CN1052908A - 制造高效传热表面的方法及所制造的表面 - Google Patents

Abstract

一种制造传热表面的方法及所制造的表面。通 过将金属和非金属粉末粒子混合物用火焰喷射到一 金属基层上而制成一多孔表面。然后加热表面，使非 金属粉末粒子氧化成气体且从表面散发出来，在非金 属粉末粒子嵌入处留下空隙。空隙可提供由表面加 热的液体的泡核沸腾位置。

Description

本发明一般涉及传热表面及制造这种表面的方法。尤其涉及一种有效地汽化诸如液体冷却剂之类的多孔表面及火焰喷射和处理一金属基层以形成该表面的方法。

众所周知一种将热量从一加热表面传递到一与表面接触的液体的最有效的机制是泡核沸腾。在泡核沸腾过程中，从加热表面传递的热量蒸发与表面接触的液体并形成气泡。截留在气泡内的蒸气被从表面传来的热量过度加热，气泡涨大。当气泡涨到足够大，其表面张力被克服，气泡就在表面上破裂且离开表面。当气泡脱离表面后，液体进入气泡空出的空间，而留在空间内的蒸气具有另外的液体源而蒸发形成另外的气泡。在表面上气泡的不断形成，气泡离开表面和表面重新潮湿连同上升的蒸气气泡的对流效果和液体的混和导致了一改进的传热表面的传热速度。

人们还知道泡核沸腾过程可通过加工传热表面的外形而加强，这样传热表面就有用于容纳截留蒸气的成核位置，并促进蒸气气泡的形成。例如，简单的方法是使传热表面变得粗糙来提供成核位置，与类似的光滑表面相比，改进了表面的传热性能。

在汽化液体冷却剂中，例如在空调或冷却系统的蒸发器中，可再入型成核位置产生稳定的泡罩塔和良好的表面传热性能。可再入型成核位置是一个表面空隙，其空隙的开度小于表面下的空隙空间。周围液体的过度流量可涌进可再入型成核位置内并停止活化作用。通过加工传热表面的外形使其在表面含有比较小的开度和比较大的表面下互连通道，可阻止截留蒸气的溢流或成核位置的溢流，并改进表面的传热性能。

几年来，随着对上述原理的了解，人们做了许多努力以制造出改进效率并含有表面下成核位置的传热表面。

制造这种表面的一种方法是通过机加工，滚压或研磨等方法。诸如这一类的方法已在美国专利No.3，696，861、美国专利No.3，768，290、美国专利No.4，159，739和美国专利No.4，438，807上揭示。然而，这些方法不能在诸如钛之类的硬质合金基质上制备传热表面。

另一种方法在美国专利No.4，129，181中揭示，其中金属表面是通过先覆上一网状组织的泡沫层，然后在泡沫基层上镀上一薄金层涂敷层来制备的。然后泡沫层在575°-980°F的温度范围内进行热分解。这种加热方法可使金属退火而降低其机械性能。

在一金属基层上用火焰喷射金属粒子是另一种制造方法。这种技术的一些变化已被发展和揭示了。在美国专利No.3，990，862揭示的方法中，氧化剂燃料气体平衡是最重要的。在美国专利No.4，354，550揭示的方法中，表面在火焰喷射前必须预热。在美国专利No.4，753，849揭示的方法中，即本发明的发明人提出的，在一金属基层上用火焰喷射两种不同的金属。然后一种金属通过酸浴被蚀刻而在基层表面上形成表面下空隙。

美国专利No.4，359，086揭示的方法结合了机加工和火焰喷射技术，先滚压和研磨一表面，然后在机加工表面上进行火焰喷射以在表面上形成一覆盖机加工通道的多孔涂敷层。

因此，需要有一种简单、经济和安全的制造汽化液体的高效传热表面的方法。

据此，本发明的目的在于生产出一种具有超传热性能的传热表面。

本发明的另一目的在于在大批量生产过程中提供一种经济、简单和安全地制造高效传热表面的制造方法。

本发明的又一目的在于提供一种适合于用于汽化多种液体的多种金属组成的表面上取得优质传热性能的高效传热表面的制造方法。

本发明的这些和其他一些目的是通过在一金属基层上外加一多孔涂敷层的新颖方法实现的。

在本发明的方法中，用一金属粉末和非金属材料粉末的混和物对一金属基层进行火焰喷射。金属粉末粒子熔化在基层上和相互熔化，非金属粉末粒子嵌在火焰喷射涂敷层中。第二涂敷层通过第二次火焰喷射含有不同比例的金属和非金属粉末粒子和/或大小不同的粉末粒子混和物覆盖在第一涂敷层上。然后将最终的涂敷层进行干燥，通过这一步骤，使非金属粒子发展成气态并从涂敷层中扩散出来，在嵌入非金属粒子的地方留下孔隙或空穴。

本发明的一些新颖性特征将在作为说明书一部分的权利要求书中详细描述。通过附图和说明来对本发明的最佳实施例进行具体描述，将使人们进一步理解本发明，以及使用本发明的优点和目的。

