ES2314310T3

ES2314310T3 - Tubo de intercambio de calor.

Info

Publication number: ES2314310T3
Application number: ES04009965T
Authority: ES
Inventors: Masaya Katsumata; Yasunori Hyogo; Akira Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: CN1305637C; CN1550284A; JP4413526B2; DE602004017246D1; PL1475598T3; JP2004330233A; ATE412157T1; EP1475598B1; EP1475598A2; US20060000586A1; US20050006065A1; EP1475598A3

Abstract

Un tubo de intercambiador de calor que comprende un tubo extruido de aleación de Al que tiene una capa de fundente distribuida uniformemente que contiene un polvo de Si y un fundente conteniendo Zn sobre una superficie exterior del mismo, en donde el tamaño de partícula máximo del polvo de Si es de 30 mum o más pequeño, la cantidad del polvo de Si aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 1 g/m 2 y no mayor de 5 g/m 2 , el fundente conteniendo Zn contiene al menos un compuesto de Zn seleccionado entre ZnF 2, ZnCl 2 y KZnF 3, y la cantidad de fundente conteniendo Zn aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 5 g/m 2 y no mayor de 20 g/m 2 .

Description

Tubo de intercambio de calor.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a un tubo de intercambiador de calor y, más particularmente, a un tubo de intercambiador de calor que tiene una alta resistencia a la corrosión.

Se reivindica la prioridad de la Solicitud de Patente Japonesa No. 2003-128170, presentada el 6 de mayo de 2003.

2. Descripción del estado de la técnica

Como se muestra en la figura 2, un intercambiador de calor comprende generalmente un par de cuerpos de tubos derechos e izquierdos conocidos como tubos colectores 5, una multitud de tubos 1 constituidos de una aleación de aluminio instalados en paralelo a intervalos unos de otros entre los tubos colectores 5, y aletas 6 instaladas entre los tubos 1,1. El espacio interior de cada uno de los tubos 1 y el espacio interior de los tubos colectores 5 comunican entre sí, con el fin de hacer circular un medio a través del espacio interior de los tubos colectores 5 y del espacio interior de cada uno de los tubos 1, consiguiendo con ello un intercambio de calor eficiente por medio de las aletas 6.

Ya es conocido constituir los tubos 1 del intercambiador de calor por tubos intercambiadores de calor 11 producidos por revestimiento de la superficie de un tubo extruido 3 de aleación de Al, que presenta una sección transversal aplanada y una pluralidad de orificios 4 para que pase el medio, como se muestra en la vista en perspectiva de la figura 1, con un fundente que contiene polvo de material de broncesoldadura, con el fin de formar una capa de fundente 2. También se conoce la producción del tubo extruido 3 de aleación de Al a partir de material (JIS1050) que tiene una alta capacidad de trabajo para el procedimiento de conformado por extrusión, así como el uso de un polvo de Si, un polvo de aleación de Al-Si o un polvo de aleación de Al-Si-Zn como el material de broncesoldadura contenido en la capa de fundente 2.

Un intercambiador de calor se produce empleando el tubo de intercambiador de calor convencional 11 descrito anteriormente en un procedimiento tal como: los tubos intercambiadores de calor 11 se instalan en ángulos rectos con respecto a los tubos colectores 5 que están dispuestos en paralelo a una distancia entre sí, se introducen los extremos de los tubos intercambiadores de calor 11 en aberturas (no mostradas) que están previstas en la cara lateral del tubo colector 5, se montan las aletas 6 que tienen una configuración corrugada entre los tubos intercambiadores de calor 11, y se calienta el conjunto en un horno de calentamiento, de manera que los tubos colectores 5 y los tubos 1 quedan sujetos entre sí mediante broncesoldadura con el material de broncesoldadura proporcionado sobre el tubo de intercambiador de calor 11 mientras que las aletas de configuración corrugada se sujetan entre los tubos 1,1 mediante broncesoldadura.

Se establece que el espesor de pared del tubo 1 que constituye el intercambiador de calor sea más pequeño que el espesor del tubo colector 5 con el fin de conseguir una alta eficiencia de intercambio de calor. Como resultado, en el caso en donde el tubo y el tubo colector experimenten corrosión en proporciones comparables, es probable que se forme un agujero de penetración mediante corrosión primeramente en el tubo, permitiendo con ello que el medio escape a través del mismo. De este modo, siempre ha existido un interés importante para evitar la corrosión de los tubos del intercambiador de calor.

