ES2910988T3 - Intercambiador de calor de aluminio con disposición de aletas para protección contra la corrosión sacrificatoria - Google Patents

Intercambiador de calor de aluminio con disposición de aletas para protección contra la corrosión sacrificatoria Download PDF

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Mark R Jaworowski
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Abstract

Un intercambiador de calor (300) que comprende: un tubo hueco (320) que comprende una primera aleación de aluminio que se extiende a lo largo de un eje desde una entrada de tubo (330) hasta una salida de tubo (340); una primera pluralidad de aletas (355) que comprende una segunda aleación de aluminio que se extiende hacia fuera desde una superficie exterior del tubo; una primera trayectoria de flujo de fluido a través del tubo hueco desde la entrada de tubo hasta la salida de tubo; y una segunda trayectoria de flujo de fluido sobre una superficie exterior del tubo hueco a través de espacios entre aletas adyacentes; estando el intercambiador de calor caracterizado por que comprende además una segunda pluralidad de aletas (360) que comprenden una tercera aleación de aluminio que se extiende hacia fuera desde la superficie exterior del tubo, intercaladas a lo largo del eje con las aletas que comprenden la segunda aleación de aluminio, en donde la tercera aleación de aluminio comprende un elemento de aleación seleccionado de entre estaño, indio, galio, o combinaciones de los mismos, en donde la tercera aleación de aluminio es menos noble que cada una de la primera aleación de aluminio y la segunda aleación de aluminio.

Description

DESCRIPCIÓN
Intercambiador de calor de aluminio con disposición de aletas para protección contra la corrosión sacrificatoria
Antecedentes
Las realizaciones a modo de ejemplo pertenecen a la técnica de los intercambiadores de calor y, más específicamente, a los intercambiadores de calor de aleación de aluminio.
Los intercambiadores de calor se usan ampliamente en diversas aplicaciones, incluidas, entre otras, los sistemas de calentamiento y enfriamiento que incluyen unidades de serpentín y ventilador, calentamiento y enfriamiento en diversos procesos industriales y químicos, sistemas de recuperación de calor y similares, por nombrar algunos. Muchos intercambiadores de calor para transferir calor de un fluido a otro utilizan uno o más tubos a través de los que 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 del o los tubos para proporcionar una mayor área superficial sobre la que puede transferirse calor entre los fluidos, mejorar las características de transferencia de calor del segundo fluido que fluye a través del intercambiador de calor y realzar la rigidez estructural del intercambiador de calor. Dichos intercambiadores de calor incluyen intercambiadores de calor de microcanal e intercambiadores de calor de aletas de placa de tubo redondo (RTPF).
Los tubos del intercambiador de calor pueden fabricarse de una variedad de materiales, incluyendo metales tales como aluminio o cobre y sus aleaciones. Las aleaciones de aluminio son ligeras, tienen una alta resistencia específica y una alta conductividad térmica. Debido a estas excelentes propiedades mecánicas, las aleaciones de aluminio se usan para fabricar intercambiadores de calor para sistemas de calentamiento y enfriamiento en aplicaciones comerciales, industriales, residenciales, transporte, refrigeración y marinas. Sin embargo, los intercambiadores de calor de aleación de aluminio pueden ser susceptibles a la corrosión. La corrosión puede eventualmente conducir a una pérdida de refrigerante de los tubos y fallas en el sistema de calentamiento o enfriamiento. La falla repentina del tubo da como resultado una pérdida rápida de enfriamiento y una pérdida de funcionalidad del sistema de calentamiento o enfriamiento y puede crear un problema ambiental debido a la liberación de refrigerante a la atmósfera. Se han probado muchos enfoques diferentes con respecto a la mitigación de la corrosión y sus efectos; sin embargo, la corrosión sigue siendo un problema aparentemente interminable que necesita abordarse.
El documento WO 2012/018536 A2 desvela un intercambiador de calor RTPF en donde las aletas del intercambiador de calor tienen un potencial galvánico más alto que los tubos, haciendo que las aletas se sacrifiquen con respecto a los tubos.
