ES2835811T3 - Intercambiador de calor de aluminio con revestimiento resistente a la corrosión - Google Patents
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Abstract
Un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido caloportador, que comprende un intercambiador de calor dispuesto en dicho circuito de circulación de fluido caloportador, comprendiendo el intercambiador de calor una superficie exterior de aleación de aluminio que tiene sobre la misma una capa superficial superior en al menos una porción del intercambiador de calor de una capa de óxido de metal mixto integrada con la aleación de aluminio, derivada de una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino.
Description
DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor de aluminio con revestimiento resistente a la corrosión
Antecedentes de la invención
La materia objeto descrita en el presente documento generalmente se refiere a intercambiadores de calor y, más específicamente, a intercambiadores de calor de aluminio resistentes a la corrosión.
Los intercambiadores de calor se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, incluidos, entre otros, sistemas de calefacción y de refrigeración, incluidas las unidades de serpentín y ventilador, de calentamiento y enfriamiento en diversos procesos industriales y químicos, sistemas de recuperación de calor, y similares, por nombrar unos pocos. Muchos intercambiadores de calor para transferir calor de un fluido a otro utilizan uno o más tubos a través de los cuales fluye un fluido mientras que un segundo fluido fluye alrededor de los tubos. El calor de uno de los fluidos se transfiere al otro fluido por conducción a través de las paredes del tubo. Muchas configuraciones también utilizan aletas en contacto térmicamente conductivo con el exterior de los tubos para proporcionar una mayor superficie a través de la cual se puede transferir calor entre los fluidos, mejorar las características de transferencia de calor del segundo fluido que fluye a través del intercambiador de calor y mejorar la rigidez estructural del intercambiador de calor. Dichos intercambiadores de calor incluyen intercambiadores de calor de microcanales e intercambiadores de calor de aletas y placas y tubos redondos (RTPF por sus siglas en inglés).
Los tubos del intercambiador de calor pueden estar hechos de una variedad de materiales, incluido el aluminio, cobre y sus aleaciones. Las aleaciones de aluminio son ligeras, tienen una resistencia específica relativamente alta y una alta conductividad térmica. Debido a estas excelentes propiedades mecánicas, las aleaciones de aluminio se usan en intercambiadores de calor para sistemas de calefacción y refrigeración en aplicaciones comerciales, industriales, residenciales, de transporte, refrigeración y marinas. Sin embargo, los intercambiadores de calor de aleación de aluminio pueden ser susceptibles a la corrosión. En aplicaciones en o cerca de entornos marinos, en particular, el agua de mar o la neblina de agua de mar arrastrada por el viento crean un entorno de cloruro agresivo que es perjudicial para estos intercambiadores de calor. Este entorno de cloruro causa rápidamente corrosión localizada y general de las juntas de soldadura fuerte, aletas y tubos de refrigerante. Los modos de corrosión incluyen corrosión galvánica, por grietas y por picaduras. La corrosión afecta a la capacidad del intercambiador de calor para transferir calor, a medida que las aletas pierden su integridad estructural y entran en contacto con los tubos de refrigerante y los productos de corrosión se acumulan en las superficies externas del intercambiador de calor, creando una capa de resistencia térmica adicional y aumentando la impedancia del flujo de aire. La corrosión eventualmente conduce a una pérdida de refrigerante debido a la perforación del tubo y fallo del sistema de enfriamiento. Por consiguiente, las mejoras en la durabilidad frente a la corrosión de los intercambiadores de calor de aleación de aluminio serían bien recibidas en la técnica.