Con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión del tubo de intercambiador de calor 11, se forma una capa anódica de sacrificio que contiene Zn como principal componente sobre la superficie de los tubos de los intercambiadores de calor convencionales. Como el procedimiento para formar la capa anódica de sacrificio, dichos procedimientos se conocen como pulverización térmica de Zn y revestimiento con un fundente que contiene Zn. La publicación de Solicitud de Patente Japonesa sin examinar No. 7-227695 describe un ejemplo en donde se emplea un fundente que contiene Zn.

Sin embargo, cuando la capa anódica de sacrificio se forma mediante pulverización térmica, es difícil controlar con precisión la cantidad de metal aplicado por pulverización térmica, conduciendo ello al problema de que la capa anódica de sacrificio no se puede formar uniformemente sobre la superficie del tubo y, por tanto, no se puede mejorar la resistencia a la corrosión del tubo.

Cuando se emplea el fundente que contiene Zn descrito en la publicación de Solicitud de Patente Japonesa sin examinar No. 7-227695 como antes se ha mencionado, se puede pensar que la resistencia a la corrosión del tubo puede ser mejorada puesto que el fundente y el Zn se suministran simultáneamente sobre la superficie del tubo. Sin embargo, en realidad, es difícil conseguir una condición de revestimiento estable con los métodos de revestimiento usuales tales como revestimiento por inmersión y revestimiento con rodillo y, por tanto, ha llegado a ser difícil la aplicación uniforme del fundente que contiene Zn. Como resultado, la distribución de Zn en la capa anódica de sacrificio llega a ser desigual, conduciendo esto a una resistencia a la corrosión insuficiente de los tubos, presentándose una corrosión preferencial en una porción que tiene una mayor concentración de Zn.

La WO 00/38874 describe una composición para estañosoldadura que comprende una suelda, un agente fundente y un aglutinante. La suelda puede ser polvo de silicio. El agente fundente puede ser un fluoruro de metal alcalino y/o fluoruro de zinc. La suelda, el agente fundente y el aglutinante se proporcionan en forma de polvo que preferentemente tiene una granulometría de 3-50 \mum.

Resumen de la invención

La presente invención, que ha sido completada teniendo en cuenta los antecedentes antes descritos, tiene por objeto proporcionar un tubo de intercambiador de calor que presenta una mayor resistencia a la corrosión.

Con el fin de conseguir el objeto antes descrito, la presente invención utiliza la siguiente constitución.

El tubo de intercambiador de calor de la presente invención comprende un tubo extruido de aleación de Al que tiene una capa de fundente uniformemente distribuida que contiene un polvo de Si y un fundente conteniendo Zn formada sobre su superficie exterior, en donde la cantidad del polvo de Si aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 1 g/m^{2} y no mayor de 5 g/m^{2}, y en donde la cantidad de fundente conteniendo Zn aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 5 g/m^{2} y no mayor de 20 g/m^{2}.

El fundente conteniendo Zn contiene al menos un compuesto de Zn seleccionado entre ZnF_{2}, ZnCl_{2} y KZnF_{3}.

Cuando se emplea dicho tubo de intercambiador de calor, y dado que se aplica una mezcla del polvo de Si y del fundente conteniendo Zn, el polvo de Si funde y se convierte en un líquido de broncesoldadura durante el procedimiento de broncesoldadura, y el Zn contenido en el fundente se difunde uniformemente en el líquido de broncesoldadura y se distribuye uniformemente sobre la superficie del tubo. Puesto que la velocidad de difusión de Zn en una fase líquida, tal como el líquido de broncesoldadura, es significativamente mayor que la velocidad de difusión en fase sólida, la concentración de Zn en la superficie del tubo llega a ser sustancialmente uniforme, haciendo ello posible la formación de una capa anódica de sacrificio y mejorando la resistencia a la corrosión del tubo de intercambiador de calor.