Breve descripción
Se describe un intercambiador de calor. El intercambiador de calor incluye un tubo hueco que comprende una primera aleación de aluminio que se extiende a lo largo de un eje desde una entrada de tubo hasta una salida de tubo. Una primera pluralidad de aletas que comprende una segunda aleación de aluminio se extiende hacia fuera desde una superficie exterior del tubo. Una segunda pluralidad de aletas que comprende una tercera aleación de aluminio se extiende hacia fuera desde la superficie exterior del tubo, intercaladas a lo largo del eje con las aletas que comprenden la segunda aleación de aluminio. La tercera aleación de aluminio es menos noble que cada una de la primera aleación de aluminio y la segunda aleación de aluminio, y comprende un elemento de aleación seleccionado de entre estaño, indio, galio o combinaciones de los mismos. Se dispone una primera trayectoria de flujo de fluido a través del tubo hueco desde la entrada de tubo hasta la salida de tubo. Una segunda trayectoria de flujo de fluido está dispuesta sobre una superficie exterior del tubo hueco a través de espacios entre aletas adyacentes.
En algunas realizaciones, una relación entre el número de aletas en la primera pluralidad de aletas y el número de aletas en la segunda pluralidad de aletas puede ser de 1:2 a 30:1.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la intercalación de la segunda pluralidad de aletas entre la primera pluralidad de aletas puede distribuirse uniformemente a lo largo del eje.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la tercera aleación de aluminio puede concentrarse hacia una entrada a una trayectoria de flujo de fluido en el exterior del tubo entre las aletas.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda pluralidad de aletas puede concentrarse hacia una entrada a una trayectoria de flujo de fluido en el exterior del tubo entre las aletas.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la primera pluralidad de aletas puede estar libre de la tercera aleación de aluminio.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la tercera aleación puede comprender además zinc o magnesio.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda aleación de aluminio puede ser menos noble que la primera aleación de aluminio.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda pluralidad de aletas puede incluir individualmente la tercera aleación de aluminio a lo largo de la totalidad de su superficie.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda pluralidad de aletas puede incluir individualmente la tercera aleación de aluminio a lo largo de menos de la totalidad de su superficie.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, el tubo hueco puede configurarse como cilindro hueco.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, las pluralidades de aletas primera y segunda pueden disponerse como placas que incluyen aberturas a través de las que se dispone el tubo hueco.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, el intercambiador de calor puede comprender una pluralidad de tubos huecos o una pluralidad de secciones de tubo hueco que se extienden paralelamente a dicho eje.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la pluralidad de tubos huecos o secciones de tubo hueco pueden extenderse a través de una pluralidad de aberturas en dicha placa o placas.
También se describe un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido de transferencia de calor en comunicación térmica operativa con una fuente de calor y un disipador de calor, y en donde el intercambiador de calor de una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores está dispuesto como un enlace de transferencia de calor entre el fluido de transferencia de calor y el disipador de calor o fuente de calor. También se describe un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido de transferencia de calor en comunicación térmica operativa con un espacio de aire acondicionado interior y un espacio de aire exterior, que incluye el intercambiador de calor de una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores dispuesto con la primera trayectoria de flujo de fluido en comunicación de fluidos operativa con el circuito de circulación de fluido de transferencia de calor,
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda trayectoria de flujo de fluido puede estar en comunicación de fluidos operativa con el espacio de aire acondicionado.
En una cualquiera o una combinación de las realizaciones anteriores, la segunda trayectoria de flujo de fluido puede estar en comunicación de fluidos operativa con el espacio de aire exterior.
Breve descripción de los dibujos
Las siguientes descripciones no deberían considerarse limitantes de ninguna manera. Haciendo referencia a los dibujos adjuntos, los elementos similares se numeran de la misma manera:
la figura 1 muestra una vista en perspectiva de un intercambiador de calor de aletas de placas de tubos redondos o una parte del mismo con aletas de sacrificio intercaladas;
la figura 2 es una vista superior de un intercambiador de calor que incluye dos partes de la figura 1 con una distribución de aletas de sacrificio intercaladas;
la figura 3 es una vista delantera de una aleta con tiras de material de sacrificio;
la figura 4 es una vista delantera de una aleta con una distribución de tiras de material de sacrificio;
la figura 5 es una vista en sección transversal de un intercambiador de calor de microcanal con aletas de sacrificio intercaladas; y
la figura 6 muestra esquemáticamente un sistema de transferencia de calor;
Descripción detallada
En el presente documento se presenta una descripción detallada de una o más realizaciones del aparato y método descritos a modo de ejemplificación y no de limitación haciendo referencia a las figuras.