Se han utilizado revestimientos de superficies para proporcionar protección contra la corrosión al imponer una barrera física entre el agua salada del medio ambiente y los componentes de aluminio del intercambiador de calor. Los tipos de revestimiento incluyen galvanoplastia, revestimiento por inmersión, revestimiento por pulverización y revestimiento en polvo. Sin embargo, los revestimientos superficiales de polímero convencionales pueden sufrir una serie de problemas, como un espesor inadecuado o desigual, poros y otros huecos en la cobertura del revestimiento, y la necesidad de una preparación extensa de la superficie del sustrato de aluminio antes de la aplicación del revestimiento para proporcionar una unión adecuada entre el revestimiento y el sustrato, además del coste, tiempo y complejidad de la aplicación del revestimiento de polímero. Los intercambiadores de calor, por su naturaleza, presentan grandes y frecuentes variaciones de temperatura, lo que puede conducir a la deslaminación y disolución de los revestimientos de polímero. Adicionalmente, los revestimientos de polímero crean una capa que es resistente a la transferencia de calor y puede crear una pérdida de eficiencia para el intercambiador de calor. Se han utilizado tratamientos de superficies metálicas como TCP (proceso de cromo trivalente desarrollado por la División de aviones del Centro de asuntos de guerra aérea naval de EE. UU.) para preparar superficies de intercambiadores de calor para la aplicación posterior de revestimientos de polímero como se describe en la publicación de solicitud de patente de EE. UU. n.° 2012/0183755 A1; la publicación de patente de EE. UU. n.° 6.248.181 B1 propone aplicar a la superficie de un intercambiador de calor de aluminio un revestimiento hidrófilo a base de polímero que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino como posibles aditivos para el revestimiento de polímero, en lugar de revestimientos de dos capas; sin embargo, dichos revestimientos todavía están sujetos a los problemas descritos anteriormente.
Breve descripción de la invención
De acuerdo con un aspecto de la invención, un sistema de transferencia de calor comprende un circuito de circulación de fluido caloportador. El sistema de transferencia de calor incluye un intercambiador de calor dispuesto en el circuito de circulación del fluido caloportador, comprendiendo el intercambiador de calor una superficie exterior de aleación de aluminio que tiene sobre ella una capa superficial superior de un óxido de metal mixto integrado con la aleación de aluminio derivada de una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, un método para producir un sistema de transferencia de calor comprende poner en contacto una superficie exterior de aleación de aluminio de un intercambiador de calor con una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino para formar una capa superficial superior de un óxido de metal mixto integrado con la aleación de aluminio en la superficie de aleación de aluminio, y ensamblar el intercambiador de calor que comprende la capa superficial superior en un circuito de circulación de fluido caloportador.
Breve descripción de los dibujos
La materia objeto que se considera como la invención se señala particularmente y se reivindica claramente en las reivindicaciones al final de la memoria descriptiva. Las características y ventajas anteriores y otras de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos en los que:
La figura 1 representa un diagrama esquemático de un sistema de transferencia de calor de ejemplo;
La figura 2 representa un diagrama esquemático de un intercambiador de calor de ejemplo;
La figura 3 representa un diagrama esquemático de otro intercambiador de calor de ejemplo; y
La figura 4 representa un diagrama esquemático de una vista en sección transversal de una superficie de aleación de aluminio de un intercambiador de calor.
Descripción detallada de la invención
Con referencia ahora a las Figuras, un sistema de transferencia de calor de ejemplo con un circuito de circulación de fluido caloportador se muestra en forma de diagrama de bloques en la figura 1. Como se muestra en la figura 1, un compresor 10 presuriza el fluido caloportador en su estado gaseoso, que calienta el fluido y a la vez proporciona presión para que circule por el sistema. El fluido caloportador gaseoso presurizado caliente que sale del compresor 10 fluye a través del conducto 15 al intercambiador de calor 20 del condensador, que funciona como un intercambiador de calor para transferir calor del fluido caloportador al entorno circundante, dando como resultado la condensación del fluido caloportador gaseoso caliente a un líquido presurizado de temperatura moderada. El fluido caloportador líquido que sale del condensador 20 fluye a través del conducto 25 a la válvula de expansión 30, donde se reduce la presión. El fluido caloportador líquido a presión reducida que sale de la válvula de expansión 30 fluye a través del conducto 35 al intercambiador de calor 40 del evaporador, que funciona como un intercambiador de calor para absorber el calor del entorno circundante y hacer hervir el fluido caloportador. El fluido caloportador gaseoso que sale del evaporador 40 fluye a través del conducto 45 hacia el compresor 10, completando así el circuito del fluido caloportador. El sistema de transferencia de calor tiene el efecto de transferir calor del entorno que rodea al evaporador 40 al entorno que rodea al condensador 20. Las propiedades termodinámicas del fluido caloportador le permiten alcanzar una temperatura lo suficientemente alta cuando se comprime de modo que sea mayor que el entorno que rodea al condensador 20, permitiendo que el calor se transfiera al entorno circundante. Las propiedades termodinámicas del fluido caloportador también deben tener un punto de ebullición en su presión de postexpansión que permite que el entorno que rodea al evaporador 40 proporcione calor a una temperatura para vaporizar el fluido caloportador líquido.