El tamaño de partícula máximo del polvo de Si es de 30 \mum o menos. El tamaño de partícula máximo por encima de 30 \mum se traduce en un incremento de la profundidad de erosión del tubo y, por tanto, no es deseable. Cuando el tamaño de partícula máximo del polvo de Si es menor de 0,1 \mum, las partículas de Si se agrupan y, en este caso, también aumenta la profundidad de erosión del tubo. Por tanto, el tamaño de partícula máximo es con preferencia no menor de 0,1 \mum.

El tubo extruido de aleación de Al está constituido preferentemente de una aleación de Al que contiene Si y Mn, siendo el resto Al e impurezas inevitables, mientras que el contenido en Si es de 0,5% en peso o más y de 0,1% en peso o menos, y el contenido en Mn es de 0,05% en peso o mas y 1,2% en peso o menos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un tubo de intercambiador de calor del estado de la técnica.

La figura 2 es una vista en perspectiva de un intercambiador de calor del estado de la técnica.

Descripción detallada de la invención

A continuación se describirán con detalle modalidades preferidas de la presente invención.

El tubo de intercambiador de calor de la presente invención se produce formando la superficie externa de un tubo extruido de aleación de Al con una capa de fundente que contiene polvo de Si y un fundente conteniendo Zn.

El tubo extruido de aleación de Al que constituye el tubo de intercambiador de calor está constituido de una aleación de Al conteniendo Si y Mn, siendo el resto Al e impurezas inevitables, en donde el contenido en Si es de 0,5% en peso o más y de 1,0% en peso o menos y el contenido en Mn es de 0,05% en peso o más y de 1,2% en peso o menos.

El motivo para restringir la composición del tubo extruido de aleación de Al se describirá a continuación. El Si tiene el efecto de que una cantidad grande de Si forma una solución sólida en el tubo extruido de aleación de Al, dando como resultado ello un potencial noble del tubo extruido de aleación de Al y haciendo que la corrosión preferencial se presente en los tubos colectores y las aletas que están broncesoldadas con los tubos cuando se ensambla el intercambiador de calor, evitando con ello que se presente una corrosión con picaduras profundas en el tubo extruido de aleación de Al, mejorándose al mismo tiempo la característica de broncesoldadura y formándose una buena unión para mejorar así la resistencia después de la broncesoldadura. El contenido en Si menor de 0,5% no puede conseguir el efecto deseado y, por tanto, no es conveniente. Por otro lado, un contenido en Si mayor de 1,0% disminuye el punto de fusión de la aleación dando ello como resultado una fusión excesiva durante la broncesoldadura y una pobre extrusión y, por tanto, no es deseable. En consecuencia, la concentración de Si en el tubo extruido de aleación de Al se establece en el intervalo de 0,5 a 1,0%. El intervalo más preferido de la concentración de Si es de 0,6% a 0,8%.

El Mn tiene el efecto de hacer que el tubo extruido de aleación de Al tenga un potencial noble y, debido a la menor posibilidad de difusión en el material de broncesoldadura, permite una mayor diferencia de potencial con la aleta o tubo colector, con el fin de hacer que el efecto preventivo de la corrosión de la aleta o tubo colector sea más efectivo, mejorando con ello la resistencia a la corrosión externa y la resistencia después de la broncesoldadura. Un contenido en Mn menor de 0,05% no puede conseguir el efecto suficiente de hacer que el tubo extruido de aleación de Al tenga un potencial noble y, por tanto, no es deseable. Por otro lado, un contenido en Mn mayor de 1,2% se traduce en una pobre característica de conformado por extrusión y, por tanto, no es deseable.

En consecuencia, la concentración de Mn en el tubo extruido de aleación de Al se establece en el intervalo de 0,05 a 1,2%.

La capa de fundente formada sobre la superficie del tubo contiene el fundente conteniendo Zn y el polvo de Si, de manera que se forma una capa de material de broncesoldadura fundido sobre toda la superficie del tubo después de la broncesoldadura. Puesto que la capa de material de broncesoldadura contiene Zn distribuido uniformemente por la misma, la capa de material de broncesoldadura tiene un efecto similar al de la capa anódica de sacrificio, de manera que la capa de material de broncesoldadura se somete a una corrosión planar preferencial. Por tanto, se puede suprimir la corrosión con picaduras profundas y se puede mejorar la resistencia a la corrosión.

