铝合金管翅式热交换器的制造方法
【专利摘要】一种热交换器包括：管子，其包含第一铝合金；以及多个翅片，其与所述管子的外部成导热接触，所述翅片包含例如AA1100、AA8006和AA8011等第二铝合金以及一定量的锌或镁，所述锌或镁的量足以向所述第二铝合金提供比所述第一铝合金的电化学溶液电势负至少10mV的电化学溶液电势。
【专利说明】铝合金管翅式热交换器
【技术领域】
[0001]本文中所公开的标的物大体上涉及热交换器，并且更明确地说，涉及具有合金管子和铝轴环式翅片管子的热交换器。
[0002]发明背景
热交换器广泛用于各种应用，包括但不限于包括液体循环加热风机盘管的加热和冷却系统、各种工业和化学工艺中的加热和冷却、热量回收系统等(仅举几例)。许多用于将热量从一种流体转移到另一种流体的热交换器利用一个或多个管子，一种流体流动通过所述管子，而第二流体围绕所述管子流动。通过管壁传导将来自其中一种流体的热量转移到另一种流体。许多配置还利用与管子外部成导热接触的翅片来提供可在流体之间转移热量所在的增大的表面面积，且/或影响第二流体通过热交换器的流动。一种此类热交换器称为圆管板翅(RTPF)热交换器。
[0003]热交换器管子可由多种材料制成，包括例如铝或铜及其合金等金属。铝合金质轻，具有高比强度和高导热性。由于这些极好的机械性能，铝合金在商业、工业、住宅、运输、制冷和航海应用中用作加热或冷却系统的热交换器。然而，铝合金热交换器具有相对较高的腐蚀易感性。腐蚀最终导致从管子损失制冷剂并且加热或冷却系统失效。突然的管子失效导致迅速失去冷却并且失去加热或冷却系统的功能性。因此，铝合金热交换器的腐蚀性能的改进将在本领域中被很好地接受。
发明概要
[0004]根据本发明的一个方面，一种热交换器包括:管子，其包含第一铝合金；以及多个翅片，其与所述管子的外部成导热接触，所述翅片包含例如AAl 100、AA8006和AA8011等第二铝合金以及一定量的锌或镁，所述锌或镁的量足以向所述第二铝合金提供比所述第一铝合金的电化学溶液电势负至少10 mV的电化学溶液电势，如根据ASTM G69-97所确定。
[0005]附图简述
在说明书之前，在权利要求书中明确地指出并且清楚地主张被认为是本发明的标的物。从结合附图所作的以下详细描述中容易明白本发明的前述和其它特征以及优点，在附图中:
图1描绘并入有根据本发明的一个实施方案来处理的热交换器翅片的热交换器的透视图；
图2描绘根据本发明的一个实施方案的并入有所述经过处理的热交换器翅片的管子和翅片的截面图；以及
图3是根据本发明的一个实施方案的示范性管子和翅片合金的电化腐蚀电流密度的曲线图。
【具体实施方式】
[0006]现在参看附图，图1描绘根据本发明的一个实施方案的示范性RTPF热交换器10，其具有为电化腐蚀保护来处理的热交换器翅片60。明确地说，热交换器10包括一个或多个流动回路以用于携载制冷剂通过热交换器10。出于解释的目的，热交换器10被展示为具有单个流动回路制冷剂管20，其由引入线路30和引出线路40组成。引入线路30在热交换器10的一端处通过90度管弯头50连接到引出线路40。然而，应当明显的是，可依据系统的需求来向所述单元添加更多回路。制冷剂管20大体上由基于铝合金的核心材料制成。热交换器10进一步包括一系列翅片60，其包括沿着流动回路的长度间隔开的径向安置的板状元件。翅片60被设置在一对端板70与80之间，并且由线路30、40支撑，以便界定气体流动通道，通过所述气体流动通道，经过调节的空气在制冷剂管20上方并且在间隔开的翅片60之间经过。而且，在一些实施方案中，翅片60大体上由铝合金衬底材料制成，所述铝合金衬底材料例如为选自1000系列、7000系列或8000系列铝合金的材料。
[0007]图2描绘根据本发明的一个实施方案的热交换器10的截面图，所述热交换器包括制冷剂管20和翅片60。在典型布置中，如图2所示，具有回路流动线路30、40的铝合金制冷剂管20是由用于热交换器翅片60的大体共面铝合金板制成的。翅片60与线路30、40的附接点被硬焊来形成永久连接。