Haciendo referencia ahora a la figura 1, se muestra un intercambiador de calor de aleta de placa de tubo redondo (RTPF) a modo de ejemplo 300. El intercambiador de calor 300 puede incluir uno o más circuitos de flujo para transportar refrigerante. Para los fines de la explicación, una parte del intercambiador de calor 300 se muestra con un tubo refrigerante de circuito de flujo único 320 en la figura 1 que consiste en una línea de entrada 330 y una línea de salida 340. La línea de entrada 330 se conecta a la línea de salida 340 en un extremo del intercambiador de calor 300 a través de un codo de tubo de 90 grados 350. Será evidente para un experto en la materia, sin embargo, que pueden agregarse más circuitos a la unidad en función de las demandas del sistema. Por ejemplo, aunque el codo de tubo 350 se muestra como un componente separado que conecta dos secciones de tubo recto, el tubo 320 también puede formarse como una sola pieza de tubo con una sección de horquilla en el mismo para el codo de tubo 350, y múltiples unidades de tales tubos de horquilla pueden conectarse con conectores en forma de U en los extremos abiertos para formar una trayectoria de flujo continuo más largo en una configuración de "ida y vuelta". Como alternativa, los tubos pueden configurarse como segmentos de tubo separados en paralelo entre los cabezales en cada extremo (no mostrado).
Los tubos del intercambiador de calor pueden fabricarse de un material de núcleo a base de aleación de aluminio y, en algunas realizaciones, puede fabricarse de aleaciones de aluminio seleccionadas de entre las aleaciones de aluminio serie 1000, serie 3000, serie 5000 o serie 6000. Las aletas pueden incluir materiales de sustrato de aleación de aluminio que incluyen, pero no se limitan a, materiales seleccionados de entre las aleaciones de aluminio serie 1000, serie 3000, serie 6000, serie 7000 o serie 8000 (como se usa en el presente documento, todas las designaciones de aleaciones de aluminio están de acuerdo con lo especificado por la Asociación de Aluminio de acuerdo con la publicación "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" o una publicación equivalente).
El intercambiador de calor 300 incluye además una serie de aletas que comprenden unos elementos en forma de placa dispuestos radialmente separados a lo largo de la longitud del circuito de flujo, conectados normalmente al o los tubos 320 con un ajuste de interferencia. Las aletas incluyen una primera pluralidad de aletas 355, con una segunda pluralidad de aletas 360 intercaladas entre la primera pluralidad de aletas 355. Las aletas 355/360 se proporcionan entre un par de placas de extremo o láminas de tubo 370 y 380 y están soportadas por los tubos 320 (es decir, los tubos 330 y 340 como se muestra en la figura 2) para definir un paso de flujo de gas a través del que pasa aire acondicionado o aire exterior a lo largo del o los tubos 320 y entre las aletas separadas. Las aletas pueden incluir opcionalmente unos elementos de mejora de la transferencia de calor tales como rejillas.
Las aletas 355 pueden formarse a partir de o incluir de otro modo una segunda aleación de aluminio, que puede ser cualquier aleación de aluminio útil para fabricar material de aletas, incluyendo pero no limitada a AA1000, AA3000, AA5000, AA7000, aleaciones de la serie AA AA8000 tales como AA1100, Aa 1145, AA3003, AA3102, AA5052, AA7072, AA8005 o AA8011. En algunas realizaciones, la segunda aleación de aluminio tiene una nobleza equivalente a la primera aleación de aluminio, de tal manera que no se sacrifica galvánicamente con respecto a la primera aleación de aluminio. Por nobleza equivalente, se quiere decir que cualquier diferencia en el potencial galvánico entre las aleaciones de aluminio primera y segunda no es suficiente para promover la corrosión galvánica sacrificatoria. En algunas realizaciones, la segunda aleación de aluminio es menos noble que la primera aleación de aluminio para proporcionar protección contra la corrosión sacrificatoria al tubo del intercambiador de calor. Por "menos noble", se quiere decir que la segunda aleación de aluminio es galvánicamente anódica con respecto a la primera aleación de aluminio, es decir, que la segunda aleación tiene un potencial galvánico más bajo o potenciales de electrodo más bajos que la primera aleación de aluminio, de tal manera que la segunda aleación de aluminio sería anódica con respecto a la primera aleación de aluminio en una célula galvánica. Esto permite que la segunda aleación de aluminio proporcione protección contra la corrosión sacrificatoria a la primera aleación de aluminio. En algunas realizaciones, la diferencia en el potencial del electrodo entre la primera aleación y una segunda aleación menos noble está en un intervalo que tiene un límite inferior de >0 V, 30 mV, u 80 mV, y un de 150 mV, 250 mV o 340 mV. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse de manera independiente para formar diversos intervalos (por ejemplo, 0-150 mV, 0­ 250 mV, 0-340 mV, 30-150 mV, 30-250 mV, 30-340 mV, 80-150 mV, 80-250 mV, 80-340 mV), y cada combinación posible se desvela expresamente por la presente. El potencial del electrodo puede caracterizarse con respecto a un calomelano saturado, aunque el tipo de electrodo no debería importar siempre que el potencial del electrodo para ambas aleaciones se caracterice con respecto al mismo electrodo. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse de manera independiente para producir intervalos diferentes, cada uno de los cuales se desvela explícitamente por la presente. En algunas realizaciones, la segunda aleación de aluminio puede estar provista de una nobleza reducida incorporando elementos de aleación tales como zinc o magnesio. En algunas realizaciones donde está presente el zinc, el zinc puede estar presente en la segunda aleación de aluminio a un nivel en un intervalo con un límite inferior de >0 % en peso, 0,8 % en peso, o 4,0 % en peso, de zinc y un límite superior de 1,3 % en peso, 5,0 % en peso o 10,0 % en peso. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse de manera independiente para formar, un número de intervalos, y cada combinación posible (es decir, 0-1,3 % en peso, 0-5,0 % en peso, 0-10 % en peso, 0,8-1,3 % en peso, 0,8-5,0 % en peso, 0,8-10 % en peso, 4,0-5,0 % en peso, 4,0-10 % en peso, y excluyendo combinaciones imposibles en donde un punto límite "inferior" sería mayor que un punto límite "superior") se desvela expresamente por la presente. En algunas realizaciones donde está presente el magnesio, el magnesio puede estar presente en la segunda aleación de aluminio a un nivel en un intervalo con un límite inferior de >0 % en peso, 0,05 % en peso, 1,0 % en peso, 1,3 % en peso o 2,2 % en peso, y un límite superior de 0,4 % en peso, 1,3 % en peso, 2,8 % en peso o 4,9 % en peso. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse independientemente para formar un número de intervalos, y cada combinación posible se desvela expresamente por la presente. La segunda aleación no necesita incluir un elemento de aleación antipasivación como el estaño, indio o galio, y en algunas realizaciones la segunda aleación de aluminio está libre de estaño, indio y galio. La segunda aleación también puede incluir uno o más de otros elementos de aleación para aleaciones de aluminio. La segunda aleación también puede incluir uno o más de otros elementos de aleación para aleaciones de aluminio. En algunas realizaciones, la cantidad de cualquier otro elemento de aleación individual puede oscilar entre 0-1,5 % en peso. En algunas realizaciones, el contenido total de cualquier otro elemento de aleación de este tipo puede oscilar entre 0-2,5 % en peso. Ejemplos de elementos de aleación de este tipo incluyen Si, Fe, Mn, Cu, Ti o Cr.
Las aletas 360 se forman a partir de o incluir de otro modo una tercera aleación de aluminio, que es menos noble que la primera aleación de aluminio y menos noble que la segunda aleación de aluminio. En algunas realizaciones, las aletas 360 pueden formarse a partir de la tercera aleación de aluminio. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede superponerse sobre todo o parte de un sustrato de aleación de aluminio, y puede aplicarse mediante diversas técnicas que incluyen pero no se limitan a la pulverización térmica (por ejemplo, espray frío), soldadura, galvanoplastia o revestimiento de cilindros. La tercera aleación de aluminio puede seleccionarse u obtenerse a partir de aleaciones de aluminio serie AA5000 o AA7000 tal como AA5052, AA7072. En algunas realizaciones, la diferencia de potencial galvánico entre la tercera aleación de aluminio y el potencial más cercano de las aleaciones de aluminio primera y segunda está en un intervalo que tiene un límite inferior de >0 V, 50 mV, o 150 mV, y un límite superior de 400 mV, 650 mV o 900 mV. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse independientemente para formar un número de intervalos, y cada combinación posible se desvela expresamente por la presente. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede estar provista de una nobleza reducida incorporando elementos de aleación tales como zinc o magnesio. En algunas realizaciones donde está presente el zinc, el zinc puede estar presente en la tercera aleación de aluminio a un nivel en un intervalo con un límite inferior de 0,5 % en peso, 2,0 % en peso, 2,5 % en peso, o 4,0 % en peso, y un límite superior de 4,5 % en peso, 6,0 % en peso, 7,0 % en peso o 10,0 % en peso. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse independientemente para formar un número de intervalos, y cada combinación posible se desvela expresamente por la presente. En algunas realizaciones donde está presente el magnesio, el magnesio puede estar presente en la tercera aleación de aluminio a un nivel en un intervalo con un límite inferior de 0,5 % en peso, 1,0 % en peso, o 2,2 % en peso, y un límite superior de 1,5 % en peso, 2,8 % en peso o 4,9 % en peso. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse de manera independiente para producir intervalos diferentes, cada uno de los cuales se desvela explícitamente por la presente. La tercera aleación de aluminio también incluye uno o más elementos de aleación seleccionados de entre estaño, indio o galio. En algunas realizaciones, los elementos de aleación seleccionados pueden estar presentes en la tercera aleación de aluminio a un nivel en un intervalo con un límite inferior de 0,010 % en peso, 0,016 % en peso, o 0,020 % en peso, y un límite superior de 0,020 % en peso, 0,035 % en peso, 0,050 % en peso o 0,100 % en peso. Estos puntos límite de intervalo pueden combinarse de manera independiente para producir diferentes intervalos posibles, cada uno de los cuales se desvela explícitamente por la presente (es decir, 0,010-0,020 % en peso, 0,010-0,035 % en peso, 0,010-0,050 % en peso, 0,010-0,100 % en peso, 0,016-0,020 % en peso, 0,016-0,035 % en peso, 0,016-0,050 % en peso, 0,016-0,100 % en peso, 0,020-0,020 % en peso, 0,020-0,035 % en peso, 0,020-0,050 % en peso, 0,020-0,100 % en peso). La tercera aleación también puede incluir uno o más de otros elementos de aleación para aleaciones de aluminio. La segunda aleación también puede incluir uno o más de otros elementos de aleación para aleaciones de aluminio. En algunas realizaciones, la cantidad de cualquier otro elemento de aleación individual puede oscilar entre 0-1,5 % en peso. En algunas realizaciones, el contenido total de cualquier otro elemento de aleación de este tipo puede oscilar entre 0-2,5 % en peso. Ejemplos de elementos de aleación de este tipo incluyen Si, Fe, Mn, Cu, Ti o Cr. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede tener una composición que consiste en: 4,0-6,0 % en peso de zinc o magnesio, 0,001-0,1 % en peso de uno o más elementos de aleación seleccionados de entre estaño, indio, galio, o combinaciones de los mismos, 0-2,5 % en peso de otros elementos de aleación y el resto de aluminio.
En algunas realizaciones, las aletas 360 pueden intercalarse entre las aletas 355 a intervalos regulares como se muestra en la figura 1. En algunas realizaciones, las aletas 360 pueden intercalarse entre las aletas 355 a intervalos irregulares, al azar o de acuerdo con un patrón. En algunas realizaciones, el número de aletas intercaladas 360 en comparación con el número de aletas 355 puede estar en un intervalo de 1:2 a 30:1. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede disponerse isotrópicamente con respecto a una dirección del flujo de fluido como se muestra en la figura 1, que puede lograrse con una distribución isotrópica de la tercera aleación de aluminio en las aletas 360 como se muestra en la figura 1 cuando las aletas 360 están formadas o totalmente revestidas con la tercera aleación de aluminio, o tienen una distribución isotrópica de la tercera aleación de aluminio en una parte de superficie de la parte de las aletas 360 (figura 3). En algunas realizaciones, las aletas 360 pueden disponerse con una distribución, tal como una distribución en la que las aletas 360 se concentran hacia una entrada 385 en una trayectoria de flujo de fluido a una salida 390 como se muestra en la figura 2. La figura 2 muestra dos pasos de intercambiador de calor 300 (figura 1) (usando la misma numeración de la figura 1 para describir componentes similares) unidos entre sí por un colector 325 y dispuestos sobre una trayectoria de flujo de fluido (por ejemplo, una trayectoria de flujo de aire) desde la entrada 385 a la salida 390. Como se muestra en la figura 2, las aletas 360 se concentran a lo largo del eje del paso de intercambiador de calor más cercano a la entrada 385, con menos de las aletas 360 dispuestas en el intercambiador de calor en el paso de intercambiador de calor más lejos de la entrada 385.