La cantidad de polvo de Si aplicado al tubo de intercambiador de calor es preferentemente no menor de 1 g/m^{2} y no mayor de 5 g/m^{2}. Cuando la cantidad es menor de 1 g/m^{2}, no se puede conseguir una resistencia suficiente de la broncesoldadura debido a la cantidad insuficiente de material de broncesoldadura y no se puede conseguir una difusión suficiente de Zn. Cuando la cantidad es mayor de 5 g/m^{2}, la concentración de Si en la superficie del tubo aumenta y, por tanto, incrementa la velocidad de corrosión, lo cual es indeseable.

La capa de fundente contiene al menos el fundente conteniendo Zn. Además del fundente conteniendo Zn, también puede estar contenido un fundente que no contiene Zn.

El fundente conteniendo Zn contiene al menos un compuesto de Zn seleccionado entre ZnF_{2}, ZnCl_{2} y KZnF_{3}. El fundente que no contiene Zn contiene preferentemente al menos un fluoruro tal como LiF, KF, CaF_{2}, AlF_{3} o SiF_{4} o un compuesto complejo del fluoruro tal como KAlF_{4} o KAlF_{3}.

Puesto que el fundente conteniendo Zn está contenido en la capa de fundente del tubo de intercambiador de calor, se forma una capa de Zn difundido (capa de material de broncesoldadura) sobre la superficie del tubo después de la broncesoldadura, de manera que la capa con Zn difundido funciona como una capa anódica de sacrificio, mejorando con ello el efecto anti-corrosión del tubo.

Igualmente, debido a que se aplica una mezcla del polvo de Si y fundente conteniendo Zn, el polvo de Si se funde y vira a un líquido de broncesoldadura durante el procedimiento de broncesoldadura, el Zn contenido en el fundente se difunde uniformemente en el líquido de broncesoldadura y se distribuye también uniformemente sobre la superficie del tubo. Dado que la velocidad de difusión de Zn en fase líquida, tal como el líquido de broncesoldadura, es significativamente más rápida que la velocidad de difusión en fase sólida, la concentración de Zn en la superficie del tubo llega a ser sustancialmente uniforme, haciendo posible así la formación de una capa uniforme de Zn difundido y mejorando la resistencia a la corrosión del tubo de intercambiador de calor.

La cantidad de fundente conteniendo Zn aplicado al tubo de intercambiador de calor no es menor de 5 g/m^{2} y no mayor de 20 g/m^{2}. Una cantidad menor de 5 g/m^{2} se traduce en una formación insuficiente de la capa de Zn difundido que no tiene el efecto anti-corrosión suficiente y, por tanto, no es deseable. Una cantidad mayor de 20 g/m^{2} causa una concentración excesiva de Zn en un nervio que es la junta de la aleta con otros componentes, lo cual se traduce en una mayor velocidad de corrosión y, por tanto, no es deseable.

El intercambiador de calor se puede formar mediante broncesoldadura de los tubos colectores del intercambiador de calor y de las aletas al tubo de intercambiador de calor anteriormente descrito.

Es decir, el intercambiador de calor está constituido por el tubo de intercambiador de calor de la presente invención, los tubos colectores del intercambiador de calor y las aletas que están unidas entre sí. De manera similar al intercambiador de calor descrito en conjunción con el estado de la técnica, el intercambiador de calor comprende un par de cuerpos de tubos derechos e izquierdos conocidos como "tubos colectores del intercambiador de calor", una pluralidad de tubos intercambiadores de calor instalados en paralelo a intervalos unos de otros entre los tubos colectores del intercambiador de calor, y aletas instaladas entre los tubos intercambiadores de calor. El espacio interior del tubo de intercambiador de calor y el espacio interior del tubo colector del intercambiador de calor están comunicados entre sí, con el fin de que circule un medio a través del espacio interior del tubo colector del intercambiador de calor y espacio interior del tubo de intercambiador de calor, para conseguir con ello un intercambio de calor suficiente por medio de las aletas.

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Ejemplos

Se produjeron tubos extruidos de aleación de Al que tienen 10 orificios de paso de medio de enfriamiento y una sección transversal de 20 mm de ancho, 2 mm de altura y un espesor de pared de 0,20 mm, mediante conformado por extrusión de tochos constituidos de una aleación de Al que contiene 0,7% en peso de Si y 0,5% en peso de
Mn.