[0008]如本文所描述的第一铝合金用来形成管翅式热交换器的管子。第一铝合金可选自许多已知且市售的铝合金中的任一者，其具有根据ASTM G69-97确定的-695 mV到-770 mV的电化学溶液电势，更特定地说，-710 mV到-750 mV。可用作第一铝合金的代表性合金包括但不限于3000系列的合金以及例如1000系列、5000系列等其它合金系列。示范性合金包括3003和3102。
[0009]本文中所描述的第二铝合金用来制备用于制造翅片的翅片坯料。第二铝合金包含选自由AAl 100、AA8006和AA8011及其混合物组成的群组的基础合金。这些合金的成分及其制备技术在本领域中是众所周知的。举例来说，此类成分的示范性实施方案在Aluminumand Aluminum Alloys (ASM Specialty Handbook, J.R.Davis,ASM Internat1nal)中描述，所述文献的公开内容以全文引用的方式并入本文中。翅片合金包含一定量的锌或镁，所述量足以向第二铝合金提供比管子合金的电化学溶液电势负至少10 mV的电化学溶液电势，如根据ASTM G69所确定。在更特定的示范性实施方案中，锌或镁所存在的量足以向第二铝合金提供比管子合金的电化学溶液电势负至少40 mV的电化学溶液电势。在示范性实施方案中，锌或镁所包含的水平可为0.1到10重量％锌或镁，更特定地说，0.25到8重量％锌或镁，并且更加特定地说，0.7到8重量％锌或镁。在其它示范性实施方案中，第二铝合金包含0.15到4重量％锌，更特定地说，0.25到3重量％锌，并且更加特定地说，0.7到1.5重量％锌。
[0010]在另一个实施方案中，包含Zn或镁的第二铝合金可通过以下方式来形成:在熔融温度足够高来熔融并与Zn或Mg混合(例如，对于Zn为1300华氏度)时，在坩埚中使基础合金熔融并且作为小件高纯度Zn或Mg来添加Zn或Mg。使用快速凝固来固化熔融物，并且通过滚轧来形成翅片60的薄片。在一个示范性实施方案中，固化翅片60主要包含铝，并且优选地，包含高达按重量计约1% Zn的量的Zn材料。在其它实施方案中，Zn材料具有约I微米到约10微米的涂层厚度。
[0011]本文中所描述的实施方案针对具有铝合金管子的管翅式热交换器(即，所谓的“全铝”热交换器)的翅片使用铝合金。对于此类热交换器，制成翅片的合金应当比制成管子的合金更具阳极性。这确保，任何电化腐蚀将在翅片中发生而非在管子中发生，因为管子腐蚀会造成涉及制冷剂损耗的潜在突变失效。例如合金7072等常规阳极铝合金遭受可模锻性限制，这对于具有低fpi (每英寸翅片数)计数且具有相应较高的轴环尺寸的热交换器尤其成问题。对于一些具有较低fpi计数的热交换器设计，7072翅片在较低fpi计数下由于7072的有限可模锻性而遭受破裂和其它缺陷。对于此类设计，7072在能够实现的最小fpi计数上受到限制。
[0012]通过以下非限制性实施例进一步描述本发明。
[0013]实施例1
通过经由添加1.0重量％锌对合金1100进行改良来准备用作翅片材料的铝合金。根据ASTM G71-81来评估所得合金与管子合金3003的电化兼容性。在电化腐蚀测试溶液中执行所述评估，所述溶液例如为G69-97中所描述的溶液或用来评估电化腐蚀易感性的其它电化腐蚀测试溶液。出于比较目的，还评估比较合金7072与管子合金3003的电化兼容性。图3中展示所述结果，其指示两种翅片合金相对于管子合金3003具有充分阳极性，使得管翅式热交换器中的任何电化腐蚀将在翅片中发生而非在管子中发生，其中3003具有-742mV的溶液电势，改良型1100具有-792 mV的溶液电势，并且7072具有-835 mV的溶液电势。同样出于比较目的，还评估比较合金1100与管子合金3003的电化兼容性。图3中展示所述结果，其指示1100翅片合金相对于管子合金3003没有充分阳极性。因此，管翅式热交换器中的任何电化腐蚀将在管子中发生而非在翅片中发生，其中3003具有-742 mV的溶液电势，并且1100具有-752 mV的溶液电势。
[0014]实施例2
根据本发明使用铝合金管子和由锌改良型AAllOO制备的轴环型翅片将管翅式热交换器制备成具有各种管子大小和fpi/翅片轴环值。具有7072的热交换器展现翅片的明显分裂，尤其是在较低fpi计数下。在下表中展示在不同翅片厚度下的示范性最低可实现FPI计数:
表翅片厍度最小FPl