Las aletas 360 pueden formarse a partir de la tercera aleación de aluminio o pueden formarse a partir de otra aleación de material de aletas, tal como la segunda aleación de aluminio, cubriendo la tercera aleación de aluminio una superficie exterior de la otra aleación de material de aletas. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede cubrir la totalidad de la superficie exterior de la o las aletas formadas a partir de una aleación diferente. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede cubrir una parte de la superficie exterior de la o las aletas formadas a partir de una aleación diferente. Las realizaciones de ejemplo de una configuración de una aleta 360 con tiras 364 de la tercera aleación de aluminio en una base de aleta 362 de una aleación de aluminio diferente se muestran esquemáticamente en las figuras 3-4, las cuales usan la misma numeración de las figuras 1 y 2 para describir elementos similares. En algunas realizaciones, las partes o tiras 364 de la tercera aleación de aluminio pueden disponerse isotópicamente con respecto a una dirección de flujo de fluido como se muestra en la figura 3. En algunas realizaciones, las partes o tiras 364 de la tercera aleación de aluminio pueden disponerse con una distribución, tal como una distribución en la que las partes o tiras 364 se concentran hacia una entrada 385 para una trayectoria de flujo de fluido a una salida 390 como se muestra en la figura 4.
Las aletas 355/360 pueden tener un espesor en un intervalo de 0,00762 cm (0,003 pulgadas) a 0,01905 cm (0,0075 pulgadas) para intercambiadores de calor de aletas de placas de tubo redondo, o en un intervalo de 0,00254 cm (0,001 pulgadas) a 0,0127 cm (0,005 pulgadas) para intercambiadores de calor de microcanal. En algunas realizaciones, las aletas 360 pueden formarse a partir de (por ejemplo, consisten en) la tercera aleación de aluminio. En algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede disponerse como una capa superficial sobre una aleación de aleta de núcleo, en cuyo caso la tercera aleación de aluminio puede, en algunas realizaciones, revestir completamente la aleación de aleta de núcleo, y en algunas realizaciones, la tercera aleación de aluminio puede cubrir solo una parte de una aleación la aleta de núcleo. En las figuras 3 y 4 se muestran unas realizaciones de ejemplo en las que la tercera aleación de aluminio cubre una parte de una aleta.
En algunas realizaciones, las aletas de sacrificio intercaladas pueden usarse en las guías de fluido de intercambiador de calor en una configuración diferente a la del tubo redondo de la figura 1. Por ejemplo, en algunas realizaciones pueden emplearse aletas de sacrificio intercaladas con una configuración de intercambiador de calor de microcanal. La figura 5 muestra un tipo de intercambiador de calor de microcanal o minicanal. La configuración de estos tipos de intercambiadores de calor es en general la misma, con la diferencia principal que se aplica de manera bastante holgada basándose en el tamaño de los puertos de tubo de transferencia de calor. En aras de la conveniencia, este tipo de intercambiador de calor se denominará en el presente documento como intercambiador de calor de microcanal. Como se muestra en la figura 5, un intercambiador de calor de microcanal 200 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 manera fluida a cada uno de una pluralidad de tubos 218 que están cada uno conectado de manera fluida en un extremo opuesto con un segundo colector 220. El segundo colector 220 está conectado de manera 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 división 223 está localizada dentro del primer colector 212 para separar las secciones de entrada y salida del primer colector 212. Los tubos 218 y 222 pueden incluir canales, tales 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. Pueden obtenerse configuraciones de flujo de fluido de un solo paso y otra de paso múltiple colocando las divisiones 223, la entrada 214 y la salida 216 en localizaciones específicas dentro del primer colector 212 y del segundo colector 220.
Aun haciendo referencia a la figura 5, las aletas 224 se muestran extendiéndose 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 abiertos entre los tubos 218 y los tubos 222 (por ejemplo, para el flujo de aire) para proporcionar superficies de transferencia de calor adicionales y mejorar las características de transferencia de calor. Las aletas 224 también proporcionan un soporte a la estructura de intercambiador de calor. Las aletas 224 se unen 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 5, ya que también pueden usarse otras configuraciones de aletas (por ejemplo, rectangular, trapezoidal oval, sinusoidal). Las aletas 224 también pueden tener rejillas para mejorar la transferencia de calor. El intercambiador de calor 200 también incluye aletas de sacrificio intercaladas 260. Con respecto a las configuraciones de aletas corrugadas continuas tal como se muestra en la figura 5, cada segmento de aleta corrugada puede considerarse como una aleta distinta para el fin de la disposición de las pluralidades de aletas primera y segunda que incluyen las aleaciones de aluminio segunda y tercera, respectivamente. Las aletas de sacrificio intercaladas 260 pueden integrarse en una estructura de aleta corrugada continua con tiras que comprende la tercera aleación de aluminio integrada sobre partes de un material de aleta de base, como se ha mostrado anteriormente en las figuras 3 y 4.