El sistema de transferencia de calor mostrado en la figura 1 se puede utilizar como sistema de aire acondicionado, en el que el exterior del intercambiador de calor del condensador 20 se pone en contacto con aire en el entorno exterior circundante y el intercambiador de calor del evaporador 40 se pone en contacto con aire en un entorno interior para ser acondicionado. Adicionalmente, tal y como se conoce en la técnica, el sistema también se puede operar en modo bomba de calor usando una válvula de conmutación multipuerto estándar para invertir la dirección del flujo del fluido caloportador y la función de los intercambiadores de calor del condensador y evaporador, es decir, el condensador en un modo de enfriamiento es un evaporador en un modo de bomba de calor y el evaporador en un modo de enfriamiento es el condensador en un modo de bomba de calor. Adicionalmente, mientras que el sistema de transferencia de calor mostrado en la figura 1 tiene etapas de evaporación y condensación para una transferencia de calor altamente eficiente, también se contemplan otros tipos de circuitos de fluido caloportador, tales como circuitos de fluidos que no implican un cambio de fase, por ejemplo, sistemas de varios circuitos tales como sistemas de refrigeración o de aire acondicionado comerciales donde un circuito sin cambio de fase conecta térmicamente uno de los intercambiadores de calor en un circuito de evaporación/condensación como la figura 1 a un entorno exterior circundante o a un entorno interior que se debe acondicionar. Independientemente de la configuración específica del circuito de circulación del fluido caloportador, un intercambiador de calor puede desecharse en un entorno potencialmente corrosivo, como un entorno de costa marina u oceánica.
Un tipo de intercambiador de calor de ejemplo que se puede usar de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento es un intercambiador de calor de microcanales o minicanales. La configuración de estos tipos de intercambiadores de calor es generalmente la misma, con la diferencia principal que se aplica de manera bastante holgada en función del tamaño de los puertos de tubos de transferencia de calor. Por conveniencia, este tipo de intercambiador de calor se denominará en el presente documento intercambiador de calor de microcanales. Como se
muestra en la figura 2, un intercambiador de calor 20 de microcanales incluye un primer colector 212 que tiene una entrada 214 para recibir un fluido de trabajo, tal como refrigerante, y una salida 216 para descargar el fluido de trabajo. El primer colector 212 está conectado de forma fluida a cada uno de una pluralidad de tubos 218 que están cada uno conectado de forma fluida en un extremo opuesto con el segundo colector 220. El segundo colector 220 está conectado de forma fluida con cada uno de una pluralidad de tubos 222 que devuelven el fluido de trabajo al primer colector 212 para su descarga a través de la salida 216. La partición 223 está ubicada dentro del primer colector 212 para separar las secciones de entrada y de salida del primer colector 212. Los tubos 218 y 222 pueden incluir canales, como microcanales, para transportar el fluido de trabajo. La configuración de flujo de fluido de trabajo de dos pasos descrita anteriormente es solo una de las muchas disposiciones de diseño posibles. Se pueden obtener configuraciones de flujo de fluido de un solo paso y otras configuraciones de paso múltiple colocando las particiones 223, la entrada 214 y la salida 216 en ubicaciones específicas dentro del primer colector 212 y el segundo colector 220.
Las aletas 224 se extienden entre los tubos 218 y los tubos 222 como se muestra en la Figura. Las aletas 224 soportan los tubos 218 y los tubos 222 y establecen canales de flujo abierto entre los tubos 218 y los tubos 222 (por ejemplo, para flujo de aire) para proporcionar superficies de transferencia de calor adicionales y mejorar las características de transferencia de calor. Las aletas 224 también proporcionan soporte a la estructura del intercambiador de calor. Las aletas 224 están unidas a los tubos 218 y 222 en las juntas soldadas 226. Las aletas 224 no se limitan a las secciones transversales triangulares mostradas en la figura 2, pudiéndose utilizar otras configuraciones de aletas (p.ej., rectangulares, trapezoidales, ovaladas, sinusoidales). Las aletas 224 pueden tener lamas para mejorar la transferencia de calor.