附图构成说明书的一个部分。在各附图中，相同的编号表示相同或对应的部件。

图1为本发明传热表面制造方法的一个实施例的示意图，该实施例中在热交换器铜管外覆有单一多孔涂层。

图2为本发明传热表面制造方法的另一个实施例的示意图，该实施例中在热交换器铜管外先包覆第一多孔涂层，然后再包覆第二层较小孔隙率的涂层。

此处描述的本发明实施例主要是用于空调或制冷系统的蒸发器内的换热器管。这种蒸发器一般是在单一壳体内含有多根管子的管状热交换器。这些管子通常设置成供待冷却液体通过热交换器的多条平行流路。这些管子被浸入流过热交换器壳体的冷却剂中。流体通过管壁的传热而冷却，即蒸发与管子外表面接触的冷却剂。这类蒸发器的传热能力主要是根据每根管子的传热性能来决定的。

虽然此处描述了本发明的上述实施例，但本发明同样适合于形成其它场合的高效传热表面的用途。

根据本发明的一个实施例，高效传热表面的制造方法由图1所示，图中铜管21从左向右移动，同时绕其纵向轴转动。在该实施例中，首先对管子21外表面喷砂或用合适的替代工艺（未表示）进行清洗和处理，然后，用METCO热喷涂料或用粉末铜粒子和类似聚甲基丙烯酸甲酯（如Du  Pont  Lucite  4F）的塑料粉末粒子混合物的等效工艺进行火焰喷涂，以在管子21外表形成一涂敷层22。在火焰喷涂过程中，将两种粉末的混合物44装入对准管子21的火焰喷射枪41内。粉末混合物44通过吸入气体42从喷射枪的喷嘴47喷出。供给于喷射枪41的可燃气体43也从喷嘴47中喷出并燃烧。燃烧气体46熔化覆盖在管子21外表面上的铜粉粒子，而没有熔化塑料粉末粒子。因此，在管子21外表上形成的涂敷层22含有熔化在管子上和相互熔化的铜粒子及嵌入熔化的铜粒子内的塑料粒子。然后将带有涂敷层的管子放入干燥炉45内，在一适当的温度和适当的时间内烘烤，使塑料粒子完全氧化（成为水蒸汽和二氧化碳）从涂敷层内扩散出来。烘烤过程完成后，在原先嵌有塑料粒子的涂敷层处留有空隙。这里描述了干燥炉的烘烤，但其他任何适合于将塑料粉末粒子加热至一定温度使之分解并从涂敷层内扩散出来的装置也可使用。

图2中铜管21也是从左向右移动并绕其纵向轴转动，表示了本发明高效传热表面的制造方法的另一实施例。在该实施例中，在管子21的外表面覆有一层如图1表示的实施例中所述的涂敷层22。然后，使用第二火焰喷射枪51和与上述相同的工艺及装置通过火焰喷射在管子21上喷上第二层粉末混和物52以在第一涂敷层22上形成第二涂敷层31。当然同样的火焰喷射枪可用于喷射两种涂敷层。接着涂层管如图1表示的有关工艺过程所描述的那样被加热。第二粉末混和物52也是由粉末铜粒子和诸如聚甲基丙烯酸甲酯之类的塑料粉末粒子组成，但与形成第一涂敷层的粉末混和物的不同之处在于铜和塑料粉末的混合比例及粉末粒子的大小不同，即当塑料在涂敷层上被干燥散发后，在第二涂敷层上的孔隙或空穴的结构比第一涂敷层上的更细或更小。结果使传热表面具有在表面上含有相当小的孔隙或空穴且带有相当大的表面下互连通道。

本发明实施例的制造方法可用于在另一种传热表面上形成一高效多孔传热表面，如板，并使用其他金属，诸如用铝作为基层。作为喷涂粉末混和物的金属粉末可以用如同基层一样的金属组成，但也可用不同的金属，例如在铜上涂敷铝。

金属和非金属粉末粒子的大小，喷涂粉末混和物中两种粉末的比例及是否采用单涂敷层或双涂敷层方法是可变的，可根据液体的汽化和流动特性的改变而制备传热表面的特殊外形，尤其是对可汽化的特殊液体而言。

本发明实施例的制造方法采用了简单而经济有效的装置制备出高效传热表面，而避免了现有技术方法中复杂的机械工艺及使用危险和腐蚀性的化学药品。该方法当用于生产热交换器管时，适宜于高效管的大批量快速生产。

聚甲基丙烯酸甲酯粉末尤其适合于用作粉末喷射混和物的非金属组分，因为当粉末粒子在干燥过程中被分解产生的并从涂敷层内散发出来的这种气体对环境是无毒无害的。

根据揭示特殊的实施例而描述的本发明并不局限于所述实施例的细节。本发明的范围包含了所有实施例并在权利要求的范围中加以限定。

Claims (1)

1、一种传热表面制造工艺包括步骤如下：

在一金属基层上火焰喷射一含有金属和聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子混合物的涂敷层以使所述金属粉末粒子部分熔化在所述金属基层上和互相熔化，且所述聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子在所述金属粉末粒子之间形成间隙；和

加热所述涂敷层以从所述涂敷层上除去所述聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子，在所述聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子原先占据的位置处形成空隙。

在所述涂敷层上火焰喷射一含有金属和聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子的第二混和物的第二涂敷层以使所述第二混和物中的所述金属粉末粒子部分熔化在所述涂敷层上和互相熔化，且所述第二混和物中的所述聚甲基丙烯酸甲酯粉末粒子在所述第二混和物中的所述金属粉末粒子之间形成间隙。

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