Las realizaciones del intercambiador de calor desveladas en el presente documento pueden usarse en un sistema de transferencia de calor. Haciendo referencia ahora a la figura 6, se muestra esquemáticamente en forma de diagrama de bloques un sistema de transferencia de calor a modo de ejemplo con un circuito de circulación de fluido de transferencia de calor. Como se muestra en la figura 6, un compresor 10 presuriza un refrigerante o fluido de transferencia de calor en su estado gaseoso, que tanto calienta el fluido como proporciona presión para que circule por todo el sistema. El fluido de transferencia de calor gaseoso presurizado caliente que sale del compresor 10 fluye a través del conducto 15 al intercambiador de calor de rechazo de calor 20, que funciona como un intercambiador de calor para transferir calor del fluido transferencia de calor al ambiente circundante, dando como resultado la condensación del fluido transferencia de calor gaseoso caliente a un líquido de temperatura moderada presurizado. El fluido de transferencia de calor líquido que sale del intercambiador de calor de rechazo de calor 20 (por ejemplo, un condensador) fluye a través del conducto 25 a la válvula de expansión 30, donde se reduce la presión. El fluido de transferencia de calor líquido de presión reducida que sale de la válvula de expansión 30 fluye a través del conducto 35 al intercambiador de calor de absorción de calor 40 (por ejemplo, un evaporador), que funciona como un intercambiador de calor para absorber el calor del entorno circundante y hervir el fluido transferencia de calor. El fluido de transferencia de calor gaseoso que sale del intercambiador de calor de rechazo de calor 40 fluye a través del conducto 45 hacia el compresor 10, completando de este modo el circuito del fluido transferencia de calor. El sistema de transferencia de calor tiene el efecto de transferir calor del entorno que rodea el evaporador 40 al entorno que rodea al intercambiador de calor de rechazo de calor 20. Las propiedades termodinámicas del fluido transferencia de calor le permiten alcanzar una temperatura lo suficientemente alta cuando se comprime de tal manera que sea mayor que el entorno que rodea al condensador 20, permitiendo que el calor se transfiera al ambiente circundante. Las propiedades termodinámicas del fluido transferencia de calor también deben tener un punto de ebullición en su presión de postexpansión que permita que el entorno que rodea al intercambiador de calor de rechazo de calor 40 proporcione calor a una temperatura para vaporizar el fluido transferencia de calor líquido. Las realizaciones del intercambiador de calor descritas en el presente documento pueden usarse para el intercambiador de calor de rechazo de calor 20 o el intercambiador de absorción de calor 40.
El sistema de transferencia de calor mostrado en la figura 6 puede usarse como sistema de acondicionamiento de aire, en el que el exterior del intercambiador de calor de rechazo de calor 20 se pone en contacto con aire en el entorno exterior circundante y el intercambiador de calor de absorción de calor 40 se pone en contacto con aire en un entorno interior a acondicionar. Adicionalmente, tal y como se conoce en la técnica, el sistema también puede operarse en modo bomba de calor usando una válvula de conmutación multipuerto convencional para invertir la dirección del flujo del fluido de transferencia de calor y la función de los condensadores y evaporadores, 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 6 tiene etapas de evaporación y condensación para una transferencia de calor altamente eficiente, también se contemplan otros tipos de circuitos de fluido de transferencia de calor, tales como los circuitos de fluidos que no implican un cambio de fase, por ejemplo, sistemas multicircuito tales como los sistemas de acondicionamiento de aire o de refrigeración 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 6 a un entorno exterior circundante o a un entorno interior a acondicionar.
En la medida en que se use en el presente documento, el término "aproximadamente" pretende incluir el grado de error asociado con la medición de la cantidad específica en basándose en el equipo disponible en el momento de presentar la solicitud. Por ejemplo, "aproximadamente" puede incluir un intervalo de ± 8 % o 5 %, o 2 % de un valor dado.
La terminología usada en el presente documento tiene el fin de describir únicamente las realizaciones específicas y no pretende ser una limitación de la presente divulgación. Como se usa en el presente documento, las formas en singular "un", "una" y "el/la" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá, además, que los términos "comprende" y/o "que comprende", cuando se usan en la presente memoria descriptiva, especifican la presencia de características establecidas, elementos integrantes, etapas, operaciones, elementos y/o componentes, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, elementos integrantes, etapas, operaciones, componentes de elementos y/o grupos de los mismos.