Con referencia ahora a la figura 3, se muestra un ejemplo de intercambiador de calor RTPF (de aletas y placas y tubos redondos). Como se muestra en la figura 3, un intercambiador de calor 20 incluye uno o más circuitos de flujo para transportar refrigerante. A efectos de explicación, el intercambiador de calor 20 se muestra con un tubo de refrigerante 320 de circuito de flujo único que consta de un conducto de entrada 330 y un conducto de salida 340. El conducto de entrada 330 está conectado al conducto de salida 340 en un extremo del intercambiador de calor 20 a través de un codo 350 de tubo de 90 grados. Debería ser evidente, sin embargo, que se pueden añadir más circuitos a la unidad dependiendo de las demandas del sistema. Por ejemplo, aunque el codo 350 de tubo se muestra como un componente separado que conecta dos secciones de tubo rectas, el tubo 320 también se puede formar como una sola pieza de tubo con una sección de horquilla en el mismo para el codo 350 de tubo, y múltiples unidades de dichos tubos de horquilla se pueden conectar con conectores en forma de U en los extremos abiertos para formar una trayectoria de flujo continua más larga en una configuración de "ida y vuelta". El intercambiador de calor 20 incluye además una serie de aletas 360 que comprenden elementos en forma de placa dispuestos radialmente espaciados a lo largo de la longitud del circuito de flujo, típicamente conectados al (a los) tubo(s) 320 con un ajuste de interferencia. Las aletas 360 se proporcionan entre un par de placas extremas o láminas de tubos 370 y 380 y están soportadas por los conductos 330, 340 para definir un paso de flujo de gas a través del cual pasa aire acondicionado sobre el tubo de refrigerante 320 y entre las aletas 360 espaciadas. Las aletas 360 pueden incluir elementos de mejora de la transferencia de calor tales como lamas.
Los tubos de refrigerante pueden estar hechos de un material de núcleo a base de aleación de aluminio y, en algunas realizaciones, pueden estar hechos de aleaciones de aluminio seleccionadas de las aleaciones de aluminio de serie 1000, serie 3000, serie 5000 o serie 6000. Las aletas pueden estar hechas de un material de sustrato de aleación de aluminio como, por ejemplo, materiales seleccionados de las aleaciones de aluminio de serie 1000, serie 3000, serie 6000, serie 7000 o serie 8000. Las realizaciones descritas en el presente documento usan una aleación de aluminio para las aletas de un intercambiador de calor de tubos-aletas que tiene un tubo de aleación de aluminio, es decir, un intercambiador de calor denominado "todo aluminio". En algunas realizaciones, los componentes a través de los cuales fluye el refrigerante, como tubos y/o colectores, pueden estar hechos de una aleación que sea electroquímicamente más catódica que los componentes conectados a través de los cuales el refrigerante no fluye (por ejemplo, aletas). Esto asegura que cualquier corrosión galvánica ocurrirá en los componentes que no fluyen en lugar de en los componentes que fluyen, para evitar fugas de refrigerante.
Como se ha mencionado anteriormente, las conexiones de los componentes del intercambiador de calor, tales como entre tubos y aletas, o entre tubos y colectores, se pueden conectar mediante soldadura fuerte. Las composiciones de soldadura fuerte para componentes de aluminio son bien conocidas en la técnica como se describe, por ejemplo, en las patentes estadounidenses 4.929.511, 5.820.698, 6.113.667 y 6.610.247, y en la solicitud de patente estadounidense publicada 2012/0170669. Las composiciones de soldadura fuerte para aluminio pueden incluir varios metales y metaloides, incluyendo, pero sin limitación, silicio, aluminio, zinc, magnesio, calcio, metales lantánidos y similares. En algunas realizaciones, la composición de soldadura fuerte incluye metales más electroquímicamente anódicos que el aluminio (por ejemplo, zinc), con el fin de proporcionar corrosión galvánica sacrificatoria en las juntas de soldadura fuerte en lugar de en el (o los) tubo(s) de refrigerante.