Se preparó entonces una mezcla de fundente mezclando el fundente conteniendo Zn con polvo de Si. La mezcla de fundente se aplicó por pulverización sobre la superficie exterior del tubo extruido de aleación de Al que se produjo con anterioridad, formando así una capa de fundente. La cantidad del polvo de Si y de la mezcla de fundente aplicada al tubo extruido de aleación de Al se muestran en la tabla 1. De este modo, se produjeron los tubos intercambiadores de calor de los ejemplos 1 a 6 y de los ejemplos comparativos 1 a 4.

A continuación, se ensamblaron aletas constituidas de material de revestimiento (JIS3003 o JIS3003/JIS4045) en los tubos intercambiadores de calor de los ejemplos 1 a 6 y ejemplos comparativos 1 a 4, y los conjuntos se mantuvieron a 600ºC en una atmósfera de nitrógeno durante 3 minutos para llevar a cabo la broncesoldadura. Los tubos con las aletas broncesoldadas en los mismos se sometieron a ensayos de corrosión (SWAAT, 20 días) para medir la profundidad de corrosión máxima de los tubos. Los resultados de los ensayos se muestran en la tabla 1.

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TABLA 1

1

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Como se muestra en la tabla 1, la profundidad de corrosión máxima fue menor de 100 \mum en cualquiera de los tubos con aletas de los ejemplos 1 a 6, indicando ello que se suprimió la corrosión de los tubos. El ejemplo 6 mostró algo de erosión más profunda como consecuencia del tamaño de partícula máximo más grande del polvo de
Si.

El grado de corrosión fue más grande en los ejemplos comparativos, debido presumiblemente a que no se añadió Zn al fundente en el ejemplo comparativo 1, se añadió una cantidad más pequeña (2 g/m^{2}) del fundente conteniendo Zn (KZnF_{3}) en el ejemplo comparativo 2 y el Zn se distribuyó de manera desigual dado que el polvo de Si no se añadió en los ejemplos comparativos 3 y 4.

Como antes se ha descrito detalladamente, en el tubo de intercambiador de calor de la presente invención, dado que se aplica la mezcla de polvo de Si y fundente conteniendo Zn, el polvo de Si se funde y vira a un líquido de broncesoldadura durante el procedimiento de broncesoldadura, mientras que el Zn contenido en el fundente se difunde de manera uniforme en el líquido de broncesoldadura y también se distribuye uniformemente sobre la superficie del tubo. Puesto que la velocidad de difusión del Zn en fase líquida, tal como el líquido de broncesoldadura, es significativamente mayor que la velocidad de difusión en fase sólida, la concentración de Zn en la superficie del tubo llega a ser sustancialmente uniforme, haciendo posible así la formación de una capa anódica de sacrificio uniforme y mejorando ello la resistencia a la corrosión del tubo de intercambiador de calor.

Dado que la cantidad del fundente conteniendo Zn se encuentra en un intervalo que va desde no menos de 5 g/m^{2} hasta no más de 20 g/m^{2}, el Zn se puede distribuir de manera uniforme sobre la superficie del tubo.

Claims

1. Un tubo de intercambiador de calor que comprende un tubo extruido de aleación de Al que tiene una capa de fundente distribuida uniformemente que contiene un polvo de Si y un fundente conteniendo Zn sobre una superficie exterior del mismo, en donde el tamaño de partícula máximo del polvo de Si es de 30 \mum o más pequeño, la cantidad del polvo de Si aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 1 g/m^{2} y no mayor de 5 g/m^{2}, el fundente conteniendo Zn contiene al menos un compuesto de Zn seleccionado entre ZnF_{2}, ZnCl_{2} y KZnF_{3}, y la cantidad de fundente conteniendo Zn aplicado al tubo extruido de aleación de Al no es menor de 5 g/m^{2} y no mayor de 20 g/m^{2}.

2. Un tubo de intercambiador de calor según la reivindicación 1, en donde el tubo extruido de aleación de Al contiene 0,5% en peso o más y 1,0% en peso o menos de Si, 0,05% en peso o más y 1,2% en peso o menos de Mn, siendo el resto Al e impurezas inevitables.