JP2010540882A - Heat exchanger material coating - Google Patents
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Abstract
【課題】熱伝導/発熱流体の流量条件にかかわらず、腐食および/または浸食現象に耐えることができ、しかもコーティング層の厚さの低減を可能にし、かつ高い機械強度を有する熱交換器の複合材料用のコーティング層を提供する。
【解決手段】発熱流体に接触できる、2層または3層からなる熱交換器用の複合材料において、流体に直接接触することができる、蝋付けされるコーティング層(2)で覆われたコア(3)を備えており、コーティング層(2)は、亜鉛を1.2〜1.8重量%、マンガンを0.9〜1.8重量%、および/またはジルコニウムを0.05〜0.25重量%含有し、シリコンを0.3〜1重量%、および/または鉄を0.3〜0.9重量%、および/または銅を0.1〜0.4重量%、および/またはマグネシウムを0.05重量%未満、および/またはチタンを0.05〜0.25重量%含有することを特徴とする複合材料。
【選択図】図1A heat exchanger composite that can withstand corrosion and / or erosion phenomena regardless of heat conduction / heating fluid flow rate conditions, and that can reduce the thickness of the coating layer and has high mechanical strength. A coating layer for the material is provided.
In a composite material for a heat exchanger consisting of two or three layers that can contact a heat generating fluid, the core (3) covered with a brazing coating layer (2) that can directly contact the fluid. And the coating layer (2) comprises 1.2 to 1.8% by weight of zinc, 0.9 to 1.8% by weight of manganese and / or 0.05 to 0.25% by weight of zirconium. % Of silicon, 0.3 to 1% by weight of silicon and / or 0.3 to 0.9% by weight of iron and / or 0.1 to 0.4% by weight of copper and / or 0 of magnesium A composite material comprising less than 0.05% by weight and / or 0.05 to 0.25% by weight of titanium.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、熱交換器の分野に関し、詳細には、流体が内部を通過するタイプの熱交換器に関する。 The present invention relates to the field of heat exchangers, and in particular to heat exchangers of the type through which fluid passes.
現在、端部が、2つの配水タンクに、それぞれ従来通りに取り付けられた熱交換器用のチューブは知られている。これらのチューブは、熱交換器の熱交換バンドルを構成している。通常は、クーラントタイプの液体である熱伝達/発熱流体がチューブ内を流れ、チューブの外側を流れる通常は空気である別の流体と熱交換をする。 Currently, tubes for heat exchangers are known in which the ends are conventionally attached to two water distribution tanks, respectively. These tubes constitute a heat exchange bundle of the heat exchanger. A heat transfer / heating fluid, typically a coolant type liquid, flows through the tube and exchanges heat with another fluid, usually air, that flows outside the tube.
流体は、液体である必要がある場合、自動車においては、チューブを構成する金属に対して、一般に腐食性となる。従来、チューブ壁のコア、すなわちチューブの中核は、流体と接触して、特に塩化物に対する犠牲保護層として機能するようになっているコーティング層でコーティングされている。したがって、チューブ壁のコアは、侵食されず、このコーティング層が腐食する。このコーティング層は、亜鉛を約1重量%含有している。 When the fluid needs to be a liquid, it is generally corrosive to the metal that makes up the tube in an automobile. Conventionally, the core of the tube wall, i.e. the core of the tube, is coated with a coating layer that is in contact with the fluid and serves in particular as a sacrificial protective layer against chloride. Therefore, the tube wall core is not eroded and the coating layer is eroded. This coating layer contains about 1% by weight of zinc.
この犠牲層の機能は、熱交換器のチューブのコーティング層の機能である。 The function of this sacrificial layer is that of the coating layer of the heat exchanger tube.
しかしながら、金属壁の腐食は、均一ではなく、この腐食は、ピッチングによって生じ、コーティング層の局所的な変質部が形成されることが観察された。 However, it was observed that the corrosion of the metal wall was not uniform and this corrosion was caused by pitting and a local alteration of the coating layer was formed.
チューブのピッチング現象は、腐食現象と浸食現象の組合せである。実際に、ピッチングゾーンに近接したコーティング層は、安定していないため、腐食生成物が流れに乗って回路に入り、新しい化学平衡が起こる。これは、動的な熱化学現象である。 The tube pitching phenomenon is a combination of corrosion and erosion phenomena. In fact, the coating layer proximate to the pitching zone is not stable, so corrosion products ride on the flow and enter the circuit, and a new chemical equilibrium occurs. This is a dynamic thermochemical phenomenon.