Se puede utilizar un material fundente para facilitar el proceso de soldadura fuerte. Los materiales fundentes para la soldadura fuerte de componentes de aluminio pueden incluir un alto punto de fusión (por ejemplo, desde aproximadamente 564 °C hasta aproximadamente 577 °C), como LiF y/o KAlF4. Se pueden utilizar otras composiciones, incluyendo cesio, zinc y silicio. El material fundente se puede aplicar a la superficie de la aleación de aluminio antes de la soldadura fuerte, o se puede incluir en la composición de soldadura fuerte. Una vez completada
la soldadura fuerte, cualquier residuo de fundente puede eliminarse antes de entrar en contacto con la composición de cromo trivalente, pero no tiene por qué ser así. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el material fundente no se elimina antes de entrar en contacto con la composición de cromo trivalente.
En algunas realizaciones, un metal más electroquímicamente anódico que el aluminio, tal como el zinc, se puede aplicar a una superficie del intercambiador de calor antes de la soldadura fuerte y antes del contacto con la composición de cromo trivalente. Se pueden utilizar varias técnicas para aplicar el metal anódico, tal como la electrodeposición, deposición física de vapor, o varios métodos de pulverización térmica tal como la pulverización de plasma, pulverización de llama, pulverización fría, HVOF y otras técnicas conocidas de pulverización térmica. Como alternativa, una capa de zinc o polvo de zinc se puede aplicar físicamente a la superficie y luego calentar, como se conoce en la técnica. Esta capa anódica se puede difundir térmicamente en el sustrato de aluminio, por ejemplo, a una profundidad de 80 - 100 |jm. La aplicación de una capa superior de composición de cromo trivalente actúa para mejorar la protección de esta capa anódica.
Tal y como se ha descrito en el presente documento, una superficie del intercambiador de calor tiene una capa superficial superior en al menos una porción del mismo derivada de una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino. Tales composiciones, junto con métodos para aplicar a superficies metálicas se describen en detalle en las Patentes de Estados Unidos 6.375.726, 6.511.532, 6.521.029 y 6.511.532.
La sal de cromo trivalente puede contener varios aniones junto con el cromo trivalente. Los aniones de ejemplo incluyen nitrato, sulfato, fosfato y/o acetato. Las sales de cromo trivalente de ejemplo específicas pueden incluir Cr2(SO4)3 , (NH)4Cr(SO4)2, KCr(sO4)2 y mezclas que comprenden cualquiera de las anteriores. La concentración de la sal de cromo trivalente en la composición, por litro de solución, puede variar de aproximadamente 0,01 g a aproximadamente 22 g, más específicamente de aproximadamente 3 g a aproximadamente 12 g, e incluso más específicamente de aproximadamente 4 g a aproximadamente 8,0 g.
El hexafluorozirconato de metal alcalino puede contener varios cationes tales como potasio o sodio. La concentración de hexafluorozirconato de metal alcalino, por litro de solución, puede variar de aproximadamente 0,01 g a aproximadamente 12 g, más específicamente de aproximadamente 6 g a aproximadamente 10 g.
En algunas realizaciones, la composición también puede comprender un tetrafluoroborato de metal alcalino y/o un hexafluorosilicato de metal alcalino, tal como tetrafluoroborato de potasio o sodio, o hexafluorosilicato de potasio o de sodio. La concentración del tetrafluoroborato de metal alcalino y/o un hexafluorosilicato de metal alcalino, por litro de solución, puede variar de aproximadamente 0,01 g a aproximadamente 12 g, más específicamente de aproximadamente 6 g a aproximadamente 10 g.
Como se ha mencionado anteriormente, la composición de cromo trivalente es ácida. Más específicamente, la composición puede ser una solución acuosa ácida que tiene un pH que varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 6, más específicamente de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 4,5, e incluso más específicamente de aproximadamente 3,7 a aproximadamente 4,0. La acidez puede proporcionarse incorporando el ácido de la sal de cromo trivalente o, alternativamente, mediante cualquier ácido conocido como el ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fosfórico y/o ácido acético.
