aus einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung bestehen, die mit einer Zn-haltigen Schutzplattierung versehen und in einem Nocolok-Lötverfahren miteinander verbunden werden, und bei dem als Lot eine Legierung mit einem SI-Gehalt von kleiner gleich 10 Gewichts-% eingesetzt wird. Durch die Verwendung von Zn-haltigen Al-Legierungen können Bauteile mechanisch verfügt oder verschweißt sein. Möglich ist auch eine Zn-haltige Schutzplattierung einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung, wobei unter Zn-haltig ein Zn-Gehalt von mindestens 0,8 Gewichts-% verstanden wird. Ein solches Bauteil kann Nocolokgelötet sein, wobei als Lot AlSi-Werkstoffe mit einem Si-Gehalt von kleiner gleich 10 Gewichts-% verwendet werden. Dies führt zu einem sehr korrosionsarmen System. Soll die Korrosion noch weiter verringert werden, wird eine Innenbeschichtung auf Basis von Parylene-Schichten empfohlen
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Zn-haltige Al-Legierung dabei aus einer EN-AW7000er Legierung, die sich in der Praxis besonders bewährt hat, insbesondere aus einer EN-AW7020 Legierung, und Lot aus einer EN-AW4343 Legierung.
Auf Grund ihres geringen Gewichts soll die beschriebene Absorptionskälteanlage bevorzugt in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 10197087 A [0004]
DE 102008037597 B4 [0005]

Claims

Mobile Absorptionskälteanlage mit wenigstens einem Bauteil zum Kontaktieren einer wässrigen LiBr-Lösung, das aus einer Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt ist, oder das aus einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung hergestellt und mit einer Zn-haltigen Schutzplattierung versehen ist, wobei ein Zn-Gehalt mindestens 0,8 Gewichts-% beträgt.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zn-haltige Al-Legierung aus einer EN-AW7000er Legierung, insbesondere aus einer EN-AW7020 Legierung besteht.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Bauteile mechanisch verfügt und / oder verschweißt sind.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplattierung aus einer EN-AW7072 Legierung besteht.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zn-Gehalt der Schutzplattierung 0,8 bis 1,3 Gewichts-% beträgt.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplattierung aufgespritzt oder aufgedampft ist.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Bauteile Nocolok-verlötet sind.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot eine Legierung mit einem SI-Gehalt von kleiner gleich 10 Gewichts-% aufweist.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot aus einer EN-AW4343 Legierung besteht.
Absorptionskälteanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bauteil eine Parylene-Beschichtung aufweist.
Absorptionskälteanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke 10 bis 30 Mikrometer beträgt.
Verfahren zum Herstellen einer Absorptionskälteanlage nach einem vorstehenden Ansprüche, bei dem deren Bauteile aus einer Zn-haltigen Al-Legierung bestehen, die miteinander verfügt oder verschweißt werden, oder deren Bauteile aus einer nicht Zn-haltigen Al-Legierung bestehen, die mit einer Zn-haltigen Schutzplattierung versehen und in einem Nocolok-Lötverfahren miteinander verbunden werden, und bei dem als Lot eine Legierung mit einem SI-Gehalt von kleiner gleich 10 Gewichts-% eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, durch gekennzeichnet, dass die Zn-haltige Al-Legierung aus einer EN-AW7000er Legierung, insbesondere aus einer EN-AW7020 Legierung besteht.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot aus einer EN-AW4343 Legierung besteht.
Verwendung einer Absorptionskälteanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.