しかしながら、チューブを循環している流体の流速が大きい場合、コーティング層の機械強度が弱く、コアの機械強度よりも大幅に低いため、ピッチングによる腐食は加速される。これにより、流体の速度が、例えば、約60〜20L/分と速い場合、熱交換器のチューブに急速な腐食が起こり、その結果、チューブは急速に磨耗したり漏れを生じたりする。 However, when the flow rate of the fluid circulating in the tube is high, the mechanical strength of the coating layer is weak and significantly lower than the mechanical strength of the core, so that corrosion due to pitting is accelerated. This causes rapid corrosion of the heat exchanger tubes when the fluid velocity is as high as, for example, about 60-20 L / min, resulting in rapid wear and leakage of the tubes.
現在考えられる唯一の解決策として、流体の流速が速い場合に、長期に亘ってコーティング層がこのような加速された腐食現象に耐えることができるように、コーティング層の厚さを増大させることが考えられる。 The only solution currently conceivable is to increase the thickness of the coating layer so that the coating layer can withstand such accelerated corrosion phenomena over time if the fluid flow rate is high. Conceivable.
しかし、この解決策は、チューブの耐用年数を一時的に改善するだけであり、満足できるものではない。さらに、コーティング層の厚さを大とすることにより、チューブの厚さ、従って熱交換器のサイズが大きくなるだけではなく、材料の厚さ(熱伝導に対する抵抗)の増大により、熱交換性能が低下してしまう。したがって、同様の熱交換器能力の場合、サイズが大きく、質量の重い熱交換器を用意しなければならない。最後に、この材料の厚さの追加は、コーティング層が、化学機能に応じた特定の構造を有するため、明らかにコストが嵩むことになる。 However, this solution only improves the tube service life temporarily and is not satisfactory. Furthermore, increasing the thickness of the coating layer not only increases the tube thickness and hence the size of the heat exchanger, but also increases the thickness of the material (resistance to heat conduction), resulting in improved heat exchange performance. It will decline. Therefore, for a similar heat exchanger capability, a large size and heavy mass heat exchanger must be provided. Finally, the addition of this material thickness is obviously costly because the coating layer has a specific structure depending on its chemical function.
これらの所見は、チューブからなる熱交換器の複合材料についてであるが、同様の特性、すなわち、複合材料の壁のコアを化学的に保護するコーティング層に必要な特性を有するあらゆるタイプの熱交換器の複合材料は、本発明の目的であり、現在の熱交換器において、上記した従来技術のチューブの欠点および問題と類似する欠点および問題を有することに留意されたい。 These findings are for heat exchanger composites consisting of tubes, but any type of heat exchange with similar properties, i.e. the properties required for a coating layer that chemically protects the core of the composite wall. It should be noted that the composite material of the vessel is the object of the present invention and has drawbacks and problems similar to those of the prior art tubes described above in current heat exchangers.
本発明は、上記の欠点および問題を解決するためになされたものであり、特に熱伝導/発熱流体の流量条件にかかわらず、腐食および/または浸食現象に耐えることができ、しかもコーティング層の厚さの低減を可能にする、高い機械強度を有する熱交換器の複合材料用のコーティング層を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks and problems. In particular, the present invention can withstand corrosion and / or erosion phenomena regardless of the heat conduction / heating fluid flow rate conditions, and the thickness of the coating layer. It is an object of the present invention to provide a coating layer for a composite material of a heat exchanger having a high mechanical strength that makes it possible to reduce the thickness.
そのため、本発明は、発熱流体に接触できる少なくとも1つの壁を含む熱交換器の複合材料であって、この壁は、流体と直接接触する、蝋付けされるコーティング層で覆われたコアを備えており、コーティング層は、亜鉛を1.2〜1.8重量%、およびマンガンを0.9〜1.8重量%、および/またはジルコニウムを0.05〜0.25重量%含有することを特徴とする複合材料を提案するものである。 As such, the present invention is a composite material for a heat exchanger that includes at least one wall that can contact an exothermic fluid, the wall comprising a core covered with a brazed coating layer that is in direct contact with the fluid. The coating layer contains 1.2 to 1.8 wt% zinc and 0.9 to 1.8 wt% manganese and / or 0.05 to 0.25 wt% zirconium. The proposed composite material is proposed.
本発明による複合材料は、2層または3層、すなわちコアおよびそのコーティング、ならびに任意選択の外層を含むことに留意されたい。 Note that the composite material according to the invention comprises two or three layers: the core and its coating, and an optional outer layer.
用語「コア」は、壁の中心、すなわち中核に設けられた部分、すなわち一部を意味することを理解されたい。 It is to be understood that the term “core” means the part of the wall, ie the part provided in the core.
パーセンテージは、本明細書では、重量%のことである。すなわち、層または部品における対象成分の割合は、層または部品の全重量に対する対象成分の重量によって決められる。 Percentages herein are by weight. That is, the ratio of the target component in the layer or part is determined by the weight of the target component with respect to the total weight of the layer or part.