En algunas realizaciones, la composición comprende opcionalmente un espesante soluble en agua. Cuando está presente, un espesante soluble en agua, tal como los derivados de celulosa, los almidones, y/o, las gomas solubles pueden estar presentes en la solución ácida en cantidades que varían de aproximadamente 0,1 g a aproximadamente 10 g por litro, más específicamente de aproximadamente 0,1 g a aproximadamente 2,0 g, incluso más específicamente de aproximadamente 0,5 g a aproximadamente 2,0 g, e incluso más específicamente de aproximadamente 0,5 g a aproximadamente 1,5 g, por litro de la solución acuosa. Los ejemplos específicos de espesantes incluyen los compuestos de celulosa, por ejemplo, hidroxipropilcelulosa, etilcelulosa, hidroxietilcelulosa, sílice coloidal, arcillas, almidones, gomas y diversas combinaciones de las mismas.
En algunas realizaciones, la composición comprende opcionalmente un tensioactivo soluble en agua. Cuando está presente, puede estar presente un tensioactivo en la solución ácida en cantidades que varía de aproximadamente 0,1 g a aproximadamente 10 g por litro, más específicamente de aproximadamente 0,1 g a aproximadamente 2,0 g, incluso más específicamente de aproximadamente 0,5 g a aproximadamente 2,0 g, e incluso más específicamente de aproximadamente 0,5 g a aproximadamente 1,5 g, por litro de solución acuosa. Estos tensioactivos son conocidos en la técnica de las soluciones acuosas e incluyen compuestos orgánicos que son tensioactivos no iónicos, catiónicos y/o aniónicos. Ejemplos de tensioactivos incluyen la monocarboxil imidoazolina, sales de alquilsulfato sódico (DUPONOL®), trideciloxi poli(alquilenoxi etanol), alquilfenol etoxilado o propoxilado (IGEPAL®.), alquil sulfoamidas, alcaril sulfonatos, alcanol amidas palmíticas (CENTROL®), octilfenil polietoxi etanol (TRITON®), monopalmitato de sorbitán (SPAN®), éter de dodecilfenilpolietilenglicol (por ejemplo, TERGITROL®), alquil pirrolidona, ésteres de ácidos grasos polialcoxilados, alquilbencenosulfonatos y mezclas de los mismos. Otros tensioactivos solubles en agua conocidos se divulgan en "Surfactants and Detersive Systems", publicado por John Wiley & Sons en la Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 3a Ed.
La composición de tratamiento se puede aplicar mediante cualquiera de las técnicas de revestimiento conocidas, incluyendo revestimiento por inmersión, revestimiento por pulverización, revestimiento con brocha, revestimiento con rodillo, etc. La composición se puede aplicar solo a una parte de la(s) superficie(s) de aleación de aluminio del intercambiador de calor, por ejemplo, aquellas particularmente susceptibles a la corrosión, tales como tubos en forma de U o secciones de tubo en horquilla de un intercambiador de calor RTPF, o se pueden aplicar a toda la superficie del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, el revestimiento por inmersión se utiliza eficazmente para cubrir toda la superficie del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, la agitación de la pieza de trabajo del intercambiador de calor en la solución de revestimiento o de la solución líquida en sí (por ejemplo, con chorros o agitación mecánica) se utiliza durante el revestimiento por inmersión. En algunas realizaciones, un intercambiador de calor de microcanales está orientado con los tubos generalmente verticales durante el revestimiento por inmersión o durante la eliminación del baño de revestimiento. En algunas realizaciones, un intercambiador de calor RTPF se orienta con los tubos generalmente horizontales durante el revestimiento por inmersión o durante la eliminación del baño de revestimiento. El postratamiento del revestimiento metálico se puede realizar a temperaturas que van desde la temperatura ambiente, por ejemplo, 20 °C o 25 °C, hasta aproximadamente 65 °C. La duración durante la cual la composición se pone en contacto con la aleación de aluminio antes del procesamiento posterior, como el enjuague y/o el secado, puede variar ampliamente. Los tiempos de contacto de ejemplo pueden variar de 5 a 15 minutos, más concretamente de 9 a 11 minutos, e incluso más concretamente, aproximadamente 10 minutos. El revestimiento puede secarse al aire en condiciones ambientales, o puede someterse a un secado acelerado mediante cualquiera de los métodos conocidos en la técnica, por ejemplo, secado al horno, secado por aire forzado, exposición a lámparas infrarrojas, etc. Las condiciones de secado de ejemplo incluyen aproximadamente 24 horas a temperatura ambiente y menos del 50 % de humedad relativa, o aproximadamente 2 horas a 50 °C. El revestimiento resultante aplicado por los métodos descritos anteriormente produce una capa de óxido de metal mixto de aproximadamente 50 - 100 nm de espesor integrada permanentemente con la aleación de aluminio. Los cálculos de transferencia de calor indican que la resistencia térmica de esta capa es insignificante en relación con los revestimientos orgánicos tradicionales. La superficie de aluminio revestida se representa esquemáticamente en la figura 4, que muestra una vista en sección transversal de la aleación de aluminio 410 que tiene una capa superficial superior de la capa 420 de óxido de metal mixto.