Si bien la presente invención se ha descrito haciendo referencia a una realización o realizaciones a modo de ejemplo, los expertos en la materia entenderán que pueden realizarse diversos cambios y pueden sustituirse elementos de los mismos por equivalentes sin alejarse del alcance de la presente divulgación tal como se define en las reivindicaciones. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situación específica o un material a las enseñanzas de la presente divulgación sin alejarse del alcance de las reivindicaciones. Por lo tanto, se pretende que la presente invención no se limite a la realización específica desvelada como el mejor modo contemplado para realizar la presente divulgación, sino que la presente invención incluirá todas las realizaciones que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un intercambiador de calor (300) que comprende:
un tubo hueco (320) que comprende una primera aleación de aluminio que se extiende a lo largo de un eje desde una entrada de tubo (330) hasta una salida de tubo (340);
una primera pluralidad de aletas (355) que comprende una segunda aleación de aluminio que se extiende hacia fuera desde una superficie exterior del tubo;
una primera trayectoria de flujo de fluido a través del tubo hueco desde la entrada de tubo hasta la salida de tubo; y
una segunda trayectoria de flujo de fluido sobre una superficie exterior del tubo hueco a través de espacios entre aletas adyacentes;
estando el intercambiador de calor caracterizado por que comprende además una segunda pluralidad de aletas (360) que comprenden una tercera aleación de aluminio que se extiende hacia fuera desde la superficie exterior del tubo, intercaladas a lo largo del eje con las aletas que comprenden la segunda aleación de aluminio, en donde la tercera aleación de aluminio comprende un elemento de aleación seleccionado de entre estaño, indio, galio, o combinaciones de los mismos, en donde la tercera aleación de aluminio es menos noble que cada una de la primera aleación de aluminio y la segunda aleación de aluminio.
2. El intercambiador de calor de la reivindicación 1, en donde la relación entre el número de aletas en la primera pluralidad de aletas (355) y el número de aletas en la segunda pluralidad de aletas (360) es de 1:2 a 30:1.
3. El intercambiador de calor de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la intercalación de la segunda pluralidad de aletas (360) entre la primera pluralidad de aletas (355) se distribuye uniformemente a lo largo del eje.
4. El intercambiador de calor de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la tercera aleación de aluminio se concentra hacia una entrada a una trayectoria de flujo de fluido (385) en el exterior del tubo (320) entre las aletas (355, 360); opcionalmente
en donde la segunda pluralidad de aletas (360) se concentra hacia una entrada a una trayectoria de flujo de fluido (385) en el exterior del tubo (320) entre las aletas (355, 360).
5. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde la primera pluralidad de aletas (355) está libre de la tercera aleación de aluminio.
6. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde la tercera aleación comprende además zinc o magnesio.
7. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde la segunda aleación de aluminio es menos noble que la primera aleación de aluminio.
8. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde la segunda pluralidad de aletas (360) incluye individualmente la tercera aleación de aluminio a lo largo de la totalidad de su superficie; o
en donde la segunda pluralidad de aletas (360) incluye individualmente la tercera aleación de aluminio a lo largo de menos de la totalidad de su superficie.
9. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde el tubo hueco (320) está configurado como un cilindro hueco.
10. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, en donde las pluralidades de aletas primera y segunda (355, 360) están dispuestas como placas que incluyen aberturas a través de las que se dispone el tubo hueco (320).
11. El intercambiador de calor de cualquier reivindicación anterior, que comprende una pluralidad de tubos huecos (320) o una pluralidad de secciones de tubo hueco que se extienden paralelamente a dicho eje.
12. El intercambiador de calor de la reivindicación 11 que depende directa o indirectamente de la reivindicación 10, en donde la pluralidad de tubos huecos (320) o secciones de tubo hueco se extienden a través de una pluralidad de aberturas en dicha placa o placas.
13. Un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido de transferencia de calor en comunicación térmica operativa con una fuente de calor y un disipador de calor, en donde el intercambiador de calor (300) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12 está dispuesto como un enlace de transferencia de calor entre el fluido de transferencia de calor y el disipador de calor o fuente de calor.
14. Un sistema de transferencia de calor que comprende un circuito de circulación de fluido de transferencia de calor en comunicación térmica operativa con un espacio de aire acondicionado interior y un espacio de aire exterior, que incluye el intercambiador de calor (300) de cualquiera de las reivindicaciones 1-12 dispuesto con la primera trayectoria
de flujo de fluido en comunicación de fluidos operativa con el circuito de circulación de fluido de transferencia de calor.
15. El sistema de transferencia de calor de la reivindicación 14, en donde la segunda trayectoria de flujo de fluido (385, 390) está en comunicación de fluidos operativa con el espacio de aire acondicionado; o
en donde la segunda trayectoria de flujo de fluido (385, 390) está en comunicación de fluidos operativa con el espacio
de aire exterior.
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