本発明の熱交換器の他の特徴は、次の通りである。
・一実施形態によると、複合材料がチューブを構成し、コーティング層がこのチューブの内面に設けられている。
・複合材料/チューブは、コーティング層の反対側に位置する、添付の図面には示していない少なくとも1つの取付け部材、例えば、中間層/乱流器/フィンを、蝋付けによって固定することができる外層を備えている。
・本発明の好適な一実施形態によると、コーティング層は、シリコンを0.3〜1重量%、および/または鉄を0.3〜0.9重量%、および/または銅を0.1〜0.4重量%、および/またはマグネシウムを0.05重量%未満、および/またはチタンを0.05〜0.25重量%含有している。
・本発明の好適な一実施形態によると、コアは、シリコンを0.1〜0.65重量%、および/または鉄を0.2〜0.7重量%、および/または銅を0.2〜1.1重量%、および/またはマンガンを0.6〜2重量%、および/またはマグネシウムを0.05重量%未満、および/または亜鉛を0.1重量%以下、および/またはジルコニウムを0.2重量%以下含有している。
・コアは、基本的に、アルミニウムからなっている。
・本発明の1つの特徴によると、コーティング層の厚さは、複合材料の全厚の10〜30%、好ましくは複合材料の全厚の10〜15%であり、この複合材料は、コーティング層、コア、および外層のみからなっている。
・好ましくは、コーティング層は、マンガンを1.4〜1.8重量%含有している。このマンガンのパーセンテージは、コアのマンガンの濃度に類似または近似している。
・好ましくは、コーティング層は、ジルコニウムを0.1〜0.2重量%含有している。
・好ましくは、コーティング層は、亜鉛を1.4〜1.8重量%含有している。
Other features of the heat exchanger of the present invention are as follows.
-According to one embodiment, the composite material comprises a tube and a coating layer is provided on the inner surface of the tube.
The composite material / tube can be secured by brazing at least one attachment member, not shown in the attached drawings, for example an intermediate layer / turbulator / fin, located on the opposite side of the coating layer It has an outer layer.
According to a preferred embodiment of the invention, the coating layer comprises 0.3 to 1% by weight of silicon and / or 0.3 to 0.9% by weight of iron and / or 0.1 to 0.1% of copper. It contains 0.4% by weight and / or less than 0.05% by weight of magnesium and / or 0.05 to 0.25% by weight of titanium.
According to one preferred embodiment of the invention, the core is 0.1-0.65% by weight silicon and / or 0.2-0.7% by weight iron and / or 0.2% copper. -1.1 wt%, and / or manganese 0.6-2 wt%, and / or magnesium less than 0.05 wt%, and / or zinc 0.1 wt% or less, and / or zirconium 0 .2% by weight or less is contained.
-The core is basically made of aluminum.
According to one feature of the invention, the thickness of the coating layer is 10-30% of the total thickness of the composite material, preferably 10-15% of the total thickness of the composite material, It consists only of the core and outer layers.
-Preferably, the coating layer contains 1.4 to 1.8 weight% of manganese. This manganese percentage is similar or close to the core manganese concentration.
-Preferably, the coating layer contains 0.1 to 0.2 weight% of zirconium.
-Preferably, the coating layer contains 1.4 to 1.8 weight% of zinc.
概説すると、本発明は、発熱流体に接触できる熱交換器の複合材料であって、発熱流体に直接接触する、蝋付けされるコーティング層で覆われたコアを備えており、コーティング層は犠牲保護層であり、降伏強さRp 0.2が45MPaよりも大きく、かつ引張り強さが125MPaよりも大きいことを特徴とする複合材料に関する。 In summary, the present invention is a heat exchanger composite material that can contact a heat generating fluid, comprising a core covered with a brazed coating layer that directly contacts the heat generating fluid, the coating layer being sacrificial protected The present invention relates to a composite material that is a layer and has a yield strength Rp 0.2 of greater than 45 MPa and a tensile strength of greater than 125 MPa.
また、本発明は、少なくとも2種類の流体の間に熱交換バンドルを備え、流体の一方が、上記した複合材料の中で循環する、主として自動車用の熱交換器にも関する。 The present invention also relates to a heat exchanger mainly for automobiles, in which a heat exchange bundle is provided between at least two kinds of fluids, and one of the fluids circulates in the above-described composite material.
以下の説明では、単なる例を示し、添付の図面を参照する。 In the following description, examples are given only and reference is made to the accompanying drawings.
以下の説明において、本発明を、熱交換器のバンドルを形成するために熱交換器に取り付けられるチューブ、正確にはフラットチューブからなる複合材料を用いて例示する。ただし、この複合材料は、熱交換器の導管を形成するために用いられるプレート、または他の壁を形成するために使用することもできる。 In the following description, the present invention is illustrated using a composite material consisting of a tube, precisely a flat tube, attached to a heat exchanger to form a bundle of heat exchangers. However, the composite material can also be used to form plates or other walls that are used to form heat exchanger conduits.