Si bien la invención se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debe entenderse fácilmente que la invención no se limita a tales realizaciones divulgadas. Por el contrario, la invención se puede modificar para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que están en consonancia con las reivindicaciones adjuntas. Adicionalmente, mientras que se han descrito diversas realizaciones de la invención, debe entenderse que los aspectos de la invención pueden incluir solo algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la invención no debe verse limitada por la descripción anterior, sino que solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido caloportador, que comprende un intercambiador de calor dispuesto en dicho circuito de circulación de fluido caloportador, comprendiendo el intercambiador de calor una superficie exterior de aleación de aluminio que tiene sobre la misma una capa superficial superior en al menos una porción del intercambiador de calor de una capa de óxido de metal mixto integrada con la aleación de aluminio, derivada de una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino.
2. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde el intercambiador de calor comprende un primer componente de aleación de aluminio conectado mediante soldadura fuerte a un segundo componente de aleación de aluminio.
3. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 2, en donde la capa superficial superior está dispuesta sobre el primer componente de aleación de aluminio, el segundo componente de aleación de aluminio, y conectando la soldadura fuerte el primer y segundo componentes de aleación de aluminio.
4. El sistema de transferencia de calor de las reivindicaciones 2 o 3, en donde la soldadura fuerte comprende zinc.
5. El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en donde la soldadura fuerte incluye un residuo de un fundente de soldadura fuerte en su superficie, que comprende una sal metálica con un punto de fusión de 564 °C a 577 °C.
6. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 5, en donde la sal metálica comprende LiF y/o KAIF4.
7. El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde dicha superficie exterior de aleación de aluminio incluye un enriquecimiento de zinc de la superficie de aleación de aluminio por debajo de dicha capa superficial superior.
8. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 7, en donde el zinc se aplica a la superficie de la aleación de aluminio como zinc elemental mediante deposición física de vapor o pulverización térmica antes de entrar en contacto con dicha composición.
9. El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de microcanales o minicanales.
10. El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde el intercambiador de calor es un intercambiador de calor de aletas y placas y tubos redondos.
11. El sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde toda la superficie del intercambiador de calor está cubierta por dicha capa superficial superior.
12. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 10, en donde solo las porciones de tubo doblado de retorno del intercambiador de calor de aletas y placas y tubos redondos están cubiertas por dicha capa superficial superior.
13. Un método para producir el sistema de transferencia de calor de cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que comprende:
poner en contacto una superficie exterior de aleación de aluminio de un intercambiador de calor con una composición que comprende una sal de cromo trivalente y un hexafluorozirconato de metal alcalino para formar una capa superficial superior sobre la superficie de la aleación de aluminio de una capa de óxido de metal mixto integrada con la aleación de aluminio; y
ensamblar el intercambiador de calor que comprende dicha capa superficial superior en un circuito de circulación de fluido caloportador.
14. El método de la reivindicación 13, en donde dicha composición se aplica mediante revestimiento por inmersión, revestimiento por pulverización, revestimiento con brocha, o una combinación que comprende uno o más de los anteriores.
15. El método de la reivindicación 14, en donde dicha composición se aplica mediante revestimiento por inmersión.
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