AAilOO+l%2h AA7072
O—0035?Μ4” 13-10 20-13
0.005”-0.006” 10-? 1440................................................................1S*Woir................................................................................................................%5........................................................................................Π 万..........................................本发明的具有锌改良型1100翅片合金的热交换器未展现分裂，并且能够实现比由7072合金制成的翅片的比较物低的最小fpi计数。
[0015]尽管已经仅结合有限数目的实施方案来详细描述本发明，但应容易理解，本发明不限于此类所公开的实施方案。而是，本发明可被修改来并入至今尚未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数目的变化、更改、替代或等效布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的数个方面可仅包括一些所描述的实施方案。因此，不应将本发明视为由前述描述限制，而是本发明仅由所附权利要求书的范围限制。
【权利要求】
1.一种热交换器，其包括: 管子，其包含第一铝合金；以及 多个翅片，其与所述管子的外部成导热接触，所述翅片包含第二铝合金，所述第二铝合金包含选自由AA1100、AA8006和AA8011组成的群组的基础合金以及一定量的锌或镁，所述锌或镁的量足以向所述第二铝合金提供比所述第一铝合金的电化学溶液电势负至少10 mV的电化学溶液电势，如根据ASTM G69所确定。
2.如权利要求1所述的热交换器，其中所述第一铝合金具有-695mV到-770 mV的电化学溶液电势，如根据ASTM G69所确定。
3.如权利要求2所述的热交换器，其中所述第一铝合金具有-710mV到-750 mV的电化学溶液电势。
4.如权利要求1-3中任一项所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.1到10重量％的锌或镁。
5.如权利要求4所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.25到8重量％的锌或镁。
6.如权利要求4所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.7到8重量％的锌或镁。
7.如权利要求4所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.15到4重量％的锌。
8.如权利要求4所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.25到3重量％的锌。
9.如权利要求4所述的热交换器，其中所述第二铝合金包含0.7到1.5重量％的锌。
10.如权利要求1-9中任一项所述的热交换器，其中所述第二铝合金具有比所述第一铝合金的电化学溶液电势负至少40 mV的电化学溶液电势。
11.如权利要求1-10中任一项所述的热交换器，其中所述基础合金是AA1100。
12.如权利要求1-10中任一项所述的热交换器，其中所述基础合金是AA8006。
13.如权利要求1-10中任一项所述的热交换器，其中所述基础合金是AA8011。
14.如权利要求1-13中任一项所述的热交换器，其中所述第一铝合金是AA3003。
【文档编号】C22C21/00GK104220835SQ201380019460
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2012年4月12日
【发明者】R.黄, M.T.隆巴多 申请人:开利公司