図1は、本発明による複合材料の壁1を模式的に示している。3つの層、すなわちコーティング層2、コア3、および外層4が、従来の複合材料の壁と同様に存在している。
FIG. 1 schematically shows a
本発明は、コーティング層2に関し、さらに、このコーティング層2と結合されたコア3にも関する。
The present invention relates to the
コーティング層2および外層4は、いかなる改良、または特定の加工や処理を加えることなく、完全に従来の要領で、複合材料/チューブの壁のコア3に取り付けられる。この技術は当業者に公知であるため、これらの層を金属コアに取付け/固定するための手順/方法については、これ以上説明しない。
The
本発明によると、コア3およびコーティング層2の両方において、特に強い壁を提供することが可能となる。従来、コア3を強くすることはあったが、コア3とコーティング層2が、ともにほぼ同等の高い機械的性質を有することはなかった。しかし、本発明のコア3とコーティング層2は、以下に示す機械特性を有している。
・降伏強さRp 0.2は、45MPaよりも大きい
・引張り強さは、125MPaよりも大きい
According to the present invention, it is possible to provide a particularly strong wall in both the core 3 and the
Yield strength Rp 0.2 is greater than 45 MPa Tensile strength is greater than 125 MPa
コア3およびコーティング層2の降伏強さRp 0.2は、概ね45〜65MPaの範囲であることに留意されたい。
It should be noted that the yield strength Rp 0.2 of the core 3 and the
本発明によるコーティング層2では、割合を示す亜鉛は、腐食耐性に寄与し、マンガンおよび/またはジルコニウムは、機械特性を向上させるために必須である。ジルコニウムは、特に、合金の(より小さい結晶への)再結晶化を制限する特性を有する。
In the
腐食に対する優れた保護が得られるようにするために、コーティング層2とコア3との間の腐食電位差を、少なくとも120mV/SCE(ASTM G69−1997標準によって測定した飽和カロメル電極)にしなければならない。本発明のコア3とコーティング層との間の腐食電位差は、この120mV/SCEの値よりも高く、通常は150mV/SCEよりも高い。
In order to obtain excellent protection against corrosion, the corrosion potential difference between the
本発明は、本発明による複合材料/チューブ内を循環する流体が、特に、エンジンのクーラントに使用されるような液体タイプの腐食性流体の場合、特に有利であるが、このコーティング層は、このコーティングの厚さを低減するとともに、高い機械特性を付与するために、熱交換器のすべてのタイプの複合材料/チューブに使用することができる。 The present invention is particularly advantageous when the fluid circulating in the composite / tube according to the present invention is a liquid type corrosive fluid, such as that used in engine coolants. It can be used for all types of composites / tubes in heat exchangers to reduce coating thickness and to impart high mechanical properties.
1 壁
2 コーティング層
3 コア
4 外層
1
Claims (11)
前記流体に直接接触することができる、蝋付けされるコーティング層(2)で覆われたコア(3)を備えており、
前記コーティング層(2)は、亜鉛を1.2〜1.8重量%、マンガンを0.9〜1.8重量%、および/またはジルコニウムを0.05〜0.25重量%含有し、かつシリコンを0.3〜1重量%、および/または鉄を0.3〜0.9重量%、および/または銅を0.1〜0.4重量%、および/またはマグネシウムを0.05重量%未満、および/またはチタンを0.05〜0.25重量%含有することを特徴とする複合材料。 A composite material for a heat exchanger consisting of two or three layers and in contact with a heating fluid,
Comprising a core (3) covered with a brazed coating layer (2) capable of direct contact with said fluid;
The coating layer (2) contains 1.2 to 1.8 wt% zinc, 0.9 to 1.8 wt% manganese, and / or 0.05 to 0.25 wt% zirconium, and 0.3-1 wt% silicon and / or 0.3-0.9 wt% iron and / or 0.1-0.4 wt% copper and / or 0.05 wt% magnesium And / or 0.05 to 0.25% by weight of titanium.
前記流体に直接接触する、蝋付けされるコーティング層(2)で覆われたコア(3)を備えており、
前記コーティング層(2)は、亜鉛およびマンガン、および/またはジルコニウムを含有する犠牲保護層であり、降伏強さRp 0.2が45MPaよりも大きく、かつ引張り強さが125MPaよりも大きいことを特徴とする複合材料。 In composite materials for heat exchangers that can contact the exothermic fluid,
A core (3) covered with a brazed coating layer (2) in direct contact with the fluid;
The coating layer (2) is a sacrificial protective layer containing zinc and manganese and / or zirconium, and has a yield strength Rp 0.2 of greater than 45 MPa and a tensile strength of greater than 125 MPa. And composite materials.
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